PHƯƠNG PHÁP ĐỊA
CHẤN TRONG GIẾNG
KHOAN
MỞ ĐẦU
Những phương pháp địa giếng khoan ngày nay tạo ra những cơ hội mới để
điều tra những vỉa thâm nhập bằng các lỗ khoan. Từ cấu trúc lỗ khoan và hình
dung 3 chiều để tăng độ rõ nét hình ảnh, sự thu nhận áp suất cao áp, nhiệt độ-
cao, những sự khảo sát địa chấn lỗ khoan giảm bớt nguy cơ rủi ro cho người
điều hành. và giúp cho việc phục hồi lại các thôngng tin
Sự khảo sát địa chấn lỗ khoan ngày nay đang đứng trước những thay đổi về
tất cả phương pháp kĩ thuật đo trong giếng khoan sử dụng trong các mỏ dầu khí.
Về lịch sử, lợi ích chính bắt nguồn từ những sự khảo sát được biết đến như
những mặt cắt địa chấn thẳng đứng (VSPs), Có được sự liên kết thời gian và
hình ảnh bề mặt địa chấn với chiều sâu giếng khoan. Tuy nhiên, hiện nay
phương pháp khảo sát địa chấn giếng khoan phát triển nhất trong thăm dò dầu
khí.
Những sự khảo sát Địa chấn trong Lỗ khoan mang lại các giá trị đo có độ
phân giải cao của độ nhạy địa chấn bao quanh các vỉa chứa. Những sự tiến bộ
trong công việc địa vật lý giếng khoan đang giúp đỡ làm rõ được đầy đủ tiềm
năng dầu khí từ những dữ liệu hiện tại tạo ra những hình ảnh chính xác nhất về
vỉa chứa dầu khí.
Chương I
PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN TRONG GIẾNG KHOAN (VSP)
I.1 Lích sử phát triển của phương pháp VSP
Phương pháp địa chấn trong giếng khoan gọi phương pháp tuyến địa chấn
thẳng đứng hay còn gọi là VSP (Vertical Seismic Profile)
Phương pháp VSP là một sự phát triển vượt trội nhưng không được sử
dụng rộng vì chi áp dụng phương pháp lớn hơn nhiều so với phương pháp khảo
sát vận tốc. Và là phương pháp tin cậy hơn trong ứng dụng đánh giá dựa trên
những tài liệu địa chấn 3 chiều trên mặt
Hiệu quả của phương pháp VSP được phát triển ở các nước Xô Viết vào

từ source truyền qua các lớp đất đá. Đầu ra từ các geophone là một bức tranh thể
hiện tổng hợp trường sóng địa chấn đi trong môi trường đất đá bao gồm phần
sóng đến trực tiếp (Downgoing wavefield), sóng phản xạ một lần (Upgoing
wavefield) từ các ranh giới phản xạ, sóng phản xạ nhiều lần của sóng đến trực
tiếp và sóng phản xạ một lần (Multiples), ngoài ra còn có thể xuất hiện rất nhiều
loại nhiễu khác…
I.4 Phân loại
Tuỳ thuộc vào mối quan hệ giữa nguồn và máy thu và hình thái giếng khoan mà
phân VSP ra thành nhiều phương pháp khác nhau: Checkshot survey, Zero
offset, Offset, Walkabove, Walkaway VSP…
a. Checkshot Survey
Đây là phương pháp khảo sát VSP rẻ và đơn giản nhất và đôi khi được gọi
là phương pháp khảo sát vận tốc. Phương pháp này tiến hành đo thời gian truyền
song trực tiếp từ nguồn tới máy thu mà không cần quan tâm tới phần trường
sóng phản xạ sau đó. Nó cho phép thiết lập mối quan hệ thời gian-chiều sâu và
từ đó tính được vận tốc khoảng của phần đất đá xung quanh giếng khoan, thường
được áp dụng khi giếng khoan thẳng đứng.
b.Walkabove
Thường áp dụng cho trường hợp giếng khoan nghiêng với điều kiện thực
địa là nguồn luôn được đặt ở phía trên (gần như thẳng đứng) so với geophone.
Do thu cả phần song đến trực tiếp và phần song phản xạ sau đó nên các ứng
dụng cơ bản là như của Zero offset VSP.
c. Offset VSP
Sử dụng nguồn đặt cách giếng khoan một khoảng hoặc lệch so với giếng
khoan. Dãy các máy thu được bố trí theo một dải chiều sâu trong giếng
khoan,tạo ra hình ảnh 2 chiều. Bổ sung khối lượng thông tin làm sang tỏ hơn đến
những hình ảnh liên quan đến bề mặt địa chấn, giúp nhận ra những đứt gãy và
góc nghiêng của thành hệ dọc theo lỗ khoan. Trong điều kiện sự biến đổi từ sóng
dọc (P) => sóng ngang (S) tăng theo khoảng cách, offset VSP được sóng trượt,
sự biến đổi biên độ theo khoảng cách (AVO) và sự phân tích bất đẳng hướng.

từ sóng-P.Những tín hiệu được ghi bằng những thiết bị trong lỗ khoan phụ thuộc
vào loại sóng đến, khảo sát hình học và kiểu của thiết bị thu.
Sự Truyền lan và phản xạ của những sóng nén ép và sóng trượt. Theo
hướng tới vuông góc, những song dọc nén ép phản xạ và chỉ truyền như những
song dọc. Tuy nhiên khi trường hợp đó không xẩy ra, như khi nguồn được đặt
khoảng cách nào đó từ khoảng cách từ giếng khoan, một biến cố sóng-Pcó thể
phản chiếu và truyền những song dọc và sự trượt của những song ngang . Những
song dọc có phương dao động trùng với phương truyền song, song ngang có
phương dao động vuông góc với phương truyền sóng. Sóng-SV bị phân cực từ
mặt phẳng thẳng đứng và sóng-SH được phân cực trong mặt phẳng ngang. mối
quan hệ giữa sóng-SV và sóng-SH được sinh ra từ nguồn sóng trượt.
II.2 Tốc độ truyền sóng của các lớp đất đá
Các số liệu nghiên cứu tốc độ truyền sóng trong vỏ quả đất chỉ ra rằng các
đất đá cấu tạo nên vỏ quả đất có tốc độ truyền sóng rất khác nhau, các lớp đất
trồng nằm sát mặt đất có tốc độ truyền sóng nhỏ khoảng 300 – 400m/s, trong khi
đó tốc độ truyền sóng trong đá macma và 1 số loại đá trầm tích lên tới 6000-
7000m/s. Theo các số liệu đo sâu địa chấn thì tốc độ truyền sóng của đất đá ở độ
sâu vài chục km có thể tới 8000m/s.
Trong quá trình hình thành và phát triển, đất đá có những thay đổi tính
chất vật lý, địa chất rất khác nhau làm cho tính chất đàn hồi thay đổi; vì vậy tốc
độ truyền sóng của đất đá phụ thuộc vào nhiền yếu tố rất khác nhau như: thành
phần thạch học, điều kiện thành tạo, chiều sâu thế nằm và độ ngậm nước
Sau đây, chúng ta xét các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ truyền sóng và
mối quan hệ của chúng với các tham số vật lý khác.
II.2.1 Sự phụ thuộc tốc độ truyền sóng vào các yếu tố địa chất
a. Phụ thuộc thành phần thạch học đất đá
Thành phần thạch học là yếu tố ảnh hưởng quyết định đến tốc độ truyền
sóng. Đá macma và biến chất có tốc độ truyền sóng thay đổi trong khoảng 4000
- 6500m/s. Đá trầm tích có tốc độ truyền sóng nhỏ hơn, trong trầm tích lục
nguyên có tốc độ truyền sóng ít khi vượt quá 3500m/s. Các trầm tích thuỷ hoá và

4,0 ÷ 6,0 0,46 ÷ 0,62
Bazan
5,0 ÷ 6,5 0,57 ÷ 0,02
b. ảnh hưởng của các yếu tố khác
Tốc độ truyền sóng trong một loại đất đá có cùng thành phần thạch học có
thể thay đổi trong phạm vi rộng tuỳ thuộc vào một loạt các yếu tố như áp suất,
độ rỗng, độ ngậm nước, tuổi
Hình 6.1. Sự phụ thuộc tốc độ V
P
vào mật độ ρ của các loại đất đá khác
nhau: 1. sét và sét kết, 2. cát và cát kết, 3. đá vối, 4. đolomit, 5. anhydrid, 6.
muối mỏ
- Sự phụ thuộc tốc độ truyền sóng vào áp suất: Khi áp suất tăng lên làm
giảm độ rỗng của đất đá, mô đun đàn hồi Yung tăng làm cho tốc độ truyền sóng
tăng. Đối với các loại đất đá khác nhau, quy luật thay đổi tốc độ truyền sóng
theo áp suất cũng khác nhau. Sự thay đổi này rõ nhất đối với đất đá trầm tích lục
nguyên, còn trong đá macma và cacbonat ít hơn (hình 6.2a,c).
Sự phụ thuộc tốc độ truyền sóng vào độ rỗng và độ ngậm nước: Khi độ
rỗng và độ ngậm nước bão hoà tăng thì tốc độ truyền sóng giảm đi. Trong đất đá
bở rời sát mặt đất, nếu lỗ hổng chứa không khí thì tốc độ truyền sóng có thể nhỏ
hơn tốc độ âm trong không khí;
Khi độ rỗng giảm thì tốc độ tăng lên trong đá trầm tích, mối quan hệ này
gần như tuyến tính, nếu lỗ hổng ngậm nước thì tốc độ truyền sóng còn phụ thuộc
độ bão hoà nước. Khi áp suất nhỏ thì tốc độ truyền sóng tăng khi độ ngậm nước
tăng, đến khi bão hoà thì v
P
giữ nguyên, quá bão hoà thì tốc độ truyền sóng
giảm. Sở dĩ như vậy là do khi độ ngậm nước nhỏ, nước tạo ra những màng làm
tăng sự tiếp xúc giữa 2 mặt với nhau nên tốc độ truyền sóng tăng, khi bão hoà
các màng này bị phá vỡ, diện tích tiếp xúc giảm làm cho tốc độ truyền sóng

P
= K(hT)
1/6
(6.1)
K là hệ số phụ thuộc thành phần thạch học của đất đá, h là chiều sâu, T là
tuổi tuyệt đối.
Sự tăng tốc độ truyền sóng theo tuổi được giải thích do tác dụng biến chất
động lực và sự kéo dài của tác dụng dung dịch trong đá.
ở trên đã nêu, những yếu tố liên quan đến tốc độ truyền sóng dọc; Đối với
sóng ngang, sự biến đổi của chúng cũng có nguyên nhân như đối với sóng dọc.
Kg/cm
2
Kg/cm
2
Với phần lớn đất đá có tỷ số v
S
/v
P
= 0.5 – 0.6, tương ứng với giá trị hệ số
Poisson σ = 0.2 – 0.33.
II.2.2. Mối quan hệ giữa tốc độ truyền sóng và các tham số vật lý khác.
Mối quan hệ tốc độ truyền sóng và mật độ đất đá
Theo tính toán lý thuyết, mối quan hệ giữa tốc độ truyền sóng và mật độ
là tỷ lệ nghịch. Tuy nhiên các kết quả nghiên cứu cho thấy đây là mối quan hệ tỷ
lệ thuận. Sở dĩ như vậy vì trong quá trình thành tạo, dưới tác dụng của các yếu tố
bên ngoài, hằng số đàn hồi thay đổi mạnh hơn so với thay đổi mật độ. Khi mật
độ tăng dẫn đến modun E tăng và tăng nhanh hơn nên kết quả làm tốc độ truyền
sóng tăng. Sự thay đổi mật độ thường không lớn từ 1,5 – 3,1g/cm
3
, trong khi đó

Up going
wave
Hình 18.28. Phương pháp tuyến địa chấn thẳng đứng (VSP)
a. Lát cắt tuyến địa chấn thẳng đứng, b. Lát cắt tuyến địa chấn thẳng đứng sau
hiệu chỉnh, c. Lát cắt địa chấn đi qua GK, d. Đường cong siêu âm
Trên mặt cắt có thể quan sát thấy các sóng vệ tinh, sóng phản xạ nhiều lần
và sóng biến loại. Các sóng phản xạ nhiều lần dọc cùng loại có trục đồng pha
giống như trục đồng pha của sóng trực tiếp và sóng phản xạ một lần. Các sóng
biến loại vì có tốc độ truyền sóng nhỏ nên các trục đồng pha của chúng nằm
thoải hơn các trục đồng pha của các sóng dọc cùng loại. Trong những trường
hợp điểm nổ nằm xa miệng lỗ khoan trên mặt cắt VSP có thể quan sát thấy sóng
đầu.
+ Theo dõi các trục đồng pha sóng có thể phát hiện được các ranh giới
hình thành sóng. Trên cơ sở đó tiến hành liên kết địa tầng các sóng hình thành
trong mặt cắt.Trong nhiều trường hợp, phân tích các mặt cắt VSP có thể xác
định được tỷ số biên độ của sóng có ích so với phông nhiễu (phản xạ nhiều lần).
Tỷ số này là tham số quan trọng để tính các hệ thống quan sát và đánh giá khả
năng phát tín hiệu có ích trên phông nhiễu.
II.4 Nhiệm vụ của xử lý số liệu và ứng dụng của VSP:
1. Xác định được thời điểm sóng đến đầu tiên (first arrival) từ các mạch địa chấn
a b
c
d
(traces) thu được bởi các geophone đặt ở những chiều sâu khác nhau, điều này
cho phép lập được mối quan hệ giữa thời gian và chiều sâu ( time-depth
relationship) và được dùng để tính vận tốc (interval, average and RMS velocity).
2. Tách các thành phần tín hiệu bao gồm downgoing và upgoing wavefield từ
trường sóng tổng hợp. Trong đó downgoing wavefield thể hiện phần trường sóng
đến trực tiếp từ nguồn và có đặc điểm là thời gian sóng đến đầu tiên (first arrival
time) tăng dần theo chiều sâu. Upgoing wavefield thể hiện trường sóng thu được