Khóa luận Phân tích tầng Pliocen dưới theo tài liệu địa vật lý giếng khoan ở thành phố Cà Mau

chống và lớp xi măng (sự hấp thụ lượng tử gamma ở chỗ có xi măng cũng làm cho cường độ bức xạ gamma bị yếu đi).  Mật độ của các lớp đất đá ở thành giếng khoan.  Tốc độ kéo cáp khi đo ghi. Tất cả các yếu tố trên đồng thời ảnh hưởng lên giá trị đo gamma tự nhiên, do đó phải xác định yếu tố nào ảnh hưởng nhất để đưa ra phép hiệu chỉnh tương ứng. Giá trị đo cường độ gamma phụ thuộc trực tiếp vào quá trình suy giảm tia gamma bị hấp thụ trong môi trường nghiên cứu. Sự suy giảm tuân theo hàm mũ: xGR = xeGR .0 Trong đó: GR0 : cường độ bức xạ gamma trước khi xuyên qua đoạn đường x. GRx : cường độ bức xạ gamma sau khi xuyên qua đoạn đường x.  : hệ số hấp thụ (cm-1). Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 27 Bảng 2.2: Hệ số hấp thụ các tia gamma trong các môi trường khác nhau Các giá trị hệ số  trong các môi trường đối với các tia gamma có năng lượng khác nhau dùng để tính toán hiệu chỉnh giá trị suy giảm tia gamma trong dung dịch, đường kính giếng thay đổi trong dung dịch và trong vành xi măng xung quanh giếng khoan. 2.1.2.3. Phạm vi ứng dụng Phương pháp đo gamma tự nhiên trong giếng khoan (GR) được sử dụng để phân chia địa tầng của các lớp trong lát cắt, xác định hàm lượng sét, thành phân thạch học của đất đá… Cường độ phóng xạ càng cao khi hàm lượng sét trong đá càng nhiều nên đường cong GR cho dấu hiệu tốt để phân biệt đá sét (tầng sinh, tầng chắn) và đá chứa ít sét hoặc không chứa sét (tầng thấm chứa dầu khí), phát hiện các vỉa than trong tập đá agilit than. Nhìn chung, các phép đo gamma trong giếng khoan không bị ảnh hưởng bởi độ khoáng hóa và phép đo có thể thực hiện được trong dung dịch gốc dầu. Vì tia gamma có khả năng đâm xuyên cao, thậm chí có thể đi qua thành ống chống bằng thép và có chiều dày 15mm, nên phương pháp GR có thể đo trong các giếng khoan đã có ống chống. Đây là ưu điểm lớn nhất của phương pháp gamma so với các phương pháp ĐVLGK khác. Trong nghiên cứu các giếng khoan thăm dò tìm kiếm các quặng phóng xạ, cường độ bức xạ gamma tự nhiên GR có quan hệ trực tiếp với hàm lượng các quặng Năng lượng tia gamma (MeV) Hệ số hấp thụ µ (cm-1) Nước Đá rắn chắc Sắt thép Chì 0.2 0.137 0.32 1.13 11.8 1.0 0.071 0.15 0.47 0.79 5.0 0.03 0.07 0.25 0.49 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 28 phóng xạ trong các lớp đất đá ở thành giếng khoan. Vì vậy, dựa vào dáng điệu đường cong GR và biên độ dị thường trên đường cong đó ta dễ dàng phát hiện các đới quặng hóa và tính toán hàm lượng các khoáng vật phóng xạ trong đối tượng nghiên cứu. Khi nghiên cứu các mỏ muối, đường cong đo GR được sử dụng để xác định chiều dày các lớp muối và xác định hàm lượng muối KCl trong lớp muối. 2.1.3. Phương pháp phóng xạ nhân tạo Là phương pháp chiếu xạ (bắn phá) các hạt nhân trong môi trường bằng các hạt gia tốc, sự bắn phá các hạt nhân bền vững bằng các hạt gia tốc ( , , ,p d  ) và bằng notron hoặc bằng phát xạ gamma có thể diễn ra các hiện tượng sau:  Phản ứng hạt nhân nhận dạng A(p,q)B hấp thụ. Trong đó A là hạt nhân bị bắn phá bằng hạt p và bị hấp thụ, còn B là hạt nhân tạo thành và phát xạ hạt năng lượng q. Ví dụ: Phản ứng photon – notron: 9Be ( , n) 8Be có năng lượng En = 1,67 MeV  Khuếch tán của các hạt dùng để bắn phá phụ thuộc vào tỷ số khối của hạt nhân/ khối lượng hạt bắn phá và góc tạo bởi giữa hướng ban đầu và sau tương tác. Ví dụ: Khi các nơtron nhanh va chạm với các hạt nhân chúng sẽ bị mất dần năng lượng và chuyển động lệch hướng và chậm dần. Để giảm năng lượng của một nơtron từ 2MeV xuống 0,025MeV thì nơtron cần va chạm với hạt nhân của nguyên tố cacbon 114 lần, hoặc va chạm với hydro 18 lần. Năng lượng càng thấp thì hiện tượng khuếch tán nơtron trong môi trường càng rõ rệt. Ở trạng thái nhiệt (En = 0,025eV) thì nơtron lan tỏa trong môi trường theo định luật khuếch tán. Trong các giếng khoan thăm dò tìm kiếm các khoáng sản khác nhau (dầu, than, quặng, đá quý,…) người ta thường dùng biện pháp chiếu xạ (bắn phá) các lớp đất đá bằng các tia gamma hay chùm hạt nơtron để quan sát và đo vẽ các hiệu ứng do các va chạm của chúng với môi trường nghiên cứu. Vì vậy, ở đây ta chỉ giới hạn xét tương tác của hai phép chiếu xạ nêu trên. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 29 2.1.3.1. Phương pháp Gamma mật độ (Gamma – Gamma) Phương pháp gamma mật độ (GG) là phương pháp phóng xạ nhân tạo nghiên cứu lát cắt lỗ khoan dựa trên nguyên tắc đo trường gamma tán xạ nên còn gọi là phương pháp gamma tán xạ. Khác với phương pháp GR ở chỗ những phương pháp này trực tiếp đo cường độ bức xạ của các tia phóng xạ gamma, còn phương pháp GG đo cường độ bức xạ của tia gamma sau khi tương tác với đất đá. Phương pháp gamma – gamma là chiếu chùm tia gamma vào đất đá để đo tia gamma tán xạ (mất bớt năng lượng) tương tác với môi trường. Trong phương pháp này, người ta dùng thiết bị thả vào lỗ khoan, trong đó có nguồn phát tia gamma và ống thu tia gamma tán xạ. Các tia gamma phát ra từ nguồn sau một quá trình tán xạ trong đất đá sẽ trở lại ống thu và được ghi lại. Tia gamma bức xạ từ nguồn ra, trong quá trình tương tác với đất đá sẽ xảy ra ba hiệu ứng: hiệu ứng quang điện, hiệu ứng Compton và hiệu ứng tạo cặp.  Hiệu ứng quang điện: Trong hiệu ứng này photon lượng tử gamma va chạm không đàn hồi với nguyên tử mà nó gặp phải trên đường đi. Khi va chạm nguyên tử bị giật lùi một chút còn lượng tử gamma truyền toàn bộ năng lượng cho nguyên tử và biến mất, năng lượng ấy làm nguyên tử chuyền sang một trạng thái kích thích và nguyên tử sẽ mất trạng thái kích thích bằng cách phát ra electron quỹ đạo. Hình 2.2. Mô phỏng lượng tử photon va chạm không đàn hồi với nguyên tử Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 30 Phương trình quang điện: T = h -  e (2.1) Trong đó: T: Động năng mới của electron sau khi trở thành quang electron. h : Năng lượng của lượng tử gamma tới.  e: Năng lượng liên kết của electron trước khi trở thành quang electron  Hiệu ứng compton: Là va chạm đàn hồi giữa lượng tử và gamma với một electron bên ngoài cùng của nguyên tử. Lượng tử gamma va chạm với một electron và tương tác tạo ra một electron năng lượng lớn và một photon bị tán xạ. Hình 2.3. Lượng tử photon va cham đàn hồi với nguyên tử  Hiệu ứng tạo cặp: Khi gamma có năng lượng cao (>10MeV) nó có thể tương tác trực tiếp với các hạt nhân nguyên tử, lượng tử gamma bị hấp thụ hoàn toàn và làm bắn ra một cặp hạt tích điện trái dấu electron-pozitron trong trường hạt nhân. Phương pháp carota GG chủ yếu là nghiên cứu sự hấp thụ lượng tử gamma của đất đá trong quá trình tán xạ Compton: các chùm tia gamma từ nguồn phát sẽ chiếu xạ vào môi trường đất đá xung quanh lỗ khoan. Khi đâm xuyên vào đất đá, các tia gamma va chạm với các điện tử của các nguyên tố trong khoáng vật tạo đá. Mỗi lần va chạm, tia gamma mất bớt một phần năng lượng và chuyển động lệch hướng ban đầu, cuối cùng năng lượng của nó giảm dần nhưng chưa thật hết hoàn toàn. Các tia gamma tán xạ được đếm bằng một ống đếm (detector) đặt cách xa nguồn một khoảng nhất định Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 31 (thường là 0,5m), giữa nguồn gamma và ống đếm có đặt màn chắn chì làm cho ống đếm không trực tiếp nhận các lượng tử gamma từ nguồn bắn vào. Số đếm tia gamma của detector sẽ chỉ thị cho mật độ khối của môi trường đất đá xung quanh lỗ khoan (Hình 2.4). Hình 2.4. Sơ đồ biểu diễn bức xạ gamma tán xạ. Bảng 2.3: Tỷ số giữa mật độ electron và mật độ khối của một số nguyên tố Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 32 Theo kết quả ở bảng 2.3 cho thấy, mật độ electron tỷ lệ với mật độ khối. Mật độ khối thấp thì lượng điện tử ít hơn nên tia gamma va chạm ít hơn do đó năng lượng ít bị mất mát và cường độ phóng xạ cao hơn. Như vậy, các lớp đất đá có cùng hàm lượng đồng vị phóng xạ nhưng khác nhau về mật độ khối thì sẽ đặc trưng bằng các cường độ phóng xạ gamma tự nhiên khác nhau và các đá có mật độ thấp sẽ thể hiện cường độ phóng xạ cao hơn. Số liệu đo gamma mật độ có thể sử dụng tính độ rỗng Φ của đất đá. Và giá trị độ rỗng Φ được dùng để xác định yếu tố thành hệ F (tham số độ rỗng) và hệ số thấm K cũng như để phân chia lát cắt lỗ khoan trong tìm kiếm và thăm dò nước dưới đất. 2.1.3.2. Phương pháp carota nơtron Phương pháp carota nơtron là những phương pháp nghiên cứu quá trình tương tác của các hạt nơtron với hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố tạo thành đất đá. Nhóm các phương pháp nơtron gồm có phương pháp mật độ nơtron (còn gọi là phương pháp nơtron – nơtron), phương pháp nơtron – gamma.  Phương pháp nơtron – nơtron: Thực hiện theo nguyên tắc bắn phá môi trường nghiên cứu xung quanh giếng khoan bằng một luồng các nơtron nhanh và đo ghi các nơtron có năng lượng thấp (En<1eV), kịp đi tới detector trước khi có thể bị một số nguyên tố trong môi trường chiếm giữ. Dựa vào mức năng lượng của các nơtron khi detector thu nhận, người ta chia phương pháp này thành hai biến thể :  Phương pháp nơtron- nơtron nhiệt:  Trong biến thể này phép đo ghi các nơtron đã ở trạng thái nơtron nhiệt. Ở trạng thái năng lượng nhiệt, các nơtron có đặc tính ít thay đổi năng lượng và khuếch tán lan tỏa trong môi trường đất đá cho đến khi bị bắt giữ.  Hydro có vai trò chính trong quá trình làm chậm các nơtron nhanh. Do đó, sự thay đổi mật độ các nơtron nhiệt theo khoảng cách từ nguồn đến detector sẽ thể hiện sự Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 33 thay đổi hàm lượng hydro trong môi trường. Ở khoảng gần nguồn, mật độ nơtron nhiệt tỷ lệ với hàm lượng hydro có trong đất đá, còn ở khoảng xa thì ngược lại. Tuy nhiên, mật độ nơtron trong môi trường không chỉ phụ thuộc vào hàm lượng hydro mà còn chịu ảnh hưởng của độ khoáng hóa nước vỉa, vì các muối khoáng thường chứa Clo là nguyên tố có tiết diện bắt giữ nơtron cao, gấp trăm lần hydro. Nhưng nói chung, ở các trường hợp nước vỉa có độ khoáng hóa thấp thì nguyên tố Clo và một số nguyên tố khác lại có vai trò rất thứ yếu trong quá trình làm chậm các nơtron nhanh, nên chúng không ảnh hưởng nhiều đến mật độ nơtron nhiệt.  Phương pháp nơtron – nơtron trên nhiệt:  Các nơtron có năng lượng trong khoảng 0,1 < En < 100eV trong kỹ thuật gọi là những nơtron trên nhiệt.  Phương pháp nơtron trên nhiệt là phương pháp đo mật độ các nơtron trong vùng năng lượng đó ở môi trường nghiên cứu.  Phương pháp này không nhạy với độ khoáng hóa của nước vỉa và dung dịch khoan mà chỉ phụ thuộc vào hàm lượng hydro trong các lớp đất đá ở thành giếng khoan, điều đó cho ta khả năng tính độ rỗng của đá chứa theo kết quả đo nơtron – nơtron trên nhiệt có độ chính xác cao hơn.  Phương pháp nơtron – gamma: Dùng các hạt nơtron bắn phá đất đá ở thành giếng khoan và đo cường độ bức xạ gamma phát xạ từ một số nguyên tố nhất định trong đá do kết quả bắt giữ nơtron nhiệt. Các nơtron nhanh bắn ra từ nguồn va chạm với các hạt nhân trong môi trường và do đó chúng mất dần năng lượng và trở thành nơtron nhiệt. Quá trình làm chậm các nơtron nhanh để biến thành nơtron nhiệt càng mau chóng khi trong môi trường nghiên cứu có nhiều hạt nhân nhẹ. Mật độ các nơtron nhiệt hay cũng là cường độ phóng xạ gamma chiếm giữ phụ thuộc vào hàm lượng nguyên tố hydro trong môi trường nghiên cứu, trong tự nhiên hydro có trong pha lỏng (dầu, nước) và pha khí của đá, các lưu chất này bão hòa lấp Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 34 kín trong lỗ rỗng của đá, do đó cường độ gamma chiếm giữ đo được sẽ có quan hệ chặt chẽ với độ rỗng φ của thành hệ đá chứa. Hàm lượng hydro trong dầu và nước được coi là xấp xỉ bằng nhau, trong khi đó hàm lượng hydro trong pha khí thì ít hơn hẳn, dựa vào thực tế đó người ta có thể phân biệt được chất lưu bão hòa trong đá chứa là dầu, nước hay khí. Thiết bị chủ yếu dùng cho các phương pháp này gồm có:  Nguồn nơtron (thường là hợp chất poloni – berili). Trong ĐVLGK thường dùng các nguồn phát ra nơtron có năng lượng cao như nhóm nơtron nhanh En>10KeV, chúng có thể bị bắt giữ rất dễ dàng khi mức năng lượng chỉ còn khoảng 0,025eV sau quá trình bị làm chập.  Máy chỉ thị mật độ nơtron (đối với phương pháp mật độ nơtron) hoặc là máy chỉ thị cường độ bức xạ gamma thứ sinh xảy ra sau khi có hiện tượng chiếm nơtron (đối với phương pháp nơtron – gamma). Giữa nguồn và máy chỉ thị có đặt màn chắn nhằm ngăn không cho máy chỉ thị chịu bức xạ trực tiếp của nguồn. 2.1.3.3. Phạm vi ứng dụng Ưu điểm: phương pháp phóng xạ có khả năng nghiên cứu ở cả những phần giếng khoan có ống chống, có trám xi măng mà phương pháp điện không nghiên cứu được. Quá trình phóng xạ không chịu ảnh hưởng của sự thay đổi điều kiện vật lý trong quá trình đo không phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ, áp suất…. Nhược điểm: lớn của phương pháp phóng xạ là kết quả đo chịu ảnh hưởng nhiều bởi sự thay đổi liên tục của đường kính giếng khoan. Kết hợp với tài liệu củacác phương pháp carota điện, một ứng dụng quan trọng hàng đầu của các phương pháp carota phóng xạ là việc phân chia cột địa tầng lỗ khoan. Việc phân chia này dựa trên kết quả đo độ phóng xạ tự nhiên (bức xạ gamma) của các lớp đá do hàm lượng nguyên tố phóng xạ trong từng lớp (phương pháp carota gamma), kết quả đo bức xạ gamma tán xạ ở những lớp đá có mật độ khác nhau Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 35 (phương pháp carota gamma – gamma), kết quả đo mật độ nơtron nhiệt và đo cường độ bức xạ gamma do quá trình bắt nơtron nhiệt sinh ra ở các lớp đất đá (phương pháp carota nơtron – nơtron và nơtron – gamma). Sau khi dựng được cột địa tầng của từng lỗ khoan, sử dụng đặc điểm ổn định về độ dày ta có thể liên kết các cột địa tầng ở các lỗ khoan trong vùng lại với nhau, từ đó có thể xây dựng được lát cắt địa vật lý – địa chất trong vùng công tác. 2.2 Các phương pháp điện Trong chương này chúng ta sẽ xét đến các phương pháp nghiên cứu lỗ khoan dựa vào trường điện không đổi. Trong địa vật lý giếng khoan, các phương pháp điện bao gồm rất nhiều phép đo khác nhau nhằm xác định giá trị điện trở suất/độ dẫn điện của đất đá ở thành giếng khoan. Khả năng dẫn dòng trong thành hệ phụ thuộc trực tiếp vào khả năng linh động của các ion trong nước vỉa bão hòa. Những đá chứa sạch, khô là những vật chất không dẫn điện hoặc dẫn điện rất kém và thường có điện trở rất cao. Nếu đá không chứa quặng dẫn điện thì yếu tố dẫn điện duy nhất trong đá là nước trong các lỗ rỗng giữa hạt. Như vậy, điện trở của nước phụ thuộc vào lượng muối khoáng hòa tan trong nó, độ khoáng hóa của nước bão hòa càng cao thì đá càng dẫn điện tốt và điện trở càng thấp, nhiệt độ của môi trường cũng đóng vai trò quan trọng làm thay đổi điện trở của vỉa chứa nước vì nếu nhiệt độ tăng sẽ làm cho hoạt tính của các ion trong nó, độ khoáng hóa của nước bão hòa càng cao thì đá càng dẫn điện tốt và điện trở càng thấp, nhiệt độ của môi trường cũng đóng vai trò quan trọng làm thay đổi điện trở của vỉa chứa nước vì nếu nhiệt độ tăng sẽ làm cho hoạt tính của các ion trong nước tăng, đá có độ rỗng cao và nước trong nó có nồng độ ion cao thì chắc chắn có độ dẫn điện cao và điện trở thấp. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 36 Trong quá trình khoan, dung dịch khoan sẽ xâm nhập vào trong thành hệ qua thành giếng khoan (vì áp suất của cột dung dịch khoan lớn hơn hoặc bằng áp suất của thành hệ) và trên lý thuyết sẽ hình thành ba đới tính từ giếng khoan vào trong thành hệ là: đới thấm nhiễm hoàn toàn, đới chuyển tiếp, và đới nguyên (Hình 2.5). Trong quá trình thấm, nước của dung dịch khoan vào trong vỉa, sét của dung dịch khoan bị giữ lại ở thành giếng khoan tạo thành lớp vỏ sét (mud cake). Hình 2.5 : Sơ đồ mô phỏng quá trình thấm và sự hình thành các đới thấm quanh thành giếng khoan. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 37  Đới thấm hoàn toàn: dung dịch khoan sẽ chiếm toàn bộ phần không gian rỗng trong đới này.  Đới chuyển tiếp: dung dịch khoan cùng với một lượng chất lưu vỉa tồn tại trong không gian rỗng.  Đới nguyên: do dung dịch khoan không thấm sâu vào được, nên chất lưu vỉa chiếm toàn bộ không gian rỗng. Các phương pháp trong nhóm này có đặc điểm chung là qua các điện cực (hoặc ống dây) phát tín hiệu dòng kích thích vào môi trường nghiên cứu rồi dùng các điện cực khác đặt cách điểm phát một khoảng nhất định để thu các tín hiệu tương ứng từ môi trường nghiên cứu. Một hệ gồm các điện cực/ống dây phát và thub tương ứng dùng để đo điện trở suất hay độ dẫn điện của môi trường nghiên cứu được gọi là hệ điện cực (device) hay Zond (tool). Các hệ điện cực đo có chiều sâu nghiên cức khác nhau từ một vài centimét đến vài mét phụ thuộc vào kích thước giữa cực phát và cực thu. Nhờ các phép đo bằng các hệ điện cực có chiều sâu nghiên cứu khác nhau, người ta có thể đánh giá các giá trị điện trở suất của các đới khác nhau xung quanh giếng khoan. 2.2.1 .Phương pháp đo điện trở suất bằng hệ điện cực không hội tụ Nguyên lý: Qua điện cực A phát dòng điện một chiều hoặc tần số thấp cường độ I (A) vào môi trường đồng nhất đẳng hướng vô hạn. Cùng với điện cực phát A trong mạch phát có điện cực B đặt xa vô cùng. Xung quanh mặt đẳng thế điện hình cầu tâm chung A. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 38 Nếu thế ở một điểm cách tâm một khoảng U(r) thì hiệu điện thế giữa hai mặt đẳng thế có gia số bán kính dr: -dU = 24 r I   dr (2.2) Trong đó: I: Cường độ dòng phát (A) R: Điện trở suất của môi trường ( m. ) Lấy tích phân (2.2) theo r ta có: U =   0 24 r drI   = r I   4 (2.3) Và cường độ điện trường E cũng được tính: E = dr dU  = 24 r I   (2.4) Từ các phương trình (2.3) và (2.4) có thể tính được điện trở suất tương ứng như sau:  = 4πr ୙ ୍ (2.5)  = − ସπ୰ మ ୍ ୢ୙ ୢ୰ = 4πrଶ ୉ ୍ (2.6) Hình 2.6. Nguyên lý phép đo điện trở suất Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 39 Muốn thu được điện trở suất, theo biểu thức (2.5), người ta phải dùng thiết bị hai cực, gồm một cực phát dòng và một cực đo thế. Trong carota điện, thiết bị đó gọi là hệ điện cực thế. Còn theo biểu thức (2.6), người ta phải dùng thiết bị ba cực, gồm một cực phát và hai cực đo, trong đó hai cực đo cách nhau một khoảng vô cùng bé để đo cường độ trường điện (gradien thế). Trong carota điện thiết bị như vậy gọi là hệ cực gradien. Vậy dẫn đến có hai cách đo điện trở suất sau: 2.2.1.1. Sơ đồ đo thế - hệ điện cực thế Hệ cực thế là hệ cực mà khoảng cách giữa các cực cùng chức năng (chẳng hạn M và N) lớn hơn nhiều so với khoảng cách giữa các cực khác chức năng (chẳng hạn A và M). Một điện cực thu M đặt gần điện cực phát A, cường độ dòng I trong mạch AB được duy trì cố định. Điện thế U୑ so với điện thế tại N ở xa vô cùng (U୒ = 0) nếu bỏ qua ảnh hưởng của giếng khoan, có thể viết phương trình như sau: UM = AM I   4 (2.7) Trong hệ điện cực thế, AMതതതതത là khoảng cách không đổi từ điện cực phát A đến cực thu M, gọi là chiều dài của hệ điện cực thế hay là Zond thế. Khi cường độ dòng I không đổi, điện thế UM tỷ lệ với điện trở suất  . Hệ số Kp = 4πAMതതതതത gọi là hệ số của hệ điện cực, ta có thể viết:  = Kp ୙౉ ୍ (2.8) Do đó khi đo liên tục sự biến thiên của UM chính là đo biến thiên của  theo trục giếng khoan. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 40 Hình 2.7. Hệ điện cực thế. Nguyên tắc (a); Sơ đồ thực tế (b) Trong thực tế, hệ cực thế được xem là lý tưởng nếu giá trị UM không vượt quá 5% giá trị UN. Ở môi trường đồng nhất điều kiện nay thoả mãn nếu MN ≥ 20AM. Trong sản xuất các hệ điện cực thế, kích thước của cực thu thường dùng với hai kích thước sau: AM = 0m40, tương đương với 16’’, gọi là hệ điện cực thế ngắn. AM = 1m60, tương đương với 64’’, gọi là hệ điện cực thế trung bình. 2.2.1.2. Sơ đồ đo gradien – Hệ điện cực gradient Hệ cực gradien là hệ cực mà khoảng cách giữa các điện cực cùng chức năng bé hơn nhiều so với khoảng cách giữa các điện cực khác chức năng. Trên sơ đồ đo gradien (hình 2.8) hai điện cực M, N được đặt gần điện cực A với khoảng cách xác định (ANതതതത > AMതതതതത). Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 41 Hình 2.8. Hệ điện cực gradien. Sơ đồ nguyên tắc (a); Sơ đồ thực tế (b) Hiệu điện thế ∆U୑୒ giữa hai mặt cầu đẳng thế có chứa các điện cực M, N được tính: Điện thế tại M: U୑ = AMI4 (2.9) Và tại N: U N = AN I   4 (2.10) Từ (2.9) và (2.10) ta có: ∆U୑୒ = U୑ − U୒ = MNAMMNIANAMI .4114    (2.11) Hệ số kG là hệ số của hệ điện cực: kG = MN ANAM.4 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 42  = kG I U MN (2.12) Từ (2.12) ta thấy dòng phát I được duy trì không đổi thì điện trở suất  của môi trường tỷ lệ với hiệu điện thế ∆U୑୒. Trong thực tế để tiết kiệm năng lượng phát dòng và tránh hiện tượng màn chắn trong các lát cắt điện trở cao, người ta đưa cực phát B và điện cực thu N vào trong giếng khoan. Ngoài ra theo nguyên lý tương hỗ trong một hệ điện cực ta có thể đổi vai trò của điện cực phát cho điện cực thu và ngược lại thì giá trị điện trở đo được không thay đổi vì: .4 AM AN MN  = .4 MA NB AB  = kG Chọn điểm O nằm giữa M, N nếu khoảng cách từ M đến N càng gần nhau, MNതതതതത ≪ AMതതതതത và ANതതതത thì AM≈AN≈AO, từ (2.11) ta có thể viết:  = dr dU I AO .4 2 (2.13) Đạo hàm E dr dU  là cường độ điện trường tại O, và Điện trở suất  tỷ lệ với cường độ điện trường E. Khi đó ܣܱതതതത gọi là chiều dài của hệ điện cực gradien, và O cũng là điểm đo của hệ điện cực. Chiều dài của hệ điện cực được chọn khác nhau sao cho có hiệu quả khi đo trong từng đối tượng nghiên cứu cụ thể : than quặng, dầu khí… Ngoài các hệ cực thế và gradient nêu trên, người ta còn sử dụng nhiều hệ cực khác nhằm nâng cao hiệu quả của phương pháp trong các trường hợp cần thiết như:  Hệ cực hội tụ dòng (Laterolog) dùng trong trường hợp vỉa nghiên cứu là những vỉa mỏng có điện trở cao hoặc trường hợp dung dịch mặn.  Hệ cực đo sâu sườn (Dual Laterolog) cho phép đo điện trở với chiều sâu nghiên cứu khác nhau. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 43  Vi hệ cực cổ điển (ML) để nghiên cứu điện trở của lớp vỏ sét (Rmc) và đới rửa (Rxo).  Vi hệ cực hội tụ dòng (MLL) được sử dụng quan trọng trong xác định điện trở của đới rửa.  Vi hệ cực hội tụ cầu (MSFL) cũng để xác định điện trở của đới rửa nhưng tránh được ảnh hưởng của lớp vỏ sét. 2.2.2. Phương pháp đo điện trở suất bằng hệ điện cực có hội tụ dòng Trong thực tế gặp phải nhiều khó khăn như:  Chiều dày h của vỉa nghiên cứu không lớn, xấp xỉ hoặc nhỏ hơn chiều dài của hệ điện cực, lúc đó ảnh hưởng đến các lớp vây quanh lên Ra rất lớn, nên việc vạch ranh giới vỉa sẽ khó khăn.  Điện trở dung dịch quá nhỏ (dung dịch mặn) điện trở suất của các lớp đá trong lát cắt lại quá cao, đường dòng phát qua A không đi vào môi trường nghiễn cứu mà chủ yếu đi trong giếng khoan. Trong những trường hợp này việc đo điện trở suất bằng các hệ điện cực đã nêu trên sẽ kém hiệu quả.Để khắc phục các yếu tố gây ảnh hưởng đến kết quả khảo sát nêu trên, ngoài điện cực phát chính A0, người ta còn dùng các điện cực đường chắn để ép cho dòng phát đi sâu vào môi trường nghiên cứu xung quanh giếng khoan. Khi đó ta sẽ sử dụng các phương pháp đo điện trở / độ dẫn điện của các lớp đất đá trong giếng khoan bằng các phương pháp có hội tụ dòng. So sánh giữa các hệ cực hội tụ dòng và hệ cực thông thường, ta thấy trong trường hợp hệ cực hội tụ dòng, đường dòng tập trung vào vỉa đá cần nghiên cứu chứ không tản mác ra xung quanh, vì vậy điện trở suất mà nó đo được gần với điện trở suất thật hơn nhiều. Chính vì ưu điểm đã nói của các hệ điện cực hội tụ dòng đặc biệt trong các trường hợp cần nghiên cứu vỉa mỏng, phạm vi sử dụng các phương pháp đo điện Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh 44 trở suất biểu kiến bằng các hệ cực hội tụ dòng ngày càng được mở rộng, lấn át các phương pháp đo điện trở suất biểu kiến thông thường. 2.2.3. Ứng dụng của phương pháp điện trở  Liên kết các giếng khoan dựa trên sự giống nhau tương đối về hình dạng đường cong điện trở suất trong cùng một phạm vi, cùng một cấu tạo địa chất.  Phân biệt giữa các vùng chứa dầu và nước.  Chỉ ra các đới thấm.  Xác định độ rỗng.  Xác định độ bão hòa nước (hoặc độ bão hòa hydrocacbon). 2.2.4. Phương pháp thế điện tự phân cực – SP (Spotaneous Potential) Phương pháp thế điện tự phân cực là một trong các phương pháp điện chủ đạo để nghiên cứu lát cắt lỗ khoan. Vào năm 1928, lúc chuẩn bị sơ đồ để đo điện trở suất trong giếng khoan, Schlumberger phát hiện thấy có sự tồn tại một hiệu điện thế giữa điện cực M dịch chuyển dọc trong giếng khoan và điện cực N đặt trên mặt đất khi không có dòng điện phát, điện thế đó thay đổi từ lớp đá này sang lớp đá khác, với giá trị từ một vài đến hà