Tài liệu Xác định các thông số vỉa bằng tài liệu địa vật lý giếng khoan cho giếng r 1x cấu tạo x thuộc bồn trũng nam côn sơn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT BỘ MÔN VẬT LÝ ĐỊA CẦU ---------- KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VỈA BẰNG TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN CHO GIẾNG R-1X CẤU TẠO X THUỘC BỒN TRŨNG NAM CÔN SƠN CBHD: PGS.TS TRẦN VĨNH TUÂN THS.KS ĐÀO THANH TÙNG SVTH: TRẦN MINH THIỆN MSSV: 0613103 Thành phố Hồ Chí Minh – 7/2011 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Trần Minh Thiện LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên con xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và lòng kính trọng sâu sắc đến ba mẹ và gia đình, là nguồn động lực, là nơi nuôi dƣỡng quan tâm và tạo mọi điều kiện cho con ăn học. Em xin bày tỏ lòng biết ơn trân trọng, lời cảm ơn chân thành đến tất cả các thầy cô, anh chị trong bộ môn Vật lý Địa cầu đã tận tình dạy dỗ và dìu dắt em trong suốt thời gian học tại bộ môn, em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô khoa Vật lý – Vật lý Kỹ thuật đã tận tình dạy dỗ và giúp đỡ em trong nhƣng năm học tại trƣờng. Xin gửi lời cảm ơn tha thiết, lòng biết ơn chân thành và trân trọng đến thầy PGS.TS Trần Vĩnh Tuân, thầy là ngƣời đã định hƣớng cho em theo hƣớng Địa Vật lý giếng khoan, truyền đạt biết bao kiến thức quý báo, thầy đã không ngại vất vả bỏ nhiều công sức để dìu dắt và hƣớng dẫn em trong suốt thời gian qua. Em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS Nguyễn Thành Vấn, ngƣời đã giúp đỡ em khá nhiều khi thực hiện khóa luận này. Xin chân thành cảm ơn đến thầy ThS.KS Đào Thanh Tùng đã hết lòng giúp đỡ, chỉ dẫn rất nhiều vấn đề và kiến thức thực tế trong suốt thời gian em thực tập tại tổng công ty PVEP. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến KS Đặng Ngọc Thắng đã hết lòng hƣớng dẫn chi tiết nhiều vấn đề và hƣớng dẫn từng bƣớc để em hoàn thành thực tập khóa luận tại ban Tìm Kiếm Thăm Dò của tổng công ty. Em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn tha thiết với tất cả các anh chị trong Ban, sự gần gũi của các anh chị đã khiến cho khoảng thời gian thực tập không chỉ là khoảng thời gian rất quý giá, rất vui mà đã trở thành khoảng thời gian mang đầy kỉ niệm. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các bạn sinh viên khoa Địa chất – khóa 2007, trƣờng Đại học Khoa học Tự Nhiên – TP.HCM, đã cùng tôi trao đổi khá nhiều kiến thức, học hỏi lẫn nhau trong khoảng thời gian thực tập tại tổng công ty. Cuối cùng là lời cảm ơn chân thành xin gửi đến tất cả ngƣời quen và bạn bè của tôi, những ngƣời đã sát cánh và chỉa sẽ với tôi những niềm vui nỗi buồn trong suốt quãng đƣờng sinh viên, đặc biệt là các bạn 07VLĐC là những ngƣời tôi không bao giờ quên, cảm ơn các bạn rất nhiều. i Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Trần Minh Thiện MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ .......................................................................................... iv DANH SÁCH BẢNG SỐ LIỆU .............................................................................. vii MỘT SỐ KÝ HIỆU – VIẾT TẮT VÀ TỪ TIẾNG ANH ...................................... viii MỞ ĐẦU ............................................................................................................. ix CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƢƠNG PHÁP MINH GIẢI TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN .................................................1 1.1. ĐỐI TƢỢNG VÀ THAM SỐ VẬT LÝ CỦA TẦNG CHỨA. .......................1 1.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................1 1.1.2. Đá chứa và các tham số vật lý của đá chứa ...........................................2 1.1.2.1. Độ rỗng: ............................................................................................3 1.1.2.2. Độ thấm:............................................................................................7 1.1.2.3. Độ bão hòa nƣớc: ..............................................................................9 1.1.2.4. Điện trở suất và độ dẫn điện: ..........................................................10 1.1.2.5. Độ sét của đá trầm tích....................................................................11 1.2. MÔI TRƢỜNG GIẾNG KHOAN .................................................................17 1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐỊA VẬT GIẾNG KHOAN TUYỀN THỐNG.......19 1.3.1. Các phƣơng pháp điện .........................................................................22 1.3.1.1. Phƣơng pháp điện trƣờng tự nhiên (Spontaneous Potential - SP) ..22 1.3.1.2. Phƣơng pháp log điện trở suất ........................................................29 1.3.2. Phƣơng pháp phóng xạ tự nhiên (Gamma Ray) ..................................36 1.3.3. Các phƣơng pháp log độ rỗng .............................................................40 1.3.3.1. Phƣơng pháp Neutron .....................................................................40 1.3.3.2. Phƣơng pháp mật độ (Density) .......................................................47 1.3.3.3. Phƣơng pháp siêu âm (DT) .............................................................51 CHƢƠNG 2: XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ CỦA VỈA CHỨA BẰNG TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN .........................................................58 ii Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Trần Minh Thiện 2.1. TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ ......................................................................58 2.1.1. Xác định hàm lƣợng sét.......................................................................58 2.1.2. Xác định giá trị điện trở suất ...............................................................67 2.1.3. Xác định giá trị độ rỗng.......................................................................73 2.1.4. Xác định độ bão hòa nƣớc ...................................................................78 2.1.5. Xác định độ thấm của vỉa ....................................................................83 2.1.6. Xác định thành phần thạch học của tầng chứa ....................................84 2.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP KHẢO SÁT NHANH ..............................................87 2.3. PHÂN TÍCH BẰNG PHƢƠNG PHÁP MDT VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ ....91 CHƢƠNG III: TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ VỈA CHO GIẾNG R-1X. BIỆN LUẬN VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ..................................................94 3.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT ................................................................................94 3.1.1. Giới thiệu .............................................................................................94 3.1.2. Đặc điểm cấu trúc kiến tạo ..................................................................96 3.1.3. Đặc điểm địa tầng ................................................................................98 3.1.4. Hệ thống dầu khí ...............................................................................103 3.2. TÍNH TOÁN, BIỆN LUÂN VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ .........................106 3.2.1. Sơ lƣợt ...............................................................................................106 3.2.2. Dữ liệu đầu vào .................................................................................108 3.2.3. Tính toán, biện luận và phân tích kết quả .........................................109 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................125 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................127 PHỤ LỤC ...........................................................................................................128 iii Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Trần Minh Thiện DANH SÁCH HÌNH VẼ CHƢƠNG I: Hình 1.1: Giếng khoan đƣợc ứng dụng trong thăm dò và khai thác dầu khí. Hình 1.2: Mô hình độ rỗng trong đá chứa. Hình 1.3: Lỗ rỗng giữa hạt. Hình 1.4: Lỗ rỗng trong hạt. Hình 1.5: Lỗ rỗng mở và lỗ rỗng kín. Hình 1.6: Thí nghiệm đo độ thấm của đá chứa. Hình 1.7: Độ thấm của chất lƣu trong đá chứa. Hình 1.8: Các kiểu phân bố của sét trong thành hệ. Hình 1.9: Sự tuần hoàn của dung dịch khoan Hình 1.10: Môi trƣờng xung quanh giếng khoan. Hình 1.11: Một số dạng đƣờng cong đo sâu điện thành giếng khoan. Hình 1.12: Mô hình một số tool đo hiện đại. Hình 1.13: Hình ảnh tool Supercombo đặt trong xƣởng Hình 1.14: Mô hình một số tool đo trong phƣơng pháp logging while drilling. Hình 1.15: Sự hình thành điện trƣờng tự nhiên do chênh lệch nồng độ. Hình 1.16: Sự hình thành thế hấp thụ khi có sự hấp thụ trên màng sét. Hình 1.17: Ƣu thế di chuyển của các ion đối với môi trƣờng có nƣớc vỉa mặn hơn. Hình 1.18: Thế điện thấm loc – khuyết tán cho trƣờng hợp nƣớc vỉa mặn hơn. Hình 1.19: Sự hình thành thế điện thấm lọc trên thành giếng khoan. Hình 1.20: Sơ đồ nguyên tắc đo SP trong giếng khoan. Hình 1.21: Dáng điệu đƣờng cong SP trong một số thành hệ. Hình 1.22: Sự biến đổi điện trở suất qua các thành hệ khác nhau. Hình 1.23: Sơ đồ điện cực hội tụ dòng. Hình 1.24: Sơ đồ thiết bị đo sƣờn kép. Hình 1.25: Sơ đồ minh họa phƣơng pháp vi hệ cực hội tụ cầu. Hình 1.26: Sơ đồ minh họa đo log cảm ứng. Hình 1.27: Sự thay đổi giá trị gamma ray qua các thành hệ khác nhau. iv Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Trần Minh Thiện Hình 1.28: Sơ đồ nguyên tắc đo GR. Hình 1.29: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của ống đếm bức xạ gamma. Hình 1.30: Một ví dụ về đƣờng cong đo phổ gamma. Hình 1.31: Đời sống của một neutron. Hình 1.32: Thiết bị đo log neutron bù. Hình 1.33: Tƣơng tác của gamma với môi trƣờng. Hình 1.34: Sự biến đổi mật độ qua các thành hệ khác nhau. Hình 1.35:Thiết bị đo gamma bù. Hình 1.36: Mô hình truyền sóng P và sóng S. Hình 1.37: Thiết bị đo trong phƣơng pháp siêu âm. Hình 1.38: Sự thay đổi thời gian truyền sóng siêu âm qua các thành hệ khác nhau. Hình 1.39: Sơ đồ thiết bị đo trong phƣơng pháp log siêu âm. Hình 1.40: Sơ đồ bố trí thiết bị đo trong phƣơng pháp log siêu âm bù. CHƢƠNG II: Hình 2.1: Minh họa cách xác định giá trị GRmax và GRmin trên đƣờng log. Hình 2.2: Phân vỉa dựa vào đƣờng GR. Hình 2.3: Xác định tầng thấm bằng phƣơng pháp SP. Hình 2.4: Xác định hàm lƣợng sét từ log SP. Hình 2.5: Đồ thị xác định hệ số hiệu chỉnh giá trị SP về SSP. Hình 2.6: Biểu đồ cắt xác định hàm lƣợng sét theo phƣơng pháp neutrondensity. Hình 2.7: Biểu đồ cắt xác định hàm lƣợng sét của một đới theo neutron-density. Hình 2.8: Xác định hàm lƣợng sét theo phƣơng pháp neutron-density và GR. Hình 2.9: Xác định tầng chứa bằng phƣơng pháp log điện trở. Hình 2.10: Đồ thị hiệu chỉnh điện trở suất theo nhiệt độ vỉa và độ khoáng hóa. Hình 2.11: Xác định tỉ số Hình 2.12: Đồ thị hiệu chỉnh . về . Hình 2.13: Đồ thị hiệu chỉnh giá trị điện trở suất RLLD về giá trị điện trở suất Rt và hiệu chỉnh giá trị điện trở suất RMSFL về giá trị điện trở suất Rxo. v Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Trần Minh Thiện Hình 2.14: Đồ thị hiệu chỉnh giá trị điện trở suất RILD về giá trị điện trở suất Rt và hiệu chỉnh giá trị điện trở suất RMSFL về giá trị điện trở suất Rxo. Hình 2.15: Biểu đồ cắt N-D hiệu chỉnh giá trị độ rỗng từ neutron và mật độ. Hình 2.16: Phƣơng pháp biểu đồ cắt Pickett. Hình 2.17: Biểu đồ cắt Hingle cho vỉa cát(sandstones) hoặc cacbonat (carbonates). Hình 2.18: Biểu đồ cắt Hingle của một đới thạch học. Hình 2.19: Đồ thị xác định độ thấm của vỉa. Hình 2.20: Biểu đồ cắt M – N và thành phần thạch học của một đới chứa. Hình 2.21: Biểu đồ cắt MID và thành phần thạch học của một đới. Hình 2.22: Tool đo MDT của hãng Schlumberger. Hình 2.23: Phân tích MDT cho vỉa. CHƢƠNG III: Hình 3.1: Vị trí bồn trũng Nam Côn Sơn trên bản đồ Việt Nam. Hình 3.2: Bể Nam Côn Sơn trong khung kiến tạo khu vực. Hình 3.3: Mặt cắt tổng hợp của lô B. Hình 3.4: Cột địa tầng của bể Nam Côn Sơn. Hình 3.5: Chỉ số TOC và HI các giếng khoan lô B tầng Miocene dƣới và Oligocene. Hình 3.6: Mặt cắt địa chấn đi qua cụm cấu tạo X thuộc lô B. Hình 3.7: Tổng quan về lát cắt địa chất của giếng khoan R-1X. Hình 3.8: Kết quả phân tích log cho vỉa 12. Hình 3.9: Kết quả phân tích MDT cho vỉa 12. Hình 3.10: Kết quả phân tích log cho vỉa 22. Hình 3.11: Kết quả phân tích MDT cho vỉa 22. Hình 3.12: Kết quả phân tích log cho vỉa 23. Hình 3.13: Kết quả phân tích MDT cho vỉa 23. Hình 3.14: Kết quả phân tích log cho vỉa 24. Hình 3.15: Kết quả phân tích MDT cho vỉa 24. Hình 3.16: Kết quả phân tích log cho vỉa 10. vi Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Trần Minh Thiện DANH SÁCH BẢNG SỐ LIỆU CHƢƠNG 1: Bảng 1.1: Độ rỗng của một số loại đá khác nhau Bảng 1.2: Hệ số uốn khúc và hệ số xi măng của một số loại đá Bảng 1.3: Mật độ của một số loại khung đá CHƢƠNG 2: Bảng 3.1: Dữ liệu log từ giếng khoan Bảng 3.2: Một số dữ liệu khác Bảng 3.3: Các vỉa cát có khả năng thấm chứa tốt Bảng 3.4: Kết quả minh giải cho vỉa 12 Bảng 3.5: Kết quả minh giải cho vỉa 22 Bảng 3.6: Kết quả minh giải cho vỉa 23 Bảng 3.7: Kết quả minh giải cho vỉa 24 Bảng 3.8: Kết quả minh giải cho vỉa 10 vii Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Trần Minh Thiện MỘT SỐ KÝ HIỆU – VIẾT TẮT HC: Hydrocarbon. CGR: log gamma ray đã hiệu chỉnh. ATRX: log điện trở suất đo nông đã hiệu chỉnh về giá trị thực của đới rửa. AT30: log điện trở suất đo trung. ATRT: log điện trở suất đo sâu đã hiệu chỉnh về điện trở thực của đới nguyên. RHOB: log đo mật độ. NPHI: log do neutron. DT: log siêu âm. MDT (Modular formation Dynamic Test): phƣơng pháp thu thập kiểm tra chất lƣu và áp suất. Caliper: log đo đƣờng kính giếng khoan. viii Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Trần Minh Thiện MỞ ĐẦU Trong hai thập kỷ nay, khoa học kĩ thuật đang dần hoàn thiện và tiếp tục phát triển, đời sống xã hội càng đƣợc nâng cao thì nhu cầu sử dụng năng lƣợng ngày một tăng. Trong tình hình đó, bất kể quốc gia nào muốn phát triển bền vững thì điều đầu tiên là phải làm chủ đƣợc nguồn năng lƣợng. Tính đến nay (theo thống kê hãng BP– 6/2011) cả thế giới phải phụ thuộc vào 88% nhu cầu năng lƣợng lấy từ các nguồn năng lƣợng hóa thạch, trong đó 30% từ than và 58% từ dầu khí. Để tránh lệ thuộc vào nguồn năng lƣợng hóa thạch, nhiều nƣớc đã có kế hoạch cắt giảm nguồn năng lƣợng này trong tƣơng lai, VD: đầu 7/2011 chính phủ Đức tuyên bố sẽ đóng của tất cả các lò phản ứng hạt nhân muộn nhất vào 2020, đến 2050 sẽ cắt giảm 80% năng lƣợng hóa thạch và thay vào đó là các nguồn năng lƣợng sạch (www.reuters.com)… Tuy là có nhiều kế hoạch cắt giảm nguồn năng lƣợng hóa thạch trong tƣơng lai, nhƣng theo xu thế của nhu cầu năng lƣợng ngày một tăng thì dù có cắt giảm, dù có sử dụng hết sức tiết kiệm nhƣng nhu cầu năng lƣợng hóa thạch sẽ ngày một tăng, nguồn năng lƣợng hóa thạch vẫn tiếp tục là nguồn năng lƣợng chủ chốt trong nhiều thập kỷ tới. Không có cách nào khác, ngoài việc áp dụng các công nghệ hiện đại để khai thác hiệu quả nhất, thì việc triển khai tìm kiếm thăm dò nhiều hơn và chi tiết hơn sẽ là những phƣơng án hàng đầu trong thời điểm hiện nay và trong thời gian tới. Trƣớc tình hình nhƣ vậy, tác giả đã có định hƣớng cho đề tài của mình: sử dụng các phƣơng pháp địa vật lý giếng khoan trong thăm dò và khai thác dầu khí, thực hiện khóa luận tốt nghiệp với đề tài “Xác định các thông số vỉa bằng tài liệu địa vật lý giếng khoan cho giếng R-1X cấu tạo X thuộc bồn trũng Nam Côn Sơn”. Đề tài hoàn toàn nằm trong vấn đề tìm kiếm thăm dò và khai thác nguồn năng lƣợng hóa thạch, đó là dầu khí. Nói một cách khác mục đích ở đây là “đánh giá tầng chứa bằng các phƣơng pháp địa vật lý giếng khoan”. Vấn đề này là những công việc trong chuỗi các công việc phải làm ở giai đoạn tìm kiếm thăm dò cũng nhƣ ở giai đoạn khai thác dầu khí. Đề tài và những vấn đề liên quan đƣợc tác giả ix Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Trần Minh Thiện tìm hiểu trong suốt thời gian thực tập và làm khóa luận. Nội dung của khóa luận là có giới hạn và đƣợc phân thành các chƣơng nhƣ sau: o Chương 1: “Cở sở lý thuyết của phương pháp minh giải tài liệu địa vật lý giếng khoan”. o Chương 2: “Xác định các tham số của vỉa chứa bằng tài liệu địa vật lý giếng khoan”. o Chương 3: “Tính toán các tham số vỉa cho giếng R–1X. Biện luận và phân tích kết quả”. Khoá luận mới chỉ là những kiến thức ban đầu của quá trình học tập và nghiên cứu của tác giả theo hƣớng địa vật lý giếng khoan. Vì vậy những gì cần tìm hiểu ở đây tác giả đã cố gắng đƣa vào khóa luận để có thể xem khóa luận này là móc cơ sở cho quá trình học tập tiếp theo trong tƣơng lai. Ở chương 1, Tác giả chỉ trình bày cơ sở vật lý của một số phƣơng pháp địa vật lý giếng khoan thông dụng trong thăm dò và khai thác dầu khí hiện nay. Trong chương 2 còn khá nhiều phƣơng pháp ứng dụng khác mà tác giả chƣa kịp tìm hiểu và trình bày. Chương 3 cũng chỉ gói gọn một phần nào đó của qui trình minh giải log trên thực tế, nó cũng chƣa thể hiện hết các ứng dụng của các phƣơng pháp đã tìm hiểu cũng nhƣ đã đƣợc trình bày ở chương 1 và chương 2. Nhƣ vậy, còn có rất nhiều vấn đề thực tế cũng nhƣ kiến thức khác mà tác giả vẫn chƣa tìm hiểu, trong đó chƣa kể các vấn đề còn thiếu sót trong lúc tìm hiểu cũng nhƣ là trình bày trong khóa luận này. Tác giả rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của thầy cô, các anh chị, và các bạn quan tâm đến lĩnh vực này. x Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Trần Minh Thiện CHƢƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƢƠNG PHÁP MINH GIẢI TÀI LIỆU ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN  1.1. ĐỐI TƢỢNG VÀ THAM SỐ VẬT LÝ CỦA TẦNG CHỨA. 1.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu của ngành Địa Vật lý giếng khoan là các giếng khoan tìm kiếm thăm dò và khai thác tài nguyên có ích: nhƣ là dầu khí, than, các quặng mỏ và nƣớc dƣới đất. Giếng khoan là một công trình tìm kiếm thăm dò hoặc khai thác tài nguyên. Công trình này đƣợc tạo bằng phƣơng pháp cơ học – phƣơng pháp khoan giếng với mục đích lấy mẫu đất đá, tạo ra một vết lộ địa chất còn “tƣơi” chƣa bị phong hóa, hoặc nhằm để khai thác các chất lƣu nhƣ dầu, khí, nƣớc dƣới đất, nƣớc nóng mang nhiệt năng. Thông thƣờng việc lấy mẫu lõi khoan khó thực hiện đƣợc tốt và giá thành lại cao, trạng thái kỹ thuật và độ ổn định của công trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố kỹ thuật và địa chất. Để hạn chế việc lấy mẫu lõi thƣờng xuyên, cũng nhƣ xác định trạng thái kỹ thuật và theo dõi các giếng khoan trong quá trình khai thác. Ngƣời ta khai thác triệt để các thông tin địa chất và kỹ thuật trên vết lộ địa chất của công trình. Ƣu điểm của vết lộ địa chất này là nó còn “tƣơi” nguyên chƣa phong hóa, đồng thời xuyên cắt qua mọi lớp đất đá tới chiều sâu của đáy giếng. Việc khai thác các thông tin địa chất và kỹ thuật trên vết lộ địa chất ở thành giếng khoan đƣợc thực hiện bằng các phƣơng pháp vật lý, hóa học. Nhờ các phƣơng pháp này, ta có thể xác định đƣợc thành phần vật chất ở các lớp đất đá mà lát cắt giếng khoan đi qua, xác định trạng thái kỹ thuật và độ ổn định của công trình tại chiều sâu bất kì vào thời điểm cần thiết. Việc xác định thành phần vật chất, xây dựng lát cắt địa chất, xác định trạng thái kĩ thuật và độ ổn định của công trình (theo dõi mỏ), đánh giá hiệu suất khai thác… là những nhiệm vụ của địa vật lý giếng khoan. 1 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Trần Minh Thiện Hình 1.1: Giếng khoan đƣợc ứng dụng trong thăm dò và khai thác dầu khí. 1.1.2. Đá chứa và các tham số vật lý của đá chứa Đá chứa là các đá có lỗ rỗng cấu tạo nên thành hệ và có khả năng chứa chất lƣu (dầu, nƣớc, khí) trong lỗ rỗng đó. Các chất lƣu nhƣ dầu và khí chủ yếu là di chuyển từ nơi khác đến và lấp đầy trong lỗ rỗng của đá chứa. Đá chứa thƣờng là các loại đá có độ rỗng và độ thấm cao nhƣ các loại đá cát (sa thạch), cacbonat (đá vôi, dolomite). Nếu đá chứa là cát kết hay là cát sét kết, lỗ rỗng chủ yếu là lỗ rỗng giữa hạt (độ rỗng nguyên sinh) là chủ yếu, còn lỗ rỗng thứ sinh nhƣ là khe nứt hay là rửa lũa gặm mòn là những lỗ rỗng thứ yếu. Nếu đá chứa là cacbonat (đá vôi, dolomite) không gian rỗng chủ yếu là các khe nứt và lỗ rỗng gặm mòn. Nhƣng đá cacbonat là loại đá không chiệu uốn, nên dễ bị nứt nẻ dƣới tác dụng của lực kiến tạo, do đó độ rỗng thứ sinh này lại là độ rỗng có ý nghĩa thấm chứa cao. Độ thấm của đá chứa là một hàm số phức tạp, phụ thuộc vào kiến trúc lỗ rỗng, thành phần thạch học của đá chứa cũng nhƣ là đặc điểm của chất lƣu. Độ mở hay độ thông nối của kiểu lỗ rỗng khe nứt lớn hơn lỗ rỗng giữa hạt nên cùng độ 2 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Trần Minh Thiện rỗng nhƣng độ thấm trong các tầng chứa là đá cacbonat bao giờ cũng lớn hơn trong đá cát sét. Các đặt tính vật lý thạch học của tầng chứa nhƣ là: độ rỗng, độ thấm, độ bảo hòa nƣớc, điện trở suất,… sẽ phản ánh trong các phép đo Địa Vật lý. Nắm vững các đặt tính này sẽ hết sức cần thiết trong nghiên cứu ứng dụng địa vật lý giếng khoan. 1.1.2.1. Độ rỗng: Đất đá đƣợc cấu thành gần nhƣ từ 3 pha: pha rắn, pha lỏng và pha khí. Một phần thể tích của đất đá đƣợc cấu thành từ pha rắn, không gian phần còn lại đƣợc lấp đầy bởi những pha khác (pha lỏng , pha khí). Không gian đó đƣợc gọi là không gian rỗng (không gian lỗ rỗng); gọi tắt là lỗ rỗng, lỗ hỗng hay lỗ trống. Định nghĩa: độ rỗng là tỉ phần không gian rỗng trong thể tích toàn phần của khối đá. Độ rỗng thƣờng đƣợc tính bằng phần trăm (%) và đƣợc kí hiệu là Ф. Hình 1.2: Mô hình độ rỗng trong đá chứa. 3 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Trần Minh Thiện Độ rỗng của đá chứa là một thông số quan trọng trong công tác tìm kiếm thăm dò và khai thác dầu khí. Độ rỗng phản ảnh khả năng chứa dầu, khí hoặc nƣớc. Độ rỗng toàn phần hay độ rỗng tổng (Фt) là tỷ phần thể tích của tất cả không gian rỗng (giữa hạt, kênh thông nối, nứt nẻ, bọt,…) cộng lại có trong đá. Ф Trong đó:  Vt: thể tích toàn phần của khối đá.  Vs: thể tích của vật liệu rắn.  Vp: thể tích toàn phần hay thể tích của mọi không gian trống trong đá (thông thƣờng trong Vp có chứa dầu, nƣớc, khí). Bảng 1.1: Độ rỗng của một số loại đá khác nhau Loại đá Độ rỗng Trầm tích chƣa gắn kết Sỏi 25 – 40% Cát 25 – 50% Bột 35 – 50% sét 40 – 70% Đá Bazan nứt nẻ 5 – 50% Đá vôi cactơ 5 – 50% Cát kết 5 – 30% Đá vôi, dolomite 0 – 20% Sét kết 0 – 10% Đá kết tinh nứt nẻ 0 – 10% Đá kết tinh chặt sít 0 – 5% Phân loại lỗ rỗng: Các lỗ rỗng có nguồn gốc, hình dáng, kích thƣớc khác nhau, mối liên hệ giữa chúng cũng khác nhau. Căn cứ vào những đặc điểm riêng, ngƣời ta phân chia lỗ rỗng theo nhiều cách nhƣ sau: Theo nguồn góc hình thành:  Độ rỗng nguyên sinh (Ф1 ): là độ rỗng xuất hiện khi đá đƣợc hình thành; do quá trình nén ép của các lớp đất đá bên trên, cũng nhƣ quá trình xi măng hóa và quá trình biến chất đã làm các lỗ rỗng thay đổi về độ lớn và hình dáng, do đó độ 4 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Trần Minh Thiện rỗng nguyên sinh cũng thay đổi. Có bốn yếu tố ảnh hƣởng đến độ rỗng nguyên sinh là độ nén, độ chọn lọc, độ mài mòn và độ xi măng.  Độ rỗng thứ sinh (Ф2 ): là độ rỗng của các hang hốc, khe nứt có trong đá đƣợc tạo thành trong quá trình phát triển của đá; trong đó: quá trình kiến tạo, quá trình biến đổi hóa học và hóa sinh, quá trình hòa tan là các quá trình ảnh hƣởng mạnh nhất lên độ rỗng thứ sinh. Theo cách thức hình thành lỗ rỗng:  Độ rỗng giữa hạt: là do lỗ trống giữa các hạt, đƣợc hình thành bởi sự giới hạn của kích thƣớt hạt. Hình 1.3: Lỗ rỗng giữa hạt.  Độ rỗng trong hạt: là do lỗ rỗng đƣợc hình thành bên trong một hạt. Hình 1.4: Lỗ rỗng trong hạt. 5 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Trần Minh Thiện Theo mối liên hệ giữa các lỗ rỗng:  Độ rỗng thông nối hay độ rỗng mở (Фthn): là độ rỗng của các phần lỗ trống có liên hệ với nhau, thông nối nhau.  Độ rỗng kín: là độ rỗng của các lỗ trống không liên hệ với nhau, đƣợc bao kính bởi khung đá. Hình 1.5: Lỗ rỗng mở và lỗ rỗng kín. Phân loại theo tính chất chứa:  Độ rỗng tiềm năng (Фp ): là độ rỗng mở có đƣờng kính các kênh thông nối đủ lớn để cho dòng các chất lƣu có thể đi qua dể dàng (lớn 50μm đối với dầu và 5μm đối với khí).  Độ rỗng hiệu dụng (Фef ): phần lỗ rỗng chứa chất lƣu mà ở đó chất lƣu nằm ở trạng thái tự, đây là phần lỗ rỗng chứa chất lƣu tự do trong không gian của lỗ rỗng mở (Фthn ) hay độ rỗng tiềm năng (Фp ), nghĩa là không tính đến phần thể tích 6 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Trần Minh Thiện của các lớp nƣớc bao, nƣớc hydrat set (nƣớc hấp thụ trên bề mặt các lớp sét), nƣớc tàn dƣ.  Độ rỗng phi hiệu dụng: phần lỗ rỗng chứa chất lƣu mà ở đó chất lƣu ở trạng thái bị giữ lại, bị hấp thụ. Phân loại giá trị độ rỗng: 1.1.2.2. Độ thấm: Khái niệm: Độ thấm là một thông số cho biết khả năng truyền dẫn chất lƣu của đất đá dƣới tác dụng của gradient áp suất. Giả sử có một lƣu lƣợng Q (cm3/s) chất lƣu đồng nhất đi qua đất đá có tiết diện A (cm2) dƣới tác dụng của gradient áp suất ∆p/L (at/cm), chất lƣu đi qua có độ nhớt là μ và không tác dụng hóa học với đá. Hình 1.6: Thí nghiệm đo độ thấm của đá chứa. Theo định luật Darcy ta có: ớ à độ ấ ệ đố ệ ố ấ ó đơ ị à Độ thấm của đá chứa là đăc trƣng quan trọng để thiết kế khai thác mỏ. Độ thấm phụ thuộc vào nhiều yếu tố: độ rỗng, thành phần thạch học, hàm lƣợng sét trong vỉa, nhiệt độ và áp suất vỉa cũng nhƣ là phụ thuộc vào độ nhớt của chất lƣu. Độ thấm có thể đƣợc xác định bằng phƣơng pháp mẫu lõi, thủy động lực học hay địa vật lý giếng khoan. 7 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Trần Minh Thiện Phân loại độ thấm:  Độ thấm tuyệt đối: là độ thấm của đất đá khi có một chất lƣu đồng nhất khi đi qua nó mà không gây ra phản ứng hóa học với pha rắn của đá, đƣợc tính theo công thức (1.2).  Độ thấm hiệu dụng (hay độ thấm pha) của khí, dầu, nƣớc: Khi hỗn hợp (khí-dầu, khí-nƣớc, dầu-nƣớc hoặc khí-dầu-nƣớc) đi qua đất đá, độ thấm đo đƣợc cho từng loại khí, dầu, nƣớc riêng biệt đƣợc gọi là độ thấm hiệu dụng (độ thấm pha) của khí, dầu, nƣớc. Trong các trƣờng hợp này việc tính toán độ thấm hiệu dụng phức tạp hơn nhiều vì có sự cản trở lẫn nhau giữa các pha chất lƣu.  Độ thấm tƣơng đối của khí, dầu, nƣớc: để đơn giản hơn khi đánh giá độ thấm cho từng pha chất lƣu ngƣời ta đƣa ra khái niệm “độ thấm tƣơng đối”, là tỷ số giữa độ thấm hiệu dụng của khí, dầu, nƣớc với độ thấm tuyệt đối. Hình 1.7: Độ thấm của chất lƣu trong đá chứa. Phân loại giá trị độ thấm: 8 Khóa luận tốt nghiệp 1.1.2.3. SVTH: Trần Minh Thiện Độ bão hòa nƣớc: Định nghĩa: độ bão hoà nƣớc là tỷ số phần trăm thể tích lỗ rỗng mà chất đó chiếm so với thể tích độ rỗng toàn phần của đá. Kí hiệu là Sw Trong đó:  Sw : là độ bão hòa nƣớc (%).  Vw : thể tích nƣớc chứa trong lỗ rỗng.  Vp : thể tích lỗ rỗng toàn phần. Độ bão hòa nƣớc còn đƣợc tính theo điện trở suất: công thức Archie cho trƣờng hợp đá sạch: Trong đó:  : là độ rỗng.  Rw : điện trở suất của nƣớc vỉa.  Rt :điện trở suất thật của vỉa.  a : hệ số uốn khúc của lỗ rỗng (hay hệ số thông).  m : hệ số xi măng hóa (hay hệ số kết dính).  n : hệ số bão hòa, có giá trị từ 1,8 – 2,5 nhƣng giá trị thƣờng sử dụng là 2. Các giá trị a, n, m là những thông số hết sức quan trọng và cũng phức tạp trong việc xác định, chúng đƣợc xác định từ mẫu core (mẫu lỗi đất đá), đối với những giếng không có mẫu core thì sẽ lấy từ các giếng lân cận. Độ bão hoà nƣớc là một thông số quan trọng cần xác định trong minh giải tài liệu địa vật lý giếng khoan, vì từ độ bão hoà nƣớc ta có thể xác định đƣợc độ bão hoà của hydrocarbon (SHC) có trong vỉa theo công thức: 9