Đang tải... (xem toàn văn)
Địa vật lý giếng khoan (ĐVLGK) là một lĩnh vực địa vật lý ứngdụng bao gồm việc sử dụng nhiều phuơng pháp địa vật lý hiện đại để khảosát lát cắt địa chất xung quanh thành giếng khoan nhằm phát hiện cáckhóang sản có ích, trong đó có dầu, khí và khí condensat.Việc ứng dụng các phương pháp địa vật lý giếng khoan qua cácthời kỳ và từng đối tượng khác nhau đã từng có những tên gọi khác nhau,như “ carota”. Thuật ngữ này có gốc từ tiếng pháp – Carottage xuất phát tưCarotte, có nghĩa là mẫu lõi khoan hay cũng có nghĩa là củ cà rốt. Trongtiếng anh các phương pháp địa vật lý giếng khoan được gọi bằng thuật ngữLog, Logging có nghĩa là đo vẽ liên tục một tham số vật lý theo trục giếngkhoan, chẳng hạn như log điện trở, Log siêu âm…Ở Việt Nam các phuơng pháp ĐVLGK đã được áp dụng đểnghiên cứu các giếng khoan than từ cuối những năm 50, đầu những năm60 của thế kỷ trước. Năm 1964 tại Liên đòan 36 thành lập nhóm ĐVLGKđầu tiên do ông Phạm Ngọc Diễn làm nhóm trưởng, nhằm phân tích tổnghợp tài liệu do các chuyên gia Liên Xô cũ đứng máy, khảo sát các giếng
Địa vật lý giếng khoan ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN PGS.TS Hoàng Văn Quý quyhv241@yahoo.com.vn, đt – 0903727237 ThS Nguyễn Thị Hải Hà Email: hanth@pvu.edu.vn Địa vật lý giếng khoan Chương Mỏ đầu Địa vật lý giếng khoan (ĐVLGK) lĩnh vực địa vật lý ứng dụng bao gồm việc sử dụng nhiều phuơng pháp địa vật lý khảo sát lát cắt địa chất xung quanh thành giếng khoan nhằm phát khóang sản có ích, có dầu, khí khí condensat Việc ứng dụng phương pháp địa vật lý giếng khoan qua thời kỳ đối tượng khác có tên gọi khác nhau, “ carota” Thuật ngữ có gốc từ tiếng pháp – Carottage xuất phát tư Carotte, có nghĩa mẫu lõi khoan hay có nghĩa củ cà rốt Trong tiếng anh phương pháp địa vật lý giếng khoan gọi thuật ngữ Log, Logging- có nghĩa đo vẽ liên tục tham số vật lý theo trục giếng khoan, chẳng hạn log điện trở, Log siêu âm… Ở Việt Nam phuơng pháp ĐVLGK áp dụng để nghiên cứu giếng khoan than từ cuối năm 50, đầu năm 60 kỷ trước Năm 1964 Liên đòan 36 thành lập nhóm ĐVLGK ơng Phạm Ngọc Diễn làm nhóm trưởng, nhằm phân tích tổng hợp tài liệu chuyên gia Liên Xô cũ đứng máy, khảo sát giếng Địa vật lý giếng khoan tìm kiếm thăm dò dầu khí miền võng Hà Nội Về máy móc, trang thiết bị ĐVLGK có nhiều thay đổi đáng kể với tiến nhanh chóng cơng nghệ điện tử tự động hóa Ngày có nhiều thiết bị đo ĐVLGK cải tiến, xuất lại tiếp tục cải tiến, xuất Các nhà khoa học nhận xét sau năm hệ máy đời thày hòan tòan hệ cũ Có ý kiến cho chí sớm Cùng với thay đổi thiết bị, hệ phương pháp minh giải xử lý số liệu ĐVLGK thay đơỉ chóng mặt Ví dụ trước năm 1990, Việt Nam khơng có phần mềm xử lý Việc phân tích xử lý số liệu hồn tòan dựa sở phân tích thủ cơng, xác hiệu thấp Từ năm 90 kỷ truớc nước ta bắt đầu nhập phần mềm xử lý số liệu ELAN, ULTRA, SHASA… số phần mềm kiểm tra khai thác, kiểm tra trạng thái khai thác Sau phần mềm khác bổ sung áp dụng IP, TECHLOG… Năm 1992 phiên 1.0 phần mềm BASROC đời đưa vào áp dụng để nghiên cứu đá móng nứt nẻ PGS.TS Hồng Văn Quý nhóm chuyên gia hỗ trợ sáng lập Địa vật lý giếng khoan Đây phần mềm Việt Nam nói riêng giới nói chung sáng lập sở mơ hình khơng gian lỗ hổng nứt nẻ hang hốc Phần mềm sau nâng cấp lên 2.0 3.0, hội đồng bác học Liên bang Nga, đứng đầu Viện sĩ Viện hàn lâm Khoa học Liên Xô xem xét đề nghị chuyên gia dầu khí Việt Nam Liên bang Nga chấp thuận sử dụng cho việc nghiên cứu đá móng nứt nẻ hang hốc Phần mềm BASROC 3.0 áp dụng rộng rãi Việt Nam cơng ty dầu khí nước ngòai hoạt động Việt Nam, đặc biệt Vietsovpetro, Cuulong JOC, JVPC, Hoanvu JOC, Lamson JOC, PVEP… Với nhu cầu tiếp tục hoàn thiện nâng cấp phiên 5.0 PGS.TS.Hồng Văn Q cơng ty Ngơi Sao Biển Đơng hồn thiện đưa vào khai thác với tên gọi FRPetrophysic Hiện PGS.TS.Hoàng Văn Quý chun gia Ngơi Sao Biển Đơng hòan thiện đưa vào khai thác phần mềm áp dụng cho đá chứa trầm tích hạt vụn đá carbonat Hy vọng năm tới phần mềm phát triển thay cho phầm mềm mua từ nước phương tây Địa vật lý giếng khoan 1.1 Khái niệm chung Đối tượng nghiên cứu ĐVLGK giếng khoan tìm kiếm, thăm dò khai thác khống sản có ích, trong giáo trình tập trung vào lĩnh vực dầu khí Để nghiên cứu địa chất xung quanh thành giếng khoan người ta đưa xuống giếng máy giếng, nơi phát trường vật lý tương ứng, trường điện, trường từ, trường sóng siêu âm, trường phóng xạ vv Trường vật lý máy giếng phát tác động vào đất đá xung quanh thành giếng khoan Cũng máy giếng thu nhận thơng tin từ trường vật lý tương ứng Đặc trưng trường vật lý thu mang thông tin định đặc điểm không gian lỗ hổng, đặc điểm thạch học chất lưu chứa Xử lý thơng tin thu đựoc ta dễ ràng thu nhận thông số cần thiết đá, phục vụ cho việc nghiên cứu đặc điểm địa chất xung quanh thành giếng khoan có mặt dầu , khí, nước 1.2 Đặc điểm phương pháp địa vật lý giếng khoan Tầng sét chắn Tầng cát ĐỂ TÌM KIẾM THĂM DỊ DẦU KHÍ CẦN KHOAN CÁC GIẾNG KHOAN TÌM KIẾM -THĂM DỊ DẦU KHÍ SAU KHI KHOAN, THIẾT BỊ ĐO ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN ĐƯỢC THẢ XUỐNG NHẰM KHẢO SÁT CÁC TRƯỜNG VẬT LÝ XUNG QUANH THÀNH GIẾNG KHOAN 1.3 Đá chứa Định nghĩa đá chứa: Đá chứa loại đá có khả lưu chứa chất lưu không gian lỗ hổng cho chúng qua xuất chênh áp định Chất lưu di chuyển lỗ hổng đá Các loại đá chứa Hiện nay, phần lớn mỏ dầu phát hình thành cở sở thân dầu tích tụ cát, cát kết, cuội kết đá vơi đá móng macma nứt nẻ Loại đá chứa phổ biến đá chứa trầm tích 1.4 Độ rỗng Thuật ngữ độ rỗng đá hiểu tỉ số thể tích lỗ hổng đá tổng thể tích đá Độ rỗng biểu diễn phần đơn vị phần trăm Theo xuất xứ hay nguồn gốc tạo thành lỗ hổng chia thành: Lỗ hổng nguyên sinh thành tạo trình lắng đọng hình thành đá Lỗ hổng nguyên sinh bao gồm lỗ hổng hạt thành phần hạt đá, lớp, lỗ hổng xuất sau phân huỷ vật chất hữu cơ, bọt khí bị …v.v Lỗ hổng nguyên sinh thường quan sát thấy cát, cát kết, cuội kết sét Lỗ hổng thứ sinh thành tạo trình biến đổi thứ sinh kiến tạo, phá huỷ nhiệt dịch, trình biến chất đá …v.v Các lỗ hổng thứ sinh bao gồm lỗ hổng, nứt nẻ, hang hốc thành tạo q trình hồ tan hố học, trơi rửa, phá huỷ kiến tạo …v.v Lỗ hổng thứ sinh thường quan sát thấy đá cacbonnat đá vôi, đôlômit, đá phun trào đá mắc ma Lỗ hổng nguyên sinh thường phân bố theo quy luật định Ngược lại lỗ hổng thứ sinh không phân bố theo quy luật định Vật liệu xi măng hạt cát dầu khí Tích tụ dầu khí bẫy chứa mà cấu trúc bên nước V nước+Vkhí+Vdầu = Độ rỗng đá Độ rỗng phân loại sau: Độ rỗng chung tỉ số thể tích tất loại lỗ hổng thể tích đá Độ rỗng hở tỉ số thể tích tất loại lỗ hổng hở, thông thể tích đá Độ rỗng kín tỉ số thể tích tất loại lỗ hổng kín, khơng thơng thể tích đá Tổng độ rỗng hở độ rỗng kín độ rỗng chung Độ rỗng hiệu dụng tỉ số thể tích tất loại lỗ hổng hiệu dụng có khả chứa cho dầu khí thấm qua có chênh áp định thể tích đá Phân biệt độ rỗng hiệu dụng độ rỗng hiệu dụng động: Φhd = Φ(1-Swr ); Φhdđ = Φ(1-Swr –Sor ) Các yếu tố ảnh hưởng tới độ rỗng hở độ rỗng hiệu dụng bao gồm đặc điểm phân bố khoáng vật sét, xi măng hệ số bất đồng hạt Hệ số bất đồng cao độ rỗng hở, độ rỗng hiệu dụng nhỏ chênh lệch độ rỗng hở độ rộng hiệu dụng lớn Độ rỗng thường xác định mẫu lõi phòng thí nghiệm theo tài 10 liệu địa vật lý giếng khoan Trong trường hợp có nhiều khống vật (multimineral) giá trị thời khoảng đá đo được biểu diễn dạng: Δt = Δtf Ф + ( Δtm1.Vm1+…+Δtmi.Vmi ) (8.26) Δtf - giá trị thời khoảng chất lưu chứa không gian lỗ hổng đá chứa khoáng vật i tương ứng; Ф – độ rỗng hở đá chứa; Vmi – tỷ phần thể tích khống vật i đá + Các phương pháp xác định độ rỗng Thứ nhất: Xác định độ rỗng theo phương pháp đơn lẻ theo công thức 1.19, 1.22 1.25 Độ rỗng đá chứa phân tích lựa chọn giá trị hợp lý từ giá trị độ rỗng thu theo ba phương pháp Thứ hai: Độ rỗng xác định theo cặp phương pháp Фn-d; Ф n-s Фs-d sử dụng đồ thị cặp tương ứng Thứ ba: Giải hệ phương trình biến đổi từ phương trình ( mơ hình khoáng vật đá khung cát sét phân bố không gian lỗ hổng: W = wf.Ф + wma ( 1- Ф – Vsh) + wsh Vsh Ρ = ρf Ф + ρma (1- Ф – Vsh) + ρsh Vsh (8.27) Δt = Δtf Ф + Δtma (1- Ф – Vsh) + Δtsh Vsh Địa vật lý giếng khoan Độ rỗng xác định theo cặp phương pháp Фn-d Địa vật lý giếng khoan Độ rỗng xác định theo cặp phương pháp S-N ta có ẩn số cần tìm, độ rỗng Ф,Vsh thông số cho trước xác định phòng thí nghiệm: wf = 0,991; ρf – mật độ filtrat xác định theo nồng độ khống hóa có giá trị g/cm3 (nước ngọt) 1.04 g/cm3 ( nước khoáng; Δtf – thời khoảng sóng siêu âm filtrat, thường có giá trị 189 μks/f hay 620 μks/m; wma cát kết có giá trị - 0,015 ( - 0,01) ; ρma = 2.65 g/cm3; Δtma cát kết có giá trị 55 μks/f 180 μks/m; wsh , ρsh Δtsh thường xác định phòng thí nghiệm Trong trường hợp khơng có kết xác định phòng thí nghiệm ta thường chọn giá trị đo vỉa sét lân cận Những giá trị thông số thường dao động xunh quanh 0,35-0,40; 2, 60 g/cm3 đến 2,63 g/cm3 101 μks/f 333 μks/m tương ứng Thứ tư: Đối với mơ hình đa khống ( multi – mineral) ta giải hệ phương trình nhiều phương trình twong ứng với phương pháp, phương trình : W = wf Ф + (Wm1.Vm1+…+ Wmi.Vmi) ρ = ρf Ф + (ρm1.Vm1+…+ ρmi.Vmi) Δt = Δtf Ф + (Δtm1.Vm1+…+ Δtmi.Vmi) Gγ = Jγf Ф + ( Jγm1 Vm1+…+ Jγmi.Vmi) Rt = Rf Ф + ( Rm1.Vm1+…+ Rmi.Vmi) (8.28) Địa vật lý giếng khoan ĐỐI VỚI ĐÁ MÓNG NỨT NẺ VÀ HANG HỐC Theo phương pháp Siêu âm Фblock Ф = [ (Δt – Δtma)/ ((Δt f– Δtma)] Theo phương pháp gamma mật độ Ф = (ρ ma – ρ ) / (ρ ma - ρ f ) Theo phương pháp nơtron nhiệt Ф = (W –Wma)/( Wf-Wma) Độ rỗng thứ sinh hay độ rỗng hở xác định theo Quy’s formula Ф2 = (Ф –Фblock)/( 1- Фblock) Trong Ф, Фblock – độ rỗng chung xác định theo phương pháp giải hệ phương trình đa khóang vật, độ rỗng khối đá không bị phá hủy tương ứng 8.2.3 Độ bão hòa dầu ,khí Vật liệu xi măng, sét hạt cát dầu khí nước 133 Độ bão hòa nước tỷ phần không gian lỗ hổng đá chứa bị chiếm giữ nước vỉa Phần lỗ hổng lại bị chiếm giữ dầu, khí Tỷ phần thể tích lỗ hổng đá chứa bị dầu, khí chiếm giữ tổng thể tích khơng gian lỗ hổng gọi hệ số bão hòa dầu (khí) Như hệ số bão hòa dầu (khí) đơn vị trừ hệ số bão hòa nước Có nghĩa muốn tìm hệ số bão hòa dầu (khí) ta cần tìm hệ số bão hòa nước vỉa Trong truờng hợp khơng gian lỗ hổng khơng chứa nước di động độ bão hòa nước gọi độ bão hòa nước dư (Swr) Trong khơng gian lỗ hổng khối lượng dầu (khí) bão hòa lớn dẫn đến điện trở suất đá cao Chính độ bão hòa dầu (khí) xác định theo hệ số tăng điện trở ( Po) Hệ số tăng điện trở tỷ số điện trở suất (Rt) vỉa chứa dầu (khí) điện trở suất vỉa (Ro) chứa nước vỉa 100%: Po = Rt / Ro (8.29) Ro = FRw, F – yếu tố thành hệ xác định theo F = Ro/ Rw = 1/ Фm, Rw – điện trở suất nước vỉa a/ Xác định độ bão hòa dầu, khí vỉa cát Trong trường hợp cát độ bão hòa nước Sw xác định theo cơng thức Archie : Swn = 1/ Po hay Swn = Ro/Rt = FRw/ Rt = Rw/ (Rt Ф**m) (8.30) n – hệ số phản ảnh mức độ ưa nước đá Mức độ ưa nước đá cao n nhỏ; m - hệ số thực nghiệm phản ánh đặc điểm cấu trúc không gian lỗ hổng đá Sự tồn nứt nẻ thuờng kéo giá trị m xuống ngược lại tốn hệ thống hang hốc thường nâng giá trị m lên Công thứ Archie công thức chủ đạo thể mối quan hệ điện trở suất vỉa, đặc điểm không gian lỗ hổng với độ bão hòa dầu khí Trên sở công thức Archie nhiều tác giả bổ sung đưa công thức riêng hiệu chỉnh ảnh hưởng khoáng vật sét tới mối quan hệ điện trở suất vỉa độ bão hòa dầu khí b/ Xác định độ bão hòa dầu, khí vỉa cát với sét phân tán Địa vật lý giếng khoan Xác định điện trở suất nước vỉa Rw Địa vật lý giếng khoan Trong trường hợp khống vật sét tồn khơng gian lỗ Sét phân tán hổng dạng phân tán, điện trở suất vỉa đá chứa bị suy giảm dẫn đến cơng thức 1.30 cho ta độ bão hòa nước ảo (Swa) xác định sở độ rỗng ảo Фa Độ rỗng ảo xác định theo công thức sau: Фa = Ф.( 1+ (Vsh Rw/ Ф.Rsh) (8.31) độ rỗng ảo Фa vào công thức 1.30 ta độ bão hòa nước ảo Swa: Swan= Rw/ ( Rt Фam) (8.32) Vsh , Rsh - hàm lượng sét phân tán điện trở suất tương ứng; m – hệ số thực nghiệm phản ánh mức độ nén kết đá Thường m có giá trị 1,81 Như độ bão hòa dầu (khí) - So sau hiệu chỉnh ảnh hưởng sét phân tán (Vsh) tính theo công thức sau: So = Soa Фa / Ф = (1-Swa) (Фa / Ф) (8.33) Фa / Ф = (1+(Vsh.Rw)/( Ф.Rsh)); Swa = ((Rw/ (Rt Фam)) 1/n ; Фa = Ф.( 1+(Vsh.Rw )/( Ф.Rsh) ) Soa = (1-Swa) - độ bão hòa dầu (khí) biểu kiến Địa vật lý giếng khoan Ví dụ: Giả sử có vỉa cát chứa dầu với Rt = 30 Omm; độ rỗng xác định 0,15; điện trở suất nước vỉa 0,1 Omm; hàm lượng sét phân tán xác định 0,12 Điện trở suất sét Omm Xác định độ bão hòa dầu vỉa cát sét trên, biết hệ số n = m = Giải : độ rỗng biểu kiến theo công thức (1.33) So = Soa Фa / Ф = (1-Swa) (Фa / Ф) xác định : Фa = 0,15.( 1+ (0,12 0,1) / ( 0,15 2) = 0,156 Swa = (0,1 / 30 0,1562) ½ = 0,37 Фa / Ф = 1,04 So = (1- 0,37) (1,04) = 0,65 So = 0,65 Vậy sau hiệu chỉnh ảnh hưởng sét độ bão hòa dầu (khí) tăng lên từ 0,63 tới 0,65 Địa vật lý giếng khoan Công thức Archie công thức chủ đạo thể mối quan hệ điện trở suất vỉa, đặc điểm không gian lỗ hổng với độ bão hòa dầu khí Trên sở cơng thức Archie nhiều tác giả bổ sung đưa công thức riêng hiệu chỉnh ảnh hưởng khoáng vật sét tới mối quan hệ điện trở suất vỉa độ bão hòa dầu khí Simandoux Equation (19630 Sw =(aRw/ Ф**2 Rt +(aRwVsh/2 Ф**2 Rsh)**2)**0.5 – (aRwVsh/2 Ф**2 Rsh) (8.34) , Clavier Equation (1977) – Dual Water Model Sw **n = [Sb(1- aRw/Rb)]Swt + (aRw/ (Rt.Фt**m (8.35) Rb = Rsh Фtsh**m Sb = Vsh Фtsh/Фt Фt = Фe + Vsh Фtsh Rb – điện trở nước liên kết, Sb – độ bão hòa nước liên kết hay nuớc màng Swt - độ bão hòa nước tòan phần; Фts – độ rỗng sét ( thuờng lấy trung bình giưa độ rỗng notro mật độ; Фe – độ rỗng hiệu dụng ( độ rỗng hở) Địa vật lý giếng khoan Indonesian Model Indonesian Model phát triển sở quan sát thực tế Indonesa khơng phải phân tích phòng thí nghiệm Mơ hình áp dụng rộng rãi sử dụng liệu log chuẩn kết phù hợp quan sát thực tế: Sw = {[( Vsh**(2-Vsh) / Rsh) **0,5 + (Фe**m / Rw)**0,5]**2 Rt}**(-1/n) (8.36) Địa vật lý giếng khoan Chương : Ứng dụng tài liệu khảo sát địa vật lý giếng khoan 9.1 Ứng dụng để xây dựng cột địa tầng lỗ khoan 9.2 Ứng dụng để xác định độ rỗng, hàm lượng sét độ bão hòa dầu khí 9.4 Ứng dụng giai đoạn tìm kiếm, thăm dò khai thác dầu khí ( tổ chức sinh họat ngọai khóa nhằm trao đổi khoa học) Địa vật lý giếng khoan Kết thúc học phần .. .Địa vật lý giếng khoan Chương Mỏ đầu Địa vật lý giếng khoan (ĐVLGK) lĩnh vực địa vật lý ứng dụng bao gồm việc sử dụng nhiều phuơng pháp địa vật lý khảo sát lát cắt địa chất xung quanh thành giếng. .. thành giếng khoan Để hiểu rõ cấu trúc địa chất lòng đất xung quanh giếng khoan đặc điểm chứa dầu khí chúng, phương pháp địa vật lý giếng khoan trả lời câu hỏi: Cấu trúc địa chất xung quanh giếng khoan. .. điểm địa chất xung quanh thành giếng khoan có mặt dầu , khí, nước 1.2 Đặc điểm phương pháp địa vật lý giếng khoan Tầng sét chắn Tầng cát ĐỂ TÌM KIẾM THĂM DỊ DẦU KHÍ CẦN KHOAN CÁC GIẾNG KHOAN