Bài giảng Địa vật lý giếng khoan - Phần mở đầu

1ðỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN TS. Lê Hải An Bộ mơn ðịa vật lý, Khoa Dầu khí, TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ - ðỊA CHẤT 1. Cơ sở lý thuyết của các phương pháp địa vật lý giếng khoan 2. Minh giải tài liệu địa vật lý giếng khoan Nội dung mơn học 1. ðịa vật lý giếng khoan – PGS. TS Nguyễn Văn Phơn & TS Hồng Quý, 2004 2. Log Interpretation Principles/Applications – Schlumberger, 1989 3. Log Interpretation Charts – Schlumberger, 2000 Tài liệu tham khảo 1. Vai trị của ðịa vật lý giếng khoan (ðVLGK) 2. Lịch sử phát triển của ðVLGK 3. ðo ghi ðVLGK 4. Các tham số vật lý thạch học xác định từ tài liệu ðVLGK 5. Mơi trường xung quanh giếng khoan Phần mở đầu Vai trị của ðịa vật lý giếng khoan 2Vai trị của ðịa vật lý giếng khoan Vai trị của ðịa vật lý giếng khoan Cĩ bao nhiêu hydrocarbon trong các giếng khoan này, ở những khoảng nào ? Các tầng chứa này cĩ liên thơng với nhau khơng? Tầng chứa này kéo dài đến đâu? Sẽ khai thác sản phẩm như thế nào? Xác định cột địa tầng / thành phần và tính chất của thành hệ Mẫu lõi (core): cho thơng tin chính xác nhưng giá thành cao và khơng liên tục sét Thạch học? cát sét ðá vơi ðộ rỗng? ðộ thấm? Chất lưu? Bao nhiêu? ðộ rỗng? ðộ thấm? Chất lưu? Loại sét? Nứt nẻ? Liên tục đến giếng lân cận ? Xác định cột địa tầng / tính chất của thành hệ bằng tổ hợp các phương pháp ðVLGK Xác định thành phần thạch học của thành hệ bằng tổ hợp các phương pháp ðVLGK Cát kết ðá vơi ðơlơmít Sét Xác định cột địa tầng / tính chất của thành hệ bằng tổ hợp các phương pháp ðVLGK 3?????? Dầu ?????? ???????? ?????????? ðối tượng nghiên cứu: tầng chứa (reservoir) Mũ khí Dầu ðá chứa: cát, đá vơi, đơlơmit rỗng và thấm ðá sinh ðá chắn Tầng chứa Mũ khí ðá chắn Ranh giới dầu - khí Ranh giới dầu – nước Dầu Nước Cột địa tầng Xác định các yếu tố của tầng chứa bằng tổ hợp các phương pháp ðVLGK Xác định các yếu tố của tầng chứa bằng tổ hợp các phương pháp ðVLGK Xác định các yếu tố của tầng chứa bằng tổ hợp các phương pháp ðVLGK OWC Xác định các yếu tố của tầng chứa bằng tổ hợp các phương pháp ðVLGK GOC 4Lịch sử phát triển của ðVLGK Lịch sử phát triển của ðVLGK • ðường cong ðVLGK đầu tiên (9/1927) do Henri Doll tiến hành: đo điện trở suất biểu kiến của thành hệ tại một giếng khoan dầu khí ở Pechelbronn, Pháp. Lịch sử phát triển của ðVLGK • ðến 1927: thời kỳ phát triển quan niệm • 1927 - 1949: thời kỳ được chấp nhận • 1949 - 1985: thời kỳ vàng • Sau 1985: thời kỳ phát minh lại Lịch sử phát triển của ðVLGK • 1869 First temperature log Lord Kelvin • 1883 Single electrode resistivity log patented by Fred Brown • 1912 First surface resistivity survey (Conrad Schlumberger) • 1927 First multi-electrode electrical survey in a wellbore (in France) ðến 1927 Lịch sử phát triển của ðVLGK • 1929 First electrical survey in California (also Venezuela, Russia, India) • 1931 First SP log, first sidewall core gun • 1932 First deviation survey, first bullet perforator • 1933 First commercial temperature log • 1936 First SP dipmeter • 1937 First electrical log in Canada (for gold in Ontario) • 1938 First gamma ray log, first neutron log • 1939 First electrical log in Alberta • 1941 Archie's Laws published, first caliper log • 1945 First commercial neutron log • 1947 First resistivity dipmeter, first induction log described • 1948 First microlog, first shaped charge perforator • 1948 Rw from SP published 1927-1949 Lịch sử phát triển của ðVLGK • 1949 First laterolog • 1952 First microlaterolog • 1954 Added caliper to microlog • 1956 First commercial induction log, nuclear magnetic log described • 1957 First sonic log, first density log • 1960 First sidewall neutron log (scaled in porosity units) • 1960 First thermal decay time log • 1961 First digitized dipmeter log • 1962 First compensated density log (scaled in density/porosity units) • 1962 First computer aided log analysis, first logarithmic resistivity scale • 1963 First transmission of log images by telecopier (predecessor to FAX) • 1964 First measurement while drilling logs described • 1965 First commercial digital recording of log data • 1966 First compensated neutron log • 1969 First experimental PE curve on density log • 1971 First extraterrestrial temperature log Apollo 15 • 1976 First desktop computer aided log analysis system LOG/MATE • 1977 First computerized logging truck • 1982 First use of email to transmit data via ARPaNet (predecessor to Internet) • 1983 First transmission of log data by satellite from wellsite to computer center • 1985 First resistivity microscanner 1949-1985 5Lịch sử phát triển của ðVLGK Sau 1985 Phát minh các thiết bị đo ghi cĩ độ phân giải cao Lịch sử phát triển của ðVLGK Sau 1985 Phát minh các thiết bị đo ghi cĩ độ phân giải cao Lịch sử phát triển của ðVLGK Sau 1985 Phát triển các phần mềm phân tích tổng hợp tài liệu ðVLGK: Schlumberger Geoquest QLA, IP, Geoframe PetroViewPlus, ELANPlus Landmark Stratwork Lịch sử phát triển của ðVLGK Sau 1985 Phát triển các phần mềm phân tích tổng hợp tài liệu ðVLGK: Schlumberger Geoquest QLA, IP, Geoframe PetroViewPlus, ELANPlus Landmark PetroWork ðo ghi ðịa vật lý giếng khoan ðo ghi ðịa vật lý giếng khoan 6ðo ghi ðịa vật lý giếng khoan Một hệ thống đo ghi hồn chỉnh vừa phát vừa đo bao gồm: • Máy giếng (tools) • Cáp truyền chuyên dụng (cables) • Trạm đo (station) ðo ghi theo kiểu “comes up logging”: thả thiết bị xuống đáy giếng rồi đo ghi trong quá trình kéo lên Tín hiệu thu được ghi vào phim (ghi ảnh – analog), ngày nay được ghi số trực tiếp vào máy tính (digital) ðo ghi ðVLGK ngay sau khi dừng khoan (kéo cần khoan ra khỏi giếng) trước khi chống ống ðo ghi ðịa vật lý giếng khoan Log runs Ngày khoan C h i ề u s â u k h o a n Tời Cáp Máy giếng Máy giếng (tools) Máy giếng (tools) Các máy giếng cĩ thể tích hợp (ghép nối) với nhau để một lần kéo thả (log run) cĩ thể đo ghi được nhiều tham số khác nhau 7Biểu diễn kết quả đo ghi ðVLGK Chiều sâu: Thơng thường theo tỉ lệ 1:240 hoặc 1:600 Cũng cĩ thể theo tỉ lệ 1:1200, 1:120, 1:48, 1:5. Giá trị đo ghi: ðược biểu diễn trên lưới chuẩn (log grids) hoặc theo tỉ lệ tuyến tính, hoặc theo tỉ lệ logarit Chiều sâu nghiên cứu và độ phân giải của các thiết bị ðVLGK Máy giếng (logging tools) Chiều sâu nghiên cứu ð ộ p h â n g i ả i t h e o c h i ề u d ọ c Các tham số vật lý thạch học xác định từ ðVLGK Các tham số vật lý thạch học của đá chứa 8Các tham số vật lý thạch học của đá chứa 1. ðộ sét (V sh ) 2. ðộ rỗng (Φ) 3. ðộ thấm (K) 4. ðộ bão hịa (S w , S o , S g ) ðộ sét (Vsh) Các loại sét khác nhau (phân lớp, phân tán, cấu trúc) ðộ rỗng (Φ) V Vp =Φ ðộ rỗng (Φ) Phụ thuộc kích thước hạt (grain size) Phụ thuộc cách sắp xếp hạt (packing) ðộ rỗng (Φ) • ðộ rỗng hở • ðộ rỗng tiềm năng • ðộ rỗng hiệu dụng • ðộ rỗng tồn phần (ðộ rỗng nguyên sinh, ðộ rỗng thứ sinh) ðộ thấm (K) p h SKQ ∆= µ K - độ thấm Q - lưu lượng µ - độ nhớt S - tiết diện h - chiều dài p – áp suất 9ðộ thấm (K) 2 3 22 )1( 1 e e grs SF K Φ− Φ = τ K - độ thấm (mm 2 ) F s - yếu tố hình dạng t - độ uốn khúc S gr - diện tích bề mặt trên một đơn vị thể tích hạt F e - độ rỗng ðộ rỗng – ðộ thấm © Schlumberger ðộ bão hịa (S w , S o , S g ) Xương đá (matrix) Dầu Nước 0 1 01 Sw ðộ rỗng ðộ bão hịa (S w , S o , S g ) Hydrocarbon Nước Xương đá ðộ bão hịa (S w , S o , S g ) w nS = aφ m Rw Rt Φ = w w VS Φ = o o VS Φ = g g V S 1=++ gow SSS ðộ bão hịa (S w , S o , S g ) 10 Mơi trường xung quanh giếng khoan Mơi trường xung quanh giếng khoan Dung dịch khoan bao gồm sét bentonite, chất phụ gia (barite) được pha trộn vớt chất lưu (dầu hoặc nước) Trong giếng khoan: áp suất của cột dung dịch gây nên là áp suất thủy tĩnh, tỉ lệ thuận với mật độ của dung dịch khoan và chiều cao của cột dung dịch: P ~ H.ρ ðể ngăn chặn hiện tượng phun dung dịch, phải thay đổi mật độ dung dịch sao cho áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch lớn hơn với áp suất vỉa Sự chênh áp này gây nên hiện tượng ngấm (xâm nhập) của dung dịch khoan vào thành hệ cĩ độ rỗng và độ thấm, tạo nên một mơi trường phức tạp xung quanh thành giếng khoan, ảnh hưởng lên kết quả của các phép đo ðVLGK Mơi trường xung quanh giếng khoan Khi khoan qua thành hệ cĩ độ rỗng cao, thành hệ cĩ tác dụng như là một màng lọc phân tách dung dịch khoan thành 2 phần: phần chất rắn và phần chất lỏng Filtrate dung dịch khoan (phần chất lỏng) ngấm vào thành hệ, cịn phần chất rắn bị chặn lại tạo thành lớp vỏ sét xung quanh thành giếng khoan Quá trình ngấm của filtrate dung dịch khoan vào thành hệ theo phương bán kính giếng khoan phân chia thành hệ xung quanh thành giếng khoan thành các đới khác nhau: đới ngấm (đới rửa + đới chuyển tiếp) và đới nguyên Mơi trường xung quanh giếng khoan Mơi trường xung quanh giếng khoan đới chuyển tiếp đới rửa đới nguyên vỏ bùn Mơi trường xung quanh giếng khoan Quá trình xâm nhập của filtrate dung dịch khoan vào thành hệ (invasion process) ðường kính đới ngấm phụ thuộc vào độ rỗng, độ thấm cũng như thành phần thạch học của thành hệ 11 Mơi trường xung quanh giếng khoan • ðới ngấm – ðới rửa: filtrate dung dịch khoan thay thế hồn tồn nước vỉa – ðới chuyển tiếp:filtrate dung dịch khoan lẫn với nước vỉa • ðới nguyên khơng bị ảnh hưởng của filtrate dung dịch khoan: – Nước vỉa – Dầu – Khí Mơi trường xung quanh giếng khoan • Khi R w <R mf Mơi trường xung quanh giếng khoan • Khi R w >R mf Mơi trường xung quanh giếng khoan • Xuất hiện đới vành khuyên ngay sau đới chuyển tiếp • Bản chất là do hydrocarbon chuyển dịch nhanh hơn nước vỉa nên tạo ra một đới cĩ độ bão hịa nước vỉa cao ở giữa đới rửa và đới nguyên làm giảm đột ngột điện trở suất Thực tế là annulus profile Các đường cong đo ghi điện trở cĩ chiều sâu nghiên cứu khác nhau cho các giá trị điện trở suất biểu kiến khác nhau Quá trình xâm nhập của dung dịch khoan © Schlumberger 12 Acknowledgments Schlumberger Baker Atlas Halliburton