L&TD

c) Chiều sâu nghiên cứu của phương pháp đo cảm ứng

Chiều sâu nghiên cứu theo phương bán kính và khả năng phân giải lát cắt theo phương z của một Zond đo cảm ứng trong giếng khoan được tính toán như sau:

Yếu tố hình học của phần môi trường nằm giữa hai mặt trụ bán kính r và (r+dr) kéo dài theo trục z từ -∞ đến +∞ là G_r được tính bằng tích phân từ -∞ đến +∞ của của yếu tố hình học g theo z.

Đối với trường hợp của Zond hai ống dây, giá trị G_r tính theo công thức trên là một hàm của r (hình 3.28).

Hình 3.28 chỉ ra rằng Zond hai ống dây không hội tụ trường từ tập trung chủ yếu trong đới trụ có bán kính r = L/4 đến L.

Hình 3.29 cho thấy các Zond đo có nhiều ống dây hội tụ có chiều sâu nghiên cứu tăng theo chiều dài của Zond.

Chú ý: Các ký hiệu 6FF27, 5FF40 và 6FF40 là những ký hiệu của các Zond đo cảm ứng. Trong các ký hiệu đó chữ số đầu tiên chỉ số ống dây, các ký tự FF chỉ rằng Zond đo có hội tụ, và con số cuối cùng là chiều dài L của Zond đo, tính bằng inches.

Yếu tố hình học theo phương thẳng đứng tại vị trí cách điểm đo O một khoảng Z (hình 3.30) được tính theo biểu thức sau:

Lấy tích phân ta sẽ nhận được các biểu thức sau:
Gz = 1/2L, Z trong khoảng (-L/2, L/2)
Gz = 1/8Z², ngoài khoảng trên, nghĩa là Z < -L/2 và Z > L/2.

Vậy là một vỉa có chiều dày lớn hơn L thì ảnh hưởng của các lớp vây quanh sẽ rất nhỏ, điều đó đồng nghĩa với nhận xét độ phân giải lát cắt của Zond đo cảm ứng bằng chiều dài L của nó.

d) Hội tụ trường kích thích
Trong thực tế ứng dụng các Zond đo cảm ứng người ta không dùng loại chỉ có hai cuộn dây, mà thường dùng loại có nhiều cuộn dây, gồm hai cuộn dây phát thu chính còn thêm các ống dây phụ. Các ống dây phụ có chức năng làm hội tụ, nhằm định xứ trường kích thích vào vùng đo cần thiết để tín hiệu đo được có tỷ lệ đóng góp của các vùng đó nhiều hơn. Thường thì việc làm hội tụ nhằm mục đích thu được các tín hiệu của vùng sâu hơn đới thấm dụng dịch. Sử dụng hội tụ phải đạt được các kết quả sau:

- Có khả năng phân dị lát cắt tốt hơn, hạn chết tối ta ảnh hưởng của các lớp vây quanh.
- Giảm thiểu ảnh hưởng của giếng khoan, tăng chiều sâu nghiên cứu, loại bỏ các tín hiệu ở đới ngấm.
- Hạn chế các tín hiệu reactive - tín hiệu không mong muốn.

Các hình 3.30 và 3.31 cho thấy ưu điểm của thiết bị đo có thêm ống dây thu R’.

Khi kết hợp cặp T-R với cặp T-R’ ta có T-R-R’ và nhận được đường biểu diễn có độ phân giải lát cắt cao hơn, ở nóc vỉa có xuất hiện giá trị âm (hình 3.31c).

Trên hình 3.31 ta cũng thấy sự kết hợp như vậy sẽ làm tăng khả năng nghiên cứu theo phương bán kính được tốt hơn và làm giảm thiểu ảnh hưởng của đới ngấm.

e) Hiệu ứng bề mặt Skin
Hiệu ứng skin, hay còn gọi là hiệu ứng bề mặt, nó đặc biệt mạnh trong các trường hợp thành hệ có độ dẫn cao, nó là kết quả tương tác giữa các vòng thành phần làm cho giá trị đo độ dẫn biểu kiến thấp đi rất nhiều so với thực tế.

Dòng Foucault trong mỗi vòng không còn độc lập nhau cho nên tín hiệu toàn phần đo được không còn là tổng của các vòng thành phần như điều giả định ở mục a.

Sức điện động được tạo thành là kết quả của chính mỗi vòng và của các vòng lân cận. Chính các thành phần từ các vòng xung quanh đã làm sai lệch cả biên độ lẫn pha của tín hiệu đi tới ống dây thu. Các vòng ở gần với Zond đo là nguyên nhân làm khua trường từ đi vào các vòng thành phần ở xa hơn vì:

- Năng lượng bị tiêu hao theo luồng dòng trong vòng thành phần nên đã∙ giảm năng lượng để chuyển tới phần môi trường ở xa hơn

- Trường điện từ ở pha sau, sinh ra do dòng Foucault ở gần Zond đo, ngăn cãn trường phát sơ cấp truyền ra xa hơn. Kết quả là phần môi trường (đất đá) thực sự có đóng góp cho tín hiệu đo chỉ ở lớp vỏ sát thành giếng khoan với chiều sâu δ

δ = (2/ωμc)^1/2

ở đây:
δ là chiều sâu, nơi có tới 63% tín hiệu phát đã bị suy giảm, và gọi là chiều sâu skin (63% = (1-1/e)*100%, với e = 2,718)
ω = 2πf, với f là tần số của tín hiệu (Hz)
μ - Độ từ thẩm (4π.10^-7 đối với chân không).
c - Độ dẫn điện của môi trường (mmho/m hoặc mS/m).

Hình 3.33 biểu diễn sự suy giảm của tín hiệu phát khi làm việc với tần số và độ dẫn điện của đất đá trầm tích thường gặp trong thực tế.

Chiều sâu skin δ giảm khi độ dẫn của đất đá tăng.

Do hiệu ứng skin mà độ dẫn biểu kiến đo được thường nhỏ hơn giá trị thực. Nếu Cg là độ dẫn thực và Ca là độ dẫn biểu kiến đo được bằng Zond đo cảm ứng thì hiệu ứng skin Cs được tính:

Cs = Cg - Ca (3.104)

Giá trị Cs phụ thuộc vào độ dẫn điện thực của môi trường nghiên cứu. Độ dẫn của môi trường nghiên cứu càng cao thì Cs càng lớn.

Các Zond đo hiện đang dùng phổ biến thường được thiết kế để tự động hiệu chỉnh ảnh hưởng skin ngay trong khi đo.

g) Nhận xét
Trong thực tế, người ta chủ yếu dùng các Zond đo cảm ứng có Zond hội tụ. Khoảng cách giữa hai ống dây T và R là chiều dài của Zond. Chiều dài L của Zond có ý nghĩa quan trọng đối với các đặc trưng của nó. Khi tăng chiều dài L sẽ làm tăng phần đóng góp của đới ở xa vào phổ tín hiệu đo, nhưng lại làm giảm ảnh hưởng của đới ở gần lên kết quả đo.

Về nguyên tắc, dùng Zond có chiều dài L khác nhau, và các ống dây có số vòng khác nhau ta có thể làm giảm phần lớn tin hiệu sinh ra từ các thành phần trong môi trường.

Để làm tăng khả năng nghiên cứu theo bán kính của Zond thì cần giảm tín hiệu của giếng khoan so với tín hiệu từ đới thấm. Mặt khác muốn tăng khả năng phân giải của Zond đó theo chiều thẳng đứng thì lại cần làm giảm phần tín hiệu từ các vỉa vây quanh so với tín hiệu của vỉa nghiên cứu.

Với cách như vậy, cấu trúc của các Zond nhiều ống dây hơn sẽ có các khả năng phù hợp với các đòi hỏi có phần trái ngược nhau:

- Muốn làm cho Zond đo có khả năng nghiên cứu sâu hơn theo phương bán kính thì phải giảm ảnh hưởng của các phần môi trường ở gần, trong khi đó không được giảm tín hiệu của phần ở xa giếng khoan.

- Để làm tăng khả năng phân giải lát cắt theo chiều thẳng đứng cần giảm ảnh hưởng của các phần môi trường ở xa Zond đo về phía trên và dưới, nhưng không được giảm phần tín hiệu của phần môi trường ở gần, ngang với điểm đo.

h) Chuẩn máy đo cảm ứng
Máy giếng và Zond đo cảm ứng cần được chuẩn (calibration) theo định kỳ hoặc sau mỗi lần sửa chữa. Cách chuẩn các Zond đo cảm ứng hay dùng ở các cơ sở lắp ráp máy địa vật lý là thả máy đo trong môi trường đã biết trước độ dẫn điện (điện trở suất). Giá trị đo được xác định theo giá trị độ dẫn điện của bộ chuẩn đã biết.

Cách thứ hai, hay dùng hơn, là dùng vòng dây chuẩn có điện trở suất biết trước đặt xung quanh Zond đo cảm ứng (máy giếng).

Thao tác thực tế như sau:

Trở kháng của mỗi vòng chuẩn, đường kính và vị trí của vòng so với thiết bị sao cho các thành phần Uact và Ureact của tín hiệu tổng là xấp xỉ bằng nhau tương ứng với sức điện động tạo ra trong điều kiện môi trường hữu hạn.

Đối với các đá thường gặp có độ dẫn khoảng 2 mS/m (R = 500 Ωm), tần số làm việc 100 kHz, chiều dài Zond L = 1m thì thành phần Uact lớn hơn Ureact rất nhiều. Trong điều kiện đó khi chuẩn có thể chỉ cần tiến hành đo thành phần Uact.

i) Phạm vi ứng dụng của phương pháp cảm ứng
Phương pháp đo cảm ứng trong giếng khoan là phương pháp đo điện trở duy nhất nghiên cứu có hiệu quả các giếng khoan dùng dung dịch đen (độ dẫn điện kém) hay giếng khoan khô. Phương pháp đo cảm ứng đã đáp ứng cho việc nghiên cứu các giếng có dung dịch khoan bằng nước ngọt.

Trong các lát cắt điện trở đất đá từ 30 đến 200 Ωm phương pháp cảm ứng cho kết quả rất tốt. Ngoài khoảng giới hạn nêu trên kết quả đo cảm ứng vẫn còn nhạy với sự thay đổi thành phần thạch học của các thành hệ nhưng bắt đầu có sai số, cho nên khi kết hợp với các phép đo laterolog, phương pháp đo cảm ứng được dùng để xác định điện trở suất thực Rt của vỉa nghiên cứu. Trong tổ hợp cùng các phương pháp địa vật lý giếng khoan khác, phương pháp cảm ứng cho khả năng phân biệt các đá chứa bão hoà dầu, khí hoặc nước.

(còn tiếp)

NXQ