PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VẬT LÍ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẶC BIỆT lê hải an

Phần 5: Các phương pháp ñặc biệt

ðỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN

•

Phương pháp ño góc nghiêng và phương vị của vỉa (Dipmeter)

•

Phương pháp quét ảnh thành hệ FMI (Fullbore Formation MicroImager)

•

Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân NMR (Nuclear Magnetic Resonance)

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

Mục ñích ñể xác ñịnh
• Góc nghiêng của vỉa
• Cấu trúc, luận giải trầm tích
• ðứt gãy
• Bất chỉnh hợp

Phương pháp Dipmeter

Dipmeter Tool

Dipmeter Tool

Thiết bị Dipmeter có thể có 3 càng, 4 càng hoặc 6 càng và có những ñặc ñiểm
chung sau:
• Phần ñịnh hướng (ño ñộ lệch so với phương thẳng ñứng, phương vị của thiết
bị, và ño hướng của chân số 1 so với thành giếng khoan)
• Phần ño ñường kính
• Thiết bị ño vi hệ ñiện cực gắn vào càng
• Thiết bị ño ñể liên kết (ño SP hoặc GR)

1


Dipmeter Tool

Dipmeter

Tài liệu gốc (6 càng)

Dipmeter

Dipmeter

Dipmeter

Dipmeter

Nguyên lý xử lý tài liệu

Biểu diễn bằng ñồ thị nòng nọc (tadpole)

Tài liệu sau khi xử lý ñược ghi dưới các dạng:
1. Tadpole plot (là chủ yếu)
2. Listing
3. Histogram
4. Tube plot

2


Dipmeter

Dipmeter

Liệt kê dạng bảng

Biểu ñồ

Ống

Dipmeter

Phân tích tài liệu Dipmeter dạng ñồ thị nòng nọc

Phân lớp nghiêng, góc cắm và chiều dày không ñổi

Phân lớp nằm ngang

3

Crossbedding
Góc cắm giảm theo ñộ sâu

Phân lớp nghiêng, góc cắm và chiều dày vỉa tăng dần

Thấu kính cát

ðới cà nát của ñứt gãy

Lòng sông

Bất chỉnh hợp

4


Nếp lồi

Bất chỉnh hợp

5


ðứt gãy

Current Bedform

Fullbore Formation MicroImager

FMI: Fullbore Formation MicroImager

Thiết bị FMI

• Khảo sát
ñược ñến
80% thông
tin trong
giếng khoan
8 in
• ðộ phân giải
theo chiều
dọc là 0.2 in
(5 mm)
• Chiều sâu
nghiên cứu là
30 in

6


Thiết bị FMI

FMI

Nguyên lý

• 4 càng, 8
tấm
• ðo ghi 192
ñường cong

ñiện trở suất
biểu kiến vi
hệ ñiện cực

Xử lý tài liệu

FMI

FMI – Phạm vi ứng dụng

FMI

•
•
•
•
•
•
•
•

Minh giải cấu trúc
Xác ñịnh ñặc tính của các thể trầm tích
Xác ñịnh net-to-gross trong trầm tích cát sét
Minh giải kiến trúc
ðánh giá ñộ rỗng thứ sinh
ðánh giá hệ thống nứt nẻ
Hiệu chỉnh ñộ sâu, phương vị …
Thay thế mẫu lõi

7


FMI

FMI

FMI

FMI

FMI

FMI

8


FMI

FMI

FMI

FMI

FMI

FMI

Trong lát cắt có cát
sét phân lớp mỏng,
FMI cho phép xác
ñịnh ñược net pay
zones

Phân biệt các kiến
trúc trầm tích
(sedimentary
structures)

9


FMI

Xác ñịnh nứt nẻ

Cộng hưởng từ hạt nhân
NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE

Magnetic Resonance

Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân sử dụng ñể xác ñịnh phân bố ñộ
rỗng và xác ñịnh ñộ thấm

Magnetic Resonance
•
•
•

•

Thành hệ cát kết bao gồm hạt (rock grains) và chất lưu
Chất lưu bao gồm chất lưu tự do và chất lưu không tự do (immobile)
Kích thước hạt khác nhau (to, nhỏ hoặc hỗn hợp)
Có thể có hoặc không có khoáng vật sét trong thành hệ

Phương pháp NMR có thể cung cấp các thông tin:
•
Có bao nhiêu chất lưu trong thành hệ -> ðộ rỗng
•
Trong một vài trường hợp còn xác ñịnh chất lưu là nước hay dầu ->
ðộ bão hòa nước
•
Kích cỡ lỗ rỗng và cấu trúc lỗ rỗng -> ðộ thấm

Magnetic Resonance

• Hạt nhân của Hydro (proton) là hạt mang ñiện tích tự quay xung quanh trục
của mình, làm cho hạt nhân mang cả ñộng năng góc và moment từ
• Do ñó mà trong lỗ rỗng chứa chất lưu, các proton tạo thành hàng triệu thanh
nam châm nhỏ và có thể ñiều khiển ñược bằng một trường từ tác ñộng vào

Magnetic Resonance

Precessional orbit of nuclear mass
(Precessional angular velocity
or Larmor frequency = W0)

γ = ω/Ηο =2π v

Spinning proton

Spinning charge in proton generates
magnetic dipole

Ho
Proton precessing in a
magnetic field Ho

10


Magnetic Resonance
Z

Magnetic Resonance – Nguyên lý

Nam châm của thiết bị máy giếng sắp xếp các proton theo
trường từ tĩnh B0 (dọc theo trục Z)

Alignment
along Bo

X
Y
Z

Một xung ñiện từ tác ñộng vào làm các proton nghiêng
một góc 90 ñộ so với ban ñầu. Các proton nằm trên mặt

phẳng vuông góc với từ trường tĩnh

Tipping

X
Y
Z
Dephasing

Proton bắt ñầu “dephase” so với nhau khi tương tác với
bề mặt của hạt. ðể quay về trạng thái cân bằng ban ñầu

X
Y

Magnetic Resonance – Nguyên lý

• Proton như là các thanh nam châm nhỏ và trong từ trường chúng gây nên một
tín hiệu có tần số Larmour. Máy thu ño ghi tín hiệu này
• Càng nhiều proton trong lỗ rỗng chứa chất lưu thì biên ñộ của tín hiệu càng
lớn
• Thiết bị ño ghi ñược số Hydro hay nói cách khác chính là ño ghi ñộ rỗng.
• Trong ống thử (100% ñộ rỗng), tín hiệu thu ñược là lớn nhất, trong thành hệ
thì tín hiệu giảm ñi nhiều

Magnetic Resonance – Nguyên lý
ðường kính lỗ rỗng (microns)

Clay
Bound

Fluids

Capillary
Bound
Fluids

Phân bố
của tín hiệu

T2 ño ghi
T2 mẫu chuẩn

Giá trị cut-off cho chất lưu tự do

Producible
Fluids

Thời gian (T2 ms)

3 loại chất lưu trong lỗ rỗng:
• Producible or Free Fluids – chất lưu có thể dịch chuyển ñược
• Capillary Bound Fluids – chất lưu (thông thường là nước) dính vào bề mặt
ñá bằng lực căng của bề mặt
• Clay Bound Fluids – nước bao ñi kèm với khoáng vật sét
Thời gian nghỉ (relaxation time) trong capillary bound fluids and clay bound
fluids rất ngắn

ộñ
nê
i

B

Lỗ
rỗng
Large
lớn

Pore

Thời gian
(ms)
Time
msec

Amplitude

Amplitude

Magnetic Resonance – T2 và kích thước lỗ rỗng (pore size)

ộñ
nê
i
B

Lỗ rỗng
Small
nhỏ
pore

ðộ rỗng (theo CMR)
ðộ rỗng (chất lưu tự do

• NMR cho thấy sự khác nhau về phân bố thời gian với từng chất lưu
• Giá trị cut-off thực nghiệm (cho cát kết) là 33msec ñể phân biệt chất lưu tự do với
các loại chất lưu khác

Magnetic Resonance – T2 và kích thước lỗ rỗng (pore size)

• Thời gian ñể proton quay về trạng thái cân bằng gọi là transverse
relaxation time, ký hiệu là T2, là hàm số phụ thuộc vào kích thước của lỗ
rỗng
• Trong lỗ rỗng nhỏ, giá trị T2 nhỏ (proton dephase nhanh)
• Trong lỗ rỗng lớn, giá trị T2 lớn (proton dephase chậm)
• T2 tỉ lệ nghịch với tỉ số của diện tích bề mặt trên thể tích lỗ rỗng

Thời
gianmsec
(ms)
Time

• Trong các lỗ rỗng lớn, xác suất ñể các proton va chạm với bề mặt hạt ít hơn
là trong lỗ rỗng nhỏ

(Phương trình Kozeny-Carman?)

11


Magnetic Resonance – T2 và ñộ thấm

Magnetic Resonance – T2 và ñộ thấm

Φ

K

=?%
= ? mD
• Hai mẫu trên có biên ñộ T2 như nhau ñộ rỗng như nhau
• Thời gian T2 khác nhau rõ rệt ñộ thấm khác nhau
• Trong mẫu có ñộ thấm cao phân bố T2 kiểu bi-modal, thể hiện của sự có
mặt của chất lưu linh ñộng và không linh ñộng

Φ

K

=?%
= ? mD

Magnetic Resonance – T2 và ñộ thấm

Magnetic Resonance – T2 và ñộ thấm

Φ

K

Φ

K

= 20%
= 8 mD

= 19.5%
= 280 mD

Magnetic Resonance – Nguyên lý

NMR Tool

Dựa trên
• Phản hồi của hạt nhân trong trường từ
• Nhiều hạt nhân có moment từ
• Spin từ của hạt nhân có thể tương tác với từ trường bên ngoài và tạo ra
một tín hiệu có thể ño ghi ñược
• Hydro là nguyên tố có moment từ lớn nhất
• Khi sử dụng tần số cộng hưởng từ của Hydro thì tín hiệu là lớn nhất và có
thể ño ghi ñược

Sử dụng một nam châm vĩnh cửu
Nam châm vĩnh cửu

• Tạo ra một từ
trường lớn trong
thành hệ làm
phân cực mạnh
hạt nhân của

hydro (proton)
trong nước và
hydrocarbon
• Khi nam châm
ñược bỏ ra,
proton sẽ trở về
trạng thái nghỉ
• Tín hiệu ño ghi
ñược là biên ñộ
và sự suy giảm

Thành giếng khoan

Vùng
nhạy
Vùng mù

Nam châm vĩnh cửu

12


CMR Log

NMR Tool
Cung ép
thiết bị vào
thành giếng
Cartridge
ñiện tử

Vùng nhạy

CMR Log

Ứng dụng NMR

CMR Log

Ứng dụng NMR

Nhận biết ñược hydrocarbon và nước
• Xác ñịnh ñộ rỗng toàn phần (không phụ thuộc vào thành phần thạch học)
• Nhận biết ñược hydrocarbon (dạng khí và dạng lỏng) trong thành hệ cát sét
• Xác ñịnh lượng nước bao (bound water) cho phép tính toán ñộ bão hòa dầu,
ñộ thấm và ñộ bão hòa nước dư chính xác hơn là sử dụng các phương pháp
thông thường khác

13


Ứng dụng NMR

Nhận biết ñược hydrocarbon và nước

Porosity Tool Response
© Schlumberger

Acknowledgments

Schlumberger
Baker Atlas
Halliburton

14