Xác định các thông số vỉa bằng tài liệu địa vật lý giếng khoan cho giếng r 1x cấu tạo x thuộc bồn trũng nam côn sơn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT
BỘ MÔN VẬT LÝ ĐỊA CẦU
----------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VỈA
BẰNG TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG
KHOAN CHO GIẾNG R-1X CẤU TẠO X
THUỘC BỒN TRŨNG NAM CÔN SƠN

CBHD: PGS.TS TRẦN VĨNH
TUÂN
THS.KS ĐÀO THANH
TÙNG
SVTH: TRẦN MINH THIỆN
MSSV: 0613103

Thành phố Hồ Chí Minh – 7/2011


Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

LỜI CẢM ƠN
Trƣớc tiên con xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và lòng kính trọng sâu sắc đến ba

mẹ và gia đình, là nguồn động lực, là nơi nuôi dƣỡng quan tâm và tạo mọi điều kiện cho
con ăn học.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn trân trọng, lời cảm ơn chân thành đến tất cả các thầy cô,
anh chị trong bộ môn Vật lý Địa cầu đã tận tình dạy dỗ và dìu dắt em trong suốt thời gian
học tại bộ môn, em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô khoa Vật lý – Vật lý Kỹ thuật đã tận
tình dạy dỗ và giúp đỡ em trong nhƣng năm học tại trƣờng.
Xin gửi lời cảm ơn tha thiết, lòng biết ơn chân thành và trân trọng đến thầy PGS.TS
Trần Vĩnh Tuân, thầy là ngƣời đã định hƣớng cho em theo hƣớng Địa Vật lý giếng khoan,
truyền đạt biết bao kiến thức quý báo, thầy đã không ngại vất vả bỏ nhiều công sức để dìu
dắt và hƣớng dẫn em trong suốt thời gian qua. Em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến
thầy PGS.TS Nguyễn Thành Vấn, ngƣời đã giúp đỡ em khá nhiều khi thực hiện khóa luận
này.
Xin chân thành cảm ơn đến thầy ThS.KS Đào Thanh Tùng đã hết lòng giúp đỡ, chỉ
dẫn rất nhiều vấn đề và kiến thức thực tế trong suốt thời gian em thực tập tại tổng công ty
PVEP. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến KS Đặng Ngọc Thắng đã hết lòng hƣớng
dẫn chi tiết nhiều vấn đề và hƣớng dẫn từng bƣớc để em hoàn thành thực tập khóa luận tại
ban Tìm Kiếm Thăm Dò của tổng công ty. Em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn tha thiết
với tất cả các anh chị trong Ban, sự gần gũi của các anh chị đã khiến cho khoảng thời gian
thực tập không chỉ là khoảng thời gian rất quý giá, rất vui mà đã trở thành khoảng thời gian
mang đầy kỉ niệm.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các bạn sinh viên khoa Địa chất – khóa 2007, trƣờng Đại
học Khoa học Tự Nhiên – TP.HCM, đã cùng tôi trao đổi khá nhiều kiến thức, học hỏi lẫn
nhau trong khoảng thời gian thực tập tại tổng công ty.
Cuối cùng là lời cảm ơn chân thành xin gửi đến tất cả ngƣời quen và bạn bè của tôi,
những ngƣời đã sát cánh và chỉa sẽ với tôi những niềm vui nỗi buồn trong suốt quãng
đƣờng sinh viên, đặc biệt là các bạn 07VLĐC là những ngƣời tôi không bao giờ quên, cảm
ơn các bạn rất nhiều.

i

Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

MỤC LỤC
DANH SÁCH HÌNH VẼ .......................................................................................... iv
DANH SÁCH BẢNG SỐ LIỆU .............................................................................. vii
MỘT SỐ KÝ HIỆU – VIẾT TẮT VÀ TỪ TIẾNG ANH ...................................... viii
MỞ ĐẦU

............................................................................................................. ix

CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƢƠNG PHÁP MINH GIẢI TÀI
LIỆU ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN .................................................1
1.1. ĐỐI TƢỢNG VÀ THAM SỐ VẬT LÝ CỦA TẦNG CHỨA. .......................1
1.1.1.

Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................1

1.1.2.

Đá chứa và các tham số vật lý của đá chứa ...........................................2

1.1.2.1. Độ rỗng: ............................................................................................3
1.1.2.2. Độ thấm:............................................................................................7
1.1.2.3. Độ bão hòa nƣớc: ..............................................................................9
1.1.2.4. Điện trở suất và độ dẫn điện: ..........................................................10
1.1.2.5. Độ sét của đá trầm tích....................................................................11
1.2. MÔI TRƢỜNG GIẾNG KHOAN .................................................................17

1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐỊA VẬT GIẾNG KHOAN TUYỀN THỐNG.......19
1.3.1.

Các phƣơng pháp điện .........................................................................22

1.3.1.1. Phƣơng pháp điện trƣờng tự nhiên (Spontaneous Potential - SP) ..22
1.3.1.2. Phƣơng pháp log điện trở suất ........................................................29
1.3.2.

Phƣơng pháp phóng xạ tự nhiên (Gamma Ray) ..................................36

1.3.3.

Các phƣơng pháp log độ rỗng .............................................................40

1.3.3.1. Phƣơng pháp Neutron .....................................................................40
1.3.3.2. Phƣơng pháp mật độ (Density) .......................................................47
1.3.3.3. Phƣơng pháp siêu âm (DT) .............................................................51
CHƢƠNG 2: XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ CỦA VỈA CHỨA BẰNG TÀI LIỆU
ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN .........................................................58
ii


Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

2.1. TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ ......................................................................58
2.1.1.

Xác định hàm lƣợng sét.......................................................................58

2.1.2.

Xác định giá trị điện trở suất ...............................................................67

2.1.3.

Xác định giá trị độ rỗng.......................................................................73

2.1.4.

Xác định độ bão hòa nƣớc ...................................................................78

2.1.5.

Xác định độ thấm của vỉa ....................................................................83

2.1.6.

Xác định thành phần thạch học của tầng chứa ....................................84

2.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP KHẢO SÁT NHANH ..............................................87
2.3. PHÂN TÍCH BẰNG PHƢƠNG PHÁP MDT VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ ....91
CHƢƠNG III: TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ VỈA CHO GIẾNG R-1X. BIỆN
LUẬN VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ..................................................94
3.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT ................................................................................94
3.1.1.

Giới thiệu .............................................................................................94

3.1.2.

Đặc điểm cấu trúc kiến tạo ..................................................................96

3.1.3.

Đặc điểm địa tầng ................................................................................98

3.1.4.

Hệ thống dầu khí ...............................................................................103

3.2. TÍNH TOÁN, BIỆN LUÂN VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ .........................106
3.2.1.

Sơ lƣợt ...............................................................................................106

3.2.2.

Dữ liệu đầu vào .................................................................................108

3.2.3.

Tính toán, biện luận và phân tích kết quả .........................................109

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................125
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................127
PHỤ LỤC

...........................................................................................................128

iii


Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

DANH SÁCH HÌNH VẼ
CHƢƠNG I:
Hình 1.1: Giếng khoan đƣợc ứng dụng trong thăm dò và khai thác dầu khí.
Hình 1.2: Mô hình độ rỗng trong đá chứa.
Hình 1.3: Lỗ rỗng giữa hạt.
Hình 1.4: Lỗ rỗng trong hạt.
Hình 1.5: Lỗ rỗng mở và lỗ rỗng kín.
Hình 1.6: Thí nghiệm đo độ thấm của đá chứa.
Hình 1.7: Độ thấm của chất lƣu trong đá chứa.
Hình 1.8: Các kiểu phân bố của sét trong thành hệ.
Hình 1.9: Sự tuần hoàn của dung dịch khoan
Hình 1.10: Môi trƣờng xung quanh giếng khoan.
Hình 1.11: Một số dạng đƣờng cong đo sâu điện thành giếng khoan.
Hình 1.12: Mô hình một số tool đo hiện đại.
Hình 1.13: Hình ảnh tool Supercombo đặt trong xƣởng
Hình 1.14: Mô hình một số tool đo trong phƣơng pháp logging while drilling.
Hình 1.15: Sự hình thành điện trƣờng tự nhiên do chênh lệch nồng độ.
Hình 1.16: Sự hình thành thế hấp thụ khi có sự hấp thụ

trên màng sét.

Hình 1.17: Ƣu thế di chuyển của các ion đối với môi trƣờng có nƣớc vỉa mặn
hơn.
Hình 1.18: Thế điện thấm loc – khuyết tán cho trƣờng hợp nƣớc vỉa mặn hơn.
Hình 1.19: Sự hình thành thế điện thấm lọc trên thành giếng khoan.
Hình 1.20: Sơ đồ nguyên tắc đo SP trong giếng khoan.
Hình 1.21: Dáng điệu đƣờng cong SP trong một số thành hệ.
Hình 1.22: Sự biến đổi điện trở suất qua các thành hệ khác nhau.
Hình 1.23: Sơ đồ điện cực hội tụ dòng.
Hình 1.24: Sơ đồ thiết bị đo sƣờn kép.
Hình 1.25: Sơ đồ minh họa phƣơng pháp vi hệ cực hội tụ cầu.
Hình 1.26: Sơ đồ minh họa đo log cảm ứng.
Hình 1.27: Sự thay đổi giá trị gamma ray qua các thành hệ khác nhau.
iv


Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

Hình 1.28: Sơ đồ nguyên tắc đo GR.
Hình 1.29: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của ống đếm bức xạ gamma.
Hình 1.30: Một ví dụ về đƣờng cong đo phổ gamma.
Hình 1.31: Đời sống của một neutron.
Hình 1.32: Thiết bị đo log neutron bù.
Hình 1.33: Tƣơng tác của gamma với môi trƣờng.
Hình 1.34: Sự biến đổi mật độ qua các thành hệ khác nhau.
Hình 1.35:Thiết bị đo gamma bù.
Hình 1.36: Mô hình truyền sóng P và sóng S.
Hình 1.37: Thiết bị đo trong phƣơng pháp siêu âm.
Hình 1.38: Sự thay đổi thời gian truyền sóng siêu âm qua các thành hệ khác

nhau.
Hình 1.39: Sơ đồ thiết bị đo trong phƣơng pháp log siêu âm.
Hình 1.40: Sơ đồ bố trí thiết bị đo trong phƣơng pháp log siêu âm bù.
CHƢƠNG II:
Hình 2.1: Minh họa cách xác định giá trị GRmax và GRmin trên đƣờng log.
Hình 2.2: Phân vỉa dựa vào đƣờng GR.
Hình 2.3: Xác định tầng thấm bằng phƣơng pháp SP.
Hình 2.4: Xác định hàm lƣợng sét từ log SP.
Hình 2.5: Đồ thị xác định hệ số hiệu chỉnh giá trị SP về SSP.
Hình 2.6: Biểu đồ cắt xác định hàm lƣợng sét theo phƣơng pháp neutrondensity.
Hình 2.7: Biểu đồ cắt xác định hàm lƣợng sét của một đới theo neutron-density.
Hình 2.8: Xác định hàm lƣợng sét theo phƣơng pháp neutron-density và GR.
Hình 2.9: Xác định tầng chứa bằng phƣơng pháp log điện trở.
Hình 2.10: Đồ thị hiệu chỉnh điện trở suất theo nhiệt độ vỉa và độ khoáng hóa.
Hình 2.11: Xác định tỉ số
Hình 2.12: Đồ thị hiệu chỉnh

.
về

.

Hình 2.13: Đồ thị hiệu chỉnh giá trị điện trở suất RLLD về giá trị điện trở suất Rt
và hiệu chỉnh giá trị điện trở suất RMSFL về giá trị điện trở suất Rxo.

v


Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

Hình 2.14: Đồ thị hiệu chỉnh giá trị điện trở suất RILD về giá trị điện trở suất Rt
và hiệu chỉnh giá trị điện trở suất RMSFL về giá trị điện trở suất Rxo.
Hình 2.15: Biểu đồ cắt N-D hiệu chỉnh giá trị độ rỗng từ neutron và mật độ.
Hình 2.16: Phƣơng pháp biểu đồ cắt Pickett.
Hình 2.17: Biểu đồ cắt Hingle cho vỉa cát(sandstones) hoặc cacbonat
(carbonates).
Hình 2.18: Biểu đồ cắt Hingle của một đới thạch học.
Hình 2.19: Đồ thị xác định độ thấm của vỉa.
Hình 2.20: Biểu đồ cắt M – N và thành phần thạch học của một đới chứa.
Hình 2.21: Biểu đồ cắt MID và thành phần thạch học của một đới.
Hình 2.22: Tool đo MDT của hãng Schlumberger.
Hình 2.23: Phân tích MDT cho vỉa.
CHƢƠNG III:
Hình 3.1: Vị trí bồn trũng Nam Côn Sơn trên bản đồ Việt Nam.
Hình 3.2: Bể Nam Côn Sơn trong khung kiến tạo khu vực.
Hình 3.3: Mặt cắt tổng hợp của lô B.
Hình 3.4: Cột địa tầng của bể Nam Côn Sơn.
Hình 3.5: Chỉ số TOC và HI các giếng khoan lô B tầng Miocene dƣới và
Oligocene.
Hình 3.6: Mặt cắt địa chấn đi qua cụm cấu tạo X thuộc lô B.
Hình 3.7: Tổng quan về lát cắt địa chất của giếng khoan R-1X.
Hình 3.8: Kết quả phân tích log cho vỉa 12.
Hình 3.9: Kết quả phân tích MDT cho vỉa 12.
Hình 3.10: Kết quả phân tích log cho vỉa 22.
Hình 3.11: Kết quả phân tích MDT cho vỉa 22.
Hình 3.12: Kết quả phân tích log cho vỉa 23.
Hình 3.13: Kết quả phân tích MDT cho vỉa 23.
Hình 3.14: Kết quả phân tích log cho vỉa 24.

Hình 3.15: Kết quả phân tích MDT cho vỉa 24.
Hình 3.16: Kết quả phân tích log cho vỉa 10.

vi


Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

DANH SÁCH BẢNG SỐ LIỆU
CHƢƠNG 1:
Bảng 1.1: Độ rỗng của một số loại đá khác nhau
Bảng 1.2: Hệ số uốn khúc và hệ số xi măng của một số loại đá
Bảng 1.3: Mật độ của một số loại khung đá
CHƢƠNG 2:
Bảng 3.1: Dữ liệu log từ giếng khoan
Bảng 3.2: Một số dữ liệu khác
Bảng 3.3: Các vỉa cát có khả năng thấm chứa tốt
Bảng 3.4: Kết quả minh giải cho vỉa 12
Bảng 3.5: Kết quả minh giải cho vỉa 22
Bảng 3.6: Kết quả minh giải cho vỉa 23
Bảng 3.7: Kết quả minh giải cho vỉa 24
Bảng 3.8: Kết quả minh giải cho vỉa 10

vii


Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

MỘT SỐ KÝ HIỆU – VIẾT TẮT
HC: Hydrocarbon.

CGR: log gamma ray đã hiệu chỉnh.
ATRX: log điện trở suất đo nông đã hiệu chỉnh về giá trị thực của đới rửa.
AT30: log điện trở suất đo trung.
ATRT: log điện trở suất đo sâu đã hiệu chỉnh về điện trở thực của đới nguyên.
RHOB: log đo mật độ.
NPHI: log do neutron.
DT: log siêu âm.
MDT (Modular formation Dynamic Test): phƣơng pháp thu thập kiểm tra chất
lƣu và áp suất.
Caliper: log đo đƣờng kính giếng khoan.

viii


Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

MỞ ĐẦU
Trong hai thập kỷ nay, khoa học kĩ thuật đang dần hoàn thiện và tiếp tục phát
triển, đời sống xã hội càng đƣợc nâng cao thì nhu cầu sử dụng năng lƣợng ngày một
tăng. Trong tình hình đó, bất kể quốc gia nào muốn phát triển bền vững thì điều đầu
tiên là phải làm chủ đƣợc nguồn năng lƣợng. Tính đến nay (theo thống kê hãng BP–
6/2011) cả thế giới phải phụ thuộc vào 88% nhu cầu năng lƣợng lấy từ các nguồn
năng lƣợng hóa thạch, trong đó 30% từ than và 58% từ dầu khí. Để tránh lệ thuộc

vào nguồn năng lƣợng hóa thạch, nhiều nƣớc đã có kế hoạch cắt giảm nguồn năng
lƣợng này trong tƣơng lai, VD: đầu 7/2011 chính phủ Đức tuyên bố sẽ đóng của tất
cả các lò phản ứng hạt nhân muộn nhất vào 2020, đến 2050 sẽ cắt giảm 80% năng
lƣợng hóa thạch và thay vào đó là các nguồn năng lƣợng sạch (www.reuters.com)…
Tuy là có nhiều kế hoạch cắt giảm nguồn năng lƣợng hóa thạch trong tƣơng lai,
nhƣng theo xu thế của nhu cầu năng lƣợng ngày một tăng thì dù có cắt giảm, dù có
sử dụng hết sức tiết kiệm nhƣng nhu cầu năng lƣợng hóa thạch sẽ ngày một tăng,
nguồn năng lƣợng hóa thạch vẫn tiếp tục là nguồn năng lƣợng chủ chốt trong nhiều
thập kỷ tới. Không có cách nào khác, ngoài việc áp dụng các công nghệ hiện đại để
khai thác hiệu quả nhất, thì việc triển khai tìm kiếm thăm dò nhiều hơn và chi tiết
hơn sẽ là những phƣơng án hàng đầu trong thời điểm hiện nay và trong thời gian
tới.
Trƣớc tình hình nhƣ vậy, tác giả đã có định hƣớng cho đề tài của mình: sử
dụng các phƣơng pháp địa vật lý giếng khoan trong thăm dò và khai thác dầu khí,
thực hiện khóa luận tốt nghiệp với đề tài “Xác định các thông số vỉa bằng tài liệu
địa vật lý giếng khoan cho giếng R-1X cấu tạo X thuộc bồn trũng Nam Côn
Sơn”. Đề tài hoàn toàn nằm trong vấn đề tìm kiếm thăm dò và khai thác nguồn
năng lƣợng hóa thạch, đó là dầu khí. Nói một cách khác mục đích ở đây là “đánh
giá tầng chứa bằng các phƣơng pháp địa vật lý giếng khoan”. Vấn đề này là những
công việc trong chuỗi các công việc phải làm ở giai đoạn tìm kiếm thăm dò cũng
nhƣ ở giai đoạn khai thác dầu khí. Đề tài và những vấn đề liên quan đƣợc tác giả

ix


Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

tìm hiểu trong suốt thời gian thực tập và làm khóa luận. Nội dung của khóa luận là

có giới hạn và đƣợc phân thành các chƣơng nhƣ sau:
o

Chương 1: “Cở sở lý thuyết của phương pháp minh giải tài liệu địa vật lý

giếng khoan”.
o

Chương 2: “Xác định các tham số của vỉa chứa bằng tài liệu địa vật lý giếng

khoan”.
o

Chương 3: “Tính toán các tham số vỉa cho giếng R–1X. Biện luận và phân

tích kết quả”.
Khoá luận mới chỉ là những kiến thức ban đầu của quá trình học tập và nghiên
cứu của tác giả theo hƣớng địa vật lý giếng khoan. Vì vậy những gì cần tìm hiểu ở
đây tác giả đã cố gắng đƣa vào khóa luận để có thể xem khóa luận này là móc cơ sở
cho quá trình học tập tiếp theo trong tƣơng lai. Ở chương 1, Tác giả chỉ trình bày cơ
sở vật lý của một số phƣơng pháp địa vật lý giếng khoan thông dụng trong thăm dò
và khai thác dầu khí hiện nay. Trong chương 2 còn khá nhiều phƣơng pháp ứng
dụng khác mà tác giả chƣa kịp tìm hiểu và trình bày. Chương 3 cũng chỉ gói gọn
một phần nào đó của qui trình minh giải log trên thực tế, nó cũng chƣa thể hiện hết
các ứng dụng của các phƣơng pháp đã tìm hiểu cũng nhƣ đã đƣợc trình bày ở
chương 1 và chương 2.
Nhƣ vậy, còn có rất nhiều vấn đề thực tế cũng nhƣ kiến thức khác mà tác giả
vẫn chƣa tìm hiểu, trong đó chƣa kể các vấn đề còn thiếu sót trong lúc tìm hiểu
cũng nhƣ là trình bày trong khóa luận này. Tác giả rất mong nhận đƣợc sự đóng góp
ý kiến của thầy cô, các anh chị, và các bạn quan tâm đến lĩnh vực này.

x


Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

CHƢƠNG 1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƢƠNG PHÁP MINH GIẢI
TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN

1.1.

ĐỐI TƢỢNG VÀ THAM SỐ VẬT LÝ CỦA TẦNG CHỨA.

1.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu của ngành Địa Vật lý giếng khoan là các giếng khoan
tìm kiếm thăm dò và khai thác tài nguyên có ích: nhƣ là dầu khí, than, các quặng
mỏ và nƣớc dƣới đất. Giếng khoan là một công trình tìm kiếm thăm dò hoặc khai
thác tài nguyên. Công trình này đƣợc tạo bằng phƣơng pháp cơ học – phƣơng pháp
khoan giếng với mục đích lấy mẫu đất đá, tạo ra một vết lộ địa chất còn “tƣơi” chƣa
bị phong hóa, hoặc nhằm để khai thác các chất lƣu nhƣ dầu, khí, nƣớc dƣới đất,
nƣớc nóng mang nhiệt năng.
Thông thƣờng việc lấy mẫu lõi khoan khó thực hiện đƣợc tốt và giá thành lại
cao, trạng thái kỹ thuật và độ ổn định của công trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố kỹ
thuật và địa chất. Để hạn chế việc lấy mẫu lõi thƣờng xuyên, cũng nhƣ xác định
trạng thái kỹ thuật và theo dõi các giếng khoan trong quá trình khai thác. Ngƣời ta
khai thác triệt để các thông tin địa chất và kỹ thuật trên vết lộ địa chất của công
trình. Ƣu điểm của vết lộ địa chất này là nó còn “tƣơi” nguyên chƣa phong hóa,

đồng thời xuyên cắt qua mọi lớp đất đá tới chiều sâu của đáy giếng.
Việc khai thác các thông tin địa chất và kỹ thuật trên vết lộ địa chất ở thành
giếng khoan đƣợc thực hiện bằng các phƣơng pháp vật lý, hóa học. Nhờ các phƣơng
pháp này, ta có thể xác định đƣợc thành phần vật chất ở các lớp đất đá mà lát cắt
giếng khoan đi qua, xác định trạng thái kỹ thuật và độ ổn định của công trình tại
chiều sâu bất kì vào thời điểm cần thiết.
Việc xác định thành phần vật chất, xây dựng lát cắt địa chất, xác định trạng
thái kĩ thuật và độ ổn định của công trình (theo dõi mỏ), đánh giá hiệu suất khai
thác… là những nhiệm vụ của địa vật lý giếng khoan.

1


Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

Hình 1.1: Giếng khoan đƣợc ứng dụng trong thăm dò và khai thác dầu khí.
1.1.2. Đá chứa và các tham số vật lý của đá chứa
Đá chứa là các đá có lỗ rỗng cấu tạo nên thành hệ và có khả năng chứa chất
lƣu (dầu, nƣớc, khí) trong lỗ rỗng đó. Các chất lƣu nhƣ dầu và khí chủ yếu là di
chuyển từ nơi khác đến và lấp đầy trong lỗ rỗng của đá chứa. Đá chứa thƣờng là các
loại đá có độ rỗng và độ thấm cao nhƣ các loại đá cát (sa thạch), cacbonat (đá vôi,
dolomite).
Nếu đá chứa là cát kết hay là cát sét kết, lỗ rỗng chủ yếu là lỗ rỗng giữa hạt
(độ rỗng nguyên sinh) là chủ yếu, còn lỗ rỗng thứ sinh nhƣ là khe nứt hay là rửa lũa
gặm mòn là những lỗ rỗng thứ yếu. Nếu đá chứa là cacbonat (đá vôi, dolomite)
không gian rỗng chủ yếu là các khe nứt và lỗ rỗng gặm mòn. Nhƣng đá cacbonat là
loại đá không chiệu uốn, nên dễ bị nứt nẻ dƣới tác dụng của lực kiến tạo, do đó độ
rỗng thứ sinh này lại là độ rỗng có ý nghĩa thấm chứa cao.

Độ thấm của đá chứa là một hàm số phức tạp, phụ thuộc vào kiến trúc lỗ
rỗng, thành phần thạch học của đá chứa cũng nhƣ là đặc điểm của chất lƣu. Độ mở
hay độ thông nối của kiểu lỗ rỗng khe nứt lớn hơn lỗ rỗng giữa hạt nên cùng độ
2


Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

rỗng nhƣng độ thấm trong các tầng chứa là đá cacbonat bao giờ cũng lớn hơn trong
đá cát sét.
Các đặt tính vật lý thạch học của tầng chứa nhƣ là: độ rỗng, độ thấm, độ bảo
hòa nƣớc, điện trở suất,… sẽ phản ánh trong các phép đo Địa Vật lý. Nắm vững các
đặt tính này sẽ hết sức cần thiết trong nghiên cứu ứng dụng địa vật lý giếng khoan.
1.1.2.1.

Độ rỗng:

Đất đá đƣợc cấu thành gần nhƣ từ 3 pha: pha rắn, pha lỏng và pha khí. Một
phần thể tích của đất đá đƣợc cấu thành từ pha rắn, không gian phần còn lại đƣợc
lấp đầy bởi những pha khác (pha lỏng , pha khí). Không gian đó đƣợc gọi là không
gian rỗng (không gian lỗ rỗng); gọi tắt là lỗ rỗng, lỗ hỗng hay lỗ trống.
Định nghĩa: độ rỗng là tỉ phần không gian rỗng trong thể tích toàn phần của
khối đá. Độ rỗng thƣờng đƣợc tính bằng phần trăm (%) và đƣợc kí hiệu là Ф.

Hình 1.2: Mô hình độ rỗng trong đá chứa.

3

Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

Độ rỗng của đá chứa là một thông số quan trọng trong công tác tìm kiếm
thăm dò và khai thác dầu khí. Độ rỗng phản ảnh khả năng chứa dầu, khí hoặc nƣớc.
Độ rỗng toàn phần hay độ rỗng tổng (Фt) là tỷ phần thể tích của tất cả không gian
rỗng (giữa hạt, kênh thông nối, nứt nẻ, bọt,…) cộng lại có trong đá.
Ф
Trong đó:
 Vt: thể tích toàn phần của khối đá.
 Vs: thể tích của vật liệu rắn.
 Vp: thể tích toàn phần hay thể tích của mọi không gian trống trong đá (thông
thƣờng trong Vp có chứa dầu, nƣớc, khí).
Bảng 1.1: Độ rỗng của một số loại đá khác nhau
Loại đá

Độ rỗng
Trầm tích chƣa gắn kết
Sỏi
25 – 40%
Cát
25 – 50%
Bột
35 – 50%
sét
40 – 70%
Đá
Bazan nứt nẻ

5 – 50%
Đá vôi cactơ
5 – 50%
Cát kết
5 – 30%
Đá vôi, dolomite
0 – 20%
Sét kết
0 – 10%
Đá kết tinh nứt nẻ
0 – 10%
Đá kết tinh chặt sít
0 – 5%

Phân loại lỗ rỗng: Các lỗ rỗng có nguồn gốc, hình dáng, kích thƣớc khác
nhau, mối liên hệ giữa chúng cũng khác nhau. Căn cứ vào những đặc điểm riêng,
ngƣời ta phân chia lỗ rỗng theo nhiều cách nhƣ sau:
Theo nguồn góc hình thành:
 Độ rỗng nguyên sinh (Ф1 ): là độ rỗng xuất hiện khi đá đƣợc hình thành; do
quá trình nén ép của các lớp đất đá bên trên, cũng nhƣ quá trình xi măng hóa và
quá trình biến chất đã làm các lỗ rỗng thay đổi về độ lớn và hình dáng, do đó độ

4


Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

rỗng nguyên sinh cũng thay đổi. Có bốn yếu tố ảnh hƣởng đến độ rỗng nguyên sinh

là độ nén, độ chọn lọc, độ mài mòn và độ xi măng.
 Độ rỗng thứ sinh (Ф2 ): là độ rỗng của các hang hốc, khe nứt có trong đá
đƣợc tạo thành trong quá trình phát triển của đá; trong đó: quá trình kiến tạo, quá
trình biến đổi hóa học và hóa sinh, quá trình hòa tan là các quá trình ảnh hƣởng
mạnh nhất lên độ rỗng thứ sinh.
Theo cách thức hình thành lỗ rỗng:
 Độ rỗng giữa hạt: là do lỗ trống giữa các hạt, đƣợc hình thành bởi sự giới
hạn của kích thƣớt hạt.

Hình 1.3: Lỗ rỗng giữa hạt.
 Độ rỗng trong hạt: là do lỗ rỗng đƣợc hình thành bên trong một hạt.

Hình 1.4: Lỗ rỗng trong hạt.

5


Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

Theo mối liên hệ giữa các lỗ rỗng:
 Độ rỗng thông nối hay độ rỗng mở (Фthn): là độ rỗng của các phần lỗ trống
có liên hệ với nhau, thông nối nhau.
 Độ rỗng kín: là độ rỗng của các lỗ trống không liên hệ với nhau, đƣợc bao
kính bởi khung đá.

Hình 1.5: Lỗ rỗng mở và lỗ rỗng kín.
Phân loại theo tính chất chứa:
 Độ rỗng tiềm năng (Фp ): là độ rỗng mở có đƣờng kính các kênh thông nối

đủ lớn để cho dòng các chất lƣu có thể đi qua dể dàng (lớn 50μm đối với dầu và
5μm đối với khí).
 Độ rỗng hiệu dụng (Фef ): phần lỗ rỗng chứa chất lƣu mà ở đó chất lƣu nằm
ở trạng thái tự, đây là phần lỗ rỗng chứa chất lƣu tự do trong không gian của lỗ
rỗng mở (Фthn ) hay độ rỗng tiềm năng (Фp ), nghĩa là không tính đến phần thể tích

6


Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

của các lớp nƣớc bao, nƣớc hydrat set (nƣớc hấp thụ trên bề mặt các lớp sét), nƣớc
tàn dƣ.
 Độ rỗng phi hiệu dụng: phần lỗ rỗng chứa chất lƣu mà ở đó chất lƣu ở trạng
thái bị giữ lại, bị hấp thụ.
Phân loại giá trị độ rỗng:

1.1.2.2.

Độ thấm:

Khái niệm: Độ thấm là một thông số cho biết khả năng truyền dẫn chất lƣu
của đất đá dƣới tác dụng của gradient áp suất.
Giả sử có một lƣu lƣợng Q (cm3/s) chất lƣu đồng nhất đi qua đất đá có tiết diện
A (cm2) dƣới tác dụng của gradient áp suất ∆p/L (at/cm), chất lƣu đi qua có độ nhớt
là μ và không tác dụng hóa học với đá.

Hình 1.6: Thí nghiệm đo độ thấm của đá chứa.

Theo định luật Darcy ta có:

ớ

à độ

ấ

ệ đố

ệ ố

ấ

ó đơ

ị à

Độ thấm của đá chứa là đăc trƣng quan trọng để thiết kế khai thác mỏ. Độ thấm
phụ thuộc vào nhiều yếu tố: độ rỗng, thành phần thạch học, hàm lƣợng sét trong vỉa,
nhiệt độ và áp suất vỉa cũng nhƣ là phụ thuộc vào độ nhớt của chất lƣu. Độ thấm có
thể đƣợc xác định bằng phƣơng pháp mẫu lõi, thủy động lực học hay địa vật lý
giếng khoan.
7


Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

Phân loại độ thấm:
 Độ thấm tuyệt đối: là độ thấm của đất đá khi có một chất lƣu đồng nhất khi
đi qua nó mà không gây ra phản ứng hóa học với pha rắn của đá, đƣợc tính theo
công thức (1.2).
 Độ thấm hiệu dụng (hay độ thấm pha) của khí, dầu, nƣớc: Khi hỗn hợp
(khí-dầu, khí-nƣớc, dầu-nƣớc hoặc khí-dầu-nƣớc) đi qua đất đá, độ thấm đo đƣợc
cho từng loại khí, dầu, nƣớc riêng biệt đƣợc gọi là độ thấm hiệu dụng (độ thấm
pha) của khí, dầu, nƣớc. Trong các trƣờng hợp này việc tính toán độ thấm hiệu
dụng phức tạp hơn nhiều vì có sự cản trở lẫn nhau giữa các pha chất lƣu.
 Độ thấm tƣơng đối của khí, dầu, nƣớc: để đơn giản hơn khi đánh giá độ
thấm cho từng pha chất lƣu ngƣời ta đƣa ra khái niệm “độ thấm tƣơng đối”, là tỷ số
giữa độ thấm hiệu dụng của khí, dầu, nƣớc với độ thấm tuyệt đối.

Hình 1.7: Độ thấm của chất lƣu trong đá chứa.
Phân loại giá trị độ thấm:

8


Khóa luận tốt nghiệp
1.1.2.3.

SVTH: Trần Minh Thiện

Độ bão hòa nƣớc:

Định nghĩa: độ bão hoà nƣớc là tỷ số phần trăm thể tích lỗ rỗng mà chất đó chiếm
so với thể tích độ rỗng toàn phần của đá. Kí hiệu là Sw

Trong đó:

 Sw : là độ bão hòa nƣớc (%).
 Vw : thể tích nƣớc chứa trong lỗ rỗng.
 Vp : thể tích lỗ rỗng toàn phần.
Độ bão hòa nƣớc còn đƣợc tính theo điện trở suất: công thức Archie cho trƣờng hợp
đá sạch:

Trong đó:


: là độ rỗng.

 Rw : điện trở suất của nƣớc vỉa.
 Rt :điện trở suất thật của vỉa.
 a : hệ số uốn khúc của lỗ rỗng (hay hệ số thông).
 m : hệ số xi măng hóa (hay hệ số kết dính).
 n : hệ số bão hòa, có giá trị từ 1,8 – 2,5 nhƣng giá trị thƣờng sử dụng là 2.
Các giá trị a, n, m là những thông số hết sức quan trọng và cũng phức tạp trong
việc xác định, chúng đƣợc xác định từ mẫu core (mẫu lỗi đất đá), đối với những
giếng không có mẫu core thì sẽ lấy từ các giếng lân cận.
Độ bão hoà nƣớc là một thông số quan trọng cần xác định trong minh giải tài
liệu địa vật lý giếng khoan, vì từ độ bão hoà nƣớc ta có thể xác định đƣợc độ bão
hoà của hydrocarbon (SHC) có trong vỉa theo công thức:

9


Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

Hydrocacbon (HC) không bao giờ bão hòa 100% trong đá chứa vì hầu hết các
trƣờng hợp dầu đƣợc sinh ra từ nơi khác và di chuyển đến. Khi hydrocacbon đẩy
nƣớc để choán chổ trong lỗ rỗng thì nƣớc luôn luôn còn sót lại do lực mao dẫn.
Nƣớc lƣu lại trong vỉa dầu tạo nên độ bão hòa nƣớc dƣ. Độ bão hòa nƣớc dƣ (Swirr)
là giá trị chỉ độ bảo hòa nƣớc mà ở đó nƣớc đƣợc đá chứa hấp thụ, giữ lại bởi áp
suất mao dẫn, điều này liên quan tới độ hạt (độ mịn) của đá. Nói một cách khác: ở
độ bão hòa nƣớc dƣ thì nƣớc không thể di chuyển, độ thấm pha và độ thấm tƣơng
đối bằng không. Tƣơng tự ta cũng có độ bão hòa dầu dính (Sor).
1.1.2.4.

Điện trở suất và độ dẫn điện:

 Điện trở suất (Resistivity)
Mỗi vật liệu dẫn điện đều có riêng một tham số đặc trƣng cho tính chất cản trở
dòng điện của vật liệu đó, đó là điện trở suất. Ta định nghĩa điện trở suất “ρ” của
một vật liệu là điện trở R của một đoạn dây dẫn làm bằng vật liệu đó có chiều dài l
= 1m, tiết diện ngang là S = 1m2 khi có dòng điện đi qua nó. Điện trở suất ρ có đơn
vị là Ohm.m (Ωm) và đƣợc xác định trong biểu thức sau:

Trong đó:
 R: điện trở của đoạn dây (Ω)
 l: chiều dài dây dẫn (m)
 S: tiết diện dây dẫn (m2)
Trong môi trƣờng, đất đá không phải là đồng nhất, nên điện trở suất chúng ta đo
đƣợc luôn là điện trở suất biểu kiến của môi trƣờng.
Độ dẫn điện
Định nghĩa: nghịch đảo của điện trở suất ρ đƣợc định nghĩa là độ dẫn điện σ
tƣơng ứng. σ có đơn vị là

, với

10

. Ta có:


Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

Trong môi trƣờng lỗ khoan tồn tại hai kiểu dẫn điện:
 Dẫn điện điện tử: là đặc tính dẫn điện của các chất rắn nhƣ graphit, các kim
loại (đồng, bạc,…), oxit kim loại (hematite,…), sunfua kim loại (pyrite,
gelenit,…).
 Dẫn điện ion: là đặc tính dẫn điện của dung dịch, phần lớn là nƣớc có hòa tan
các muối (NaCl, KCl,…).
Đối với các đá khô và không chứa các chất dẫn điện điện tử thì có điện trở suất
rất lớn và gần nhƣ không dẫn điện (nhƣ đá cát sạch). Tuy nhiên đặc tính dẫn điện
của đá trầm tích trong môi trƣờng lỗ khoan chủ yếu là dẫn điện ion, vì trong môi
trƣờng lỗ khoan: đá trầm tích thƣờng xuyên có nƣớc và phân bố liên tục trong đá.
Đất đá nói chung, đá trầm tích nói riêng là môi trƣờng bất đẳng hƣớng về khả
năng dẫn điện cũng nhƣ khả năng dẫn dòng thấm (độ thấm). Dọc theo chiều phân
lớp ngang, điện trở suất (R// ) thƣờng thấp hơn theo chiều vuông góc (R  ). Điện trở
suất của đá chứa phụ thuộc vào các yếu tố:
 Điện trở suất của chất lƣu trong lỗ rỗng: phụ thuộc lớn vào loại chất lƣu (dầu,
khí hay nƣớc), thay đổi theo bản chất và nồng độ chất hòa tan (chủ yếu là
muối) có trong nƣớc vỉa, và phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ vỉa.
 Lƣợng nƣớc chứa trong đá: lƣợng nƣớc nhiều hay ít phụ thuộc vào độ rỗng
và độ bảo hòa nƣớc.
 Loại đá: quyết định đến thành phần thạch học của đá, có chứa nhiều yếu tố

dẫn điện điện tử hay không.
 Kiến trúc đá chứa: sự phân bố lỗ rỗng, phân bố khoáng vật.
 Nhiệt độ vỉa: nhiệt độ không chỉ có ảnh hƣởng lên điện trở suất của chất lƣu
có trong đá chứa. Một cách thứ yếu: còn ảnh hƣởng lên cả điện trở suất của
khung đá, nhìn chung nhiệt độ sẽ ảnh hƣởng lên tính dẫn diện của các kim
loại có trong các khoáng vật.
1.1.2.5.

Độ sét của đá trầm tích

Là bản chất của đất đá khi chứa các hạt có đƣờng kính nhỏ hơn 0.01 mm. Các
hạt có kích thƣớc bé sẽ ảnh hƣởng đặc biệt đến tính chất của đất đá trầm tích. Các
11


Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

hạt sét là những khoáng vật sét thuộc nhóm kaolinite, montmorillonite, illinite,
mảnh vụn thạch anh, fenspat, khoáng vật nặng, carbonate, pirite và các loại khoáng
vật khác. Tham gia vào độ sét của đất đá bao gồm : các loại sét cấu trúc, sét phân
lớp và sét phân tán (hình 1.8).

Hình 1.8: Các kiểu phân bố của sét trong thành hệ.
MỘT SỐ THAM SỐ VÀ KHÁI NIỆM KHÁC
A.

Hệ số vỉa F (Formation factor)

12


Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

Thông số vỉa đƣợc xác định bằng công thức thực nghiệm nhƣ sau:

Trong đó:
 F: là hệ số vỉa (hay còn gọi là hệ số thành hệ, có khi gọi là thông số của độ
rỗng). F thƣờng thay đổi trong phƣơng trình độ bảo hòa nƣớc Archie .Theo
đặc điểm thạch học, mỗi loại đá khác nhau ta có một hệ số vỉa F.
 Ф: là độ rỗng.
 a: là hệ số uốn khúc (có khi gọi là hệ số thông), là một hàm biểu diễn độ
phức tạp của đƣờng dẫn mà chất lƣu và dòng điện phải đi qua đất đá.
 m: là hệ số xi măng hóa (hay hệ số kết dính), giá trị của nó thay đổi theo
kích thƣớc của hạt, theo sự phức tạp của các đƣờng nối giữa các lỗ rỗng, giá
trị m lớn khi hệ số uốn khúc a lớn.
Bảng 1.2: Hệ số uốn khúc và hệ số xi măng của một số loại đá

Loại đá
Đá cacbonat
Đá cát kết
Cát chƣa kết
Cát trung bình
Cát chứa sét
Cát chứa vôi
Đá cacbonat (theo
Carother 1958)

Cát sạch
B.

a
1
0.81
0.62
1.45
1.65
1.45

m
2
2
2.15
1.54
1.33
1.7

0.85

2.14

1

2.05 – Φ

Mật độ đất đá và mẫu đất đá

Mật độ đất đá (hay mật độ khối): là khối lƣợng đất đá tính trên một đơn vị thể

tích. Ký hiệu là ρ, đơn vị là g/cm3 (g/c3 hay g/cc).
Đối với đá trầm tích trong môi trƣờng lỗ khoan có mật độ từ 2.0 – 3.0 g/cm 3.

13


Khóa luận tốt nghiệp

SVTH: Trần Minh Thiện

Bảng 1.3: Mật độ của một số loại khung đá
Thành phần thạch học

ρma (gm/cc)

Cát kết

2.648

Đá vôi

2.71

Dolomit

2.876

Anhydrit

2.997

Muối

2.032

Mẫu đất đá (core sample): có 3 loại:

C.

-

Mẫu vụn (cutting core): Thu đƣợc trong quá trình khoan.

-

Mẫu sƣờn (sidewall core): Lấy dọc theo thành giếng khoan.

-

Mẫu lõi hay mẫu khối (head core): Lấy theo giếng khoan.
Nhiệt độ vỉa và áp suất vỉa

Nhiệt độ vỉa (Tf): nhiệt độ vỉa là một thông số quan trọng trong phân tích tài
liệu địa vật lý giếng khoan, việc tính toán gradient nhiệt và nhiệt độ tại vỉa sẽ giúp
cho ta xác định chính xác điện trở suất dung dịch khoan, nƣớc lọc bùn, nƣớc vỉa…
Nhiệt độ vỉa xem nhƣ là một hàm tuyến tính theo đô sâu:

Trong đó:
 c : nhiệt đô tại vị trí x = 0 (thƣờng là nhiệt độ bề mặt).
 x : độ sâu.

 y : nhiệt độ.
 m : gradient địa nhiệt.
Nhiệt độ vỉa đƣợc xác định khi biết chiều sâu của vỉa, nhiệt độ đáy giếng, chiều
sâu tổng cộng của giếng, nhiệt độ bề mặt. Ta có thể xác định giá trị hợp lý hơn của
nhiệt độ vỉa bằng cách sử dụng dữ liệu các tuyến gradient nhiệt của khu vực.
Áp suất vỉa: áp suất vỉa là một hàm số của nhiều yếu tố, bao gồm lực nén ép
kiến tạo, thiểu nén ép. Lực nén ép từ ngoài làm cho đá chặt xít, các hạt đá bị biến
dạng, độ rỗng giảm khi lực ép nén tăng.

14