Phần 5: Các phương pháp ñặc biệt ðỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN • Phương pháp đo góc nghiêng phương vị vỉa (Dipmeter) • Phương pháp quét ảnh thành hệ FMI (Fullbore Formation MicroImager) • Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân NMR (Nuclear Magnetic Resonance) TS Lê Hải An Bộ mơn ðịa vật lý, Khoa Dầu khí, TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ - ðỊA CHẤT Mục đích để xác định • Góc nghiêng vỉa • Cấu trúc, luận giải trầm tích • ðứt gãy • Bất chỉnh hợp Phương pháp Dipmeter Dipmeter Tool Dipmeter Tool Thiết bị Dipmeter có càng, có đặc điểm chung sau: • Phần định hướng (ño ñộ lệch so với phương thẳng ñứng, phương vị thiết bị, ño hướng chân số so với thành giếng khoan) • Phần đo đường kính • Thiết bị đo vi hệ điện cực gắn vào • Thiết bị đo để liên kết (đo SP GR) Dipmeter Tool Dipmeter Tài liệu gốc (6 càng) Dipmeter Dipmeter Dipmeter Dipmeter Nguyên lý xử lý tài liệu Biểu diễn đồ thị nòng nọc (tadpole) Tài liệu sau xử lý ñược ghi dạng: Tadpole plot (là chủ yếu) Listing Histogram Tube plot Dipmeter Dipmeter Liệt kê dạng bảng Biểu đồ Ống Dipmeter Phân tích tài liệu Dipmeter dạng đồ thị nòng nọc Phân lớp nghiêng, góc cắm chiều dày khơng đổi Phân lớp nằm ngang Crossbedding Góc cắm giảm theo độ sâu Phân lớp nghiêng, góc cắm chiều dày vỉa tăng dần Thấu kính cát ðới cà nát đứt gãy Lòng sơng Bất chỉnh hợp Nếp lồi Bất chỉnh hợp ðứt gãy Current Bedform Fullbore Formation MicroImager FMI: Fullbore Formation MicroImager Thiết bị FMI • Khảo sát đến 80% thơng tin giếng khoan in • ðộ phân giải theo chiều dọc 0.2 in (5 mm) • Chiều sâu nghiên cứu 30 in Thiết bị FMI FMI Nguyên lý • càng, • ðo ghi 192 ñường cong ñiện trở suất biểu kiến vi hệ ñiện cực Xử lý tài liệu FMI FMI – Phạm vi ứng dụng FMI • • • • • • • • Minh giải cấu trúc Xác ñịnh ñặc tính thể trầm tích Xác định net-to-gross trầm tích cát sét Minh giải kiến trúc ðánh giá ñộ rỗng thứ sinh ðánh giá hệ thống nứt nẻ Hiệu chỉnh ñộ sâu, phương vị … Thay mẫu lõi FMI FMI FMI FMI FMI FMI FMI FMI FMI FMI FMI FMI Trong lát cắt có cát sét phân lớp mỏng, FMI cho phép xác ñịnh ñược net pay zones Phân biệt kiến trúc trầm tích (sedimentary structures) FMI Xác ñịnh nứt nẻ Cộng hưởng từ hạt nhân NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE Magnetic Resonance Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân sử dụng ñể xác ñịnh phân bố ñộ rỗng xác ñịnh ñộ thấm Magnetic Resonance • • • • Thành hệ cát kết bao gồm hạt (rock grains) chất lưu Chất lưu bao gồm chất lưu tự chất lưu không tự (immobile) Kích thước hạt khác (to, nhỏ hỗn hợp) Có thể có khơng có khống vật sét thành hệ Phương pháp NMR cung cấp thơng tin: • Có chất lưu thành hệ -> ðộ rỗng • Trong vài trường hợp xác định chất lưu nước hay dầu -> ðộ bão hòa nước • Kích cỡ lỗ rỗng cấu trúc lỗ rỗng -> ðộ thấm Magnetic Resonance • Hạt nhân Hydro (proton) hạt mang điện tích tự quay xung quanh trục mình, làm cho hạt nhân mang động góc moment từ • Do mà lỗ rỗng chứa chất lưu, proton tạo thành hàng triệu nam châm nhỏ điều khiển trường từ tác ñộng vào Magnetic Resonance Precessional orbit of nuclear mass (Precessional angular velocity or Larmor frequency = W0) γ = ω/Ηο =2π v Spinning proton Spinning charge in proton generates magnetic dipole Ho Proton precessing in a magnetic field Ho 10 Magnetic Resonance Z Magnetic Resonance – Nguyên lý Nam châm thiết bị máy giếng xếp proton theo trường từ tĩnh B0 (dọc theo trục Z) Alignment along Bo X Y Z Một xung ñiện từ tác động vào làm proton nghiêng góc 90 ñộ so với ban ñầu Các proton nằm mặt phẳng vng góc với từ trường tĩnh Tipping X Y Z Dephasing Proton bắt ñầu “dephase” so với tương tác với bề mặt hạt ðể quay trạng thái cân ban ñầu X Y Magnetic Resonance – Nguyên lý • Proton nam châm nhỏ từ trường chúng gây nên tín hiệu có tần số Larmour Máy thu đo ghi tín hiệu • Càng nhiều proton lỗ rỗng chứa chất lưu biên độ tín hiệu lớn • Thiết bị đo ghi số Hydro hay nói cách khác đo ghi độ rỗng • Trong ống thử (100% độ rỗng), tín hiệu thu lớn nhất, thành hệ tín hiệu giảm ñi nhiều Magnetic Resonance – Nguyên lý ðường kính lỗ rỗng (microns) Clay Bound Fluids Capillary Bound Fluids Phân bố tín hiệu T2 đo ghi T2 mẫu chuẩn Giá trị cut-off cho chất lưu tự Producible Fluids Thời gian (T2 ms) loại chất lưu lỗ rỗng: • Producible or Free Fluids – chất lưu dịch chuyển • Capillary Bound Fluids – chất lưu (thơng thường nước) dính vào bề mặt đá lực căng bề mặt • Clay Bound Fluids – nước bao kèm với khống vật sét Thời gian nghỉ (relaxation time) capillary bound fluids and clay bound fluids ngắn ộñ nê i B Lỗ rỗng Large lớn Pore Thời gian (ms) Time msec Amplitude Amplitude Magnetic Resonance – T2 kích thước lỗ rỗng (pore size) ộñ nê i B Lỗ rỗng Small nhỏ pore ðộ rỗng (theo CMR) ðộ rỗng (chất lưu tự • NMR cho thấy khác phân bố thời gian với chất lưu • Giá trị cut-off thực nghiệm (cho cát kết) 33msec ñể phân biệt chất lưu tự với loại chất lưu khác Magnetic Resonance – T2 kích thước lỗ rỗng (pore size) • Thời gian ñể proton quay trạng thái cân gọi transverse relaxation time, ký hiệu T2, hàm số phụ thuộc vào kích thước lỗ rỗng • Trong lỗ rỗng nhỏ, giá trị T2 nhỏ (proton dephase nhanh) • Trong lỗ rỗng lớn, giá trị T2 lớn (proton dephase chậm) • T2 tỉ lệ nghịch với tỉ số diện tích bề mặt thể tích lỗ rỗng Thời gianmsec (ms) Time • Trong lỗ rỗng lớn, xác suất ñể proton va chạm với bề mặt hạt lỗ rỗng nhỏ (Phương trình Kozeny-Carman?) 11 Magnetic Resonance – T2 ñộ thấm Magnetic Resonance – T2 ñộ thấm Φ K =?% = ? mD • Hai mẫu có biên độ T2 độ rỗng • Thời gian T2 khác rõ rệt ñộ thấm khác • Trong mẫu có độ thấm cao phân bố T2 kiểu bi-modal, thể có mặt chất lưu linh động khơng linh động Φ K =?% = ? mD Magnetic Resonance – T2 ñộ thấm Magnetic Resonance – T2 ñộ thấm Φ K Φ K = 20% = mD = 19.5% = 280 mD Magnetic Resonance – Nguyên lý NMR Tool Dựa • Phản hồi hạt nhân trường từ • Nhiều hạt nhân có moment từ • Spin từ hạt nhân tương tác với từ trường bên ngồi tạo tín hiệu đo ghi • Hydro ngun tố có moment từ lớn • Khi sử dụng tần số cộng hưởng từ Hydro tín hiệu lớn đo ghi Sử dụng nam châm vĩnh cửu Nam châm vĩnh cửu • Tạo từ trường lớn thành hệ làm phân cực mạnh hạt nhân hydro (proton) nước hydrocarbon • Khi nam châm ñược bỏ ra, proton trở trạng thái nghỉ • Tín hiệu đo ghi biên ñộ suy giảm Thành giếng khoan Vùng nhạy Vùng mù Nam châm vĩnh cửu 12 CMR Log NMR Tool Cung ép thiết bị vào thành giếng Cartridge ñiện tử Vùng nhạy CMR Log Ứng dụng NMR CMR Log Ứng dụng NMR Nhận biết ñược hydrocarbon nước • Xác định độ rỗng tồn phần (khơng phụ thuộc vào thành phần thạch học) • Nhận biết hydrocarbon (dạng khí dạng lỏng) thành hệ cát sét • Xác định lượng nước bao (bound water) cho phép tính tốn độ bão hòa dầu, độ thấm độ bão hòa nước dư xác sử dụng phương pháp thông thường khác 13 Ứng dụng NMR Nhận biết ñược hydrocarbon nước Porosity Tool Response © Schlumberger Acknowledgments Schlumberger Baker Atlas Halliburton 14