CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÍ GIẾNG KHOAN LÊ HẢI AN (P1)

ðỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN
TS. Lê Hải An
Bộ môn ðịa vật lý, Khoa Dầu khí,
TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ - ðỊA CHẤT

Nội dung môn học

Tài liệu tham khảo

1. Cơ sở lý thuyết của các phương pháp ñịa vật lý giếng khoan
2. Minh giải tài liệu ñịa vật lý giếng khoan

1. ðịa vật lý giếng khoan – PGS. TS Nguyễn Văn Phơn & TS Hoàng Quý, 2004
2. Log Interpretation Principles/Applications – Schlumberger, 1989
3. Log Interpretation Charts – Schlumberger, 2000

Phần mở ñầu

1. Vai trò của ðịa vật lý giếng khoan (ðVLGK)
2. Lịch sử phát triển của ðVLGK

Vai trò của ðịa vật lý giếng khoan

3. ðo ghi ðVLGK
4. Các tham số vật lý thạch học xác ñịnh từ tài liệu ðVLGK
5. Môi trường xung quanh giếng khoan

1


Vai trò của ðịa vật lý giếng khoan

Vai trò của ðịa vật lý giếng khoan

Có bao nhiêu hydrocarbon trong các giếng khoan này, ở những khoảng nào ?

Các tầng chứa này có
liên thông với nhau không?

Xác ñịnh cột ñịa tầng / thành phần và tính chất của thành hệ

Tầng chứa này kéo dài ñến ñâu?
Sẽ khai thác sản phẩm như thế nào?

Xác ñịnh cột ñịa tầng / tính chất của thành hệ bằng tổ hợp các phương pháp ðVLGK
sét
Thạch học?

Liên tục ñến
giếng lân cận ?

cát

ðộ rỗng?
ðộ thấm?
Chất lưu?

sét

Loại sét?

ðá vôi
Mẫu lõi (core): cho thông tin chính xác nhưng giá thành cao và không liên tục

ðộ rỗng?
ðộ thấm?
Chất lưu?
Bao nhiêu?

Nứt nẻ?

Xác ñịnh thành phần thạch học của thành hệ bằng tổ hợp các phương pháp ðVLGK

Cát kết

ðá vôi

Xác ñịnh cột ñịa tầng / tính chất của thành hệ bằng tổ hợp các phương pháp ðVLGK

ðôlômít

Sét

2


ðối tượng nghiên cứu: tầng chứa (reservoir)

??????????

ðá chắn

??????

Mũ khí
Dầu

??????

Dầu

ðá chứa: cát, ñá vôi, ñôlômit
rỗng và thấm

????????

ðá sinh

Xác ñịnh các yếu tố của tầng chứa bằng tổ hợp các phương pháp ðVLGK
Xác ñịnh các yếu tố của tầng chứa bằng tổ hợp các phương pháp ðVLGK
Cột ñịa tầng

ðá chắn

Tầng chứa

Mũ khí
Ranh giới
dầu - khí
Ranh giới
dầu – nước

Dầu

Nước

Xác ñịnh các yếu tố của tầng chứa bằng tổ hợp các phương pháp ðVLGK

OWC

Xác ñịnh các yếu tố của tầng chứa bằng tổ hợp các phương pháp ðVLGK

GOC

3


Lịch sử phát triển của ðVLGK

• ðường cong ðVLGK ñầu tiên
(9/1927) do Henri Doll tiến hành: ño

Lịch sử phát triển của ðVLGK

ñiện trở suất biểu kiến của thành hệ
tại một giếng khoan dầu khí ở
Pechelbronn, Pháp.

Lịch sử phát triển của ðVLGK

• ðến 1927: thời kỳ phát triển quan niệm

• 1869 First temperature log Lord Kelvin

• 1927 - 1949: thời kỳ ñược chấp nhận

• 1883 Single electrode resistivity log patented by Fred Brown

• 1949 - 1985: thời kỳ vàng

• 1912 First surface resistivity survey (Conrad Schlumberger)

• Sau 1985: thời kỳ phát minh lại

• 1927 First multi-electrode electrical survey in a wellbore (in France)

Lịch sử phát triển của ðVLGK
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Lịch sử phát triển của ðVLGK

1927-1949

1929 First electrical survey in California (also Venezuela, Russia, India)
1931 First SP log, first sidewall core gun
1932 First deviation survey, first bullet perforator
1933 First commercial temperature log
1936 First SP dipmeter
1937 First electrical log in Canada (for gold in Ontario)
1938 First gamma ray log, first neutron log
1939 First electrical log in Alberta
1941 Archie's Laws published, first caliper log
1945 First commercial neutron log
1947 First resistivity dipmeter, first induction log described
1948 First microlog, first shaped charge perforator
1948 Rw from SP published

Lịch sử phát triển của ðVLGK
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•
•
•
•
•

ðến 1927

1949-1985

1949 First laterolog
1952 First microlaterolog
1954 Added caliper to microlog
1956 First commercial induction log, nuclear magnetic log described
1957 First sonic log, first density log
1960 First sidewall neutron log (scaled in porosity units)
1960 First thermal decay time log
1961 First digitized dipmeter log
1962 First compensated density log (scaled in density/porosity units)
1962 First computer aided log analysis, first logarithmic resistivity scale
1963 First transmission of log images by telecopier (predecessor to FAX)
1964 First measurement while drilling logs described
1965 First commercial digital recording of log data
1966 First compensated neutron log
1969 First experimental PE curve on density log
1971 First extraterrestrial temperature log Apollo 15

1976 First desktop computer aided log analysis system LOG/MATE
1977 First computerized logging truck
1982 First use of email to transmit data via ARPaNet (predecessor to Internet)
1983 First transmission of log data by satellite from wellsite to computer center
1985 First resistivity microscanner

4


Lịch sử phát triển của ðVLGK

Sau 1985

Phát minh các thiết bị ño ghi có ñộ phân giải cao

Lịch sử phát triển của ðVLGK
Phát triển các phần mềm phân tích tổng hợp tài liệu ðVLGK:
Schlumberger Geoquest QLA, IP, Geoframe PetroViewPlus, ELANPlus
Landmark Stratwork

Lịch sử phát triển của ðVLGK

Sau 1985

Phát minh các thiết bị ño ghi có ñộ phân giải cao

Sau 1985

Lịch sử phát triển của ðVLGK

Sau 1985

Phát triển các phần mềm phân tích tổng hợp tài liệu ðVLGK:
Schlumberger Geoquest QLA, IP, Geoframe PetroViewPlus, ELANPlus
Landmark PetroWork

ðo ghi ðịa vật lý giếng khoan

ðo ghi ðịa vật lý giếng khoan

5


ðo ghi ðịa vật lý giếng khoan
ðo ghi ðVLGK ngay sau khi dừng khoan (kéo cần khoan ra khỏi giếng) trước khi
chống ống

ðo ghi ðịa vật lý giếng khoan
Log runs

ðo ghi theo kiểu “comes up logging”: thả thiết bị xuống ñáy giếng rồi ño ghi trong
quá trình kéo lên

ano
hk
uâ
s
uề
ih
C

Một hệ thống ño ghi hoàn chỉnh vừa phát vừa ño bao gồm:
• Máy giếng (tools)
• Cáp truyền chuyên dụng (cables)
• Trạm ño (station)
Tín hiệu thu ñược ghi vào phim (ghi ảnh – analog), ngày nay ñược ghi số trực tiếp
vào máy tính (digital)
Ngày khoan

Tời
Cáp
Máy
giếng

Máy giếng (tools)
Máy giếng (tools)

Các máy giếng có thể tích hợp (ghép
nối) với nhau ñể một lần kéo thả
(log run) có thể ño ghi ñược nhiều
tham số khác nhau

6


Biểu diễn kết quả ño ghi ðVLGK

Chiều sâu:
Thông thường theo tỉ lệ 1:240 hoặc 1:600
Cũng có thể theo tỉ lệ 1:1200, 1:120, 1:48, 1:5….

Giá trị ño ghi:
ðược biểu diễn trên lưới chuẩn (log grids) hoặc theo tỉ lệ tuyến tính, hoặc theo tỉ lệ
logarit

Chiều sâu nghiên cứu và ñộ phân giải của các thiết bị ðVLGK

Máy giếng (logging tools)

cọ
d
uề
i
hc
oe
ht
iả
i
g
nâ
h
p
ộ
ð

Chiều sâu nghiên cứu

Các tham số vật lý thạch học của ñá chứa

Các tham số vật lý thạch học xác ñịnh từ ðVLGK

7


Các tham số vật lý thạch học của ñá chứa

ðộ sét (Vsh)

Các loại sét khác nhau (phân lớp, phân tán, cấu trúc)

1. ðộ sét (Vsh)
2. ðộ rỗng (Φ)
3. ðộ thấm (K)
4. ðộ bão hòa (Sw, So, Sg)

ðộ rỗng (Φ)

ðộ rỗng (Φ)

Phụ thuộc cách sắp xếp hạt (packing)

Φ=

Vp
Phụ thuộc kích thước hạt (grain size)

V

ðộ rỗng (Φ)

ðộ thấm (K)

• ðộ rỗng toàn phần (ðộ rỗng nguyên
sinh, ðộ rỗng thứ sinh)
• ðộ rỗng hở
• ðộ rỗng tiềm năng
• ðộ rỗng hiệu dụng

Q=K

S
∆p
µh

K - ñộ thấm

Q - lưu lượng
µ - ñộ nhớt
S - tiết diện
h - chiều dài
p – áp suất

8


ðộ thấm (K)

K=

Fsτ S

2

Φe
(1 − Φ e ) 2
3

1
2
gr

ðộ rỗng – ðộ thấm
© Schlumberger

K - ñộ thấm (mm2)
Fs - yếu tố hình dạng
t - ñộ uốn khúc
Sgr - diện tích bề mặt trên một ñơn vị thể tích hạt
Fe - ñộ rỗng

ðộ bão hòa (Sw, So, Sg)

ðộ bão hòa (Sw, So, Sg)

Sw
1
0

ðộ rỗng

0

Dầu

Hydrocarbon
Nước

Nước

Xương ñá (matrix)

Xương ñá

1

ðộ bão hòa (Sw, So, Sg)

Sw =

ðộ bão hòa (Sw, So, Sg)

Vw
Φ

V
So = o
Φ
Vg
Sg =
Φ

S

n
w

=

a Rw
φ m Rt

S w + S o +S g = 1

9


Môi trường xung quanh giếng khoan
Dung dịch khoan bao gồm sét bentonite, chất phụ gia (barite) ñược pha trộn
vớt chất lưu (dầu hoặc nước)
Trong giếng khoan: áp suất của cột dung dịch gây nên là áp suất thủy tĩnh, tỉ lệ
thuận với mật ñộ của dung dịch khoan và chiều cao của cột dung dịch: P ~ H.ρ

Môi trường xung quanh giếng khoan

Môi trường xung quanh giếng khoan

ðể ngăn chặn hiện tượng phun dung dịch, phải thay ñổi mật ñộ dung dịch sao
cho áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch lớn hơn với áp suất vỉa
Sự chênh áp này gây nên hiện tượng ngấm (xâm nhập) của dung dịch khoan vào
thành hệ có ñộ rỗng và ñộ thấm, tạo nên một môi trường phức tạp xung quanh
thành giếng khoan, ảnh hưởng lên kết quả của các phép ño ðVLGK

Môi trường xung quanh giếng khoan

Khi khoan qua thành hệ có ñộ rỗng cao, thành hệ có tác dụng như là một
màng lọc phân tách dung dịch khoan thành 2 phần: phần chất rắn và phần
chất lỏng
Filtrate dung dịch khoan (phần chất lỏng) ngấm vào thành hệ, còn phần chất
rắn bị chặn lại tạo thành lớp vỏ sét xung quanh thành giếng khoan
Quá trình ngấm của filtrate dung dịch khoan vào thành hệ theo phương bán
kính giếng khoan phân chia thành hệ xung quanh thành giếng khoan thành các
ñới khác nhau: ñới ngấm (ñới rửa + ñới chuyển tiếp) và ñới nguyên

Môi trường xung quanh giếng khoan

Môi trường xung quanh giếng khoan
Quá trình xâm nhập của filtrate dung dịch khoan vào thành hệ (invasion process)

ñới rửa

ðường kính ñới ngấm
phụ thuộc vào ñộ rỗng,
ñộ thấm cũng như thành
phần thạch học của
thành hệ

ñới chuyển tiếp

ñới nguyên
vỏ bùn

10


Môi trường xung quanh giếng khoan

Môi trường xung quanh giếng khoan

ðới ngấm
– ðới rửa: filtrate dung dịch
khoan thay thế hoàn toàn
nước vỉa
– ðới chuyển tiếp:filtrate
dung dịch khoan lẫn với
nước vỉa
• ðới nguyên không bị ảnh
hưởng của filtrate dung dịch
khoan:
– Nước vỉa
– Dầu
– Khí
•

Môi trường xung quanh giếng khoan

•

Khi Rw
Môi trường xung quanh giếng khoan
Thực tế là annulus profile

•

Khi Rw>Rmf

Các ñường cong ño ghi
ñiện trở có chiều sâu
nghiên cứu khác nhau cho
các giá trị ñiện trở suất
biểu kiến khác nhau

•

Xuất hiện ñới vành
khuyên ngay sau
ñới chuyển tiếp

•

Bản chất là do
hydrocarbon
chuyển dịch nhanh
hơn nước vỉa nên
tạo ra một ñới có
ñộ bão hòa nước
vỉa cao ở giữa ñới
rửa và ñới nguyên
làm giảm ñột ngột
ñiện trở suất

Quá trình xâm nhập của dung dịch khoan
© Schlumberger

11


Acknowledgments

Schlumberger
Baker Atlas
Halliburton

12