Giới thiệu máy đo Neutron xung PNN (Phần 1)

Chúng tôi xin giới thiệu một số đặc tính kỹ thuật của máy đo neutron xung PNN như một đề xuất đầu tư thiết bị mới đo khảo sát thành hệ trong giếng đã chống ống phục vụ công tác đánh giá và điều chỉnh chế độ khai thác nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu.

A. Ứng dụng của máy neutron xung :

Máy neutron xung được sử dụng chủ yếu cho các ứng dụng đo khảo sát thành hệ trong giếng đã chống ống. Nó đặc biệt có ý nghĩa đối với các trường hợp:

- Đánh giá lại các giếng cũ, nơi mà các tài liệu đo thân trần không đầy đủ hoặc không có.

- Theo dõi vỉa đã khai thác trong một thời gian dài.

- Theo dõi tiến độ của các dự án phục hồi vỉa.

- Đo khảo sát thành hệ như một phương sách cuối cùng khi cần khoan bị kẹt;

Nguyên tắc của phép đo:

Khi bộ phát xung neutron làm việc trong một thời gian cực ngắn (<3μs), một "chùm" neutron sẽ được phóng ra. Do các neutron có thể dễ dàng đi qua vỏ máy và cả ống chống, một "đám mây" neutron sẽ thâm nhập thành hệ. Các neutron nhanh 14 MeV sẽ trở thành neutron nhiệt sau khi va chạm với hàng loạt các nguyên tử trong thành hệ. Nguyên tử có tác dụng nhiệt hóa neutron hiệu quả nhất chính là nguyên tử hydro có mặt trong phân tử nước hoặc phân tử hydrocarbon. Neutron nhiệt cũng là đối tượng sẽ được bắt giữ trong các detector neutron của máy PNN. Nguyên tử Clo chi phối mạnh quá trình bắt giữ, Clo hiện diện trong nước thành hệ dưới dạng muối (NaCl), khả năng thành hệ bắt giữ các neutron nhiệt sẽ phản ánh hàm lượng muối và do đó cũng sẽ phản ánh độ bão hòa nước. Việc bắt giữ neutron nhiệt bởi nguyên tử Clo sẽ làm gia tăng số tia gamma bắt giữ. Các máy đo neutron xung PNG sẽ giám sát các tia gamma bắt giữ này.

Đám mây neutron sinh ra bởi chùm neutron ban đầu từ bộ phát xung neutron sẽ nhanh chóng trở thành đám mây neutron nhiệt nằm trong vùng lân cận của máy đo, nó sẽ triệt tiêu khi các neutron bị bắt giữ hết bởi các nguyên tử Clo hoặc bởi các nguồn hấp thụ neutron khác có trong thành hệ. Nếu thành hệ có nhiều Clo hiện diện (độ bão hòa nước cao) thì đám mây neutron nhiệt sẽ phân hủy khá nhanh. Tuy nhiên, nếu chỉ có hydrocarbon hiện diện (độ bão hòa nước thấp), đám mây neutron nhiệt sẽ phân hủy chậm hơn rất nhiều.

Sau vài trăm micro giây là phần tuyến tính của đặc tuyến phân hủy - Lưu ý đường suy giảm tương ứng với nước có độ dốc dốc lớn hơn so với đường tương ứng với dầu - Sau đó số đếm nền gần như không đổi.

Ứng dụng được khai thác rộng rãi nhất của tất cả các máy đo neutron xung và PNN là xác định độ bão hòa nước trong các vỉa hydrocarbon. Khi các vỉa chứa hydrocarbon ban đầu đã được đánh giá bằng kỹ thuật đo địa vật lý thân trần, các kết quả phân tích của máy PNN sau đó có thể được sử dụng để theo dõi trắc đồ cạn kiệt nằm phía sau ống chống tại bất kỳ thời điểm nào trong suốt thời gian khai thác giếng. Các thông tin có được gồm:

- Dự trữ hydrocarbon còn lại ( có thể còn lại).

- Định vị và xác định các tiếp xúc dầu, nước và khí.

- Cảnh báo nguy cơ xảy ra sự xâm nhập của khí hoặc nước vào vỉa sản phẩm.

Kỹ thuật đo được sử dụng trong các máy đo neutron xung được gọi là kỹ thuật đo khảo sát theo thời gian trôi. Để áp dụng kỹ thật này, tài liệu địa vật lý cơ bản cần phải được đo sau khi giếng khoan hoàn thành (một vài tuần sau khi giếng khoan được hoàn thành). Sau này phép đo PNN được thực hiện sẽ giúp cho việc giám sát và hiệu chỉnh chế độ khai thác theo suốt đời sống vỉa.

Độ bão hòa dầu dư có thể đánh giá được trong giếng đã chống ống hoặc giếng trần. So với các phương pháp đo trước đó, sự tiếp xúc của chất lỏng thành hệ có thể đánh giá được không chỉ bằng sự phân tích đường cong Sigma mà còn bằng dữ liệu hai kênh neutron để tính độ rỗng. Đường cong S là phép đo neutron xung chính, có tính chất tương tự như một đường cong điện trở suất trong thân trần, tức là, nó lệch sang trái (S cao) tại vùng ngậm nước và về bên phải (S thấp) trong vùng chứa hydrocarbon hoặc thành hệ có độ rổng thấp.

Giá trị S trong đá sét là khá cao, chúng có xu hướng chắn ảnh hưởng của hydrocarbon, tạo thành vùng đá sét trước hết cho thấy tính chứa nước. Hình bên dưới so sánh S với điện trở suất.

Với hệ thống PNN tài liệu đo carota của các giếng cũ có thể biên dịch lại. Phép đo PNN cung cấp các thông tin sau :

- Độ rỗng

- Tỉ lệ khoáng sét trong đá sét

- Loại Hydrocarbon và độ bão hòa Hydrocarbon.

Trong các giếng rất cũ trước đây đôi khi người ta chỉ sử dụng phương pháp đo điện, ngày nay khi sử dụng kết quả phân tích PNN người ta có thể đánh giá thêm đặc trưng đá sét, độ rỗng, trữ lượng ban đầu của vỉa hydrocarbon. Phân định rõ vỉa khí và tính độ bão hòa Hydrocarbon.

Trong trường hợp điều kiện giếng khoan xấu ảnh hưởng đến việc thu thập đầy đủ tài liệu đo thân trần, phương pháp PNN có thể đo qua cần khoan, hoặc sau khi hoàn thành bổ sung tài liệu địa vật lý (thạch học, độ rỗng và hydrocarbon). Mặc dù hiếm khi đo trong giếng trần, PNN có thể sử dụng cùng với các máy đo thân trần để cung cấp sự xác định tốt hơn về thạch học, đặc biệt là về tỉ lệ khoáng sét.

PNN cũng có thể đo trong giếng đóng để giải quyết một số bài toán về kiểm tra khai thác như:

- Dòng chảy của chất lỏng bên trong giếng

- Dòng chảy có thể có bên ngoài ống chống.

So sánh với Máy TDT thông thường (Thermal Decay Tool)

Các tính chất độc đáo của máy PNN được tóm tắt trên các đường cong dưới đây:

- Đường cong màu lam biểu diễn cách thức máy TDT thông thường loại thời gian đếm tia gamma bắt giữ suốt quá trình nhiệt hóa số neutron.

- Đường cong màu đỏ biểu diễn cách thức máy PNN đếm trực tiếp số neutron nhiệt.

Số đếm neutron nhiệt và gamma bắt giữ là tỉ lệ thuận. Đối với một giá trị Sigma cho trước, tốc độ phân hủy của cả xung neutron hoặc gamma giống hệt nhau (tức là sẽ có cùng một độ dốc theo thời gian). Hệ thống đếm neutron (PNN) cho sự phân biệt tốt hơn trên các giá trị nhỏ của Sigma, bởi vì số đếm Neutron lớn hơn số đếm Gamma, do đó nó cho phép xác định gần giá trị thực hơn. Thăng giáng thống kê sẽ giảm trong vùng Sigma thấp tồn tại giữa vùng nước ngọt, dầu và khí.

Trong vùng có giá trị Sigma cao, chẳng hạn như nước mặn, số đếm gamma sẽ cao hơn số đếm neutron, và do đó dĩ nhiên máy PNN làm việc sẽ không được tốt và cho kết quả kém hơn vì thăng giáng thống kê. Nhưng lĩnh vực quan tâm trong ngành công nghệ dầu khí là phát hiện dầu, khí đốt từ sự khác biệt giữa nước ngọt và nước muối là đủ.Cuối cùng, không giống như tia gamma, không tồn tại neutrron tự nhiên, vì vậy không có nhiễu nền neutron để loại bỏ neutron tính trên các giá trị thấp hoặc các kênh xa. Máy PNN là một máy đo TD căn bản đối với việc đánh giá các thành hệ có độ mặn thấp hơn và thành hệ có độ rỗng thấp hơn.

Đường cong tỷ số là một chỉ số độ rổng thu được bằng cách lấy tỷ số của số đếm gamma đo được trong các detector gần và xa. Các đường cong tỷ số hành xử giống như một đường cong độ rổng neutron bù, lệch về bên phải (tỷ số nhỏ) ở độ rổng thấp hoặc trong sự hiện diện của khí. Đường cong tỷ số phản ánh một túi khí bị mắc bẩy bên dưới Packer phía sau đoạn đầu ống.

Trong trường hợp không có bất kỳ tài liệu đo độ rổng thân trần, tỷ số này có thể được sử dụng kết hợp với S để tính độ rổng thành hệ.

Trong track 3 các kênh gần và xa được hiển thị theo kiểu lớp phủ (hình dưới). Khi thang đo được lựa chọn phù hợp, ta nhìn thấy trực quan tài liệu đo theo các đặc trưng: đối với vỉa khí F1 > N1 (đường chấm chấm ở bên trái đường liền nét). Trong vỉa sét F1 < N1 (đường chấm chấm ở bên phải đường liền nét) và trong vỉa dầu hoặc vỉa nước hai đường cong trên thực tế nằm gần chồng lên nhau.