Tài liệu LÝ THUYẾT VỀ ĐỊA VẬT LÝ NGHIÊN CỨU GIẾNG KHOAN docx

CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1-Địa vật lý nghiên cứu giếng khoan:
*Địa vật lý nghiên cứu giếng khoan là một lĩnh vực của ngành địa vật lý, bao gồm những phương pháp
vật lý, sử dụng để nghiên cứu lát cắt địa chất mà giếng khoan đi qua từ đó có thể phát hiện và đánh giá
trữ lượng khoáng sản, thu thập những thông tin về vùng mỏ khai thác và trạng thái giếng khoan.
*Hiện nay có rất nhiều phương pháp địa vật lý khác nhau, theo bản chất ta có thể chia ra thành những
nhóm như sau:
-Phương pháp điện trường -Phương pháp cơ lý
-Phương pháp phóng xạ -Phương pháp từ trường
-Phương pháp sóng siêu âm -Phương pháp chụp ảnh
-Phương pháp nhiệt -Phương pháp địa hóa
*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 mà giếng đã đi qua.
2-Độ rỗng:(porosity)
*Đất đá được hình thành từ 3 pha: pha rắn, pha lỏng và pha khí. Một phần thể tích của đất đá được cấu
thành từ pha rắn, không gian phần còn lại được lấp đầy bởi những pha khác (pha lỏng , pha khí).
*Thể tích Vr của đất đá không thuộc pha rắn ở trạng thái khô xác định, thể tích đó được gọi là thể tích
rỗng.
*Thể tích rỗng được cấu thành từ những phần không gian khác nhau gọi là lổ hổng.Các lổ hổng có
nguồn gốc, hình dáng, kích thước và mối liên hệ giữa chúng khác nhau.
*Tỷ số giữa thể tích không gian rỗng Vr và thể tích của đất đá Vđđ được gọi là độ rỗng, ký hiệu là F.
F = Vr/Vđđ
*Độ rỗng đất đá phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như:
-Cấu trúc, đường kính hạt
-Các hoạt động thứ sinh diễn ra trong đất đá
-Hoạt động kiến tạo
-Ap suất nén lên trên đất đá…
*Phân loại độ rỗng
a/Theo nguồn gốc hình thành
1

LÝ THUYẾT VỀ ĐỊA VẬT LÝ NGHIÊN CỨU
GIẾNG KHOAN
Độ rỗng nguyên sinh(primary porosity):Xuất hiện khi đất đá được hình thành và bị thay đổi về độ lớn,
hình dáng do quá trình nén ép của các lớp đất đá bên trên, quá trình xi măng hóa và sự biến chất của đất
đá.
Độ rỗng thứ sinh(secondary porosity):Các hang hốc, khe nứt trong đất đá được tạo thành do quá trình
hoà tan, phong hoá, tinh thể hoá, kết tinh, đolomit hoá đá vôi, quá trình kiến tạo và hoá sinh.
b/Theo mối liên hệ thuỷ động lực giữa các lổ hổng :
Độ rỗng mở(opend porosity): Là độ rỗng của các lổ hổng có mối liên thông với nhau.
Độ rỗng kín(closed porosity): Là độ rỗng của các lổ hổng không có mối liên thông với nhau.
Độ rỗng chung(total porosity):Là tổng của độ rỗng kín và độ rỗng mở
Độ rỗng hiệu dụng(effective porosity):Là thể tích lớn nhất của lổ hổng chứa nước, dầu, khí mà ở đó
nước dầu, khí nằm ở trạng thái tự do.
3-Độ thấm(permeability)
Khả năng của đất đá trong tự nhiên truyền dẫn chất lỏng, khí hoặc hỗn hợp chất lỏng và khí đi qua nó
dưới tác dụng của gradient áp suất Dp/l được gọi là tính chất thấm của đất đá.
Giả sử có một lượng Q chất lỏng, khí hoặc hỗn hợp chất lỏng và khí đi qua đất đá, có tiết diện F, dưới
tác dụng gradient áp suất Dp/l, chất đi qua có độ nhớt là m.
Ta có:
Dp x F
Q= Ka -----------
m x l
Ka - được gọi là hệ số độ thấm, có đơn vị là D (Darcy)
với Q (cc/sec), Dp (atm), l (cm), F (cm2)
Độ thấm tuyệt đối(absolute permeability):Là độ thấm khi khí khô hoặc chất lỏng một thành phần đi qua
đất đá.
Độ thấm pha của khí, dầu, nước:Khi hỗn hợp(khí-dầu, khí-nước, dầu-nước hoặc khí-dầu-nước) đi qua
đất đá, độ thấm đo được cho từng loại khí, dầu, nước riêng biệt được gọi là độ thấm pha của khí, dầu,
nước.
Độ thấm tương đối của khí, dầu, nước:Là tỷ số giữa độ thấm pha của khí, dầu, nước với độ thấm tuyệt

đối.
Ktđ(khí)=K(khí)/Ka, Ktđ(dầu)=K(dầu)/Ka Ktđ(nước)=K(nước/Ka)
4/Độ sét đất đá trầm tích(Vshale):
*Là bản chất của đất đá khi chứa các hạt có đường kính nhỏ hơn 0.01 mm, có khi nhỏ hơn 0.001mm
hoặc 0.002mm và 0.005mm. Các hạt có kích thước bé sẽ ảnh hưởng đặc biệt đến tính chất của đất đá
trầm tích.
*Các hạt sét là những khoáng vật sét thuộc nhóm kaolinite, montmorillonite, illite có đường kính thông
thường nhỏ hơn 0.005mm,mảnh vụn thạch anh, fenspat, khoáng vật nặng, carbonate, pirite và các loại
khoáng vật khác.
5/Mật độ đất đá(density):
2
Khối lượng đất đá xác định trên một đơn vị thể tích, giá trị đó được gọi là mật độ, ký hiệu là r, đơn vị là
g/cm3.
6/Mẫu đất đá(core sample): có 3 loại
Mẫu vụn(cutting core):Thu được trong quá trình khoan.
Mẫu sườn(sidewall core):Lấy dọc theo thành giếng khoan.
Mẫu khối:Lấy theo giếng khoan.
7/Dung dịch khoan(drilling mud): có 2 loại
Dung dịch khoan gốc dầu(oil base mud)
Dung dịch khoan gốc nước(water base mud): bao gồm hỗn hợp sét nước và vài loại hợp chất khác.
*Vai trò của dung dịch khoan:-Giữ cân bằng áp suất giữa cột dung dịch khoan và áp suất vỉa. Làm nguội
choàng khoan….
8/Giếng khoan và trạng thái giếng khoan khi sử dụng dung dịch khoan gốc nước
*Giếng khoan là đối tượng nghiên cứu của địa vật lý giếng khoan, giếng khoan có thể khoan thẳng đứng
hoặc khoan nghiêng tuỳ theo mục đích và đối tượng địa chất nghiên cứu.
*Do áp suất của cột dung dịch giếng khoan lớn hơn áp suất vỉa nên nước của dung dịch khoan ngấm vào
trong đất đá có độ thấm tốt (cát, đá vôi),nước dung dịch khoan đẩy toàn bộ chất lưu trong vỉa và chiếm
chổ hoàn toàn tạo thành đới ngấm hoàn toàn. Bên cạnh của đới ngấm hoàn toàn là đới chuyển tiếp
được tạo thành một phần do nước của dung dịch khoan ngấm từ đới ngấm hoàn toàn và một phần của
chất lưu trong vỉa, phần còn lại của vỉa không bị nước của dung dịch khoan xâm nhập gọi là đới

nguyên.
*Trong quá trình ngấm, nước của dung dịch khoan vào trong vỉa, sét của dung dịch khoan bị giữ lại ở
thành giếng khoan tạo thành một lớp bùn sét (mud cake), vì vậy đối với những vỉa có độ thấm tốt ta
thường quan sát thấy hiện tượng đường kính của giếng khoan nhỏ hơn đường kính của choàng khoan
(mũi khoan) .
9/Bài tập:
Tính mật độ tự nhiên của một vỉa cát chứa dầu, biết rằng độ rỗng chung là 35% độ sét 15%, độ rỗng của
sét 35%, nước trong sét có tỷ trọng 1g/cm3, dầu có tỷ trọng 0.8g/cm3, mật độ khung của cát 2.68g/cm3,
sét 2.7g/cm3, Sw = 50%.
CHƯƠNG II:PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN NGHIÊN CỨU GIẾNG KHOAN
Phương pháp điện nghiên cứu giếng khoan bao gồm:
1-P/ pháp đo điện trở đất đá dưới tác dụng nguồn điện nhân tạo.
2-Phương pháp đo điện thế phân cực tự nhiên trong đất đá.
3-Phương pháp cảm ứng điện từ.
BÀI I. PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN TRỞ ĐẤT ĐÁ DƯỚI TÁC DỤNG NGUỒN ĐIỆN NHÂN
TẠO

* Phương pháp đo điện trở đất đá dưới tác dụng nguồn điện nhân tạo là phương pháp sử dụng nguồn
điện phóng vào trong đất đá để đo điện trở suất riêng của đất đá.
Giả sử có một dây dẫn đồng chất có độ dài là l và tiết diện là S. Điện trở của dây dẫn có thể được xác
định như sau:

l
3
R = R -------
S
Trong đó R là điện trở suất riêng của đất đá, có đơn vị là (W.m).
Điện trở suất riêng tỷ lệ nghịch với độ dẫn điện.
Điện trở suất riêng của vài loại đất đá và khoáng quặng:
-Anhydrite : 10

7
- 10
10
-Than đa : 10 - 10
16
-Canxite (CaCO
3
): 10
7
- 10
14
-Antraxit (than không khói) : 10
-3
- 1
-Thạch anh (SiO
2
): 10
12
- 10
14
-Pirite (FeS
2
) : 10
-4
- 10
-1
-Feldspar : 10
11
- 10
12

-Grafite (than chì) : 10
-6
- 10
-4
-Mica : 10
14
- 10
15
-Macnetite (Fe
3
O
4
) : 10
-4
- 10
-2
-Dầu thô : 10
9
- 10
16
Hệ số thành hệ F
*Khi nghiên cứu sự phụ thuộc của điện trở từ độ rỗng (loại trừ ảnh hưởng của độ khoáng hoá nước vỉa)
thông thường người ta sử dụng giá trị tương đối của điện trở. Khi những lổ hổng của đất đá được bão
hòa 100% nước vỉa ta có:
Rt( 100%nước)
F = ------------------ (1)
Rw
Rt - Điện trở của vỉa(đã bão hòa 100% nước vỉa)
Rw- Điện trở của nước vỉa
F- Thông số của độ rỗng hay hệ số thành hệ (Formation factor).

*Bằng thực nghiệm người ta đã đưa ra sự tương quan giữa F và F như sau:
a
F = -------- (2)
F
m
a- Hệ số thông của đất đá
(permeability factor, cementation factor).
m- Hệ số kết dính phụ thuộc vào thành phần xi măng có trong
đất đá (cementation exponent).
*Ở mỗi vùng đều có giá trị a, m khác nhau phụ thuộc vào thành phần, tính chất của đất đá ở vùng đó. a,
m được xác định trong phòng thí nghiệm. Thông thường a =1 và m = 2
Hệ số tăng điện trở Q
*Để nghiên cứu sự ảnh hưởng của độ bão hòa dầu lên điện trở, người ta sử dụng tỷ số giữa điện trở của
vỉa chứa dầu Rt(dầu) hay khí Rt(khí) và điện trở của chính vỉa đó được bão hòa 100% nước Rt(nước).

Rt(dầu,khí)
Q = ------------------- (3)
Rt(100%nước)
*Tỷ số đó (Q) được gọi là hệ số tăng điện trở (resistivity index)
*Đối với vỉa dầu hay khí thì giá trị Q chỉ rằng vỉa chứa bao nhiêu phần trăm dầu và khí thì Q tăng lên
bấy nhiêu lần so với vỉa nước.
*Bằng thực nghiệm người ta đã thiết lập mối quan hệ như sau:

1 1
Q = ----------- hoặc Q = -------------- (4)
Sw
n
(1-S
hydro
.)

n
4
n-Hệ số bão hòa (saturation exponent). Cũng giống như a,m hệ số n đặc trưng cho từng loại đất đá và
cũng được xác định trong phòng thí nghiệm.
Khi vỉa có nhiều sét n < 1.5, thông thường n=2.
Công thức Archie
Từ 1, 2, 3, 4 ta có:
1 Rt(dầu,khí)
Q = --------- = ---------------- (5)
Sw
n
Rt(100%nước)
a.Rw
Rt(100%nước) = F.Rw = ---------- (6)
F
m
Từ 5 và 6 suy ra:
a.Rw
Sw
n
= -------------------
Rt(dầu,khí)* F
m
Công thức trên gọi là công thức Archie dùng cho vỉa cát sạch
Với a = 1, m = n =2 ta có:

Rw
Sw = ----------------
Rt . F
2

*Thiết bị đo điện nhân tạo đơn giản được cấu tạo từ 4 điện cực A, B, M, N, điện cực B nằm trên mặt
đất, A, M, N nằm ở thiết bị đo được thả theo giếng.
*Điện cực A, B để phóng ra nguồn điện. M, N để đo hiệu điện thế giữa hai điểm của giếng khoan ở thời
điểm dòng điện đi qua.Khi di chuyển máy đo dọc theo thành giếng khoan thì hiệu điện thế được ghi bởi
M, N sẽ thay đổi phụ thuộc vào điện trở suất của đất đá xung quanh. Ta có :
DU
R = K -----------
I
R -Điện trở suất của đất đá.
DU - Hiệu điện thế giữa hai cực M, N.
I - Cường độ dòng điện đi qua.
K - Hệ số đặc trưng của máy (phụ thuộc vào khoảng cách
M, N)

5
B
A
M
N
Các dạng bố trí điện cực
*Các điện cực được sắp xếp theo những qui luật nhất định và mỗi cách sắp xếp có tên gọi khác nhau,
các điện cực này còn được gọi là dôn (sonde).
.Điện cực thế hay dôn thế (Normal):Là điện cực mà khoảng cách giữa hai cặp điện cực cùng loại A,B
hoặc M,N lớn hơn khoảng cách từ một trong hai điện cực đó đến điện cực không cùng cặp gần nhất.
.Điện cực gradient hay dôn gradient(Lateral):Là điện cực mà khoảng cách giữa một cặp điện cực cùng
loại nhỏ hơn khoảng cách từ một trong hai điện cực cùng loại đến điện cực khác gần nhất.
*Trong dôn thế khoảng cách AM được gọi là độ dài của dôn. Điểm ghi là điểm giữa của AM.
*Trong dôn gradient, độ dài của dôn là AO, O là điểm giữa của các cặp điện cực cùng loại gần nhất.

Các phương pháp đo điện nhân tạo
Theo độ dài của dôn người ta chia làm 2 loại :
-Đo sườn
-Đo vi điện cực (Micro)
A-ĐO SƯỜN
a/ Đo sườn định hướng 7 điện cực:
Ao là điện cực trung tâm, 3 cặp điện cực bố trí đối xứng qua Ao là M1 và M2, M1’ và M2’, A1 và A2
Nguyên lý: Ao, A1, A2 phóng ra dòng điện định hướng.
Dưới tác dụng của dòng điện không đổi Io được phóng ra bởi điện cực Ao, dòng điện định hướng phóng
ra từ điện cực định hướng A1 và A2 được điều chỉnh sao cho không phụ thuộc từ điện trở của đất đá kế
bên và điện trở của dung dịch trong giếng khoan, bảo đảm sự cân bằng điện thế giữa các điện cực Ao,
A1 và A2 .Điều kiện để điện thế giữa các điện cực được cân bằng là hiệu điện thế giữa hai cặp điện cực
ghi M1 M1’ và M2 M2’ bằng 0 dưới sự thay đổi cường độ dòng điện định hướng. Nếu như dưới điện thế
của điện cực Ao,A1,A2 là bằng nhau thì sẽ không có dòng điện chạy dọc theo giếng khoan và chỉ theo
hướng vào đất đá nghiên cứu.
Độ dài của dôn là O1O2. Điện trở biểu kiến được xác định như sau:
DU
R = K --------
Io
DU - Hiệu điện thế giữa M1 hay M1’ và điện cực N xa nhất
b/Đo sườn định hướng 3 điện cực:
Bao gồm 3 điện cực hình trụ dài Ao,A1 và A2
Ao là điện cực trung tâm, hai điện cực đối xứng qua Ao là A1 và A2
Nguyên lý hoạt động cũng giống như 7 điện cực
Độ dài của dôn O1O2 , DU - Hiệu điện thế giữa 1 trong những điện cực phóng và điện cực N xa nhất.
c/Đo sườn định hướng đôi DLL(Dual Laterolog):
*Đo sâu sườn LLD (Deep Laterolog):
Bao gồm 9 điện cực Ao, A1, A1’, A2, A2’, M1, M1’, M2, M2’
Nguyên lý hoạt động cũng như 7 điện cực
A1,A1’,A2,A2’ được nối với nhau và dùng để phóng ra dòng điện định hướng. Dòng này sau khi đi qua

đất đá sẽ bị uống cong và quay trở lại điện cực thu
*Đo nông LLS (Shallow Laterolog)
Cũng bao gồm 9 điện cực, nhưng khác với phương pháp đo sâu là điện cực A1 và A1’ phóng ra dòng
điện định hướng còn A2,A2’ được sử dụng như là điện cực thu.
6
Hình 2.2
*Phương pháp đo sâu sườn LLD và đo nong LLS dùng để nghiên cứu:
-Điện trở thực của vỉa
-Điện trở của vùng thấm
-Đường kính vùng thấm
-Phân loại đất đá, ranh giới vỉa
B-ĐO VI ĐIỆN CỰC
a/Đo vi điện cực không định hướng ML(Microlog)
Gồm ba điện cực Ao, M1 và M2 được bố trí trên một đệm lót cao su dùng để chống lại sự n ép của
thành giếng khoan khi thiết bị tiếp xúc với thành giếng. Các điện cực này cách nhau 1 inch
b/Đo vi điện cực định hướng MLL (MicroLaterolog)
Bao gồm điện cực nhỏ Ao bao quanh bởi 3 điện cực tròn A1,M1 và M2 được bố trí trên một đệm lót cao
su. Điện cực Ao phát ra dòng điện không đổi Io để duy trì hiệu điện thế bằng 0 giữa M1 và M2 khi A1
phóng ra dòng điện. Đối với lớp bùn sét có đường kính lớn hơn 3/8 in thì giá trị điện trở của MLL phải
hiệu chỉnh.
Độ phân giải của MLL khoảng 1.7 in và độ sâu nghiên cứu từ 1 đến 2 in (1 in = 2,54cm)
c/Đo vi điện cực định hướng dạng cầu MSFL(Micro Spherically Focused Log).
*Phương pháp MSFL được thay thế cho ML và MLL từ khi được kết hợp đo một lượt với các thiết bị
khác như DLL.
Thiết bị đo bao gồm điện cực trung tâm Ao, điện cực phát A1, điện cực ghi Mo và hai điện cực điều
chỉnh điện thế (Monitor electrodes).
*So với MLL thì MSFL ít bị ảnh hưởng bởi chiều dày của lớp bùn sét vì vậy nó có thể đo chính xác giá
trị điện trở của đới ngấm hoàn toàn Rxo trong cả điều kiện vỉa có độ thấm kém.
*Trong trường hợp lớp bùn sét có bề dày lớn hơn 1/2in, giá trị điện trở MSFL cần phải hiệu chỉnh thông
qua hai thông số là chiều dày (dmc) và điện trở của lớp bùn sét Rmc.

BÀI 2- PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN THẾ PHÂN CỰC
TỰ NHIÊN TRONG ĐẤT ĐÁ
Gọi tắt là SP (Spontaneous potential)
SP là phương pháp nghiên cứu trường điện tỉnh trong giếng khoan, trường điện này được tạo thành do
các quá trình lý hóa 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 hóa bao gồm:
1-Quá trình khuếch tán muối từ nước vỉa đến dung dịch 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 dịch giếng vào đất đá và nước vỉa vào giếng khoan.
4-Phản ứng ôxy hoá khử diễn ra trong đất đá và trên bề mặt tiếp xúc giữa đá với dung dịch giếng
khoan.
7