1 Mục lục M ở đầu 5 Chơng 1. Đối tợng và các tham số nghiên cứu 7 1.1. Đối tợng nghiên cứu 7 1.2. Phân loại đá theo thành phần, điều kiện thành tạo và các đặc trng vật lý thạch học 7 1.3. Đá chứa, các tham số vật lý của đá chứa 10 1.3.1. Độ rỗng 11 1.3.2. Điện trở suất và độ dẫn điện 12 1.4. Cấu kiến trúc của đá 16 1.4.1. Yếu tố thành hệ - mối liên hệ giữa độ rỗng với điện trở suất 16 1.4.2. Quan hệ giữa độ bo hoà và điện trở suất - Công thức Archie 18 I.4.3. ả nh hởng của độ sét lên giá trị điện trở suất và độ bo hoà của đá 20 1.5. Độ thấm 23 Chơng 2. Nguyên lý chung trong địa vật lý giếng khoan 30 2.1. Các phơng pháp khảo sát 30 2.1.1. Hệ thiết bị đo (hệ quan sát) 30 2.1.2 Phân loại các phép đo trong giếng khoan 32 2.2. Các vấn đề xung quanh việc đo vẽ ở giếng khoan 34 2.2.1. Sự ngấm dung dịch 34 2.2.2. Hiệu ứng hình học của Zond 35 2.2.3. Tốc độ kéo cáp 38 2.3. Nguyên lý đo ghi 39 2.4. Biểu diễn kết quả đo ghi 40 2.5. Đo kiểm tra và chuẩn máy 40 2.6. Chuyển tải số liệu 42 Chơng 3. Các phơng pháp điện từ trờng 43 3.1. Giới thiệu 43 3.2. Các phơng pháp đo bằng hệ điện cực không hội tụ 43 3.2.1. Bài toàn lý thuyết của phơng pháp điện trở trong giếng khoan 47 3.2.2. Điện trở suất biểu kiến 53 3.2.3. Dáng điệu của đờng cong đo điện trở trong giếng khoan 57 3.2.3.1. Trờng hợp hệ điện cực thế 57 3.2.3.2. Trờng hợp hệ điện cực gradien 58 3.2.4. Chiều sâu nghiên cứu của các hệ điện cực 59 3.2.5. Các phép hiệu chỉnh 61 3.2.6. Vi hệ điện cực (không hội tụ dòng) - Microlog ML 62 3.3. Các phơng pháp đo bằng hệ điện cực có hội tụ dòng 64 3.3.1. Phơng pháp Laterolog, LL 65 3.3.2. Phơng pháp vi hệ điện cực hội tụ dòng 71 3.4. Các phơng pháp điện từ trờng 73 3.4.1. Trờng điện từ trong môi trờng đất đá 73 3.4.2. Trờng điện từ của một ống dây trong giếng khoan 75 3.4.3. Phơng pháp đo cảm ứng (Induction Log - IL) 78 3.4.4. Các dạng khác của phơng pháp điện từ trờng 88 3.5. Các yếu tố ảnh hởng lên kết quả đo và phạm vi ứng dụng của các phơng pháp điện trở 91 2 3.5.1. Thành phần đá 91 3.5.2. Kiến trúc đá 91 3.5.3. Góc dốc và cấu trúc các lớp đá 91 3.5.4. Nhiệt độ, áp suất nén ép 92 3.5.5. Các ứng dụng 92 Chơng 4. Các phơng pháp thế tự phân cực và phân cực kích thích 94 4.1. Phơng pháp thế điện tự phân cực - SP 94 4.1.1. Các quá trình điện hoá và điện động lực trong môi trờng quanh giếng khoan: 95 4.1.2. Thế điện tự phân cực toàn phần - SP 101 4.1.3. Sơ đồ đo thế điện tự phân cực - SP 102 4.1.4. Các yếu tố ảnh hởng đến hình dáng và biên độ dị thờng U SP 104 4.1.5. Phạm vi ứng dụng của phơng pháp SP 106 4.2. Phơng pháp thế điện phân cực kích thích PP 106 4.2.1. Quá trình hình thành thế điện phân cực kích thích 106 4.2.2. Đo thế điện phân cực kích thích trong giếng khoan 109 1. Sơ đồ nguyên tắc 109 2. Các đờng cong đo ghi thế U PP 110 3. Thế phân cực kích thích 110 4. Phạm vi ứng dụng của phơng pháp phân cực kích thích 111 Chơng 5. Các phơng pháp phóng xạ hạt nhân 112 5.1. Cơ sở vật lý - địa chất 112 5.1.1. Cờng độ phóng xạ tự nhiên trong đá 112 5.1.2. Cờng độ phóng xạ nhân tạo hay kích thích 115 5.1.3. Mật độ electron và mật độ khối 119 5.2. Đặc điểm của các phép đo phóng xạ tự nhiên và nhân tạo trong giếng khoan.124 5.3. Các phơng pháp đo phóng xạ nghiên cứu giếng khoan 125 5.3.1. Phơng pháp đo bức xạ gamma tự nhiên (GR) 126 5.3.2. Phơng pháp đo phổ gamma tự nhiên- SGR, NGS 129 5.3.2.1. Cơ sở vật lý - địa chất 129 5.3.2.2. Các thiết bị máy giếng đo phổ gamma 132 5.3.2.3. Phạm vi ứng dụng 134 5.3.3. Các phơng pháp gamma tán xạ 135 5.3.3.1. Cơ sở vật lý 135 5.3.3.2. Sơ đồ đo gamma tán xạ trong giếng khoan 137 5.3.3.3. Phép đo gamma tán xạ mật độ bù (kép) 138 5.3.3.4. Chiều sâu nghiên cứu và độ phân giải của các Zond đo gamma tán xạ mật độ 139 5.3.3.5. Chuẩn khắc độ các máy đo gamma tán xạ 139 5.3.3.5. Phạm vi ứng dụng của phơng pháp gamma tán xạ mật độ 140 5.3.4. Phơng pháp đồng vị phóng xạ gamma 142 5.3.5. Các phơng pháp nơtron 145 5.3.5.1. Phơng pháp nơtron - gamma 145 5.3.5.2. Phơng pháp nơtron - nơtron 150 5.3.5.3. Phơng pháp xung nơtron 159 5.3.5.4. Phơng pháp quang nơtron 167 5.3.5.5. Phơng pháp kích hoạt phóng xạ 167 3 Chơng 6. Phơng pháp sóng âm 171 6.1. Tín hiệu sóng âm 171 6.2. Sóng âm (Siêu âm) 171 6.3. Tốc độ sóng âm 173 6.4. Cơ chế lan truyền sóng âm 176 6.5. Phơng pháp đo tốc độ sóng âm 178 6.5.1. Nguyên lý và sơ đồ máy giếng 178 6.5.2. Nhận biết sóng dọc và sóng ngang 179 6.5.3. Loại trừ ảnh hởng đờng kính giếng khoan 182 6.5.4. Chiều sâu nghiên cứu và độ phân giải của Zond đo tốc độ siêu âm kép (BHC) 183 6.5.5. Đơn vị đo 183 6.5.6. Các yếu tố thể hiện lên kết quả đo 184 6.5.7. Phân tích kết quả 187 6.5.8. Các sai số có thể gặp 189 6.5.9. Dấu tích luỹ thời gian truyền sóng 191 6.5.10. Các ứng dụng 192 6.6. Phép đo suy giảm biên độ sóng âm 193 6.6.1. Các trờng hợp xuất hiện suy giảm năng lợng và tái phân bố năng lợng của sóng 194 6.6.2. Phép đo chất lợng trám xi măng (CBL) 197 6.6.3. Phép đo biến thiên mật độ (VDL) 199 Chơng 7. Các phơng pháp đo khí dung dịch và các tham số cơ học 201 7.1. Mở đầu 201 7.2. Các phép đo dung dịch 202 7.2.1. Sự thấm của khí và chất lỏng trong môi trờng lỗ rỗng 202 7.2.2. Vai trò của dung dịch khoan và sự thâm nhập của dầu khí vào dòng dung dịch đối lu 203 7.2.3. Trạng thái của hydrocacbon khi xâm nhập vào dòng dung dịch đối lu 204 7.2.4. Tách khí từ dung dịch khoan 206 7.2.5. Phát hiện và phân tích khí toàn phần 207 7.2.6. Phân tích khí bằng sắc ký 208 7.2.7. Phát hiện khí H 2 S 210 7.2.8. Đo các tham số phụ trợ khác 210 7.3. Các phép đo mùn khoan 211 7.3.1. Phát hiện và mô tả 211 7.3.2. Hàm lợng dầu khí và sự phân tích 212 7.3.3. Mật độ 213 7.3.4. Phân tích hàm lợng cacbonat 214 7.3.5. Sự đánh giá tiềm năng dầu khí của đá mẹ 214 7.4. Phân tích và sử dụng các kết quả 215 7.4.1. Nhận biết thạch học 215 7.4.2. Phân tích các biểu hiện khí 217 7.4.3. Đánh giá định lợng các dị thờng khí 217 7.4.4. Tính chỉ số bo hoà khí ở đáy giếng 219 7.4.5. Tỷ số hàm lợng khí 220 7.4.6. d- exponent 222 7.5. Các chơng trình hỗ trợ ứng dụng 226 4 7.6. Nhận xét 227 Chơng 8. Các phơng pháp đo khác 228 8.1. Đo đờng kính giếng 228 8.1.1. Sơ đồ nguyên tắc của phép đo 228 8.1.2. Các yếu tố ảnh hởng 229 8.1.3. áp dụng 229 8.2. Xác định góc nghiêng và góc phơng vị của trục giếng khoan 230 8.2.1. Sơ đồ cấu tạo của máy đo góc nghiêng và phơng vị 230 8.2.2. Xử lý tính toán các đại lợng nghiên cứu 231 8.3. Đo góc cắm của các lớp đất đá 232 8.3.1. Nguyên lý của phép đo góc cắm 233 8.3.2. Tính góc cắm của vỉa 234 8.3.3. Biểu diễn các kết quả đo, vẽ góc cắm và phơng vị 240 8.3.4. Phạm vi ứng dụng 241 8.4. Đo nhiệt độ trong giếng khoan 242 8.4.1. Trờng nhiệt độ trong giếng khoan 242 8.4.2. Phép đo nhiệt độ 243 8.4.2.1. Đo không liên tục 243 8.4.2.2. Đo liên tục 246 8.4.3. Các ứng dụng của phơng pháp đo nhiệt độ ở giếng khoan 247 Chơng 9. Lấy mẫu thành giếng và khoan nổ 249 9.1. Lấy mẫu đá 249 9.1.1. Lấy mẫu thành giếng bằng súng (Corgun) 249 9.1.2. Lấy mẫu đá bằng thiết bị khoan thành giếng 250 9.2. Lấy mẫu chất lu và đo áp suất vỉa 251 9.2.1. Thử vỉa (FT) 251 9.2.3. Thử vỉa lặp lại (RFT) 254 Tài liệu tham khảo chính 258 Phụ lục số 1.1a,b. Các đặc trng địa vật lý của những khoáng vật phổ biến trong đá trầm tích . 260 Phụ lục số 2. Các ký hiệu viết tắt 263 Phụ lục số 3. Tra cứu theo trang in . 264 Phụ lục số 4. Chuyển đổi và sử dụng tơng đơng. 268 5 Mở đầu ịa vật lý giếng khoan (ĐVLGK) là một lĩnh vực của địa vật lý ứng dụng bao gồm việc sử dụng nhiều phơng pháp vật lý hiện đại nghiên cứu vật chất để khảo sát lát cắt địa chất ở thành giếng khoan nhằm phát hiện và đánh giá các khoáng sản có ích, thu thập các thông tin về vận hành khai thác mỏ và về trạng thái kỹ thuật của giếng khoan. Việc ứng dụng các phơng vật lý để nghiên cứu lát cắt địa chất giếng khoan qua các thời kỳ và từng đối tợng khác nhau đ từng có những tên gọi khác nhau. Những năm 1960 về trớc lĩnh vực này đợc gọi bằng cái tên Carota. Thuật ngữ này có gốc từ tiếng Pháp: Carottage xuất phát từ Carotté nghĩa là mẫu lõi khoan, hay cũng có nghĩa là củ cà rốt. Trong hệ thống Anh ngữ các phơng pháp Địa vật lý giếng khoan đợc gọi bằng thuật ngữ Log, Logging - có nghĩa là đo vẽ liên tục một tham số vật lý theo trục giếng khoan, chẳng hạn Log điện trở, Log siêu âm, Log nhiệt độ Với tốc độ phát triển nh vũ bo hiện nay của khoa học công nghệ, Địa vật lý giếng khoan này càng phong phú về số phơng pháp, hiện đại về công nghệ và sâu sắc về nội dung khoa học. Trong sự phát triển nhanh chóng đó có một đặc điểm dễ nhận thấy là từ nghiên cứu lý thuyết đến triển khai công nghệ là một khoảng cách rất ngắn, dờng nh những ý tởng khoa học hôm nay thì ngày mai đ trở thành công nghệ áp dụng trong sản xuất. ở Việt Nam các phơng pháp địa vật lý giếng khoan đ đợc ứng dụng để nghiên cứu các lỗ khoan than từ cuối những năm 50 đầu những năm 60 của thế kỷ vừa qua khi Liên Xô và các nớc XHCN anh em lúc bấy giờ đ bắt đầu giúp chúng ta đẩy mạnh công tác điều tra địa chất ở miền Bắc. Từ những thời gian đó ở sản xuất những ngời làm công tác địa vật lý của Việt Nam đ quen với thuật ngữ Carota để chỉ một loại hình công việc đo địa vật lý trong các lỗ khoan thăm dò than và tìm kiếm các khoáng sản có ích khác. Bắt đầu sang thập kỷ 80 khi công tác đo địa vật lý trong các giếng khoan thăm dò và khai thác dầu khí phát triển nhanh cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp dầu khí non trẻ ở Việt Nam. Từ đó trong ngành dấu khí quen với việc dùng thuật ngữ Địa vật lý giếng khoan để chỉ các loại hình công việc nghiên cứu giếng khoan thăm dò và khai thác dầu khí bằng các phơng pháp địa vật lý thay cho thuật ngữ Carota không còn đủ để bao quát hết các nội dung của hoạt động này. Trong tình hình đó ở chúng ta song song tồn tại hai từ: Carota và Địa vật lý giếng khoan, cùng để chỉ công tác đo vẽ địa vật lý ở dới mặt đất, một trong lĩnh vực thăm dò than, quặng và nớc dới đất, và một trong lĩnh vực thăm dò khai thác dầu khí. Về máy móc trang thiết bị trong địa vật lý giếng khoan cũng đang có nhiều thay đổi nhờ có những tiến bộ nhanh chóng trong công nghệ điện tử và tự động hoá. Ngày càng nhiều các máy thiệt bị đo địa vật lý trong giếng khoan đợc cải tiến, xuất hiện mới rồi lại tiếp tục cải tiến, xuất hiện mới, Có tác giả đ nhận xét: Trên thế giới cứ Đ 6 sau 5 năm thì một thế hệ máy mới đ ra đời và gần thay thế hoàn toàn các máy móc của thế hệ trớc đó, lại cũng có ý kiến cho rằng: thậm chí còn sớm hơn! ở Việt Nam tuy sự thay đổi về trang thiết bị trong các cơ sở sản xuất, Viện nghiên cứu và các Trờng đại học cha đến mức nhanh nh vậy những rõ ràng 10 năm trở lại đây các thế hệ máy Địa vật lý giếng khoan mới đ thay thế hoàn toàn các máy móc thiết bị cũ kỹ trớc đây, đặc biệt là trong ngành công nghiệp dầu khí. Cùng với những thay đổi đó ở nớc ta đội ngũ những ngời làm công tác địa vật lý giếng khoan ngày càng đông đảo, những ngời có sử dụng các tài liệu đo vẽ địa vật lý giếng khoan và quan tâm đến lĩnh vực khoa học công nghệ này ngày càng nhiều hơn. Sau nhiều năm giảng dạy ở trờng đại học và công tác trong ngành dầu khí các tác giả quyết định biên soạn giáo trình này. Giáo trình sẽ là một tài liệu phục vụ giảng dạy ở các trờng đại học có đào tạo chuyên ngành kỹ s địa vật lý thăm dò, kỹ s địa chất dầu khí. Ngoài ra giáo trình này sẽ là tài liệu tham khảo tốt cho các kỹ s địa vật lý và kỹ s địa chất dầu khí đang làm việc tại các cơ sở sản xuất, viện nghiên cứi và các đơn vị có sử dụng tài liệu đo địa vật lý giếng khoan. Giáo trình chia làm hai phần. Phần thứ nhất là nội dung chính dạy ở trờng đại học trong đó giới thiệu nội dụng các phơng pháp đo địa vật lý giếng khoan, chú trọng cơ sở vật lý - địa chất, nguyên lý đo vẽ thu thập tài liệu gợi ý phạm vi ứng dụng của các phơng pháp. Trong giáo trình không chú trọng mô tả các máy móc thiết bị đo Địa vật lý giếng khoan mà trong mỗi phơng pháp hay nhóm phơng pháp chỉ trình bày nguyên lý hoạt động của máy và sơ đồ khối của các máy đó. Phần thứ hai của giáo trình sẽ đợc trình bày nh các tài liệu chuyên khoa về phân tích địa chất các tài liệu địa vật lý giếng khoan theo từng chuyên đề (nghiên cứu địa tầng, môi trờng địa chất, cấu kiến trúc của đá chứa, xác định thành phần vật chất, tính toán trữ lợng mỏ dầu khí và các mỏ khoáng sản rắn, các phần mềm phân tích tài liệu Địa vật lý giếng khoan ) đáp ứng các yêu cầu tìm hiểu sâu về Địa vật lý giếng khoan của các kỹ s đang công tác trong ngành dầu khí và các ngành có liên quan. Chúng tôi cho rằng việc biên soạn một giáo trình chuyên ngành Địa vật lý giếng khoan, một sự thu nhỏ của ngành địa vật lý ứng dụng trong các giếng khoan không phải là việc làm dễ dàng do tính đa ngành và phát triển nhanh chóng của nó. Chắc chắn trong lần biên soạn đầu tiên này không thể tránh khỏi những thiếu sót về nội dung, thuật ngữ và sắp xếp các phần của giáo trình mong đợc các đồng nghiệp đóng góp ý kiến. Các tác giả bày tỏ lòng cảm ơn đối với các đồng nghiệp ở trờng Đại học Mỏ - Địa chất và ở Vietsovpetro đ cho nhiều ý kiến đóng góp trong quá trình biên soạn giáo trình này, đặc biệt xin cảm ơn kỹ s Nguyễn Trung Quân ở trờng Đại học Mỏ - Địa chất và các kỹ s ở Xí nghiệp Địa vật lý giếng khoan Vietsovpetro đ góp nhiều công sức trong việc trình bày và soạn thảo để kịp cho in phần thứ nhất của giáo trình. Các tác giả. 7 Chơng 1 Đối tợng và các tham số nghiên cứu 1.1. Đối tợng nghiên cứu Đối tợng nghiên cứu của địa vật lý giếng khoan là các giếng khoan tìm kiếm thăm dò, khai thác các khoáng sản có ích: Than, dầu khí, các loại quặng và nớc dới đất. Giếng khoan là một công trình tìm kiếm thăm dò hoặc khai thác. Loại công trình này đợc tạo bằng phơng pháp cơ học - phơng pháp khoan giếng, nhằm mục đích lấy mẫu đất đá, tạo ra một vết lộ địa chất còn tơi, cha bị phong hoá, hoặc để khai thác các chất lu nh dầu khí, nớc dới đất, nớc nóng có chứa năng lợng nhiệt. Thông thờng việc lấy mẫu lõi khoan khó thực hiện đợc tốt và giá thành cao, trạng thái kỹ thuật và độ ổn định của công trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố kỹ thuật và địa chất. Để thay thế cho việc lấy mẫu lõi, xác định trạng thái kỹ thuật và theo dõi độ ổn định của các giếng khoan, ngời ta khai thác triệt để các thông tin địa chất và kỹ thuật trên vết lộ địa chất (lát cắt địa chất trên thành giếng khoan) của công trình. Ưu điểm của vết lộ địa chất này là ở chỗ nó còn tơi nguyên, cha bị phong hoá lại xuyên cắt mọi lớp đất đá tới chiều sâu đáy giếng. Việc khai thác các thông tin địa chất và kỹ thuật trên vết lộ địa chất ở thành giếng khoan đợc thực hiện bằng các phơng pháp vật lý, hoá học. Nhờ các phơng pháp này ta có thể xác định đợc thành phần vật chất ở các lớp đất đá trong lát cắt, trạng thái kỹ thuật và độ ổn định của công trình tại chiều sâu bất kỳ ở thời điểm cần thiết. Xác định thành phần vật chất, xây dựng lát cắt địa chất ở thành giếng khoan, xác định trạng thái kỹ thuật và độ ổn định của công trình, đánh giá hiệu suất khai thác của giếng là mục đích của địa vật lý giếng khoan. 1.2. Phân loại đá theo thành phần, điều kiện thành tạo và các đặc trng vật lý thạch học Đá là những tập hợp có quy luật của những khoáng vật tạo thành những thể địa chất độc lập ở vỏ Quả đất. Thể địa chất độc lập ở đây là nói đến những sản phẩm đặc trng của một quá trình địa chất nhất định. Vậy đá phải là kết quả của một quá trình địa chất nào đó chứ không phải là một tập hợp ngẫu nhiên các khoáng vật hay các nguyên tố. Trong địa chất học thờng dựa vào nguồn gốc của đá để phân loại chúng, vì nguồn gốc thể hiện rất rõ trên các đặc trng vật lý, hoá học, cơ học của đá. Theo nguồn gốc sinh thành của đá, ngời ta phân đá ở vỏ Quả đất thành 3 nhóm: macma, trầm tích và biến chất; mỗi nhóm có những đặc trng riêng nhng khi nghiên cứu chúng đều cần làm rõ ba vấn đề: 8 1. Thế nằm của đá và quan hệ của nó với các đá khác xung quanh, nghĩa là đá gặp trong tự nhiên nh thế nào? 2. Kiến trúc và cấu tạo của đá, tức là các phần tử hợp thành đá đợc sắp xếp ra sao? 3. Thành phần khoáng vật và hoá học của đá? Ba vấn đề vừa nêu chứa đựng các thông tin về địa tầng, kiến tạo, môi trờng địa chất, tiềm năng khoáng sản có ích (quặng, than, dầu khí ). Địa vật lý giếng khoan trong nghiên cứu dầu khí có đối tợng chủ yếu là đá trầm tích. Khi phân tích tài liệu địa vật lý giếng khoan, mô hình đá đợc xem là môi trờng có lỗ rỗng cấu tạo từ 3 pha: Cứng, lỏng và khí. Pha cứng bao gồm xơng đá (matrix) là những hạt khoáng vật tạo đá, xi măng gắn kết thờng là sét, cacbonat ; pha lỏng bao gồm nớc, dầu; pha khí bao gồm các khí hydrocacbon, khí CO 2 , H 2 S, N 2 Cũng có một mô hình đơn giản bao gồm hai thành phần: matrix và sét; trong không gian, lỗ rỗng của đá đợc lấp đầy chất lu (dầu, khí, nớc). Hai thành phần cấu thành pha cứng của đá (matrix và sét) có ảnh hởng rất khác nhau không chỉ lên các phép đo địa vật lý, mà lên các tính chất vật lý thạch học của đá chứa (độ thấm, độ bo hoà ). Sét trong nhiều trờng hợp đợc phân biệt: sét nén (shale), hạt sét xâm tán trong đá ở dạng cấu trúc (clay), bột sét (silt) là các hạt mịn có kích thớc 1/16 - 1/256 mm. Matrix: Trong phân tích tài liệu matrix đợc hiểu là bao gồm mọi thành phần cứng của đá (các hạt, matrix, xi măng) không kể sét. Đá đơn khoáng là đá có matrix chỉ bao gồm một loại khoáng vật (ví dụ nh canxit, thạch anh ). Đá đa khoáng trong matrix bao gồm nhiều khoáng vật, ví dụ xi măng trong đá có thành phần và bản chất khác với các hạt vụn (cát thạch anh có xi măng gắn kết là canxit). Thành hệ sạch là thành hệ không chứa các hạt sét hay sét nén quá hàm lợng cho phép (< 5%). Giới hạn hàm lợng sét đó phân biệt tên thành hệ (Đá) là sạch hay cát sét. Các phụ lục 1.1a và 1.1b là tập hợp các đặc trng vật lý (phóng xạ, điện trở, chỉ số hydro, mật độ khối, tốc độ sóng đàn hồi ) của một số khoáng vật chính thờng gặp trong đá trầm tích. Sét: Phân biệt sét nén, hạt sét xâm tán và bột sét. - Sét nén (shale). Sét nén hay đá phiến sét có cấu tạo phân phiến phát sinh trong các loại đá sét bị biến đổi dới tác dụng của áp suất. Trong đá cát sét, sét nén thờng có cấu tạo lớp mỏng, có chiều dày < 0,5 mm, song song cới mặt phân lớp. Thành phần khoáng vật của sét nén có tới 50% bột sét, 35% hạt sét hay hạt mịn mica và 15% là các khoáng vật tại sinh. - Sét xâm tán (clay) là các hạt mịn có đờng kính không quá 1/256 mm, có nguồn gốc tại sinh hoặc thứ sinh, trộn lẫn hay bám trên các hạt khoáng vật tha sinh. - Bột sét (silt) là những mảnh đá hay những hạt có đờng kính trong khoảng tử 1/256 - 1/16 mm, chứa nhiều hạt sét với hàm lợng cao và chứa thạch anh, felspat và các khoáng vật khác nh mica, zircon, apatit, turmalin 9 Vậy là thuật ngữ sét trong phân tích địa vật lý giếng khoan có phần không hoàn toàn giống với các thuật ngữ thờng dùng trong địa chất. Trong địa vật lý thuật ngữ phiến sét (shale) để chỉ các lớp đá sét có trên 95% là hạt khoáng vật sét đợc gắn kết nhờ nén ép, có cấu tạo phân phiến. Trong đá chứa cát sét, sét nén (shale) chỉ các lớp màng sét có chiều dày < 0,5 mm nằm xen kẹp trong các lớp cát. Sét nén là một dạng tồn tại của sét trong đá cát sét (sét phân lớp mỏng). Màng sét, hay sét xâm tán (clay) là các hạt sét có đờng kính nhỏ hơn 1/256 mm, lấp đầy hay một phần lỗ rỗng của đá hoặc bám trên thành các khe lỗ rỗng nh màng sét bọc lấy các hạt cứng. Dạng sét xâm tán làm thay đổi đặc điểm thấm chứa (độ rỗng, độ thấm) của đá mạnh hơn các dạng tồn tại khác của sét. Bảng 1.2. Đặc trng của các khoáng vật sét Do khả năng hấp phụ của các hạt sét nên sét thờng ngậm các ôxit nhôm, mangan, sắt và các chất hữu cơ. Sét có đặc tính chịu uốn dẻo, đàn hồi và không thấm, có kiến trúc ô mạng. Các ô mạng tinh thể của sét có chiều dày, phân bố không gian và ngậm hydro và nớc khác nhau tuỳ từng loại. Sét xâm tán ngậm hydro cao hơn sét nén. Hydro có trong: a) Các ion hydroxit trong các phân Kích thớc các tinh thể sét Khả năn g hấp ph ụ của sét ( méq./100 g) H ình 1.1. Sơ đồ cấu trúc ô mạng của một số loại sét Nhóm Các khoáng vật sét Công thứcTên Kích thớc 0 A % K Khối lợng riêng (g/cm 3 ) Chỉ số H (%) 10 tử khoáng vật sét; b) Trên bề mặt (lớp nớc màng) của hạt khoáng vật sét; c) Nớc trong không gian giữa các màng tinh thể của sét. Lợng nớc tự do trong sét thay đổi phụ thuộc độ nén ép lên các mạng tinh thể của sét. Các đặc điểm vừa nêu của sét nói lên rằng thành phần khoáng vật này trong đá có ảnh hởng rất mạnh mẽ lên các thông số vật lý đo đợc trong giếng khoan. Lu chất Trong không gian rỗng giữa các hạt vụn của đá đợc lấp đầy chất lu (nớc, dầu, không khí, các khí tự nhiên ). Vậy có bao nhiêu lu chất có trong đá trớc hết phụ thuộc không gian rỗng trong đá, tức vào độ lỗ rỗng của đá (Hình 1.2). Nếu chất lu chứa trong lỗ rỗng của đá là nớc vỉa thì giữa matrix và nớc bo hoà có đặc tính dẫn điện hoàn toàn khác nhau. Thờng thì các khoáng vật tạo đá trong matrix là những khoáng vật kém dẫn điện, trong khi đó nớc vỉa có độ khoáng hoá nhất định trở thành chất dẫn điện rất tốt. Trong môi trờng lỗ rỗng có chứa nớc thì khả năng dẫn điện của môi trờng đó phụ thuộc chủ yếu vào nớc và độ khoáng hoá của nớc. Dòng điện một chiều hay dòng điện tần số thấp chủ yếu đi trong các kênh lỗ rỗng trong đá. Đến đây ta thấy kiến trúc không gian lỗ rỗng có ảnh hởng lên khả năng dẫn điện của đá. Nếu các phần lỗ rỗng trong đá thông nối với nhau theo những kênh thẳng và rộng thì đá sẽ dẫn điện tốt, ngợc lại các kênh thông nối hẹp lại cong queo thì độ dẫn điện giảm. Sự khác nhau đó đợc đánh giá bằng một tham số không thứ nguyên gọi là độ cong kênh rỗng. Độ cong kênh dẫn không chỉ ảnh hởng lên độ dẫn điện mà còn ảnh hởng lên độ thấm cơ học của đá - độ cong càng lớn thì độ thấm càng kém. Trong trờng hợp chất lu bo hoà trong không gian lỗ rỗng của đá không chỉ có nớc vỉa mà còn có hydrocacbon (dầu khí) là các chất không dẫn điện hoặc dẫn điện rất kém thì điện trở của đá tăng khi lợng nớc trong đá giảm, lợng hydrocacbon tăng. Trong trờng hợp này, độ dẫn điện của đá là một hàm số của độ bo hoà nớc trong đá đó. 1.3. Đá chứa, các tham số vật lý của đá chứa Đá chứa ở đây là các đá (hay thành hệ) có lỗ rỗng và có khả năng chứa chất lu (dầu, khí, nớc) trong không gian rỗng của đá. Các chất lu nh dầu khí chủ yếu là di chuyển từ nơi khác đến và lấp đầy trong lỗ rỗng của đá chứa. Đá chứa thờng là đá có độ rỗng và độ thấm cao nh các đá cát, cacbonat và đá móng nứt nẻ. Đá chứa là cát kết hay cát sét kết, lỗ rỗng chủ yếu là lỗ rỗng giữa hạt (độ rỗng nguyên sinh) có vai trò quan trọng, còn độ rỗng thứ sinh, nh khe nứt, rửa lũa gặm mòn là lỗ rỗng ít quan trọng hơn. Lỗ rỗn g H ạ t v ụ n Kênh dẫn H ình1.2. Độ rỗng giữa hạt của đá clastic bo hoà chất lu [...]... SW (I 1; 0 SW 1) Từ đờng hồi quy ta có thể viết: I Hình 1. 9 Đồ thị xác định số mũ n theo SW và I 1 n log S W = log = log I I 19 (1. 14) 1 n 1 n Vậy log SW = log I và là hệ số góc của đờng biểu diễn Từ đó có thể tính: n= log I log S W (1. 15) Trong trờng hợp chung, với gần đúng bậc 1, n lấy bằng 2 Nếu theo (1. 6) ta thay R0 = FRW thì: Rt = FRW n SW (1. 16) Phơng trình (1. 16) gọi là phơng trình. .. RW 2 SW (1. 18) Với Fsd là yếu tố thành hệ của cát sạch Thay (1. 18) vào (1. 17) ta có: 2 1 V sh (1 V sh ) S W = + Rt Rsh Fsd RW (1. 19) Từ đó: 1 1 V F R 2 S W = sh sd W Rt R sh 1 V sh (1. 20) b) Sét xâm tán: ở dạng xâm tán sét bám phủ trên bề mặt các hạt đá tạo thành lớp màng bao và lấp nhét một phần kênh thông nối giữa các nang rỗng Sét xâm tán làm thay đổi các tính chất vật lý của đá... tính (1. 29) tơng đơng nh sau: Pe = 2T cos = hg r (1. 30) Độ thấm K (md) với h là chiều cao cột nớc (cm); là mật độ của nớc (g/cm3); g là gia tốc trọng lực (cm/s2) Độ rỗng (%) Độ rỗng (%) Hình 1. 12 Quan hệ giữa độ thấm và độ rỗng của các đá cát sét có độ hạt khác nhau K r (àm) Hình 1. 13 Quan hệ giữa độ thấm, độ rỗng và bán kính rỗng 25 Từ (1. 30): h= 2T cos rg (1. 31) Phơng trình (1. 31) là phơng trình. .. dùng thang đo F, và RWT2 = RWT1 T1 + 21, 5 T2 + 21, 5 (1. 5) khi dùng thang đo C Trong đó RWT và RWT là điện trở suất dung dịch ở thiệt độ T1 và T2 1 2 Điện trở suất của sét Ngoại trừ một số khoáng vật quặng hay vật liệu bán dẫn nh graphit, pyrit, hematit và một vài khoáng vật khác, còn lại các khoáng vật khô hầu nh không dẫn điện Có một vài khoáng vật bề ngoài dờng nh là vật dẫn điện ở thể rắn, sét là... hình 1. 3) Nồng độ ppm Hình 1. 3 Quan hệ giữa độ dẫn và nồng độ khoáng hoá Nhiệt độ Nồng độ NaCl Điện trở suất dung dịch (m) Hình 1. 4 Bản chuẩn quy đổi điện trở suất của dung dịch từ nhiệt độ T1 và nồng độ C1 về điện trở suất ở nhiệt độ T2 bất kỳ 14 Cơ sở để xây dựng bản chuẩn ở hình 1. 4 là công thức gần đúng của Arps: T + 6 ,77 RWT2 = RWT1 1 T + 6 ,77 2 (1. 4) khi dùng thang đo F, và RWT2 = RWT1... và dới chúng Hình 1. 11 Sơ đồ phân bố của sét phân lớp trong tập vỉa cát sét Về mặt dẫn điện, sét phân lớp tạo ra một hệ thống các đờng dẫn song song với các lớp có độ dẫn lớn hoặc nhỏ hơn Vận dụng mô hình đờng dẫn song song ta có thể viết phơng trình tính điện trở Rt của tập vỉa cát sét: 1 V sh 1 V sh = + Rt Rsh R sd (1. 17) Trong đó: Vsh và Rsh là tỷ phần sét trong tập vỉa (hình 1. 11) và điện trở suất... = krw ở giá trị độ bo hoà SW = 60% Độ bão hoà Hình 1. 15 Độ thấm tơng đối phụ thuộc độ bo hoà Trong lĩnh vực này có nhiều công trình đề xuất các phơng trình thực nghiệm chỉ quan hệ giữa kro, krw với SW, SWir và Sor Một số trong các phơng trình đó nh sau: k rw S W S Wir = 1 S Wir k ro = 3 (1. 36) 3 S0 (1 S ) (1. 37) 3 Wir k rg = 3 Sg (1 S ) (1. 38) 3 Wir 27 ... yếu tố thành hệ tơng ứng với mô hình cát sét xâm tán Phơng m 2 trình Archie khi đó có dạng: Rt = FZ R Z 2 SZ (1. 23) Từ các biểu thức cuối cùng ta có: 2 1 SZ 1 = Rt F2 S Z q S q + Z R RW cl Từ (1. 22) và (1. 23) ta tính Rt, rồi tính SW: 22 (1. 24) 1 2 2 aR q ( Rcl RW ) q ( Rcl + RW ) W 2 + 2 Rcl 2 Rcl Z Rt SW = 1 q (1. 25) Điện trở suất Rcl của sét xâm tán thờng đợc lấy bằng 0,4Rsh... F Hình 1. 7 Quan hệ phụ thuộc F với (theo Schlumberger) 17 Việc đánh giá chính xác các tham số a và m thờng đợc thực hiện nhờ một đồ thị dựng trên toạ độ vuông góc loga kép, của tỷ số R0 (trục tung), và độ rỗng (trục RW hoành), lấy từ số đo của phần cát sạch chứa nớc 10 0% của tầng sản phẩm (hình 1. 8) Các giá trị độ rỗng lấy từ các số đo mẫu lõi hoặc từ số đo của phơng pháp địa vật lý giếng khoan khác... 1. 8 Đồ thị F với dựng trên toạ độ các điểm hàm ý rằng đờng vạch loga kép để xác định a và m này là đờng nớc của thành hệ (các điểm trên đờng này không có liên quan đến dầu) Trên đồ thị với các giá trị F1 và F2 ta có thể tìm đợc các giá trị 1 và 2 tơng ứng Từ 2 cặp số (1, F1) và (2, F2), dựa vào (1. 8) R0 a = F = m có thể xác định các giá trị m và a nh sau: RW m= và log F1 log F2 log 2 log 1 (1. 9) . 11 0 4. Phạm vi ứng dụng của phơng pháp phân cực kích thích 11 1 Chơng 5. Các phơng pháp phóng xạ hạt nhân 11 2 5 .1. Cơ sở vật lý - địa chất 11 2 5 .1. 1. Cờng độ phóng xạ tự nhiên trong đá 11 2. trng vật lý thạch học 7 1. 3. Đá chứa, các tham số vật lý của đá chứa 10 1. 3 .1. Độ rỗng 11 1. 3.2. Điện trở suất và độ dẫn điện 12 1. 4. Cấu kiến trúc của đá 16 1. 4 .1. Yếu tố thành hệ - mối. ịa vật lý giếng khoan (ĐVLGK) là một lĩnh vực của địa vật lý ứng dụng bao gồm việc sử dụng nhiều phơng pháp vật lý hiện đại nghiên cứu vật chất để khảo sát lát cắt địa chất ở thành giếng khoan