5
Mở đầu

ịa vật lý giếng khoan (ĐVLGK) là một lĩnh vực của địa vật lý ứng dụng bao
gồm việc sử dụng nhiều phơng pháp vật lý hiện đại nghiên cứu vật chất để
khảo sát lát cắt địa chất ở thành giếng khoan nhằm phát hiện và đánh giá các khoáng sản
có ích, thu thập các thông tin về vận hành khai thác mỏ và về trạng thái kỹ thuật của
giếng khoan.
Việc ứng dụng các phơng vật lý để nghiên cứu lát cắt địa chất giếng khoan qua
các thời kỳ và từng đối tợng khác nhau đ từng có những tên gọi khác nhau. Những
năm 1960 về trớc lĩnh vực này đợc gọi bằng cái tên Carota. Thuật ngữ này có gốc
từ tiếng Pháp: Carottage xuất phát từ Carotté nghĩa là mẫu lõi khoan, hay cũng có
nghĩa là củ cà rốt. Trong hệ thống Anh ngữ các phơng pháp Địa vật lý giếng khoan
đợc gọi bằng thuật ngữ Log, Logging - có nghĩa là đo vẽ liên tục một tham số vật lý
theo trục giếng khoan, chẳng hạn Log điện trở, Log siêu âm, Log nhiệt độ
Với tốc độ phát triển nh vũ bo hiện nay của khoa học công nghệ, Địa vật lý
giếng khoan này càng phong phú về số phơng pháp, hiện đại về công nghệ và sâu sắc
về nội dung khoa học. Trong sự phát triển nhanh chóng đó có một đặc điểm dễ nhận
thấy là từ nghiên cứu lý thuyết đến triển khai công nghệ là một khoảng cách rất ngắn,
dờng nh những ý tởng khoa học hôm nay thì ngày mai đ trở thành công nghệ áp
dụng trong sản xuất.
ở
Việt Nam các phơng pháp địa vật lý giếng khoan đ đợc ứng dụng để
nghiên cứu các lỗ khoan than từ cuối những năm 50 đầu những năm 60 của thế kỷ vừa
qua khi Liên Xô và các nớc XHCN anh em lúc bấy giờ đ bắt đầu giúp chúng ta đẩy
mạnh công tác điều tra địa chất ở miền Bắc.
Từ những thời gian đó ở sản xuất những ngời làm công tác địa vật lý của Việt
Nam đ quen với thuật ngữ Carota để chỉ một loại hình công việc đo địa vật lý trong
các lỗ khoan thăm dò than và tìm kiếm các khoáng sản có ích khác.
Bắt đầu sang thập kỷ 80 khi công tác đo địa vật lý trong các giếng khoan thăm

đơn vị có sử dụng tài liệu đo địa vật lý giếng khoan.
Giáo trình chia làm hai phần. Phần thứ nhất là nội dung chính dạy ở trờng đại
học trong đó giới thiệu nội dụng các phơng pháp đo địa vật lý giếng khoan, chú trọng
cơ sở vật lý - địa chất, nguyên lý đo vẽ thu thập tài liệu gợi ý phạm vi ứng dụng của các
phơng pháp. Trong giáo trình không chú trọng mô tả các máy móc thiết bị đo Địa vật
lý giếng khoan mà trong mỗi phơng pháp hay nhóm phơng pháp chỉ trình bày
nguyên lý hoạt động của máy và sơ đồ khối của các máy đó.
Phần thứ hai của giáo trình sẽ đợc trình bày nh các tài liệu chuyên khoa về
phân tích địa chất các tài liệu địa vật lý giếng khoan theo từng chuyên đề (nghiên cứu
địa tầng, môi trờng địa chất, cấu kiến trúc của đá chứa, xác định thành phần vật chất,
tính toán trữ lợng mỏ dầu khí và các mỏ khoáng sản rắn, các phần mềm phân tích tài
liệu Địa vật lý giếng khoan ) đáp ứng các yêu cầu tìm hiểu sâu về Địa vật lý giếng
khoan của các kỹ s đang công tác trong ngành dầu khí và các ngành có liên quan.
Chúng tôi cho rằng việc biên soạn một giáo trình chuyên ngành Địa vật lý giếng
khoan, một sự thu nhỏ của ngành địa vật lý ứng dụng trong các giếng khoan không phải
là việc làm dễ dàng do tính đa ngành và phát triển nhanh chóng của nó. Chắc chắn trong
lần biên soạn đầu tiên này không thể tránh khỏi những thiếu sót về nội dung, thuật ngữ
và sắp xếp các phần của giáo trình mong đợc các đồng nghiệp đóng góp ý kiến.
Các tác giả bày tỏ lòng cảm ơn đối với các đồng nghiệp ở trờng Đại học Mỏ -
Địa chất và ở Vietsovpetro đ cho nhiều ý kiến đóng góp trong quá trình biên soạn giáo
trình này, đặc biệt xin cảm ơn kỹ s Nguyễn Trung Quân ở trờng Đại học Mỏ - Địa
chất và các kỹ s ở Xí nghiệp Địa vật lý giếng khoan Vietsovpetro đ góp nhiều
công sức trong việc trình bày và soạn thảo để kịp cho in phần thứ nhất của giáo trình.
Các tác giả.

7
Chơng 1
Đối tợng và các tham số nghiên cứu

1.1. Đối tợng nghiên cứu

và biến chất; mỗi nhóm có những đặc trng riêng nhng khi nghiên cứu chúng đều cần
làm rõ ba vấn đề:

8
1. Thế nằm của đá và quan hệ của nó với các đá khác xung quanh, nghĩa là đá
gặp trong tự nhiên nh thế nào?
2. Kiến trúc và cấu tạo của đá, tức là các phần tử hợp thành đá đợc sắp xếp ra sao?
3. Thành phần khoáng vật và hoá học của đá?
Ba vấn đề vừa nêu chứa đựng các thông tin về địa tầng, kiến tạo, môi trờng địa
chất, tiềm năng khoáng sản có ích (quặng, than, dầu khí ).
Địa vật lý giếng khoan trong nghiên cứu dầu khí có đối tợng chủ yếu là đá
trầm tích. Khi phân tích tài liệu địa vật lý giếng khoan, mô hình đá đợc xem là môi
trờng có lỗ rỗng cấu tạo từ 3 pha: Cứng, lỏng và khí. Pha cứng bao gồm xơng đá
(matrix) là những hạt khoáng vật tạo đá, xi măng gắn kết thờng là sét, cacbonat ; pha
lỏng bao gồm nớc, dầu; pha khí bao gồm các khí hydrocacbon, khí CO
2
, H
2
S, N
2

Cũng có một mô hình đơn giản bao gồm hai thành phần: matrix và sét; trong không
gian, lỗ rỗng của đá đợc lấp đầy chất lu (dầu, khí, nớc). Hai thành phần cấu thành
pha cứng của đá (matrix và sét) có ảnh hởng rất khác nhau không chỉ lên các phép đo
địa vật lý, mà lên các tính chất vật lý thạch học của đá chứa (độ thấm, độ bo hoà ).
Sét trong nhiều trờng hợp đợc phân biệt: sét nén (shale), hạt sét xâm tán trong đá ở
dạng cấu trúc (clay), bột sét (silt) là các hạt mịn có kích thớc 1/16 - 1/256 mm.
Matrix:
Trong phân tích tài liệu matrix đợc hiểu là bao gồm mọi thành phần
cứng của đá (các hạt, matrix, xi măng) không kể sét. Đá đơn khoáng là đá có matrix

mm, lấp đầy hay một phần lỗ rỗng của đá hoặc bám trên thành các khe lỗ rỗng nh
màng sét bọc lấy các hạt cứng. Dạng sét xâm tán làm thay đổi đặc điểm thấm chứa (độ
rỗng, độ thấm) của đá mạnh hơn các dạng tồn tại khác của sét.
Bảng 1.2. Đặc trng của các khoáng vật sét
Do khả năng hấp
phụ của các hạt sét nên
sét thờng ngậm các ôxit
nhôm, mangan, sắt và
các chất hữu cơ. Sét có
đặc tính chịu uốn dẻo,
đàn hồi và không thấm,
có kiến trúc ô mạng.
Các ô mạng tinh
thể của sét có chiều dày,
phân bố không gian và
ngậm hydro và nớc
khác nhau tuỳ từng loại.
Sét xâm tán ngậm hydro
cao hơn sét nén. Hydro
có trong: a) Các ion
hydroxit trong các phân
Kích thớc các tinh thể sét
Khả năn
g
hấp ph
ụ
của sét
(
méq./100
g)

Các đặc điểm vừa nêu của sét nói lên rằng thành phần khoáng vật này trong đá
có ảnh hởng rất mạnh mẽ lên các thông số vật lý đo đợc trong giếng khoan.
Lu chất
Trong không gian rỗng giữa các hạt vụn của đá đợc lấp đầy chất lu
(nớc, dầu, không khí, các khí tự nhiên ). Vậy có bao nhiêu lu chất có trong đá trớc
hết phụ thuộc không gian rỗng trong đá, tức vào độ lỗ rỗng của đá (Hình 1.2).
Nếu chất lu chứa trong lỗ rỗng của đá là
nớc vỉa thì giữa matrix và nớc bo hoà có đặc
tính dẫn điện hoàn toàn khác nhau. Thờng thì các
khoáng vật tạo đá trong matrix là những khoáng
vật kém dẫn điện, trong khi đó nớc vỉa có độ
khoáng hoá nhất định trở thành chất dẫn điện rất
tốt. Trong môi trờng lỗ rỗng có chứa nớc thì khả
năng dẫn điện của môi trờng đó phụ thuộc chủ
yếu vào nớc và độ khoáng hoá của nớc. Dòng
điện một chiều hay dòng điện tần số thấp chủ yếu
đi trong các kênh lỗ rỗng trong đá.
Đến đây ta thấy kiến trúc không gian lỗ rỗng có ảnh hởng lên khả năng dẫn
điện của đá. Nếu các phần lỗ rỗng trong đá thông nối với nhau theo những kênh thẳng
và rộng thì đá sẽ dẫn điện tốt, ngợc lại các kênh thông nối hẹp lại cong queo thì độ
dẫn điện giảm. Sự khác nhau đó đợc đánh giá bằng một tham số không thứ nguyên
gọi là độ cong kênh rỗng. Độ cong kênh dẫn không chỉ ảnh hởng lên độ dẫn điện mà
còn ảnh hởng lên độ thấm cơ học của đá - độ cong càng lớn thì độ thấm càng kém.
Trong trờng hợp chất lu bo hoà trong không gian lỗ rỗng của đá không chỉ có
nớc vỉa mà còn có hydrocacbon (dầu khí) là các chất không dẫn điện hoặc dẫn điện rất
kém thì điện trở của đá tăng khi lợng nớc trong đá giảm, lợng hydrocacbon tăng.
Trong trờng hợp này, độ dẫn điện của đá là một hàm số của độ bo hoà nớc trong đá đó.
1.3. Đá chứa, các tham số vật lý của đá chứa
Đá chứa ở đây là các đá (hay thành hệ) có lỗ rỗng và có khả năng chứa chất lu
(dầu, khí, nớc) trong không gian rỗng của đá. Các chất lu nh dầu khí chủ yếu là di

giữa hạt nên có cùng độ rỗng nhng độ thấm trong các tầng chứa là đá cacbonat và đá
móng bao giờ cũng lớn hơn trong đá cát sét.
1.3.1. Độ rỗng
Định nghĩa: Độ rỗng là tỉ phần không gian không đợc lấp đầy chất rắn trong thể
tích toàn phần của khối đá (hay cũng có thể phát biểu: Tỷ số thể tích của lỗ rỗng với thể
tích của khối đá). Căn cứ vào những đặc điểm riêng ngời ta chia lỗ rỗng ra các loại:
a) Độ rỗng toàn phần (
t
) hay độ rỗng chung là tỷ phần thể tích của tất cả không
gian rỗng (giữa hạt, kênh thông nối, nứt nẻ, hang hốc, bọt ) cộng lại có trong đá.
t
p
t
st
t
v
v
v
vv
=

=
(1.1)
Trong đó:
v
p
: Thể tích của mọi không gian trống trong đá (thông thờng trong v
p
có
chứa dầu, nớc, khí)

t
bởi có nhiều trờng hợp các bọt rỗng trong đá không thông nối đợc với nhau.
Chẳng hạn đá bọt có độ rỗng
1
vào cỡ 50%, nhng vì các bọt không có kênh thông
nối với nhau nên

thn
= 0.

12
c) Độ lỗ rỗng tiềm năng (

p
) là phần lỗ rỗng hở có đờng kính các kênh thông
nối đủ lớn để cho dòng các chất lu có thể đi qua dễ dàng (lớn hơn 50
à
m đối với dầu,
và 5 àm đối với khí). Độ lỗ rỗng tiềm năng (
p
) đôi khi có giá trị nhỏ hơn độ rỗng hở
(

thn
). Ví dụ các lớp sét có độ rỗng hở rất cao từ 50 - 85% nhng hoàn toàn không có
lỗ rỗng tiềm năng vì lẽ lỗ rỗng và kênh thông nối trong đá sét rất bé, sét lại có đặc
điểm hấp phụ bề mặt cao nên độ thấm rất kém, các lớp sét có vai trò lớp màn chắn.
d) Độ lỗ rỗng hiệu dụng (

ef

Có hai kiểu dẫn điện là:
- Dẫn điện điện tử: Là đặc tính dẫn điện của các chất rắn nh graphit, các kim
loại (đồng, bạc ), oxit kim loại (hematit), sunfua kim loại (pyrit, galenit ).
- Dẫn điện ion (hay dẫn điện điện môi): Là đặc tính dẫn của các dung dịch, ví
dụ nớc có hoà tan các muối. Các đá khô và không chứa các chất dẫn điện điện tử nêu
trên thì có điện trở rất lớn đến mức gần nh không dẫn điện.
Đặc tính dẫn điện của đá trầm tích chủ yếu là dẫn điện ion vì trong đá trầm tích
thờng xuyên có nớc và phân bố liên tục trong đá.
Điện trở suất của đá phụ thuộc vào:
- Điện trở suất của chất lu trong lỗ rỗng. Điện trở này thay đổi theo bản chất,
nồng độ muối hoà tan trong nớc và nhiệt độ.

13
- Lợng nớc chứa trong đá, nghĩa là phụ thuộc vào độ rỗng và độ bo hoà nớc
của đá.
- Loại đá, ví nh bản chất và sự tồn tại của sét, dấu hiệu của các kim loại dẫn điện.
- Kiến trúc của đá: Phân bố lỗ rỗng, sét và các khoáng vật dẫn điện.
- Nhiệt độ, đặc biệt là các đá có đặc tính dẫn điện ion.
Đá, đặc biệt đá trầm tích, là môi trờng không đẳng hớng về khả năng dẫn
điện cũng nh dẫn dòng thấm. Theo chiều phân lớp (dọc theo các mặt phân lớp), điện
trở suất dọc (R
//
) thờng thấp hơn theo chiều vuông góc (R

). Đặc điểm đó của đá đợc
đánh giá bằng hệ số bất đẳng hớng :
2
1
//
R

(1.3)
Bất đẳng hớng trong phạm vi một vỉa đồng nhất đợc xem là bất đẳng hớng vi
mô; khi xét trong phạm vi một tập vỉa hay một đoạn lát cắt trầm tích thì gọi là bất đẳng
hớng vĩ mô. Bất đẳng hớng vĩ mô sẽ ảnh hởng lên mọi giá trị đo của các thiết bị đo
điện trở khác nhau.
Bất đẳng hớng vi mô chỉ thể hiện trong sét và lớp vỏ sét ở thành giếng.
ở
thành
giếng giá trị điện trở đo dọc theo trục giếng khoan thì nhỏ hơn khi đo theo hớng
vuông góc với thành giếng.
ả
nh hởng đó thể hiện lên giá trị đo bằng hệ thiết bị MLL
hoặc PML.
Tóm lại khi gọi là điện trở suất thực (R
t
) của thành hệ là điện trở phụ thuộc vào
hàm lợng chất lu và bản chất cũng nh cấu hình của xơng đá.
Quan hệ phụ thuộc giữa điện trở suất với độ khoáng hoá

Ta có nhận xét rằng điện trở suất của một dung dịch thì phụ thuộc vào nồng độ
và loại muối hoà tan.
Hình 1.3 cho thấy quan hệ phụ thuộc giữa độ dẫn C với nồng độ muối hoà tan
trong dung dịch tính bằng ppm.
ở
nồng độ thấp dới 100.000ppm, quan hệ này là đồng biến. Nhng khi nồng
độ tiếp tục tăng lên thì đờng biểu diễn quan hệ này của các muối khác nhau bắt đầu
chuyển sang quan hệ nghịch biến với những giá trị nồng độ khác nhau. Hiện tợng

14
quan hệ phụ thuộc của độ dẫn vào nồng độ muối hoà tan là đồng biến ở nồng độ thấp

g
đ
ộ
ppm
H
ình 1.3. Quan hệ giữa độ dẫn và nồng độ
khoán
g
hoá.
Điện trở suất dung dịch (

m)
Nhi
ệ
t đ
ộ

Nồn
g
đ
ộ
NaCl
Hình 1.4. Bản chuẩn quy đổi điện trở suất của dung dịch từ nhiệt độ T
1
và nồng độ C
1
v
ề

điện trở suất ở nhiệt độ T

12
+
+
=
T
T
RR
WTWT
(1.5)
khi dùng thang đo
C.
Trong đó
1
WT
R và
2
WT
R là điện trở suất dung dịch ở thiệt độ T
1
và T
2
.
Điện trở suất của sét

Ngoại trừ một số khoáng vật quặng hay vật liệu bán dẫn nh graphit, pyrit,
hematit và một vài khoáng vật khác, còn lại các khoáng vật khô hầu nh không dẫn điện.
Có một vài khoáng vật bề ngoài dờng nh là vật dẫn điện ở thể rắn, sét là một
thí dụ nh thế. Theo Waxman và Smits (1968), vật liệu trầm tích sét bản thân nó giống
nh một thành hệ sạch có độ rỗng, độ cong kênh dẫn và chất lu bo hoà ngoài nớc,
dờng nh dẫn điện tốt hơn ta tởng do bề mặt khối của nó (hình 1.5a).

(a);
Q
uan h
ệ

g
iữa đ
ộ
dẫn m
ặ
t và đ
ộ
rỗn
g
của các lo
ạ
i sét
(
b
)16
và phụ thuộc vào loại khoáng vật sét. Đại lợng này thấp nhất ở sét caolimit và cao
nhất ở sét montmorilonit và vermiculit.
Sét không chỉ gặp phổ biến ở các vỉa riêng biệt mà còn trộn lẫn trong các đá
khác nh cát kết, đá vôi.
Khi đề cập tới sét trong đá ta có thể xem phần xơng đá là không dẫn điện.
Thành phần sét sẽ đợc tính đến trong tính toán dựa trên các phép đo điện trở (yếu tố
thành hệ, độ lỗ rỗng, độ bo hoà ). ảnh hởng của sét sẽ phụ thuộc vào tỷ phần, tính

F
0
= (1.7)
Tham số F là hàm số của kiến trúc đá.
Trong thực tế dòng điện đi qua môi trờng
lỗ rỗng theo các kênh thông nối từ các lỗ rỗng
giữa hạt. Đờng dẫn đó rất phức tạp, phụ thuộc
vào kiến trúc của đá và cấu hình của hệ thống
kênh dẫn nh những mao quản xen chéo và cắt
nhau. Mức độ phức tạp của đờng dẫn trong đá
đợc đánh giá bằng hệ số độ cong kênh dẫn, là tỷ
số giữa chiều dài thực l của kênh dẫn trên chiều
dài l
0
của mẫu đá (hình 1.6).
Với một tập hợp lớn số đo của các mẫu đá
Archie (1942), cho thấy yếu tố thành hệ của đá
cát sét có quan hệ với độ rỗng

theo phơng trình mang tên ông:
l

l
0
H
ình 1.6. Hệ số độ cong 1
0
=
l
l

m
F

=
1
với

+=
019,0
87,1m
.
Bản chuẩn ở hình 1.7 thể hiện sự phụ thuộc của F vào độ rỗng
với các giá trị
của hệ số a và m khác nhau. Đ
ộ lỗ rỗng (%)
Yếu tố thành hệ F
Hình 1.7. Quan hệ phụ thuộc F với

(theo Schlumberger)18
Việc đánh giá chính xác các
tham số a và m thờng đợc thực
hiện nhờ một đồ thị dựng trên toạ
độ vuông góc loga kép, của tỷ số
W

1
) và (

2
, F
2
),
dựa vào (1.8)
m
W
a
F
R
R

==
0
có thể xác định các giá trị m và a nh sau:
12
21
loglog
loglog


=
FF
m (1.9)
và
mm
FFa

Độ bo hoà của một chất lu nào đó trong đá chứa đợc định nghĩa bằng tỷ số
thể tích lỗ rỗng mà chất đó chiếm so với thể tích độ rỗng toàn phần của đá. Nếu chất
lu là nớc vỉa thì đó là độ bo hoà nớc S
W
và tính bằng:
p
W
W
V
V
S =
(1.11)
Hình 1.8. Đồ thị F với

dựng trên toạ độ
loga kép để xác định a và m.19
Trờng hợp trong lỗ rỗng không có các chất lu khác, V
W
= V
p
, thì S
W
= 1,0;
khi đó đá chứa gọi là đá chứa nớc, tầng chứa nớc (aquifer).
Nếu trong lỗ rỗng có cả các thành phần chất lu khác, nh hydrocacbon (V
hy
)

có quan hệ với điện trở suất theo phơng trình có dạng:
t
n
W
R
R
S
0
= (1.13)
Trong đó:
R
0
là điện trở của đá có độ rỗng hiệu dụng

ef
, chứa bo hoà 100% nớc
có điện trở R
W
.
R
t
là điện trở suất thực của chính đá đó có bo hoà cả nớc và
hydrocacbon (bo hoà nớc S
W
, bo hoà hydrocacbon S
h
= 1 - S
W
)
n là số mũ bo hoà, đợc xác định bằng thực nghiệm và thay đổi trong

I
Sn
W
log
1
loglog =






=
(1.14)
I
H
ình 1.9. Đồ thị xác định số mũ n theo
S
W
và I

20
Vậy
I
n
S
W
log
1
log

= FR
W
thì:
n
W
W
t
S
FR
R =
(1.16)
Phơng trình (1.16) gọi là phơng trình Archie thứ hai cho trờng hợp đá sạch.
Hydrocacbon không bao giờ bo hoà 100% trong đá chứa vì thờng chúng di
dời từ nơi khác đến. Khi hydrocacbon đẩy nớc để choán chỗ trong lỗ rỗng của đá
chứa thì nớc luôn luôn còn sót lại do lực mao dẫn. Nớc lu lại trong vỉa dầu tạo nên
độ bo hoà nớc d
ir
W
S . Giá trị
ir
W
S phụ thuộc vào loại lỗ rỗng, kích thớc kênh rỗng,
tính chất của hạt đá, một số chất rắn sót lại trong nớc cũng ảnh hởng lớn đến hiện
tợng này.
Dầu khí đ bo hoà trong đá chứa thì cũng có đặc điểm là dầu bám vào thành lỗ
rỗng với lực bám khá bền vững.
I.4.3.
ả
nh hởng của độ sét lên giá trị điện trở suất và độ bo hoà của đá
Khi có thành phần sét trong đá là thêm yếu tố dẫn điện trong đá đó và vì vậy sét

chiều vuông góc với bề mặt vỉa chứa thì
sét phân lớp làm triệt tiêu khả năng thấm
theo chiều thẳng đứng của tầng. Nói cách
khác các lớp sét mỏng ngăn đờng thấm
giữa các lớp cát có lỗ rỗng ở bên trên và
dới chúng.
Về mặt dẫn điện, sét phân lớp tạo
ra một hệ thống các đờng dẫn song song
với các lớp có độ dẫn lớn hoặc nhỏ hơn.
Vận dụng mô hình đờng dẫn song song ta có thể viết phơng trình tính điện trở
R
t
của tập vỉa cát sét:
sd
sh
sh
sh
t
R
V
R
V
R

+=
1
1
(1.17)
Trong đó:
V

2
)1(
1

+=
(1.19)
Từ đó:
2
1
1
1

















=
sh

điện giải đơn để tính điện trở R
t
, từ các điện trở R
cl
và R
W
của sét xâm tán và nớc vỉa:









=









+




t
chứa sét xâm tán
R
cl
là điện trở suất của sét xâm tán
S
Z
là phần lỗ rỗng
t
chứa hỗn hợp nớc sét.
S
Z
= S
W
(1 - q) + q
(1.22)
Z
S
q
là tỷ phần của sét xâm tán trong hỗn hợp nớc + sét
Z
Z
S
qS
là tỷ phần nớc trong hỗn hợp nói trên
m
Z
a
F
2

R
q
SF
S
R
1
.
1
2
2
(1.24)
Từ (1.22) và (1.23) ta tính R
t
, rồi tính S
W
:

23
q
R
RRq
R
RRq
R
aR
S
cl
Wcl
cl
Wcl

)(
2
1
2
2
(1.25)
Điện trở suất R
cl
của sét xâm tán thờng đợc lấy bằng 0,4R
sh
(R
sh
là điện trở
suất của vỉa sét nén bênh cạnh). Nếu R
sh
>> R
W
thì một số số hạng trong (1.25) trở nên
nhỏ đơn giản, nên sẽ có dạng:
q
qq
R
aR
S
tZ
W
W




D
chỉ độ rỗng hiệu dụng (gộp phần mật độ sét ngậm nớc nh chính mật độ của hạt
cát sạch).
c) Sét cấu trúc: Sét cấu trúc là các hạt hay phiến sét cấu thành một phần của pha
cứng nh những hạt thạch anh hoặc các khoáng vật khác. Loại hình tồn tại của loại sét
này có nhiều đặc tính giống với sét phân lớp vì chúng cùng phụ thuộc vào độ nén ép
nh nhau. Tuy nhiên các ảnh hởng của chúng lên độ thấm và điện trở suất thì ít hơn
nhiều so với sét xâm tán, mặc dù chúng là một phần của sét trong đá. Sét phân lớp và
sét cấu trúc có cùng một nguồn gốc lắng đọng, trong khi đó sét xâm tán lại rất khác
nhau về thành phần khoáng vật (fieldspar ) hoặc điều kiện lắng đọng.
Tất cả ba kiểu tồn tại của sét có thể đồng thời có trong thành hệ cát sét. Không
có loại đá chỉ có sét phân lớp mà không có sét xâm tán hay sét cấu trúc, cũng không có
trờng hợp chỉ có sét xâm tán mà không có loại hình sét khác. Điều đó cũng giống nh
trong các đá trầm tích lục nguyên không có đá là cát sạch và cũng không tồn tại một
lớp đá thuần sét không có cát. Vậy ta phải hiểu rằng khi nói lớp đá cát thì đó là đá có
nhiều cát, ít sét, cũng nh khi nói đến lớp sét ta hiểu rằng thành phần khoáng vật chính
của lớp đó là sét, ít cát.
1.5. Độ thấm
Đá thấm là đá có độ lỗ rỗng mở. Độ thấm của đá là khả năng cho chất lu có độ
nhớt nhất định đi qua đá đó dới một đơn vị gradien áp lực.
Độ thấm tuyệt đối k biểu thị dòng chất lu đồng nhất không có những tác động
hoá học với đá ở pha cứng đợc biểu thị theo định luật Darcy nh sau:

24
)(.
21
pp
h
S
kQ =

thấm thì gần triệt tiêu. Điều đó cho thấy rằng giá trị độ rỗng không quyết định cho khả
năng thấm của đá mà kiến trúc lỗ rỗng mới là quan trọng.
b) Hiện tợng mao dẫn trên bề mặt tiếp xúc giữa nớc và đá
Lỗ rỗng hay thông nối với nhau qua các đờng ống có đờng kính r cỡ dới
1
àm. Trên thành các ống đó xảy ra hiện tợng kéo nớc thấm dâng lên tới chiều cao h
tạo ra một áp lực P
e
gọi là áp lực mao dẫn (hình 1.14). Phơng trình Laplace biểu thị
quá trình trên nh sau:
r
T
P
e

cos2
=
(1.29)
Trong đó:
P
e
là áp lực mao dẫn (dyn/cm
2
)
T là sức căng trên bề mặt tiếp xúc giữa nớc với thuỷ tinh (dyn/cm)

là góc tiếp giáp giữa mặt cong với thành ống (độ)
r là bán kính ống (cm)

25

của các đá cát sét có độ hạt khác nhau
Đ
ộ rỗng (%)
Kr (àm)
H
ình 1.13. Quan hệ
g
iữa độ thấm, độ rỗn
g
và bán kính rỗn
g26
Từ (1.30):
gr
T
h


cos2
=
(1.31)
Phơng trình (1.31) là phơng trình chiều
cao cột nớc theo định luật Jurin.
Từ (1.31) ta thấy ngay là khi bán kính ống
mao dẫn càng nhỏ thì chiều cao dâng cột nớc

Ví dụ trong hệ thấm có cả dầu lẫn nớc, độ thấm hiệu dụng tính cho mỗi thành phần
đó sẽ là:
- Đối với pha dầu:
PS
hQ
k

=
00
0
à
(1.32)
- Đối với pha nớc:
PS
hQ
k
WW
W

=
à
(1.33)
Trong đó:
Q
0
và Q
W
là lu lợng thấm của dầu và nớc
à
0

cũng nhỏ hơn lu lợng
thấm của dòng đơn pha. Điều đó có nghĩa là hai pha cản trở lẫn nhau khi thấm qua môi
trờng lỗ rỗng.
Có một cách đánh giá hiện tợng này theo định nghĩa của độ thấm tơng đối:
Độ thấm tơng đối là tỷ số của độ thấm hiệu dụng của đá đối với một pha chia cho độ
thấm tuyệt đối, và biến thiên theo giá trị độ bo hoà của pha đó.
k
k
k
ro
0
= là độ thấm tơng đối của dầu (1.34)
k
k
k
W
rw
= là độ thấm tơng đối của nớc (1.35)
Trên hình 1.15 ta thấy độ thấm tơng
đối của dầu (k
ro
) ở giá trị bo hòa nớc d
(S
Wir
) nhỏ hơn 1,0 và nó tiếp tục giảm khi độ
bo hoà nớc (S
W
) tăng, nhng cuối cùng tiến
tới không khi S
W

ở giá trị độ bo hoà S
W
= 60%.
Trong lĩnh vực này có nhiều công trình đề xuất các phơng trình thực nghiệm
chỉ quan hệ giữa k
ro
, k
rw
với S
W
, S
Wir
và S
or
. Một số trong các phơng trình đó nh sau:
3
1










=
ir
ir

S
k

=
(1.38)
Đ
ộ bão hoà
Độ thấm tơng đối
H
ình 1.15. Độ thấm tơng đối phụ
thu
ộ
c đ
ộ
bo hoà

28
Nếu giếng khai thác là hoàn toàn ở vào vùng chuyển tiếp, ở đó tầng chứa giảm
hẳn độ bo hòa nớc, tới khi k
rw
= 0 thì nớc không còn thấm vào giếng. Nếu sự hoàn
tất giếng đ thấy ở vùng chuyển tiếp thì phần nớc trong dòng khai thác xem nh bị
loại trừ. Khi đó có thể tính nh sau:
Lu lợng dòng dầu
l
SPk
Q
0
0
0

=
W
W
k
k
WOR
à
à
0
0
(1.41)
Tỷ số
0
k
k
W
là đại lợng có thể đợc lấy từ tỷ số độ thấm tơng đối, hoặc tính từ
giá trị liên kết rộng. Thành phần nớc trong dòng khai thác từ giếng sẽ là:
0
QQ
Q
WC
W
W
+
=
(1.42)
hoặc
WOR
WOR

- Đối với khí

29
2
3
79
ir
W
S
k

=
(1.46)
Theo Raymer và Freeman
- Đối với dầu
2
0
)(
122









=


W
- Mật độ (tỷ trọng) của nớc

0
và
g
- Mật độ của dầu và khí
Hình 1.16 là đồ thị
biểu diễn sự phụ thuộc
của độ bo hoà nớc d
S
Wir
vào độ lỗ rỗng hiệu
dụng với các giá trị độ
thấm cho trớc, tính theo
các công thức của Wyllie
và Rose (1.45) và (1.46).
Các đồ thị này trở thành
bản chuẩn để tính độ thấm
dầu và khí của đá trầm
tích khi giá trị S
Wir
đợc
xác định từ các phép đo
mẫu lõi hay đo điện trở.
Độ rỗng
đợc xác định
từ các kết quả đo siêu âm

S