Bài viết Cập nhật tình hình điều tra, thăm dò khai thác băng cháy (gas hydrate) trên thế giới và phương hướng điều tra, thăm dò ở Việt Nam khái quát về hiện trạng công tác điều tra, thăm dò, khai thác băng cháy trên thế giới, đặc biệt là ở Nhật Bản, Trung Quốc và đưa ra đề xuất về phương hướng điều tra, thăm dò băng cháy ở Việt Nam.
PETROVIETNAM TẠP CHÍ DẦU KHÍ Số - 2022, trang 41 - 52 ISSN 2615-9902 CẬP NHẬT TÌNH HÌNH ĐIỀU TRA, THĂM DÒ KHAI THÁC BĂNG CHÁY (GAS HYDRATE) TRÊN THẾ GIỚI VÀ PHƯƠNG HƯỚNG ĐIỀU TRA, THĂM DÒ Ở VIỆT NAM Nguyễn Anh Đức Tập đồn Dầu khí Việt Nam Email: ducna@pvn.vn https://doi.org/10.47800/PVJ.2022.09-06 Tóm tắt Băng cháy (gas hydrate) nguồn khí thiên nhiên phi truyền thống có tiềm lớn, chủ yếu tập trung trầm tích cạn Bắc Cực trầm tích biển dọc theo rìa lục địa đại dương Cơng tác điều tra, tìm kiếm thăm dị, dự án nghiên cứu trọng điểm để đánh giá đặc điểm địa chất - kỹ thuật, tài nguyên, thử nghiệm khai thác băng cháy thực nhiều khu vực giới Việt Nam nằm khu vực đánh giá có tiềm băng cháy, bước đầu có nghiên cứu tổng hợp, đánh giá sơ dấu hiệu, tiền đề băng cháy Bài báo khái quát trạng công tác điều tra, thăm dò, khai thác băng cháy giới, đặc biệt Nhật Bản, Trung Quốc đưa đề xuất phương hướng điều tra, thăm dị băng cháy Việt Nam Từ khóa: Băng cháy, khu vực tiềm năng, khai thác thử nghiệm Giới thiệu Băng cháy chất tự nhiên giống băng, hình thành nước khí kết hợp với áp suất cao nhiệt độ thích hợp Băng cháy phổ biến trầm tích đáy đại dương độ sâu nước lớn 300 - 500 m (984 - 1.640 ft) có mặt khu vực đóng băng vĩnh cửu [1] Về hóa học, băng cháy bao gồm phân tử nước tạo thành lồng (cage) bao quanh phân tử khí Băng cháy tự nhiên chủ yếu chứa methane, ngồi cịn có khí khác như: ethane, carbon dioxide hydrogen sulfide Băng cháy dạng methane đậm đặc Khối lượng riêng băng cháy methane hydrate khoảng 900 kg/m3 (thấp khối lượng riêng nước) Các tinh thể băng cháy có điện trở cao, dẫn âm tốt, khơng hịa tan vào phân tử nước khơng hút khí tự Cấu trúc tinh thể băng cháy chia thành loại dựa hình dạng thể tích nước cấu thành gồm: cấu trúc lập phương I (type I), cấu trúc lập phương II (type II) cấu trúc lục giác H (type H) (Hình 1) Khi nhiệt độ tăng áp suất Ngày nhận bài: 4/9/2022 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: - 6/9/2022 Ngày báo duyệt đăng: 12/9/2022 giảm, băng cháy phân hủy thành khí nước Đối với cấu trúc tinh thể phổ biến methane hydrate, phân hủy áp suất nhiệt độ phòng, m3 băng cháy để lại khoảng 0,8 m3 nước 180 m3 khí methane [1] Băng cháy tìm thấy trầm tích vùng đất đóng băng vĩnh cửu, đại dương vùng cực (vùng nước nơng) trầm tích sườn lục địa (vùng nước sâu), nơi có điều kiện áp suất nhiệt độ thích hợp Băng cháy tồn dạng lớp mỏng, mạch dày, lấp đầy lỗ rỗng phân tán trầm tích (Hình 2) Băng cháy giữ lượng lớn khí trầm tích độ sâu nơng dễ tiếp cận so với tầng chứa khí thơng thường Vì vậy, băng cháy coi nguồn lượng tiềm Hoạt động nghiên cứu, điều tra, thăm dò khai thác băng cháy gần liên tục gia tăng nhiều nước với mục tiêu chủ yếu tìm kiếm khai thác khí từ băng cháy Các nội dung khác quan tâm như: mơ hình hình thành phân hủy băng cháy vỏ trái đất mối liên quan đến mỏ dầu khí; khả sử dụng cơng nghệ băng cháy phát triển, lưu trữ vận chuyển khí thiên nhiên; tác động băng cháy trình biến đổi khí hậu Bên cạnh đó, cơng nghệ DẦU KHÍ - SỐ 9/2022 41 NĂNG LƯỢNG MỚI 46 H20 Methane, ethane, carbon dioxide "Lồng" phân tử nước 51262 Cấu trúc I 16 512 136 H20 Propane, iso-butane, natural gas 51264 Cấu trúc II Phân tử khí (methane ) 34 H20 Methane + neohexane, methane + cycloheptane 435663 51268 Cấu trúc H Hình Các loại cấu trúc băng cháy [2] Tàn tích đất đóng băng vĩnh cửu thềm ngập gần Đất đóng băng vĩnh cửu Giảm thiểu gas hydrate (xa nguồn cung) ethane kiệt m Đới cạn Gị, ụ đáy biển Sinh khí sinh học Bùn 200 - 1.000 m Độ sâu nước ~350 - 600 m (phụ thuộc vào nhiệt độ đáy biển) n Đáy biể Gas hydrate lấp đầy lỗ rỗng Hydrate rìa đới ổn định (nhạy cảm với khí hậu) Sét biển chứa gas hydrate Sét biến dạng chứa gas hydrate t nẻ nứ Gas hydrate lấp đầy lỗ rỗng cát bên lớp đất đóng băng vĩnh cửu Gas hydrate lấp đầy lỗ rỗng cát Cát chứa gas hydrate Cát chứa nước Khí tự Ranh giới ổn định gas hydrate Cấu trúc ống khói (chimneys) Sinh khí nhiệt dịch chuyển (a) (b) (c) (d) (e) (f) Hình Các khu vực dạng tồn băng cháy: Dạng lớp mỏng trầm tích hạt mịn Biển Đơng, Hàn Quốc (a); dạng mạch dày khơi Ấn Độ (b); băng cháy lấp đầy lỗ rỗng cát trũng Nankai, Nhật Bản (c); (d) gò/ụ băng cháy bề mặt đáy biển vịnh Mexico, Mỹ; (e) băng cháy phân tán trầm tích hạt mịn khu vực Shenhu, cửa sông Châu Giang, Trung Quốc; (f) băng cháy cát hạt thô khu vực Malik, Canada [3] thu gom lưu trữ carbon dựa hình thành băng cháy (hydrate-based carbon capture - HBCC), sử dụng CO2 thay CH4 băng cháy phương pháp 42 DẦU KHÍ - SỐ 9/2022 sản xuất khí đốt thiên nhiên trung hịa carbon nghiên cứu phát triển giúp giảm lượng khí thải CO2 thực mục tiêu chống biến đổi khí hậu PETROVIETNAM 150oW 90o 120oW 90oW 60oW 30oW 0o 30oE 60oE 90oE 120oE 150oE Arctic Ocean Arctic Ocean 60oN North America Asia 30oN Atlantic Ocean Pacific Ocean Africa 0o 30oS Pacific Ocean South America Phát hydrate (đã lấy mẫu hay quan sát thấy đáy biển) Dấu hiệu hydrate (bề mặt phản xạ mô đáy dấu hiệu khác) 60oS Australia Indian Ocean Southern Ocean Dấu hiệu hydrate (chỉ có bề mặt phản xạ mơ đáy) Antarctica Hình Bản đồ vị trí phát dấu hiệu băng cháy giới [1] Mặt biển Đáy biển Shenhu Trung Quốc BĂNG CHÁY BIỂN Trũng Nankai Bể Krishna-Godavari Nhật Bản Ấn Độ 998 m Seafloor 0m 1.266 m Seafloor 0m Vịnh Mexico Mỹ 1.050 m Seafloor 0m 25 m 201 m 251 m 160 m 276 m BĂNG CHÁY TRÊN ĐẤT LIỀN Đồng Alaska Mackenzie Canada Mỹ 2.033 m Seafloor 0m 183 m 337 m 366 m 581 m 413 m 440 m 711 m 892 m Cuội sỏi Bột sét Cát Băng cháy khe nứt 1.107 m Hình Các tầng chứa băng cháy số khu vực giới [4] Tình hình nghiên cứu, điều tra, thăm dò khai thác băng cháy giới Trong thập kỷ qua, băng cháy nước sâu trọng tâm đợt khoan nghiên cứu đại dương Đầu kỷ XXI, hỗ trợ mạnh mẽ vốn sách phủ, cơng nghệ băng cháy phát triển nhanh chóng Với đột phá công nghệ mũi nhọn thăm dò, khoan khai thác băng cháy, giới bước vào giai đoạn khai thác thử nghiệm Gần đây, dự án nghiên cứu trọng điểm để đánh giá đặc điểm địa chất - kỹ thuật, tài nguyên, thử nghiệm khai thác thực giới DẦU KHÍ - SỐ 9/2022 43 NĂNG LƯỢNG MỚI ĐÃ THỰC HIỆN Japan Sea Mỹ (Vịnh Mexico/DOE) Hàn Quốc (UBGH) Châu Á Ấn Độ (NGHP) Trung Quốc (GMGS) Khai thác hydrate quy mô thương mại Gumusut-Kakap (Malaysia) Khoan nghiên cứu biển Vùng đất đóng băng vĩnh cửu Chỉ dẫn Lấy mẫu lõi và/ đo lỗ khoan Thử vỉa Đen: hoàn thành Trắng: kế hoạch Nankai Nhật Bản Biển sâu TƯƠNG LAI Canada (Mallik) Mỹ (Bắc Alaska) DOE/British Petroleum Mt Elbert Trung Quốc (Tibetan Plateau) ODP Leg 164: Blake Ridge (South Carolina) IODP Exp 311: Vancouver Margin ODP Leg 204: Hydrate Ridge (Oregon) 1990 DOE/ConocoPhillips Thử nghiệm dùng CO2 thay khí hydrate Băng nóng (Hot Ice) 2000 DOE/USGS/JOGMEC Khoan tiến tới thử vỉa dài hạn Quan sát gas hydrate cáp NEPTUNE (Canada) Sáng kiến Quan trắc Đại dương Mỹ (Hydrate Ridge) IODP Exp 372 New Zealand MeBo Black Sea Taiwan Svalbard New Zealand 2010 IODP Exp Brazil Margin 2020 2030 2040 Hình Hiện trạng kế hoạch khảo sát băng cháy [1] DOE (U.S Department of Energy): Cơ quan Năng lượng Mỹ ODP (Ocean Drilling Program): Chương trình khoan đại dương (1983 2003) IODP (Integrated Ocean Drilling Program): Chương trình khoan nghiên cứu tổng hợp đại dương (2003 - nay) UBGH (Ulleung Basin Gas Hydrates Project): Chương trình băng cháy bể trầm tích Ulleung Hàn Quốc NGHP (National Gas Hydrates Project): Chương trình băng cháy quốc gia Ấn Độ GMGS (Guangzhou Marine Geological Survey): Cục Địa chất biển Quảng Châu - Trung Quốc Theo Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ (EIA), băng cháy phổ biến trái đất chứa khoảng 1.800 - 12.400 gigaton carbon, tương ứng với - 24,8 × 1015 m3 methane (106.000 - 876.000 nghìn tỷ ft3 hay Tcf ) (năm 2016 Mỹ sử dụng 27,49 Tcf khí tự nhiên) [1] Nghiên cứu thăm dò khai thác băng cháy thời kỳ đầu, chưa có khai thác thương mại Ở số nơi Liên bang Nga, Canada, Mỹ (băng cháy vùng đóng băng vĩnh cửu đất liền), Nhật Bản, Trung Quốc (băng cháy biển) giai đoạn khai thác thử thời gian ngắn Bên cạnh đó, Hàn Quốc, Ấn Độ quốc gia EU tích cực tìm kiếm thăm dị băng cháy Nhật Bản tiến hành đợt khai thác thử nghiệm băng cháy năm 2013 2017 Trung Quốc tạm thời dẫn đầu với đợt khai thác thử nghiệm băng cháy năm 2017 2020 (Hình 5) 44 DẦU KHÍ - SỐ 9/2022 Các dự án khai thác thử băng cháy (Bảng 1) chứng tỏ băng cháy khai thác thời gian ngắn phương pháp thu hồi hydrocarbon thơng thường, nhiên cịn q sớm để nói hiệu kinh tế việc khai thác quy mơ lớn Khai thác hiệu khí từ băng cháy dự kiến cần khoảng thập kỷ [5] Chương trình băng cháy giai đoạn Nhật Bản phân tích, đánh giá sơ kinh tế hệ thống khai thác ngồi khơi giả định, giá khí tương lai kịch công nghệ Điều kiện địa điểm thích hợp cho khai thác khí từ băng cháy thể tích khí chỗ tối thiểu địa điểm phải 10 tỷ m3 (0,35 Tcf); sản lượng khí dự kiến giếng phải ngưỡng 50.000 m3/ngày/giếng (1,8 mmscf/ngày/giếng) [6] Các chương trình điều tra, thăm dị khai thác băng cháy phủ nước tài trợ doanh nghiệp dầu khí quốc gia thực Các cơng ty dầu khí quốc tế dường tham gia dạng hợp PETROVIETNAM Bảng Các dự án khai thác thử băng cháy giới [5] Khu vực khai thác thử Đặc điểm tầng chứa Băng cháy vùng đất đóng băng vĩnh cửu Vùng đóng băng vĩnh cửu Độ sâu: 700 - 800 m Messoyakha Siberia, Liên Xô Bề dày: 84 m cũ Loại: Cát kết nằm bên khí tự Độ sâu: 800 -1.100 m Vùng đất đóng băng vĩnh cửu Bề dày: 110 m Mackenzie, Canada Loại: Cát kết nằm bên khí tự Vùng đóng băng vĩnh cửu Độ sâu: 915 m sườn dốc Bắc Alaska (North Bề dày: 40 - 130 m Slope Alaska), Mỹ Loại: Cát kết nằm bên khí tự Băng cháy biển Khu vực biển Aichi-ken, Nhật Bản Khu vực Shenhu, Trung Quốc (Cục Địa chất Trung Quốc CGS, Petrochina) Khu vực Shenhu, Trung Quốc (CNOOC, SWPU, etc.) Khu vực Shenhu, Trung Quốc (Cục Địa chất Trung Quốc CGS, Petrochina) Độ sâu nước: 1.006 m Độ sâu chôn vùi: 260 - 300 m Loại: Cát kết Độ sâu nước: 1.266 m Độ sâu chôn vùi: 203 - 277 m Loại: Bột kết argillite Độ sâu nước: 1.310 m Độ sâu chôn vùi: 117 - 192 m Loại: Bột kết argillite Độ sâu nước: 1.225 m Độ sâu chôn vùi: 237 - 304 m Loại: Bột kết argillite Phương pháp khai thác thử Kết khai thác thử Giảm áp (depressurization method) 14 năm khai thác gián đoạn kể từ năm 1960, phân hủy NGH đóng góp 36% tổng sản lượng (~ tỷ m3) Giảm áp 2002: 14 ngày (sản lượng ngày lớn nhất: 1.500 m3) 2008: ngày (sản lượng ngày lớn nhất: 5.000 m3) Giảm áp 2007: 22 ngày (sản lượng ngày lớn nhất: 5.300 m3) Giảm áp đợt khai thác thử: - Tháng 3/2013: ngày (tổng sản lượng: 120.000 m3, sản lượng trung bình ngày: 20.000 m3) (hiện tượng cát chảy làm gián đoạn) - Tháng 5/2017: 12 ngày (tổng sản lượng: 40.000 m3) (hiện tượng cát chảy làm gián đoạn) - Tháng 6/2017: 24 ngày (tổng sản lượng: 223.000 m3, sản lượng trung bình ngày: 9.300 m3) (ngập nước làm gián đoạn) Giảm áp Tháng - 6/2017: 60 ngày (tổng sản lượng: 309.000 m3, sản lượng trung bình ngày: 5.000 m3) Lỏng hóa chất rắn (solid fluidization method) Giảm áp 31/5/2017: Khai thác thử nghiệm theo phương pháp lỏng hóa chất rắn thành cơng giới, tỷ lệ thu hồi: 80,1% 17/2/2020: 42 ngày (tổng sản lượng: 1.498.600 m3, sản lượng trung bình ngày: 35.700 m3), tạo kỷ lục giới tổng sản lượng khí sản lượng khai thác trung bình ngày cao 3.1 Nhật Bản kết thúc đầu năm 2019, mang lại nhiều kết gồm: i) phát trầm tích chứa methane hydrate hàm lượng cao lớp cát turbidite; ii) xác minh “phương pháp giảm áp” biện pháp khai thác khí hiệu quả, thử nghiệm khai thác methane hydrate khơi thứ thực gần bán đảo Atsumi/Shima khoảng thời gian từ tháng - 6/2017 Vào ngày 29/6/2017, Bộ Kinh tế, Thương mại Cơng nghiệp Nhật Bản (METI) thơng báo hồn nghiệm này, với sản lượng khí khai thác khoảng 35.000 m3 cho giếng khai thác 12 ngày 200.000 m3 cho giếng khai thác thứ 24 ngày [7] Chương trình nghiên cứu phát triển khí methane Nhật Bản (Japan Methane Hydrate R&D Program - MH21) từ năm 2002 Tổng công ty Dầu, Khí Kim loại Nhật Bản (JOGMEC) chủ trì để phát triển cơng nghệ cần thiết lĩnh vực khoan khai thác nhằm sử dụng methane hydrate cách kinh tế, góp phần ổn định nguồn cung lượng Nhật Bản Chương trình nghiên cứu MH21 gồm giai đoạn, năm 2002 Để thực mục tiêu dài hạn dự án - thương mại hóa nguồn khí methane hydrate ngồi khơi Nhật Bản, METI định khởi động giai đoạn nghiên cứu phát triển khí methane hydrate - giai đoạn thứ kéo dài từ tháng 4/2019 đến tháng 3/2023 phù hợp với kế hoạch phát triển tài nguyên biển quốc gia Nhật Bản [6] Một đợt thử nghiệm khai thác băng cháy khơi vùng biển Nhật Bản lên kế hoạch sau năm 2023 [9] đồng cung cấp dịch vụ kỹ thuật cho chương trình băng cháy quốc gia Cơng tác nghiên cứu, điều tra, thăm dị khai thác băng cháy Nhật Bản Trung Quốc Với hỗ trợ mạnh mẽ phủ, Nhật Bản Trung Quốc nước khu vực Đông Bắc Á tiên phong đạt kết tích cực nghiên cứu, điều tra, thăm dò khai thác băng cháy, đặc biệt thực thành cơng đợt khai thác thử khí từ băng cháy biển DẦU KHÍ - SỐ 9/2022 45 NĂNG LƯỢNG MỚI (a) (b) Các giếng Trũng Nankai MITI (1999) Khảo sát địa chấn 2D MITI; 2.802 km 1196 2001 Khảo sát địa chấn 3D METI năm 2002; 1.960 km2 Các giếng thăm dò thử vỉa 2004 LWD “Tokai-Oki to Kumanonada” LWD lấy mẫu lõi Độ sâu nước biển (m) -1.000 -2.000 -3.000 -4.000 -5.000 -6.000 -7.000 -8.000 -9.000 -10.000 Hình Bản đồ khảo sát băng cháy phía Đơng trũng Nankai (Nankai trough) vị trí khu vực khai thác thử nghiệm băng cháy Daini-Atsumi Knoll năm 2013 2017 [8] 3.2 Trung Quốc Mặc dù sản lượng khí đốt tự nhiên tăng nhanh 10 năm qua, chưa thể bắt kịp tốc độ tăng trưởng tiêu thụ Vấn đề an ninh khí đốt tự nhiên nói riêng an ninh lượng nói chung Trung Quốc gay gắt Trung Quốc phải cải thiện khả tự cung cấp lượng Hiện tại, sản lượng khí tự nhiên Trung Quốc hàng năm 190 tỷ m3, mức tiêu thụ hàng năm 320 tỷ m3, tỷ lệ phụ thuộc vào nước cao tới 43% vượt 60% vào năm 2025 [5] Chương trình quốc gia phát triển khoa học cơng nghệ trung dài hạn Trung Quốc xác định “công nghệ phát triển băng cháy” 27 công nghệ tiên tiến Kế hoạch chiến lược phát triển lượng (Strategic Plan for Energy Development) đề xuất tăng cường thăm dị, phát triển tích cực thúc đẩy dự án khai thác thử băng cháy Kế hoạch hành động cách mạng công nghệ đổi lượng (Action Plan for Technology Revolution and Innovation of Energy) đề xuất nhằm tạo đột phá công nghệ quan trọng để thăm dò phát triển băng cháy, thực dự án khoan khai thác thử nghiệm Tháng 11/2017, Bộ Đất đai Tài nguyên Trung Quốc phê duyệt băng cháy khoáng sản tìm thấy thứ 173 Trung Quốc [5] 46 DẦU KHÍ - SỐ 9/2022 Cục Địa chất biển Quảng Châu (Guangzhou Marine Geological Survey - GMGS) từ năm 2000 - 2020 thực đợt điều tra, thăm dò (khảo sát địa chấn đa kênh phân giải cao 167.000 km2, thiết lập 4.244 trạm lấy mẫu địa chất 80 giếng khoan), thử nghiệm khai thác băng cháy biển, bao gồm đợt khoan khu vực biển Shenhu vào năm 2007 phía Đơng cửa sơng Châu Giang vào năm 2013 Ngồi ra, đợt khai thác thử nghiệm giếng thẳng đứng giếng nằm ngang thực thành công an toàn khu vực Shenhu vào năm 2017 2020, đạt thời gian khai thác khí liên tục dài sản lượng khí lớn giới thời điểm đó, chứng minh tính khả thi khai thác băng cháy Trung Quốc tăng cường đầu tư cho nghiên cứu băng cháy Biển Đông, hỗ trợ nhiều dự án lớn thông qua Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc (National Natural Science Foundation of China) Chương trình nghiên cứu phát triển trọng điểm quốc gia (National Key Research and Development Program) Trong giai đoạn 2010 - 2020, có 80 dự án băng cháy Biển Đơng hồn thành Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc Ngày 18/5/2017, Cục Địa chất Trung Quốc (China Geological Survey) khai thác thành công băng cháy phương pháp giảm áp từ tầng chứa 203 - 277 m PETROVIETNAM (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) Hình Các loại mẫu băng cháy thu thập vị trí khoan GMGS2 năm 2013 (Cục Địa chất Biển Quảng Châu) [10]: băng cháy dạng khối (a b); băng cháy dạng lớp mỏng (c d); băng cháy dạng cục (e f); băng cháy dạng mạch (g) băng cháy dạng phân tán (h) iang Ranh giới bể BSRs rõ ràng sô ~ 3.000 km2 727,7 km2 Tên giếng khoan Đường bờ (c) Phân bố BSRs Khu vực Shenhu Độ bão hòa (%) a B ể cử âu G ng Ch am ây N Bể T ài Loan Đ (b) Bề dày hiệu dụng (m) Trung Quốc N 50 km (a) N Tên giếng khoan N 353 km2 SH7 (d) Độ rỗng (%) SH6 km SH9 SH1 SH4 SH5 km SH2 SH3 Vị trí có hydrates BSRs rõ ràng 22 km2 Các vị trí khoan Rãnh ngầm (canyons) Vị trí khơng có hydrates Hình Kết thăm dò băng cháy khu vực Shenhu, bể cửa sông Châu Giang, Trung Quốc (a) Vị trí khu vực Shenhu kết dự báo khu vực thuận lợi cho phát triển băng cháy; khu vực Shenhu dự đoán tài liệu địa chấn (diện tích khung đỏ 3.000 km2); vùng khai thác thuận lợi xác định sau khoan 19 giếng (22 km2); (b) Bề dày hiệu dụng tầng chứa băng cháy năm 2015; (c) Độ bão hòa băng cháy; (d) Độ rỗng băng cháy giếng W2 khu vực Shenhu năm 2007 (sửa từ Zhi Xu nnk, 2022) đáy biển khu vực Shenhu (độ sâu nước biển 1.266 m) Đây lần giới thành công việc khai thác an toàn băng cháy bột kết chứa sét argilite, loại khó phát triển khai thác chiếm 90% tài nguyên băng cháy toàn cầu (Bảng 2) [5] Đợt khai thác thử nghiệm thứ kéo dài 183 ngày từ tháng 10/2019 đến tháng 4/2020 Lần giới, Trung Quốc khai thác thành công băng cháy công nghệ giếng ngang từ tầng chứa độ sâu 237 - 304 m khu vực Shenhu (Bảng 3) Trung Quốc áp dụng hệ thống DẦU KHÍ - SỐ 9/2022 47 NĂNG LƯỢNG MỚI Bảng Kết đợt thử nghiệm khai thác băng cháy khu vực Shenhu Đợt Thời gian 10/5 - 9/7/2017 20/10/2019 - 19/4/2020 Loại tầng chứa Kiểu giếng Bột (Mud silt) Bột (Mud silt) Thẳng đứng Ngang 60 ngày 183 ngày Thời gian khai thác Sản lượng khí liên tục trung bình (m3/ngày) ngày 19 5.151 30 ngày 28,7 x 104 Sản lượng khí cộng dồn (m3) 30,9 × 104 861,4 × 104 Bảng Các thông số tầng chứa khí khu vực Shenhu Biển Đơng giai đoạn thăm dị khác kết ước tính tài nguyên khí tự nhiên Thời gian Nguồn tài liệu Trước 1999 1999 - 2007 2007 - 2017 Địa chấn giếng 19 giếng Diện tích (km2) 3.000 425 22 - 600 300 Bề dày (m) 300 25 - 77,3 14,18 giám sát môi trường “4 1” lịng đất, khơng khí, nước, đảm bảo khơng có rị rỉ khí methane khơng có cố địa chất trình khai thác thử nghiệm, điều khẳng định tính khả thi phát triển xanh băng cháy [5] Hai đợt thử nghiệm khẳng định cơng nghệ chính, khả thu hồi kỹ thuật băng cháy, đồng thời cung cấp liệu có giá trị để đánh giá tài nguyên Theo Cục Địa chất Mỹ, Trung Quốc vượt trước quốc gia khác quốc gia có triển vọng phát triển băng cháy thương mại Nếu Trung Quốc đạt phát triển quy mơ lớn băng cháy, sản lượng khí tự nhiên tăng lên 80 tỷ m3 vào năm 2035, phụ thuộc Trung Quốc vào nguồn khí nhập giảm đáng kể Điều giúp Trung Quốc thay đổi mơ hình cung cấp lượng, cải thiện cấu tiêu thụ lượng, đẩy nhanh việc thực mục tiêu giảm phát thải carbon dioxide [5] Công tác nghiên cứu, tìm kiếm thăm dị băng cháy Việt Nam Ngày 24/9/2007, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 1270/QĐ-TTg bổ sung “Chương trình nghiên cứu, điều tra tiềm khí hydrate vùng biển thềm lục địa Việt Nam” vào nhiệm vụ “Đề án tổng thể điều tra quản lý tài nguyên môi trường biển đến năm 2010, tầm nhìn đến năm 2020” (Đề án 47) Ngày 3/6/2010, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 796/QĐ-TTg phê duyệt “Chương trình nghiên cứu, điều tra tiềm khí hydrate vùng biển thềm lục địa Việt Nam” Theo đó, sau giai đoạn nghiên cứu (2007 - 2015), đến giai đoạn 2015 - 2020 bắt đầu đánh giá, thăm dò băng cháy vùng biển thềm lục địa 48 DẦU KHÍ - SỐ 9/2022 Độ rỗng (%) 20 45 15 - 60 35 Độ bão hòa (%) 100 25 - 50 28 Hệ số thể tích khí 160 164 160 Thể tích khí chỗ (m3) 29 × 1012 0,199 × 1012 0,066 × 1012 có triển vọng Chương trình gồm nhiệm vụ/dự án: (i) Dự án "Thu thập, phân tích, tổng hợp tài liệu khí hydrate để xác định dấu hiệu, tiền đề tiềm khí hydrate vùng biển thềm lục địa Việt Nam” Viện Dầu khí Việt Nam (VPI) thực hiện; (ii) Dự án “Nghiên cứu, điều tra, đánh giá, khoanh định cấu trúc địa chất có triển vọng khí hydrate vùng biển Việt Nam” Trung tâm Địa chất Khoáng sản biển thuộc Tổng cục Biển Hải đảo - Bộ Tài nguyên Môi trường thực hiện; (iii) Dự án “Khoan biển sâu, thu thập mẫu khí hydrate” giao cho Tập đồn Dầu khí Việt Nam (hiện chưa triển khai); (iv) Dự án “Điều tra chi tiết số cấu trúc địa chất có triển vọng khí hydrate vùng biển Việt Nam” giao cho Tập đồn Dầu khí Việt Nam (hiện chưa triển khai); (v) Nhiệm vụ “Bồi dưỡng cán làm cơng tác nghiên cứu, điều tra khí hydrate” giao Bộ Tài nguyên Môi trường thực Năm 2008, VPI thực đề tài nghiên cứu “Cập nhật thơng tin, tìm hiểu hoạt động tìm kiếm thăm dị khai thác hydrate khí giới dự báo tiềm hydrate khí Việt Nam” Kết đề tài cho thấy dấu hiệu nhận biết mặt cắt địa chấn núi bùn, cột khí, mặt phản xạ mạnh nằm mặt đáy biển sâu liên quan đến băng cháy phía Nam bể Sơng Hồng, phía Đơng bể Phú Khánh, bể Hồng Sa, bể Trường Sa, bể Tư Chính - Vũng Mây Các khu vực có độ sâu nước biển lớn từ 500 đến 2.000 m, gần mỏ dầu khí phát hiện, đặc điểm địa chất, địa hình địa mạo trầm tích đáy biển tương đồng với vùng có vĩ độ phát băng cháy giới [11] Từ năm 2011 - 2014, Trung tâm Địa chất Khoáng sản biển thuộc Tổng cục Biển Hải đảo - Bộ Tài nguyên Môi trường hợp tác với Viện Hải dương học Thái Bình Dương - Phân viện Viễn Đơng thuộc Viện Hàn lâm Khoa PETROVIETNAM học Liên bang Nga (POI FEB RAS) thực Dự án “Nghiên cứu, điều tra, đánh giá, khoanh định cấu trúc địa chất có triển vọng khí hydrate vùng biển Việt Nam” với mục tiêu điều tra, đánh giá tiềm băng cháy khu vực có độ sâu nước từ 300 - 2.500 m vùng biển Phú Khánh, Tư Chính - Vũng Mây với diện tích 150.000 km2 Các cơng việc bao gồm: i) khoanh định cấu trực triển vọng băng cháy; ii) đo 3.000 km tuyến địa chấn phân giải cao; iii) lấy mẫu nước, mẫu trầm tích 120 - 150 trạm; iv) phân tích loại mẫu (300 mẫu khí, 200 mẫu khí đồng vị C13 - CH4, 1.000 mẫu độ hạt, 1.000 mẫu địa hóa nước lỗ rỗng, 1.000 mẫu địa hóa trầm tích); v) cào lấy 151 mẫu vỏ mangan, kết hạch sắt - mangan [12] Tuy nhiên, kết dự án chưa công bố rộng rãi Trong giai đoạn 2011 - 2014, VPI thực Dự án "Thu thập, phân tích, tổng hợp tài liệu khí hydrate để xác định dấu hiệu, tiền đề tiềm khí hydrate vùng biển thềm lục địa Việt Nam” Dự án phân chia 11 vùng có khả chứa băng cháy phạm vi 200 hải lý vùng đặc quyền kinh tế Các vùng có tiềm cao xếp theo thứ tự: (1) Đông Bắc bể Nam Côn Sơn; (2) trũng Vũng Mây; (3) trung tâm bể Phú Khánh; (4) Tây Hoàng Sa VPI đề xuất khu vực Đông Bắc bể Nam Cơn Sơn vùng có triển vọng cao cần triển khai công việc nghiên cứu [13] Công tác nghiên cứu, điều tra băng cháy tạm thời dừng lại từ năm 2014 đến Phương hướng tìm kiếm thăm dị băng cháy Việt Nam Biển Đơng hội tụ đủ điều kiện hình thành băng cháy như: độ sâu đáy biển, đặc điểm địa mạo, nhiệt độ đáy biển, trầm tích, nguồn khí, dấu hiệu địa hóa, địa vật lý… [13] Từ kết chương trình nghiên cứu biển khoan sâu đại dương, Cục Địa chất Mỹ (USGS) đánh giá Việt Nam có tiềm trung bình băng cháy châu Á Với mức độ suy giảm sản lượng khai thác dầu khí cao nay, khơng thực cơng tác thăm dị khai thác vùng nước sâu, đến năm 2030 sản lượng khai thác dự kiến cịn 3,8 triệu dầu 17,6 tỷ m3 khí; đến năm 2035 2,1 triệu dầu 15,2 tỷ m3 khí; khơng đủ đáp ứng nhu cầu nước Để đảm bảo trì sản lượng dầu khí Việt Nam ổn định, cần thúc đẩy thực nghiên cứu, điều tra, đánh giá tiềm băng cháy vùng biển sâu phù hợp Nghị số 55-NQ/TW ngày 11/2/2020 Bộ Chính trị “Định hướng chiến lược phát triển lượng quốc gia đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045” với mục tiêu là: “Phát triển nguồn cung lượng sơ cấp theo hướng tăng cường khả tự chủ, đa dạng hóa, bảo đảm tính hiệu quả, tin cậy bền vững”; “Đối với dầu khí đá phiến, khí hydrate (băng cháy), tích cực nghiên cứu, đánh giá sâu địa chất áp dụng tiến khoa học - kỹ thuật để mở rộng phạm vi khảo sát; sớm triển khai đánh giá tổng thể, đẩy nhanh khai thác thử nghiệm điều kiện cho phép ” Trong chiến lược phát triển đến năm 2035 định hướng đến năm 2045, Petrovietnam xác định “tích cực nghiên cứu tìm kiếm thăm dị dạng hydrocarbon phi truyền thống (khí than, khí nơng, khí đá phiến, khí hydrate…)” Theo kịch phát thải ròng vào năm 2050, lĩnh vực dầu khí cần giảm 40% phát thải CO2 vào năm 2040, cần có đầu tư, phát triển giải pháp công nghệ lượng sạch, phát thải so với dầu có băng cháy Việt Nam thời kỳ nghiên cứu, điều tra băng cháy, có nghiên cứu tổng hợp dấu hiệu, tiền đề băng cháy Cơng tác nghiên cứu, điều tra, thăm dị băng cháy cần thực theo giai đoạn từ nghiên cứu, điều tra khu vực đến nghiên cứu, điều tra chi tiết Các khu vực tiềm cho nghiên cứu, điều tra băng cháy gồm: Đông Bắc Nam Côn Sơn (vùng I), trũng Vũng Mây (vùng II) trung tâm bể Phú Khánh (vùng III) Vùng I có nghiên cứu biểu băng cháy rõ triển khai trước Khu vực phía Tây bể Hồng Sa đánh giá có tiềm cao băng cháy, nhiên chưa phù hợp để thực điều tra, tìm kiếm thăm dị - Nghiên cứu, điều tra khu vực từ năm 2023 - 2030 Các nội dung công việc nghiên cứu, điều tra khu vực gồm: i) xử lý lại địa chấn 2D khu vực nhằm xác định khu vực có dấu hiệu băng cháy; ii) thu nổ tài liệu địa chấn đa kênh phân giải cao 2D với độ sâu thu nổ không giây đáy biển với mật độ 20 - 30 km/tuyến; iii) đo thủy âm đa tia (multi-beam echosounder) thu thập số liệu đo thực địa để phát khí methane hịa tan; iv) lấy mẫu đáy biển phục vụ phân tích thí nghiệm mơ hình thành bảo tồn băng cháy; v) nghiên cứu thực nghiệm xác hóa đường cong ổn định pha tương ứng với thành phần hàm lượng loại khí băng cháy - Nghiên cứu, điều tra chi tiết vùng có triển vọng từ năm 2026 - 2035 Các công việc cần triển khai nghiên cứu, điều tra chi tiết gồm: i) thu nổ đan dày địa chấn 2D đa kênh DẦU KHÍ - SỐ 9/2022 49 200 300 Áp suất (MPa) 10 20 400 500 600 700 800 900 1.000 Miền hydrate không tồn Oregon Nước biển Nước tinh khiết Methane Chile Đảo Shenhu (Trung Quốc) Vancouver Chile 30 40 50 60 70 80 90 100 2.000 Chile Blake Ridge 3.000 Peru BlakeBahama 4.000 BlakeBahama Miền hydrate tồn ổn định Xấp xỉ gradient nước biển 10 15 20 Nhiệt độ (oC) 25 Độ sâu nước biển tương đương NĂNG LƯỢNG MỚI 30 35 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000 Hình Quan hệ áp suất - nhiệt độ nước biển khu vực phát băng cháy giới tương quan với dấu hiệu nhận biết đới băng cháy ổn định mặt mơ đáy BSR (khối hình vng màu đen) [14] Khu vực Shenhu (Trung Quốc) theo tài liệu Ming Su [15] Quần đảo Hoàng Sa (Việt Nam) Tây bể Hoàng Sa Trung tâm bể Phú Khánh Đông Bắc bể Nam Côn Sơn Quần đảo Trường Sa (Việt Nam) Trũng Vũng Mây Hình 10 Các khu vực tiềm cho công tác nghiên cứu, điều tra băng cháy [13] 50 DẦU KHÍ - SỐ 9/2022 phân giải cao, xử lý minh giải lại tài liệu cũ nhằm nâng cao độ tin cậy; ii) thu nổ địa chấn 3D kết hợp đo chi tiết thủy âm phân giải cao nhằm nhận dạng dấu hiệu địa vật lý mặt phản xạ mơ đáy BSR, cấu trúc ống khói ; iii) khoan giếng thăm dò, lấy mẫu lõi băng cháy; iv) tính tốn tài ngun băng cháy - Phân tích thí nghiệm, đào tạo nguồn lực Các cơng việc khác cần thực trình nghiên cứu, điều tra gồm: i) chuẩn bị giếng khoan tìm kiếm, thăm dị băng cháy (lựa chọn vị trí, nghiên cứu, xây dựng chương trình khoan…); ii) phân tích phịng thí nghiệm (tính chất vật lý, hóa học, áp suất lỗ rỗng, vi cổ sinh…); iii) xây dựng chương trình mơ hình địa chất tầng chứa băng cháy; iv) xây dựng quy trình, chương trình đánh giá tài nguyên băng cháy tổng kết sau khoan Bên cạnh đó, cần tăng cường đào tạo thăm dị, khai thác băng cháy nước; tổ chức tham gia hội nghị, hội thảo băng cháy nước Kết luận đề xuất Hoạt động kinh tế giới chủ yếu dựa vào nguồn lượng có carbon Việc thay đổi cân loại nhiên liệu hỗn hợp lượng làm giảm áp lực lên hệ thống khí hậu tồn cầu hệ sinh thái giới Trong số nguồn nhiên liệu hóa thạch thơng thường, khí tự nhiên thải carbon đơn vị lượng sản xuất, coi cầu nối hợp lý q trình chuyển đổi sang tương lai lượng khơng carbon Khí từ băng cháy biển nguồn khí thiên nhiên phi truyền thống có tiềm lớn, đáp ứng nhu cầu lượng ngày tăng tương lai Mặc dù công tác nghiên cứu, điều tra, thăm dò khai thác băng cháy gần triển khai mạnh mẽ, song chưa có khai thác thương mại, giai đoạn khai thác thử thời gian ngắn Liên bang Nga, Canada, Mỹ (băng cháy vùng đóng băng vĩnh cửu đất liền), đặc biệt Nhật Bản Trung Quốc đạt kết quan trọng khai thác thử băng cháy biển Vùng biển thềm lục địa Việt Nam khu vực có tiềm băng cháy Nghiên cứu, điều tra, thăm dò băng cháy với mục tiêu quan trọng khẳng PETROVIETNAM định có mặt băng cháy Biển Đông thuộc chủ quyền Việt Nam cần thiết, phù hợp với Nghị số 55-NQ/TW ngày 11/2/2020 Bộ Chính trị định hướng Chiến lược phát triển lượng quốc gia Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045 mục tiêu chiến lược Tập đoàn Dầu khí Việt Nam đến năm 2035 định hướng đến năm 2045 Để tiếp tục triển khai thực công tác điều tra, tìm kiếm thăm dị băng cháy cần huy động nguồn lực có quốc gia với hỗ trợ Chính phủ, bộ, ngành, hợp tác quan nghiên cứu, trường đại học Chiến lược khoáng sản lượng biển (dầu khí, băng cháy, khống sản rắn đáy biển, điện gió ngồi khơi) cần sớm xây dựng phù hợp với Nghị số 36-NQ/ TW ngày 22/10/2018 Chiến lược phát triển bền vững kinh tế biển Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045 Chương trình băng cháy quốc gia - “Chương trình nghiên cứu, điều tra tiềm khí hydrate vùng biển thềm lục địa Việt Nam” cần cập nhật sở đánh giá kết dự án thực đến nay, tiếp tục thúc đẩy thực chương trình Về mặt pháp lý, Chính phủ, ngành cần xem xét, bổ sung sách, khung pháp lý liên quan đến điều tra, thăm dò, khai thác băng cháy bao gồm quy định, tiêu chuẩn kỹ thuật, an toàn mơi trường, kinh tế - quản lý Ngồi ra, cần xây dựng chương trình, đẩy mạnh hợp tác với đối tác Nhật Bản Mỹ quốc gia có kinh nghiệm tiềm lực thực dự án băng cháy Petrovietnam cần chuẩn bị nguồn lực để thực bước từ nghiên cứu, điều tra khu vực đến nghiên cứu, điều tra chi tiết băng cháy giai đoạn tiếp theo; xây dựng, triển khai kế hoạch đào tạo, bồi dưỡng, phát triển đội ngũ cán nghiên cứu, thực điều tra, thăm dị khai thác băng cháy; tìm kiếm, tăng cường hợp tác với tập đồn, cơng ty dầu khí, lượng, đối tác quốc tế khu vực có kinh nghiệm tiềm lực để hợp tác thực dự án băng cháy Tài liệu tham khảo [1] USGS, “Gas hydrate in nature”, 2021 [Online]: Available: https://wim.usgs.gov/geonarrative/ hydrateinnature/ [2] Centre for Gas hydrate Research, “What are gas hydrate?” [Online]: Available: https://hydrate.site.hw.ac uk/what-are-gas-hydrates/ [3] Y.C Beaudoin, W Waite, S.R Dallimore, and R Boswell, “Frozen heat: A UNEP global outlook on methane gas hydrates”, United Nations Environment Programme, 2014 [4] Ru-wei Zhang, Jing-an Lu, Pen-fei Wen, Zenggui Kuang, Bao-jin Zhang, Hua Xue, Yun-xia Xu, and Xi Chen, “Distribution of gas hydrate reservoir in the first production test region of the Shenhu area, South China Sea”, China Geology, Vol 1, No 4, pp 493 - 504, 2018 DOI: 10.31035/cg2018049 [5] Na Wei, Ruiling Bai, Jinzhou Zhao, Yao Zhang, and Jin Xue, “The prospect of natural gas hydrate (NGH) under the vision of peak carbon dioxide emissions in China”, Petroleum, Vol 7, No 4, 2021 DOI: 10.1016/j petlm.2021.11.001 [6] Koji Yamamoto, Norio Tenma, and Masanori Abe, “Japan’s phase four methane hydrate research program”, Fire In The Ice: Methane Hydrate Newsletter, Vol 21, No 1, 2021 [7] Ai Oyama and Stephen M Masutani, “A review of the methane hydrate program in Japan”, Energies, Vol 10, No 10, 2017 DOI: 10.3390/en10101447 [8] Tetsuya Fujii, Kiyofumi Suzuki, Tokujiro Takayama, Machiko Tamaki, Yuhei Komatsu, Yoshihiro Konno, Jun Yoneda, Koji Yamamoto, and Jiro Nagao, “Geological setting and characterization of a methane hydrate reservoir distributed at the first offshore production test site on the Daini-Atsumi Κnoll in the Eastern Nankai trough, Japan”, Marine and Petroleum Geology, Vol 66, pp 310 - 322, 2015 DOI: 10.1016/j.marpetgeo.2015.02.037 [9] MH21 news, “Project targets in 2023” [Online] Available: https://www.mh21japan.gr.jp/english/mh21s_ project.html [10] G Zhang, S Yang, M Zhang, J Liang, J Lu, M Holland, and P Schultheiss, “GMGS2 expedition investigates rich and complex gas hydrate environment in the South China Sea”, Fire In The Ice: Methane Hydrate Newsletter, Vol 14, No 1, 2014 [11] Trần Châu Giang, “Cập nhật thông tin, tìm hiểu hoạt động tìm kiếm thăm dị khai thác hydrate khí giới dự báo tiềm hydrate khí Việt Nam”, Viện Dầu khí Việt Nam, 2008 [12] Trung tâm Địa chất Khoáng sản biển, “Hợp tác xây dựng dự án khí hydrate”, Cơng văn số 176/CV-TTĐCKSB, 23/6/2011 DẦU KHÍ - SỐ 9/2022 51 NĂNG LƯỢNG MỚI [13] Trịnh Xuân Cường, “Thu thập, phân tích, tổng hợp tài liệu khí hydrate để xác định dấu hiệu, tiền đề tiềm khí hydrate vùng biển thềm lục địa Việt Nam”, Viện Dầu khí Việt Nam, 2014 [14] Douglas J Turner, Robert S Cherry, and E Dendy Sloan, “Sensitivity of methane hydrate phase equilibria to sediment pore size”, Fluid Phase Equilibria, Vol 228 - 229, pp 505 - 510, 2005 DOI: 10.1016/j.fluid.2004.09.025 [15] Ming Su, Rui Yang, Wang Hongbin, Sha Zhibin, Liang Jinqiang, Nengyou Wu, Qiao Shaohua, and Cong Xiaorong, “Gas hydrates distribution in the Shenhu area, northern South China Sea: Comparisons between the eight drilling sites with gas hydrate petroleum system”, Geologica Acta, Vol 14, No 2, pp 79 - 100, 2016 DOI: 10.1344/GeologicaActa2016.14.2.1 UPDATES ON GAS HYDRATE INVESTIGATION, EXPLORATION AND PRODUCTION IN THE WORLD AND FURTHER DIRECTION OF ITS INVESTIGATION AND EXPLORATION IN VIETNAM Nguyen Anh Duc Vietnam Oil and Gas Group Email: ducna@pvn.vn Summary Gas extracted from gas hydrate is an unconventional source of natural gas with high potential, being common both in terrestrial deposits in the Arctic and in marine deposits along continental margins Vietnam is located in an area that is assessed to have a good potential of gas hydrate In recent years, the investigation, exploration and trial production of gas hydrate have been paid much attention and strongly deployed in many countries A series of key projects of geological-technical characterisation, resources assessment, and trial production have been carried out and obtained encouraging results in many regions around the world In Vietnam, there have been general studies, preliminary assessment of gas hydrate premises and indicators The article summarises the current status of the investigation, exploration and exploitation of gas hydrate in the world and especially in Japan, China, and makes suggestions on further direction of its investigation and exploration in Vietnam Key words: Gas hydrate, potential area, trial production 52 DẦU KHÍ - SỐ 9/2022 ... cứu, điều tra, thăm dò khai thác băng cháy Nhật Bản Trung Quốc Với hỗ trợ mạnh mẽ phủ, Nhật Bản Trung Quốc nước khu vực Đông Bắc Á tiên phong đạt kết tích cực nghiên cứu, điều tra, thăm dò khai thác. .. cứu, điều tra, thăm dò khai thác băng cháy gần triển khai mạnh mẽ, song chưa có khai thác thương mại, giai đoạn khai thác thử thời gian ngắn Liên bang Nga, Canada, Mỹ (băng cháy vùng đóng băng. .. thải so với dầu có băng cháy Việt Nam thời kỳ nghiên cứu, điều tra băng cháy, có nghiên cứu tổng hợp dấu hiệu, tiền đề băng cháy Công tác nghiên cứu, điều tra, thăm dò băng cháy cần thực theo