Xem mẫu
- Tõ (3.100) ta thÊy víi cïng
gi¸ trÞ yÕu tè h×nh häc, ®é dÉn cña
®íi nµo cao h¬n th× ®ãng gãp cña
®íi ®ã vµo tÝn hiÖu toµn phÇn lín
h¬n. Trong m«i tr−êng ®ång nhÊt,
c¸c phÇn kh«ng gian cã tû phÇn
®ãng gãp vµo tÝn hiÖu chung cña
c¸c ®íi quanh Zond ®o ®−îc thÓ
hiÖn trong h×nh 3.27.
Tû phÇn ®ãng ghãp tÝn hiÖu ®o theo yÕu tè h×nh häc
5% ÷ 10%
> 50%
Gi¸ trÞ ®o Ca cña Zond ®o 25 ÷ 50% 2 ÷ 5%
10 ÷ 25% < 2%
c¶m øng tÝnh cho ®iÓm O n»m
chÝnh gi÷a hai èng d©y T vµ R - v×
vËy ®iÓm O gäi lµ ®iÓm ®o cña hÖ
thiÕt bÞ ®o c¶m øng hai èng d©y.
c) ChiÒu s©u nghiªn cøu
vµ kh¶ n¨ng ph©n gi¶i
ChiÒu s©u nghiªn cøu theo H×nh 3.27. YÕu tè h×nh häc cña Zond ®o c¶m øng
(theo Schlumberger)
ph−¬ng b¸n kÝnh vµ kh¶ n¨ng
ph©n gi¶i l¸t c¾t theo ph−¬ng z
cña mét Zond ®o c¶m øng trong giÕng khoan ®−îc tÝnh to¸n nh− sau:
YÕu tè h×nh häc cña phÇn m«i
YÕu tè h×nh häc
tr−êng n»m gi÷a hai mÆt trô b¸n kÝnh
r vµ (r+dr) kÐo dµi theo trôc z tõ -∞
®Õn +∞ ®−îc tÝnh:
+∞
∫ gdz
Gr = (3.101)
−∞
§èi víi tr−êng hîp cña Zond
hai èng d©y, gi¸ trÞ Gr tÝnh theo
(3.101) biÕn ®æi nh− hµm sè cña r
(h×nh 3.28).
H×nh 3.28 chØ ra r»ng Zond hai
èng d©y kh«ng héi tô tr−êng ®iÖn tõ
tËp trung chñ yÕu trong ®íi trô cã b¸n
1
kÝnh r = L ®Õn L.
4
H×nh 3.28. YÕu tè h×nh häc Gr theo ph−¬ng
b¸n kÝnh cña Zond 2 èng d©y
H×nh 3.29 cho thÊy c¸c Zond
®o cã nhiÒu èng d©y héi tô cã chiÒu s©u nghiªn cøu t¨ng theo chiÒu dµi cña Zond.
Chó ý: C¸c ký hiÖu 6FF27, 5FF40 vµ 6FF40 lµ nh÷ng ký hiÖu cña c¸c Zond ®o
c¶m øng. Trong c¸c ký hiÖu ®ã ch÷ sè Hy L¹p ®Çu tiªn chØ sè èng d©y, c¸c ký tù FF chØ
82
- r»ng Zond ®o cã héi tô, vµ con sè cuèi
YÕu tè h×nh häc
cïng lµ chiÒu dµi L cña Zond ®o, tÝnh
b»ng inches.
YÕu tè h×nh häc theo ph−¬ng
th¼ng ®øng t¹i vÞ trÝ c¸ch ®iÓm ®o O
mét kho¶ng Z (h×nh 3.30) ®−îc tÝnh
theo biÓu thøc sau:
Kho¶ng c¸ch
H×nh 3.29. YÕu tè h×nh häc Gr theo r ∞
G Z = ∫ gdr
cña c¸c Zond ®o cã nhiÒu èng d©y (3.102)
0
LÊy tÝch ph©n (3.102) ta sÏ nhËn ®−îc c¸c biÓu thøc sau:
L L
1
GZ = , trong kho¶ng − < Z < +
2L 2 2
L L
1
GZ = , ngoµi kho¶ng trªn, nghÜa lµ Z < − vµ Z > + .
2
2 2
8Z
VËy lµ mét vØa cã
chiÒu dµy lín h¬n L th× ¶nh
h−ëng cña c¸c líp v©y quanh
sÏ rÊt nhá, ®iÒu ®ã ®ång nghÜa
víi nhËn xÐt ®é ph©n gi¶i l¸t
c¾t cña Zond ®o c¶m øng
b»ng chiÒu dµi L cña nã.
d) Lµm héi tô tr−êng
kÝch thÝch vµ tÝn hiÖu ®o
Nh− ®∙ nãi, trong thùc
tÕ s¶n xuÊt c¸c Zond ®o c¶m
øng ng−êi ta kh«ng dïng lo¹i
H×nh 3.30. YÕu tè h×nh häc theo ph−¬ng th¼ng ®øng
cã hai èng d©y, mµ th−êng
(®Æc tÝnh ph©n gi¶i theo z)
dïng lo¹i cã nhiÒu èng d©y,
gåm hai èng d©y ph¸t thu
chÝnh cßn thªm c¸c èng d©y phô. C¸c èng d©y phô cã chøc n¨ng lµm héi tô ®Þnh xø
tr−êng kÝch thÝch vµo vïng cÇn thiÕt ®Ó tÝn hiÖu ®o ®−îc cã phÇn ®ãng gãp cña c¸c
vïng ®ã nhiÒu h¬n. Th−êng th× viÖc lµm héi tô nh»m môc ®Ých thu ®−îc c¸c tÝn hiÖu
cña vïng s©u h¬n ®íi thÊm dông dÞch - vïng ®íi nguyªn.
Sö dông héi tô ph¶i ®¹t ®−îc c¸c kÕt qu¶ sau:
- Cã kh¶ n¨ng ph©n dÞ l¸t c¾t tèt h¬n, h¹n chÕt tèi ta ¶nh h−ëng cña c¸c líp v©y
quanh.
- Gi¶m thiÓu ¶nh h−ëng cña giÕng khoan, t¨ng chiÒu s©u nghiªn cøu, lo¹i bá c¸c
tÝn hiÖu ë ®íi ngÊm.
83
- - H¹n chÕ c¸c tÝn hiÖu reactive - tÝn hiÖu kh«ng mong muèn.
C¸c h×nh 3.30 vµ 3.31 cho thÊy −u
®iÓm cña thiÕt bÞ ®o cã thªm èng d©y thu R’.
Khi kÕt hîp cÆp T-R víi cÆp T-R’ ta cã T-R-
R’ vµ nhËn ®−îc ®−êng biÓu diÔn cã ®é ph©n
gi¶i l¸t c¾t cao h¬n, ë nãc vØa cã xuÊt hiÖn
gi¸ trÞ ©m (h×nh 3.31c).
Trªn h×nh 3.31 ta còng thÊy sù kÕt
H×nh 3.31. §Æc ®iÓm ph©n gi¶i theo
hîp nh− vËy sÏ lµm t¨ng kh¶ n¨ng nghiªn
ph−¬ng th¼ng ®øng cña Zond ®o 3
cøu theo ph−¬ng b¸n kÝnh ®−îc tèt h¬n; lµm
èng d©y
gi¶m thiÓu ¶nh h−ëng cña ®íi ngÊm.
e) HiÖu øng Skin
HiÖu øng skin, hay cßn gäi lµ hiÖu øng bÒ mÆt, ®Æc biÖt m¹nh trong c¸c tr−êng
hîp m«i tr−êng nghiªn cøu cã ®é dÉn cao, nã lµ kÕt qu¶ t−¬ng t¸c gi÷a c¸c vßng thµnh
phÇn lµm cho gi¸ trÞ ®o ®é dÉn biÓu kiÕn
thÊp ®i rÊt nhiÒu so víi thùc tÕ.
Dßng Foucault trong mçi vßng T-R
kh«ng cßn ®éc lËp nhau cho nªn tÝn hiÖu
toµn phÇn ®o ®−îc kh«ng cßn lµ tæng cña
c¸c vßng thµnh phÇn nh− ®iÒu gi¶ ®Þnh ë
môc a.
T - R’
Søc ®iÖn ®éng ®−îc t¹o thµnh lµ kÕt
qu¶ cña chÝnh mçi vßng vµ cña c¸c vßng
l©n cËn. ChÝnh c¸c thµnh phÇn tõ c¸c vßng
xung quanh ®∙ lµm sai lÖch c¶ biªn ®é lÉn
pha cña tÝn hiÖu ®i tíi èng d©y thu. C¸c
vßng ë gÇn víi Zond ®o l¹i lµ nguyªn nh©n
lµm h¹n chÕ tr−êng ®iÖn tõ ®i vµo c¸c vßng
T - R - R’
thµnh phÇn ë xa h¬n v×:
N¨ng l−îng bÞ tiªu hao theo luång
dßng trong vßng thµnh phÇn nªn ®∙ gi¶m
n¨ng l−îng ®Ó chuyÓn tíi phÇn m«i tr−êng
ë xa h¬n
M« h×nh thùc tÕ
- Tr−êng ®iÖn tõ ë pha sau, sinh ra
do dßng Foucault ë gÇn Zond ®o, bÞ ph¸ vì
h¹n chÕ tr−êng ph¸t s¬ cÊp truyÒn ra xa
h¬n. KÕt qu¶ lµ phÇn m«i tr−êng (®Êt ®¸)
thùc sù cã ®ãng gãp cho tÝn hiÖu ®o chØ ë
líp vá s¸t thµnh giÕng khoan víi chiÒu s©u H×nh 3.32: §Æc ®iÓm nghiªn cøu theo
δ h¹n chÕ b»ng: ph−¬ng b¸n kÝnh r cña Zond ®o 3 èng d©y
84
- 2
δ= (3.103)
ωµc
ë ®©y:
δ lµ chiÒu s©u, n¬i cã tíi 63% tÝn hiÖu ph¸t ®∙ bÞ suy gi¶m, vµ gäi lµ chiÒu
1
s©u skin (63% lµ tÝnh b»ng 1 − , víi e = 2,718)
e
ω = 2πf, víi f lµ tÇn sè cña tÝn hiÖu (Hz)
µ - §é tõ thÈm (4π.10-7 ®èi víi kh«ng gian rçng).
c - §é dÉn cña m«i tr−êng (mmho/m hoÆc mS/m).
H×nh 3.33 biÓu diÔn sù suy gi¶m cña tÝn hiÖu ph¸t khi lµm viÖc víi tÇn sè kHz
vµ ®é dÉn cña ®Êt ®¸ trÇm tÝch th−êng gÆp trong thùc tÕ.
§é dÉn (mS/m) Tõ h×nh vÏ nµy ta thÊy chiÒu s©u
skin δ gi¶m khi ®é dÉn cña ®Êt ®¸ t¨ng.
% tÝn hiÖu cßn l¹i
Do hiÖu øng skin mµ ®é dÉn biÓu
kiÕn ®o ®−îc th−êng nhá h¬n gi¸ trÞ thùc.
NÕu Cg lµ ®é dÉn thùc vµ Ca lµ ®é
dÉn biÓu kiÕn ®o ®−îc b»ng Zond ®o
c¶m øng th× hiÖu øng skin CS ®−îc tÝnh:
CS = Cg - Ca (3.104)
Gi¸ trÞ CS phô thuéc vµo ®é dÉn
thùc cña m«i tr−êng nghiªn cøu (h×nh
3.34). §é dÉn cña m«i tr−êng nghiªn
cøu cµng cao th× CS cµng lín.
Kho¶ng c¸ch ®Õn T (in) CS
Ca
H×nh 3.33. Sù suy gi¶m cña tÝn hiÖu ph¸t
C¸c Zond ®o hiÖn ®ang dïng phæ biÕn
trong s¶n xuÊt 6FF40 ®−îc thiÕt kÕ ®Ó tù ®éng
tÝnh hiÖu chØnh ¶nh h−ëng skin ngay trong
khi ®o.
Cg
Khi ®o c¶m øng b»ng c¸c Zond ®o
5FF40 vµ 5FF27 th× phÐp hiÖu chØnh skin dùa
vµo c¸c b¶n chuÈn cña Schlumberger. H×nh 3.34. HiÖu chØnh hiÖu øng Skin
85
- g) Nh÷ng nhËn xÐt chung
Trong thùc tÕ s¶n xuÊt chñ yÕu dïng c¸c Zond ®o c¶m øng cã nhiÒu èng d©y vµ
gäi lµ Zond héi tô. Kho¶ng c¸ch gi÷a hai èng d©y T vµ R lµ chiÒu dµi cña Zond. ChiÒu
dµi L cña Zond cã ý nghÜa quan träng ®èi víi c¸c ®Æc tr−ng cña nã. Khi t¨ng chiÒu dµi
L sÏ lµm t¨ng phÇn ®ãng gãp cña ®íi xa vµo tÝn hiÖu ®o, nh−ng l¹i lµm gi¶m ¶nh h−ëng
cña ®íi gÇn lªn kÕt qu¶ ®o. VÒ nguyªn t¾c, dïng Zond cã chiÒu dµi L kh¸c nhau, vµ
c¸c èng d©y cã sè vßng kh¸c nhau ta cã thÓ lµm gi¶m phÇn lín tin hiÖu sinh ra tõ c¸c
thµnh phÇn trong m«i tr−êng.
§Ó lµm t¨ng kh¶ n¨ng nghiªn cøu theo b¸n kÝnh cña Zond th× cÇn gi¶m tÝn hiÖu
cña giÕng khoan so víi tÝn hiÖu tõ ®íi nguyªn. MÆt kh¸c muèn t¨ng kh¶ n¨ng ph©n gi¶i
cña Zond ®ã theo chiÒu th¼ng ®øng th× l¹i cÇn lµm gi¶m phÇn tÝn hiÖu tõ c¸c vØa v©y
quanh so víi tÝn hiÖu cña vØa nghiªn cøu.
Víi c¸ch nh− vËy, cÊu tróc cña c¸c Zond nhiÒu èng d©y h¬n sÏ cã c¸c kh¶ n¨ng
phï hîp víi c¸c ®ßi hái cã phÇn tr¸i ng−îc nhau:
- Muèn lµm cho Zond ®o cã kh¶ n¨ng nghiªn cøu s©u h¬n theo ph−¬ng b¸n
kÝnh th× ph¶i gi¶m ¶nh h−ëng cña c¸c phÇn m«i tr−êng ë gÇn, trong khi ®ã kh«ng ®−îc
gi¶m tÝn hiÖu cña phÇn ë xa giÕng khoan.
- §Ó lµm t¨ng kh¶ n¨ng ph©n gi¶i l¸t c¾t theo chiÒu th¼ng ®øng cÇn gi¶m ¶nh
h−ëng cña c¸c phÇn m«i tr−êng ë xa Zond ®o vÒ phÝa trªn vµ d−íi, nh−ng kh«ng ®−îc
gi¶m phÇn tÝn hiÖu cña phÇn m«i tr−êng ë gÇn, ngang víi ®iÓm ®o.
gr
1.0
5FF40
.9
6FF40
.8
.7
.6
.5
.4
.3
.2
.1
0 40 200 240
80 120 160 320
280
§−êng kÝnh (in.)
H×nh 3.35. YÕu tè h×nh häc theo ph−¬ng b¸n kinh
cña c¸c Zond ®o c¶m øng s©u vµ trung b×nh
C¸c Zond ®o 6FF40 vµ 5FF40 ®−îc thiÕt kÕ ®Ó tho¶ m∙n hÇu hÕt c¸c ®ßi hái cã
phÇn tr¸i ng−îc nhau nh− trªn. Chóng cã chiÒu dµi L b»ng nhau lµ 40 inches (t−¬ng
®−¬ng 1,0 m).
Zond ®o 5FF40 cã b¸n kÝnh nghiªn cøu v−ît qu¸ chiÒu s©u ®íi ngÊm th−êng
gÆp (Di = 5d). Trong thùc tÕ cã thÓ gÆp c¸c tr−êng hîp ®íi ngÊm s©u h¬n (Di > 10d),
86
- lóc ®ã Zond 6FF40 vÉn cã thÓ cho kÕt qu¶ ®o tèt v× nã cã chiÒu s©u nghiªn cøu lín h¬n
hai lÇn chiÒu s©u nghiªn cøu cña Zond 5FF40.
H×nh 3.35 lµ ®å thÞ so s¸nh yÕu tè h×nh häc Gr theo ph−¬ng b¸n kÝnh cña c¸c
Zond 5FF40 vµ 6FF40.
YÕu tè h×nh häc GZ theo chiÒu th¼ng ®øng Z cña c¸c Zond 5FF40 vµ 6FF40 xÊp xØ
nh− nhau, cã nghÜa lµ kh¶ n¨ng ph©n gi¶i l¸t c¾t cña chóng lµ nh− nhau.
h) ChuÈn m¸y ®o c¶m øng
C¸c m¸y mãc vµ Zond ®o c¶m øng trong giÕng khoan cÇn ®−îc chuÈn kh¾c ®é
theo ®Þnh kú hoÆc sau mçi lÇn söa ch÷a.
Cã mét c¸ch chuÈn kh¾c ®é c¸c Zond ®o c¶m øng, hay dïng ë c¸c c¬ së l¾p r¸p
m¸y ®Þa vËt lý lµ th¶ m¸y ®o trong m«i tr−êng ®∙ biÕt tr−íc ®é dÉn ®iÖn (®iÖn trë suÊt) vµ
tiÕn hµnh ®o. Gi¸ trÞ ®o ®−îc ®Þnh cì theo gi¸ trÞ ®é dÉn cña m« h×nh chuÈn ®∙ cho.
Nh−ng nh− vËy m« h×nh chuÈn ph¶i cã kÝch th−íc lín ®Ó tho¶ m∙n ®iÒu kiÖn ®ång nhÊt
®¼ng h−íng v« h¹n nh− lý thuyÕt. Mét bÒ m« h×nh víi kÝch th−íc lín kh«ng ph¶i cã thÓ
l¾p ®Æt dÔ dµng ë bÊt cø n¬i nµo. V× vËy, c¸ch nµy chØ thÊy dïng ë c¸c trung t©m chÕ t¹o
l¾p r¸p m¸y lín trªn thÕ giíi.
C¸ch thø hai, hay dïng h¬n, lµ dïng vßng d©y cã ®iÖn trë suÊt biÕt tr−íc ®Æt
xung quanh Zond ®o c¶m øng (m¸y giÕng). Thao t¸c thùc tÕ nh− sau: phèi hîp trë
kh¸ng cña mçi vßng, ®−êng kÝnh vµ vÞ trÝ cña vßng so víi thiÕt bÞ sao cho c¸c thµnh
phÇn Uact vµ Ureact cña tÝn hiÖu tæng lµ xÊp xØ b»ng nhau t−¬ng øng víi søc ®iÖn ®éng
t¹o ra trong ®iÒu kiÖn m«i tr−êng h÷u h¹n.
§èi víi c¸c ®¸ th−êng gÆp ë vß Qu¶ ®Êt cã ®é dÉn kho¶ng 2 mS/m (R = 500
Ωm), tÇn sè lµm viÖc 20 kHz, chiÒu dµi Zond L = 1m th× thµnh phÇn Uact lín h¬n Ureact
rÊt nhiÒu. Trong ®iÒu kiÖn ®ã khi chuÈn kh¾c ®é cã thÓ chØ cÇn tiÕn hµnh ®o thµnh
phÇn Uact.
i) Ph¹m vi øng dông cña ph−¬ng ph¸p c¶m øng
Ph−¬ng ph¸p ®o c¶m øng trong giÕng khoan lµ ph−¬ng ph¸p ®iÖn trë duy nhÊt
nghiªn cøu cã hiÖu qu¶ c¸c giÕng khoan dïng dung dÞch ®en hay giÕng khoan kh«.
Nh÷ng thËp kû gÇn ®©y lµ kho¶ng thêi gian c¸c m¸y mãc thiÕ bÞ ®o ®Þa vËt lý giÕng
khoan nãi chung, m¸y mãc ®o c¶m øng nãi riªng ®∙ cã nh÷ng tiÕn bé v−ît bËc. V× vËy
ph−¬ng ph¸p ®o c¶m øng ®∙ ®¸p øng cho viÖc nghiªn cøu c¸c giÕng khoan khoan b»ng
dung dÞch n−íc ngät. Trong c¸c l¸t c¾t ®iÖn trë ®Êt ®¸ tõ 30 ®Õn 200 Ωm ph−¬ng ph¸p
c¶m øng cho kÕt qu¶ rÊt tèt. Ngoµi kho¶ng giíi h¹n nªu trªn kÕt qu¶ ®o c¶m øng vÉn
cßn nh¹y víi sù thay ®æi thµnh phÇn th¹ch häc cña c¸c thµnh hÖ nh−ng b¾t ®Çu cã sai
sè. Theo ®¸nh gi¸ cña Halliburton, víi c¸c thiÕt bÞ ®o c¶m øng hiÖn ®ang dïng phæ
biÕn trong s¶n xuÊt, ë l¸t c¾t ®iÖn trë 250 Ωm, sai sè ®o kho¶ng ±1 mS/m.
C¸c Zond ®o c¶m øng 6FF40 ®∙ cã kh¶ n¨ng ®Þnh xø tÝn hiÖu ®o cña ®íi s©u
(0,8 - 1,3m), cho nªn khi kÕt hîp víi c¸c phÐp ®o laterolog, ph−¬ng ph¸p ®o c¶m øng
®−îc dïng ®Ó x¸c ®Þnh ®iÖn trë suÊt thùc Rt cña vØa nghiªn cøu. Trong tæ hîp cïng c¸c
87
- ph−¬ng ph¸p ®Þa vËt lý giÕng khoan kh¸c, ph−¬ng ph¸p c¶m øng cho kh¶ n¨ng ph©n
biÖt c¸c ®¸ chøa b∙o hoµ dÇu, khÝ hoÆc n−íc.
3.4.4. C¸c d¹ng kh¸c cña ph−¬ng ph¸p ®iÖn tõ tr−êng
Vµi chôc n¨m trë l¹i ®©y, trong ®Þa vËt lý giÕng khoan ®−a vµo sö dông mét hÖ
ph−¬ng ph¸p sãng ®iÖn tõ ë tÇn sè cao tõ megahertz (106) ®Õn gigahertz (109) b»ng hÖ
Zond ®o sãng radio hay vi sãng. ë tÇn sè cao ®é thÈm ®iÖn m«i ε ¶nh h−ëng ®Õn sù lan
truyÒn vµ cã ®ãng gãp nhiÒu nhÊt ®Õn tÝn hiÖu ®o. V× thÕ c¸c phÐp ®o tr−êng ®iÖn tõ ë
tÇn sè cao nh− vËy trong giÕng khoan gäi lµ ph−¬ng ph¸p h»ng sè ®iÖn m«i. Ng−êi ®Æt
c¬ së lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm cho ph−¬ng ph¸p nµy lµ Daev D.C., mét nhµ khoa häc
x« viÕt vµo ®Çu thËp kû 60, nh−ng ph¸t triÓn vÒ m¸y mãc vµ c«ng nghÖ ®Ó nã thµnh
mét ph−¬ng ph¸p sö dông cã kÕt qu¶ trong s¶n xuÊt l¹i lµ c¸c chuyªn gia ë c¸c n−íc
ph−¬ng T©y vµo nh÷ng n¨m 70 cña thÕ kû XX.
ë tÇn sè gigahertz, h»ng sè ®iÖn m«i ε’ vµ thêi gian lan truyÒn cña sãng ®iÖn tõ tp
trong m«i tr−êng t−¬ng øng cña c¸c ®¸ vµ kho¸ng vËt kh¸c h¼n trong n−íc (b¶ng 3.1).
B¶ng 3.1
H»ng sè ®iÖn m«i ε Thêi gian lan truyÒn
§¸, kho¸ng vËt
tp (NS/m)
(so víi kh«ng khÝ)
C¸t kÕt 4.66 7.2
Dolomit 6.8 8.7
§¸ v«i 7.5 - 9.2 9.1 - 10.2
Anhydrit 6.35 8.4
Coloit (kh«) 5.76 8.0
Muèi má 5.6 6.35
Th¹ch cao 4.16 6.8
DÇu má 2.0 - 2.4 4.7 - 5.2
N−íc ngät 78.30 29.5
§Æc biÖt thùc nghiÖm ®∙ kh¼ng ®Þnh: gi¸ trÞ h»ng sè ®iÖn m«i cña n−íc rÊt Ýt
thay ®æi theo ®é kho¸ng ho¸. V× vËy, gi¸ trÞ h»ng sè ®iÖn m«i cña m«i tr−êng ®Êt ®¸ sÏ
lµ hµm sè cña ®é lç rçng b∙o hoµ n−íc.
HÖ ®o Schlumberger cã hai Zond ®o thêi gian tp vµ h»ng sè ®iÖn m«i ε: tÇn sè vi
sãng vµ tÇn sè radio.
88
- C¸c h×nh 3.36 vµ 3.37 lµ sè ®o c¸c Zond ®o lan truyÒn sãng ®iÖn tõ (EMP) theo
hÖ vi sãng vµ sãng radio. ThiÕt bÞ gåm c¸c anten ph¸t T vµ thu R.
Mét m¸y ph¸t dßng biÕn ®æi
cho anten ph¸t ®Ó tõ ®©y ph¸t sãng Dung dÞch §íi röa
®iÖn tõ truyÒn trong m«i tr−êng.
Sãng ®iÖn tõ bÞ suy gi¶m vµ lÖch pha
§íi nguyªn
khi lan truyÒn.
Mçi anten thu ®o ®é suy gi¶m n¨ng l−îng tÝn
côc bé vµ lÖch pha cña c¸c sãng nµy. hiÖu trong vØa
thiÕt bÞ trªn
Nguyªn lý chung lµ ph¸t vµ
thu sãng ®iÖn tõ trong m«i tr−êng anten
n¨ng l−îng tÝn
nghiªn cøu, nh−ng phÐp ®o cã thÓ lµ vi sãng
hiÖu trong vØa
®o ®é lÖch pha, hoÆc ®o thêi gian lan thiÕt bÞ d−íi
truyÒn (tèc ®é) sãng ®iÖn tõ gi÷a hai
antan hoÆc ®o ®é suy gi¶m biªn ®é n¨ng l−îng
(n¨ng l−îng) sãng trªn qu∙ng ®−êng trong vá sÐt
gi÷a hai anten ®ã. C¸c ®¹i l−îng nµy
®Òu cã quan hÖ hµm sè víi ®é thÈm
c¸ch ®iÖn ε cña m«i tr−êng. Vá sÐt
S¬ ®å ®o theo hÖ vi sãng (h×nh
3.36) ®−îc ¸p s−ên cã chiÒu s©u
nghiªn cøu kh«ng v−ît qu¸ 2” (≈ H×nh 3.36. CÊu h×nh c¸c anten cña Zond ®o ë
5cm) trong ®íi röa. Thêi gian lan tÇn sè vi sãng
truyÒn tpo trªn qu∙ng ®−êng gi÷a c¸c
anten thu trong vØa b∙o hoµ n−íc (SW = 1) ®−îc ®−a vÒ d¹ng ph−¬ng tr×nh thêi gian
trung b×nh:
tpo = ΦtpW + (1 - Φ)tpm (3.105)
vµ trong vØa dÇu:
tpo = (ΦSxo)tpW + Φ(1 - Sxo)tph + (1 - Φ)tpm (3.106)
Trong ®ã:
tpW – Thêi gian truyÒn trong n−íc (phô thuéc nhiÖt ®é)
tpm – Thêi gian lan truyÒn trong matrix
tph – Thêi gian lan truyÒn trong dÇu má
C¸c tham sè cßn l¹i: Sxo ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p kh¸c. Tõ ®ã dÔ
dµng x¸c ®Þnh ®é rçng Φ.
89
- KhuyÕch Lªn mÆt ®Êt
®¹i 16Mhz
KhuyÕch
C¸p dÉn
®¹i tæng
KhuyÕch
®¹i 30Mhz
Nguån
kh«ng ®æi
ChuyÓn m¹ch
H×nh 3.37. CÊu h×nh Zond ®o lan truyÒn sãng ®iÖn tõ ë tÇn sè radio
PhÐp ®o theo s¬ ®å ë h×nh 3.37 lµm viÖc ë tÇn sè MHz. ThiÕt bÞ m¸y giÕng cã
cÊu t¹o gÇn gièng Zond ®o c¶m øng. C¸c èng d©y ph¸t vµ thu còng cã chøc n¨ng ph¸t
vµ thu tÝn hiÖu ë nh÷ng tÇn sè 16MHz vµ 30MHz. §é lÖch pha gi÷a c¸c sè ®o cña c¸c
cÆp anten thu gÇn vµ xa theo biªn ®é vµ pha lµ sè liÖu ®o cña phÐp ®o. Gi÷a ®é lÖch pha
vµ suy gi¶m biªn ®é cã mèi quan hÖ hµm sè phô thuéc h»ng sè ®iÖn m«i ε cña m«i
tr−êng. Tõ c¸c gi¸ trÞ ®o gãc lÖch pha (tÝnh b»ng ®é) vµ ®é suy gi¶m biªn ®é (tÝnh b»ng
dB) ta cã thÓ x¸c ®Þnh ε cña ®Êt ®¸ trong m«i tr−êng nghiªn cøu.
H»ng sè ®iÖn m«i cã quan hÖ hµm sè víi c¸c tham sè kh¸c cña m«i tr−êng:
ε re = ΦSW ε w + (1 − SW )ε h + (1 − Φ )ε m
ep e e
(3.107)
Trong ®ã:
εr - H»ng sè ®iÖn m«i cña ®¸
εw - H»ng sè ®iÖn m«i cña n−íc
εh - H»ng sè ®iÖn m«i cña hydrocacbon
εm - H»ng sè ®iÖn m«i cña matrix
e - Sè mò ®iÖn m«i th¹ch häc, gièng nh− tham sè “m” trong m« h×nh Archie
p - Sè mò ph©n cùc, liªn quan ®Õn ®é dÉn cña dung dÞch khoan.
90
- C¸c tham sè e vµ p ®−îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm cho tõng vïng má hoÆc cho
tÇng ®Êt ®¸.
3.5. C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng lªn kÕt qu¶ ®o vµ ph¹m vi øng dông cña c¸c
ph−¬ng ph¸p ®iÖn trë
ë chõng mùc nhÊt ®Þnh chóng ta ®∙ h×nh dung r»ng lu«n lu«n cã nh÷ng nhiÔu
do ¶nh h−ëng cña m«i tr−êng lªn tÝn hiÖu ®o. B©y giê h∙y xem xÐt ®Õn tÇm quan träng
cña mét sè ®Æc ®iÓm cña c¸c thµnh hÖ vÒ khÝa c¹nh ®Þa chÊt: nh− thµnh phÇn, kiÕn tróc,
thÕ n»m, m«i tr−êng trÇm tÝch, nhiÖt ®é ¸p suÊt...
3.5.1. Thµnh phÇn ®¸
- B¶n chÊt cña pha r¾n, gåm c¸c h¹t vôn xi m¨ng g¾n kÕt trong ®¸ lµ kh«ng dÉn
®iÖn hoÆc cã ®iÖn trë rÊt cao, ®iÒu nµy lµ phæ biÕn nh− mét quy luËt.
- C¸c chÊt l−u b∙o hoµ trong lç rçng cña ®¸: hydrocacbon còng cã ®iÖn trë v«
cïng lín, n−íc lµ thµnh phÇn chÊt l−u cã ®é dÉn ®iÖn tèt phô thuéc vµo ®é kho¸ng ho¸
vµ nhiÖt ®é.
- §é lç rçng vµ ®é b∙o hoµ
3.5.2. KiÕn tróc ®¸
H×nh d¸ng kÝch th−íc ph©n bè s¾p xÕp cña c¸c h¹t cã ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn ®é lç
rçng; kÝch th−íc, ®Æc ®iÓm ph©n bè cña c¸c lç rçng vµ kªnh dÉn trong ®¸ l¹i cã ¶nh
h−ëng rÊt lín ®Õn ®iÖn trë suÊt cña ®¸.
CÊu tróc lç rçng trong c¸c ®¸ lµ mét cÊu tróc fractal. §é cong lç rçng thÓ hiÖn
lªn c¸c tham sè “a” vµ “m” trong quan hÖ gi÷a F vµ Φ.
§é thÊm kh¸c nhau sÏ lµm thay ®æi trong ®íi ngÊm vµ ®é b∙o hoµ c¶ vÒ b¶n
chÊt còng nh− kÝch th−íc cña ®íi ngÊm.
BÊt ®¼ng h−íng nhá. Trong khi hÖ ®iÖn cùc ph¸t dßng theo h−íng n»m ngang,
nÕu bÊt ®¼ng nhÊt kh«ng theo mét h−íng nhÊt ®Þnh (bÊt ®¼ng h−íng nhá) th× sè ®o sÏ
thay ®æi kh«ng cã quy luËt. KiÓu ph©n bè cña sÐt hay c¸c kho¸ng vËt dÉn ®iÖn kh¸c
trong ®¸ còng cã vai trß quan träng lµm cho ®iÖn trë cña ®¸ thay ®æi.
Trong c¸c hang hèc, khe nøt nÕu cã chøa dung dÞch dÉn ®iÖn hay chøa n−íc sÏ
−u tiªn cho mét phÇn dßng ®i tõ c¸c hÖ cùc vµ tõng khe nøt sÏ cã ¶nh h−ëng kh¸c nhau
lªn kÕt qu¶ ®o. C¸c tham sè “a” vµ “m” còng v× thÕ mµ thay ®æi.
3.5.3. Gãc dèc vµ cÊu tróc c¸c líp ®¸
ThÕ n»m cña c¸c líp ®¸ kh«ng lu«n lu«n n»m ngang, trôc giÕng khoan còng
kh«ng lu«n lu«n theo ph−¬ng th¼ng ®øng, nghÜa lµ c¸c mÆt ph©n líp kh«ng lu«n lu«n
vu«ng gãc víi trôc giÕng khoan, nªn ®iÖn trë suÊt biÓu kiÕn cã thÓ cã sai sè. §©y còng
lµ mét kiÓu sai sè gièng nh− khi gÆp bÊt ®ång nhÊt nhá.
91
- ChiÒu dµy, c¸ch tæ chøc s¾p xÕp bªn trong cña vØa nghiªn cøu vµ c¸c vØa v©y
quanh (®©y lµ mét kiÓu bÊt ®¼ng h−íng vÜ m«) phô thuéc vµo lÞch sö l¾ng ®äng, ®Æc
®iÓm m«i tr−êng trÇm tÝch trong tõng nhÞp ®Þa chÊt...C¸c d¹ng cÊu tróc vÜ m« ®ã ®Òu
thÓ hiÖn rÊt râ rµng theo sù thay ®æi gi¸ trÞ ®iÖn trë cña c¸c líp trong l¸t c¾t.
3.5.4. NhiÖt ®é, ¸p suÊt nÐn Ðp
HiÖu øng cña nhiÖt ®é lªn ®iÖn trë suÊt cña chÊt l−u nh− n−íc vØa ®∙ ®−îc xem
xÐt ë ch−¬ng thø nhÊt. Cã mét sè ®o nhiÖt ®é ë ®¸y giÕng lµ cÇn thiÕt ®èi víi ph−¬ng
ph¸p ®iÖn trë nÕu ta ch−a biÕt râ gradien ®Þa nhiÖt cña vïng.
¸p suÊt vØa lµ hµm sè cña nhiÒu yÕu tè - bao gåm lùc nÐn Ðp kiÕn t¹o, thiÓu nÐn
Ðp. Sù nÐn Ðp lµm cho ®¸ chÆt xÝt, c¸c h¹t ®¸ bÞ biÕn d¹ng vµ ®é lç rçng thay ®æi theo
chiÒu gi¶m khi lùc nÐn Ðp t¨ng.
PhÐp thö nghiÖm ®−îc thùc hiÖn ë phÇn l¸t c¾t cã ®èi t−îng nghiªn cøu dùa vµo
sù kh¸c biÖt ¸p suÊt thuû tÜnh cña cét dung dÞch vµ ¸p suÊt vØa.
3.5.5. C¸c øng dông
C¸c øng dông kh¸c nhau cña c¸c ph−¬ng ph¸p ®o ®iÖn trë sÏ ®−îc nghiªn cøu chi
tiÕt ë phÇn hai cña gi¸o tr×nh nµy. ë ®©y chØ nªu tãm t¾t viÖc sö dông kÕt qu¶ ®o ®iÖn trë
suÊt/®é dÉn ®iÖn vµo c¸c phÐp x¸c ®Þnh tham sè colect¬ vµ ®Æc ®iÓm ®Þa chÊt.
a) §é b∙o hoµ
PhÇn lín c¸c øng dông cña phÐp ®o ®iÖn trë suÊt / ®é dÉn ®iÖn ë giÕng khoan lµ
®Ó x¸c ®Þnh ®é b∙o hoµ n−íc (hoÆc ®é b∙o hoµ dÇu) trong ®íi röa vµ ®íi nguyªn.
Rxo cã thÓ ®−îc ®o trùc tiÕp b»ng c¸c vi hÖ ®iÖn cùc. Rt th−êng kh«ng ®o trùc tiÕp v×
lu«n lu«n cã ¶nh h−ëng cña cét dung dÞch, líp vá sÐt vµ ®íi ngÊm, ngoµi ra cßn ¶nh h−ëng
cña c¸c líp v©y quanh. ChØ trong c¸c ®iÒu kiÖn thËt thuËn lîi, c¸c Zond ®o cã héi tô (LLd,
ILd) míi cã kh¶ n¨ng cho sè ®o gÇn víi gi¸ trÞ Rt, kh«ng cÇn ph¶i hiÖu chØnh.
B×nh th−êng c¸c sè ®o ®iÖn trë b»ng c¸c hÖ cùc s©u vÉn ph¶i hiÖu chØnh nhê c¸c
b¶n chuÈn chuyªn dông ®Ó lo¹i bá ¶nh h−ëng cña giÕng khoan, ®íi ngÊm vµ c¸c vØa
v©y quanh. PhÐp hiÖu chØnh ®èi víi ®íi röa th−êng kÕt hîp sè ®o cña ba phÐp ®o cã
chiÒu s©u nghiªn cøu kh¸c nhau ®Ó t×m ba Èn sè: Di, Rxo vµ Rt. Ch¼ng h¹n ta cã:
(Ra)cor = RxoGxo + RiGi + RtGt
Gxo(Di) + Gi(Di) + Gt(Di) = 1 lµ tæng yÕu tè h×nh häc cña c¸c ®íi t−¬ng øng.
NÕu lo¹i trõ ¶nh h−ëng cña ®íi chuyÓn tiÕp (Gi = 0) th× ph−¬ng tr×nh trªn ®−îc
rót gän: (Ra)cor = RxoGxo + RtGt víi 1 = Gxo(Di) + Gt(Di)
ë ®©y Gxo, Gi ®−îc x¸c ®Þnh theo ®−êng kÝnh ®íi ngÊm Di (trong c¸c ph−¬ng
ph¸p c¶m øng yÕu tè h×nh häc lÊy ký hiÖu G, cßn trong c¸c ph−¬ng ph¸p laterolog ký
hiÖu ®ã lµ J).
92
- LÊy c¸c sè ®o ®iÖn trë tõ ba Zond ®o cã chiÒu s©u nghiªn cøu kh¸c nhau, hoÆc gi¶
thiÕt gÇn ®óng. Rxo, Di, Rt cã thÓ ®−îc tÝnh theo ph−¬ng tr×nh hoÆc dïng b¶n chuÈn thÝch
hîp (vÊn ®Ò nµy sÏ ®−îc lÆp l¹i khi ph©n tÝch ®Þnh l−îng trong phÇn hai cña gi¸o tr×nh).
b) §é lç rçng
NÕu ®¸ chøa ®−îc xem lµ ®¸ s¹ch (®é sÐt d−íi 5%) vµ b∙o hoµ n−íc 100% th× ®é
lç rçng cña ®¸ cã thÓ tÝnh theo hÖ sè (yÕu tè) thµnh hÖ:
R xo R
F= =0 (3.108)
Rmf RW
MÆt kh¸c:
a
F=
Φm
víi “a” vµ “m” lµ c¸c tham sè fractal ®−îc x¸c ®Þnh theo thùc nghiÖm.
c) §iÖn trë suÊt n−íc vØa
X¸c ®Þnh ®−îc ®é rçng Φ, ta cã thÓ t×m ®−îc RW hay Rmf trong líp ®¸ s¹ch chøa n−íc.
Re
RWa =
F
(3.109)
R
= xo
Rmf a
F
ë ®©y RWa, Rmfa chØ lµ ®iÖn trë suÊt biÓu kiÕn t−¬ng øng víi RW vµ Rmf cña n−íc
vµ cña filtrat dung dÞch trong ®¸ s¹ch b∙o hoµ n−íc 100%. NÕu vØa chøa cã
hydrocacbon th× sÏ cã RWa > RW vµ Rmfa > Rmf. Cã thÓ tÝnh theo mét ®iÓm cùc tiÓu
(picking) cho RWa vµ Rmfa.
NÕu biÕt thªm SW b»ng c¸c phÐp ®o kh¸c (nh− TDT) ®iÖn trë suÊt cña chÊt l−u
cã thÓ ®−îc tÝnh to¸n tõ ph−¬ng tr×nh Archie trong vØa dÇu.
d) Liªn kÕt l¸t c¾t c¸c giÕng khoan
Liªn kÕt l¸t c¾t gi÷a c¸c giÕng khoan lµ mét øng dông ®¬n gi¶n nhÊt cña ph−¬ng
ph¸p ®iÖn trë. Dùa vµo c¸c dÊu hiÖu gièng nhau vÒ h×nh d¹ng cña c¸c ®−êng cong gi¸
trÞ t−¬ng ®−¬ng Ra ®o ë c¸c giÕng khoan kh¸c nhau trong cïng mét ®¬n vÞ cÊu t¹o,
vïng ®Þa chÊt. B×nh th−êng mçi tËp ®¸ trÇm tÝch thµnh t¹o trong m«i tr−êng nhÊt ®Þnh
nªn c¸c ®Æc ®iÓm vÒ h×nh d¹ng ®−êng cong Ra, ®Æc ®iÓm thay ®æi ®iÖn trë cña tËp vØa
còng ®Ó l¹i c¸c dÊu hiÖu nhËn biÕt trªn biÓu ®å ®o.
Khi liªn kÕt l¸t c¾t gi÷a c¸c giÕng khoan chiÒu s©u ®¸y hoÆc nãc cña mét tËp vØa
kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i b»ng nhau ë c¸c giÕng khoan kh¸c nhau v× gi÷a c¸c giÕng khoan
cã thÓ tån t¹i c¸c ®øt g∙y ®Þa chÊt, hoÆc cã sù thay ®æi gãc dèc cña vØa tõ giÕng khoan
nµy ®Õn giÕng khoan kh¸c. Còng nh− vËy, chiÒu dµy cña tËp vØa hay cña líp ®¸ nµo ®ã
kh«ng nhÊt thiÕt b»ng nhau ë hai giÕng khoan kh¸c nhau. HiÖn t−îng ®ã lµ do sù v¸t
nhän cña c¸c líp ®¸ theo chiÒu ngang cña l¸t c¾t ®Þa chÊt.
93
- Ch−¬ng 4
C¸c ph−¬ng ph¸p thÕ tù ph©n cùc
vµ ph©n cùc kÝch thÝch
ThÕ ®iÖn tù ph©n cùc hay cßn gäi lµ thÕ tù nhiªn vµ thÕ ph©n cùc kÝch thÝch lµ
hai tr−êng ®iÖn quan träng cã nguån gèc kh¸c nhau. ThÕ ®iÖn tù ph©n cùc lµ kÕt qu¶
cña c¸c qóa tr×nh ho¸ lý x¶y ra khi dung dÞch khoan tiÕp xóc víi ®Êt ®¸ vµ chÊt l−u b∙o
hoµ trong vØa nghiªn cøu vµ c¸c líp ®¸ v©y quanh. ThÕ ®iÖn ph©n cùc kÝch thÝch l¹i lµ
kÕt qu¶ cña c¸c qu¸ tr×nh ho¸ lý x¶y ra trªn bÒ mÆt ng¨n c¸ch gi÷a thµnh phÇn cã ®Æc
tÝnh dÉn ®iÖn ion vµ thµnh phÇn dÉn ®iÖn ®iÖn tö trong m«i tr−êng nghiªn cøu mçi khi
bÞ kÝch thÝch bëi dßng ®iÖn ngoµi.
Trªn c¬ së cña hai tr−êng ph©n cùc nªu trªn, trong §Þa vËt lý giÕng khoan ng−êi
ta x©y dùng c¬ së lý thuyÕt vµ c«ng nghÖ cña hai nhãm ph−¬ng ph¸p t−¬ng øng: ThÕ
®iÖn tù ph©n cùc (Self - Potential, Spontaneous Potential) vµ ThÕ ®iÖn ph©n cùc kÝch
thÝch (Provocative Potential).
4.1. Ph−¬ng ph¸p thÕ ®iÖn tù ph©n cùc - SP
LÇn ®Çu tiªn, n¨m 1928, lóc chuÈn bÞ s¬ ®å ®Ó ®o ®iÖn trë suÊt trong giÕng
khoan, Schlumberger ph¸t hiÖn thÊy cã sù tån t¹i mét hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a ®iÖn cùc M
trong giÕng khoan vµ ®iÖn cùc N ®Æt trªn mÆt ®Êt khi kh«ng cã dßng ®iÖn ph¸t. §iÖn
thÕ ®ã thay ®æi rõ líp ®Êt ®¸ nµy sang líp ®Êt ®¸ kh¸c, víi gi¸ trÞ tõ mét vµi ®Õn hµng
tr¨m millivolt. §iÖn thÕ ®ã cã tªn gäi lµ ®iÖn thÕ tù ph©n cùc.
Ph−¬ng ph¸p ®o thÕ ®iÖn nµy gäi lµ ph−¬ng ph¸p thÕ ®iÖn tù ph©n cùc - SP.
Tr−êng ®iÖn tù ph©n cùc trong giÕng khoan ®∙ ®−îc rÊt nhiÒu nhµ nghiªn cøu
ph©n tÝch chi tiÕt: Doll (1949), Willie (1949), Daxnov (1950), Gondouin (1958), Hill
vµ Anderson (1959), v.v
Theo sù ph©n tÝch cña c¸c t¸c gi¶ kh¸c nhau, thÕ ®iÖn tù ph©n cùc trong giÕng
khoan cã hai thµnh phÇn chÝnh do hai qu¸ tr×nh vËn ®éng cña c¸c ion:
a) ThÕ ®iÖn ®éng lùc (®iÖn thÊm läc, dßng ch¶y) EK ph¸t sinh khi cã dung dÞch
®iÖn ph©n thÊm vµo m«i tr−êng lç rçng kh«ng kim lo¹i.
b) ThÕ ®iÖn ho¸ EC xuÊt hiÖn khi hai chÊt l−u kh«ng cã cïng ®é kho¸ng ho¸ tiÕp
xóc trùc tiÕp víi nhau hay qua mµng b¸n thÊm (vÝ dô sÐt) vµ qu¸ tr×nh oxy ho¸ khö
trong m«i tr−êng cã quÆng ho¸ kim lo¹i.
94
- 4.1.1. C¸c qu¸ tr×nh ®iÖn ho¸ vµ ®iÖn ®éng lùc trong m«i tr−êng quanh giÕng
khoan:
a) Qu¸ tr×nh khuyÕch t¸n:
C¸c ph©n tö muèi kho¸ng khi hoµ tan trong n−íc sÏ ph©n ly thµnh c¸c ion. Trªn
bÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a hai dung dÞch ®iÖn ph©n cã nång ®é C1 vµ C2 (C1 > C2) ®−îc ng¨n
c¸ch bëi mét mµng b¸n thÊm (H×nh 4.1), c¸c ion ë phÝa cã nång ®é kho¸ng ho¸ cao sÏ
dÞch chuyÓn sang phÝa cã nång ®é thÊp h¬n.
V× ho¹t tÝnh cña c¸c ion kh«ng gièng nhau, phÝa m«i tr−êng cã nång ®é thÊp sÏ
nhËn c¸c ion cã ®iÖn tÝch vµ ho¹t tÝnh cao. NÕu muèi hoµ tan lµ NaCl th× phÝa bªn cã
nång ®é thÊp C2 sÏ cã thÕ ©m v× Cl- lµ ion cã ho¹t tÝnh m¹nh h¬n Na+. ThÕ ®iÖn
khuyÕch t¸n ED sinh ra trªn mÆt tiÕp xóc gi÷a hai dung dÞch cïng lo¹i muèi NaCl, chØ
kh¸c nhau vÒ nång ®é ®−îc tÝnh theo biÓu thøc Nerst:
RT l K − l a C1
ED = * ln (4.1)
F lK + la C2
Trong ®ã:
R: H»ng sè khÝ (8,313 joule/K.mol)
T : NhiÖt ®é tuyÖt ®èi.
F : Sè Faraday (96500 coulombi)
lK, la: Ho¹t ®é cña cation vµ anion (cm2/V.s)
C1, C2: Nång ®é kho¸ng ho¸ trªn mÆt ranh giíi (g/l).
Ho¹t ®é hay ®é linh ®éng cña c¸c ion tû lÖ víi tèc ®é khuyÕch t¸n cña chóng
trong dung dÞch. V× vËy, ta cã thÓ
tÝnh gÇn ®óng c«ng thøc (4.1) theo
tèc ®é U vµ V cña cation vµ cña
anion trong tr−êng ®iÖn cã gradien 1
vol/cm.
RT u − v C1 C
ED = = K D log 1
* ln (4.2)
NaCl ®Ëm ®Æc NaCl lo·ng
F u + v C2 C2
Trong ®ã:
Mµng sÐt
RT u − v
K D = 2,3 * * gäi lµ
F u+v
H×nh 4.1. S¬ ®å h×nh thµnh thÕ khuyÕch t¸n hÖ sè khuyÕch t¸n.
MÆt kh¸c, ®é linh ®éng cña c¸c ion trong dung dÞch tû lÖ víi nång ®é. Do ®ã, ë
nång ®é kh«ng qu¸ cao cã thÓ thay thÕ nång ®é C1 vµ C2 b»ng ho¹t tÝnh ho¸ häc a1 vµ a2:
95
- a1
E D = K D log (4.3)
a2
Trong thùc tÕ, víi mét kho¶ng thay ®æi nång ®é kho¸ng ho¸ rÊt réng, ho¹t tÝnh
1 1
ho¸ häc cña dung dÞch cã thÓ thay b»ng ®é dÉn ®iÖn cña nã: a1 ≈ vµ a 2 ≈
R1 R2
Cuèi cïng, thÕ khuyÕch t¸n ®−îc tÝnh:
R2
E D = K D log (4.4)
R1
HÖ sè khuyÕch t¸n KD lµ hµm sè phô thuéc vµo nhiÖt ®é, thµnh phÇn ho¸ häc,
ho¸ trÞ vµ nång ®é dung dÞch. NÕu c¸c ®iÒu kiÖn sau cïng ®∙ x¸c ®Þnh, khi ®ã KD chØ
cßn phô thuéc vµo nhiÖt ®é m«i tr−êng.
§èi víi dung dÞch NaCl, ë nhiÖt ®é 180C ®é linh ®éng cña c¸c ion lµ:
Na+ → lK = 43,5.10-5 cm2/V.s
Cl- → la = 65,5.10-5 cm2/V.s
TÝnh ®−îc:
RT 43,5 − 65,5
K D = 2,3 * = −11,6mV
* (4.5)
F 43,5 + 63,5
V× vËy:
§èi víi tr−êng hîp C1 = 10C2 th×:
C
E D = −11,6 log 1 = −11,6mV (4.6)
C2
NÕu hai dung dÞch trªn mÆt tiÕp xóc cã nång ®é kh«ng qu¸ kh¸c biÖt nhau th×:
R2
E D = −11,6 log ( 4 .7 )
R1
Trong c¸c tr−êng hîp dung dÞch hoµ tan nhiÒu lo¹i muèi cã nång ®é kh¸c nhau
th× lo¹i muèi nµo cã −u thÕ h¬n sÏ cã vai trß lín h¬n theo tû lÖ phÇn ®ãng gãp vµo gi¸
trÞ cña thÕ khuyÕch t¸n.
b) Qu¸ tr×nh hÊp phô:
Trong rÊt nhiÒu tr−êng hîp nh÷ng dung dÞch kh¸c nhau vÒ nång ®é kho¸ng ho¸
ph©n c¸ch nhau qua mµng máng cã ®é lç rçng nhá, vÝ dô líp sÐt máng. Khi ®ã, sù
96
- khuyÕch t¸n c¸c ion theo c¸c lç rçng, mét sè ion linh ®éng cã thÓ bÞ hÊp phô. SÐt
th−êng gi÷ l¹i c¸c ion ©m vµ ®Èy c¸c ion d−¬ng ®i qua. Nãi c¸ch kh¸c, sÐt lµ mµng
thÊm c¸c cation mµ kh«ng thÊm ®èi víi c¸c anion. NÕu dung dÞch ë hai bªn mµng thÊm
®Òu lµ NaCl th× sÏ cã hiÖn t−îng dÞch chuyÓn c¸c cation Na+ ë phÝa nång ®é cao sang
phÝa bªn cã nång ®é thÊp h¬n. Trong khi ®ã c¸c anion Cl- th× bÞ hÊp phô trªn thµnh
kªnh dÉn. KÕt qu¶ lµ ë hai bªn cña mµng b¸n thÊm xuÊt hiÖn mét ®iÖn thÕ. ThÕ ®iÖn
sinh ra do hiÖn t−îng võa nªu ë hai phÝa bªn cña mµng ng¨n c¸ch cã tªn gäi lµ thÕ ®iÖn
hÊp phô do sÐt g©y ra (EA). Còng cã t¸c gi¶ gäi EA lµ thÕ mµng läc (Membrane).
C¸c quan s¸t thùc tÕ cho thÊy EA thay ®æi theo h×nh th¸i cÊu tróc mµ kh«ng phô
thuéc vµo chiÒu dµy cña mµng thÊm.
NÕu gi¶ sö mét dung dÞch l−ìng ph©n cã hai ion cïng ho¸ trÞ (γK = γa = γ) nh−
dung dÞch NaCl, khi ®ã biÓu thøc tÝnh thÕ ®iÖn hÊp phô cã thÓ lÊy gièng nh− ë (4.1).
Trong ®ã, ®é linh ®éng la cña anion sÏ gÇn b»ng kh«ng, v× bÞ hÊp phô bëi h¹t kho¸ng
vËt trªn thµnh èng dÉn.
Do ®ã:
C
RT
EA = ln 1 ( 4 .8 )
γF C2
§èi víi muèi NaCl, γ = 1 nªn biÓu thøc (4.8) trë thµnh:
C
RT
E A = 2 ,3 log 1 ( 4 .9 )
F C2
T−¬ng tù nh− (4.2) vµ (4.4) ta viÕt:
C1 a R
E A = K A log = K A log 1 = K A log 2 ( 4 . 10 )
C2 a2 R1
Trong ®ã: KA = 2,3RT/F lµ hÖ sè hÊp phô. Tham sè nµy còng phô thuéc vµo
nhiÖt ®é cña m«i tr−êng.
ë nhiÖt ®é 180C, cho tr−êng hîp dung dÞch NaCl hÖ sè KA = +57,65 (mV).
Do ®ã:
R2
E A = +57,65 log (4.11)
R1
ThÕ ®iÖn hÊp phô EA phô thuéc vµo bÒ mÆt riªng (cßn gäi lµ bÒ mÆt hÊp phô) hay
®é h¹t cña ®¸. §é h¹t cµng mÞn, diÖn tÝch bÒ mÆt riªng cña ®¸ cµng cao.
HiÖn t−îng hÊp phô c¸c anion, nÕu muèi hoµ tan lµ NaCl th× phÝa bªn trong mµng
thÊm cã nång ®é thÊp h¬n sÏ cã thÕ d−¬ng v× Na+ dÔ dÞch chuyÓn h¬n Cl- (H×nh 4.2).
97
- c) ThÕ khuyÕch t¸n hÊp phô:
Hai qu¸ tr×nh ®iÖn ho¸ khuyÕch t¸n vµ hÊp phô sinh ra c¸c ®iÖn thÕ t−¬ng øng
ED vµ EA. C¸c thÕ ®iÖn nµy ®Òu do sù kh¸c biÖt nång ®é kho¸ng ho¸ ë hai phÇn dung
dÞch C1 vµ C2. ë ®iÒu kiÖn giÕng khoan ta lu«n gÆp c¸c ranh giíi tiÕp xóc nh− thÕ:
thµnh giÕng khoan, ranh giíi gi÷a c¸c líp ®Êt ®¸, gi÷a ®íi ngÊm víi ®íi nguyªn. C¸c
ranh giíi ®ã ®Òu lµ mÆt ng¨n c¸ch gi÷a c¸c phÇn ®Êt ®¸ b∙o hoµ chÊt láng cã ®é
kho¸ng ho¸ kh¸c nhau.
Trong tr−êng hîp dung dÞch khoan lµ dung dÞch sÐt c¬ së n−íc ngät th× ®é
kho¸ng ho¸ Cf cña filtrat dung dÞch th−êng nhá h¬n nång ®é kho¸ng ho¸ Cw cña n−íc
vØa (Cw > Cf). Khi ®é kho¸ng ho¸ tù nhiªn cña n−íc vØa Cw vµ cña filtrat Cf ®∙ ®−îc quy
®æi vÒ nång ®é kho¸ng ho¸ NaCl t−¬ng ®−¬ng th× thÕ ®iÖn khuyÕch t¸n ë phÇn ®Êt ®¸
cã lç rçng vµ ®é thÊm cao. Theo (4.7) ta cã:
Rf
E D = −11,6 log (4.12)
Rw
Ng−îc l¹i, ë ®o¹n giÕng ®i qua c¸c ®¸ cã ®é rçng hiÖu dông vµ ®é thÊm kÐm nh−
c¸c líp sÐt th× qu¸ tr×nh hÊp phô l¹i m¹nh, lµm ng¨n c¶n qu¸ tr×nh khuyÕch t¸n. Trªn bÒ
mÆt c¸c líp sÐt, qu¸ tr×nh hÊp phô chØ tiÕp nhËn c¸c anion vµ ®Èy tr¶ c¸c cation.
Hai qu¸ tr×nh ®iÖn ho¸ m¹nh yÕu kh¸c nhau vµ cã tÝnh tr¸i ng−îc nhau ë c¸c vØa
thÊm vµ kh«ng thÊm cho nªn trªn thµnh giÕng khoan, ngang c¸c vØa c¸t (®é rçng vµ ®é
thÊm cao) sÏ cã líp ion ©m. Cßn ë ngang c¸c líp sÐt (thÊm kÐm) sÏ cã líp ion d−¬ng.
Sù h×nh thµnh c¸c mÆt tÝch ®iÖn + -
- +
+ -
tr¸i dÊu nh− vËy sÏ sinh ra dßng ®iÖn dÞch - +
+ -
-
cã chiÒu theo mòi tªn (H×nh 4.3). SÐt
+
- EA
+
- +
T−¬ng tù nh− ®èi víi thÕ khuyÕch
+
+ ----- -
------
t¸n, thÕ hÊp phô EA trong giÕng khoan
-v v- +E + + +
+ + + ++
®−îc tÝnh theo (4.10). Ta cã:
+D
- -
+
§íi röa + C¸t
- -
Rf +
E A = +57,65 log +
(4.13) - -
+
+++ +
Rw ++++ - -
+∧ ∧+
------ ----- -
- -
+
+
Hai qu¸ tr×nh ®iÖn ho¸ khuyÕch
- -
+ SÐt
+
t¸n vµ hÊp phô x¶y ra trªn mÆt tiÕp xóc - -
+
+
gi÷a hai dung dÞch kh«ng cã cïng nång - -
+
+
®é kho¸ng ho¸ (filtrat dung dÞch vµ n−íc
H×nh 4.3: Sù h×nh thµnh thÕ ED vµ EA
vØa). Qu¸ tr×nh thø nhÊt m¹nh mÏ ë c¸c ®¸
cã ®é rçng vµ ®é thÊm cao. Qu¸ tr×nh thø
hai chñ yÕu ë c¸c ®¸ sÐt cã ®éthÊm kÐm.
Qu¸ tr×nh nµy cho c¸c ion linh ®éng ®i qua dÔ dµng, qu¸ tr×nh kia th× hÊp phô c¸c ion
®ã. VÒ mÆt h×nh thøc, hai qu¸ tr×nh khuyÕch t¸n – hÊp phô nh− hai mÆt ®èi lËp cña sù
thèng nhÊt: Qu¸ tr×nh ®iÖn ho¸.
Hai mÆt ®èi lËp cña mét qu¸ tr×nh thèng nhÊt lu«n lu«n ®i kÌm víi nhau. NÕu
kh«ng cã hÊp phô th× qu¸ tr×nh khuyÕch t¸n sÏ kÕt thóc nhanh vµ ng−îc l¹i, nÕu chØ cã
98
- qu¸ tr×nh hÊp phô th× b¶n th©n nã còng nhanh chãng trung hoµ ®iÖn tÝch. Khi ®ã, kÕt
qu¶ lµ ranh giíi gi÷a c¸c líp ®¸ c¸t vµ sÐt kh«ng thÓ hiÖn râ qu¸ tr×nh ®iÖn ho¸.
C¸c qu¸ tr×nh ®iÖn ho¸ lµm xuÊt hiÖn thÕ khuyÕch t¸n vµ thÕ hÊp phô nh− hai
thµnh phÇn cña thÕ ®iÖn ho¸ khuyÕch t¸n – hÊp phô EDA. Trªn ranh giíi c¸c líp c¸t/sÐt
thÕ ®iÖn ho¸ sÏ lµ tæng ®¹i sè cña c¸c thµnh phÇn ED vµ EA (H×nh 4.4).
Rf Rf
E DA = E D + E A = ( K D + K A ) log = K DA log (4.14)
Rw Rw
vµ gäi KDA = (KD+KA) lµ hÖ sè khuyÕch t¸n - hÊp phô.
ë nhiÖt ®é 180C, hÖ sè nµy cã
gi¸ trÞ b»ng -69,25 mV, ®«i
EDA khi nã ®−îc lµm trßn:-70 mV.
Rf
SÐ t
Rf E DA = −70 log [mV ] (4.15)
ED = −11,6 log EA Rw
Rw
Chó ý: Ngang vØa sÐt kh«ng
Rf
ED
E A = 57,65 log cã ®íi ngÊm mÆt ranh giíi
Rw C¸t gi÷a Rf hay Rm víi Rw chÝnh
lµ thµnh giÕng khoan. Trong
vØa c¸t, mÆt ranh giíi gi÷a Rf
vµ Rw chÝnh lµ ranh giíi ngoµi
H×nh 4.4: DÞ th−êng EDA ë ranh giíi c¸c líp c¸t/sÐt
cïng cña ®íi ngÊm Di. §−êng
kÝnh ®íi ngÊm t¨ng theo thêi gian cho ®Õn khi qu¸ tr×nh thÊm dung dÞch ngõng h¼n.
Khi ®−êng kÝnh ®íi ngÊm cßn thay ®æi th× thµnh phÇn ED thay ®æi lµm cho EDA
còng v× thÕ mµ thay ®æi theo.
§iÒu nµy gi¶i thÝch t¹i sao ®o thÕ ®iÖn SP trong giÕng khoan ë c¸c thêi ®iÓm
kh¸c nhau ta cã thÓ gÆp tr−êng hîp gi¸ trÞ biªn ®é EDA thay ®æi v× ®−êng kÝnh ®íi ngÊm
cßn ®ang thay ®æi.
d) Qu¸ tr×nh thÊm läc
Dßng thÊm cña chÊt láng trong m«i tr−êng lç rçng nh− ®Êt ®¸ lµ kÕt qu¶ cña
møc chªnh ¸p suÊt trong m«i tr−êng ®ã. ë ®iÒu kiÖn giÕng khoan filtrat dung dÞch
thÊm vµo ®Êt ®¸ ë thµnh giÕng khi ¸p suÊt thuû tÜnh cña cét dung dÞch lín h¬n ¸p suÊt
vØa, nÕu ng−îc l¹i th× n−íc vØa sÏ ch¶y vµo giÕng khoan.
C¸c qu¸ tr×nh thÊm ®ã lµm xuÊt hiÖn ë giÕng khoan mét thÕ ®iÖn mang dÊu ©m
nÕu filtrat thÊm vµo ®Êt ®¸ ë thµnh giÕng; sÏ lµ dÊu d−¬ng nÕu n−íc vØa ch¶y vµo giÕng
khoan. ThÕ ®iÖn cã nguån gèc do dßng thÊm läc cã tªn gäi lµ thÕ ®iÖn thÊm läc hay thÕ
®iÖn ®éng lùc.
ThÕ ®iÖn thÊm läc Ef lµ hµm phô thuéc vµo møc chªnh ¸p ∆P gi÷a ®iÓm ®Çu vµ
®iÓm cuèi cña dßng thÊm, ®iÖn trë suÊt Rw vµ ®é nhít η, h»ng sè ®iÖn m«i ε cña chÊt
99
- l−u vµ ®iÖn thÕ zeta ξ (hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a c¸c líp ®iÖn kÐp linh ®éng vµ kh«ng linh
®éng ë thµnh èng mao qu¶n):
ε ξ ∆P
Ef = Rw (4.16)
4π η
Trong ®ã:
∆P = P2 – P1 (P1 lµ ¸p suÊt cét dung dÞch; P2 lµ ¸p suÊt vØa).
DÊu cña Ef phô thuéc vµo dÊu cña ∆P. Trong thùc tÕ khi khoan b»ng dung dÞch
sÐt th−êng gi÷ ë ®iÒu kiÖn ¸p suÊt P1 ≥ P2. Filtrat thÊm vµo vØa ®Ó l¹i trªn thµnh giÕng
mét líp vá sÐt ®ñ dµy ®Ó ng¨n kh«ng cho filtrat tiÕp tôc thÊm vµo vØa. §Õn thêi ®iÓm
®ã, qu¸ tr×nh thÊm thùc chÊt lµ bÞ dõng h¼n. V× vËy, thÕ ®iÖn thÊm läc Ef ë vØa c¸t vµ
vØa sÐt lóc ®ã lµ nh− nhau, nãi c¸ch kh¸c thÕ ®iÖn nµy trë nªn rÊt nhá ë c¸c giÕng
khoan dïng dung dÞch sÐt.
Trong c¸c giÕng khoan thuû v¨n dïng dung dÞch n−íc l∙ cã ®é kho¸ng ho¸ thÊp
th× tr−êng ®iÖn thÊm läc trë nªn cã tÇm quan träng, v× thµnh phÇn nµy cã liªn quan hµm
sè víi hÖ sè thÊm c¬ häc f cña c¸c líp chøa n−íc:
P1 − P2
EÌ = − f Rf (4.17)
ξ
e) Qu¸ tr×nh Oxy ho¸ khö
Ph¶n øng oxy ho¸ khö lµ ph¶n øng ho¸ häc trao ®æi ®iÖn tö. Trong ph¶n øng oxy
ho¸ khö, chÊt nµo mÊt mét hoÆc nhiÒu ®iÖn tö th× chÊt ®ã lµ chÊt oxy ho¸ vµ kÕt qu¶
xuÊt hiÖn mét ion d−¬ng (Cu → Cu++ + 2e-; Fe++ → Fe+++ + e-; ), chÊt nµo thu mét hay
nhiÒu ®iÖn tö th× nã lµ chÊt khö. Khi ®ã nguyªn tè ho¸ häc mang ®iÖn tÝch ©m hoÆc trë
vÒ trung tÝnh (2H+ + 2e- → H2).
KÕt qu¶ cña qu¸ tr×nh oxy ho¸ khö sÏ lµm t¸ch phÇn m«i tr−êng cã ®iÖn tÝch
d−¬ng vµ ©m dÉn ®Õn sù ph©n cùc vµ h×nh thµnh mét thÕ ®iÖn. §iÖn thÕ nµy cã thÓ ®−îc
tÝnh b»ng c«ng thøc:
C'
RT
EOX = ln( " K ) (4.18)
γF C
Trong ®ã:
EXO lµ thÕ ®iÖn oxy hãa khö.
C’, C” lµ hµm l−îng c¸c chÊt oxy ho¸ ë møc ®é nhiÒu h¬n hoÆc Ýt h¬n.
K lµ h»ng sè c©n b»ng ph¶n øng oxy ho¸ khö.
γ lµ ho¸ trÞ cña chÊt bÞ oxy ho¸ hoÆc khö.
100
- ThÕ ®iÖn oxy ho¸ khö th−êng gÆp trong c¸c tr−êng hîp giÕng khoan ®i qua ®íi
kho¸ng ho¸ hay c¸c vØa quÆng ®a kim, vØa than biÕn chÊt cao
C¸c kho¸ng vËt nh− pyrit, pyrotin, chancopyrit, calcozin, covelin, th−êng dÔ bÞ
oxy ho¸ trong m«i tr−êng axÝt nªn cã nhiÒu kh¶ n¨ng tham gia trong c¸c qu¸ tr×nh oxy
ho¸ khö. C¸c ®íi kho¸ng ho¸ nhiÖt dÞch sulfua ë gÇn mÆt ®Êt th−êng biÓu hiÖn qua thÕ
®iÖn oxy ho¸ khö cao. Trong giÕng khoan, ë chiÒu s©u lín gÆp m«i tr−êng cã tÝnh khö
m¹nh th× mét sè kho¸ng vËt nhãm sulfua nh−: pyrit, calcozin, kh«ng bÞ oxy ho¸
nh−ng khi gÆp dung dÞch khoan giµu oxy th× c¸c ph¶n øng oxy ho¸ khö x¶y ra m¹nh
mÏ vµ do ®ã còng xuÊt hiÖn thÕ oxy ho¸ khö mµ ta cã thÓ ®o ®−îc.
4.1.2. ThÕ ®iÖn tù ph©n cùc toµn phÇn - SP
C¸c qu¸ tr×nh khuyÕch t¸n - hÊp phô, thÊm läc vµ oxy ho¸ khö lµm xuÊt hiÖn c¸c
thÕ ®iÖn lÇn l−ît t−¬ng øng lµ: EDA, Ef vµ EOX. C¸c thµnh phÇn nµy x¶y ra ®ång thêi vµ
hîp thµnh thÕ ®iÖn tù ph©n cùc ESP trong giÕng khoan.
E SP = E DA + E f + EOX (4.19)
Trong c¸c giÕng khoan th¨m dß dÇu khÝ, ë phÇn l¸t c¾t ®¸ trÇm tÝch, hai thµnh
phÇn ®Çu tiªn, nhÊt lµ thµnh phÇn khuyÕch t¸n - hÊp phô EDA lµ m¹nh mÏ nhÊt. Thµnh
phÇn thø ba oxy ho¸ khö EOX th−êng kh«ng xuÊt hiÖn hoÆc rÊt yÕu, cã thÓ bá qua.
Ng−îc l¹i, trong c¸c giÕng khoan th¨m dß quÆng hoÆc than ®«i khi cã tr−êng hîp thµnh
phÇn EOX lµ m¹nh h¬n c¸c thµnh
phÇn kh¸c.
Dung
§å thÞ thÕ tÜnh SÐt
dÞch
Mµng
c¸ch ®iÖn
ThÕ ®iÖn tÜnh ESSP tû lÖ víi
C¸t
mét dßng ISP trong m«i tr−êng
Vá
sÐt
nghiªn cøu theo ®Þnh luËt Ohm:
§íi ngÊm
E SSP = RI SP M (4.20)
SÐt
Trong ®ã: R lµ trë kh¸ng cña
phÇn m«i tr−êng mµ dßng ISP ®i qua
SÐt
(H×nh 4.5). Trong giÕng khoan lµ Rm.
§å thÞ thÕ tÜnh
Trong vØa nghiªn cøu lµ RXO. Trong
vØa v©y quanh lµ RS. V× vËy cã thÓ
C¸t
tÝnh:
E SSP = (Rm + R XO + RS )I SP ( 4.20 )'
§−êng cong SP
SÐt
Trong giÕng khoan, dßng ISP
®i qua Rm nªn gi¸ trÞ ®o ®−îc USP sÏ
lµ:
§å thÞ thÕ tÜnh SPP
§å thÞ ®o SP
U SP = Rm I SP (4.21)
’
H×nh 4.5. S¬ ®å biÓu diÔn ph©n bè thÕ ®iÖn, Thay (4.20) vµo (4.21) ta sÏ
®−êng dßng SP vµ ®−êng cong quanh vØa thÊm nhËn ®−îc:
101
nguon tai.lieu . vn
