PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÍ PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN TỪ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN TRỞ lê hải an

Phần 3: Các phương pháp ñiện từ

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

•

Các phương pháp ño ñiện trở (pp. thông thường, hội tụ, vi hệ ñiện cực)

•

Các phương pháp ño ñộ dẫn ñiện (pp. cảm ứng)

•

Phương pháp tốc ñộ lan truyền sóng ñiện từ EPT

Phương pháp ñiện trở

ðiện trở suất là một tham số quan trọng khi xác ñịnh các vỉa chứa dầu khí và ñộ
bão hoà hydrocarbon của thành hệ.

Các phương pháp ñiện trở

ðiện trở suất của thành hệ phụ thuộc vào 3 yếu tố:
1. ðiện trở suất của nước trong thành hệ
2. Lượng nước
3. Cấu trúc lỗ rỗng
ðiện trở suất của thành hệ ñược ño ghi bằng cách phát một dòng ñiện vào môi

trường và ño cường ñộ dòng ñiện chạy qua môi trường hoặc bằng cách ño dòng
ñiện cảm ứng trong môi trường ñó.

Phương pháp ñiện trở

Dòng ñiện
Phương pháp ñiện trở suất biểu kiến

Dòng ñiện

1


Phương pháp ñiện trở suất biểu kiến

Hệ ñiện cực

Nguyên lý cơ bản ño ñiện trở
suất:
- ðo ñiện thế
- ðo cường ñộ dòng ñiện

R=V/I
Giá trị ño ghi ñược: ñiện trở suất
biểu kiến của thành hệ
Một ñiện cực thả xuống giếng khoan
Một ñiện cực trên mặt ñất
ðo thế

Hệ ñiện cực thế

Hệ ñiện cực gradien

Với hệ ñiện cực thế, dòng ñiện có cường ñộ không
ñổi ñược phát giữa hai ñiện cực phát A và B.
Hiệu ñiện thế giữa hai ñiện cực thu M và N ñược
ño ghi.
Hai ñiện cực A và M ở trên thiết bị máy giếng
(tool) còn hai ñiện cực B và N nằm xa vô cùng.
Khoảng cách AM ñược gọi là chiều dài thiết bị, có
hai loại thiết bị ngắn (AM = 16”) và dài (AM=64”)
ðiểm ño ghi chính là ñiểm O, trung ñiểm của AM.
ðo thế

Chiều sâu nghiên cứu

ðo gradien

ðường cong ño thế và gradien
ðường thế

Dòng ñược phát giữa hai ñiện cực A và B, hiệu
ñiện thế ñược ño ghi giữa hai ñiện cực thu M và
N nằm ở hai mặt cầu ñẳng thế của A.
ðiện thế ño ñược tỉ lệ với gradien thế giữa hai
ñiện cực M và N.
ðiểm ño ghi là ñiểm O, trung ñiểm của M và N.
Khoảng cách AO gọi là chiều dài thiết bị và bằng
18’8” (5m70cm).
Trong thực tế, còn có thiết bị các hệ ñiện cực ño

ghi ñổi chỗ cho nhau (A, B, N ở trên thiết bị thả
vào giếng khoan), hoặc A, B, M, N ñều nằm trên
thiết bị M cách N một khoảng 50 ft 10 in

ðo gradien

Phương pháp ñiện trở

ðườnggradien

Chiều sâu nghiên cứu:
ðo thế: r = 2AM
ðo gradien: r = AO

2


Phương pháp ñiện trở

Thay ñổi hình dạng của các mặt
ñẳng thế thành dạng hình trụ giống
như giếng khoan bằng cách thay
ñiện cực phát ñiểm bằng ñiện cực
phát khối

ðiện trở suất và yếu tố hình học
© Schlumberger

Trong các trường hợp:
• Vỉa nghiên cứu là những vỉa mỏng có ñiện trở cao

• Dung dịch khoan là dung dịch mặn
ðiện trở
suất thấp

Sử dụng hệ ñiện cực hội tụ

ðiện trở
suất cao

ðiện trở
suất thấp

Phương pháp hệ ñiện cực hội tụ

Phương pháp hệ ñiện cực hội tụ

Sử dụng các thiết bị ño ñiện trở suất có hội tụ dòng phát.
Phép ño này rất hiệu quả trong các trường hợp vỉa nghiên cứu là những vỉa mỏng
có ñiện trở cao, hoặc trường hợp dung dịch mặn.
ðiện cực ép dòng
ðiện trở
suất thấp

Dòng
ép

ðiện trở

ðiện trở
suất thấp

Hiệu quả của phép ño có hội tụ dòng:
• Tăng khả năng phân giải lát cắt của ñường cong ñiện trở suất biểu kiến
• Tăng chiều sâu nghiên cứu của phép ño ñiện trở trong những trường hợp lát cắt
ñiện trở cao.

ðiện trở
suất cao

suất cao

Dòng
hội tụ

ðiện trở
suất thấp

Dòng
ép

ðiện trở
suất thấp

3


Phương pháp hệ ñiện cực hội tụ

LL3

Phương pháp hệ ñiện cực hội tụ

LL7

Ở hệ ñiện cực LL7, các ñiện cực
ñược ñặt ñối xứng nhau qua ñiện
cực phát chính A0.
ðể dòng phát kích thích môi trường ở
vỉa nghiên cứu thì cần có hai ñiện cực
phát phụ A1 và A2 ñặt ñối xứng qua A0
ñể ép cho phần dòng phát ra từ ñiện
cực này ñi thẳng vào thành giếng
khoan

ðiện cực phát A0 phát ra một dòng
i0 có thế không ñổi, hai ñiện cực
phát A1 và A1’ ñược ñiều chỉnh sao
cho các ñiện cực theo dõi M1 và
M2, M1’ và M2’ ñều có ñiện thế
bằng nhau.
Do ñiện thế giữa các cặp M1, M2 và
M1’, M2’ bằng nhau nên không có
dòng ñi ở giữa các cặp ñiện cực
này, hay nói cách khác, dòng phát
từ ñiện cực phát A0 ñi thẳng vào
môi trường.
Khoảng cách O1O2 là 32 in., A1A1’
là 80 in.

Hệ ñiện cực ño sâu sườn (Dual Laterolog)

Hệ ñiện cực ño sâu sườn

Dùng các phép ño có chiều sâu nghiên cứu khác nhau: Sâu (LLD) và Nông (LLS)
Thiết bị DLL cùng một lúc ño ghi
cả LLD và LLS
LLD: sử dụng tần số 35Hz
LLS: sử dụng tần số 280Hz
LLD: A1 và A2 thực hiện ép dòng
LLS: A1 thực hiện ép dòng và ñược
nối với A2 ñể dòng chạy từ A1 ñến
A2

Hệ ñiện cực ño sâu sườn

Hệ ñiện cực ño sâu sườn

4


ðường cong DLL

Hiệu ứng Delaware

An anomalous effect on guard log
and early laterolog curves first
observed in the Delaware Basin. It
can be recognized as an erroneous
high-resistivity gradient in conductive
beds when these beds are overlaid

by thick high resitivity formations.

Hiệu ứng Groningen

Hiệu ứng Groningen

Res is tive Bed

Laterolog
Induction

Giá trị LLD tăng lớn, ñi kèm
LLS

theo LLS không thay ñổi, có

LLD /LLG

thể là do có mặt của

Groningen
Res pons e

hydrocarbon trong thành hệ
LLG

hoặc do hiệu ứng Groningen

Induction
does not react

Hiện tượng xảy ra do ñiện thế quy chiếu
thay ñổi khác không (cable-torpedo)
Xảy ra khi có các lớp ñiện trở suất cao
nằm ngay trên thành hệ ñang ño ghi
Làm cho dòng phát sâu (deep current)
bắt buộc phải chạy trong cột dung dịch

LLD
increas e

Hệ ñiện cực ño sâu sườn (Dual Laterolog)

ðộ phân giải theo chiều dọc:
Giá trị lớn nhất có thể ño ghi ñược:
LLD
40.000 Ohmm
LLS
6.000 Ohmm
Giá trị nhỏ nhất có thể ño ghi ñược:
LLD
0,2 Ohmm
LLS
0,2 Ohmm

24"

Azimuthal Resistivity Image - ARI

5

Azimuthal Laterolog – Azimuthal Resistivity Image - ARI

Sâu (LLD)

Azimuthal Laterolog

Nông (LLS)

ðiện cực phát A2 ñược chia thành 12 ñiện cực nhỏ
12 ñiện cực phân bố ñều xung quanh thiết bị cho
phép ño ghi 12 giá trị ñiện trở suất theo các
phương vị khác nhau

Azimuthal Laterolog

Azimuthal Laterolog

Tài liệu Azimuthal Laterolog chuẩn
bao gồm:
Hai ñường cong chuẩn LLD và LLS
LLhr - high resolution deep
Laterolog

Xác ñịnh nứt nẻ

12 ñường cong ñiện trở suất theo
phương vị
Ảnh ñiện trở (ARI image) của thành

hệ xung quanh thành giếng khoan
(gần như FMS)

Hệ ñiện cực ño sâu sườn (Laterolog)
© Schlumberger

Làm thế nào ñể nghiên cứu các vỉa
mỏng và vùng cận thành giếng (xác
ñịnh ñiện trở suất của lớp vỏ sét Rmc và
ñiện trở suất của ñới rửa Rxo.)

6


Các phương pháp vi hệ ñiện cực

• Phương pháp vi hệ ñiện cực là
các hệ ñiện cực ñược cấu thành
từ các ñiện cực ñiểm gắn trên
bảng cách ñiện và khi ño ñược áp
vào thành giếng khoan.
• Phép ño ñiện trở suất bằng các vi
hệ ñiện cực có chiều sâu nghiên
cứu rất nhỏ và chủ yếu phản ánh
ñiện trở suất của lớp vỏ sét
(Rmc) và ñiện trở suất của ñới
rửa (Rxo).

Sử dụng hệ ñiện cực có kích
thước nhỏ - vi hệ ñiện cực

Các phương pháp vi hệ ñiện cực

Càng ñể ño
ñường kính

Bảng cách
ñiện gắn vi hệ
ñiện cực

Vi hệ ñiện cực thông thường (Microlog - ML)

• Gồm 3 ñiện cực A, M1, M2 ñặt cách ñều
nhau một khoảng 1’’ (2,54 cm)
• Khi ño ghi có thể phát A ño ghi ở M1 và
M2 (vi hệ ñiện cực gradien) hoặc phát A
ño ghi ở M2 (vi hệ ñiện cực thế)

Sự phát triển của phương pháp

ðầu tiên là Microlog (ML), hiện nay vẫn ñược sử dụng;
Tiếp ñến là Micro Laterolog (MLL), ñược thay bằng
Proximity Log (PL), ñược thay tiếp bằng

Càng ñể ño
ñường kính

M2
M1
A

Bảng cách
ñiện gắn vi hệ
ñiện cực

MicroSpherically Focused Log (MSFL), ñược thay tiếp bằng
MicroCylindrically Focused Log (MCFL)

Vỉa thấm
Vỏ sét

Vi hệ ñiện cực thông thường (Microlog - ML)

• ðường cong ñiện trở suất thứ nhất có
chiều sâu nghiên cứu r = AO = 1.5 in,
chủ yếu chịu ảnh hưởng của lớp vỏ sét
(Rmc) và một phần ñới rửa.
• ðường cong thứ hai có chiều sâu nghiên
cứu r = 2AM = 4 in, chủ yếu phản ánh
ñiện trở suất ñới rửa (Rxo).

Vi hệ ñiện cực sườn (Micro Laterolog - MLL)

A0 là ñiện cực ñiểm, còn M1, M2 và A1 là các vòng tròn ñồng tâm

Tấm cách ñiện

7

Vi hệ ñiện cực sườn (Micro Laterolog - MLL)

Vi hệ ñiện cực gần (Proximity log - PL)

• Chịu ảnh hưởng của lớp vỏ sét
• Gồm các ñiện cực tấm hình chữ nhật

Vi hệ ñiện cực gần (Proximity log - PL)

Vi hệ ñiện cực cầu hội tụ (MicroSpherically Focused Log - MSFL)

• Gồm các ñiện cực là các vòng ñồng hình chữ nhật

• Chịu ảnh hưởng của lớp vỏ sét

Vi hệ ñiện cực cầu hội tụ (MicroSpherically Focused Log - MSFL)

Vi hệ ñiện cực cầu hội tụ (MicroCylindrically Focused Log - MCFL)

• Chịu ảnh hưởng của lớp vỏ sét

8


Giếng khoan bằng dung dịch gốc dầu

Phương pháp cảm ứng

Phương pháp cảm ứng

Phương pháp cảm ứng (nguyên lý)

• Phương pháp cảm ứng là phương pháp nghiên cứu lát cắt giếng khoan thông
qua việc nghiên cứu trường ñiện từ cảm ứng xuất hiện trong môi trường nghiên
cứu do bị kích thích bởi một trường ñiện từ nguyên sinh.
• Hiện tượng cảm ứng ñiện từ sẽ tạo ra một dòng ñiện trong thành hệ có ñộ lớn
phụ thuộc vào ñộ dẫn ñiện cuả phần thành hệ mà dòng này ñã ñi qua.
• Từ số ño cảm ứng (ñộ dẫn ñiện) sẽ tính ñược ñiện trở suất của thành hệ

Nguyên lý (tổng hợp)

Tương tự như
nguyên lý của
máy biến thế

Nguyên lý
6. Dòng cảm ứng sinh ra bởi từ
trường (2) ñược loại bỏ bằng hệ
thống ñiện tử của máy giếng

5. Dòng ñiện trong cuôn
dây thu là dòng cảm ứng
sinh ra bởi từ trường (2)
và (4)
4. Từ trường thứ sinh ñược
sinh ra bởi dòng cảm ứng
trong thành hệ

3. Dòng cảm ứng trong thành
hệ ñược sinh ra bởi từ trường

xung quanh thành giếng
khoan

Cuộn dây phát và cuộn
dây thu ñược ñặt ñồng
trục

2. Từ trường ñược sinh ra
trong thành hệ

1. Cuộn dây phát dòng
ðiện xoay chiều @ 20
kHz

9


Nguyên lý

Phương pháp cảm ứng

Các tín hiệu ño ghi ñược: X và R
X: tín hiệu ñồng pha – trực tiếp từ cuộn dây phát ñến cuộn dây thu
R: tín hiệu lệch pha – tín hiệu do hiện tượng cảm ứng ñiện từ của thành hệ

Yếu tố hình học

Yếu tố hình học

Yếu tố hình học của 1 vùng ñược ñịnh nghĩa bởi phần tín hiệu mà vùng ñó tham

gia vào tín hiệu toàn phần
G=GmCm + GxoCxo + GtCt + GsCs
Trong ñó: Gm + Gxo + Gt + Gs = 1

Hiệu ứng SKIN

Hiệu ứng SKIN

• Trong thành hệ dẫn ñiện tốt, thì dòng thứ sinh là rất lớn và gây nên trường
ñiện từ ñáng kể.
• Trường ñiện từ này lại gây nên một suất ñiện ñộng cảm ứng khác ở các vành
khuyên và lệch pha so với suất ñiện ñộng tạo nên bởi cuộn dây phát.
• Làm cho tín hiệu thu ñược ở cuộn dây thu giảm ñi một cách ñáng kể, gọi là
hiệu ứng SKIN
• Hiệu ứng skin trở nên ñáng kể khi mà thành hệ có ñộ dẫn ñiện lớn hơn 1000
mmho/m

SKIN =

1
πµfσ

µ: ñộ từ thẩm
σ : ñộ dẫn ñiện
f

: tần số dòng phát

Dòng bị ñẩy ra khỏi các vành
khuyên làm ñiện trở suất biểu kiến

tăng lên ñáng kể

10


Hiệu ứng SKIN

Phương pháp DIL – Dual Induction Log
ILD=6FF40

Sơ ñồ bố trí các cuộn dây cảm ứng

ILM=8FF28

6FF40
• 6 cuộn dây
• 40” khoảng cách giữa hai
cuộn dây phát và ño
chính

So sánh DIL – Dual Induction Log và Dual Laterolog

•
•
•
•

So sánh DIL – Dual Induction Log và Dual Laterolog

Rmf nhỏ, Φ

Rmf nhỏ, Φ lớn
Rmf lớn, Φ lớn
Rmf lớn, Φ nhỏ:
– Nước mặn
– V ỉa có hydrocarbon

•
•
•
•

So sánh DIL và DLL

Rmf nhỏ, Φ : DLL (DIL kém)
Rmf nhỏ, Φ lớn: DLL
Rmf lớn, Φ lớn: DIL (DLL kém)
Rmf lớn, Φ nhỏ:
– Nước mặn: DIL
– V ỉa có hydrocarbon: DLL

AIT – Array Induction Tools

Induction Log
)
%
(
g
n
ỗ
r

ộ
ð

• Thiết bị ño 28 tín hiệu riêng biệt từ 8 mảng (arrays). Chỉ có 1 cuộn phát làm
việc ở 3 tần số
• ðo ghi cả hai tín hiệu (R) và (X)

Laterolog

• 5 chiều sâu nghiên cứu khác nhau: 10", 20", 30", 60" và 90".
• 3 ñộ phân giải theo chiều dọc: 1 ft., 2 ft. và 4 ft.

Sử dụng cả hai (dưới
ñường Rw tương ứng)
← Dung dịịch mặ
ặn

Dung d ch ng t→
ịị

ọ
ọ

11


AIT – Array Induction Tools

AIT – Array Induction Tools

Ưu ñiểm
• Chiều sâu nghiên cứu rất sâu 90’’ cho phép nghiên cứu ñới nguyên ở bất kỳ
thành hệ nào, kể cả thành hệ xảy ra quá trình xâm nhập của dung dịch khoan
rất sâu vào thành hệ
• ðộ phân giải theo chiều dọc là 1ft. cho phép hạn chế hiệu ứng ảnh hưởng của
vỉa vây quanh
• Ít chịu ảnh hưởng của giếng khoan
• Hiệu ứng SKIN ñược ño ghi và bù bằng cách ño ghi tín hiệu X-signal
• Tín hiệu tự ngẫu lớn bị loại trừ do sử dụng các cuộn dây thu cân bằng lẫn nhau
trong mảng

AIT – Array Induction Tools

AIT – Array Induction Tools

Chiều sâu nghiên cứu

AIT – Array Induction Tools

Phạm vi ứng dụng của phương pháp

Xác ñịnh ñiện trở suất thực của thành hệ trong các giếng khoan bằng dung dịch
khoan gốc dầu hoặc trong giếng khoan khô

12


Phương pháp cảm ứng
© Schlumberger

EPT - Electromagnetic Propagation Log

Phương pháp ño tốc ñộ lan truyền sóng ñiện từ

EPT - Electromagnetic Propagation Log

Phương trình Maxwell:
• Phương pháp tốc ñộ lan truyền sóng ñiện từ (EPT) ño ghi thời gian truyền và
tốc ñộ suy giảm của sóng ñiện từ ở tần số cao (25Mhz hoặc 1.1 GHz) dọc
theo thành giếng khoan ở một vài inch ñầu của thành hệ
• Với tần số cao (GHz) tốc ñộ lan truyền của sóng ñiện từ phụ thuộc hầu như
toàn bộ vào tính chất ñiện môi của thành hệ và bị ảnh hưởng rất ít bởi ñiện
trở suất
• Hằng số ñiện môi của thành hệ phụ thuộc vào lượng nước chứa trong thành
hệ ñó

Hằng số ñiện môi

Trong ñó:

Thiết bị EPT

Gồm hai ăngten phát và hai
ăngten thu vi sóng ñược gắn
lên một tấm ñồng và ñược
áp sát vào thành giếng

13

Thiết bị EPT

Thiết bị EPT

8 cm
4 cm

EPT: Electromagnetic Propagation Tool @ 1.1 GHz
DPT: Deep Propagation Tool
@ 25 MHz

Khoảng cách giữa hai ăngten
phát và thu gần nhất là 8cm,
khoảng cách giữa hai ăngten
thu là 4cm

HFD: High Frequency Dielectric Tool
LFD: Low Frequency Dielectric Tool

ðường cong EPT

@ 1 GHz
@ 20 MHz

Chuyển thời gian truyền sóng sang ñộ rỗng: phương pháp tpo

EPT

t po = t 2pl − ( A − 60) 2 / 3604
t po = Φt pf + (1 − Φ )t pm

Thời gian truyền sóng: TPL (ns/m)
Suy giảm sóng: EATT (dB/m)

Φ=

t po − t pm
t pf − t pm

: thời gian truyền sóng trong thành hệ (ns/m)
A: tốc ñộ suy giảm (dB/m)
tpm: thời gian truyền sóng trong xương ñá (ns/m)
tpf: thời gian truyền sóng trong chất lưu (ns/m)
tpl

EPT

Phương pháp tpo : chuyển thời gian truyền sóng sang ñộ rỗng

Khi thành hệ bão hòa 100% nước:

Φ EPT =

t po − t pm

Phương pháp CRIM: Complex Refractive Index Method
ðo ghi trực tiếp giá trị ε
Số phức ε∗

t pw − t pm

ε" =

t pw = 31.1 − 0.029T
T: nhiệt ñộ thành hệ

ε * = ε ' + iε "
17.975
R

Phương trình CRIM

Khi thành hệ chứa hydrocarbon:

t po = S xo Φt pw + (1 − S xo )Φt ph + (1 − Φ)t pm

ε * = (1 − Φ) ε ma + ΦS w* ε * + Φ(1 − S w* ) ε h
w

~2.1 nếu là dầu và 1.0 nếu là khí

14


EPT – Haliburton

Chuyển thời gian truyền sóng sang ñộ rỗng: phương pháp CRIM
Complex Refractive Index Method

EPT – phạm vi ứng dụng

Giải phương trình CRIM với ẩn số là Sw* (Φ ñược tính từ các phương pháp ñộ rỗng)

ε * = (1 − Φ) ε ma + ΦS w* ε * + Φ(1 − S w* ) ε h
w

Kết quả thu ñược là số phức S w*, phần thực là S w (cần xác ñịnh) và phần ảo phải
xấp xỉ 0

• Xác ñịnh hydrocarbon linh ñộng: Sxo-Sw
• Xác ñịnh vỉa nước: khi ñó Φ EPT = Φ
• Xác ñịnh hydrocarbon trong những vùng nước ngọt, nơi mà các
phương pháp ñiện trở không phân biệt ñược nước và dầu: khi ñó
Φ EPT

≠Φ

• Với LFD và DPT: ñới nguyên SW
• Với HFD và EPT: ñới rửa Sxo

Acknowledgments

Schlumberger
Baker Atlas
Halliburton

15