Giáo trình Địa Vật Lý giếng khoan - Phần 2: Các phương pháp xác định độ rỗng

Nội dung text: Giáo trình Địa Vật Lý giếng khoan - Phần 2: Các phương pháp xác định độ rỗng

1. Phn 2:Các phương pháp xác ñnh ñ rng ðAVTLÝGINGKHOAN • Phương pháp mt ñ (Density,LithodensityLogs) • Phương pháp nơtron (NeutronLog) TS . Lê Hi An • Phương pháp âm hc (SonicLog) B môn ða vt lý,KhoaDu khí, TRƯNGðIHCMð ACHT Phương pháp mt ñ Phương pháp mt ñ Phương pháp mt ñ là phương pháp ño ghi mt ñ khi biu kin ca thành h da trên hin tưng tán x ca tia gammakhi tương tác vi môi trưng (còn gi là pp.gammagamma) Tương tác ca tia gammatrong môi trưng Tương tác ca tia gammatrong môi trưng Tùy theo mc năng lưng ca tia gammamà xy ra các hiu ng:to cp,tán Năng lưng ca tia gamma:Eγ=hν,trong ñó hlà hng s Plank, ν là vn tc x Comptonhayhp th quang ñin Khi ñi quamôi trưng vt cht (thành h ñt ñá),tia gammathc hin các va chm vi các electronvà ht nhân ca các nguyên t trong môi trưng ñó và mt dn năng lưng sau mi ln tương tác Ba hiu ng chính ca tia gammakhi tương tác vi môi trưng 1. Hiu ng to cp 2. Hiu ng tán x Compton 3. Hiu ng hp th quang ñin 1
2. H s suy gim µµµ Phương pháp mt ñ (densitylog) Khi tương tác vi môi trưng,ph thuc vào mc năng lưng,tia gammab lôi cun vào to cp,tán x Comptonhayhp th quang ñin,kt qu cui cùng là tia gammamt dn năng lưng,mt phn b hp th • S dng ngun Cs 137, phát ra tia gammacó mc năng lưng E=0.66MeV • Ti mc năng lưng này thì hiu ng to cp là không có Quá trình này ñưc ñc trưng bi h s suy gim µ ca tia gamma 0 µx • Detectorñưc thit k sao cho chn ngoài tt c tia gammacó E<0.2MeV Iγ =I γ .e • Như vy Et 0.2ñn 0.66MeV,tán x Compton là ch yu µµµ= µµµp+µµµc+µµµe Toàn phn tán x Compton hp th to cp quang ñin Phương pháp mt ñ (densitylog) Phương pháp mt ñ (densitylog) • Et 0.2ñn 0.66MeV:tán x Compton • Quan h gia mt ñ electron ρe và mt ñ khi ρb ca thành h • S tia gammatán x Comptonmà máy ging ghi ñưc liên quan trc tip vi mt ñ electron(s electrontrong 1cm 3 ρ )trong thành h e  2Z  • Mt ñ electronli có quan h trc tip vi mt ñ khi ρ ca thành h ñó b ρ = ρ   e b • S ñm tia gammaca detectors là mt ch th cho mt ñ khi ca môi  A  trưng ñt ñá  2∑ Z's  ρ = ρ   e b    Mol .W  Phương pháp mt ñ (densitylog) Phương pháp mt ñ (densitylog) • Vì vy các thit b ño tán x mt ñ chun ñnh c trong môi trưng ñá vôi bão • ði vi phn ln các ñá và các nguyên t ph bin trong các khoáng vt to ñá, hoà nưc ngt thì mt ñ khi biu kin ño ñưc bng thit b ñó ra có quan h s hng trong du ngoc ñơn hai công thc trên xp x bng 1 vi ch s mt ñ electron ρa = 1,0704 ρe – 0.1883 2
3. Phương pháp mt ñ Máy ging ño mt ñ • Có hai Detectorñt xa nhau ñ loi tr nh hưng ca lp v sét • ðt áp sưn ñ loi tr nh hưng ca dungdch khoan và ñưng kính ging khoan Phương pháp mt ñ thch hc (lithodensitylog) Phương pháp mt ñ thch hc (lithodensitylog) Tit din hp th quang ñin Pe (barn/electron)liên quan ñn s nguyên t • Phương pháp mt ñ thch hc là mt bin th ca phương pháp mt ñ,ngoài ca các nguyên t Znhư sau: 6,3 ño mt ñ khi ρ còn ño ch s tit din hp th quang ñin (P ). b e  Z  Công thc (5.9)trong sách = LogInterpretation/PrinciplesApplications • Ch s P này liên quan cht ch ñn thành phn thch hc ca thành h. P   e e   SAI! • Ngun phát tia gammacó mc năng lưng 662keV 10 • Tia gammab mt năng lưng khi tán x trong môi trưng và cui cùng b hp th hoàn toàn bng hiu ng hp th quang ñin Lowelectrone density Highelectrone density ðưng congño ghi mt ñ (gm/cc) bulk density Phương pháp mt ñ thch hc (lithodensitylog) 1.7 2.1 2.5 2.9 Shale Ch s th tích hp th quang ñin U: ρ = Pe e U Quartzite ø = 0 2.65 gm/cc Sandstone ø = 10% 2.49 gm/cc ø=0 2.71 gm/cc Limestone ø = 10% 2.54 gm/cc ø=0 2.87 gm/cc Dolomite ø = 10% 2.68 gm/cc Shale gas gas effect Sandstone oil ø = 20% 2.32 gm/cc water poorly compacted density variable 2- 2.8 gm/cc Shale compact 1.2 - 1.5 gm/cc Coal Organic shale Salt 2.03 g/cc Sill (igneous) 2.95 gm/cc Shale cave 3
4. ðưng congño ghi mt ñ Thit b mt ñ thch hc (LDT) SpinesandRibs Spines=ñưng thng gia tăng ca mt ñ khi crossplots ño ca 1.9 detectorxa và detector 2.0 Mud cake gn with barite 2.1 2.2 Khi không có s có mt B 2.3 ca lp v sét hai s ño Increasing phi cho cùng mt mt C A Mud cake 2.4 Thickness ñ (nm trên ñưng Increasing thng Spines) Mud cake 2.5 Thickness 2.6 Mud cake without Khi có s có mt ca lp 2.7 . barite v sét (quava thm)hai LongSpacing CountRate 2.8 s ño mt ñ khác nhau và cn phi hiu chnh 2.9 ñ xác ñnh mt ñ tht Short spacing Count Rate Thit b mt ñ thch hc (LDT) SpinesandRibs ðưng congño ghi mt ñ ðim A:mt ñ tht 1.9 2.0 Khi có mt ca lp v Mud cake with barite sét,ñim Adch chuyn 2.1 Mt ñ ñã ρ 2.2 hiu chnh ñn ñim Bhoc ñim C B 2.3 ph thuc vào s có mt Increasing C A Mud cake ca khoáng vt nng 2.4 Thickness Increasing (barite)trong dungdch 2.5 Mud cake Giá tr hiu Thickness 2.6 ∆ρ khoan haykhông Mud cake chnh without 2.7 Máy ging s t hiu . barite chnh giá tr mt ñ v LongSpacing CountRate 2.8 giá tr tht 2.9 Short spacing Count Rate ðưng congño ghi mt ñ ðưng congño ghi mt ñ ∆ρ ∼ ρLS − ρSS ∆ρ Caliper ∆ρ > 0 ρρρb ∆ρ > 0 4
5. ðưng congño ghi mt ñ ∆ρ ðưng congño ghi mt ñ ∆ρ ρρρ b ∆ρ < 0 ρρρb Cyclic Δ ρ ∆ρ < 0 Các yu t môi trưng nh hưng lên s ño ca các phương pháp mt ñ ng dng ca các phương pháp mt ñ • Xác ñnh ñ rng ca ñá cha • Dungdch khoan • Xác ñnh khoáng vt (kt hp vi GR,NGS) • ð nhn ca thành ging khoan • Xác ñnh ranh gii va • Kim tra trng thái k thut ca ging khoan sau khi chng ng • Lp v sét Xác ñnh ñ rng ca ñá cha Xác ñnh ñ rng ca ñá cha Thànhh Matrix ΦΦΦ ρ b ρma ρf ρb= f( ρma , Φ, ρf) Φ=? 5
6. Xác ñnh ñ rng và thành phn khoáng vt Xác ñnh thành phn khoáng vt Xác ñnh thành phn khoáng vt Bài tp:xác ñnh ñ rng Xác ñnh ñ rng Xác ñnh ñ rng 8 7 6 1. Xác ñnh ñ rng ca các va 1 8.Hiu chnh nh hưng ca sét lên ñ rng.Gi thit thành h là cát kt 2. Xác ñnh ñ rng ca va sn phm 1– 4,gi thit thành h là ñá 0 ___ GR ___ 100 API 5 vôi 4 3 2 ___ RHOB ___ 3g/cc RHOB 2 GR 1 6
7. Phương pháp neutron Phương pháp neutronlà phương pháp nghiên cu lát ct ging khoan thông quanghiên cu mt ñ neutron,cưng ñ bc x gammatrong môi trưng sau Phương pháp neutron khi bn phá bng chùm neutroncó năng lưng cao Neutron Neutron Ph thuc vào năng lưng,neutronñưc phân loi thành: 1. Neutronnhanh:En>0.1MeV 2. Neutrontrung gian:100eV <En<0.1MeV • Neutronlà ht không mang ñin,có khi lưng bng 1.6749x10 27 g 3. Neutrontrên nhit:0.025eV <En<100eV • D dàng ñâm xuyên quavt cht 4. Neutronnhit:En<0.025eV • Là mt ht không bn,phân rã vi chu kỳ T1/2=1.01x10 3 giây=16.83phút, thành Proton,Electronvà Antineutronvi năng lưng phát ra là 0.78MeV Tương tác ca Neutronvi môi trưng vt cht Tán x ñàn hi Khi neutrontương tác vi môi trưng vt cht thưng xy ra các hin tưng sau: Xy ra gia ht nhân và neutronnhư hai qu cu lý tưng Neutronnhanh mt năng lưng và tán x dưi mt góc ϕ sovi hưng banñu 1. Tán x ñàn hi Sau mi ln va chm vi ht nhân,neutronli chuyn ñng chm li 2. Tán x không ñàn hi 3. Hp th neutron 7
8. Tán x ñàn hi Tán x không ñàn hi Tiêu hao năng lưng ca neutronph thuc vào khi lưng ca ht nhân M Xy ra vi neutronnhanh và ht nhân ca các nguyên t nng (không th xy ra vi và góc tán x ϕ ht nhân ca Hydro) 2 + ϕ + = M 2M cos 1 Neutrontruyn ñng năng ca mình cho ht nhân làm ht nhân tích thêm năng lưng E Eo ()M +1 2 Ht nhân b kích thích và phát ra lưng t gammañ tr v trng thái banñu = α Emin Eo ( − )2 α = M 1 ()M +1 2 Tiêu hao năng lưng ∆ = − = −α E E0 E 1( )E0 Tiêu hao năng lưng ca neutronlà ln nht khi α =0khi neutronva chm vi ht nhân ca nguyên t Hydro(M=1) Hp th neutron Tit din (σ)σ)σ) bt gi neutronvà ñàn hi Ch yu xy ra vi neutronnhit Khi ht nhân hp th neutronthưng kéo theo xy ra các hin tưng gii phóng proton,ht α (He),bn ra mt vài neutronhoc lưng t gamma 3nguyên t có ht nhân bt gi neutronnhiu nht là Cl,Bvà Cd Thi gian sng ca neutron Thi gian sng ca neutron Hai quá trình xy ra khi neutronri Máy phát xung năng lưng khi ri ngun:làm chm và b hp th Ngun AmBe ngun ) V e ( n o tr u e n g n lư g n ă n Bc x ra tia Mt ñ ca neutronti mt ñim ph gamma thuc vào: Vùng năng lưng neutron Khong cách t ngun trên nhit Mt ñ ca nguyên t gây nên tán x Bt gi Mt ñ ca nguyên t gây nên bt gi Vùng năng lưng neutronnhit Thi gian µs 8
9. Thit b ño ghi neutron Thit b ño ghi neutron Ngun phát neutron :có th là ngun hóa Ngun hóa hc hc hoc ngun phát xung Ngun hóa hc:cha hn hp Amvà Be 4Be+ 2He> 6C+n+5.76MeV Ngun phát xung:gm mt máy gia tc Ngun phát xung electronvà mt bia,khi electronbn vào bia làm phát ra chùm neutron Thit b ño ghi neutron Thit b ño ghi neutron Vùng Detector giao Detector gn thoa xa Detector :gm 2dectector ñưc ñt gn và Khong cách t ngun ñn xa sovi ngun hai detectorphi ñưc thit k sao cho không n o tr nm vào vùng giao thoa u e n (không phân d)ca các ñ t ñưng congbin thiên mt M ñ neutrontheo khong ð rng cách và ñ rng khong cách t ngun (cm) Thit b ño ghi neutron CNL– CompensatedNeutronLog Mt ñ ca neutronnhit ti mt ñim cách ngun mt khong c ñnh ph thuc ch yu vào lưng hydrogen(ch s hydro– hydrogenindexHI)gia ngun và ñim ñó. CNLñưc thit k ñ ño neutronnhit – cho phép xác ñnh ch s hydroca thành h DNL:DualEnergyNeutronLog SNP:SidewallNeutronPorosityLog CNL:CompensatedNeutronLog GNT:GammaNeutronTool 9
10. ðưng congneutron ðơn v neutronAPI Phương pháp neutroncho bit ch s Hydro(HI)ca thành h Ti UniversityofHouston Mt ng tr dài 24ft.,6ft.ñưng HIca nưc =1 kính, gia cha 6ft.ñá vôi HIca du ~nưc Indianavi 19%ñ rng HIca khí rt nh (là cơ s ñ xác ñnh gaseffect) 1neutronAPIñưc ñnh nghĩa bng 1/1000ca chênh lch gia “electricalzero” và s ño 6ft.ñá vôi Indianacó 19%ñ rng ng dng ca phương pháp neutron ðơn v ño ñ rng neutron Mi thit b s có mt phép chuyn ñi t ñơn v neutronAPIsangñ rng • Xác ñnh ñ rng ca ñá cha • Kt hp vi các phương pháp khác ñ xác ñnh thch hc và ñ rng ð rng neutron(theo chun ñá vôi – limestonematrix) =ln (S ño API*hng s 1+hng s 2) • Xác ñnh va khí • Xây dng lát ct thành ging khoan ð rng (thành h cát kt)=0.95(ð rng neutron(chun ñá vôi))+.035 • Xác ñnh các ranh gii du nưc,du khí,khí nưc Hiu ng khí (GasEffect) Xác ñnh ñ rng 10
11. Xác ñnh ñ rng và thch hc Bài tp:xác ñnh ñ rng Xác ñnh ñ rng Xác ñnh ñ rng GR 1. Xác ñnh ñ rng ca các va sn phm A D.Gi thit thành h là 0 ___ GR ___ 80 API ñá vôi 2. Xác ñnh ñ rng ca các va sn phm A D.Gi thit thành h là NPHI cát kt 30 ___ NPHI ___ 10% Xác ñnh ñ rng Xác ñnh ñ rng 1. Xác ñnh ñ rng ca các va cát sét X880,X980,X025.Hiu chnh 0 ___ GR ___ 125 API nh hưng ca sét lên thành h. 6 CAL 16in PHID 30 ___ NPHI ___ 10% NPHI 30 ___ PHID ___ 10% 11
12. AlphaProcessing AlphaProcessing NPHI • NPHI:traditionalratiotoporosity transformfrominstantaneousnearand NPHI farcounts • TNPH:newratiotoporositytransform: TNPH TNPH deadtime,depthandresolutionmatch • NPOR:enhancedresolutionprocessing NPOR NPOR usingshortspacingdetectorcountrates andTNPH AlphaProcessing AlphaProcessing Itutilizesthehigherresolutionoftheneardetectortoincreasetheresolutionof Thefirststepistodepthmatchthetwodetectors'responses. themoreaccuratefardetector AlphaProcessing AlphaProcessing Thedifferencebetweenthetworeadingsnowgivesthe"highfrequency"information whichhighlightsthinbedsmissedbythefardetector. Thenextstepistomatchtheresolutionofbothdetectors. 12
13. AlphaProcessing The"highfrequency"informationisaddedtothefardetectorsignaltogivethefinal enhancedlog. Phương pháp âm Phương pháp âm Lan truyn ca sóng âm trong môi trưng Sóng ñàn hi ñưc ñc trưng bi các tham s:biên ñ,chu kỳ,tn s,bưc sóng, Phương pháp âm là phương pháp nghiên cu lát ct ging khoan thông quanghiên vn tc cu thi gian lan truyn ca sóng ñàn hi tn s âm thanh trong môi trưng ñt ñá Các loi sóng âm Các loi sóng âm Sóng dc (sóng nén):hưng dch chuyn ca vt cht songsong vi hưng truyn sóng 13
14. Các loi sóng âm Lan truyn ca sóng âm trong môi trưng ging khoan Sóng ngang:hưng dch chuyn ca vt cht vuông góc vi hưng truyn sóng Sóng dc Sóng ngang Sóng ng ch cá g n a h K Thi gian Lan truyn ca sóng âm trong môi trưng ging khoan Thit b ño âm • Sóng ñàn hi ñưc phát t chn t phát (T),quadungdch khoan (a),khúc x và lan truyn trong thành h (b),sau ñó li khúc x và ñi quadungdch khoan (c)ti chn t thu (R) • Chn t phát và chn t thu ñưc ñt cách nhau mt khong cách Lc ñnh • Thi gian sóng ñàn hi ñi theo ñưng a,b,cñưc gi là thi gian truyn sóng t Thit b ño âm Thit b ño âm • Thi gian sóng ñàn hi ñi theo • ð loi tr nh hưng ca dung a,b,cñưc gi là thi gian truyn dch khoan,thit b có hai chn t sóng t thu R1,R2ñưc s dng • Vn tc truyn sóng là: • Thi gian truyn sóng: L/(a+b+c) ∆t=[(a+b+c)(a+d+c)]/L • Trong phương pháp âm,ñơn v =(bd)/L biu din là thi gian truyn sóng trên mt ñơn v chiu dài: ∆t=(a+b+c)/L • ðơn v µs/fthoc µs/m 14
15. Thit b ño âm Thit b ño âm Thit b ño âm Thit b ño âm V trí ca thit b ño âm trong ging khoan Các hiu ng khi thit b ño âm lch tâm trong ging khoan 15
16. Thit b ño âm (Array– Sonic) Phương pháp x lý SlownessTimeCoherence(STC) Cho phép ño ghi c 3sóng (sóng dc,sóng ngang và sóng ng) 1. Mc ñích ñ trích thông tinca sóng sóng ngang và sóng ng 2. ðánh du các loi sóng ñã xác ñnh Phương pháp x lý SlownessTimeCoherence(STC) Phương pháp x lý SlownessTimeCoherence(STC) Phương pháp x lý SlownessTimeCoherence(STC) ðưng congño âm ðơn v µs/fthoc µs/m 16
17. Hiu ng khí (GasEffect) ng dng ca phương pháp âm hc • Tính ñ rng ca ñá cát sét • Kt hp vi các phương pháp ñ rng khác ñ tính ñ rng nt n trong các ñá carbonate • Minh gii ña chn (Synthetic– tích chp) • Phát hin d thưng áp sut cao Xác ñnh ñ rng ca ñá cha Xác ñnh ñ rng ca ñá cha Thànhh Matrix ΦΦΦ ∆t ∆tma ∆tf ∆t= f( ∆tma , Φ, ∆tf) Φ=? Tính ñ rng ca ñá cát sét Hiu chnh nh hưng ca sét fluid Vma Vfl 17
18. Synthetic– tích chp Lan truyn ca sóng trong môi trưng © Schlumberger Bài tp:xác ñnh hàm lưng sét và ñ rng STC&STCProjectionLog © Schlumberger Bài tp 1. Xác ñnh hàm lưng sét t ñưng congSPvà GR các khong ñ sâu sau: 65006510,65306540,65456555,65706580,66106620,66406650, 66906700ft. 2. Ti sao li có s khác bit ca hàm lưng sét tính t SPvà GR các khong 66106620và 66906700ft.Hàm lưng sét phi hiu chnh ra sao? o o 3. Xác ñnh Rw bit:nhit ñ thành h là 150 F,Rmf@150 F=0.0967 Ohmm 4. Xác ñnh ñ rng theo soniclog các khong ñ sâu k trên,gi thit thành h là cát sét 5. Xác ñnh thành phn thch hc ti các khong ñ sâu:65626568,6660 6680và 66806700ft. 6. Nguyên nhân ca d thưng ti khong ñ sâu dưi 6570ft. 18
19. Acknowledgments Schlumberger BakerAtlas Halliburton 19