TIỂU LUẬN HÓA HỌC DẦU MỎ VÀ KHÍ Đề tài Thăm dò và khai thác dầu khí

Các kỹ thuật này dựa trên các tính chất vật lý của vậtliệu có thể được sử dụng để đo lường và bao gồm những cái đối lập với các phương phápđịa vật lý.. Quy trình này bao gồm việckhoan mộ

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG HÓA VÀ KHOA HỌC SỰ SỐNG

TIỂU LUẬN HÓA HỌC DẦU MỎ VÀ KHÍ

Đề tài: Thăm dò và khai thác dầu khí

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên

Sinh viên thực hiện:

M C ỤC L C ỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 3

PHẦN NỘI DUNG 4

1 GIỚI THIỆU CHUNG 4

2 THĂM DÒ 4

2.1 Phương pháp trọng lực 6

2.2 Phương pháp từ tính 7

2.3 Phương pháp sóng âm 8

2.4 Phương pháp thăm dò điện 9

2.5 Phương pháp điện từ 10

2.6 Phương pháp phóng xạ 10

2.7 Phương pháp địa vật lý hố khoan 11

3 KHOAN 12

3.1 Chuẩn bị 12

3.2 Giàn khoan 13

3.3 Tiến hành khoan 17

4 HOÀN THÀNH GIẾNG 19

KẾT LUẬN 19

TÀI LIỆU THAM KHẢO 20

PHẦN MỞ ĐẦU

Thăm dò dầu khí, hay còn gọi là thăm dò Hydrocarbon, là công tác tìm kiếm dầu

mỏ và khí đốt bên dưới bề mặt Trái Đất, được thực hiện bởi các kỹ sư địa chất và kỹ

sư địa vật lý Môn khoa học ứng dụng này là một nhánh của địa chất học và địa chất dầukhí

Hiện nay, nhiều công nghệ tinh vi và hiện đại đã được ứng dụng để phát hiện vàthẩm định quy mô của các vỉa dầu khí Khu vực được cho là có chứa dầu khí sẽ đượcthực hiện các khảo sát trọng lực, khảo sát từ tính, khảo sát địa chấn để phát hiện các đặctính của một vỉa chứa Các khu vực có tiềm năng sẽ được khảo sát địa chấn chi tiết hơn,

là những hoạt động trên nguyên tắc sóng âm thanh đi qua những vật chất (đá) có mật độkhác nhau sẽ có thời gian phản xạ lại khác nhau Sau đó những phép tính chuyển đổi sang

độ sâu giúp xây dựng nên hình ảnh của cấu trúc dưới lòng đất Tiếp theo, khi một khuvực tiềm năng thoả mãn các tiêu chí lựa chọn của một công ty dầu khí, giếng thăm dò sẽđược khoan nhằm xác định sự hiện diện của dầu hoặc khí

Khai thác dầu khí là một hoạt động tốn kém và có rủi ro cao Nhất là các hoạtđộng thăm dò ở khu vực xa bờ hoặc vùng hẻo lánh thường chỉ được thực hiện bởi các tậpđoàn lớn hoặc công ty chính phủ Một giếng dầu nông thông thường ở biển Bắc có thểtiêu tốn 10 đến 30 triệu USD, trong khi một giếng ở vùng nước sâu có thể tốn lên đến hơn

100 triệu USD

PHẦN NỘI DUNG

Trong thăm dò dầu khí, loại kỹ thuật thăm dò được sử dụng phụ thuộc vào tựnhiên của địa điểm Ví dụ, ở những khu vực ít biết về tầng dưới, các kỹ thuật định hình

sơ bộ là cần thiết để xác định các hệ thống lớp chứa tiềm năng đáng chú ý đáng để điềutra thêm Các kỹ thuật định hình sơ bộ đã được sử dụng để đưa ra suy luận về cấu trúctầng dưới bao gồm hình ảnh từ vệ tinh và độ cao cao cũng như các khảo sát từ trường từ

và trọng lực Khi một khu vực đã được chọn để điều tra thêm, các phương pháp chi tiếthơn (như phương pháp phản xạ địa chấn) được đưa vào sử dụng Khoan là giai đoạn cuốicùng của chương trình thăm dò và thực tế là phương pháp duy nhất mà thông qua đó mộtlớp chứa dầu có thể được xác định một cách chính xác Tuy nhiên, theo đúng với kháiniệm về tính cụ thể của địa điểm, khoan có thể là lựa chọn duy nhất ở một số khu vực đểbắt đầu chương trình thăm dò Rủi ro liên quan đến hoạt động khoan phụ thuộc vào kiếnthức trước đó về tầng dưới của địa điểm Do đó, cần phải liên kết tính chất của các giếngthăm dò tại một địa điểm cụ thể với các đặc tính của lớp chứa Quá trình khoan được hiểu

là khoan giếng xuống lớp chứa dầu dưới lòng đất Thường xuyên, nhiều giếng (giếng đahướng) sẽ được khoan xuống cùng một lớp chứa, để đảm bảo rằng tỷ lệ khai thác sẽmang lại hiệu suất kinh tế Thêm vào đó, một số giếng (giếng thứ cấp) có thể được sửdụng để bơm nước, hơi nước, axit, hoặc các hỗn hợp khí đa dạng vào lớp chứa để nângcao hoặc duy trì áp lực lớp chứa, từ đó duy trì tỷ lệ khai thác kinh tế

Thăm dò dầu mỏ bắt nguồn từ cuối thế kỷ 19 khi các nhà địa chất bắt đầu vẽ bản

đồ các đặc điểm đất để tìm kiếm những nơi thuận lợi để khoan dầu (Landes, 1959;Hobson và Tiratsoo, 1975) Các đặc điểm đất nổi bật đối với các nhà địa chất là các đợtnổi cung cấp bằng chứng về sự xen kẽ giữa các lớp đá có độ rỗng và không rỗng Đá có

độ rỗng (thường là cát, đá vôi hoặc dolomit) tạo thành tầng chứa cho dầu mỏ; đá không

rỗng (thường là đất sét hoặc xisto) hoạt động như một bẫy và ngăn chặn sự di chuyển củadầu mỏ từ tầng chứa.

Các nguyên tắc sử dụng chủ yếu là từ tính (magnetometer), trọng lực (gravimeter)

và sóng âm thanh (seismograph) Các kỹ thuật này dựa trên các tính chất vật lý của vậtliệu có thể được sử dụng để đo lường và bao gồm những cái đối lập với các phương phápđịa vật lý Hơn nữa, các phương pháp có thể được phân chia thành những phương pháptập trung vào các tính chất về trọng lực, tính chất từ tính, tính chất địa chấn, tính chấtđiện, tính chất điện từ, và tính chất phóng xạ Các phương pháp địa vật lý này có thểđược chia thành hai nhóm: (1) những phương pháp không có kiểm soát độ sâu và (2)những phương pháp có kiểm soát độ sâu

Trong nhóm đầu tiên, các đo lường tích hợp các hiệu ứng tự nhiên từ cả nguồn gốccục bộ và xa xôi mà quan sát viên không kiểm soát được Ví dụ, các đo lường trọng lực

bị ảnh hưởng bởi sự biến đổi trong bán kính của Trái Đất theo vĩ độ Chúng cũng bị ảnhhưởng bởi độ cao của địa điểm so với mực nước biển, độ dày của vỏ Trái Đất và cấu trúc

và mật độ của các đá bề mặt dưới đất, cũng như bởi bất kỳ biến đổi khối lượng bấtthường nào có thể liên quan đến một tầng khoáng sản Trong các giai đoạn cuối cùng củađánh giá, việc diễn giải luôn phụ thuộc vào kiến thức địa chất của người giải mã

Trong nhóm thứ hai của các đo lường (có kiểm soát độ sâu), năng lượng địa chấnhoặc điện được đưa vào đất và các biến đổi trong khả năng truyền tải với khoảng cáchđược quan sát và giải mã dưới dạng các đại lượng địa chất Do đó, độ sâu đến các tầngđịa chất có sự chênh lệch đáng kể về khả năng truyền tải có thể được tính toán trên cơ sở

số liệu và tính chất vật lý của các tầng đó có thể được suy luận Sự chính xác, sự dễ giải

mã và tính áp dụng của tất cả các phương pháp thuộc nhóm này không giống nhau, và cóđiều kiện tự nhiên và kinh tế dưới đó, các đo lường của nhóm đầu tiên có thể được ưutiên cho các nghiên cứu thăm dò mặc dù có những hạn chế nhất định

Tuy nhiên, cần công nhận rằng các kỹ thuật thăm dò địa vật lý không thể được ápdụng một cách không phân biệt Kiến thức về các tham số địa chất có thể liên quan đếnkhoáng sản hoặc điều kiện tầng đất đang được nghiên cứu là quan trọng cả trong việc

chọn phương pháp áp dụng và trong việc giải thích kết quả đạt được Hơn nữa, khôngphải tất cả các kỹ thuật mô tả ở đây đều phù hợp cho việc thăm dò dầu mỏ Tuy nhiên,những kỹ thuật được mô tả ở đây vẫn được bao gồm vì nó có giá trị để biết về tính chấtcủa chúng và cách chúng có thể được áp dụng vào thăm dò tầng dưới đất.

Cũng cần lưu ý rằng những thuật ngữ như "đo lường giếng địa vật lý" có thể gợi ýviệc sử dụng một hoặc nhiều kỹ thuật thăm dò địa vật lý Quy trình này bao gồm việckhoan một giếng và sử dụng các thiết bị để ghi hoặc đo lường tại các cấp độ khác nhautrong giếng bằng các phương tiện như trọng lực (mật độ), điện trở, hoặc phóng xạ Ngoài

ra, các mẫu tầng đất (lõi) được lấy để thực hiện các kiểm tra về mặt vật lý và hóa học

2.1 Phương pháp trọng lực

Phương pháp trọng lực dựa trên việc đo lường các đại lượng vật lý liên quan đếntrường trọng lực, mà lược đồ được ảnh hưởng bởi sự khác biệt về mật độ và sự sắp xếpcủa các cơ thể địa chất ở dưới đất

Phương pháp trọng lực dựa trên việc đo lường các đại lượng vật lý liên quan đếntrường trọng lực, mà lược đồ được ảnh hưởng bởi sự khác biệt về mật độ và sự sắp xếpcủa các cơ thể địa chất ở dưới đất Trong thăm dò dầu và khí, khi không có kiểm soát mật

độ trực tiếp liên quan đến vật liệu đang được tìm kiếm, thăm dò dựa trên việc vẽ bản đồcác cấu trúc địa chất để xác định tình hình có thể tập trung vật liệu đang được tìm kiếm.Trong những trường hợp như vậy, các giá trị mật độ quan trọng là muối 2,1–2,2, đá nhamthạch 2,5–3,0, và đá trầm tích 1,6–2,8 Giá trị cuối cùng tăng với độ sâu do sự đóng cứng

và tuổi địa chất, và do đó có thể phát hiện ra các biến dạng cấu trúc liên quan đến lỗi vàgập Sự nén của tầng chất bám dọc theo mép hoặc đỉnh trên bề mặt đá nền nằm dưới cũngdẫn đến sự tăng cường cục bộ về khối lượng, cũng như sự phát triển của tảo canxi trênđỉnh của các cột muối nhiễu sự xâm lấn

Do đó, thiết bị đo trọng lực phát hiện sự khác biệt trong trọng lực và đưa ra mộtbáo cáo về vị trí và mật độ của các hình thành đá dưới lòng đất Sự khác biệt so với giá trịbình thường có thể do ảnh hưởng của địa chất và các yếu tố khác, và những khác biệt này

cung cấp dấu hiệu ưvề các hình thành cấu trúc dưới lòng đất Trong giai đoạn đầu của địavật lý thăm dò, cả cân cảm ứng và thiết bị con quay đã được sử dụng rộng rãi, nhưngchúng đã bị thay thế bằng các hệ thống cân cảm có sử dụng lò xo (thiết bị đo trọng lực ).Các loại cân này có thể được đọc trong vòng vài phút, khác biệt so với vài giờ cần thiết

để đọc bằng các công cụ trước đây

Có nhiều loại thiết bị đo trọng lực , nhưng những loại phổ biến thường bao gồmmột tay cầm có trọng lượng xoay quanh một điểm trụ Tay cầm được liên kết với một hệthống lò xo để đảm bảo đơn vị là không ổn định và do đó rất nhạy cảm đối với nhữngbiến thay đổi nhỏ trong sự thu hút trọng lực Sự lệch của tay cầm so với vị trí trung tâm(zero) được đo bằng cách quan sát sự thay đổi trong căng trong hệ thống lò xo cần thiết

để đưa tay cầm về vị trí đó Các đọc số được thực hiện từ một đồng hồ chia trên đầu củacông cụ được gắn vào hệ thống lò xo thông qua một ốc vít Cần có một hiệu chuẩn chínhxác của ốc vít, đồng hồ đọc số và phản ứng lò xo để đọc có ý nghĩa về mặt trọng lực

Thiết bị đo trọng lực cũng có thể được sử dụng trong nước nông Do đó, việc sửdụng vỏ chống nước với thiết bị cân chỉnh tự động và các thiết bị đọc điện tử cho phépthực hiện khảo sát trọng lực trong môi trường nước Các loại thiết bị đo trọng lực khác

đã được phát triển để sử dụng trên tàu ngầm và trên nền tảng được giữ ổn định bằng cảmbiến con quay trên tàu thăm dò cũng như trên máy bay

2.2 Phương pháp từ tính

Phương pháp từ tính dựa trên việc đo lường các ảnh hưởng từ từ sự biến đổi củanồng độ khoáng chất ferromagnetic, như magnetite Các công cụ được sử dụng trong việcthăm dò từ tính đa dạng từ cái la bàn đơn giản được sử dụng trong thế kỷ 17 đến các thiết

bị từ tính trên không cho phép đo lường biến động với độ chính xác lớn hơn 1/1000 phầncủa trường từ của Trái Đất

Công cụ đo lường từ tính là một cái la bàn từ tính được thiết kế đặc biệt và pháthiện ra sự khác biệt nhỏ trong các tính chất từ tính của các hình thành đá, do đó giúp tìm

ra các cấu trúc có thể chứa dầu, như các lớp đá trầm tích có thể nằm trên đỉnh của đá nền

có mật độ cao hơn nhiều Dữ liệu cung cấp gợi ý về những nơi có thể giấu kín các cấutrúc chứa dầu hoặc các cấu trúc có lợi cho dầu khác Công cụ đo lường từ tính được sửdụng rộng rãi nhất hiện nay thường được thực hiện bằng cách sử dụng máy bay, cho phépthực hiện các cuộc khảo sát quy mô rất lớn một cách nhanh chóng và khảo sát trên cáckhu vực có thể không tiếp cận được bằng cách khác.

Việc giải thích các đo lường từ tính đối mặt với các hạn chế cơ bản giống như đốivới đo lường trọng lực Nhược điểm bao gồm:

ở biên giới của các cơ quan địa chất hữu hạn

Tuy nhiên, phương pháp này đã chứng minh giá trị trong thăm dò khoáng chất từtính, trong xác định xu hướng cấu trúc địa chất và trong ước lượng độ sâu có thể của tầng

đá già dưới tầng đá trầm tích

2.3 Phương pháp sóng âm

Các phương pháp địa vật lý sóng âm dựa trên việc xác định khoảng thời gian giữa

sự bắt đầu của sóng âm từ việc nổ một lượng thuốc nổ chấn động nhân tạo khác và sựnhận lại của các sóng phản xạ đầu tiên tại một loạt các cảm biến địa chấn(geophones).Những sóng phản xạ này được khuếch đại và ghi lại cùng với các đánh dấu thời gian(khoảng 0.01 giây) để tạo ra biểu đồ chấn động Phương pháp này phụ thuộc vào (1) tốc

độ trong mỗi tầng được xâm nhập ở độ sâu lớn hơn so với tầng ở phía trên; (2) các tầnggiới hạn bởi bề mặt phẳng; và (3) vật liệu trong mỗi tầng là tự nhiên đồng nhất

Máy đo chấn động đo sóng chấn động từ những vụ nổ được kích thích bằng cáchkích hoạt các mức nổ kiểm soát nhỏ của chất nổ ở đáy các lỗ nhỏ trên mặt đất Độ sâu củatầng đá được xác định bằng thời gian trôi qua giữa vụ nổ và sự phát hiện của sóng phản

xạ tại bề mặt Độ sâu và môi trường mà sóng chấn động đạt được phụ thuộc vào khoảng

cách giữa điểm nổ và các điểm thu sóng Từ biểu đồ thời gian di chuyển theo hàm củakhoảng cách bề mặt, dữ liệu được thu được để xác định cả vận tốc của vật liệu và sốlượng tầng hiện diện Từ các khoảng cách mà thay đổi vận tốc được chỉ ra, có thể tínhđược độ sâu của mỗi tầng.

Nói chung, các tầng sâu hơn, già hơn do áp lực cao có mật độ cao hơn và cũng cóvận tốc địa chấn cao hơn so với vật liệu phủ bề mặt Sự khác biệt quan sát được trong vậntốc không chỉ xác định hướng dốc của các bề mặt đá mà còn cung cấp thông tin để tínhtoán độ dốc hiện diện Đối với những điều kiện có thể được gọi là bình thường (tăng vậntốc theo độ sâu), sai số xác định ở độ sâu thường ít hơn 10% với phương pháp này

Phương pháp sóng âm cũng được thực hiện trên nước, đóng góp đáng kể vào việctìm kiếm dầu trên các kệ lục địa và các khu vực khác được phủ bởi nước

2.4 Phương pháp thăm dò điện

Các phương pháp thăm dò điện phụ thuộc vào sự khác biệt về dẫn điện giữa cácphần địa chất đang được nghiên cứu và các khối đá xung quanh Khoáng chất kim loại,đặc biệt là các sulfide, có trở kháng từ 1,0 đến vài Ω-cm, trong khi lớp cặn đóng cứng cócm, trong khi lớp cặn đóng cứng cóhàm lượng nước thấp trung bình khoảng 10^4 Ω-cm, trong khi lớp cặn đóng cứng cócm, đá nóng từ 10^4 đến 10^6 Ω-cm, trong khi lớp cặn đóng cứng cócm, vàcặn không đóng cứng bão hòa từ 10^2 đến 10^4 Ω-cm, trong khi lớp cặn đóng cứng cócm Trở kháng của loại cuối cùng chủyếu phụ thuộc vào lượng và tính điện giải (độ mặn) của nước chứa trong đó

Một ứng dụng đặc biệt của các phương pháp điện là trong việc nghiên cứu địa tầngdưới mặt đất bằng cách đo sự khác biệt điện thế giữa bề mặt và một điện cực được hạxuống trong một giếng khoan và đồng thời đo biến đổi về trở kháng điện theo chiều sâu.Phương pháp này tạo ra một đo lường về độ rỗng và độ thấm, vì dữ liệu bị ảnh hưởngmạnh mẽ bởi khả năng của chất lỏng khoan thấm vào đáng Các đo lường trở kháng xácđịnh vị trí của ranh giới hình thành và tính chất địa chất của các cặn

Thường thì ba bảng được ghi về trở kháng được thực hiện: (1) một bảng ghi có sựthâm nhập nông để xác định vị trí của ranh giới hình thành và hai bảng ghi khác có (2) sựthâm nhập trung bình và (3) thâm nhập sâu Hai bảng ghi cuối cùng này được sử dụng để

xác định mức độ mà chất lỏng khoan đã thấm vào hình thành và trở kháng thực sự củahình thành hiện tại Các đo lường khác nhau thường được thực hiện cùng nhau để khôngchỉ nghiên cứu điều kiện trong một giếng khoan cụ thể mà còn thực hiện các nghiên cứutương quan giữa các giếng khoan và do đó xác định cấu trúc địa chất và sự thay đổi vềlịch sử địa chất.

2.5 Phương pháp điện từ

Các phương pháp điện từ dựa trên ý tưởng rằng một trường từ điện xoay chiều gây

ra một dòng điện chảy trong vật liệu dẫn điện Các đo lường được thực hiện bằng cáchkết nối nguồn dòng điện xoay chiều với một cuộn dây, đóng vai trò như một nguồn tạo ramột trường từ điện tương tự như trường từ một nam châm ngắn được đặt trên trục củacuộn dây Một hệ thống thu bao gồm một cuộn dây thứ hai được kết nối với một vôn kếđược lắp đặt để có thể quay tự do quanh một trục ngang

Cuộn thu cần được lắp đặt để quay quanh một trục vuông góc với trường từ từđiện tạo ra Trong trường hợp này, điện áp gây ra (trong trường hợp không có dây dẫn) sẽthay đổi từ không (khi mặt phẳng cuộn nằm song song với mặt phẳng của trường từ được

áp dụng) đến một giá trị tối đa (khi mặt phẳng cuộn vuông góc với mặt phẳng của trường

từ được áp dụng) Tuy nhiên, nếu có một dây dẫn xuất hiện, dòng điện gây ra trong dâydẫn tạo ra một trường từ từ thứ cấp làm méo mó trường từ chính và tạo ra một giá trịkhông nằm ngang ngoại trừ trực tiếp trên dây dẫn Bằng cách sử dụng bảng đo độnghiêng để ghi lại góc của cuộn tìm kiếm khi ở vị trí không, vị trí của một dây dẫn có thểđược xác định như điểm giao (điểm đổi hướng)

Một biến thể khác của phương pháp này là có cả cuộn thu và cuộn phát ở mặtphẳng ngang Trong sắp xếp này, điện áp phát sinh qua mặt đất không dẫn được xác địnhbởi cấu trúc của các cuộn, thường được di chuyển qua mặt đất với một khoảng cáchkhông đổi Sự hiện diện của một dây dẫn được chỉ ra bằng sự thay đổi trong các giá trịđiện áp so với các giá trị bình thường