Bài giảng Địa vật lý giếng khoan: Phần 2 - TS. Lê Hải An

Chia sẻ: Nnmm Nnmm | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

101
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng phần 2 cung cấp các phương pháp xác định độ rỗng. Nội dung chính trong bài giảng gồm có: Phương pháp mật độ (Density, Litho-density Logs), phương pháp nơtron (Neutron Log), phương pháp âm học (Sonic Log). Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Địa vật lý giếng khoan: Phần 2 - TS. Lê Hải An

Phần 2: Các phương pháp xác ñịnh ñộ rỗng ðỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN • • Phương pháp mật ñộ (Density, Litho-density Logs) Phương pháp nơtron (Neutron Log) TS. Lê Hải An • Phương pháp âm học (Sonic Log) Bộ môn ðịa vật lý, Khoa Dầu khí, TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ - ðỊA CHẤT Phương pháp mật ñộ Phương pháp mật ñộ Phương pháp mật ñộ là phương pháp ño ghi mật ñộ khối biểu kiến của thành hệ dựa trên hiện tượng tán xạ của tia gamma khi tương tác với môi trường (còn gọi là pp. gamma-gamma) Tương tác của tia gamma trong môi trường Tương tác của tia gamma trong môi trường Tùy theo mức năng lượng của tia gamma mà xảy ra các hiệu ứng: tạo cặp, tán Năng lượng của tia gamma: Eγ=hν, trong ñó h là hằng số Plank, ν là vận tốc xạ Compton hay hấp thụ quang ñiện Khi ñi qua môi trường vật chất (thành hệ ñất ñá), tia gamma thực hiện các va chạm với các electron và hạt nhân của các nguyên tử trong môi trường ñó và mất dần năng lượng sau mỗi lần tương tác Ba hiệu ứng chính của tia gamma khi tương tác với môi trường 1. Hiệu ứng tạo cặp 2. Hiệu ứng tán xạ Compton 3. Hiệu ứng hấp thụ quang ñiện 1
Hệ số suy giảm µ Phương pháp mật ñộ (density log) Khi tương tác với môi trường, phụ thuộc vào mức năng lượng, tia gamma bị lôi cuốn vào tạo cặp, tán xạ Compton hay hấp thụ quang ñiện, kết quả cuối cùng là tia gamma mất dần năng lượng, một phần bị hấp thụ • Sử dụng nguồn Cs137, phát ra tia gamma có mức năng lượng E = 0.66 MeV • Tại mức năng lượng này thì hiệu ứng tạo cặp là không có Quá trình này ñược ñặc trưng bởi hệ số suy giảm µ của tia gamma Iγ = Iγ0 .e-µx • Detector ñược thiết kế sao cho chắn ngoài tất cả tia gamma có E < 0.2 MeV • Như vậy E từ 0.2 ñến 0.66 MeV, tán xạ Compton là chủ yếu µ= µp+µc+µe Toàn phần tán xạ Compton hấp thụ tạo cặp quang ñiện Phương pháp mật ñộ (density log) Phương pháp mật ñộ (density log) • E từ 0.2 ñến 0.66 MeV: tán xạ Compton • Quan hệ giữa mật ñộ electron ρe và mật ñộ khối ρb của thành hệ • Số tia gamma tán xạ Compton mà máy giếng ghi ñược liên quan trực tiếp với mật ñộ electron (số electron trong 1 cm3 - ρe) trong thành hệ  2Z  • Mật ñộ electron lại có quan hệ trực tiếp với mật ñộ khối ρb của thành hệ ñó ρ e = ρb   • Số ñếm tia gamma của detector sẽ là một chỉ thị cho mật ñộ khối của môi trường ñất ñá  A  ρ e = ρ b   2 ∑ Z's     Mol.W  Phương pháp mật ñộ (density log) Phương pháp mật ñộ (density log) • Vì vậy các thiết bị ño tán xạ mật ñộ chuẩn ñịnh cỡ trong môi trường ñá vôi bão • ðối với phần lớn các ñá và các nguyên tố phổ biến trong các khoáng vật tạo ñá, hoà nước ngọt thì mật ñộ khối biểu kiến ño ñược bằng thiết bị ñó ra có quan hệ số hạng trong dấu ngoặc ñơn ở hai công thức trên xấp xỉ bằng 1 với chỉ số mật ñộ electron ρa = 1,0704 ρe – 0.1883 2
Phương pháp mật ñộ Máy giếng ño mật ñộ • Có hai Detector ñặt xa nhau ñể loại trừ ảnh hưởng của lớp vỏ sét • ðặt áp sườn ñể loại trừ ảnh hưởng của dung dịch khoan và ñường kính giếng khoan Phương pháp mật ñộ thạch học (litho-density log) Phương pháp mật ñộ thạch học (litho-density log) Tiết diện hấp thụ quang ñiện Pe (barn/electron) liên quan ñến số nguyên tử • Phương pháp mật ñộ thạch học là một biến thể của phương pháp mật ñộ, ngoài của các nguyên tố Z như sau: 3, 6 ño mật ñộ khối ρb còn ño chỉ số tiết diện hấp thụ quang ñiện (Pe).  Z Công thức (5.9) trong sách • Chỉ số Pe này liên quan chặt chẽ ñến thành phần thạch học của thành hệ. Pe =   Log Interpretation/Principles Applications SAI! • Nguồn phát tia gamma có mức năng lượng 662 keV  10  • Tia gamma bị mất năng lượng khi tán xạ trong môi trường và cuối cùng bị hấp thụ hoàn toàn bằng hiệu ứng hấp thụ quang ñiện Low electrone density High electrone density (gm/cc) bulk density Phương pháp mật ñộ thạch học (litho-density log) ðường cong ño ghi mật ñộ 1.7 2.1 2.5 2.9 Pe ρ e = U Shale Chỉ số thể tích hấp thụ quang ñiện U: Quartzite ø=0 2.65 gm/cc Sandstone ø = 10% 2.49 gm/cc ø=0 2.71 gm/cc Limestone ø = 10% 2.54 gm/cc ø=0 2.87 gm/cc Dolomite ø = 10% 2.68 gm/cc Shale gas gas effect Sandstone ø = 20% oil 2.32 gm/cc water poorly compacted density variable 2- 2.8 gm/cc Shale compact 1.2 - 1.5 gm/cc Coal Organic shale Salt 2.03 g/cc Sill (igneous) 2.95 gm/cc cave Shale 3
ðường cong ño ghi mật ñộ Thiết bị mật ñộ - thạch học (LDT) - Spines and Ribs Spines= ñường thẳng gia tăng của mật ñộ khi cross-plot số ño của 1.9 detector xa và detector Mud cake 2.0 gần with barite 2.1 Khi không có sự có mặt 2.2 B của lớp vỏ sét hai số ño 2.3 Increasing phải cho cùng một mật C A Mud cake Long Spacing Count Rate 2.4 Thickness ñộ (nằm trên ñường Increasing thẳng Spines) Mud cake Thickness 2.5 2.6 Mud cake Khi có sự có mặt của lớp without . 2.7 barite vỏ sét (qua vỉa thấm) hai 2.8 số ño mật ñộ khác nhau và cần phải hiệu chỉnh 2.9 ñể xác ñịnh mật ñộ thật Short spacing Count Rate Thiết bị mật ñộ - thạch học (LDT) - Spines and Ribs ðường cong ño ghi mật ñộ ðiểm A: mật ñộ thật 1.9 Khi có mặt của lớp vỏ 2.0 Mud cake ρ with barite sét, ñiểm A dịch chuyển 2.1 Mật ñộ ñã ñến ñiểm B hoặc ñiểm C 2.2 B hiệu chỉnh phụ thuộc vào sự có mặt C 2.3 A Increasing Mud cake Long Spacing Count Rate của khoáng vật nặng 2.4 Thickness Increasing (barite) trong dung dịch 2.5 Giá trị hiệu ∆ρ Mud cake khoan hay không Thickness 2.6 Mud cake chỉnh without Máy giếng sẽ tự hiệu . 2.7 barite chỉnh giá trị mật ñộ về 2.8 giá trị thật 2.9 Short spacing Count Rate ðường cong ño ghi mật ñộ ∆ρ ∼ ρLS − ρSS ðường cong ño ghi mật ñộ ∆ρ ∆ρ > 0 Caliper ρb ∆ρ > 0 4
ðường cong ño ghi mật ñộ ∆ρ ðường cong ño ghi mật ñộ ∆ρ ρb ∆ρ < 0 ρb Cyclic Δρ ∆ρ < 0 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng lên số ño của các phương pháp mật ñộ Ứng dụng của các phương pháp mật ñộ • Xác ñịnh ñộ rỗng của ñá chứa • Dung dịch khoan • Xác ñịnh khoáng vật (kết hợp với GR, NGS) • ðộ nhẵn của thành giếng khoan • Xác ñịnh ranh giới vỉa • Kiểm tra trạng thái kỹ thuật của giếng khoan sau khi chống ống • Lớp vỏ sét Xác ñịnh ñộ rỗng của ñá chứa Xác ñịnh ñộ rỗng của ñá chứa Thành hệ Matrix Φ ρb ρma ρf ρb= ρ f( ma, Φ, ρf) Φ=? 5
Xác ñịnh ñộ rỗng và thành phần khoáng vật Xác ñịnh thành phần khoáng vật Xác ñịnh thành phần khoáng vật Bài tập: xác ñịnh ñộ rỗng Xác ñịnh ñộ rỗng Xác ñịnh ñộ rỗng 8 7 6 1. Xác ñịnh ñộ rỗng của các vỉa 1 - 8. Hiệu chỉnh ảnh hưởng của sét lên ñộ rỗng. Giả thiết thành hệ là cát kết 2. Xác ñịnh ñộ rỗng của vỉa sản phẩm 1 – 4, giả thiết thành hệ là ñá 0 ______ GR _____ 100 API 5 4 vôi 3 2 ______ RHOB ____ 3 g/cc RHOB 2 GR 1 6
Phương pháp neutron Phương pháp neutron là phương pháp nghiên cứu lát cắt giếng khoan thông qua nghiên cứu mật ñộ neutron, cường ñộ bức xạ gamma trong môi trường sau Phương pháp neutron khi bắn phá bằng chùm neutron có năng lượng cao Neutron Neutron Phụ thuộc vào năng lượng, neutron ñược phân loại thành: 1. Neutron nhanh: En > 0.1 MeV 2. Neutron trung gian: 100 eV < En < 0.1 MeV • Neutron là hạt không mang ñiện, có khối lượng bằng 1.6749x10-27g 3. Neutron trên nhiệt: 0.025 eV < En < 100 eV • Dễ dàng ñâm xuyên qua vật chất 4. Neutron nhiệt: En < 0.025 eV • Là một hạt không bền, phân rã với chu kỳ T1/2=1.01x103 giây=16.83 phút, thành Proton, Electron và Antineutron với năng lượng phát ra là 0.78 MeV Tương tác của Neutron với môi trường vật chất Tán xạ ñàn hồi Khi neutron tương tác với môi trường vật chất thường xảy ra các hiện tượng sau: Xảy ra giữa hạt nhân và neutron như hai quả cầu lý tưởng Neutron nhanh mất năng lượng và tán xạ dưới một góc ϕ so với hướng ban ñầu 1. Tán xạ ñàn hồi Sau mỗi lần va chạm với hạt nhân, neutron lại chuyển ñộng chậm lại 2. Tán xạ không ñàn hồi 3. Hấp thụ neutron 7
Tán xạ ñàn hồi Tán xạ không ñàn hồi Tiêu hao năng lượng của neutron phụ thuộc vào khối lượng của hạt nhân M Xảy ra với neutron nhanh và hạt nhân của các nguyên tố nặng (không thể xảy ra với và góc tán xạ ϕ hạt nhân của Hydro) M + 2 M cos ϕ + 1 2 Neutron truyền ñộng năng của mình cho hạt nhân làm hạt nhân tích thêm năng lượng E = Eo (M + 1)2 Hạt nhân bị kích thích và phát ra lượng tử gamma ñể trở về trạng thái ban ñầu Emin = αEo α= (M − 1)2 (M + 1)2 Tiêu hao năng lượng ∆E = E0 − E = (1 − α ) E0 Tiêu hao năng lượng của neutron là lớn nhất khi α = 0 khi neutron va chạm với hạt nhân của nguyên tử Hydro (M=1) Hấp thụ neutron Tiết diện (σ) bắt giữ neutron và ñàn hồi Chủ yếu xảy ra với neutron nhiệt Khi hạt nhân hấp thụ neutron thường kéo theo xảy ra các hiện tượng giải phóng proton, hạt α (He), bắn ra một vài neutron hoặc lượng tử gamma 3 nguyên tố có hạt nhân bắt giữ neutron nhiều nhất là Cl, B và Cd Thời gian sống của neutron Thời gian sống của neutron Máy phát xung Hai quá trình xảy ra khi neutron rời năng lượng khi rời nguồn: làm chậm và bị hấp thụ Nguồn AmBe nguồn ) V e ( n o rt u e n g n ợ lư g n ă n Bức xạ ra tia gamma Mật ñộ của neutron tại một ñiểm phụ thuộc vào: Vùng năng lượng neutron trên nhiệt Khoảng cách từ nguồn Bắt giữ Mật ñộ của nguyên tử gây nên tán xạ Mật ñộ của nguyên tử gây nên bắt giữ Vùng năng lượng neutron nhiệt Thời gian µs 8
Thiết bị ño ghi neutron Thiết bị ño ghi neutron Nguồn phát neutron: có thể là nguồn hóa học hoặc nguồn phát xung Nguồn hóa học Nguồn hóa học: chứa hỗn hợp Am và Be 4Be + 2He -> 6C + n + 5.76 MeV Nguồn phát xung: gồm một máy gia tốc electron và một bia, khi electron bắn vào bia Nguồn phát xung làm phát ra chùm neutron Thiết bị ño ghi neutron Thiết bị ño ghi neutron Vùng Detector giao Detector gần thoa xa Detector: gồm 2 dectector ñược ñặt gần và xa so với nguồn Khoảng cách từ nguồn ñến hai detector phải ñược thiết kế sao cho không no nằm vào vùng giao thoa tru en (không phân dị) của các ộñ ñường cong biến thiên mật ật M ñộ neutron theo khoảng ðộ rỗng cách và ñộ rỗng khoảng cách từ nguồn (cm) Thiết bị ño ghi neutron CNL – Compensated Neutron Log Mật ñộ của neutron nhiệt tại một ñiểm cách nguồn một khoảng cố ñịnh phụ thuộc chủ yếu vào lượng hydrogen (chỉ số hydro – hydrogen index HI) giữa nguồn và ñiểm ñó. CNL ñược thiết kế ñể ño neutron nhiệt – cho phép xác ñịnh chỉ số hydro của thành hệ DNL: Dual Energy Neutron Log SNP: Sidewall Neutron Porosity Log CNL: Compensated Neutron Log GNT: Gamma Neutron Tool 9
ðường cong neutron ðơn vị neutron API Phương pháp neutron cho biết chỉ số Hydro (HI) của thành hệ Tại University of Houston HI của nước = 1 Một ống trụ dài 24ft., 6ft. ñường kính, ở giữa chứa 6ft. ñá vôi HI của dầu ~ nước Indiana với 19% ñộ rỗng HI của khí rất nhỏ (là cơ sở ñể xác ñịnh gas effect) 1 neutron API ñược ñịnh nghĩa bằng 1/1000 của chênh lệch giữa “electrical zero” và số ño ở 6ft. ñá vôi Indiana có 19% ñộ rỗng Ứng dụng của phương pháp neutron ðơn vị ño ñộ rỗng neutron Mỗi thiết bị sẽ có một phép chuyển ñổi từ ñơn vị neutron API sang ñộ rỗng • Xác ñịnh ñộ rỗng của ñá chứa ðộ rỗng neutron (theo chuẩn ñá vôi – limestone matrix) • Kết hợp với các phương pháp khác ñể xác ñịnh thạch học và ñộ rỗng = ln (Số ño API * hằng số 1 + hằng số 2) • Xác ñịnh vỉa khí • Xây dựng lát cắt thành giếng khoan ðộ rỗng (thành hệ cát kết) = 0.95 (ðộ rỗng neutron (chuẩn ñá vôi)) + .035 • Xác ñịnh các ranh giới dầu nước, dầu khí, khí nước Hiệu ứng khí (Gas Effect) Xác ñịnh ñộ rỗng 10
Xác ñịnh ñộ rỗng và thạch học Bài tập: xác ñịnh ñộ rỗng Xác ñịnh ñộ rỗng Xác ñịnh ñộ rỗng GR 1. Xác ñịnh ñộ rỗng của các vỉa sản phẩm A - D. Giả thiết thành hệ là 0 ______ GR _____ 80 API ñá vôi 2. Xác ñịnh ñộ rỗng của các vỉa sản phẩm A - D. Giả thiết thành hệ là NPHI cát kết 30 ______ NPHI ____ -10 % Xác ñịnh ñộ rỗng Xác ñịnh ñộ rỗng 1. Xác ñịnh ñộ rỗng của các vỉa cát sét X880, X980, X025. Hiệu chỉnh 0 ______ GR _____ 125 API ảnh hưởng của sét lên thành hệ. 6 - - - CAL - - - 16 in PHID 30 ______ NPHI ____ -10 % NPHI 30 ______ PHID ____ -10 % 11
Alpha Processing Alpha Processing NPHI • NPHI: traditional ratio to porosity transform from instantaneous near and NPHI far counts • TNPH: new ratio to porosity transform: TNPH TNPH dead time, depth and resolution match • NPOR: enhanced resolution processing NPOR NPOR using short spacing detector countrates and TNPH Alpha Processing Alpha Processing It utilizes the higher resolution of the near detector to increase the resolution of The first step is to depth-match the two detectors' responses. the more accurate far detector Alpha Processing Alpha Processing The difference between the two readings now gives the "high frequency" information - which highlights thin beds missed by the far detector. The next step is to match the resolution of both detectors. 12
Alpha Processing The "high frequency" information is added to the far detector signal to give the final enhanced log. Phương pháp âm Phương pháp âm Lan truyền của sóng âm trong môi trường Sóng ñàn hồi ñược ñặc trưng bởi các tham số: biên ñộ, chu kỳ, tần số, bước sóng, Phương pháp âm là phương pháp nghiên cứu lát cắt giếng khoan thông qua nghiên vận tốc cứu thời gian lan truyền của sóng ñàn hồi ở tần số âm thanh trong môi trường ñất ñá Các loại sóng âm Các loại sóng âm Sóng dọc (sóng nén): hướng dịch chuyển của vật chất song song với hướng truyền sóng 13
Các loại sóng âm Lan truyền của sóng âm trong môi trường giếng khoan Sóng ngang: hướng dịch chuyển của vật chất vuông góc với hướng truyền sóng Sóng dọc Sóng ngang Sóng ống hc cá gn aỏ hK Thời gian Lan truyền của sóng âm trong môi trường giếng khoan Thiết bị ño âm • Sóng ñàn hồi ñược phát từ chấn tử phát (T), qua dung dịch khoan (a), khúc xạ và lan truyền trong thành hệ (b), sau ñó lại khúc xạ và ñi qua dung dịch khoan (c) tới chấn tử thu (R) • Chấn tử phát và chấn tử thu ñược ñặt cách nhau một khoảng cách L cố ñịnh • Thời gian sóng ñàn hồi ñi theo ñường a, b, c ñược gọi là thời gian truyền sóng t Thiết bị ño âm Thiết bị ño âm • Thời gian sóng ñàn hồi ñi theo • ðể loại trừ ảnh hưởng của dung a, b, c ñược gọi là thời gian truyền dịch khoan, thiết bị có hai chấn tử sóng t thu R1, R2 ñược sử dụng • Vận tốc truyền sóng là: • Thời gian truyền sóng: L / (a+b+c) ∆t= [(a+b+c)-(a+d+c)]/L • Trong phương pháp âm, ñơn vị = (b-d)/L biểu diễn là thời gian truyền sóng trên một ñơn vị chiều dài: ∆t= (a+b+c)/L • ðơn vị µs/ft hoặc µs/m 14
Thiết bị ño âm Thiết bị ño âm Thiết bị ño âm Thiết bị ño âm Vị trí của thiết bị ño âm trong giếng khoan Các hiệu ứng khi thiết bị ño âm lệch tâm trong giếng khoan 15
Thiết bị ño âm (Array – Sonic) Phương pháp xử lý Slowness-Time Coherence (STC) Cho phép ño ghi cả 3 sóng (sóng dọc, sóng ngang và sóng ống) 1. Mục ñích ñể trích thông tin của sóng sóng ngang và sóng ống 2. ðánh dấu các loại sóng ñã xác ñịnh Phương pháp xử lý Slowness-Time Coherence (STC) Phương pháp xử lý Slowness-Time Coherence (STC) Phương pháp xử lý Slowness-Time Coherence (STC) ðường cong ño âm ðơn vị µs/ft hoặc µs/m 16
Hiệu ứng khí (Gas Effect) Ứng dụng của phương pháp âm học • Tính ñộ rỗng của ñá cát sét • Kết hợp với các phương pháp ñộ rỗng khác ñể tính ñộ rỗng nứt nẻ trong các ñá carbonate • Minh giải ñịa chấn (Synthetic – tích chập) • Phát hiện dị thường áp suất cao... Xác ñịnh ñộ rỗng của ñá chứa Xác ñịnh ñộ rỗng của ñá chứa Thành hệ Matrix Φ ∆t ∆tma ∆tf ∆t= f(∆tma, Φ, ∆tf) Φ=? Tính ñộ rỗng của ñá cát sét Hiệu chỉnh ảnh hưởng của sét fluid Vma Vfl 17
Synthetic – tích chập Lan truyền của sóng trong môi trường © Schlumberger Bài tập: xác ñịnh hàm lượng sét và ñộ rỗng STC & STC Projection Log © Schlumberger Bài tập 1. Xác ñịnh hàm lượng sét từ ñường cong SP và GR ở các khoảng ñộ sâu sau: 6500-6510, 6530-6540, 6545-6555, 6570-6580, 6610-6620, 6640-6650, 6690-6700 ft. 2. Tại sao lại có sự khác biệt của hàm lượng sét tính từ SP và GR ở các khoảng 6610-6620 và 6690-6700 ft. Hàm lượng sét phải hiệu chỉnh ra sao? 3. Xác ñịnh Rw biết: nhiệt ñộ thành hệ là 150oF, Rmf@150oF=0.0967 Ohmm 4. Xác ñịnh ñộ rỗng theo sonic log ở các khoảng ñộ sâu kể trên, giả thiết thành hệ là cát sét 5. Xác ñịnh thành phần thạch học tại các khoảng ñộ sâu: 6562-6568, 6660- 6680 và 6680-6700 ft. 6. Nguyên nhân của dị thường tại khoảng ñộ sâu dưới 6570 ft. 18
Acknowledgments Schlumberger Baker Atlas Halliburton 19