Khóa luận Ứng dụng các phương pháp địa vật lý giếng khoan để phân vỉa, đánh giá độ rỗng, độ bão hoà chất lưu cho giếng RB-XX – mỏ Ruby

Từ số liệu ghi số có thể hiển thị ra các đường ghi tương tự theo tỷ lệ bất kỳ. Các số liệu đo ghi số dễ biến đổi và gọn nhẹ, bền vững trong việc lưu giữ bảo quản. 5. Truyền tải số liệu: Các băng kết quả do ghi địa vật lý giếng khoan phải được nhanh chóng xử lý để có kết quả sớm nhất. Vì vậy, một mặt các số liệu đo được xử lý nhanh tại trạm (nếu đủ các phân mềm xử lý nhanh), mặt khác các số liệu này phải được chuyển ngay về trung tâm tính toán hay văn phòng công ty, ở đó có đủ các thiết bị máy tính và chương trình phần mềm xử lý mạnh, có khả năng cho kết quả đầy đủ, chính xác nhất. Các số liệu băng ghi có thể gửi về trung tâm bằng email qua hệ thống thông tin viễn thông. Chương 4 Các phương pháp điện từ trường nghiên cứu giếng khoan 1. Phương pháp đo điện trở đất đá dưới tác dụng nguồn điện nhân tạo: Trong tất cả các công cụ đo log, các thiết bị đo điện trở là những kiểu mẫu đầu tiên được sử dụng. Chúng được Conrad Schlumberger áp dụng lần đầu ở công ty của ông vào năm 1919. 1.1. Cơ sở lý thuyết: Phương pháp đo điện trở đất đá dưới tác dụng nguồn điện nhân tạo là phương pháp sử dụng nguồn điện phóng vào trong thành giếng khoan để đo điện trở suất riêng của đất đá thành giếng khoan. Đường log điện trở là thước đo điện trở đất đá xung quanh lỗ khoan, tức trở kháng chống lại sự truyền qua của dòng điện. Hầu hết các vật chất tạo đá gần như cách điện, trong khi các chất lưu bên trong lại dẫn điện. Hydrocarbon, là ngoại lệ về tính chất dẫn điện của chất lưu, ngược lại, dẫn điện rất kém. Khi một thành tạo đá có độ rỗng và chứa nước khoáng hóa thì điện trở chung sẽ thấp. Cũng với thành tạo đó, nhưng chứa hydrocarbon thì điện trở chung sẽ rất cao. Chính đặc điểm này được ứng dụng vào đường log điện trở: với giá trị điện trở cao có thể nhận định về một thành tạo có độ rỗng chứa hydrocarbon. 1.1.1. Nguyên lý bố trí điện cực: Thiết bị đo điện nhân tạo đơn giản được cấu tạo từ 4 điện cực A, B, M, N, điện cực B nằm trên mặt đất, A, M, N nằm ở thiết bị đo được thả theo giếng (hình 4.1). Điện cực A, B để phóng ra nguồn điện. M, N để đo hiệu điện thế giữa hai điểm của giếng khoan ở thời điểm dòng điện đi qua. Khi di chuyển máy đo dọc theo thành giếng khoan thì hiệu điện thế được ghi bởi M, N sẽ thay đổi phụ thuộc vào điện trở suất của đất đá xung quanh. Ta có : (4.1) R - Điện trở suất của đất đá. ∆U - Hiệu điện thế giữa hai cực M, N. I - Cường độ dòng điện đi qua. K - Hệ số đặc trưng của máy (phụ thuộc vào khoảng cách M, N) 1.1.2. Các dạng bố trí điện cực: Các điện cực được sắp xếp theo những qui luật nhất định và mỗi cách sắp xếp có tên gọi khác nhau, các điện cực này còn được gọi là zond (sonde). Điện cực thế hay zond thế (Normal): Là điện cực mà khoảng cách giữa hai cặp điện cực cùng loại A, B hoặc M, N lớn hơn khoảng cách từ một trong hai điện cực đó đến điện cực không cùng cặp gần nhất. Điện cực gradient hay zond gradient (Lateral): Là điện cực mà khoảng cách giữa một cặp điện cực cùng loại nhỏ hơn khoảng cách từ một trong hai điện cực cùng loại đến điện cực khác gần nhất. Trong zond thế khoảng cách AM được gọi là độ dài của zond. Điểm ghi là điểm giữa của AM. Trong zond gradient, độ dài của zond là AO, O là điểm giữa của các cặp điện cực cùng loại gần nhất. 1.2. Các phương pháp đo điện nhân tạo: 1.2.1. Thiết bị đo điện trở thường và đo sườn: Cho đến năm 1950, tất cả các log điện trở đều được tiến hành với các hệ thống các điện cực đơn giản: Short Normal (SN) và Long Normal (LN). Việc đo đạc phụ thuộc khoảng cách giữa cực phát A và cực thu M. Thông thường, khoảng cách này càng lớn thì độ sâu nghiên cứu càng lớn. Trong thực tế, giá trị điện trở được đo tại điểm giữa hai điện cực A và M. Khoảng cách giữa các điện cực tương ứng với SN và LN là 16’’ và 64’’(~0.4m, 1.6m). Thiết bị thường cho kết quả đối xứng. Tuy nhiên, đối với những lớp cách điện có bề dày nhỏ hơn khoảng cách AM, nó sẽ cho tín hiệu như là lớp dẫn điện. Trường hợp của thiết bị đo sườn (Lateral log) khoảng cách AO (O là điểm giữa hai cực thu M,N) là 18’8’’ (~5.7m). Nó cũng cho tín hiệu đối xứng nhưng hình dạng biến chuyển nhiều hơn. Với những lớp mỏng, nó sẽ cho tín hiệu nhỏ hơn ngưỡng điện trở thông thường, gọi là khoảng mù. Những thiết bị đo log thường này thực chất là khó giải đoán và đòi hỏi nhiều bảng hiệu chỉnh đi kèm. Mặt khác, chúng bị ảnh hưởng mạnh của đới chuyển tiếp. Thêm vào đó các đường dòng thường khó kiểm soát, chúng có xu hướng chạy dọc thành giếng trong bùn khoan, thường có điện trở thấp. Do vậy, chúng dần bị thay thế bằng các thiết bị đo định hướng trong những thập niên 1950. 1.2.2. Thiết bị đo điện trở có điều chỉnh (Lateral): Nhằm cải thiện độ nhạy của thiết bị đo điện trở và kiểm soát đường dòng, các điện cực định hướng được thêm vào. Chúng làm độ phân giải dọc giếng khoan tăng nhiều lên, và như vây cho phép xác định rõ hơn ranh giới vỉa và cho giá trị điện trở Rt chính xác hơn. Hai hệ thống được dùng chung: bộ phận điện cực chắn và phần thiết bị đo sườn. Ngày nay, đo sườn là một thiết bị chuẩn công nghiệp đang được ưa dùng trong số các thiết bị đo điện trở. 1.2.2.1. Đo sườn định hướng đôi (Dual-laterolog): Thiết bị đo sườn định hướng đôi là sự kết hợp của một thiết bị đo định hướng sâu (LLd) và một thiết bị đo nông (LLs), hai giá trị điện trở được đo đồng thời. LLd nhắm đến giá trị điện trở của đới nguyên, còn LLs phản ánh giá trị điện trở của đới ngấm. Hệ thống đo suờn gồm một dãy các điện cực để định hướng và phóng dòng điện chạy hướng vào các thành tạo đá quanh lỗ khoan, dạng như một dải dòng. Với thiết bị đo sâu sườn, phần định hướng được thực hiện bởi hai điện cực tăng thế (điện cực màn) phóng ra dòng điện có cùng cực tính với cực phát, nằm trên và dưới cực phát. Các cực này ngăn không cho dòng phát ra chạy dọc thành giếng khoan – đường truyền có điện trở thấp. Thiết bị đo sườn định hướng đôi DLL bao gồm 9 điện cực (hình 4.5) làm việc theo hai chế độ luân phiên nhau để có 2 số đo phản ánh các vùng nghiên cứu nông và sâu hơn. Theo sơ đồ, ở chế độ làm việc thứ nhất, các điện cực A2A1A1’ và A2’ cùng đóng vai trò các điện cực màn, nghĩa là có cùng cực tính với A0 thì dòng I0 có thể đi theo đường dòng song song trong đĩa dầy OO’, là các điểm giữa của các cặp điện cực kiểm tra M1M2 và M1’M2’. Chiều sâu thấm dòng ở chế độ làm việc này rất lớn và gọi là laterolog sâu (LLd). Chế độ làm việc thứ hai, các điện cực A2 và A2’ đổi cực tính thành điện cực thu hút dòng từ A1 và A1’ (thay cho điện cực B ở xa vô cùng). Khi đó đường dòng I0 sẽ chỉ có khả năng xuyên nông mà thôi (hình 4.5, bên phải), lúc này gọi là laterolog nông( LLs). Độ sâu nghiên cứu phụ thuộc vào mức độ định hướng, do đó, thiết bị LLd được thiết kế để có độ định hướng mạnh hơn để nghiên cứu ở đới sâu hơn. 1.2.2.2. Đo đo sườn định hướng 7 điện cực (Laterolog-7; LL7): Hệ điện cực LL7 là tập hợp của 7 điện cực điểm (hình 4.6). Dòng phát I0 qua điện cực trung tâm A0 được giữ cố định. Một dòng phát từ cặp điện cực màn (A1 và A1’), I1 được điều chỉnh tự động thay đổi sao cho hiệu điện thế giữa các cặp điện cực M1M2 và M1’M2’ đối xứng qua A0 bằng nhau và bằng không. (4.2) Các mặt đẳng thế xung quanh 3 điện cực phát A1A0A1’ càng ra xa càng có dạng bầu dục, và với điều kiện (4.2) thì đường dòng phát từ A0 đi vào môi trường nghiên cứu như một đĩa có chiều dày OO’ đặt vuông góc với giếng khoan. Điện thế UM so với điện cực N đặt ở xa vô cùng được ghi lại bằng thiết bị đo trên trạm ở mặt đất. Vì I0 = const nên UM tỷ lệ với điện trở suất của phần đất đá có dòng I0 đi qua. (4.3) Trong đó KL là hệ số của hệ điện cực laterolog-7; nó có thể được xác định trên mô hình thực nghiệm hoặc tính toán theo trường của nguồn điểm (V.N. Daxnov - 1967). Hệ điện cực laterolog-7 thích hợp khi đo trong lát cắt có điện trở cao. Khả năng hội tụ dòng I0 của các hệ cực laterolog được đánh giá bằng một tham số n có tên gọi là hệ số hội tụ. Hệ số hội tụ n của một hệ cực laterolog bằng tỷ số chiều dài toàn phần A1A1’ chia cho chiều dài cơ sở OO’ của nó. (4.4) Giá trị n càng lớn thì khả năng hội tụ dòng I0 của hệ cực càng mạnh. Hình 4.7 thể hiện khả năng hội tụ dòng phụ thuộc vào kích thước A1A1’ và OO’ của hệ cực. 1.2.2.3. Đo sườn định hướng 3 điện cực (Laterolog-3; LL3): Bao gồm 3 điện cực hình trụ dài A0, A1 và A1’, A0 là điện cực trung tâm, hai điện cực A1 và A1’ đối xứng qua A0. Điện cực A0 có dạng trụ đặt ở giữa, các điện cực màn A1 và A1’ cũng có dạng trụ dài đặt đối xứng qua A0. Khác với trường hợp LL7 , trong hệ cực LL3 các điện cực màn A1 và A1’ được nối với nhau và phát dòng I1 = const nhờ phối hợp trở kháng ở sơ đồ bên trong. Dòng I0 phát qua A0 thay đổi sao cho điều kiện (4.2) được thoả mãn, nghĩa là thế điện của A0 và các điện cực màn bằng nhau. Tập hợp các điện cực A1 – A0 – A1’, sẽ có cùng mặt đẳng thế nên dòng I0 chỉ có thể đi vuông góc với trục giếng khoan (hình 4.8) tạo thành một đĩa có chiều dày OO’. Phép đo thực hiện đo giá trị I0. Đại lượng này tỷ lệ với độ dẫn C của thành hệ trong đĩa OO’: hoặc (4.5) Điểm đo của hệ cực LL3 cũng như mọi hệ cực laterolog khác, đều tính cho điểm A0. Thiết bị đo laterolog-3 thường được sử dụng có kết quả tốt khi đo trong các lát cắt địa chất có điện trở thấp. 1.2.2.4. Đo định hướng dạng cầu SFL (Spherically Focused Log): Đây là hệ cực đo điện trở ở vùng gần thành giếng bằng phép định hướng dòng phát thành dạng cầu (hình 4.9). Hệ gồm có điện cực phát trung tâm A0 và 4 cặp điện cực đặt đối xứng qua A0 là M0 - M0’, A1 – A1’, M1 – M1’, M2 – M2’. Dòng I0 thay đổi sao cho M1 – M1’ và M2 – M2’ có cùng điện thế. Dòng hội tụ Ia đi từ A0 đến cặp A1 và A1’ giữ cho điện thế giữa M0 – M0’ và M1 – M1’ là không đổi và bằng điện thế định cỡ Vref. Đường dòng Ia trên hình 4.9 là đường liền nét có tác dụng cho phần dòng I0 (đường không liền nét) hướng thấm vào thành giếng. Các mặt đẳng thế B và C sẽ có dạng cầu. Hiệu điện thế giữa hai mặt cầu BC được duy trì không đổi và bằng thế điện định cỡ Vref. Khi đó cường độ dòng I0 tỷ lệ nghịch với điện trở suất của phần môi trường bao bởi 2 mặt đẳng thế B và C, và hầu như tín hiệu đó chỉ còn phản ánh phần thể tích ấy mà thôi. Nếu dịch chuyển các cặp điện cực M1 – M1’ và M2 – M2’ gần điện cực A0 hơn thì mặt C sẽ co lại và chiều sâu nghiên cứu của thiết bị đo sẽ giảm, ảnh hưởng của đường kính giếng lại tăng lên. Thiết bị đo SFL chủ yếu dùng để đo điện trở suất đới rửa RXO, chiều sâu nghiên cứu của hệ cực này phụ thuộc vào kích thước OO’ là khoảng cách tính từ điểm giữa M2 – M1, đến điểm giữa M1’ – M2’. Với kích thước OO' = 30” thì 80% tín hiệu đo sẽ phản ảnh vùng cận giếng tới chiều sâu 40”, tính từ trục giếng khoan. 1.2.3. Thiết bị đo vi điện cực: Thiết bị đo vi điện cực được thiết kế như một thiết bị đệm dùng để đo điện trở phần sát thành giếng khoan, trong đới ngấm hoàn toàn. Do vùng nghiên cứu hẹp nên sự phản hồi của thiết bị có thể bị ảnh hưởng bởi lớp bùn kết quá dày. Đã có ba kiểu thiết bị đo vi điện cực khác nhau được thiết kế, nhưng hiện tại thiết bị đo vi điện cực định hướng dạng cầu (MSFL) đang được ứng dụng rộng rãi nhất để nghiên cứu trong đới này. 1.2.3.1. Đo vi điện cực đinh hướng MLL (Microlateralog): Thiết bị đo điện trở bằng vi điện cực định hướng MLL có kích thước nhỏ, gắn trên tấm cao su tẩm dầu cách điện. Khi đo các điện cực được áp vào thành giếng để tránh ảnh hưởng của giếng khoan. Các điện cực trong hệ MLL: chỉ riêng A0 là điện cực hình điểm, các điện cực còn lại M0, M1 và A1 là những vòng tròn lấy A0 làm tâm chung (hình 4.10). Dòng I0 được phát qua A0 có cường độ không đổi (I0 = const). Cũng giống như trường hợp LL7, ở đây dòng I, phát qua A1 thay đổi để sao cho hiệu điện thế giữa M1 và M2 luôn luôn bằng không. Khi điều kiện này thoả mãn thì dòng I0 tập trung đi thẳng vào đất đá ở thành giếng, vì I0 = const nên điện thế U0 của M1 (hoặc M2 ) so với N ở xa vô cùng sẽ tỷ lệ với điện trở suất của phần môi trường mà I0 đi qua. Điểm đo của MLL được tính cho điểm A0, kích thước (spacing) của vi hệ điện cực định hướng lấy bằng đường kính trung bình giữa M1M2 . Độ phân giải theo chiều thẳng đứng khoảng 1,7”, còn chiều sâu nghiên cứu từ 1” đến 2”. Do có chiều sâu nghiên cứu không lớn nên giá trị đo Ra bằng MLL chịu ảnh hưởng mạnh của lớp vỏ sét. Sau khi hiệu chỉnh ảnh hưởng của vỏ sét, từ giá trị điện trở RMLLcor ta có thể tính điện trở suất RXO của đới rửa. Khi đới ngấm sâu hơn 3-5 cm thì dường như đới nguyên không ảnh hưởng tới RMLL. Đới ngấm quá nhỏ, chiều dày vỏ sét không đáng kể, thì giá trị đo RMLL sẽ ở khoảng xác định giữa RXO và Rt. Trong trường hợp đó ta có thể tính R bằng cách tích hợp các phép đo điện trở bằng các thiết bị có chiều sâu nghiên cứu khác nhau và dùng các bản chuẩn chuyên dụng. 1.2.3.2. Đo điện cực và vi điện cực khoảng gần PL & PML (Proximity Log or Proximity Mini Log): Phép đo khoảng gần sử dụng một vi hệ cực có cấu hình như hình 4.11 gắn trên một tấm cao su cách điện. Các điện cực có dạng hình vuông. Trong cùng là điện cực phát, ngoài cùng là điện cực chặn. ở giữa hai điện cực phát và chặn là điện cực kiểm tra. Nguyên tắc làm việc của hệ điện cực đo khoảng gần giống như Laterolog-3, nghĩa là trên cực chặn phát dòng không đổi, dòng I0 đi qua điện cực phát trung tâm thay đổi sao cho điện thế của điện cực kiểm tra bằng không. Cường độ dòng I0 lúc đó tỷ lệ với độ dẫn C của phần môi trờng mà nó đi qua. Cũng tương tự như MLL, hệ điện cực PL cũng chịu ảnh hưởng trực tiếp của lớp vỏ sét nên cần phải hiệu chỉnh để loại bỏ. Phép tính hiệu chỉnh ảnh hưởng vỏ sét nhờ một bản chuẩn tương tự như đối với MLL. Phép đo PL chịu ảnh hưởng đới ngấm nhiều hơn MLL. Nhưng mặt khác, nó có khả năng định hướng mạnh hơn và đọc được giá trị cùa đới sâu hơn so với MLL. Giá trị đo RPL được chấp nhận với một lớp bùn kết dày trong khoảng 0.7 inches. Chỉ trong trường hợp đới ngấm sâu (>10”) thì đới nguyên không góp phần vào số đo RPL, còn nói chung Rt có một phần ảnh hưởng tới kết quả đo PL. Việc tính RXO từ RPL cần có các số đo khác (LLd, LLs) để ấn định đường kính đới ngấm d và Rt. 1.2.3.3. Đo vi điện cực định hướng dạng cầu MSFL (Micro-spherically Focused Log): Phương pháp MSFL được thay thế cho ML và MLL từ khi được kết hợp đo một lượt với các thiết bị khác như DLL. Hệ vi địên cực định hướng dạng cầu thường được lắp đặt trên một tấm cao su (hình 4.12 và 4.13) gắn trên càng của một thiết bị kết hợp đo đường kính và các Zond đo vi điện cực khác. Hệ vi điện cực định hướng dạng cầu MSFL có hai ưu điểm: a) ít nhạy cảm với lớp vỏ sét hơn so với MLL và có số đo phản ảnh nông hơn PL; b) Nó có thể kết hợp đo cùng lúc với DLL trong khi MLL hay PL phải tiến hành riêng biệt. Thiết bị đo bao gồm điện cực trung tâm A0, điện cực phát A1, điện cực ghi M0 và hai điện cực điều chỉnh điện thế (Monitor electrodes). MSFL ít bị ảnh hưởng bởi chiều dày của lớp bùn sét hơn MLL vì vậy nó có thể đo chính xác giá trị điện trở của đới ngấm hoàn toàn RXO trong cả điều kiện vỉa có độ thấm kém. Trong trường hợp lớp bùn sét có bề dày lớn hơn 1/2in, giá trị điện trở MSFL cần phải hiệu chỉnh thông qua hai thông số là chiều dày (dmc) và điện trở của lớp bùn sét Rmc. 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hình dáng của đường cong đo điện trở trong giếng khoan: Điện trở suất biểu kiến đo được trong giếng khoan phụ thuộc phức tạp vào các yếu tố: loại và chiều dài của hệ điện cực đo, đường kính giếng, chiều sâu đới ngấm, điện trở suất và chiều dày của các lớp đất đá trong lát cắt... 2. Phương pháp đo điện thế phân cực tự nhiên trong giếng khoan SP (Spontaneous potential): Thế điện phân cực tự nhiên là kết quả của các quá trình hoá lý xảy ra khi dung dịch khoan tiếp xúc với đất đá và chất lưu bão hoà trong vỉa nghiên cứu và các lớp đá vây quanh có thành phần thạch học khác nhau. Lần đầu tiên, 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 trong giếng khoan và điện cực N đặt trên mặt đất khi không có dòng điện phát. Điện thế đó thay đổi từ lớp đất đá này sang lớp đất đá khác, với giá trị từ một vài đến hàng trăm millivolt. Điện thế đó có tên gọi là điện thế tự phân cực. Phương pháp đo thế điện này gọi là phương pháp thế điện tự phân cực - SP. Trường điện tự phân cực trong giếng khoan đã được rất nhiều nhà nghiên cứu phân tích chi tiết: Doll (1949), Willie (1949), Daxnov (1950), Gondouin (1958), Hill và Anderson (1959), v.v.. Theo sự phân tích của các tác giả, thế điện tự phân cực trong giếng khoan được tạo thành do các quá trình lý hóa sau: -Quá trình khuếch tán muối từ nước vỉa đến dung dịch giếng và ngược lại. -Quá trình hút các ion ở trên bề mặt của các tinh thể đất đá. -Quá trình thấm từ dung dịch giếng vào đất đá và nước vỉa vào giếng khoan. -Phản ứng ôxy hoá khử diễn ra trong đất đá và trên bề mặt tiếp xúc giữa đá với dung dịch giếng khoan. Khả năng của đất đá phân cực dưới tác dụng của quá trình lý hoá nói trên được gọi là hoạt tính điện hóa tự nhiên. Trong 4 quá trình trên, quá trình khuếch tán và hút ion đóng vai trò chính trong việc tạo ra trường điện tự nhiên trong đất đá. 2.1. Quá trình khuếch tán (distribution) và hút ion: Các phân tử muối khoáng hoà tan trong nước sẽ phân ly thành các ion. Trên bề mặt tiếp xúc giữa hai dung dịch điện phân có nồng độ C1 và C2 (C1 ≠ C2 ) được ngăn cách bởi một màng bán thấm (ví dụ: sét), các ion ở phía có nồng độ khoáng hoá cao sẽ dịch chuyển sang phía có nồng độ thấp hơn. Sự dịch chuyển này tạo ra thế điện động lực. Gọi: Sawater là độ khoáng hóa của nước vỉa Safluid là độ khoáng hóa của dung dịch giếng khoan Do khác nhau về độ khoáng hóa và thành phần hóa học sẽ tạo ra sức điện động khuếch tán được xác định bởi công thức: (4.6) KD - Hệ số sức điện động khuếch tán, là hàm số phụ thuộc vào nhiệt độ, thành phần hoá học, hoá trị và nồng độ dung dịch. Nếu các điều kiện sau cùng đã xác định, khi đó KD chỉ còn phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. Đối với nước vỉa và dung dịch giếng khoan có thành phần muối đơn giản (NaCl) ta có công thức: (4.7) Giả sử ở nhiệt độ 18oC, dung dịch NaCl ta có : (4.8) Trong các trường hợp dung dịch hoà tan nhiều loại muối có nồng độ khác nhau thì loại muối nào có ưu thế hơn sẽ có vai trò lớn hơn theo tỷ lệ phần đóng góp vào giá trị của thế khuyếch tán. Nơi hai lớp đất đá tiếp xúc với nhau khác về thành phần thạch học hoặc giữa chất lỏng với đất đá. Khi đó, cùng với sự khuyếch tán các ion theo các lỗ rỗng, một số ion linh động có thể bị hấp phụ. Sét thường giữ lại các ion âm và đẩy các ion dương đi qua. Nói cách khác, sét là màng thấm các cation mà không thấm đối với các anion. Nếu dung dịch ở hai bên màng thấm đều là NaCl thì sẽ có hiện tượng dịch chuyển các cation Na+ ở phía nồng độ cao sang phía bên có nồng độ thấp hơn. Trong khi đó các anion Cl- thì bị hấp phụ trên thành kênh dẫn. Kết quả là ở hai bên của màng bán thấm xuất hiện sức điện động hấp phụ: (4.9) ADA- Hoạt độ khuếch tán và hút các ion của đất đá Đối với lớp cát sạch tiếp xúc với sét sạch ta có: (4.10) Es max - Biên độ tĩnh lớn nhất của SP Trong thực tế người ta không ghi được biên độ tĩnh mà ghi được biên độ tĩnh cộng với sự hụt điện thế ở từng đoạn giếng khoan: (4.11) RT - Điện trở của vỉa RWELL - Điện trở của từng đoạn giếng khoan RCL - Điện trở của sét; ISP - Cường độ dòng điện Hai quá trình điện hoá khuyếch tán và hấp phụ xảy ra trên mặt tiếp xúc giữa hai dung dịch không có cùng nồng độ khoáng hoá (dung dịch khoan và nước vỉa). Quá trình thứ nhất mạnh mẽ ở các đá có độ rỗng và độ thấm cao. Quá trình thứ hai chủ yếu ở các đá sét có độ thấm kém. Quá trình này cho các ion linh động đi qua dễ dàng, quá trình kia thì hấp phụ các ion đó. Về mặt hình thức, hai quá trình khuyếch tán – hấp phụ như hai mặt đối lập của sự thống nhất: Quá trình điện hoá. Hai mặt đối lập của một quá trình thống nhất luôn luôn đi kèm với nhau. Nếu không có hấp phụ thì quá trình khuyếch tán sẽ kết thúc nhanh và ngược lại, nếu chỉ có quá trình hấp phụ thì bản thân nó cũng nhanh chóng trung hoà điện tích. Khi đó, kết quả là ranh giới giữa các lớp đá cát và sét không thể hiện rõ quá trình điện hoá. 2.2. Các phương pháp của SP: 2.2.1. Phương pháp SP thông dụng (phương pháp thế SP). Gồm hai điện cực M và N, N cố định, M chạy dọc theo giếng khoan. Các điện cực M và N làm bằng chất liệu kim loại ít bị phân cực điện cực trong môi trường dung dịch khoan và có độ khoáng hoá khác nhau. Thường người ta dùng chì (Pb) để chế tạo các điện cực thu M, N. Bộ bù phân cực (BPC) sẽ tạo ra một thế điện để khử thế điện phân cực điện cực nếu có. Điện thế kế V sẽ ghi giá trị độ chênh thế điện giữa điện cực M so với điện cực N: (4.12) Giá trị ΔUSP phụ thuộc rất nhiều yếu tố khác nhau (môi trường, thiết bị) vì vậy khi sử dụng cần phải hiệu chỉnh. Trong sản xuất phổ biến dùng sơ đồ đo thế SP. 2.2.2. Phương pháp Gradient SP: Nguyên tắc giống như đối với phương pháp thế SP, nhưng hai điện cực M và N đều nằm trong giếng khoan và cách nhau 1m. Phương pháp này chỉ dùng để nghiên cứu chi tiết mặt cắt giếng khoan và khi dòng điện nuôi không ổn định hay có nhiễu mạnh. Về nguyên tắc từ số đo gradient SP có thể tính chuyển thành thế USP . 2.2.3. Phương pháp đo bằng điện cực tự chọn: Gồm điện cực chính M để ghi và hai điện cực phụ N1 và N2, A1 và A2 là hai điện cực nguồn. Phương pháp này có tác dụng giảm ảnh hưởng độ dày của vỉa và điện trở của đất đá lên ΔUSP nên được dùng để phân chia những vỉa sét và vỉa có độ thấm cao nằm giữa đất đá có điện trở cao. 2.2.4. Phương pháp đo hiệu chỉnh SP: Các phương pháp trên giá trị ΔUSP ghi được cần phải hiệu chỉnh: độ dày vỉa, điện trở vỉa, điện trở vùng thấm, đường kính giếng khoan và vùng thấm. Ở phương pháp đo hiệu chỉnh SP có những điện cực đặc biệt, có khả năng tự điều chỉnh điện trường, điện cực M1N1 và M2N2 giữ cho hiệu điện thế giữa chúng luôn luôn bằng không, có nghĩa là giữa các điện cực này không có dòng điện, vì vậy phương pháp này cho phép giảm tối đa những ảnh hưởng lên giá trị ΔUSP . Đơn vị ghi của SP là MV (Millivolt). 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hình dáng và biên độ dị thường ΔUSP: Biên độ và hình dáng của dị thường SP ở đoạn giếng đi qua các vỉa thấm phụ thuộc vào một loạt các yếu tố khác nhau: - Độ lớn của trường điện tự phân cực. - Chiều dày h và điện trở Rt của đới nguyên. - Điện trở Ri và đường kính Di của đới ngấm. - Điện trở suất của các lớp vây quanh. - Hàm lượng sét trong vỉa nghiên cứu. 2.4. Phạm vi ứng dụng của phương pháp SP: Phương pháp thế điện tự phân cực được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu các giếng khoan nhằm mục đích khác nhau, đặc biệt trong thăm dò dầu khí và than. Trong thực tế sản xuất, phương pháp này được sử dụng kết hợp với các phương pháp để giải quyết các nhiệm vụ khác nhau: - Phân chia các lớp đất đá trong lát cắt giếng khoan theo thành phần thạch học. - Nhận biết các lớp đá có thấm và không thấm (tầng chứa và tầng chắn). - Xác định ranh giới và chiều dày các vỉa cát sét dựa vào khả năng thấm của chúng. - Liên kết các lớp trong lát cắt giữa các giếng khoan trên tuyến liên kết. - Xác định điện trở suất của nước vỉa, RW. - Trong điều kiện thuận lợi, khi đã xác định được độ sét của đá chứa thì kết quả đo SP có thể được sử dụng để đánh giá độ lỗ rỗng của đá. 3. Phương pháp đo cảm ứng điện từ trong giếng khoan (ID): Phương pháp cảm ứng điện từ là phương pháp đo trong giếng khoan điện thế của từ trường thay đổi tạo ra bởi dòng điện xoáy, dòng điện này đi trong đất đá và được tạo ra bởi cuộn dây nguồn. Phương pháp cảm ứng điện từ có thể sử dụng trong giếng khoan ngập nước dung dịch, thậm chí trong cả giếng khoan dung dịch không dẫn điện như dầu, không khí hoặc khí tự nhiên. 3.1. Nguyên lý hoạt động: Thiết bị đo cảm ứng điện từ được cấu tạo bởi một nguồn cảm ứng và hệ thống mạch điện. Nguồn cảm ứng được cấu tạo từ hai cuộn dây: cuộn nguồn A và cuộn ghi D, hai cuộn này được đặt cách nhau bằng một thanh không dẫn điện. Hệ thống mạch điện bảo đảm cho cuộn dây nguồn có một dòng điện thay đổi với tần số cao 20 - 80 Hz, nhờ vậy ở cuộn dây ghi sẽ nhận được những tín hiệu mạnh và rõ. Dòng điện thay đổi ở cuộn dây nguồn sẽ sinh ra từ trường thay đổi(H1), gây cảm ứng ở môi trường xung quanh và tạo ra dòng điện xoáy. Trong môi trường đồng nhất, đường lực của dòng điện này được hình dung là những vòng tròn với trục là trục giếng khoan (nếu trục máy đo là trục giếng khoan). Dòng điện này lại một lần nữa sẽ tạo ra từ trường thay đổi H2 trong đất đá. Từ trường H1 và H2 sẽ cảm ứng lên cuộn ghi với sức điện động là E1 và E2. E1 là sức điện động nhiễu sẽ bị loại bằng hệ thống bù của cuộn ghi. Như vậy chỉ còn lại sức điện động E2, ta có: (4.13) Tín hiệu được ghi dọc theo giếng khoan là đường cong thay đổi của độ dẫn điện đất đá, giá trị sđđ này là giá trị biểu kiến. Để có được giá trị thực ta cần hiệu chỉnh hiệu ứng phân bố dao động điện từ trường và hệ số tắt dần: (4.14) Trong thực tế để đo độ dẫn điện người ta sử dụng không những hai cuộn dây mà còn thêm vào vài cuộn dây phụ. Đường cong ID bị ảnh hưởng bởi: đường kính giến