Các đường cong địa vật lý giếng khoan

Trong các khu vực có giếng khoan thì các tài liệu địa vật lý giếng khoan rất cần thiết để hỗ trợ cho việc chính xác hóa quá trình minh giải tài liệu địa chấn trên mặt. Các phương pháp địa vật lý trong giếng khoan (Welloging) tiến hành đo theo các tuyến dọc trong lòng giếng khoan xuyên qua các lớp đất đá nên có độ tin cậy và độ phân giải cao, có nhiều phương pháp được đo đồng bộ và có thể liên kết trực tiếp với tài liệu khoan (thạch học, địa tầng, bề dày, độ sâu...). Trong quá trình tìm kiếm thăm dò dầu khí các đường cong địa vật lý giếng khoan được sử dụng để chính xác hóa tài liệu địa chấn trong quá trình xác định các phân vị địa tầng, chính xác hóa các mặt ranh giới, xác định tham số địa chất như thành phần thạch học, độ rỗng, điện trở suất, tốc độ sóng âm, hình ảnh giếng khoan... Việc kết hợp tài liệu địa chấn và địa vật lý giếng khoan cho phép nâng cao hiệu quả áp dụng công nghệ thông tin, mạng trí tuệ nhân tạo xác định bản chất vỉa chứa dầu khí.

Các thiết bị đo địa vật lý trong giếng khoan gồm phần: nguồn phát và thiết bị ghi... đặt trên mặt đất, các máy thu tín hiệu đưa vào giếng khoan. Sơ đồ khối đo địa vật lý giếng khoan thể hiện trên hình 8.1. Các thiết bị thu có chức năng thu nhận các tín hiệu địa vật lý (điện, điện từ, sóng đàn hồi, độ phóng xạ...), chúng được thiết kế bền vững để chịu được sự thay đổi nhiệt độ và áp suất trong giếng khoan, tránh ảnh hưởng của dung dịch và sự thay đổi đường kính giếng khoan. Các thiết bị trên mặt có chức năng ghi các tín hiệu và biến đổi chúng qua các thiết bị ghi bằng điện kế, ghi từ hoặc ghi số.

Hình 8.1 - Sơ đồ khối máy đo ĐVLGK

Để tiến hành đo đồng thời nhiều phương pháp khác nhau, thường sử dụng các máy đa chức năng. Với kỹ thuật số cho phép tự động hóa xử lý số liệu trên máy tính và có thể truyền số liệu qua mạng thông tin ở các trung tâm xa giàn khoan. Các phương pháp địa vật lý trong giếng khoan có thể ghi nhận các trường địa vật lý tự nhiên có trong đất đá (trường điện, trường phóng xạ...) hoặc các trường thứ cấp trong đất đá dưới tác dụng của nguồn phát.

Từ những năm 1970, một cách tiếp cận mới đo địa vật lý trong giếng khoan đã được thế giới áp dụng là đo trong khi khoan (Logging While Drilling/LWD). Kỹ thuật này cung cấp thông tin tương tự như đo địa vật lý trong giếng khoan thông thường nhưng các cảm biến được tích hợp vào cáp khoan và tiến hành đo trong khi đang khoan. Điều này cho phép có được thông tin như độ rỗng, điện trở suất, hướng của giếng khoan một cách nhanh chóng và có thể loại trừ các rủi ro xảy ra trong giếng khoan sau khi dừng khoan ảnh hưởng khó khăn đến độ chính xác của kết quả đo, đặc biệt là các giếng khoan ngang. Mặt khác, có thể sử dụng thông tin này để đưa ra quyết định ngay về việc phát triển giếng khoan và định hướng giếng khoan một cách kịp thời.

Tài liệu địa vật lý giếng khoan bao gồm các đường cong từ các phương pháp đo khác nhau như các đường cong điện (điện thế tự phân cực, điện trở), các đường cong phóng xạ (gamma tự nhiên, gamma-gamma, nơtron-gamma, nơtron-nơtron), các đường cong âm học...

Các đường cong địa vật lý giếng khoan

1. Các đường cong điện

Đường cong thế tự phân cực

Đường cong thế tự phân cực (Spontaneous Potential/SP) đo sự khác biệt thế tự nhiên giữa lỗ khoan và bề mặt mà không dùng nguồn phát. Điện thế tự phân cực được hình thành do quá trình điện hóa trong môi trường đất đá có độ thấm khác nhau. Để đo điện thế này cần đưa điện cực đo thế xuống giếng khoan và điện cực chuẩn cố định trên bề mặt.

Độ lớn của điện thế tự phân cực phụ thuộc chủ yếu vào độ tương phản độ mặn giữa bùn khoan, các thành tạo nước và hàm lượng sét của tầng thấm. Do đó, đường cong SP thường được sử dụng để phát hiện các tầng thấm, ước tính hàm lượng sét và độ mặn của nước hình thành. Đường cong SP có thể được sử dụng để phân biệt giữa sét thấm, không thấm và cát xốp.

Đường cong điện trở suất

Đường cong điện trở suất là đường cong xác định sự biến đổi điện trở suất đất đá dọc thành giếng khoan, cho phép phân biệt giữa những đất đá có thành phần thạch học khác nhau với những thành tạo chứa dầu khí (điện trở suất cao). Điện trở suất và độ rỗng còn được sử dụng để tính độ bão hòa nước. Điện trở suất được biểu thị bằng om.m và thường được biểu diễn trên thang logarit so với độ sâu vì phạm vi lớn của điện trở suất. Độ sâu xuyên sâu của dòng điện phụ thuộc kích thước hệ cực từ vài centimet đến một mét.

Có thể sử dụng hệ 2 cực, cực phát cắm trên mặt và cực thu dịch chuyển trong giếng khoan (phương pháp đo dòng) hoặc hệ 4 cực, trong đó có thể đưa 1 cực phát và 2 cực thu vào giếng khoan. Khi giữ nguyên kích thước hệ cực và dịch chuyển toàn bộ hệ cực dọc theo giếng khoan (phương pháp điện trở) cho phép xác định sự thay đổi điện trở suất biểu kiến của các lớp đất đá dọc theo giếng khoan. Để nghiên cứu chi tiết điện trở suất của đất đá ở những chiều sâu có đối tượng cần khảo sát có thể giữ nguyên vị trí đo và kéo dài kích thước hệ cực (phương pháp đo sâu điện) hoặc sử dụng hệ cực màn hoặc vi hệ cực có kích thước nhỏ và được ép sát vào thành giếng khoan (hình 8.2a và 8.2b).

Hình 8.2 - Hệ cực màn và vi hệ cực - a. Hệ cực màn và đường cong điện trở suất; b. Vi hệ cực và đường cong điện trở suất

Khi đo điện trở suất qua các đới chứa dầu khí, giá trị điện trở suất cao hơn so với đới chứa nước. Từ giá trị điện trở suất của môi trường trầm tích (Rs) có thể xác định mối quan hệ với các tham số vật lý khác như độ rỗng (ɸ), điện trở của các lỗ hổng chứa nước Rf), độ bão hòa nước (Sw). Điện trở suất của nước trong lỗ rỗng (Rw) được xác định từ độ mặn của nước và sự biến thiên nhiệt độ và có mối quan hệ với sự tồn tại khí hydrat tương ứng với nhiệt độ của nước trong lỗ hổng thấp.

So sánh dạng đường cong thế phân cực và đường cong điện trở qua tầng chứa dầu được minh họa trên hình 8.3.

Hình 8.3 - So sánh dạng đường cong thế phân cực và đường cong điện trở

2. Các đường cong phóng xạ

Các phương pháp phóng xạ trong giếng khoan gồm phương pháp phóng xạ tự nhiên và phóng xạ nhân tạo, được ứng dụng để xác định các tham số như cường độ bức xạ gamma, mật độ, độ rỗng liên quan đến sự tồn tại khí hydrat. Ưu điểm của phương pháp phóng xạ là có thể đo ở những phần giếng khoan có ống chống, trám xi măng mà phương pháp điện không nghiên cứu được. Kết quả đo không phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ, áp suất trong giếng khoan vì quá trình phóng xạ không chịu ảnh hưởng của sự thay đổi điều kiện vật lý trong môi trường. Tuy nhiên nhược điểm là chịu ảnh hưởng của sự thay đường kính giếng khoan. Sơ đồ đo phương pháp phóng xạ được minh họa trên đổi hình 8.4.

Hình 8.4 - Sơ đồ đo phóng xạ - a. Đo phóng xạ tự nhiên; b. Đo phóng xạ nhân tạo

Đường cong gamma tự nhiên

Tùy vào mỗi loại đất đá mà hàm lượng các nguyên tố đồng vị phóng xạ (Uran, Thori,...) chứa trong chúng có khác nhau và có thể phát ra bức xạ gamma. Phương pháp gamma tự nhiên xác định cường độ bức xạ gamma sẵn có của các nguyên tố đồng vị phóng xạ nằm trong đất đá xung quanh thành giếng khoan. Đường cong gamma tự nhiên được sử dụng để nhận biết sự khác biệt của các lớp trầm tích khác nhau như cát và sét trong môi trường trầm tích vụn. Điều này là do sét có độ phóng xạ tự nhiên so với cát thường chứa thạch anh không phóng xạ. Trong một số loại đá, đặc biệt là carbonat, sự có mặt của nguyên tố uran có thể lớn nên có thể nhầm lẫn với sét.

Thí dụ trên hình 8.5 là hình ảnh các đường cong gamma tự nhiên (Gamma ray/GR) đặc trưng cho cát ven biển và thềm tại các vị trí khác nhau. Kết quả đo địa vật lý giếng khoan phản ảnh rõ các trầm tích thềm, trước châu thổ, tiền châu thổ,... cho phép chính xác hóa tài liệu minh giải các thuộc tính địa chấn để có thể xác định chúng ở các vùng không có giếng khoan.

Hình 8.5 - Đường cong gamma tự nhiên (GR) đặc trưng cho cát ven biển và thềm tại các vị trí khác nhau

Đường cong phóng xạ nhân tạo

Khác với phương pháp phóng xạ tự nhiên đo cường độ bức xạ gamma có sẵn trong đất đá, phương pháp phóng xạ nhân tạo cần có nguồn phóng xạ (phát bức xạ gamma hoặc chùm hạt nơtron) vào môi trường. Dưới tác dụng của cường độ phóng xạ nhân tạo này trong đất đá xuất hiện cường độ bức xạ thứ cấp có đặc điểm phụ thuộc vào các loại đất đá khác nhau. Các phương pháp này chủ yếu được sử dụng để xác định các tham số mật độ, độ rỗng, độ bão hòa liên quan đến sự tồn tại khí hydrat.

Phương pháp gamma-gamma dùng nguồn phát bức xạ gamma vào môi trường và nghiên cứu cường độ bức xạ gamma thứ cấp trong đất đá. Cường độ bức xạ gamma đo được phụ thuộc vào mật độ và thành phần vật chất của các loại đất đá khác nhau. Đường cong gamma-gamma thường được dùng để xác định mật độ và chuyển đổi để xác định độ rỗng. Sơ đồ đo gamma-gamma xác định mật độ được thể hiện trên hình 8.6.

Phương pháp nơtron dùng nguồn phát nơtron và nghiên cứu bức xạ gamma thứ cấp hoặc nơtron nhiệt. Khi nơtron tương tác với hạt nhân của nguyên tố nhẹ (thường là hydro có trong nước vỉa) thì phần lớn động năng của nơtron được chuyển cho hạt nhân nguyên tử và cuối cùng động năng của nơtron giảm đến mức động năng trung bình của phân tử, được gọi là nơtron nhiệt, chúng tiếp tục va chạm với hạt nhân nguyên tử và hình thành bức xạ gamma thứ cấp. Phương pháp nơtron-gamma và nơtron-nơtron được sử dụng để xác định độ rỗng. Trên hình 8.6 là hình ảnh các đường cong mật độ, độ rỗng và các đường cong gamma tự nhiên, tốc độ sóng âm và điện trở suất.

Việc xác định độ rỗng có thể sử dụng các đường cong điện trở, âm học hoặc đường cong phóng xạ. Với các đường cong phóng xạ độ rỗng đo được gần với độ rỗng thực, sự khác biệt về giá trị độ rỗng giữa các phép đo từ đường cong nơtron và đường cong điện trở cũng là dấu hiệu về sự tồn tại của dầu khí trong các thành tạo có chất lưu.

Hình 8.6 - Phương pháp đo gamma - gamma xác định mật độ - a. Sơ đồ đo; b. đường cong mật độ

3. Các đường cong sóng âm học

Để nghiên cứu tỉ mỉ địa tầng trầm tích và thành phần thạch học của đá có thể sử dụng phương pháp địa chấn âm học trong giếng khoan. Sóng âm được phát từ nguồn đến thành các lớp đá khác nhau trong giếng khoan, hình thành sóng khúc xạ từ thành các lớp này và đến các máy thu đặt cách nguồn một khoảng nhất định. Từ giá trị thời gian đo được và khoảng cách thu phát, có thể xác định giá trị tốc độ của các lớp đá. Nguồn phát sóng âm có giải tần số cao (20-40kHz) với khoảng cách đến các máy thu không lớn nên có thể xác định tỉ mỉ các lớp đất đá. Trên hình 8.7 là sơ đồ đo sóng âm trong giếng khoan, đường cong biến đổi thời gian truyền sóng âm theo độ sâu và so sánh với đường cong đường kính giếng khoan. Trên hình 8.8 là thí dụ minh họa việc sử dụng đo sóng âm trong giếng khoan. Trong đó, sơ đồ đo siêu âm trong giếng khoan (hình 8.8a), cột địa tầng giếng khoan (hình 8.8b), so sánh đường cong siêu âm có tần số cao và mạch địa chấn có tần số thấp (hình 8.8c và d).

Việc sử dụng tài liệu đo sóng âm trong giếng khoan không chỉ làm tăng độ phân giải khi minh giải tài liệu địa chấn trên mặt mà còn có khả năng chính xác hóa tính toán xây dựng băng địa chấn tổng hợp, xác định tốc độ lớp, kể cả tốc độ của các loại đá.

Trong thực tế, ngoài đo thời gian truyền sóng dọc (P), có thể đo cả thời gian truyền sóng ngang (S). Tùy thuộc vào loại đất đá xung quanh thành giếng khoan, độ sâu nghiên cứu của phương pháp sóng âm có thể thay đổi. Ngoài phương pháp xác định thời gian truyền sóng Δt, còn có thể xác định độ suy giảm sóng âm trong giếng khoan.

Một số hình ảnh các đường cong gamma, mật độ, độ rỗng, tỷ lệ cát sét và tốc độ được nêu trên hình 8.9. Các đường cong gamma, thế tự phân cực, đường kính giếng khoan, điện trở đo với các kích thước khác nhau, mật độ và tốc độ trên hình 8.10. Một số hình ảnh các đường cong gamma, mật độ, V_p/V_s, V_p và V_s qua các tập cát chứa dầu và khi được thể hiện trên hình 8.11.

Hình 8.7 - Sơ đồ đo sóng âm trong giếng khoan - a. Sơ đồ đo; b. Đường cong siêu âm

Hình 8.8 - Đo siêu âm trong giếng khoan - a. Sơ đồ đo siêu âm trong giếng khoan; b. Cột địa tầng; c. Đường cong siêu âm; d. Mạch địa chấn

Hình 8.9 - Một số hình ảnh các đường cong gamma, mật độ, độ rỗng, tỷ lệ cát sét và tốc độ

Hình 8.10 - Một số hình ảnh các đường cong gamma, thể tự phân cực, đường kính giếng khoan, điện trở đo với các kích thước khác nhau, mật độ và tốc độ

Hình 8.11 - Một số hình ảnh các đường cong gamma, mật độ, Vp/Vs, Vp và Vs qua các tập cát chứa dầu và khí

Theo Minh giải địa chấn trong thăm dò và khai thác dầu khí

	Biến đổi ngược địa chấn
	Biến đổi ngược sau cộng sóng - Phần 1
	Biến đổi ngược sau cộng sóng - Phần 2
	Biến đổi ngược trước cộng sóng