Giáo trình Địa chất dầu khí (Nghề Khoan khai thác dầu khí Trình độ Cao đẳng)

TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  GIÁO TRÌNH MƠN HỌC : ĐỊA CHẤT DẦU KHÍ NGHỀ : KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ TRÌNH ĐỘ : CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: 193/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng năm 2020 Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2020 (Lưu hành nội bộ) TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm Trang LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình ĐỊA CHẤT DẦU KHÍ biên soạn theo chương trình đào tạo Lao động Thương binh Xã hội Giáo trình dựa tham khảo nhiều tài liệu, sách, giáo trình mơn học môn liên quan khác dành cho hệ đào tạo đại học, cao đẳng, đào tạo nghề trung học chuyên nghiệp nước Các kiến thức toàn giáo trình có mối liên hệ lơgic chặt chẽ Tuy vậy, giáo trình phần nội dung chuyên ngành đào tạo người dạy, người học cần tham khảo thêm giáo trình có liên quan ngành học để việc sử dụng giáo trình có hiệu Nội dung giáo trình gồm chương: Chương 1: Ý nghĩa trị - kinh tế dầu khí kinh tế quốc dân Chương 2: Nguồn gốc dầu khí huydrocacbon tự nhiên Chương 3: Các bồn tự nhiên dầu khí Chương 4: Sự di trú hydrocacbon vỏ Trái Đất, hình thành phá hủy tích tụ dầu khí Tài liệu lưu hành nội nhà Trường Trong trình biên soạn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong người sử dụng đồng nghiệp đóng góp nhằm làm cho giáo trình ngày hồn thiện Trân trọng cảm ơn./ Bà rịa - Vũng Tàu, tháng năm 2020 Tham gia biên soạn Chủ biên: Ks Lê Thùy Dung Ths Phạm Thị Nụ ThS Hoàng Trọng Quang Trang MỤC LỤC CHƯƠNG 1: Ý NGHĨA CHÍNH TRỊ - KINH TẾ CỦA DẦU KHÍ TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN .12 1.1 Ý NGHĨA CHÍNH TRỊ - KINH TẾ CỦA DẦU KHÍ TRONG NỀN KINH TẾ THẾ GIỚI 13 1.2 Ý NGHĨA CHÍNH TRỊ - KINH TẾ CỦA DẦU KHÍ TRONG NỀN KINH TẾ VIỆT NAM 15 CHƯƠNG 2: NGUỒN GỐC CỦA DẦU VÀ KHÍ HYDROCACBON TỰ NHIÊN .18 2.1 Ý NGHĨA THỰC TIỄN VÀ KHOA HỌC CỦA VẤN ĐỀ NGUỒN GỐC DẦU KHÍ 19 2.1.1 Thuyết hữu .21 2.1.2 Thuyết sinh vật học 21 2.1.3 Thuyết vô .21 2.1.4 Thuyết hạt nhân 23 2.1.5 Thuyết vũ trụ 23 2.2 VẬT CHẤT HỮU CƠ TRONG VỎ TRÁI ĐẤT VÀ CON ĐƯỜNG HÌNH THÀNH HYDROCACBON 23 2.3 NHỮNG ĐẶC TRƯNG ĐỊA HÓA – ĐỊA CHẤT CHỨNG TỎ NGUỒN GỐC DẦU KHÍ 26 2.4 NHỮNG TƯỚNG VÀ THÀNH HỆ THUẬN LỢI CHO SỰ THÀNH TẠO TRẦM TÍCH SINH DẦU KHÍ 27 2.4.1 Thành hệ .28 2.4.2 Tướng 29 CHƯƠNG 3: CÁC BỒN TỰ NHIÊN CỦA DẦU KHÍ 31 3.1 TẦNG CHỨA 32 3.1.1 Độ lỗ rỗng 32 3.1.2 Độ thấm 35 3.1.3 Mối quan hệ độ lỗ rỗng, độ thấm kết cấu đá 36 3.1.4 Phân loại đá chứa 38 3.1.5 Điều kiện nhiệt áp đá chứa dầu khí 40 3.2 TẦNG CHẮN 43 Trang 3.2.1 Đặc điểm chung 43 3.2.2 Đá chắn sét 44 3.2.3 Đá chắn muối (muối K – Na, ghips, anhidrit) 46 3.2.4 Lớp phủ đá cacbonat .46 3.2.5 Lớp chắn bao gồm lớp đá bị đóng băng lâu năm 46 3.2.6 Lớp phủ cịn hydrat khí vùng khí hậu lạnh, đáy biển đại dương .46 3.3 NHỮNG TIỀN ĐỀ CỔ ĐỊA LÝ VÀ TRẦM TÍCH ĐỂ HÌNH THÀNH TRONG LỚP PHỦ TRẦM TÍCH CÁC ĐẤT ĐÁ CHỨA VÀ ĐẤT ĐÁ TẦNG CHẮN 47 3.4 PHÂN LOẠI CÁC BỒN CHỨA TỰ NHIÊN CỦA DẦU KHÍ 48 3.5 CÁC DẠNG BẪY DẦU KHÍ 49 3.6 CÁC ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ, ÁP SUẤT TRONG BỒN TỰ NHIÊN 53 3.6.1 Áp lực vỉa 53 3.6.2 Chế độ nhiệt 54 CHƯƠNG 4: SỰ DI TRÚ CỦA HYDROCACBON TRONG VỎ TRÁI ĐẤT, SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁ HỦY CÁC TÍCH TỤ DẦU .57 4.1 SỰ DI CHUYỂN CỦA DẦU KHÍ 58 4.1.1 Di chuyển nguyên sinh .59 4.1.2 Di chuyển thứ sinh 60 4.2 SỰ HÌNH THÀNH CÁC TÍCH TỤ DẦU KHÍ 60 4.2.1 Cơ chế hình thành vỉa dầu khí 60 4.2.2 Quá trình hình thành thân dầu khí 61 4.2.3 Sự hình thành mỏ 62 4.2.4 Sự hình thành đới tích lũy dầu khí 62 4.2.5 Xác định thời gian địa chất hình thành tích tụ dầu khí địa phương .62 4.3 SỰ PHÁ HỦY CÁC TÍCH TỤ DẦU KHÍ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 Trang BẢNG VIẾT TẮT VLHC Vật liệu hữu VCHC Vật chất hữu HC Hydrocacbon Trang GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: ĐỊA CHẤT DẦU KHÍ Mã mơn học: KKT19MH32 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: 3.1 Vị trí: Đây mơn học chun mơn nghề chương trình đào tạo nghề khoan khai thác dầu khí nghề vận hành thiết bị chế biến dầu khí hệ Cao đẳng Mơn học bố trí sau học xong môn học, mô đun sở 3.2 Tính chất: Mơ đun trang bị kiến thức đặc điểm loại mỏ dầu khí, trình hình thành phá hủy mỏ dầu khí Mục tiêu môn học: 4.1 Về kiến thức: A1 Trình bày chất nguồn gốc dầu khí, q trình di chuyển, tích tụ, phân hủy dầu khí, vấn đề liên quan trình tìm kiếm thăm dị khai thác dầu khí 4.2 Về kỹ năng: B1 Nhận biết loại mỏ dầu khí B2 Phân biệt tầng chắn, tầng chứa dạng bẫy dầu khí Về lực tự chủ trách nhiệm: 4.3 C1 Sinh viên có tính nghiêm túc, cẩn thận trình làm việc C2 Rèn luyện ý thức tổ chức kỷ luật, thái độ nghiêm túc học tập Nội dung môn học: Chương trình khung 5.1 Thời gian đào tạo (giờ) Trong Mã MH/MĐ/HP Tên môn học, mô đun Các môn học chung/ đại cương MHCB19MH02 Giáo dục trị I Số tín Tổng số Lý thuyết Thi/ Kiểm tra Thực hành/ thí nghiệm/ tập/ thảo luận LT TH 21 435 157 255 15 75 41 29 MHCB19MH03 Pháp luật 30 18 10 MHCB19MH05 Giáo dục thể chất Giáo dục quốc phòng MHCB19MH08 An ninh MHCB19MH09 Tin học 60 51 4 75 36 35 2 75 15 58 120 42 72 TA19MH02 Tiếng Anh Trang Các môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề 66 1605 466 1057 33 49 Môn học, mô đun kỹ thuật sở 15 285 143 127 11 30 23 2 45 14 29 1 Điện kỹ thuật Cơ sở điều khiển q trình Hóa Đại cương 45 36 45 14 29 1 45 42 3 75 14 58 51 1320 323 930 22 45 KKT19MH32 Địa chất sở Môn học, mô đun chuyên mơn ngành, nghề Địa chất dầu khí 30 28 KKT19MH33 Cơ sở khoan 45 42 KKT19MH34 Cơ sở khai thác 45 42 KKT19MH35 30 28 2 30 28 75 14 58 KKT19MĐ38 Địa chất môi trường Nguyên lý phá hủy đất đá Thí nghiệm dung dịch khoan Hệ thống phát lực 45 14 29 1 KKT19MĐ39 Hệ thống khí nén 45 14 29 1 KKT19MĐ40 105 14 87 105 14 87 135 14 116 4 105 14 87 135 14 116 75 14 58 KKT19MĐ46 Hệ thống nâng hạ Hệ thống tuần hoàn dung dịch Vận hành hệ thống chuỗi cần khoan dụng cụ phá hủy đất đá Hệ thống chống ống trám xi măng Hệ thống kiểm soát giếng khoan Hệ thống kiểm soát giếng khoan Thực tập sản xuất 180 15 155 10 KKT19MĐ47 Khóa luận tốt nghiệp 135 14 108 12 II II.1 ATMT19MH 01 CK19MH01 KTĐ19MĐ06 TĐH19MĐ12 CNH19MH09 KKT19MH31 II.2 KKT19MH36 KKT19MĐ37 KKT19MĐ41 KKT19MĐ42 KKT19MĐ43 KKT19MĐ44 KKT19MĐ45 An toàn vệ sinh lao động Vẽ kỹ thuật - Trang Tổng cộng 5.2 87 2040 623 1312 48 57 Chương trình chi tiết mơn học Thời gian (giờ) Số TT Nội dung tổng quát Tổng số Lý thuyết Chương 1: Ýnghĩa trịkinh tế dầu khí kinh tế quốc dân 2 1.1 Ý nghĩa trị-kinh tế dầu khí kinh tế giới 1 1.2 Ý nghĩa trị-kinh tế dầu khí kinh tế Việt nam 1 Chương 2: Nguồn gốc dầu khí hydrocacbon tự nhiên 7 2.1 Khái niệm chung dầu khí 2 2.2 Giả thuyết nguồn gốc vô 2 2.3 Giả thuyết nguồn gốc hữu 2 2.4 Vấn đề nguồn gốc dầu mỏ 1 Chương 3: Các bồn tự nhiên dầu khí 12 11 3.1 Tầng chứa 3 3.2 Tầng chắn 3 3.3 Các dạng bẫy dầu khí 3 3.4 Các điều kiện nhiệt độ, áp suất bồn chứa tự nhiên Chương 4: Sự di trú HC vỏ trái đất, hình thành phá hủy tích tụ Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập Kiểm tra LT TH Trang Thời gian (giờ) Số TT Nội dung tổng quát Tổng số Lý thuyết Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập Kiểm tra LT TH dầu khí 4.1 Sự di chuyển dầu khí 4 4.2 Sự hình thành tích tụ dầu khí 2 4.3 Sự phá hủy tích tụ dầu khí 30 28 Cộng Điều kiện thực môn học: 6.1 Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn 6.2 Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn 6.3 Học liệu, dụng cụ, mơ hình, phương tiện: Giáo trình, giáo án 6.4 Các điều kiện khác: Nội dung phương pháp đánh giá: 7.1 Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kỹ - Năng lực tự chủ trách nhiệm: Trong trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu trước đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học theo quy định + Nghiêm túc trình học tập 7.2 Phương pháp: Người học đánh giá tích lũy mơn học sau: 7.2.1 Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng hệ quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH, ngày 13/3/2017 Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh Xã hội - Hướng dẫn thực quy chế đào tạo áp dụng Trường Cao đẳng Dầu khí sau: Trang c Bẫy áp lực dòng nước Trong bẫy áp lực dòng nước, dịch chuyển xuống nước gây dịch chuyển lên dầu khí Những bẫy áp lực dịng nước tinh khiết thường hiếm, thực tế nhiều ý nghĩa việc khai thác dầu khí d Bẫy hỗn hợp Kết hợp hai hay nhiều loại bẫy Ví dụ bẫy diapia liên kết liên kết phát triển nhiều loại bẫy Được hình thành trình dịch chuyển lên vật chất trầm tích có tỷ trọng thấp, thường muối hay đất sét áp Ghi chú: Structural traps: Các bẫy cấu trúc Stratigraphic traps: Các bẫy địa tầng Combination traps: Các bẫy hỗn hợp Chương 5: Các bồn tự nhiên dầu khí Trang 52 Anticlines: nếp lồi Faults: Đứt gãy Salt diapirs: vòm muối Unconformity: bất chỉnh hợp Reef: Vỉa Other Stratigraphic: địa tầng khác Combination: hỗn hợp Hình 7: Các loại bẫy dầu khí 3.6 CÁC ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ, ÁP SUẤT TRONG BỒN TỰ NHIÊN 3.6.1 Áp lực vỉa Áp lực vỉa áp lực mà chất lỏng bồn tự nhiên phải chịu, giá trị áp lực vỉa có ý nghĩa quan trọng để lập phương án thăm dị khai thác mỏ dầu khí khoan giếng khoan sâu cách khoa học Áp lực vỉa định lực dịch chuyển chất lỏng vỉa thông số quan trọng đặc trưng cho dung mỏ dầu khí lịng đất Bởi cần có quan niệm rõ ràng giá trị áp lực vỉa để khai thác mỏ dầu khí cách đắn Có hai loại áp lực vỉa áp lực vỉa tĩnh động Áp lực vỉa tĩnh áp lực bồn khơng có chuyển động nước đất Áp lực vỉa động xác định có chuyển động nước, chuyển động có mối liên hệ bồn với bề mặt đất với xuất miền nước (nước theo phá hủy kiến tạo, khai thác giếng khoan) Giá trị áp lực vỉa xác định chủ yếu áp lực địa tĩnh áp lực thủy tĩnh Những áp lực định khối lượng trầm tích nằm cột chất lỏng chứa bồn tự nhiên Ở miền uốn nếp miền võng trước núi, nơi chuyển động kiến tạo mãnh liệt hơn, áp lực địa kiến tạo xuất lớp đất đá biến dạng đóng vai trị định hình thành áp lực vỉa Ở điểm bồn, áp lực vỉa biểu diễn áp lực cột chất lỏng cân thủy tĩnh Thông thường, áp lực vỉa ban đầu p, hiểu áp lực thủy tĩnh, áp lực cột nước tương ứng với độ sâu nằm H bồn tự nhiên (của kênh dẫn): Chương 5: Các bồn tự nhiên dầu khí Trang 53 p = 0,1.H.γ (Với γ - tỉ trọng nước) Trong thực tế, thường để đơn giản hơn, áp lực vỉa khu vực coi chiều cao cột nước nhạt tương ứng với độ sâu nằm giả định bồn tự nhiên Chủ yếu áp lực chất lỏng định áp lực thủy tĩnh, sau kết thúc trình xếp trầm tích, áp lực địa tĩnh tiếp nhận hạt đất đá – kênh dẫn (nếu bỏ qua biến dạng đàn hồi đá) Ngoài áp lực địa tĩnh (áp lực phụ thuộc vào bề dày tỷ trọng đất đá phủ bồn), độ sâu lớn, nơi có áp lực lớn, chất lỏng vỉa phải chịu áp lực địa tĩnh trình nén ép nước khỏi tầng sét vào đất đá kênh dẫn Đây nguyên nhân xuất áp lực vỉa dị thường cao Việc dự đoán khoảng biểu áp lực vỉa dị thường đánh giá giá trị chúng có ý nghĩa thực tiễn lớn việc tìm kiếm phát dầu khí việc thiết kế giếng khoan dầu khí 3.6.2 Chế độ nhiệt Khi phân tích điều kiện hình thành bảo tồn tích tụ dầu khí cơng nghiệp vỏ trái đất, việc nghiên cứu chế độ nhiệt bồn tự nhiên có ý nghĩa quan trọng Như biết, điều kiện nhiệt độ ảnh hường đến thành phần dầu Cùng với gia tăng độ sâu đồng thời gia tăng nhiệt độ, diễn q trình metan hóa đầu Ở độ sâu lớn, nhiệt độ cao ( 200oC ) diễn phân hủy chuyển hóa dầu thành khí (metan) Metan phân hủy nhiệt độ cao thành cacbon hyđro Trên thực tế, việc nhiệt độ thường tiến hành giếng khoan với mục đích xác định nơi phân bố nhiệt độ dị thường cao hay thấp Những nghiên cứu cho phép xác định phạm vi khí xâm nhập vào giếng khoan, nơi thường có dị thường nhiệt thấp hay cho phép hiệu chỉnh độ nâng xi măng thành giếng, độ nâng xác định nhờ dị thường nhiệt dương biểu đồ nhiệt Biểu đồ nhiệt cho phép tiến hành đối chiếu mặt cắt giếng khoan, đất đá với đặc điểm trầm tích khác có độ dẫn nhiệt nhiệt dung khác Có hai thơng số đặc trưng cho điều kiện nhiệt lòng đất - cấp địa nhiệt vả gradien địa nhiệt (đại lượng ngược với cấp địa nhiệt) Chương 5: Các bồn tự nhiên dầu khí Trang 54 ➢ Cấp địa nhiệt: Cấp địa nhiệt khoảng cách theo chiều thẳng đứng vỏ trái đất (thấp đới nhiệt độ khơng đởi) mà nhiệt độ đất đá tăng lên 1oC Giá trị cấp địa nhiệt khác vùng khác nhau, độ sâu khác nhau, dao động giới hạn lớn từ đến 150 m Giá trị trung bình 33 m ➢ Gradient địa nhiệt: Gradien địa nhiệt gia tăng nhiệt độ khoảng 100 m chiều sâu kể từ đới nhiệt độ khơng đởi Giá trị trung bình gradien địa nhiệt lả oC , khu vực khác nhau, độ sâu khác đao động từ 0,6 tới 10 oC Ở điều kiện khác nhau, độ dẫn nhiệt đất đá ảnh hưởng tới giá trị gradien địa nhiệt: độ dẫn nhiệt đất đá tăng cao dẫn đến giảm giá trị gradien địa nhiệt ngược lại ❖ TÓM TẮT CHƯƠNG Trong chương này, số nội dung giới thiệu: - Tầng chứa - Tầng chắn - Những tiền đề cổ địa lý cổ kiến tạo để hình thành nên đất đá tầng chứa đất đá tầng chắn - Phân loại bồn chứa tự nhiên dầu khí - Các dạng bẫy dầu khí - Các điều kiện nhiệt độ, áp suất bồn chứa tự nhiên ❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN CHƯƠNG Trình bày khái niệm độ lỗ rỗng, độ thấm đá? Yếu tố ảnh hưởng đến độ lỗ rỗng độ thấm đá? Một đá muốn đánh giá tầng chứa tốt phải thỏa mãn điều kiện nào? Đất đá tầng chắn tốt nhất? Đất đá đá tầng chứa tốt? Thế bồn chứa tự nhiên dầu khí? Trình bày khái niệm tầng chứa, tầng chắn, bẫy dầu khí? Áp lực vỉa gì? Cách xác định áp lực vỉa? Chương 5: Các bồn tự nhiên dầu khí Trang 55 Cơ chế bẫy chủ yếu nội mỏ dầu khí bồn trũng Cửu Long gì? Đặc tính bẫy dầu khí gì? Những kiểu bẫy dầu khí nhóm bẫy cấu trúc? Chất lượng tầng chứa dầu vơ tốt có độ thấm khoảng giá trị nào? 10 Trình bày khái niệm cấp địa nhiệt, gradient địa nhiệt? Chương 5: Các bồn tự nhiên dầu khí Trang 56 CHƯƠNG 4: SỰ DI TRÚ CỦA HYDROCACBON TRONG VỎ TRÁI ĐẤT, SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁ HỦY CÁC TÍCH TỤ DẦU ❖ GIỚI THIỆU CHƯƠNG Chương giới thiệu kiến thức hình thành phá hủy tích tụ dầu khí để người học có kiến thức tảng cho môn học, mô đun sau ❖ MỤC TIÊU CHƯƠNG Sau học xong chương này, người học có khả năng: ➢Về kiến thức: - Giải thích hình thành, di chuyển phá hủy tích tụ dầu khí ➢Về lực tự chủ trách nhiệm: - Rèn luyện tác phong làm việc khoa học cho sinh viên, tính kiên nhẫn, chăm khả làm việc theo nhóm ❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƯƠNG - Đối với người dạy: + Thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết, thực hành tích hợp phù hợp với học Giáo án soạn theo buổi dạy + Tổ chức giảng dạy: Chia ca, nhóm (phụ thuộc vào số lượng sinh viên/lớp) - Đối với người học: + Chuẩn bị tài liệu, dụng cụ học tập, ghi đầy đủ; + Hoàn thành thực hành kỹ năng; + Tổ chức làm việc nhóm, làm việc độc lập; + Tuân thủ quy định an toàn, giấc ❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG - Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Phịng học lý thuyết - Trang thiết bị máy móc: Máy tính, máy chiếu, bảng, phấn - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Giáo án, giáo trình - Các điều kiện khác: Khơng có ❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG - Nội dung: ✓ Kiến thức: Kiểm tra đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kiến thức Chương 4: Sự di trú HC vỏ Trái đất, hình thành phá hủy tích tụ dầu khí Trang 57 ✓ Kỹ năng: Đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kĩ ✓ Năng lực tự chủ trách nhiệm: Trong trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu trước đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học + Nghiêm túc trình học tập - Phương pháp: ✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: Không ✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: điểm kiểm tra (hình thức: trắc nghiệm, bảng kiểm) ✓ Kiểm tra định hành: Không ❖ NỘI DUNG CHƯƠNG 4.1 SỰ DI CHUYỂN CỦA DẦU KHÍ Một vấn đề quan trọng địa chất dầu khí vấn đề di chuyển hyđrocacbon vỏ trái đất, trình mà thiếu khơng thể hình dung hình thành tích tụ dầu khí Nó định nghĩa di chuyển dầu khí từ đá nguồn hạt mịn, nhỏ đến đá nguồn hạt thô vào tầng chứa có tính thẩm thấu đạt u cầu Sự di chuyển chia làm giai đoạn: Nguyên sinh thứ sinh Chương 4: Sự di trú HC vỏ Trái đất, hình thành phá hủy tích tụ dầu khí Trang 58 Ghi chú: Primary migration: Di chuyển nguyên sinh Secondary migration: Di chuyển thứ sinh Accumulation: Sự làm giàu Carrier rock: đá kênh dẫn Hình 1: Sự di chuyển dầu khí Một chế di chuyển hyđrocacbon đa số nhà bác học cơng nhận có thứ tự sau: Nén ép dầu khí dạng hịa tan thành phần nước trầm tích; Hịa tan dầu khí di chuyển hỗn hợp pha hyđrocacbon; Di chuyển dầu khí dạng tự (di chuyển theo dòng) Khoảng cách di chuyển: xa, có lên đến 100km Hướng di chuyển: hướng lên vng góc với đường đồng mức 4.1.1 Di chuyển nguyên sinh a Khái niệm chung: Di chuyển nguyên sinh dịch chuyển hydrocacbon từ lớp pelit sinh dầu đá kênh dẫn tới lớp đá có khả thấm cao tới vùng bị chắn, thường đá cát kết đá vôi, hydrocacbon sinh đá kênh dẫn song mức độ hoàn tồn khơng đáng kể Ngun nhân gây dịch chuyển sơ cấp giả thiết gây nhiều tranh cãi Những tranh cãi nguyên nhân sau: thứ kích thước lỗ rỗng đá bị nén chặt nhỏ, thứ hai chất hydrocacbon khó hòa tan nước Một vài giả thuyết khác: - Sự đẩy khí áp: Khí áp có kèm theo phân tử dầu bị đẩy ngồi đá nguồn, Q trình diễn chủ yếu thời kỳ cửa sổ sinh dầu, độ sâu chơn vùi lớn Nó xảy với dầu nhẹ cô đặc - Sự đẩy dầu pha chính: Tạo mạng lưới hữu liên tục dẫn dầu khí ta ngồi mà khơng cần lỗ rỗng b Cơ chế yếu tố di cư nguyên sinh Để giải phóng vi dầu khỏi đá mẹ cần yếu tố tăng nhiệt độ, áp suất chất dung mơi hịa tan Chương 4: Sự di trú HC vỏ Trái đất, hình thành phá hủy tích tụ dầu khí Trang 59 Khi lớp trầm tích bị lún chìm dần dẫn đến nhiệt độ tăng theo dòng nhiệt từ sâu đưa lên hoạt động kiến tạo khu vực hay địa phương làm tăng thể tích khí, dầu, nước… tạo nên áp suất Sự lún chìm làm gia tăng áp lực địa tĩnh dẫn đến độ rỗng giảm, áp suất chất lỏng tăng Thời gian di cư lâu thuận lợi để đẩy phần lớn hydrocacbon hình thành Độ sâu lún chìm lớn dẫn đến nhiệt độ, áp suất địa tĩnh áp lực chất lỏng tăng cao, thuận lợi cho trình di cư đẩy hydrocacbon khỏi đá mẹ 4.1.2 Di chuyển thứ sinh Di chuyển thứ sinh - di chuyển hyđrocacbon thành hệ dọc theo đá kênh dẫn, đứt gãy phá hủy, khe nứt, bề mặt bất chỉnh hợp địa tầng lớp phủ thấm yếu Di chuyển thứ sinh nhân tố định: - Lực đẩy nổi: Dầu di chuyển chủ yếu chênh lệch tỷ trọng so với nước, dầu di chuyển đến gặp lỗ rỗng có đường kính nhỏ đường kính ngưng lại - Lực mao dẫn: Lực mao dẫn đóng vai trò định di chuyển hyđrocacbon Bởi nước tẩm ướt đất đá tốt dầu nên sức căng bề mặt đá nước lớn đá dầu Điều nảy giải thích cho tượng quan sát - nước đẩy dầu khỏi lỗ rỗng nhỏ tới lỗ rỗng lớn - Áp lực nước: Hyđrocacbon hòa tan nước độ sâu lớn nước vận động theo hướng lên vỉa tới nơi có nhiệt độ áp suất thấp bị tách trạng thái tự Những giọt dầu vả bóng khí trộn lẫn với thành giọt lớn hay dòng nhỏ, chúng di chuyển lên tạo thành mỏ dầu khí 4.2 SỰ HÌNH THÀNH CÁC TÍCH TỤ DẦU KHÍ 4.2.1 Cơ chế hình thành vỉa dầu khí Vỉa dầu khí nơi tập trung địa phương tự nhiên (đơn lẻ) loại khoáng sản Phụ thuộc vào địa điểm hình thành dầu khí (chúng hình thành khn khở điệp đá mẹ dầu khí hay bên ngồi chúng) vỉa dầu khí chia thành nguyên sinh thứ sinh ➢ Vỉa nguyên sinh dầu khí: hình thành theo chế di chuyển nội bồn (biên) Phụ thuộc vào bề dày đá sinh thành đá kênh dẫn bồn trầm tích, vào cường độ sinh thành hyđrocacbon, vào điều kiện nhiệt độ áp suất nhân tố khác, hyđrocacbon nằm trạng thái tự hòa tan nước Nước trầm Chương 4: Sự di trú HC vỏ Trái đất, hình thành phá hủy tích tụ dầu khí Trang 60 tích hyđrocacbon hịa tan vận động từ bồn trũng sâu (đới hình thành dầu khí) tới biên chúng (đới tích tụ dầu khí), chúng phần hyđrocacbon hịa tan nhiệt độ áp lực vỉa giảm Hyđrocacbon bị tách nằm dạng tự đới tích tụ dầu khí có bẫy tạo thành tích tụ dầu khí cơng nghiệp ➢ Vỉa thứ sinh dầu khí: hình thành di chuyển thẳng góc (chính thành hệ) từ điệp đá mẹ dầu khí tới trầm tích chứa dầu thuộc phức hệ địa tầng khác Những đường thuận lợi để hyđrocacbon di chuyển từ phức hệ địa tầng tới phức hệ địa tầng khác phá hủy kiến tạo, khe nứt, bề mặt bất chỉnh hợp địa tầng, phận núi lửa bùn Trong tự nhiên, hình thành vỉa diễn kết hợp dạng di chuyển khác Khi vận động theo hướng nằm ngang đất đá kênh dẫn hay theo bề mặt bất chỉnh hợp địa tầng, hyđrocacbon gặp đứt gãy kiến tạo hay phận núi lửa bùn thay đởi hướng di chuyển ngang thành hướng thẳng góc Trong thực tế, kết thúc trình di cư thứ sinh trình tăng cường hàm lượng dầu khí nơi cao bẫy, có nghĩa dầu khí gặp phải chắn hay vật cản tích lũy bẫy Vì vậy, để có tích lũy dầu khí lớn hay nhỏ cịn tùy thuộc vào yếu tố như: kích thước bẫy, độ rỗng, độ thấm thành phần vật chất bẫy (kích thước cát, khe nứt, hang hốc.…) Ngồi ra, cịn phụ thuộc vào độ nghiêng bề mặt lớp, chế độ thủy lực dòng nước, đặc tính lớp chắn, lượng tính chất lý hóa dầu khí mang đến, cuối phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất môi trường vây quanh, hàm lượng hydrocacbon mang đến hoạt động kiến tạo khu vực địa phương 4.2.2 Quá trình hình thành thân dầu khí Thân dầu khí tích lũy hydrocacbon bẫy đơn lẻ địa phương phân đều, có mối liên hệ thủy động lực với Trong vỉa, sản phẩm thường phân bố theo nguyên tắc trọng lực Ở điều kiện áp suất thấp, chất lỏng khí trạng thái pha: Trên phần khí (mũ khí), dầu, nước Do đó, có tồn rõ ràng ranh giới khí – dầu, dầu – nước Trong trường hợp áp suất vỉa lớn tạo điều kiện áp suất bão hịa lớn khí bị hịa tan dầu ngược lại tồn ranh giới dầu – nước, có ranh giới khí – nước Điều kiện để có thân dầu khí phải có đường bình đồ khép kín Đó vừa đường mốc giới hạn phạm vi phân bố vỉa khơng gian diện tích đó, vừa đường phân thủy cấu tạo – tức đường khả chứa cao bẫy Chương 4: Sự di trú HC vỏ Trái đất, hình thành phá hủy tích tụ dầu khí Trang 61 Như vậy, vỉa dầu phân chia theo khả có sản phẩm sau: Vỉa có dầu, vỉa dầu có mũ khí, vỉa dầu khí, vỉa khí có lẫn dầu, vỉa khí condensat, vỉa khí condensat có lẫn dầu vỉa khí Tùy thuộc vào thể tích chứa dầu khí, đặc điểm bão hịa vỉa, vị trí cấu trúc, chiều sâu khoan tới vỉa tiêu khác phân biệt vỉa có giá trị cơng nghiệp 4.2.3 Sự hình thành mỏ Mỏ khu vực chứa dầu khí bao gồm nhiều vỉa vỉa đơn độc có giá trị cơng nghiệp Tuy nhiên, thực tế thấy mỏ có vỉa dầu khí mà thường tập hợp nhiều vỉa, chí nhiều dạng cấu trúc hịan tồn khác (dạng hỗn hợp) 4.2.4 Sự hình thành đới tích lũy dầu khí Mỏ dầu hay khí tồn độc lập đơn điệu Chúng thường tập hợp thành nhóm bao gồm từ vài hàng chục mỏ Đó tập hợp mỏ có điều kiện hình thành, hình thái cấu trúc tương tự Tập hợp nhiều mỏ tạo thành đới tích lũy dầu khí lãnh thở Vậy đới tích lũy dầu khí phần lãnh thổ bao gồm mỏ tương tự điều kiện cấu trúc, điều kiện hình thành tích lũy mỏ dầu khí 4.2.5 Xác định thời gian địa chất hình thành tích tụ dầu khí địa phương Thời gian hình thành tích tụ dầu khí cơng nghiệp có ý nghĩa khoa học thực tiễn lớn Nói thời gian hình thành tích tụ dầu khí nói thời gian địa chất, xác định hoàn toàn gần Để xác định thời gian tập trung hyđrocacbon bẫy, người ta áp dụng cách thức phương pháp khác nhau, ý đến phương pháp sau: - Phân tích cở kiến tạo: phương pháp cho phép xác định thời gian hình thành bẫy - nơi chứa vỉa dầu khí; - Phương pháp heli - argon xác định t̉i khí chất kèm theo chúng dựa vào tỷ lệ heli tạo thành trình phóng xạ với argon chủ yếu có nguồn gốc khí (V.P Savehenko Kozlov) - Xác định độ sâu hình thành vỉa dầu theo áp lực bão hịa khí dầu (A Levorsen, U Hassow); - Xác định dung tích khí bẫy nhờ sử dụng định luật cân khí (N.A Eremenko); - Nghiên cứu thay đổi khả chứa bẫy theo thời gian; - Xác định thời gian xi măng hóa phát triển độ lỗ rỗng thứ sinh đá kênh Chương 4: Sự di trú HC vỏ Trái đất, hình thành phá hủy tích tụ dầu khí Trang 62 dẫn - Sử dụng số liệu áp lực dư thừa vỉa dầu khí (V.F Linhetxki); - Phương pháp khuếch tán - sắc ký để xác định t̉i vỉa dầu khí (V.A Sokolov) Trong đó, phân tích cở kiến tạo phương pháp đáng tin cậy cả, cho phép xác định giới hạn thời gian hình thành bẫy mà sớm vỉa khơng thể thành tạo Tất phương pháp xác định thời gian hình thành vỉa khác chứa đựng vấn đề cần tranh cãi cần phải kiểm tra hoàn thiện Bởi thực tế người ta sử dụng rộng rãi phương pháp phân tích cố kiến tạo tổ hợp với phương pháp khác để xác định thời gian xuất bẫy Bằng cách xác định thời gian hình thành vỉa hàng loạt mỏ đầu khí lớn nhiều nơi khác Tuy nhiên phương pháp cở kiến tạo có hạn chế áp dụng Sử dụng phương pháp để xác định thời gian hình thành vỉa bẫy hình thành cổ cho kết thống Sự hình thành vỉa bẫy diễn khoảng thời gian dài, phương pháp khơng thể áp dụng trường hợp bẫy hình thành đồng thời với q trình tích tụ trầm tích (được gọi bẫy cấu trúc đồng trầm tích) hình thành vỉa bắt đầu giai đoạn trình hình thành bẫy Do đó, để kiểm tra giới hạn thời gian xuất vỉa, cần phải bổ sung thêm phương pháp khác 4.3 SỰ PHÁ HỦY CÁC TÍCH TỤ DẦU KHÍ Những q trình hình thành phá hủy tích tụ dầu khí khơng diễn đồng thời giới hạn mỏ phần khác (các khối kiến tạo) Một số yếu tố lúc đầu tạo điều kiện thuận lợi cho hình thành vỉa, hình thành mỏ đới tích lũy dầu khí, song tiếp tục diễn lại dẫn đến phá hủy mỏ.Ví dụ đứt gãy sâu tạo thuận lợi dẫn hydrocacbon vào bẫy chứa, đứt gãy sâu tái hoạt động nhiều lần, đặc biệt sau giai đoạn trầm tích sau pha sinh dầu lại dẫn đến tình trạng tính khép kín bẫy sau bị nâng lên bào mòn làm cho cấu tạo bị hở tạo thuận lợi cho việc tách khí dầu khỏi bẫy khí thành phần nhẹ dầu lại vỉa dầu nặng, dầu bị oxy hóa Hiện nay, thống kê có loại phá hủy mỏ: Hoạt động kiến tạo (nâng lên bào mòn hay xuất đứt gãy vết nứt phá hủy mỏ, hoạt động sinh học vi khuẩn khí, sunfat hay vi khuẩn khác oxy hóa; thay đởi mặt dòng chảy thủy động lực nước đẩy thân dầu khí cuối biến chất sâu đá chứa sản phẩm có độ sâu lớn Chương 4: Sự di trú HC vỏ Trái đất, hình thành phá hủy tích tụ dầu khí Trang 63 a Phá hủy mỏ hoạt động kiến tạo Chuyển động kiến tạo thúc đẩy trình di chuyển tích tụ hyđrocacbon, tăng cường hoạt động dẫn tới bóc mịn phức hệ chứa dầu khí, dẫn tới phá hủy phần hay tồn phần vỉa dầu khí Q trình khuếch tán, từ thời điểm xuất tích tụ hyđrocacbon, tác động theo hướng phân tán chúng, đặc biệt khí Sự mở bẫy, q trình bóc mịn, địa hóa (sinh hóa) thủy động lực (địa chất thủy văn), tách khí dầu, biến chất sâu đất đá kênh dẫn chứa dầu độ sâu lớn có khả phá hủy vỉa dầu nhiều Các phá hủy kiến tạo q trình bóc mòn làm đất đá chứa dầu lộ mặt đất đóng vai trị phá hủy vỉa dầu khí Các q trình địa hóa diễn đới tiếp xúc dầu – nước khí – nước dẫn tới oxy hóa phá hủy hydrocacbon b Phá hủy mỏ sinh hóa (hoạt động vi khuẩn) Trong điều kiện có dịng nước vận động qua thân dầu nguồn cấp nước hở liên quan tới nước mặt có ion sulphat, vi khuẩn khử sulphat, vi khuẩn khử mêtan, etan lớn Lúc này, ranh giới dầu – nước dầu bị vi khuẩn cơng, trước hết chúng ăn n-alkan, sau tới iso-alkan phá hủy mỏ làm áp suất tức lượng mỏ, làm thay đởi tính chất mỏ dầu Theo thí nghiện AV.Socolov oxy hóa 1g metan phải 6g ion sulphat để oxy hóa 1tỷ m3 khí cần triệu ion sulphat Do đó, tạo thành lưu huỳnh tự mỏ (loại gặp Turmenia), vịnh Mexico,… c Phá hủy mỏ thủy lực Thay đổi mặt cấu trúc hoạt động kiến tạo dẫn đến chuyển dịch dòng nước ngầm Quá tình dẫn đến cân ranh giới dầu nước dầu bị nước trôi chuyển dịch thân dầu rời nơi khác Xảy tượng dịng nước ngầm tăng cường vận động (thay đởi chế độ thủy động lực) dẫn đến hịa tan khí có khả dầu rời khỏi mỏ Nước mặt thẩm thấu tăng cường thấm vào vỉa làm tăng khả hịa tan, rửa trơi phá hủy mỏ mạnh mẽ, điều kiện nhiệt độ cao, độ muối khóang thấp khả hịa tan khí phần dầu mạnh Hơn nữa, tiếp xúc với nước thẩm thấu, dầu gặp vi khuẩn khử sulphat, khử metan, etan oxygen tác nhân gây phá hủy mỏ nhanh chóng Sự phá hủy vỉa khí, số trường hợp vỉa dầu, hịa tan hyđrocacbon nước đất có ý nghĩa Như biết, khí metan đồng hình có độ hịa tan nước lớn so với hyđrocachon lỏng Nước Chương 4: Sự di trú HC vỏ Trái đất, hình thành phá hủy tích tụ dầu khí Trang 64 thấm rửa trơi vỉa khí dầu hịa tan đem khối lượng khác hyđrocacbon phụ thuộc vào thành phần nước điều kiện nhiệt động Như vậy, giai đoạn nén ép, nước đất có khả tập trung dầu khí vào bẫy, bắt đầu giai đoạn thấm, chúng đem hyđrocacbon khỏi vỉa phá hủy vỉa d Phá hủy mỏ tăng mức độ biến chất sâu đá chứa Biến đổi đá chứa theo xu hướng sét hóa làm khống vật bền vững, làm giảm khả chứa vỉa Biến đổi theo xu làm giảm nứt vở, xuất khe nứt làm phân tán hydrocacbon theo đứt gãy, khe nứt Biến đổi cấu trúc phân tử hydrocacbon nhiệt độ áp suất cao Trong trường hợp này, bị phân hủy thành nguyên tố riêng biệt (hydrogen carbon), hydrogen kết hợp với khóang vật thứ sinh, cịn carbon làm giàu tích lũy có chọn lọc chuyển sang graphit ❖ TĨM TẮT CHƯƠNG Trong chương này, số nội dung giới thiệu: - Sự di chuyển dầu khí - Sự hình thành tích tụ dầu khí - Sự phá hủy tích tụ dầu khí ❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN CHƯƠNG Trình bày ngun nhân gây phá hủy tích tụ dầu khí? Trong lĩnh vực dầu khí, trình di chuyển dầu khí phân loại nào? Trong lĩnh vực dầu khí, tích lũy dầu khí lớn hay nhỏ tùy thuộc vào yếu tố sau đây? Trong lĩnh vực dầu khí, vỉa dầu khí ngun sinh hình thành đâu? Chương 4: Sự di trú HC vỏ Trái đất, hình thành phá hủy tích tụ dầu khí Trang 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TSKH Hồng Đình Tiến Địa chất dầu khí phương pháp tìm kiếm thăm dị, theo dõi mỏ NXB ĐHQGTPHCM, 2006 [2] Nguyễn Việt Kỳ Địa chất dầu khí NXB ĐHQGTPHCM, 2002 Tài liệu tham khảo Trang 66 ... thức: A1 Trình bày chất nguồn gốc dầu khí, q trình di chuyển, tích tụ, phân hủy dầu khí, vấn đề liên quan q trình tìm kiếm thăm dị khai thác dầu khí 4.2 Về kỹ năng: B1 Nhận biết loại mỏ dầu khí B2... cấm Trang LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình ĐỊA CHẤT DẦU KHÍ biên soạn theo chương trình đào tạo Lao động Thương binh Xã hội Giáo trình dựa tham khảo nhiều tài liệu, sách, giáo trình mơn học mơn liên quan... Tên mơn học: ĐỊA CHẤT DẦU KHÍ Mã mơn học: KKT19MH32 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: 3.1 Vị trí: Đây mơn học chun mơn nghề chương trình đào tạo nghề khoan khai thác dầu khí nghề vận