Ứng dụng đường cong wireline để đánh giá tiềm năng của đá mẹ

Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA ĐỊA CHẤT

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN
NGÀNH DẦU KHÍ
Đề tài:
ỨNG DỤNG ĐƯỜNG CONG
WIRELINE ĐỂ ĐÁNH GIÁ
TIỀM NĂNG CỦA ĐÁ MẸ
GVHD: PHẠM TUẤN LONG
SVTH : BÙI HUY QUỐC
Khóa: 2000-2004
1
Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc
TP.HCM, THÁNG 7 NĂM 2004
2
Lời cảm ơn
Bài Khoá Luận Tốt Nghiệp này được thực hiện và hoàn thành
dưới sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của các thầy cô.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:
Thầy Phạm Tuấn Long đã hết lòng hướng dẫn, truyền đạt những
kinh nghiệm cũng như tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận
lợi cho em thực hiện và hoàn thành đề tài này.
Tất cả các thầy cô khoa Đòa Chất đặc biệt là Bộ Môn Đòa Chất
Dầu Khí đã truyền đạt kiến thức giúp em thực hiện đề tài này.
Tất cả các anh chò cùng như các bạn cùng khóa đã hướng dẫn và
giúp đỡ trong quá trình thực hiện đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn.
Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc

Lời cảm ơn
Mục lục
Lời nói đầu
Giới thiệu
CHƯƠNG I: PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN TRỞ ĐẤT ĐÁ DƯỚI TÁC DỤNG
NGUỒN ĐIỆN NHÂN TẠO…………………………………………… 1
CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN THẾ PHÂN CỰC TỰ NHIÊN
TRONG ĐẤT ĐÁ…………………………………………………………2
CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP PHÓNG XẠ………………………… 2
1.Phương pháp gamma ray hay còn gọi là phương pháp
gamma tự nhiên 3
a./Phương pháp gamma tự nhiên tổng…………………… 3
b./Phương pháp gamma tự nhiên thành phần …………… 3
2.Phương pháp gamma gamma (phương pháp mật độ)………… 4
3.Phương pháp neutron…………………………………………….4
 Phương pháp neutron gamma ……………… …….5
 Phương pháp neutron nhiệt và trên nhiệt……………….5
CHƯƠNG IV: PHƯƠNG PHÁP SÓNG SIÊU ÂM (SONIC)………… 6
 Phương pháp siêu âm vận tốc………………………… 7
Ứng dụng……………………………………………………………… 9
3
Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc
Nội dung
CHƯƠNG I: PHẢN ỨNG CỦA CÁC ĐƯỜNG CONG WIRELINE ĐỐI
VỚI VẬT CHẤT HỮU CƠ………………………………………………11
1. Đường cong nơtron và mật độ với vật chất hữu cơ……… 13
2. Đường cong gamma ray với vật liệu hữu cơ………… 16
3. Đường cong điện trở và siêu âm với vật chất hữu cơ…… 17
4. Đường cong đòa hóa hay nơtron xung động với vật
chất hữu cơ………………………………………… 17

CHƯƠNG II: CẢI TIẾN ĐƯỜNG CONG MULTILOG ĐỂ GIẢI ĐOÁN
ĐỘ DỒI DÀO CỦA VẬT CHẤT HỮU CƠ…………………………… 19
1. Đònh lượng về hàm lượng TOC từ giải đoán đường cong siêu âm và
điện trở……………………………………………………… 21
2. Cải tiến về mặt đòa hóa trong việc minh giải tổng hàm lượng
cacbon trong chất hữu cơ…………………………………… 24
3. Giải đoán độ trưởng thành vật chất hữu cơ
từ đường cong điện trở……………………………………… 25
CHƯƠNG III: TƯƠNG LAI CỦA VIỆC THỐNG NHẤT CÁC PHÉP ĐO
WIRELINE TRONG VIỆC ĐÁNH GIÁ ĐÁ MẸ……………………… 27
Kết luận………………………………………………………………… 29
Tài liệu tham khảo…………………………………………………… 32
4
Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc
Lời mở đầu
Đòa vật lý giếng khoan là một lónh vực của ngành đòa vật lý là phương pháp vật
lý để nghiên cứu lát cắt đòa chất của giếng khoan mà giếng khoan có thể đi qua, từ đó
có thể phát hiện và đánh giá trữ lượng dầu, thu thập những vùng mỏ khai thác và trạng
thái giếng khoan.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp đòa vật lý khác nhau, theo bản chất ta có thể
chia ra thành những nhóm như sau : phương pháp điện trường, phóng xạ, sóng siêu
âm, nhiệt, cơ lý, từ trường, đòa hoá. Bản chất của những phương pháp trên là đo dọc
theo thành giếng khoan để ghi một vài thông số, những thông số này đặc trưng cho một
hay vài tính chất vật lý của đất đá
Nhiều nghiên cứu gần đây cho ta thấy khả năng đánh giá tiềm năng của đá mẹ của
việc sử dụng các đường cong wireline. Cho đến nay các công trình nghiên cứu đã tập
trung vào việc đánh giá đònh tính và đònh lượng của vật chất hữu cơ trong đá mẹ. Ưu
việt của nó hơn cả những phương pháp truyền thống như phân tích mẫu (ngay cả
những mẫu được lấy liên tục theo giếng) nó đã cải thiện được đáng kể khả năng kiểm
soát dưới sâu và tăng cường việc phân tích theo chiều thẳng đứng

Bài khoá luận này cho ta có một cái nhìn tổng quát về những đặc tính của vật
chất hữu cơ được xác đònh dựa trên các đường cong và giới thiệu một số đường cong
wireline khác nhau đã được dùng để đáng giá tiềm năng đá mẹ.
5
Khoaự luaọn toỏt nghieọp Buứi Huy Quoỏc
6
Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc
Chương I: PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN TRỞ ĐẤT ĐÁ DƯỚI TÁC
DỤNG NGUỒN ĐIỆN NHÂN TẠO
-Phương pháp này sử dụng nguồn điện phóng vào đất đá để đo điện trở suất
của đất đá
Giả sử có một dây dẫn đồng nhất có độ dài l và tiết diện là s
Trong đó ρ là điện trở suất riêng của đất đá có đơn vò là (mét). Trong đó điện
trở suất riêng tỷ lệ nghòch với độ dẫn điện
Trong lớp đá trầm tích ở trạng thái tự nhiên bao giờ cũng tồn tại một lượng
nước được gọi là lượng nước vỉa. Trong nước vỉa tồn tại nhiều loại muối khác
nhau, nồng độ của nước vỉa còn gọi là độ khoáng hoá của nước vỉa

R = ρ l/s
1 g/ml =1000 ppm
7
Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc
Chương II: PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN THẾ PHÂN CỰC TỰ NHIÊN
TRONG ĐẤT ĐÁ
-Phương pháp này nghiên cứu trường điện tónh trong giếng khoan, trường điện
từ này được tạo thành do các quá trình lý hoá diễn ra giữa mặt cắt giếng khoan
với đất đá và giữa các lớp đất đá có thành phần thạch học khác nhau
Các quá trình lý hoá bao gồm
1./Quá trình khuyếch tán muối từ nước vỉa đến dung dòch giếng và
ngược lại

2./Quá trình hút các ion ở trên bề mặt của các tinh thể đất đá
3./Quá trình thấm từ dung dòch giếng khoan vào đất đá và nước vỉa vào
giếng khoan
4./Phản ứng oxy hoá khử diễn ra trong đất đá và trên bề mặt tiếp xúc
giữa đá với dung dòch giếng khoan
Khả năng của đất đá phân cực dưới tác dụng của quá trình lý hoá nói
trên được gọi là hoạt tính điện hoá tự nhiên.Trong bốn quá trình nói trên, thì
quá trình khuyếch tán và hút ion đóng vai trò chính trong việc tạo ra dòng điện
tự nhiên trong đất đá.
Chương III: PHƯƠNG PHÁP PHÓNG XẠ
8
Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc
Phương pháp đòa vật lý giếng khoan dựa trên các quá trình phóng xạ
như phóng xạ tự nhiên, phóng xạ do bò kích và các quá trình phóng xạ xảy ra ở
phần tử hạt nhân nguyên tử được gọi là phương pháp đòa vật lý phóng xạ, hiện
nay có rất nhiều phương pháp phóng xạ, tuy nhiên chỉ có ba phương pháp
phóng xạ sử dụng rộng rãi nhất là:
1/Phương pháp gamma ray hay còn gọi là phương pháp gamma tự nhiên
a./Phương pháp gamma tự nhiên tổng
-Là phương pháp đo độ gamma tự nhiên trong đất đá. Sự phân rã hạt
nhân nguyên tử ở điều kiện tự nhiên (khi có phóng xạ).
-α, β, γ, tất cả những bức xạ này sẽ tác động vào môi trường chung
quanh và chúng sẽ bò hấp thụ một phần nào đó. Tia α lớn, kém bền vững có
khả năng ion hoá cao. Dòng tia α này hầu như bò hấp thụ bởi những lớp đất đá
thật mỏng vài Micromet, những tia β có khả năng đâm xuyên cao hơn tiaα và
hầu như bò hấp thụ bởi những lớp đất đá có độ dày hơn vài millimet, còn dòng
tia γ được xem là bức xạ điện từ , sóng ngắn có tần số cao được đo ở đơn vò
MeV. Nhờ vậy khả năng đâm xuyên cao, nó có ý nghóa thực tế khi nghiên cứu
mặt cắt giếng khoan, tia γ bò hấp thụ bởi lớp đất đá có độ dày khoảng một
mét, chính vì vậy mà khi đo trong giếng khoan chống ống không ảnh hưởng

đến gía trò đo. Cường độ bức xạ của đất đá trong giếng khoan được ghi bởi
một dụng cụ gọi là Indicator, đơn vò đo của γ là Bq/g hay GAPI.
b./Phương pháp gamma tự nhiên thành phần
-Là phương pháp xác đònh thành phần nguyên tố phóng xạ trong tự
nhiên như : K, U, Th. Phương pháp này giải quyết các bài toán sau đây : liên
kết từng phần phân chia đất đá theo từng dạng thạch học khác nhau, đánh giá
các dạng của vỉa sét, đánh giá thành phần hữu cơ trong sét kết.
9
Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc
Nguyên lý : Dựa vào đặc tính tán xạ của gamma bức xạ xuất hiện khi
kích thích lên đất đá 1 nguồn Gamma bên ngoài, kết quả sự tác động Gamma
bức xạ và vật chất là việc tạo thành cặp điện tử Pozition, hiệu ứng quang điện,
hiệu ứng Compton
Cặp điện tử Pozition tạo thành dưới tác động Gama lượng tử có năng
lượng lớn từ 5-10 MeV với hạt nhân nguyên tử kết quả Gamma lượng tử mất đi
và trong trường điện hạt nhân cặp Electron pozition được tạo thành .
Hiệu ứng quang điện diễn ra dưới sự hấp thụ gamma lượng tử từ một
trong những electron của hạt nhân ,. Năng lượng gamma lượng tử được tạo
thành là năng lượng động electron quay quanh hạt nhân. Thông thường hiệu
ứng quang điện ảnh hưởng vật chất rất nhỏ
Hiệu ứng comption khác với hiệu ứng quang điện là gamma lượng tử
không mất đi mà chỉ mất một phần năng lượng cho electron của hạt nhân (từ
thành cứng hơn) và thay đổi hướng chuyển động (tán xạ ).
2./Phương pháp gamma gamma hay còn gọi là phương pháp mật độ
-Thông thường đường cong mật độ chỉ ra giá trò sai số và mức độ tin cậy
đất đá đo được.
3./Phương pháp neutron
-Nguyên lý hạt neutron là không tích điện, không bò ion hoá bởi môi
trường xung quanh, khối lượng gần bằng khối lượng proton. Do không tích
điện nên hat neutron không mất năng lượng khi tương tác các e tích điện và

hạt nhân, neutron có khả đâm xuyên cao, năng lượng hạt neutron đo ở MeV.
Khi các hạt neutron tương tác các hạt nguyên tử xảy ra tán xạ neutron hoặc bò
10
Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc
bắt giữ bởi hạt nhân. Sự tán xạ có hai dạng: là tán xạ đàn hồi và tán xạ không
đàn hồi. Trong đất đá hạt neutron tương tác các vật chất chứa nhiều hydro.
Nếu đất đá tồn tại một lượng nước, dầu (chứa nhiều hydro) sự chậm neutron
chủ yếu diễn ra ở hydro, khi nghiên cứu mặt cắt giếng khoan bằng phương
pháp neutron, người ta phóng vào đất đá một neutron nhanh và ghi được bức
xạ γ. Tùy theo cách ghi người ta phân ra ba phương pháp sau:
 Phương pháp neutron gamma
Nguyên lý: cường độ của gamma khúc xạ được ghi theo phương
pháp neutron– gamma gồm 3 thành phần:
a./Xuất hiện do sự bắt giữ các hạt neutron ở hạt nhân nguyên tử
b./Gamma bức xạ của nguồn neutron (I
δδ
)
c./Gamma bức xạ này một phần tán xạ trong đất đá, một phần được ghi
bằng dụng cụ Indicator . Để làm giảm cường độ các hạt I
δδ
người ta đặt một
màng chì ngăn cách giữa nguồn phóng và indicator.
 Phương pháp neutron nhiệt và trên nhiệt
Nguyên lý: giống như phương pháp neutron – gamma, đối với những
vỉa có thành phần hoá học có nhiều hydro thì phương pháp neutron – neutron
nhiệt có biểu hiện cao. Tuy nhiên phương pháp này rất nhạy cảm đối với Cl
nên đường cong neutron – neutron nhiệt phụ thuộc rất nhiều vào độ khoáng
hoá của nước vỉa và dung dòch giếng khoan.
Đường cong neutron – neutron nhiệt (và neutron trên nhiệt) không phụ thuộc
vào thành phần Cl, chỉ phụ thuộc vào thành phần hoá học của hydro trong đất

đá. Giá trò của neutron – neutron trên nhiệt liên hệ với hydro tương đối chặt
11
Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc
chẽ hơn so với neutron – gamma và neutron – neutron nhiệt nhưng neutron –
neutron trên nhiệt có điện trở thay đổi nhỏ
Chương IV: PHƯƠNG PHÁP SÓNG SIÊU ÂM (SONIC)
-Phương pháp này dựa trên tính chất lan truyền của sóng siêu âm có tần số cao
(> 20 Hz)để nghiên cứu tính chất vật lý cũng như thành phần thạch học đất đá
ta dựa vào thông số biên của ba phương pháp :
• Siêu âm theo vận tốc
• Siêu âm theo tách dần
• Siêu âm sóng
Nguyên lý truyền sóng
-Đất đá trong môi trường tự nhiên có tính đàn hồi. Nếu ta kích thích
một lưc bên ngoài nào đó, thì trong môi trường xuất hiện 1 ứng lực kích thích
lên làm dòch chuyển các hạt. Trong trường hợp chung dẫn đến sự biến dạng,
quá trình dao động lan truyền theo trình tự biến dạng là quá trình đàn hồi.
Quá trình chuyển động lan truyền theo trình tự của sự biến dạng gọi là sóng
đàn hồi.
Có 2 loại sóng:
Sóng dọc (P): các hạt của môi trường chuyển động theo hướng lan
truyền sóng, sóng dọc lan truyền trong môi trường đặc, lỏng, khí.
12
Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc
Sóng ngang (S): hạt của môi trường chuyển động theo hướng vuông góc
với hướng truyền sóng, sóng ngang lan truyền trong môi trường đặc.
Sóng phản xạ xuất hiện khi khả năng cản sóng của môi trường này lớn hơn
môi trương khác, khi sóng lan truyền từ môi trường này sang môi trường khác
thì sóng sẽ đổi hướng và vận tốc.
Sự lan truyền sóng trong giếng khoan: Giả sử trong giếng khoan đặt 1

điểm phát sóng I và thu sóng B đều nằm trên trục giếng khoan.
Ở thời điểm t=0 , điểm I phát ra 1 sóng siêu âm đàn hồi P1 là sóng dọc sẽ lan
truyền trong giếng khoan.
Ở thời điểm t
1
mặt sóng đụng vào thành giếng khoan và xuất hiện sóng đàn hồi
P
11
, sóng dọc truyền vào môi trường đất đá (P12) và sóng ngang P
1
S
2
.
Ở thời điểm t
2
, mặt sóng tạo thành với thành giếng khoan một góc lệch i
β
, mặt
sóng dọc trượt dọc theo thành giếng khoan đuổi theo sóng P
1
và sóng phản xạ
P
11
. Sóng P
12
trượt dọc theo giếng khoan vào đất đá đi vào giếng khoan tạo
thành sóng P
121
. Trong khoảng thời gian nào đó thì tại B nhận được sóng P
121

,
P
1
S
2
P
1
, P
1
và P
11
. Vận tốc truyền sóng trong giếng khoan phụ thuộc nhiều yếu
tố của môi trương xung quanh.
13
Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc
Thiết bò của phương pháp siêu âm có thể sử dụng 3, 4, 6 hoặc nhiều
nguồn thu và phát và có thể đo cùng lúc nhiều tần số khác nhau, t
1
, t
2
là thời
gian truyền sóng, A
1
, A
2
là biên độ sóng.
 Phương pháp siêu âm vận tốc
Là phương pháp dựa trên nguyên tắc truyền sóng siêu âm đàn hồi của
đất đá từ đó đo thời gian truyền sóng đối với môi trường đồng nhất
Trong đó :

S: là khoảng cách giữa hai nguồn sóng
T1-T2 :thời gian nhận sóng giữa hai nguồn sóng
ΔT: khoảng thời gian truyền sóng siêu âm là khoảng cách siêu
đàn hồi với khoảng cách 1 mét
Bằng thực nghiệm người ta đưa ra phương trình thời gian

14
( )
2 2
(1 )
1
2
chấtlưu đấtđá khung
đấtđákhung
chấtlưu đấtđákhung
mậtđộ Neutron
vỉakhí
t t t
t t
t t
∆ = Φ∆ + − Φ ∆
∆ − ∆
⇒ Φ =
∆ − ∆
Φ +Φ
Φ =
2 1
S
V
T T

=
−
1
V
T
=
∆
Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc
Phương trình (1) được sử dụng khi đất đá đồng nhất, đất đá sét ít có độ
rỗng hạt
Phương pháp siêu âm sóng dùng để phân vỉa sản phẩm, đánh giá độ
rỗng, nghiên cứu tính chất cơ lý của đất đá, phương pháp này đo không được
trong trường hợp nước dung dòch khi hoà tan khí.
Ứng dụng
+Siêu âm thì nghiên cứu tính chất và thành phần thạch học của đất đá,
đánh gía độ lỗ rỗng, phân vỉa sản phẩm
+Neutron thì xác đònh hydro và độ lỗ rỗng trong đất đá, thành phần chất
lưu trong độ lỗ rỗng, từ đó người ta có thể giải quyết hàng loạt các bài toán về
đòa chất.
+Mật độ được sử dụng rộng rãi trong vóa, đánh giá thành phần thạch học
và xác đònh vóa khí hoặc kết hợp với đường cong khác để xác đònh ranh giới
dầu khí và đánh gía độ lỗ rỗng của vỉa.
+Gamma tự nhiên để phân tích thành phần thạch học, xác đònh sét có
hàm lượng chứa trong vóa và đánh gía hàm lượng chất hữu cơ trong sét
+Đo điện thế trong tự nhiên trong đất đá để xác đònh thành phần thạch
học và độ khoáng hoá nước vóa và độ bão hoà dầu trong đất đá
15
Khoaự luaọn toỏt nghieọp Buứi Huy Quoỏc
16
Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc

Bảng 1: Phản ứng của các đường cong đối với vật chất hữu cơ.
Đường cong
Tia gamma (GR) và
Uranium (U)
Mật độ (ρ)
Nơtron
Siêu âm
Điện trở
Xung nơtron
Giá trò vật chất hữu cơ
Cao
~1 g/cm
3
Cao
Thời gian lan truyền
nhanh
Cao
Tỷ số C/O cao
Chú thích
-Tia gamma cao là do có
U
-Thành phần chất lưu
trong lỗ rỗng
-Do có H trong vật chất
hữu cơ
-Sự ước lượng biến đổi
từ 150 đến >200 μsec/ft
-Phản ứng đường cong
không ảnh hưởng ngoại
trừ HC chiếm lỗ rỗng

-Hầu hết đo trực tiếp C;
cần hiệu chỉnh C trong
chất vô cơ
17
Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc
Chương I: PHẢN ỨNG CỦA CÁC ĐƯỜNG CONG WIRELINE
ĐỐI VỚI VẬT CHẤT HỮU CƠ.
Bảng 1 giới thiệu những phản ứng mang tính đònh lượng của các đường
cong wireline đối với vật chất hữu cơ hiện diện trong đá mẹ. Meyer và
Nederlof (1984) cho ta một loạt các ví dụ khác nhau về phản ứng của các
đường cong wireline đối với thể tích, kiểu loại và độ trưởng thành của vật chất
hữu cơ lắng đọng trong những môi trường khác nhau. Hình minh hoạ số 1 cho
ta thấy ví dụ của 1 giếng trong đó hầu hết các đường cong phản ứng một cách
lý tưởng đối với tầng sét Kimmeridge giàu vật chất hữu cơ của biển
Bắc.Những phản ứng của đường cong riêng biệt ở hình minh hoạ số 1 sẽ giải
thích sự giới hạn lượng vật chất hữu cơ và có cách nhìn tổng quát một vài
phương pháp kỹ sử dụng đường cong để đánh giá đá mẹ
18
Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc
19
Hình minh hoạ số 1: Những đường cong tia gamma, nơtron, mật
độ, siêu âm, và điệntrở thành hệ sét Kimmeridge, Biển Bắc. Sự
ảnh hưởng của sét giàu hữu cơ, mà được chỉ đònh ở độ sâu, được
biểu thò độ tăng của tia gamma, mật độ lỗ rỗng cao, mật độ thấp, và
lan truyền sóng siêu âm. Đường cong điệntrở chỉ thấy được ở biên
thành giếng khoan (Meyer và Nederlof 1984)
Hình minh hoạ số 1: Những đường cong tia gamma, nơtron, mật độ,
siêu âm, và điện trở thành hệ sét Kimmeridge, Biển Bắc. Sự ảnh
hưởng của sét giàu hữu cơ, mà được chỉ đònh ở độ sâu, được biểu thò độ
tăng của tia gamma, mật độ lỗ rỗng cao, số lượng mật độ thấp, và lan

truyền sóng siêu âm nhanh. Đường cong điện trở được biểu hiện ở biên
thành giếng ( do Meyer và Nederlof 1984)
Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc
5. Đường cong nơtron và mật độ với vật chất hữu cơ.
Đường Nơtron và đường mật độ cả hai đều cho thấy độ uốn cong rất đáng
kể trong tầng sét Kimmerdge giàu chất hữu cơ ở hình minh hoạ số 1. Đường
Nơtron trong tầng trầm tích Kreta thường nằm trên cho ta đọc được là 20 đơn
vò lỗ rỗng (pu) tăng lên đến 45 đơn vò lỗ rỗng trong tầng Kimmerdge. Sự gia
tăng này liên quan đến sự tập trung hydro lớn trong vật chất hữu cơ. Với mục
tiêu minh giải các đường log, thì phản ứng của đường cong nơtron đôi khi giúp
ta xác đònh chỉ số hydro (HI), trong đó HI được đònh nghóa là tỉ số của số
nguyên tử hydro trong cm
3
của mẫu đối với số nguyên tử hydro trong 1 cm
3
nước. Do đó nước có chỉ số HI bằng 1. Sự thay đổi độ tập trung hydro ( 3-10 %
theo trọng lượng ) của các kiểu Kerogen điển hình theo báo cáo của Tissot và
Welte (1984) sẽ phù hợp HI trong khoảng 0,3-0,9 kerogen kiểu II điển hình
có giá trò gần bằng 0,7.
Mặc dù sự gia tăng trong đường cong nơtron đã được nghiên cứu trong
nhiều thành tạo chất hữu cơ, nhìn chung nó vẫn chưa được sử dụng cho mục
đích nào khác ngòai vai trò đònh tính. Lý do của điều này là do hydro trong
thành tạo có nhiều nguồn gốc khác nhau. Sự đóng góp khác nguyên tử hydro
cho thành tạo là các khoáng vật sét trong đó illite có chỉ số HI là 0,12 kaolinite
20
Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc
là 0,36 và montmorillonite là 0,13 khi không có tầng nước nào xen kẹp. Đối
với 1 lớp montmorillonite xen kẹp 2 tầng nước thì chỉ số HI sẽ tăng lên khoảng
0,6. Rõ ràng, do vật chất hữu cơ và khoáng vật sét cùng tồn tại có giá trò HI
gần như nhau đã làm cho việc minh giải đường cong nơtron để đánh giá tiềm

năng đá mẹ trở nên phức tạp hơn.
Trong thành tạo Kimmeridge mật độ khung đá giảm mạnh từ 2,45 đến 2,3
g/cm
3
liên quan đến sự hiện diện của vật chất hữu cơ có mật độ thấp 1g/cm
3
,
mật độ của các khoáng vật tạo đá 2,65-2,70 g/cm
3
. Nếu cho rằng độ rỗng
không bò lấp đầy bởi nước hoặc độ rỗng đồng nhất trong toàn bộ thành tạo thì
ta có thể sử dụng đường cong mật độ để ước tính lượng vật chất hữu
cơ .Schmoker (1979) và Schmoker và Hester (1983) đã thành công trong việc
áp dụng phương pháp mật độ cho tầng sét Devon. Đầu tiên, họ cân bằng sự
hiện diện của một khoáng vật có mật độ cao, pyrite, bằng cách cho rằng nó
tương đương vật chất hữu cơ trong thành tạo. Sau đóù họ tính vật chất hữu cơ và
chuyển sang tổng hàm lượng cacbon hữu cơ (TOC) và kết quả được cho bởi
công thức sau:


Trong các thành tạo này TOC có giá trò trung bình khoảng 12% trọng
lượng. Ở với giá trò TOC thấp hơn khoảng 2-3% theo trọng lượng, thì người ta
cho rằng không có độ rỗng hay độ rỗng liên tục. Điều này muốn nói rằng sự
khác nhau duy nhất trong mật độ khung có liên quan đến pyrite. Qua đó cho
thấy việc áp dụng kỹ thuật này trong thực tế chưa thực sự có hiệu quả.
21
154,497
57,261
b
TOC

ρ
= −
(1)
Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc
22
Hình minh hoạ số 2: Biểu đồ đường cong đòa hoá
Biểu đồ liên kết Δlog R với TOC và mức độ biến đổi chất hữu cơ (LOM)
Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc
6. Đường cong gamma ray với vật liệu hữu cơ
Trong thành tạo Kimmeridge thì đường cong gamma ray tăng từ khoảng
60 đến 200 đơn vò API. Sự có mặt của Uranium trong trầm tích giàu vật chất
hữu cơ làm cho đường gamma ray tăng lên. Điều này rất dễ nhận thấy trong
những dữ kiện lấy từ công cụ gamma ray quang phổ, trong đó đường gamma
ray tổng được tách riêng ra thành từng thành phần Thoranium, Uranium,
Potassium. Sự có mặt của khá nhiều uranium trong tầng trầm tích này liên
quan đến sự khử U
+6
được tách ra từ nước biển và kết tủa thành U
+4
. Điều kiện
khử thuận lợi cho việc kết tủa uranium cũng góp phần bảo tồn vật chất hữu cơ
và do đó có sự tương quan giữa giá trò TOC và uranium. Supernaw et al (1978)
đưa ra kỹ thuật sử dụng lượng uranium đo được bằng dụng cụ đo đường cong
gamma ray tự nhiên để dự đóan giá trò TOC.
Năm 1981, Schmoker đã ứng dụng việc sử dụng đường cong gamma tổng
để giải đoán thể tích vật chất hữu cơ trong tầng sét tuổi Devon của bồn
Appalach. Trong tướng đá này, người ta nhận thấy có 1 tỉ lệ tương ứng giữa
uranium và chất hữu cơ. Hơn nữa, người ta còn ghi nhận được có 1 sự tập trung
23
Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc

các nguồn phóng xạ tự nhiên ban đầu khác nữa như Potassium và Thoranium
tồn tại tương đối ổn đònh. Trong điều kiện này, ta có thể thiết lập một phương
pháp minh giải trong đó sử dụng đường cong gamma ray để chuẩn hóa đường
cong mật độ và sau đó chuyển thành đường cong hàm lượng hữu cơ. Để thực
hiện thành công phương pháp này đòi hỏi ta phải có 1 hiểu biết chi tiết về đặc
tính tự nhiên về mối quan hệ mật độ đường gamma và sự thay đổi của phóng
xạ theo vò trí đòa lý. Schmoker cho rằng khi tỉ lệ đường gamma/ vật chất hữu
cơ không thay đổi thì việc dự đoán hàm lượng hữu cơ chính xác đến vài phần
trăm, với giá trò thay đổi trong khoảng 0-20% thể tích.
7. Đường cong điện trở và siêu âm với vật chất hữu cơ
Thời gian sóng siêu âm di chuyển trong vật chất hữu cơ thay đổi từ 150
đến trên 200 μsec/ft ( Mendelson và Toksoz, 1985; Autric và Dumesnil, 1985;
Fertl và Chilingar,1988; Dellenbach et al, 1983; Carpenter et al, 1989). trong
đó nước sạch có giá trò 189 μsec/ft và trong khoáng vật tạo đá không chứa sét
thay đổi từ 43 đến 55 μsec/ft. Trong hình minh hoạ số 1, đường cong được thể
hiện qua thời gian di chuyển của sóng siêu âm tăng trong khu vực giàu hữu cơ
tương tự như đường cong nơtron và mật độ. Nhìn chung, đường cong siêu âm
không được sử dụng trực tiếp để đònh lượng vật chất hữu cơ nhưng nó đóng vai
trò quan trọng trong nhiều phân tích khác nhau, mà sẽ được thực hiện sau đây.
Vật chất hữu cơ có độ điện trở cao nhưng khi chúng tồn tại ở dạng pha rắn
trong đá, thì điện trở của đá rất thấp do đó chúng ít ảnh hưởng đến khi được đo
bằng các thiết bò wireline. Tuy nhiên, điện trở tăng lên đáng kể khi vật chất
hữu cơ trưởng thành và bắt đầu sinh hydrocacbon. Hình minh hoạ số 1 cho thấy
điện trở trong tầng Kimmeridge chỉ tăng nhẹ nhưng trong một vài ví dụ khác
24
Khoá luận tốt nghiệp Bùi Huy Quốc
của Meyer và Nederlof (1984) thì điện trở tăng lên từ 10 đến 1000 Ωm trong
tầng đá mẹ sinh dầu trưởng thành. Đường cong điện trở đã được sử dụng để chỉ
ra sự hiện diện của các trầm tích giàu vật chất hữu cơ cùng với các đường cong
khác nhưng nó thực sự tốt hơn khi được dùng để biểu hiện độ trưởng thành vật

chất hữu cơ.
8. Đường cong đòa hóa hay nơtron xung động với vật chất hữu cơ
Ngoài các đường cong được miêu tả ở hình 1 trên cùng với các thiết bò đo
log hạt nhân được kết hợp lại tạo nên đường cong đòa hoá. Các đường cong
gamma và gamma quang phổ tự nhiên ghi nhận độ tập trung của Thorium,
Uranium, Potassium. Ngoài ra, đường cong nơtron xung động cũng có thể được
sử dụng để đo tỉ số C/O trong đá nhằm biểu hiện các tích tụ giàu hữu cơ
(Lawrence et al.,1984). Đường cong nơtron xung động cũng có thể được sử
dụng để kết hợp với đường cong quang phổ gamma tự nhiên và đo phóng xạ
để xác đònh độ tập trung của các nguyên tố vô cơ như Al, Si, Ca, Fe, K, S, Ti,
và Mg trong thành hệ (Hertzog et al., 1989). Kết hợp những yếu tố này có thể
sử dụng tỉ số C/O để đánh giá tổng hàm lượng cacbon và các nguyên tố vô cơ
khác, và để đánh giá hàm lượng cacbon dạng khoáng vật, để có thể dự đoán
được một cách đònh lïng về hàm lượng TOC (Herron, 1986; Herron và
Herron, 1998 Herron và Le Tendre, 1990)

25