Giáo trình Địa Vật Lý giếng khoan - Phần 1: Các phương pháp đo trường tự nhiên - Lê Hải An

Nội dung text: Giáo trình Địa Vật Lý giếng khoan - Phần 1: Các phương pháp đo trường tự nhiên - Lê Hải An

1. Phn 1:Các phương pháp đo trưng t nhiên ðAVTLÝGINGKHOAN • Phương pháp th t nhiên (SP)– SpontaneousPotential • Phương pháp gammma t nhiên (GR)– NaturalGammaRay TS . Lê Hi An • Phương pháp ph gammma (NGS)– NaturalGammaRay B mơn ða vt lý,KhoaDu khí, TRƯNGðIHCMð ACHT Spectometry Phương pháp th t nhiên Ging khoan ðo ghi chênh lch đin th gia đin cc th vào trong ging ðin cc khoan và đin cc trên ni đt mt đt (khi khơng cĩ dịng đin phát – trưng đin th Phương pháp th t nhiên t nhiên) ðin th này thay đi t lp đt đá này sanglp đt đá khác Cáp đo ðiên th cĩ th bin thiên t mt vài đn hàng trăm millivolt ðin cc Ngun gc ca trưng th t nhiên Phương pháp th t nhiên Gm 2ngun chính: Ging khoan phi là đưc khoan bng dungdch cơ s gc nưc (khơng đo ghi đưc • Th đin hĩa hc (electrochemical) trong ging khoan bng • Th đin đng lc (electrokinetic) dungdch cơ s gc du) H đin cc đo ghi SPđưc ch to trong nhiu máy ging như:inductionlog, laterolog,soniclog, sidewallcoregun 1
2. Th đin hĩa (Ec) Th đin hĩa (Ec) Thành phn th nht:th hp ph th màng lc (Em) Ging khoan Sét cho phép các ionNa + đi qua,trong khi đĩ li ngăn cn khơng cho các ionCl - đi quavà hp ph chúng.Dịng ionNa + Th đin hĩa hc:gm hai quá trình đin chy qualp sét t nơi cĩ đ khống hĩa xy ra khi cĩ hai cht lưu cĩ hĩa cao (nưc va)đn nơi cĩ đ nng đ khống hĩa khác nhau khống hĩa thp (filtratedungdch (filtratedungdch khoan và nưc khoan)to nên mt đin th hp ph va)tip xúc vĩi nhau haythơng Em quamàng bán thm (sét vây quanh) Th đin hĩa (Ec) Th đin đng lc (Ek) Thành phn th hai:th khuych tán (Ej) Ging khoan Ging khoan Ct dungdch Gia thành h và dungdch khoan cĩ s Hình thành khi cĩ dịng dungdch đin phân chênh lch v nng đ khống hĩa (ch thm vào mơi trưng rng phikim yu là NaCl:ionNa + và ionCl -) (khơng kim loi) Các ions chuyn dch t nơi cĩ nng đ cao S chênh áp gia ct dungdch và va gây (nưc va)sangnơi cĩ nng đ thp nên dịng filtratedungdch khoan thm (dungdch khoan) vào thành h (quá trình xâm nhp) Dođ linh đng ca ionNa + và Cl - khác nhau Dịng filtratedungdch khoan đi qualp v (ionCl - chuyn đng nhanh hơn),do bùn (mudcake)to nên mt th đin vy mà to nên trên ranh gii gia đi đng lc Ek ra và đi nguyên mt đin th Th đin đng lc Ek này rt nh và bin mt khuych tán Es khi lp v sét tr nên khơng thm ðin th tồn phn ðin th tồn phn (SSP) • Vi dungdch NaClti 25°C(77°F): SP=Ej +Em +Ek Em=59.1log(R mfe /R we ) và Ej =11.5log(R mfe /R we ) trong đĩ R andR là đin tr sut tương đương,liên quan đn giá tr đin SP mfe we EmembraneEm tr sut dungdch khoan Rmf và đin tr sut nưc va Rw EEj +Em+ E lj m • ðin th tồn phn hayđin th tĩnh SSP(staticSP)vi lp cát dày: Shale Sand SSP=K.log(Rmfe /R we ) EliquidEj junction trong đĩ Klà hng s t l vi nhit đ T=(61+0.13T)khi Ttính theo °F: Virgin Invaded SSP= (61+0.13T).log(Rmfe /R we ) Mud zone zone 2
3. nh hưng ca đ khống hĩa ðưng congSP ðơn v đo là millivolt (mv) Khơng cĩ v trên lưi theo t l mà ch cĩ đơn v quy ưc cho chênh lch 20mv ðưng congSP nh hưng ca mơi trưng xung quanh lên đưng congSP Xác đnh đin tr sut ca nưc va Rw ng dng ca phương pháp th t nhiên SP Cn bit: 1. Phân chia các lp đt đá trong ging khoan theo thành phn thch 1. ðin tr sut ca filtratedungdch khoan (R ) hc (phân bit các va thm cha và va sét) mf 0 2. Xác đnh ranh gii và chiu dày ca các va cát sét 2. Nhit đ ca thành h (T C) 3. E 3. Xác đnh hàm lưng sét SSP 4. Xác đnh đin tr sut ca nưc va Rw 5. Liên kt các ging khoan 3
4. Xác đnh đin tr sut ca nưc va Rw Xác đnh đin tr sut ca nưc va Rw 1.Xác đnh Rmf ti nhit đ thành h 2.Xác đnh Rmfeq Rmf Rmf 0 Rmf @T Rmfeq Xác đnh đin tr sut ca nưc va Rw Xác đnh đin tr sut ca nưc va Rw 3.Xác đnh t s (Rmfeq /R weq ) 4.Xác đnh Rw Rweq ESSP Rmfeq /R weq Rw Xác đnh đin tr sut ca nưc va Rw Xác đnh đin tr sut ca nưc va Rw Cho bit: Cho bit: 1. Gradien nhit đ là 30C/100m 1. Nhit đ thành h là 174 0F 2. Nhit đ trên mt đt là 25 0C 2. Nhit đ trên mt đt là 78 0F 0 3. Thành h @2000m 3. ðin tr sut ca filtratedungdch khoan là Rmf =0.64ohmm@78 F 0 4. ðin tr sut ca filtratedungdch khoan là Rmf =0.05ohmm@25 C 4. ESSP =90mv 5. ESSP =112mv 4
5. SpontaneousPotential Phương pháp gammat nhiên © Schlumberger Phương pháp gammat nhiên Phương pháp gammat nhiên Phương pháp gammat nhiên (GR)đo ghi cưng đ phĩng x gammat nhiên ca thành h. Hu như tt c các loi thành h đt đá đu bc x ra tia gammavà cưng đ ph thuc vào hàm lưng ca các đng v phĩng x ca Kali,Thori va Uran cĩ cha trong thành h đĩ Phương pháp gammat nhiên Tia gamma Tia gammalà mt dng sĩng đin t cĩ năng lưng cao phát ra t mt nguyên GRđo ghi trong ging khoan thưng phn Sét t đng v phĩng x trong t nhiên. ánh thành phn sét ca thành h bi vì Hu ht các tia gammat nhiên v qu đt đưc phát ra t 3ngun đng v trong các thành h trm tích,các phĩng x chính: nguyên t phĩng x thưng cĩ khuynh hưng tích t trong sét và khống vt Cát sét. sét Thành h sch (khơng cĩ sét)thưng cĩ • Kali(K 40 ) cưng đ phĩng x rt nh,ngoi tr • Thori (Th 232 ) tàn núi la hoc granitewashhoc khi Cát • Uran(U 238 ) sch trong nưc trong thành h cĩ cha mui phĩng x hồ tan Sét 5
6. Tia gamma Tương tác ca tia gammatrong mơi trưng Khi đi quamơi trưng vt cht (thành h đt đá),tia gammathc hin các va chm vi các electronca các nguyên t trong mơi trưng đĩ và mt dn năng lưng sau mi ln tương tác Mi nguyên t đng v phĩng x phát x tia gammacĩ cưng đ Ba hiu ng chính ca tia gammakhi tương tác vi mơi trưng và năng lưng riêng khác vi các 1. Hiu ng to cp nguyên t khác 2. Hiu ng tán x Compton • Kali(K 40 )ch 3. Hiu ng hp th quang đin cho 1mc năng lưng 1.46MeV • Thori (Th 232 ) cho mc năng lưng 2.62MeV • Uran(U 238 )cho mc năng lưng 1.76MeV Tương tác ca tia gammatrong mơi trưng Tương tác ca tia gammatrong mơi trưng Hiu ng to cp Hiu ng tán x Compton Tia gammacĩ năng lưng cao (>10MeV)cĩ th tương tác trc tip vi ht Va chm đàn hi gia tia gammavi mt electron lp ngồi cùng ca nhân nguyên t và b hp th hồn tồn,làm bn ra t ht nhân mt cp nguyên t,làm cho tia gammatán x mt gĩc sovi hưng banđu và tích đin trái du là electronvà positron bn ra mt electroncompton cĩ năng lưng ln Tương tác ca tia gammatrong mơi trưng Thit b đo ghi gamma Hiu ng hp th quang đin Máy ging GRcĩ 1đu thu đo ghi cưng đ ca tia gammaphát ra t thành Va chm khơng đàn hi ca tia gammavi nguyên t và mt hồn tồn h xung quanh máy ging. năng lưng.Lúc này nguyên t tích thêm năng lưng và vào trng thái Hin nay,ng đm nhp nháy (scintillationcounters)đưc s dng ch yu kích thích Nguyên t thốt khi trng thái kích thích bng cách bn ra mt electron cho phép đo ghi này thay cho ng đm GeigerMuellertrưc đây. ng đm nhp nháy ch dài cĩ vài inchesnhưng cho giá tr đo ghi khá là chính xác,gm mt tinh th NaI ln Khi tia gammađâm vào tinh th NaI to ra mt tia sáng,sau đưc chuyn thành mt xung đin bng mt t bào quang đin 6
7. ðưng conggamma(GR) ðưng conggamma(GR)ph thuc tc đ kéo cáp ðơn v đo là APIhoc xung/phút ðc đim ca đưng congGR: sét Tc đ kéo cáp càng nhanh thì d thưng • ði xng va đng nht li càng b dch chuyn lên trên ra khi v • Biên đ d thưng ph thuc chiu dày trí đúng ca va Dáng điu ca đưng congGRph thuc vào tc đ kéo cáp Phi khng ch tc đ kéo cáp ca máy 1mcát sao cho khơng đi đưc quá 1fttrong khong hng s thi gian 2s(khong thi gian đm tia gamma) 1ft= verticalresolutionGRtool sét Ưu đim ca phương pháp gamma(GR) ðơn v đo gammaAPI Mt trong nhng ưu đim ca Ti UniversityofHouston phương pháp gammat nhiên là Mt ng tr dài 24ft.,4ftđưng kính, cĩ th đo ghi mi mơi trưng, cha 8ftximăng gia trn vi mi điu kin,trong ging khoan 12ppmU,24ppmTh và 4%K đã chng ng,trong ging khoan khoan bng dungdch cơ s gc nưc (mn,ngt),gc du. 1APIđưc đnh nghĩa bng 1/200ca chênh lch cưng đ phĩng x gammagia sét nhân to và va vây quanh ng dng ca phương pháp gammat nhiên GR ng dng ca phương pháp gammat nhiên GR • Liên kt các ging khoan 1. Phân chia t m các lp đt đá trong ging khoan 2. Xác đnh ranh gii và chiu dày ca các va cát sét 3. Xác đnh hàm lưng sét 4. Liên kt các ging khoan 5. Xác đnh mơi trưng trm tích 6. Xác đnh vt cht hu cơ và đá sinh 7. Phát hin thân qung cha phĩng x 7
8. ng dng ca phương pháp gammat nhiên GR ng dng ca phương pháp gammat nhiên GR • Xác đnh hàm lưng sét • Xác đnh hàm lưng sét = − − + 2 Cơng thc Clavier Cơng thc cho đá già Vsh 7.1 3.38 (GRI )7.0 (consolidatedrocks) (GRI +n) = *2 GRI − V = GRI Vsh 0.33 2(* )1 sh Cơng thc Bateman I Cơng thc cho đá tr đ Tam R = ÷ (unconsolidatedrocks) G (n 2.1 )7.1 = 7.3 *GRI − = − Cơng thc Steiber Vsh .0 083 2(* )1 V sh 5.0 GRI 5.1( GRI ) Vsh Phương pháp ph gamma • Phương pháp ph Gamma(NGS)đo ghi cưng đ phĩng x tồn phn và đo ghi c s lưng tia gammavà mc năng lưng ca tng bc x gamma,nh đĩ mà cho phép xác đnh thành phn ca các đng v nguyên t phĩng x K,Th và Utrong thành h Phương pháp ph gamma Phương pháp ph gamma ðưng congph gamma Trên tài liu đo ghi ph gamma: • URAN hàm lưng U(phn triu,ppm) • THOR hàm lưng Th (phn triu,ppm) • POTA hàm lưng K(phn trăm, %)đưc ghi trên rãnh 2và 3 • SGR(spectralgammaray) gammatng (API) • CGR(computedgammaray) gammatng tr đi thành phn Tồn b ph gammađưc chia thành 5mc ca s năng lưng:W1,W2, ca U(API)haylà gammatng W3,W4,W5đ “bt gi”các tia gammatương ng vi các đng v phĩng thành phn ca Th và Kđưc ghi x khác nhau,t đĩ cĩ th xác đnh đưc hàm lưng K,Uvà Th trong rãnh 1 thành h 8
9. ng dng ca phương pháp ph gamma ng dng ca phương pháp ph gamma • Nhn bit các loi sét và tính hàm lưng ca chúng • Kt hp vi các phương pháp khác đ xác đnh thành phn khống vt • Nhn bit các loi sét và tính hàm lưng ca chúng • Liên kt đa tng theo lát ct ging khoan,k c trong các ging khoan cĩ ng chng • Kim tra chính xác chiu sâu đ bn va • Nghiên cu tưng trm tích theo lát ct ging khoan. • Xác đnh các đi mt sn phm (thiefzones,channels)trong ximăng sau khi chng ng • Phát hin các khĩang vt phĩng x như qung phĩng x U Xác đnh hàm lưng sét Bài tp:xác đnh hàm lưng sét • Xác đnh hàm lưng sét ca các va Ađn I • Xác đnh hàm lưng sét ca các va Ađn Inu bit đây là thành h trưc Kaizozoi • Va Icĩ gì đc bit? • Hiu chnh giá tr đo GRca va Ivà tính li hàm lưng sét ca va này bit:mt đ ca bùn khoan là 14lbs/galon;thit b đo GRcĩ đưng kính 33/8” và đt lch tâm trong ging khoan Xác đnh hàm lưng sét Xác đnh thành phn khống vt T đưng congph Gamma(GR,U,Th,K)xác đnh thành phn khống vt trong các khong đ sâu sau: 0 ___ GR ___ 120 API • 10665ft.đn 10675ft. • 10730ft.đn 10740ft. • 10770ft.đn 10805ft. • 10810ft.đn 10820ft. 6 CAL 16in 9
10. Xác đnh thành phn khống vt = 2*GRI − Vsh 0.33 2(* )1 10700 0 ___ SGR ___ 150 API K 10 URAN 30ppm U 2 ___ THOR ___ 38ppm I R G 11 ___ POTA ___ 9% Th 10800 SGR Vsh Acknowledgments Schlumberger BakerAtlas Halliburton 10