136
Trở lại với phơng trình (5.8) ta có nhận xét hệ số hấp thụ tia gamma của môi
trờng hay hệ số tắt dần là tổng các hệ số tắt dần tuyến tính của các qúa trình hấp thụ
quang điện, tán xạ compton và tạo cặp.
Để thuận tiện trong nghiên cứu môi trờng vật chất ở các trạng thái rắn, ta dùng
một hệ số cơ bản hơn - hệ số hấp thụ khối (
à
m
). Hệ số hấp thụ khối là tỷ số của hệ số
tắt dần
à chia cho mật độ khối
b
của môi trờng (à
m
= à/
b
).
Hệ số hấp thụ khối cuả một chất giảm khi năng lợng của lợng tử gamma tăng.
Với cùng một mức năng lợng của tia tới, hệ số hấp thụ khối của các vật chất khác
nhau có giá trị gần xấp xỉ nhau. Đây là điểm rất quan trọng và là cơ sở vật lý của các
phép đo gamma tán xạ trong giếng khoan.
Phơng trình vừa nêu có thể đợc viết:
()
)22.5(
x
o
b
b
eII



Ta dễ dàng nhận thấy: Nếu cờng độ bức xạ của nguồn I
o
và hệ số
à
m
không đổi,
khoảng cách x từ nguồn đến detector là cố định thì giá trị cờng độ phóng xạ gamma tán
xạ I


đo đợc sẽ là hàm số chỉ phụ thuộc vào mật độ khối

b
của môi trờng. Từ đó ta có
thể tìm đợc một phơng trình thực nghiệm biểu thị mối liên hệ khá chặt chẽ giữa cờng
độ gamma tán xạ với mật độ khối

b
của đất đá ở thành giếng khoan.
Trong trờng hợp năng lợng của các tia gamma đủ lớn, hiệu ứng compton sẽ
trội hơn thì mối quan hệ hàm số I

= f(
b
) càng chặt chẽ và do đó ngời ta gọi phép đo
gamma tán xạ này là phơng pháp gamma tán xạ mật độ (Formation Density - FDC
(Schlumberger); Compensated Density Log- CDL (Halliburton)).
Ngợc lại, nếu dùng nguồn phóng xạ gamma có năng lợng thấp, hiệu ứng hấp
thụ quang điện sẽ chiếm u thế khi tia gamma tơng tác với môi trờng nghiên cứu

lợng khoảng 0,622MeV.
-
75
Se: đồng vị phát xạ các
lợng tử gamma có năng lợng
trung bình khoảng 0,268MeV.
+ Detector thờng là
loại nhân quang điện dùng tinh
thể NaI(Tl).
+ Máy giếng (Zond)
cấu tạo đặc biệt nhằm loại bỏ tối đa các ảnh hởng của môi trờng xung quanh.
- Các khối nguồn và khối đo của máy giếng đợc lắp đặt trong một ống trụ bằng
hợp kim nhẹ có đờng kính nhỏ hơn đờng kính danh định của giếng khoan.
- á
p sờn nhờ một hệ lò so và cánh tay gạt.
- Detector và nguồn phóng xạ đợc đặt trong màn chì có các khe rnh hớng tới
thành giếng khoan ở phía áp sờn nhằm tăng độ nhạy của kết quả đo với mật độ của
đất đá (nếu là đo tán xạ mật độ).
- Điểm đo đợc tính cho điểm O, nằm chính giữa nguồn và detector.
- Khoảng cách từ nguồn đến detector là chiều dài L

của Zond đo gamma tán xạ.
Khi Zond đo định hớng đợc áp sờn ảnh hởng của dung dịch khoan và lớp
vỏ sét lên kết quả đo là nhỏ nhất và nh nhau ở mọi điểm đo trong giếng khoan.
H
ình 5.14. Sơ đồ nguyên tắc đo Gamma tán xạ định hớn
g

1 - Khuyếch đại
2 - Chuẩn xung

đó giá trị phép đo không nhạy với sự thay đổi mật độ hay hàm lợng các nguyên tố
nặng trong môi trờng nghiên cứu.
5.3.3.3. Phép đo gamma tán xạ mật độ bù (kép)
Các Zond đo gamma tán xạ mật độ dùng một detector có một số nhợc điểm:
chịu ảnh hởng của vỏ sét, độ nhẵn của thành giếng khoan,
Để khắc phục các nhợc điểm đó
ngời ta dùng Zond đo có hai detector. Một
ở gần, một ở xa hơn (Hình 5.15). Biến thể
của phép đo gamma tán xạ mật độ nh vậy,
Schlumberger gọi là phơng pháp gamma
tán xạ mật độ bù (kép) (FDC).
Detector gần nguồn có chiều sâu
nghiên cứu nhỏ, chủ yếu đo phần các
gamma tán xạ trong lớp vỏ sét và phản ánh
mức độ nhẵn của thành giếng. Giá trị đo từ
detector này dùng để tính hiệu chỉnh ảnh
hởng của vỏ sét.
Hình 5.16 là biểu diễn giao hội giữa
hai số đếm của các detector xa và gần để
tính lợng hiệu chỉnh mật độ.
Vỏ sét
Đất đá (

b
)
Vùng nghiên
cứu của
detector xa
Vùng nghiên
cứu của

b
. Máy ghi trên mặt đất sẽ tự động ghi giá trị

b
và

b
cùng chiều sâu.
Trên hình 5.16 - trục đứng là giá trị số đếm của detector xa, trục ngang là số
đếm của detector gần.
Các điểm nằm bên trái đờng thẳng chéo là trờng hợp dung dịch nặng (có phụ gia
barit), bên phải là trờng hợp dung dịch thờng. Kết quả đo tính

b
mới chỉ là biểu kiến.
Căn cứ vào vị trí của điểm giao hội bởi cặp số đếm từ các detector xa và gần ta
tính giá trị

b
dựa trên phép nội suy theo lới các đờng cong có sẵn trên bản chuẩn.
Các phép tính này đợc thực hiện tự động và vẽ hai đờng cong

b
và
b
trên cùng
băng ghi.
5.3.3.4. Chiều sâu nghiên cứu và độ phân giải của các Zond đo gamma tán xạ
mật độ
Chiều sâu nghiên cứu của các thiết bị đo gamma tán xạ mật độ phụ thuộc vào

này trớc và sau khi đo phải không đổi hoặc thay đổi không đáng kể.
Mỗi công ty dịch vụ đều có cách xây dựng bản chuẩn riêng để quy đổi từ số đo
tốc độ đếm ra đơn vị rỗng hoặc đơn vị mật độ.
Việc tính toán và biểu
diễn kết quả đo gamma tán xạ
mật độ thờng đợc tiến hành tự
động. Các số đếm xung/phút
hoặc xung/giây dựa theo các
tham số chuẩn máy mà chuyển
đổi sang giá trị mật độ

(g/cm
3
)
hoặc

D
(%) và vẽ thành đờng
cong liên tục theo chiều sâu
giếng khoan.
Bên cạnh đờng ghi
(g/cm
3
), các biểu đồ đo bù
gamma tán xạ mật độ bao giờ
cũng có biểu đồ ghi giá trị hiệu
chỉnh

. Đờng biểu diễn này
thể hiện sự thay đổi chiều dày và

ng dụng quan trọng nhất của phơng pháp gamma tán xạ mật độ là xác định
độ rỗng của đá chứa bởi tham số này có liên hệ chặt chẽ với mật độ khối và mật độ
electron.
Trong môi trờng có lỗ rỗng, mật độ khối

b
có quan hệ với thành phần khoáng
vật tạo đá theo hiệu ứng cộng:
(
)
)24.5(1
mafb





+

=

Trong đó:
mfxohhrf
SS



+
=


ma
,

mf
lần lợt là mật độ của chất lu, khung đá và dung dịch filtrat.
S
xo
, S
hr
lần lợt là độ bo hoà của nớc và dầu sót trong đới rửa.
V
n
và
n
ma

là tỷ phần thể tích và mật độ của khoáng vật thứ n trong đá.
Từ công thức (5.24) ta có:
)25.5(
mfma
bma




=

Độ rỗng tính theo công thức (5.25) là độ rỗng tính theo phơng pháp gamma tán
xạ mật độ và ký hiệu là


ma
= 0) và ta có thể viết (5.26) đơn
giản hơn và chuyển vế:
)27.5(
DShShDef
V



=


Trong đó,

DSh
là độ rỗng của sét đo đợc ở vỉa thuần sét bên cạnh, thờng giá
trị này khoảng 0,12 (đơn vị đá vôi). Tỷ phần thể tích của sét trong đá có thể tính theo
GR hoặc SP.

142
Ví dụ: Theo biểu đồ ngang vỉa nghiên cứu

D
=0,22, tính theo GR, V
Sh
= 0,20.
Thay vào (5.27) ta có

ef
:

bức xạ gamma do chúng bắn ra. Phơng pháp đó đợc gọi là phơng pháp đồng vị
phóng xạ hay phơng pháp nguyên tử đánh dấu.
Phơng pháp đồng vị phóng xạ đợc thực hiện theo trình tự sau:
- Đo gamma tự nhiên trong giếng khoan và đánh số là đờng GR
1
.
- Thả vào giếng một dung môi có hoạt tính phóng xạ cao (dung dịch, vữa
ximăng, nớc) hoặc chất bột (cát, bột).
- Rửa giếng một cách thận trọng bằng một dung dịch không có hoạt tính phóng
xạ hay nớc l.

143
- Đo đờng cong gamma thứ hai và đánh số GR
2
.
So sánh hai đờng GR
1
và GR
2
ta sẽ phát hiện đợc các đoạn giếng có bám các
đồng vị phóng xạ liên quan đến các đối tợng cần nghiên cứu trong địa chất hay trong
kỹ thuật.
Các đồng vị sử dụng để đa vào giếng khoan khi thực hiện phơng pháp nguyên
tử đánh dấu đều phải tuân theo một quy định chặt chẽ, bảo đảm an toàn cho ngời và
môi trờng.
Thờng ngời ta sử dụng các đồng vị có chu kỳ bán r ngắn, năng lợng trung
bình của các tia gamma do chúng bắn ra là thấp và khác biệt với năng lợng của các
đồng vị gặp trong lát cắt địa chất của giếng khoan.
Khi pha trộn và thả đồng vị đánh dấu không đợc vơng vi ra sàn khoan và
môi trờng xung quanh.

Trong đó:
V: Thể tích dung dịch hoạt tính (cm
3
).
V
d
: Thể tích dung dịch nồng độ thấp cần có (m
3
).
C: Nồng độ thực các đồng vị trong dung dịch hoạt tính (mC
i
/cm
3
).
C
d
: Nồng độ thực của dung dịch điều chế (mC
i
/m
3
).
Nồng độ của các dung dịch thờng dùng thay đổi trong khoảng 0,5 đến 5mC
i
/m
3
.
Máy móc thiết bị đo theo phơng pháp đồng vị phóng xạ gamma hệt nh của
máy móc thiết bị đo gamma tự nhiên GR.
Phơng pháp đồng vị phóng xạ gamma đợc dùng để giải quyết các nhiệm vụ
khác nhau trong các giếng khoan trần hoặc có ống chống.

)29.5( 10


=

q
aq

Trong đó:
a là hệ số tính đến khả năng hấp thụ của các đồng vị và đẩy chúng, thay
đổi từ 2 đến 5.

q

thay đổi lớn nhất hàm lợng các nguyên tố đồng vị phóng xạ trong
các đá của lát cắt giếng khoan.


là giá trị độ rỗng trung bình của đá colector.
Phơng pháp đồng vị phóng xạ gamma tiến hành thật đơn giản nhng lại có
phạm vi ứng dụng rất rộng ri:
- Kiểm tra độ kín của ống chống.
- Phát hiện các điểm hở bên ngoài ống chống.
- Xác định mức độ liên thông ở đoạn đục (đột) thành giếng.

145
- Phát hiện vị trí bắn mở vỉa ngoài ống chống.
- Kiểm tra độ kín của paker.
- Kiểm tra chiều cao cột ximăng (mức dâng ximăng).
- Kiểm tra độ gắn kết ximăng ở áp suất cao.

1
1
0
1
1

++ HnH
Lợng tử gamma sinh ra trong phản ứng (5.30) có phổ năng lợng 2,23MeV.

146
b) Sơ đồ nguyên tắc:
Hình 5.18 là sơ đồ đo theo phơng
pháp nơtron - gamma chiếm giữ. Trong máy
giếng (1) gồm có nguồn S phát xạ ra các
nơtron và detector D để đếm các lợng tử
gamma chiếm giữ. Giữa nguồn S và detector
D có màn chì (4) để ngăn các tia gamma
không đi thẳng từ nguồn đến detector.
Tín hiệu từ máy giếng đi theo cáp lên
mặt đất qua các ngăn điều chế tín hiệu (2) sau
đó đa lên bộ ghi (3).
Cờng độ phóng xạ gamma chiếm giữ
phụ thuộc vào hàm lợng nguyên tố hydro
trong môi trờng nghiên cứu. Trong tự nhiên,
nguyên tố này có trong pha lỏng (dầu, nớc)
và pha khí của đá. Các lu chất này bo hoà
lấp kín trong lỗ rỗng của đá, do đó cờng độ
gamma chiếm giữ đo đợc sẽ có quan hệ chặt
chẽ với độ lỗ rỗng


2
3
L
n


D
S
1
H
ình 5.18. Sơ đồ nguyên tắc của
phép đo Nơtron - Gamma
.
A
B
C
Khoảng cách L
n


Mật độ nơtron nhiệt
H
ình 5.19. Mật độ các nơtron nhiệt
của nguồn Ra - Be147
Đặc điểm vừa nêu nói lên rằng để giá trị đo cờng độ gamma chiếm giữ phân dị
theo hàm lợng hydro trong môi trờng nghiên cứu thì ta phải chọn khoảng cách từ
nguồn đến detector rơi vào cùng gần và vùng xa, tránh vùng mù.

3
1
0
10
5
++

(
)

HeHnLi
4
2
3
1
1
0
6
3
++

Những phản ứng loại này (n,
) sẽ làm giảm cờng độ phóng xạ gamma chiếm
giữ từ phản ứng (n,
).
Các lợng tử gamma sinh ra do chiếm giữ nơtron nhiệt có các năng lợng khác
nhau. Phần lớn các nguyên tố khi bắt giữ nơtron nhiệt thì phát ra lợng tử gamma có
năng lợng thay đổi trong phạm vi rộng từ vài phần mời đến một vài MeV, chỉ riêng hạt
nhân hydro khi chiếm giữ nơtron nhiệt thì phát ra lợng tử gamma có năng lợng 2,23
MeV và đây là phổ năng lợng đặc trng của hạt nhân hydro khi chiếm giữ nơtron nhiệt.


148
Nguồn Ra - Be có u điểm là luồng nơtron ổn định vì chu kỳ bán r của Radi là
1620 năm nhng cũng có nhợc điểm là có phông phóng xạ gamma lớn, không lợi cho
phép đo nơtron - gamma.
Nguồn Po - Be phát ra các nơtron với phông gamma không đáng kể nhng có
nhợc điểm là chu kỳ bán r ngắn (T
Po
= 140 ngày) nên nguồn cần đợc chuẩn lại thoe
định kỳ.
Nguồn Pu - Be và Am - Be phát luồng nơtron kèm với phông gamma thấp, có
chu kỳ bán r dài (T
Pu
= 24300 năm và T
Am
= 458 năm) là nguồn lý tởng sử dụng
trong Địa vật lý giếng khoan. Các nguồn này phát luồng nơtron khá ổn định.
Nguồn Californium (
252
Cf) là nguồn đồng vị đợc dùng phổ biến hiện nay cả
trong thực nghiệm ở phòng thí nghiệm lẫn trong đo giếng khoan. Đồng vị
252
Cf tự phân
r phát ra nơtron gần đơn năng và với luồng nơtron lớn hơn các nguồn khác (1 Curie
chất Cf sẽ phát ra luồng 4,4.10
-9
nơtron/s). Nguồn này có u điểm là kích thớc rất bé
(gần nh nguồn điểm), phát luồng nơtron ổn định.
Trong khi đo kích hoạt phóng xạ ngời ta hay dùng nguồn Californium vì nó có
luồng phát nơtron gần nh không đổi.

)32.5(
1
0
4
2
2
1
3
1
nHeHH ++

Trong phản ứng này tạo ra một nguyên tử Helium (hạt

) và một nơtron đơn
năng có năng lợng lớn (14 đến 15 MeV).
Sơ đồ nguyên tắc của một máy phát nơtron đợc trình bày trong hình 5.20
Trong ống gia tốc bằng thuỷ tinh (1) chứa nguồn deuteri (2) (Sợi dây tóc bằng
Titan có tẩm deuteri). Khi sợi Titan bị đốt nóng trong ống chứa deuteri dới áp suất 10
-2

đến 10
-3
atm, catot của đèn (3) bắn ra các electron. Các điện tử này chuyển động chạm
vào thành ống (4) tích điện dơng, trên đờng di chuyển chúng làm ion hoá các
nguyên tố deuteri. Các ion này đợc gia tốc lên nhờ có ống dây (7) - cấu tạo bởi các
vòng quấn và có từ tính không đổi. Trên đờng đi, các ion đợc hội tụ lại bởi

149
diaphragma (5) để hớng
tới bia tritium (6) với

lợng hydro có trong đá. Vì vậy, các đá rắn chắc, lỗ rỗng thấp thì chiều sâu đâm xuyên
lớn tới 0,6m. Trong các đá colector chứa dầu hoặc nớc, khoảng đâm xuyên đó giảm đi
hàng chục lần nên chiều sâu nghiên cứu của phơng pháp (n-
) chỉ vào khoảng 0,05m.
e) Phạm vi ứng dụng
Phơng pháp nơtron - gamma đợc sử dụng để phân chia lát cắt địa chất giếng
khoan theo hàm lợng hydro trong các lớp đất đá. Trong các giếng khoan dầu khí, cùng
với GR, phơng pháp nơtron - gamma đóng vai trò nh phơng pháp phóng xạ chuẩn.
Vì phép đo (n-
) nhạy với hàm lợng hydro trong pha lỏng của đá nên nếu đá
bo hoà dầu và nớc thì số đo của phơng pháp nơtron - gamma dùng để tính độ rỗng.
Trong điều kiện thuận lợi (nớc vỉa có độ khoáng hoá cao), phơng pháp nơtron
- gamma dùng để xác định ranh giới dầu-nớc.
Khi nghiên cứu các giếng khoan quặng, phơng pháp nơtron - gamma dùng để
phát hiện các quặng có chứa Mn, Al, Li, B,
Nếu kết hợp với phơng pháp nơtron - nơtron, phơng pháp nơtron - gamma
không chỉ dùng để phát hiện quặng Bor mà còn tích hợp để tính định lợng.
13
2
7
4
6
5
H
ình 5.20. Sơ đồ nguyên tắc của một máy phát nơtron150
Tổ hợp các phơng pháp nơtron - gamma với phơng pháp gamma - gamma mật
độ để nghiên cứu các giếng khoan than rất có hiệu quả.

3
He). Nguyên tố đồng vị
He
3
1
có tiết
diện bắt giữ nơtron nhiệt rất lớn nhng lại không bắt giữ nơtron đang ở mức năng
lợng cao. Mỗi nơtron nhiệt lọt vào detector sẽ sinh ra một hạt

theo phản ứng:
)(
4
1
1
0
3
1

HenHe + . Hạt sẽ ion hoá chất khí trong detector và làm cho nó hoạt động để
phép đo nơtron nhiệt đợc thực hiện.
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 S đến detector D sẽ thể
hiện sự thay đổi hàm lợng hydro trong môi trờng. ở khoảng gần nguồn, mật độ
nơtron nhiệt tỷ lệ với hàm lợng hydro có trong đất đá, còn ở khoảng xa thì ngợc lại,
nghĩa là có một vùng mà ở đó mật độ nơtron nhiệt sẽ không khác nhau giữa môi trờng
giàu và nghèo hydro.
Trong thực tế, ngời ta chọn chiều dài L
n-n
40cm (rơi vào vùng xa) để đo
nơtron - nơtron nhiệt. Với chiều dài Zond đo nh vậy, nếu trong môi trờng không có

tiết diện bắt giữ lớn đối với nơtron trên nhiệt nh: Li, B, Mn, Co, Ag, Cs, Ir, Au, Hg,
Nhng thông thờng các nguyên tố này có hàm lợng không đáng kể trong các đá,
trong khi đó mật độ nơtron trên nhiệt trong môi trờng lại rất nhạy với hàm lợng
hydro trong pha lỏng của đá chứa.
Sơ đồ đo nơtron - nơtron trên nhiệt có nguyên tắc giống nh khi đo nơtron -
nơtron nhiệt, chỉ khác phép đo ở đây dùng detector chỉ đếm các nơtron trên nhiệt.
Khi đo nơtron trên nhiệt ta cũng có thể dùng các ống đếm chứa khí hay ống đếm
nhấp nháy nhng phải làm cho các ống đếm chỉ nhạy với các nơtron trên nhiệt. Trong
kỹ thuật, ngời ta giải quyết các vấn đề này theo cách sau: Dùng các màn chắn ở bên
ngoài và bên trong bằng Cadmi (Cd) để cho nguyên tố này bắt giữ hết nơtron nhiệt và
làm giảm bớt năng lợng của các nơtron trên nhiệt để biến thành nơtron nhiệt. Bằng
cách đó, giá trị phép đo chỉ còn nhạy với nơtron trên nhiệt.
Một điều khác nữa giữa hai sơ đồ đo nơtron - nơtron vừa nêu là chiều dài tính từ
nguồn S đến detector D trong máy giếng của phơng pháp nơtron - nơtron trên nhiệt
ngắn hơn trong máy đo nơtron - nơtron nhiệt (L
n-nep
< L
n-nt
). 152
5.3.5.2.1. Các loại máy giếng dùng trong các phơng pháp nơtron

Mỗi công ty dịch vụ có thiết kế riêng máy giếng (Zond) để đo các phơng pháp
nơtron. Sau đây là một số kiểu máy đo trong giếng khoan của công ty Schlumberger:
- GNT (Gamma-ray/Neutron Tool) có một detector đo các gamma chiếm giữ -
có màng Cadmi ngăn ảnh hởng của sự thay đổi độ khoáng hoá nớc vỉa, bắt giữ các
nơtron nhiệt biến chúng thành các tia gamma. Phép đo dùng đơn vị API.
- SNP (Sidewall Neutron Porosity Tool) đo các nơtron trên nhiệt. Nguồn và

feet, đờng kính 6 feet. Các khối này đợc đặt trong hầm bêtông, nằm dới một lớp
nớc ngọt sâu 6 feet và trên cùng có đậy nắp bằng thép.
Từ dới lên lần lợt là khối đá vôi Austin có độ lỗ rỗng 26%, khối đá vôi
ấ
n độ,
chỉ số độ rỗng 19% bên trên là khối đá cẩm thạch (đá vôi biến chất) có chỉ số độ rỗng
1,9% và trên cùng là lớp nớc ngọt có chỉ số độ rỗng là 100%.

153
Đặt Zond đo nơtron không có nguồn S vào vị trí chính giữa khối trụ đá vôi có
chỉ số độ rỗng 19%, lấy số đo thứ nhất (không có nguồn)(I
nn
(1)
). Lắp nguồn S vào Zond
đo và cũng đặt ở vị trí đo ban đầu, lấy số đo thứ hai (có nguồn)(I
nn
(2)
). Đơn vị API
(nơtron) đợc định nghĩa:
)33.5(
1000
1
)1()2(
nnnn
II
API

=

Các phơng pháp đo nơtron trong giếng khoan hiện đại đều tính trực tiếp ra độ


= 1,9%)
Đá vôi
ấ
n Độ
(
= 19%
)
Đá vôi Austin
( = 26%)
Bê tôn
g

ống trụ, đờng kính
1/8 bộ đặt trong đá vôi
H
ình 5.21. Mô hình chuẩn khắc
đ
ộ
nơtron

Đ
á vôi
Cát kết
Dolomit
Chỉ số H
y
dro biểu kiến theo nơtron của các phơn
g
pháp CNL và SNP

tích tơng đơng nớc nguyên chất ở 75
0
F; nghĩa là nớc nguyên chất có chỉ số hydro
(HI) bằng 1,0.
Chỉ số của hydro thay đổi trong khoảng từ 0,0 (ở áp suất thấp) đến trên 1,0 (dầu
nặng) phụ thuộc vào nhiệt độ áp suất và loại phân tử.
Chỉ số hydro của phần lớn các hạt đá sạch (thạch anh, canxit,) bằng không.
Chỉ số hydro của chất lu (dầu, nớc) thì xấp xỉ bằng 1.0.
- Sét, mica: Có nhiều khoáng vật, điển hình là nhóm các khoáng vật sét hay
ngậm nớc trong mạng tinh thể của chúng dới dạng nớc kết tinh hoặc nớc ở dạng
phân tử bám trên bề mặt các hạt sét. Các dạng nớc này không có liên quan đến độ lỗ
rỗng nhng chúng lại vẫn đợc thể hiện trên kết quả đo bằng các phơng pháp nơtron.
Thông thờng các hạt sét hút bám các phân tử nớc trên cấu trúc mạng của chúng. Ta
thờng thấy rất rõ là độ lỗ rỗng xác định đợc bằng các phép đo nơtron (

N
) ở các vỉa
sét là rất cao. Vì vậy, trong các đá cát sét, cần phải hiệu chỉnh số đo để loại bỏ ảnh
hởng của sét:
HI = HI
đo
- V
Sh
HI
Sh
(5.34)
Trong đó:
HI
Sh
là chỉ số hydro của sét.

0
F; 7000 psi

0.669
0.667

1
1
Nớcbo hoà muối 200.000ppm (NaCl)
60
0
F; 14,7psi
200
0
F; 7000 psi

0.614
0.602

0.92
0.90
Methane CH
4

60
0
F; 14,7psi
200
0
F; 7000 psi


0.675
0.645

1.01
0.97
n-Decane C
10
H
22

68
0
F; 14,7psi
200
0
F; 7000 psi

0.680
0.653

1.02
0.98
Than, bitum 0,8424(C); 0,0555(H)
Ximăng
Thạch cao
Kaolinite
0.42
0.334
0.325

chất lu. Schlumberger đề xuất biểu thức tính chỉ số HI
fl
của chất lu sau đây đối với
các đới (trong giếng khoan, đới ngấm, đới nguyên,):

156
(HI)
fl
=

fl
(1-P) (5.35)
Trong đó:


fl

là mật độ của chất lu (g/cm
3
)
P là độ khoáng hoá (ppm.10
-6
).
- Hydrocacbon: Có nhiều trờng hợp dầu bo hoà trong vỉa có chỉ số HI <1.0.
Sự xuất hiện của chúng sẽ làm giảm hiệu ứng lên các phép đo nơtron. Dầu và khí nhẹ
có thể làm thay đổi các chỉ số đo nơtron vì chúng có chỉ số HI thấp.
Trong cùng một vỉa, đới bo hoà hydrocacbon nhẹ sẽ cho giá trị độ rỗng

N
nhỏ

HI
hv
là chỉ số hydro của hydrocacbon nhẹ. Nó phụ thuộc vào mật độ

hv
,
nhiệt độ và áp suất vỉa.


là độ rỗng hiệu dụng.
Nhng mặt khác, vì số đo

N
nhạy với chỉ số HI mà tham số này của khí thì nhỏ
hơn của dầu và nớc nên mỗi khi xuất hiện khí trong vỉa chứa là gây ra sai số do hiệu
ứng hụt hẫng nên biểu thức (5.36) cần thay đổi:

N
=

[ HI
gas
(1 - S
XO
) + HI
f
S
XO
] -


gas
(1 - S
XO
) + HI
f
S
XO
.

157
Ngoài các yếu tố nêu trên, các yếu tố môi trờng và kỹ thuật cũng ảnh hởng
mạnh mẽ lên các kết quả đo nơtron trong giếng khoan nh: loại dung dịch, đờng kính
giếng khoan, chiều dày vỏ sét, ống chống,
Tất cả các yếu tố đó đều phải đợc tính toán, hiệu chỉnh khi phân tích các tài
liệu đo nơtron trong giếng khoan.
5.3.5.2.4. Phân tích kết quả đo nơtron trong giếng khoan

a) Đối với các Zond đo nơtron trớc đây (đơn vị đo API):
- Giá trị đo đợc bằng các Zond đo nơtron có mối quan hệ với chỉ số hydro biểu
kiến của đất đá ở thành giếng khoan bằng một biểu thức gần đúng:
logN
for
= log(N
a
- N
t
) = C- K(HI)
N
(5.38)
Trong đó:

=


Với C

cũng là hệ số tính đến ảnh hởng
của các vùng gần (giếng khoan, ống chống,
ximăng,) tơng tự nh hệ số C.
N
t
là một hằng số đối với một Zond đo và
điều kiện môi trờng quang giếng khoan.
Hình 5.25 biểu thị quan hệ giữa số đo
nơtron (API) với logarit độ lỗ rỗng(log

) của
Độ
rỗn
g

(
%
)
Chỉ số biên độ đờng cong (API)
H
ình 5.24. Đồ thị biểu diễn
quan hệ LogNa với độ rỗng

e
nh sau:
() ()
(
)
(
)
(
)()
)40.5(1
i
ma
i
Sh
ShXO
h
eXO
mf
e
N
HIVHIVSHISHIHI

+++=
Với

=++ 1
iShe
VV
Phơng trình (5.40) chỉ bao quát cho vùng đới rửa của vỉa chứa.
Trong đó:

Đ
ờn
g
kính
giếng
H
ình 5.25. Bảng chuẩn xác định độ rỗng
nơtron theo luật hàm số mũ159
(HI)
N
là số đo chỉ số hydro sau khi đ tính toán các hiệu chỉnh ảnh hởng
của môi trờng.
5.3.5.2.5. Phạm vi ứng dụng của các phơng pháp nơtron - nơtron

Ta có thể kể ra đây các ứng dụng của các phép đo nơtron và chúng sẽ đợc
nghiên cứu kỹ hơn ở phân hai của giáo trình:
- Đánh giá độ rỗng của các thành hệ.
- Phân biệt các phần chứa khí hay hydrocacbon nhẹ trong vỉa sản phẩm.
- Tính toán mật độ hydrocacbon (có kết hợp với các phơng pháp khác).
- Phân định và nhận biết các lớp đá trong cột địa tầng giếng khoan.
- Liên kết giữa các giếng khoan (đặc biệt ở những vùng sét không chứa các
nguyên tố phóng xạ và có đo đờng cong gamma ray tự nhiên).
5.3.5.3. Phơng pháp xung nơtron
5.3.5.3.1. Nguyên lý chung

Từ khi có các máy phát nơtron, chúng có thể thay cho các nguồn nơtron hoá
học. Ưu điểm của máy phát nơtron là có thể làm việc ở chế độ xung, nhờ đó mà ngời

khoan và đới gần sát giếng khoan (ống chống và vành ximăng) các nơtron nhiệt cha
đợc sinh ra, chúng chỉ đợc sinh ra nhiều khi đ đi sâu vào thành giếng qua vành
ximăng.
ở
đó các nơtron nhiệt sẽ bị bắt giữ bởi các hạt nhân của các nguyên tố. Điều
nhận xét trên cho thấy các phơng pháp xung nơtron có chiều sâu nghiên cứu lớn hơn
các phơng pháp nơtron cổ điển dùng nguồn hoá học.
Ngày nay, trong sản xuất sử dụng khá rộng ri phơng pháp xung nơtron chủ
yếu là đo cờng độ bức xạ gamma chiếm giữ trong khoảng thời gian giữa hai xung phát
nơtron liên tiếp. Các công ty dịch vụ gọi phép đo nh vậy bằng những tên thơng mại
khác nhau: thời gian sống của nơtron nhiệt - Neutron Lifetime Log (Dresser Atlas) hay
thời gian phân r nơtron - Neutron Decay Time Log (Schlumberger). Dới những cái
tên khác nhau, nhng cuối cùng phơng pháp đều là đo ghi để tính tiết diện bắt giữ vĩ
mô đối với các nơtron nhiệt của môi trờng nên nó còn có một tên gọi khác là phơng
pháp tiết diện bắt giữ các nơtron nhiệt.
5.3.5.3.2. Phơng pháp tiết diện bắt giữ nơtron

a) Cơ sở lý thuyết
Sau khi bắn ra khỏi máy phát,
các nơtron bị mất năng lợng rất nhanh
bởi sự va chạm với hạt nhân của các
nguyên tố trong môi trờng và rơi vào
trạng thái nhiệt. Tại mỗi điểm trong môi
trờng, các nơtron nhiệt dần dần bị bắt
giữ. Trong mỗi đơn vị thời gian số lợng
nơtron bị bắt giữ phụ thuộc vào tích
v.

abs
, với v là tốc độ của nơtron nhiệt (v

g

g
iến
g
Phân rã tron
g
vùn
g
đất đá
Tốc độ đếm xung
H
ình 5.27. Biểu đồ thể hiện số nơtron giảm
nhanh trong nớc so với trong dầu