Đề tài “ĐÁNH GIÁ TÍCH HỢP KHẢ NĂNG SINH CÁT TẠI GIẾNG X, MỎ SƯ TỬ NÂU, BỒN TRŨNG CỬU LONG – SANDING INTEGRATED EVALUATION FOR WELL X, SU TU NAU FIELD, CUU LONG BASIN” nhằm đánh giá khả
Khái quát vị trí khu vực nghiên cứu
Bồn trũng Cửu Long nằm chủ yếu trên thềm lục địa Nam Việt Nam và một phần đất liền thuộc khu vực cửa sông Cửu Long, có tọa độ địa lý 9 o 00 ’ -11 o 00 ’ Bắc và
106 o 30 ’ -109 o 00 ’ Đông Bồn có diện tích khoảng 56000km 2 , bao gồm các lô: 09, 15-
1, 15-2, 16, 17 và một phần các lô 01, 02, 25 và 03 (Hình 1.1)
Hình 1.1 Vị trí lô 15.1 bồn trũng Cửu Long [1]
Lô 15-1 nằm ở phía Tây Bắc của bồn trũng, có dạng tam giác vuông với diện tích khoảng 4635km 2 , đỉnh góc trên phía Đông Bắc cách thành phố Hồ Chí Minh 180km, góc Tây Nam cách thành phố Vũng Tàu khoảng 20km Chiều sâu mực nước biển thay đổi trong khoảng 20m đến 50m Bồn trũng Cửu Long là một bồn trũng rift hình thành vào đệ tam sớm, có hình bầu dục, kéo dài theo hướng Đông Bắc-Tây Nam, vòng ra về phía biển và nằm dọc theo bờ biển Vũng Tàu-Bình Thuận Giới hạn phía Đông là biển Đông Việt Nam; phía Nam và Đông Nam là khối nâng ngầm Côn Sơn dọc theo các đảo Hòn Gai, Hòn Trứng, Côn Sơn; phía Bắc là khối cao của địa khối Đà Lạt, lộ ra chủ yếu là các khối đá magma xâm nhập và phun trào có tuổi Mezozoi muộn
Bồn trũng Cửu Long nói chung và lô 15-1 nói riêng được lấp đầy chủ yếu bởi các trầm tích lục nguyên tuổi Oligocen-Oligocen sớm và lớp phủ thềm Pliocen, chiều dày lớn nhất của chúng tại trung tâm bồn có thể đạt tới 7-8km Lô 15-1 nằm trọn trong phụ bồn trũng Bắc Cửu Long, là nơi có cấu trúc địa chất rất phức tạp Các mỏ được khai thác trong lô 15-1 gồm Sư Tử Đen, Sư Tử Vàng, Sư Tử Trắng, Sư Tử Nâu…
Mỏ Sư Tử Nâu là cấu trúc mở rộng từ hướng Đông Bắc của lô 15-1 sang hướng Tây Nam của lô 01/97 thuộc bồn trũng Cửu Long Vị trí mỏ cách Vũng Tàu khoảng 142.6km, mực nước biển khoảng 39.5m, đối tượng chủ yếu trong tầng móng và trầm tích Vị trí mỏ Sư Tử Nâu được miêu tả trong hình 1.2
Hình 1.2 Vị trí mỏ Sư Tử Nâu [2]
Lịch sử nghiên cứu thăm dò bồn trũng Cửu Long
Lịch sử thăm dò và khai thác dầu khí bồn trũng Cửu Long gắn liền với lịch sử tìm kiếm, thăm dò, khai thác dầu khí thềm lục địa Nam Việt Nam Căn cứ vào quy mô, mốc lịch sử và kết quả thăm dò, lịch sử tìm kiếm và khai thác dầu khí bồn trũng Cửu Long được chia làm 4 giai đoạn:
Hình 1.3 Cột địa tầng tổng hợp mỏ Sư Tử Nâu [1]
Giai đoạn trước năm 1975: Tiến hành khảo sát địa vật lý khu vực như từ, trọng lực và địa chấn
Giai đoạn 1975-1979: Tiến hành đánh giá triển vọng dầu khí trên thềm lục địa Việt Nam và trên từng lô
Giai đoạn 1980-1988: Tiến hành khảo sát địa chấn và xây dựng một số sơ đồ cấu tạo dị thường từ và trọng lực Bughe (Hình 1.4)
Hình 1.4 Sơ đồ mặt cắt địa chấn bồn trũng Cửu Long [3]
Giai đoạn 1989-nay: Giai đoạn phát triển mạnh mẽ nhất về tìm kiếm, thăm dò và khai thác dầu khí trên bồn trũng Cửu Long.
Lịch sử phát triển hệ tầng Oligocen bồn trũng Cửu Long
Đầu Oligocen do tác động các biến cố kiến tạo hàng loạt đứt gãy hướng Đông Bắc-Tây Nam đã được sinh ra do sụt lún mạnh và căng giãn Các đứt gãy chính là những đứt gãy dạng gàu xúc, cắm về hướng Đông Nam, còn các đứt gãy hướng Đông- Tây lại do tác động bởi các biến cố kiến tạo nâng lên, uốn nếp
Vào đầu Kainozoi do sự va mạnh ở góc hội tụ Tây Tạng giữa các mảng Ấn Độ và Âu-Á làm vi mảng Indosina bị thúc trồi xuống Đông Nam theo các đứt gãy trượt bằng lớn như đứt gãy sông Hồng, Sông Hậu-Ba Chùa Với xu thế trượt trái ở phía Bắc và trượt phải ở phía Nam tạo nên các trũng Đệ Tam trên các đới khâu ven rìa, trong đó có bồn trũng Cửu Long
Kết quả đã hình thành các hệ thống đứt gãy khác có hướng gần Đông Bắc-Tây Nam Như vậy, trong bồn trũng Cửu Long bên cạnh hướng Đông Bắc-Tây Nam còn có các hệ đứt gãy có hướng cận kề chúng Trong Oligocen quá trình giãn đáy biển theo hướng Bắc-Nam tạo Biển Đông bắt đầu từ 32 triệu năm Trục giãn đáy biển phát triển lấn dần xuống Tây Nam và đổi hướng từ Đông-Tây sang Đông Bắc-Tây Nam vào cuối Oligocen Các quá trình này đã gia tăng các hoạt động tách giãn và đứt gãy ở bồn trũng Cửu Long trong Oligocen và nén ép vào cuối Oligocen
Hoạt động nén ép vào cuối Oligocen muộn đã đẩy trồi các khối móng sâu, gây nghịch đảo trong trầm tích Oligocen ở trung tâm các trũng chính, làm tái hoạt động các đứt gãy thuận chính ở dạng ép chờm, trượt bằng và tạo nên các cấu trúc “trồi”, cấu tạo dương/âm hình hoa, phát sinh đứt gãy nghịch ở một số nơi như trên cấu tạo Rạng Đông, phía Tây cấu tạo Bạch Hổ và một số khu vực mỏ Rồng Đồng thời xảy ra hiện tượng bào mòn và vát mỏng mạnh các trầm tích thuộc hệ tầng Trà Tân trên
Sự kết thúc hoạt động của phần lớn các đứt gãy và không chỉnh hợp góc rộng lớn ở nóc trầm tích Oligocen đã đánh dấu sự kết thúc thời kỳ đồng tạo rift (Hình 1.5)
Hình 1.5 Sơ đồ mặt cắt tổng hợp bồn trũng Cửu Long [3]
Tầng Oligocen được lấp đầy bởi các lớp cát kết xen lẫn với các lớp sét kết giàu vật liệu hữu cơ và các lớp mỏng vôi Do đó tầng Oligocen vừa mang tính chất là tầng sinh, vừa mang tính chất là tầng chứa và còn là một tầng chắn khu vực
Hình 1.6 Lịch sử phát triển bồn trũng Cửu Long và tầng Oligocen [3]
Cấu trúc và kiến tạo mỏ Sư Tử Nâu
Các đơn vị cấu trúc chính
Việc phân chia đơn vị cấu tạo được dựa trên đặc điểm cấu trúc địa chất và bị giới hạn bởi các đới đứt gãy hoặc đơn vị đứt gãy có biên độ đáng kể Diện tích của lô 15-1 thuộc ba đơn vị cấu trúc chính của bể Cửu Long Phía Đông, Đông Bắc thuộc đới phân dị Đông - Bắc, phía Nam và Tây Nam thuộc đới nâng Tây - Bắc, phía Bắc và Tây Bắc thuộc sườn nghiêng Tây - Bắc
Sườn nghiêng Tây Bắc là dải sườn bờ Tây Bắc của bể kéo dài theo hướng Đông Bắc - Tây Nam, chiều dày trầm tích tăng dần về hướng Tây Nam từ 1 đến 2,5km Sườn nghiêng bị cắt xẻ bởi các đứt gãy kiến tạo có hướng Đông Bắc - Tây Nam hoặc Tây Bắc - Đông Nam, tạo thành các mũi nhô Trầm tích Kainozoi của bể thường có xu hướng vát nhọn và gá đáy lên móng cổ granitoid trước Kainozoi Đới nâng phía Tây Bắc nằm về phía Tây Bắc trũng Đông Bắc và được khống chế bởi các đứt gãy chính phương Đông Bắc - Tây Nam về phía Tây Bắc đới nâng bị ngăn cách với sườn nghiêng Tây Bắc bởi một địa hào nhỏ có chiều dày trầm tích khoảng 6km Đới nâng bao gồm cấu tạo Vừng Đông và dải nâng kéo dài về phía Đông Bắc
Hình 1.7 Sơ đồ phân vùng kiến tạo bể Cửu Long [4] Đới phân dị Đông Bắc nằm kẹp giữa đới nâng Đông Phú Quý và sườn nghiêng Tây Bắc Đây là khu vực có chiều dày trầm tích trung bình và bị phân dị mạnh bởi hệ thống các đứt gãy có đường phương Tây Bắc - Đông Nam, á kinh tuyến và á vĩ tuyến tạo thành nhiều địa hào và địa luỹ nhỏ.
Các hệ thống đứt gãy chính
Có bốn hệ thống đứt gãy chính trong bể Cửu Long, dựa trên hướng của đường phương: Đông - Tây, Đông Bắc - Tây Nam, Bắc - Nam và các đứt gãy nhỏ có phương khác nhau Trong lô 15-1 gồm 2 hệ thống đứt gãy có hướng: Đông Bắc - Tây Nam và Đông - Tây Đứt gãy có hướng Đông Bắc - Tây Nam là đứt gãy chính của bể và là đứt gãy phân chia ranh giới cấu trúc Đứt gãy Đông - Tây hình thành và phát triển muộn hơn so với đứt gãy Đông Bắc - Tây Nam
Phần lớn đứt gãy đều nằm trên nóc trầm tích Oligoxen Theo kết quả khôi phục lịch sử chôn vùi cho thấy cấu tạo Sư Tử Đen, Sư Tử Vàng và Sư Tử Trắng phía Nam đều được hình thành trước tập sét Oligoxen “D” (hệ tầng Trà Tân dưới) Do đó chỉ còn một số đứt gãy nhỏ còn hoạt động trong Mioxen hạ.
Đặc điểm địa tầng mỏ Sư Tử Nâu
Đá móng trước Kainozoi
Đá móng nứt nẻ nằm trong phạm vi lô 15-1 gặp trong các giếng khoan có độ sâu lần lượt là: 2565m, 3250m, 3883m, 3976m Đá móng là đá garanitoid có tuổi Jura-Creta đến Trias Đá móng garanitoid thường xuyên bị cắt bởi nhiều đai mạch đá phun trào bazan và andezit hoặc monzodiorit Bề mặt bị phong hóa mạnh có độ dày từ 4 đến 40m Đới phong hóa này bị nứt nẻ mạnh
Nóc của khối móng nằm ở độ sâu từ 2475m đến 2800m Thành phần thạch học bao gồm granit, granodiorit, diorit, gabrodiorit Đới kaolinit bị phong hóa với chiều dày thay đổi từ 4 đến 55m bao phủ lên móng nứt nẻ Móng granit chứa: 12-34% thạch anh, 9-38% fenspat kali, 14-40% plagiocla và 2-10% mica Ngoài ra còn có các khoáng vật thứ sinh: clorit, epidot, zeolit, canxit
Trầm tích Kainozoi
Nằm bất chỉnh hợp trên mặt đá móng kết tinh bào mòn và phong hoá là thành tạo Kainozoi hoặc núi lửa
Hệ tầng Trà Cú dưới (tập F)
Trầm tích hệ tầng Trà Cú dưới tương ứng với tập F được xác định lần đầu tiên trong giếng CL-1X Trên mặt cắt địa chấn trầm tích tập F nằm bất chỉnh hợp trên bề mặt phong hóa cấu trúc đá móng Kainozoi Xa hơn về phía sườn, trầm tích biển tiến của tập F phủ chồng lên đá móng rõ ràng hơn Trong các giếng khoan mỏ Sư Tử Nâu trầm tích thuộc tập F này bao gồm: sét kết, bột kết, cát kết có chứa các vỉa than mỏng tích tụ trong điều kiện sông hồ Sét kết có màu nâu đen đến đen, nâu sậm đến nâu vàng sẫm, gắn kết chặt, từ cứng vừa đến rất cứng, đôi khi có mica, sét kết giàu vật liệu hữu cơ màu đen, có pha bột, đôi chỗ chứa vôi Chủ yếu là cát kết lithic, một ít là cát kết arkos, có màu xám nhạt cho đến xám xanh Kích thước hạt từ mịn đến cạnh, độ chọn lọc kém, chứa các mảnh vụn sẫm màu, phân lá bùn mỏng và thành phần chất trám là sét và xi măng silicat Cát kết cứng chắc ở phần trên và trở nên rất cứng ở phần dưới Chứa phổ biến các mảnh đá núi lửa, hiếm pyrit chứa ít vôi Trầm tích cát kết tập F có độ rỗng từ kém đến trung bình Những trầm tích này thuộc tướng sông hồ được tích tụ trong thời kì đầu tạo rift trong suốt thời gian Eocen muộn- Oligocen sớm [4]
Hệ tầng Trà Cú trên (tập E)
Tập E được xác định đầu tiên trong giếng khoan CL-1X Tập E nằm chồng phủ lên bất chỉnh hợp đá phiến tập F Tập E chiếm ưu thế bởi sét kết có màu nâu vàng đến nâu đen xen kẹp với cát kết và bột kết Cát kết chủ yếu là cát kết lithic, màu xám nhạt đến xám sáng, hạt độ trung bình đến mịn, phổ biến hạt mịn hiếm khi hạt thô đến rất thô xen kẹp các lớp bột hay các phiến mỏng Cát kết có độ chọn lọc trung bình, xi măng chủ yếu là silicat hiếm pyrit, độ rỗng từ trung bình đến tốt Sét kết xen kẹp có màu xám vừa đến xám đen, nâu vàng xậm đến nâu đen, đôi nơi màu xám nhạt, phổ biến với những lớp bột kết có dạng phiến mỏng và giàu vật liệu hữu cơ, đôi nơi không thấy xuất hiện dấu vết vật liệu hữu cơ Bột kết có màu xám sáng đến xám vừa, dạng phân phiến đến dạng khối, hơi cứng đến cứng, chứa ít dolomit, có dấu vết của kaolinit, giàu vật liệu hữu cơ, có dấu vết của mica và pyrit phân tán Những lớp nhỏ dolomit hoặc đá vôi có màu trắng nhạt đến trắng, đôi chỗ chứa than Tập E có thể chia làm 3 phần: Phần thấp nhất (E3) chiếm ưu thế bởi bột cát kết là những doi cát độc lập xen kẹp với bột kết và cát kết trầm tích trong môi trường đầm hồ ven bờ Phần lớn ở giữa (E4) chứa tầng sản phẩm có sự hỗn hợp của môi trường sông, phần cao hơn (E5) lắng đọng trong môi trường sông chẻ nhánh Tuổi trầm tích được điểm chỉ dựa trên vị trí địa tầng của mặt cắt và tổ hợp bào tử phấn hoa [1]
Hệ tầng Trà Tân dưới (tập D)
Tập D được xem có địa tầng tương đương với hệ tầng Trà Tân dưới được nghiên cứu và đặt tên lần đầu tiên ở giếng 15A-1X tại cấu trúc Trà Tân Tập D được chia làm 2 phần: Phần trên của tập D chủ yếu là sét kết, đá phiến giàu vật liệu hữu cơ xen kẹp với cát kết và bột kết và những vát mỏng đá vôi, dolomit; phần dưới tập D chủ yếu là sét kết giàu vật liệu hữu cơ màu nâu sẫm có xen lẫn cát kết Sét kết giàu vật liệu hữu cơ có màu nâu vàng, nâu đen, đen, từ cứng đến rất cứng, dạng tấm đến phân phiến mỏng, cấu tạo khối, xen kẹp các lớp bột kết mỏng giàu vật liệu hữu cơ, đôi chỗ chứa vôi và sét vôi Cát kết có màu xám sáng đến xám vừa, kích thước hạt từ mịn đến trung bình, hiếm hạt thô đến rất thô, đôi chỗ xuất hiện các mảnh dăm hay cuội Độ chọn lọc kém đến trung bình, độ rỗng kém, cứng chắc, nền chứa sét và bột, chủ yếu là xi măng calcit, có dấu vết mảnh vụn màu xám tối đến xám xanh, chứa pyrit Đôi chỗ thấy sét kết có màu xám vừa, đôi chỗ chứa ít vôi và vật liệu hữu cơ, phổ biến phân lá bột kết Bột kết có màu xám sáng đến xám vừa, chứa vật liệu hữu cơ đôi chỗ bị dolomit hóa Trầm tích ở phần trên được lắng đọng trong môi trường gần bờ với năng lượng trung bình đến cao, trong khi phần dưới lắng đọng trong môi trường hồ nước ngọt với năng lượng thấp đến trung bình và ảnh hưởng môi trường nước lợ
Hệ tầng Trà Tân trên (tập C)
Tập C tương đương địa tầng với hệ tầng Trà Tân trên đã được nghiên cứu và đặt tên lần đầu tiên trong giếng khoan 15A-1X tại cấu trúc Trà Tân Trong những giếng khoan này, tập C có bề dày 234-280m Tập C bao gồm xen lớp cát kết, sét kết, một ít đá vôi và những lớp mỏng than Đỉnh của tập C được xác định bởi sự xuất hiện chủ yếu sét kết giàu vật liệu hữu cơ có màu nâu nhạt đến nâu sẫm Sự vắng mặt những hóa thạch biển minh chứng không có dấu hiệu môi trường biển, chủ yếu là môi trường tích tụ năng lượng thấp có thể là môi trường tam giác châu và hồ Cát kết chủ yếu là cát kết arkos, có màu xám sáng đến xám vừa, kích thước hạt từ mịn đến trung bình, rất hiếm hạt thô, độ chọn lọc trung bình, hình dạng hạt chủ yếu bán góc cạnh đến bán tròn cạnh, xi măng Silicat và xi măng dolomit, phổ biến mảnh vụn fenspat màu trắng độ rỗng trung bình
Có 2 loại sét kết: sét kết có màu nâu xám đến nâu đen, cứng đến nửa cứng, có dạng tấm đến dạng khối, xen lẫn phân lá mỏng bột kết, xuất hiện dấu hiệu pyrit và không chứa vôi Sét kết có màu xám xanh đến xám sáng, cứng, đôi chỗ mềm chứa vật chất hữu cơ, không chứa vôi, hiếm những vảy mica nhỏ [1]
Hệ tầng Bạch Hổ (tập BI)
Tập BI được xem có địa tầng tương đương với hệ tầng Bạch Hổ được xác định trong giếng khoan BH-1X Trong các giếng, tập BI có bề dày 411- 464m
Tập này gồm các lớp cát kết xen kẹp bột kết và sét kết Cát kết chủ yếu là cát kết lithic dạng greywack với một ít cát kết arkos, có màu xám nâu sáng, xanh lá cây tới xám xanh, kích thước hạt từ mịn đến vừa và thô tới rất thô, hình dạng hạt từ góc cạnh đến bán tròn cạnh, độ chọn lọc từ kém đến trung bình, thỉnh thoảng có mặt mảnh vụn thạch anh trắng sữa, có dấu vết của muscovit, pyrit và chlorit Độ gắn kết yếu, trong cát kết phổ biến là fenspat phân hủy thành kaolinit, vật liệu trám chứa sét cao Xuất hiện các lớp bột kết mỏng có màu xám sáng tới xám vàng Sét kết có màu nâu đỏ đến nâu xám, đôi chỗ màu xám xanh, độ gắn kết yếu, ngoài ra còn xuất hiện các lớp mỏng than [1]
Hệ tầng Bạch Hổ trên chủ yếu gồm: phần trên là sét kết, phần thấp hơn gồm sét kết xen kẹp, cát kết và bột kết Sét kết có màu xám xanh đến xám sáng, vô định hình tới dạng khối, thỉnh thoảng chứa các vảy mica Tuổi của hệ tầng Bạch Hổ đưa ra dựa vào vị trí địa tầng của trên mặt cắt đã xác thực không trẻ hơn Oligocen [1]
Hệ tầng Côn Sơn (tập BII)
Tập BII được nghiên cứu và đặt lên đầu tiên ở giếng 15B-1X tại cấu trúc Côn Sơn Ở các giếng, tập BII có bề dày 522-592m Tập BII chiếm ưu thế gồm cát kết sự xen kẹp sét kết và những lớp mỏng dolomit Cát kết có màu từ xám xanh sáng đến xám nâu sáng, kích thước từ thô đến mịn, hình dạng hạt từ bán góc cạnh đến tròn cạnh, hạt có độ chọn lọc từ kém đến trung bình, xuất hiện các mảnh vụn thạch anh, phổ biến các mảnh vỡ lithic hay chert có màu sắc thay đổi (xám, xám xanh lá cây, nâu đỏ, nâu vàng), có dấu hiệu của pyrit Cát kết có độ gắn kết yếu với xi măng sét hay dolomit Sét kết có màu nâu đỏ, thỉnh thoảng nâu vàng, gắn kết yếu Xuất hiện đá vôi màu trắng nhạt, xám hơi sáng đến xám vàng [1]
Hệ tầng Đồng Nai (tập BIII)
Tập BIII được nghiên cứu và đặt tên lần đầu tiên tại giếng 15G-1X ở cấu trúc Đồng Nai Ở các giếng khoan, tập BIII có bề dày 681-724m, có sự xen kẹp cát kết, sét kết với đá vôi hay dolomit và các lớp mỏng than nâu Sự có mặt các hóa thạch, than nâu và sét kết có màu sắc thay đổi chỉ ra môi trường trầm tích biển nông đến đầm lầy mặn Cát kết có thành phần gồm các hạt thạch anh rời rạc, xám nâu đến xám xanh, mờ đến trong suốt, hạt độ từ trung bình đến thô, thỉnh thoảng có hạt rất thô, hình dạng hạt từ góc cạnh tới bán tròn cạnh, độ chọn lọc từ kém tới trung bình, có chứa các lớp than mỏng, có dấu vết của glauconit, pyrit, các mảnh foraminifera Sét kết có màu xám sáng đến xám xanh, mềm dẻo, chứa lượng chất hữu cơ không đáng kể Sét kết có màu sắc đỏ nhạt đến nâu vàng Đá vôi có màu trắng đến xám sáng, xuất hiện đá phấn và dolomit, phổ biến foraminifera, độ rỗng thấp, có dấu vết của pyrit, đá phiến sét chứa vật liệu hữu cơ [1]
Hệ tầng Biển Đông (tập A)
Tập A được nghiên cứu và đặt tên lần đầu tiên ở giếng 15G-1X tại cấu trúc Đồng Nai Tập A gồm cát kết xen kẹp sét kết và đá vôi Hóa thạch tập này điểm chỉ môi trường trầm tích biển nông Cát kết gắn kết rất yếu, phổ biến cuội kết màu từ xám sáng tới xám xanh Cát kết gồm có hạt rất mịn, hình dạng hạt từ góc cạnh đến bán tròn cạnh, độ chọn lọc từ kém tới trung bình, thạch anh mờ đến rõ, với phổ biến glauconit, đôi chỗ xuất hiện than, vài nơi xuất hiện dấu vết của mica
Sét kết có màu xám vừa đến xám sáng, thỉnh thoảng có màu xám hồng nhạt, mềm, dạng vô định hình đến dạng khối, khả năng hòa tan cao Sét chứa lượng vật liệu hữu cơ không đáng kể, xen kẹp những lớp mỏng cát mang tính địa phương [1] Đá vôi có màu từ trắng đến xám sáng, thỉnh thoảng có màu vàng cam, dạng khối, phổ biến có chứa dolomit Đá vôi phổ biến chứa các mảnh vỡ hóa thạch, với sự có mặt các phiêu sinh vật trong trầm tích cho biết tuổi Pliocen
Tiềm năng tài nguyên dầu khí mỏ Sư Tử Nâu
Đá sinh
Kết quả phân tích địa hóa từ các giếng khoan lân cận cho thấy sét kết tuổi Oligocen giàu vật chất hữu cơ và có tiềm năng sinh Hydrocarbon cao (Hình 1.8) Tổng hàm lượng carbon hữu cơ (TOC) trong mẫu sét tuổi Oligocen thường cao hơn 1%, phổ biến các mẫu cao hơn 2% và đôi khi đạt tới hàng chục phần trăm Giá trị S2 và HI cũng khá cao Vật chất hữu cơ sinh dầu chủ yếu là kerogen loại II và một số kerogen đầm hồ loại III Sét tập D có các thông số địa hóa cao phản ánh khả năng sinh tốt đến rất tốt Hơn nữa, sét tập D cũng có chiều dày lớn, gamma-ray có giá trị cao Vì vậy, sét tập D được xem là tầng sinh chủ yếu của bồn trũng Cửu Long cũng như của lô 15-1 và mỏ Sư Tử nâu Một số lớp sét mỏng trong trầm tích Oligocen có nguồn sinh địa phương tập E, tập F là nguồn sinh thứ [5]
Hình 1.8 Loại kerogen và chỉ số HI mỏ Sư Tử Nâu [1]
Gradient địa nhiệt của bồn trũng Cửu Long thay đổi từ 2.4 0 C/100m đến 3.45 0 C/100m Phân tích độ trưởng thành cho thấy cửa sổ trưởng thành khoảng 3000m với Tmax là 434 0 C và Ro là 0.55
Hình 1.9 Bản đồ địa nhiệt bồn trũng Cửu Long [1]
Đá chứa
Phát hiện hai loại đá chứa tiềm năng là đá móng nứt nẻ granitoid trước Đệ Tam và các đá cát kết trong các tầng trầm tích vụn thô tuổi Oligocen-Oligocen sớm Việc liên kết và phân chia các tầng chứa trong mặt cắt trầm tích dựa trên thạch địa tầng, qua các tài liệu địa chất giếng khoan, tài liệu phân tích thạch học và đặc biệt là dựa trên các phân tích tướng qua các tài liệu vật lý giếng khoan Đá chứa là cát kết, thường các tướng cát lòng sông, cửa sông,… Chúng là các tập cát kết có độ rỗng, độ thấm tốt trong tập BI.1 (B9,B10), tập C (C30), tập D (D30, D65) và cả trong tập E và tập F [5]
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HIỆN TƯỢNG SINH CÁT
Tổng quan về hiện tượng sinh cát
Sinh cát là hiện tượng xuất hiện số lượng nhỏ hay lớn về thành phần hạt rắn di chuyển cùng với chất lưu trong vỉa Số lượng thành phần các hạt rắn di chuyển từ ít cho tới vài gram trên một tấn chất lưu
Hiện tượng sinh cát tùy thuộc vào các yếu tố chính: độ bền và bản chất đặc tính địa cơ của đất đá; ứng suất khu vực tác động lên thành giếng; lực tác động tại chỗ lên thành giếng [2]
Khi lượng cát sinh ra lớn hơn một giới hạn sinh cát nào đó (giới hạn này phụ thuộc vào điều kiện mỏ quy định) thì cần phải áp dụng các biện pháp khống chế cát phù hợp Nếu không thể kiểm soát được giới hạn sinh cát thì có thể sẽ gây nên những hậu quả rất lớn, cát xuất hiện làm đầy trong giếng đang khai thác dẫn đến việc có thể phải hủy giếng, gây ra hiện tượng sạt lở trong thành hệ dẫn đến không thể đưa giếng vào khai thác được, gây hiện tượng dâng cát trong giếng khi đang khoan
Hình 2.1 Hiện tượng sinh cát trong quá trình khai thác [6]
Khi cát xuất hiện trong giếng thì cần phải quan tâm các vấn đề sau:
- Cát có thể lấp đầy thành hệ đang khai thác ảnh hưởng đến các thiết bị đang vận hành khai thác và làm giảm sản lượng khai thác
- Sự mài mòn thiết bị lòng giếng cũng như các thiết bị phục vụ trên giàn
- Mài mòn ống khai thác, ống chống, ống chống lửng do đó có khả năng phá hủy thành giếng khoan
- Giếng có thể bị phá hủy, tạo nứt gãy (fracture) hoặc là bị sập lở (collapse)
- Cát tích tụ trên bề mặt làm ảnh hưởng tới môi trường
2.1.2 Nguyên nhân xảy ra hiện tượng sinh cát
2.1.2.1 Điều kiện vỉa và chất lưu vỉa
Việc xuất hiện cát trong thành hệ phụ thuộc rất nhiều vào mức độ cố kết của thành hệ, các thông số của vỉa như áp suất, nhiệt độ, chế độ dòng chảy hoặc chế độ khai thác
Sự suy giảm áp suất lỗ rỗng
Khi vỉa ở điều kiện ban đầu, áp suất chất lưu trong lỗ rỗng tạo nên áp suất vỉa giúp chống đỡ khối lượng đất đá bên trên Sau khi tiến hành khai thác, áp suất này sẽ bắt đầu suy giảm dần làm gia tăng ứng suất lên trên các hạt cát của thành hệ, Dưới tác động của sự gia tăng ứng suất cát có thể sẽ tách ra khỏi vật liệu gắn kết hoặc vỡ vụn sau đó di chuyển vào giếng cùng với dòng chất lưu vào giếng Nếu suy giảm áp suất vỉa lớn, thành giếng khoan sẽ trở nên kém ổn định do tải trọng các lớp đất đá bên trên đè xuống, vì vậy làm tăng khả năng đẩy cát vào giếng
Hình 2.1 Xu hướng cát xâm nhập vào giếng [6]
Sự cố kết của thành hệ:
Sự cố kết của thành hệ chính là khả năng liên kết các hạt lại với nhau, nó là yếu tố quyết định khả năng duy trì kênh dẫn trong thành hệ Trong điều kiện vỉa, xi măng gắn kết đóng vai trò quan trọng quyết định độ vững chắc của vỉa Xi măng được tạo ra do quá trình hòa tan nước với các khoáng vật dưới điều kiện áp suất, nhiệt độ vỉa sẽ hình thành nên chất keo liên kết các hạt lại với nhau Sự suy giảm về độ rỗng cũng như độ thấm hay sự gia tăng độ bền của đá đều phụ thuộc vào loại xi măng gắn kết và cách thức phân bố, liên kết các hạt lại với nhau Sinh cát thường xảy ra trong thành hệ yếu, tức là những thành hệ có tuổi trẻ, những thành hệ này thường không có hoặc ít các hạt xi măng gắn kết Brinell đã phân loại thành hệ thành 5 loại với độ cứng khác nhau được thể hiện trên bảng 2.1
Bảng 2.1 Phân loại thành hệ theo độ cứng Brinell [7]
Loại thành hệ Độ cứng Brinell Đặc điểm đá của thành hệ
Không cố kết < 2 Không có xi măng gắn kết
Cố kết yếu 2 – 5 Xi măng gắn kết yếu
Cố kết trung bình 5 – 10 Xi măng gắn kết tốt
Cố kết tốt 10 – 30 Khó bị phá hủy
Cố kết rất tốt > 30 Không bị phá hủy
Trong quá trình khoan qua tầng khai thác, thành hệ đang ở trạng thái cân bằng tự nhiên bị phá hủy và tạo ra sự tập trung ứng suất xung quanh thành giếng Trong quá trình bắn mở vỉa, ta cũng tạo ra sự mất ổn định trong thành đục lỗ Trong quá trình khai thác, cùng với sự di chuyển của dòng chất lưu vào giếng, lực ma sát dòng chảy và sự bít nhét các lỗ rỗng của các hạt rắn cũng tạo ra độ chênh áp cao, do đó sự tập trung ứng suất tại những vị trí này gia tăng đáng kể Vì vậy, mức độ tập trung ứng suất tỉ lệ nghịch với độ bền thành hệ và tỉ lệ thuận với sự phá hủy thành hệ cùng khả năng xuất hiện cát
Vật liệu xi măng gắn kết
Trên thế giới, hầu hết dầu khí được khai thác trong tầng đá trầm tích, do đó thành phần hạt và vật liệu xi măng gắn kết phụ thuộc nhiều vào môi trường lắng đọng, nhưng thành phần chủ yếu của xi măng vẫn là sét và carbonat
Nếu thành phần xi măng là sét, thành hệ sẽ kém bền và dễ làm xuất hiện cát Ngược lại nếu xi măng có thành phần chủ yếu là cacbonat thì thành hệ sẽ bền vững hơn cũng đồng nghĩa với việc cát ít xuất hiện hơn Tuy nhiên độ rỗng của thành hệ trầm tích thường cao nên sự gắn kết của xi măng thường giảm rất đáng kể
Độ nhớt của chất lưu trong vỉa
Lực ma sát kéo được tạo ra do dòng chất lưu từ vỉa vào giếng liên quan tới độ nhớt và vận tốc chất lưu Với dòng chất lưu có độ nhớt cao, lực ma sát kéo lớn, làm cho các hạt rắn đi vào giếng nhiều hơn dòng chất lưu có độ nhớt thấp Với những vỉa có dòng chất lưu nặng, tỷ trọng thấp, độ nhớt cao thì ngay cả với vận tốc thấp thì khả năng cát theo dòng chất lưu vào giếng cũng là rất lớn [8]
Góc ma sát trong và sự tập trung ứng suất:
Góc ma sát trong là một thông số nói lên mức độ liên kết giữa các hạt thông qua lực ma sát bề mặt giữa các hạt Do đó, lực ma sát bề mặt càng cao thì khả năng phá hủy sẽ giảm, lượng cát xuất hiện sẽ ít Góc ma sát trong được xác định bằng mẫu lõi và xác định ứng suất theo vòng tròn Mohr trên phương trình ứng suất cắt Thông thường khi không xác định được góc ma sát trong thì người ta lấy giá trị góc ma sát trong là 30 0 Sự xuất hiện cát gia tăng cùng với sự giảm góc ma sát trong [8]
2.1.2.2 Ảnh hưởng trong quá trình khai thác
Lưu lượng khai thác là một hệ số quan trọng ảnh hưởng trực tiếp tới lưu lượng sinh cát Vận tốc dòng khai thác gia tăng làm gia tăng lực ma sát dẫn đến lượng cát đi vào giếng cũng tăng theo làm phá hủy mối liên kết giữa các hạt và làm tăng gradient áp suất cục bộ Vì vậy lưu lượng cát gia tăng sẽ tỷ lệ thuận với sự tăng lưu lượng khai thác
Ngoài ra sự gia tăng lưu lượng khai thác sẽ làm áp suất đáy giếng suy giảm nhanh hơn, nếu không có cơ chế bổ sung nhằm duy trì áp suất vỉa sẽ dẫn tới việc làm năng sinh cát và lượng cát xâm nhập giếng khai thác tăng theo Như vậy, cần phải khống chế lưu lượng khai thác, chỉ khai thác ở mức độ cho phép
Sự xâm nhập của nước:
Hầu hết, đất đá thành hệ đều có tính dính ướt cao cho nên sự xâm nhập của nước (water cut) có khuynh hướng làm mất ổn định thành hệ làm tăng khả năng sinh cát
Sự ảnh hưởng của nước đến việc sinh cát trong quá trình khai thác gồm 4 điểm:
- Làm giảm lực mao dẫn do đó làm giảm lực liên kết giữa các hạt
- Làm suy yếu xi măng liên kết do tác dụng hòa tan
- Thay đổi độ thấm dẫn đến việc làm tăng độ giảm áp quanh các hạt
- Làm tăng khả năng di chuyển của các hạt cát
Những đất đá có tính dính ướt khi có sự thay đổi độ bão hòa nước có thể dẫn đến sự mất ổn định liên kết giữa các hạt Sự tác động hóa học của nước với các vật liệu gắn kết giữa các hạt và sự thay đổi lực mao dẫn sẽ làm thay đổi độ bền cố kết của thành hệ
Mật độ và hình dạng lỗ mở vỉa:
Tính chất cơ học của thành hệ
2.2.1 Lý thuyết về tính chất cơ học của đất đá
2.2.1.1 Ứng suất Ứng suất là một đại lượng cho biết mức độ của lực tác dụng lên một đơn vị diện tích hoặc nội lực của một vật sinh ra để chống lại các ngoại lực tác dụng vào vật đó Ứng suất được xác định bởi công thức dưới đây:
𝐴 ; đơn vị psi hoặc Pa (2.1)
Trong đó: F: độ lớn của lực tác dụng (N)
A: diện tích vùng chịu lực (m 2 )
Khi nghiên cứu một khối đơn vị vật chất ở trạng thái cân bằng người ta đã chia véctơ ứng suất ra thành hai thành phần vuông góc với nhau Ứng suất vuông góc với mặt mặt phẳng tác dụng lực là ứng suất pháp tuyến σ (normal stress) là kết quả của sự gia tăng lực kéo (tensile) hoặc nén (compressive), ứng suất còn lại là ứng suất tiếp tuyến τ (shear stress) có phương song song với mặt phẳng chịu tác dụng
Hình 2.5 Thành phần ứng suất trên một đơn vị vật chất Như vậy trong điều kiện cân bằng sẽ tồn tại chín thành phần ứng suất trong một đơn vị vật chất hình lập phương bao gồm ba ứng suất pháp tuyến σx, σy, σz và sáu ứng suất tiếp tuyến τxy, τxz, τyx,τyz, τzx, τzy được biểu diễn trên hình 2.6 Trong đó sẽ có hai thành phần ứng suất tiếp tuyến triệt tiêu nhau do cùng phương nhưng ngược chiều
Khi chuyển các thành phần ứng suất vào hệ tọa độ vuông góc, ta thấy rằng nơi nào ứng suất bao gồm cả ba thành phần pháp tuyến thì nơi đó các ứng suất tiếp tiếp cũng như ứng suất cắt sẽ không tồn tại Ba ứng suất pháp tuyến này được gọi là các ứng suất chính (principal stresses), chúng tác dụng vuông góc với mặt phẳng tác dụng và không có thành phần ứng suất cắt nào tồn tại ở đó (mặt chính), các ứng suất chính này song song với các trục toạ độ của hệ toạ độ vuông góc
Hình 2.6 Các thành phần ứng suất trên một đơn vị hình lập phương [10] Trong thực tế, tùy theo lực tác dụng và dạng vật thể mà trên phân tố chính có đủ cả 3, 2 hoặc 1 ứng suất chính Dựa vào sự có mặt của ứng suất chính ta phân ra:
- Trạng thái ứng suất khối: khi cả 3 ứng suất chính đều khác 0 Ðó là trạng thái ứng suất chính của những điểm thuộc vùng tiếp xúc giữa hai vật thể đàn hồi
- Trạng thái ứng suất đơn: khi chỉ có một ứng suất chính khác 0 Ðó là trường hợp thanh chịu kéo nén đúng tâm hay uốn thuần túy thẳng
- Trạng thái ứng suất phẳng: khi có hai ứng suất chính khác không
Có hai dạng biến dạng là biến dạng dài do ứng suất pháp tuyến gây ra và biến dạng góc (trượt) do ứng suất tiếp tuyến gây ra
(b)Biến dạng góc (trượt) Hình 2.7 Hai loại biến dạng Khi đá chịu lực tác động từ bên ngoài gây biến đổi hình dạng Mức độ biến đổi này ít hay nhiều phụ thuộc vào cả lực tác động lẫn bản chất của đất đá Nếu như lực tác động không đủ lớn thì sau khi lực ngừng tác dụng, nội lực (ứng suất) của đá tạo nên do tương tác của các phân tử sẽ đưa vật trở lại hình dạng ban đầu và ngược lại nếu lực này đủ lớn thì sẽ khiến đá không thể trở lại hình dạng ban đầu.
2.2.1.3 Mô đun đàn hồi Young E Đại diện cho khả năng chống lại sự phá hủy từ bên ngoài của đá chúng ta có nhiều giá trị nhưng thường thấy và hay sử dụng nhất đó là mô đun đàn hồi Young, hệ số Poisson
Mô đun đàn hồi Young E là đại lượng đặc trưng cho khả năng cố kết của đá chống chịu được ứng suất tác dụng Mô đun Young chỉ được xác định trong vùng vật thế bị biến dạng có thể phục hồi như đã nói ở trên (còn gọi là biến dạng đàn hồi) Công thức (2.2) là cách để xác định giá trị của mô đun Young
Trong đó: E: Mô đun đàn hồi Young σ: Ứng suất tác dụng
: độ biến dạng của vật khi chịu tác dụng
Hệ số Poisson được đặt tên theo tên nhà vật lí Siméon-Denis Poisson là tỉ số giữa độ biến dạng hông (độ co, biến dạng co) tương đối và biến dạng dọc trục tương đối (biến dạng theo phương tác dụng của lực) Đây là một trong những thông số quan trọng khi nghiên cứu tính chất cơ học của thành hệ Hệ số này tăng khi áp suất lỗ rỗng tăng và cường độ kháng nén, kháng kéo, khối lượng riêng, hàm lượng thạch anh giảm Giá trị của hệ số Poisson không có nhiều sự khác biệt giữa các loại đá khác nhau
Hình 2.8 Mẫu hình chữ nhật chịu nén với hệ số Poisson khoảng 0.5
Bảng 2.2 Hệ số Poisson của một số thành hệ [8]
STT Loại thành hệ Tỷ trọng (kg/m 3 ) Hệ số Poisson
5 Đá phấn có độ rỗng cao 1.4 – 1.7 0.35 – 0.5
6 Đá phấn có độ rỗng thấp 1.7 - 2 0.3 – 0.5
2.2.1.5 Ứng suất hiệu dụng (Effective Stress) và hệ số Biot Ứng suất hiệu dụng là một ứng suất rất quan trọng liên quan đến sự phá huỷ các vật liệu nên nó ảnh hưởng lớn đến sự ổn định của thành hệ Trong đất đá có các lỗ rỗng, các lỗ rỗng này chứa các chất lưu và chính áp suất chất lưu có trong lỗ rỗng đã góp một tỷ lệ nhất định vào ứng suất tổng tác dụng lên đá Điều này có nghĩa là ứng suất hiệu dụng tác động lên đá có giá trị nhỏ hơn ứng suất tổng
Do đó ứng suất tổng ở đây có thể hiểu là ứng suất lớp phủ (overburnden stress) như mô phỏng thông qua hình 2.9 Ứng suất hiệu dụng không thể đo được một cách trực tiếp mà được tính bằng công thức dưới đây:
Hình 2.9 Ứng suất hiệu dụng trong đá [10]
Một cách thể hiện ứng suất hiệu dụng thông qua hệ số tỷ lệ liên quan tới áp suất lỗ rỗng (hệ số Biot) như sau:
Hệ số Biot được định nghĩa là tỷ số giữa mô đun khối của đá và mô đun khối của các hạt rắn trong đá
Trong đó: α: hệ số biot
E: suất đàn hồi (Modulus of Elasticity), v: hệ số Poisson, i: interpore material
Kb: mô đun khối của đá : mô đun khối của các khoáng vật trong đá Đối với những đá chắt sít gần như không có các lỗ rỗng liên thông với nhau thì giá trị α ≈ 0 khi đó áp suất lỗ rỗng sẽ không có ảnh hưởng gì tới đá Ngược lại nếu như đá có độ rỗng cao, thành hệ bở rời (chẳng hạn như cát không cố kết) giá trị α ≈ 1 và áp suất lỗ rỗng sẽ ảnh hưởng mạnh mẽ tới đá Vậy nên giá trị của hệ số Biot sẽ nằm trong khoảng 0 ≤ α ≤ 1 [11] Detournay và Cheng (1993) đưa ra bảng các giá trị Biot của đá cát kết tại một số bang ở Mỹ và một vài loại đá khác
Bảng 2.3: Giá trị của Biot theo nghiên cứu của Detournay và Cheng (1993) [12]
Loại đá Độ rỗng (%) Độ thấm (mD) Hệ số Biot
Cát kết ở Boise 26 800 0.85 Đá hoa ở Tennessee 0.02 0.0001 0.19
Than đá granite 0.02 0.0001 0.27 Đá granite ở miền Tây 0.01 0.0004 0.47
2.2.2 Hiện tượng hư hỏng đất đá
Khi khoan một giếng khoan, các thành phần ứng suất xung quanh hay gần thành giếng bị biến đổi nên hiện tượng phá hủy đất đá sẽ xảy ra Vì thế chúng ta cần phải dự đoán được khả năng hư hỏng thành hệ Cơ học phá hủy thành hệ bao gồm các trạng thái hư hỏng: cắt, kéo, nén chặt Trong đó hai hư hỏng chính và chủ yếu trong sinh cát là hư hỏng cắt và hư hỏng kéo
- Hư hỏng cắt (Shear Failure): độ chênh áp giữa áp suất đáy giếng và áp suất vỉa tạo nên ứng suất cắt lớn hơn độ bền cắt của thành hệ
- Hư hỏng kéo (Tensile Failure): lực kéo do dòng chảy từ vỉa vào giếng tạo nên thắng được độ bền kéo đất đá của thành hệ
THIẾT LẬP MÔ HÌNH TÍNH TOÁN VÀ ÁP DỤNG XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐÁNH GIÁ TÍCH HỢP KHẢ NĂNG SINH CÁT
Giới thiệu các phương pháp đánh giá khả năng sinh cát
Một cách tổng quát, người ta có thể phân các phương pháp đánh giá sinh cát thành 3 nhóm lớn gồm: mô hình số (Numerical Model), mô hình thực nghiệm (Empirical Model) và mô hình giải tích (Analytical Model)
3.1.1 Mô hình số (Numerical Model)
Mô hình số có thể đáp ứng được một số điều kiện phức tạp như điều kiện biên, đặc tính của vật liệu, đặc trưng hình học và tùy biến về thời gian Một trong những điều kiện mà mô hình số hóa không được sử dụng thường xuyên là việc đòi hỏi phải nhập các số liệu đo đạc và mô hình có quá nhiều biến số Một trong những trở ngại chính là việc xây dựng mối tương quan giữa ứng suất và biến dạng để nói lên sự tác động cơ học của vỉa nghiên cứu Việc sử dụng mô hình số hóa đòi hỏi mất nhiều thời gian và công sức [3]
3.1.2 Mô hình thực nghiệm (Empirical Model)
Mô hình thực nghiệm đòi hỏi việc lấy mẫu thường xuyên, liên tục và các thí nghiệm được tiến hành với số lượng lớn để lấy các thông số cần thiết cho quá trình tính toán Việc lấy mẫu thường xuyên sẽ phát sinh chi phí và rủi ro rất lớn trong quá trình khoan cũng như chậm đưa ra được kết quả dự báo Mô hình thực nghiệm dựa vào một số các yếu tố sau: quy tắc đánh giá khả năng sinh cát (rule of thumbs); tiêu chuẩn đánh giá sinh cát (criterion for sand prediction); và tỷ lệ thí nghiệm [3]
3.1.3 Mô hình giải tích (Analytical Model)
Mô hình giải tích được xây dựng dựa trên các mô hình và tiêu chuẩn bền Các mô hình này dựa trên kết quả tính toán áp suất suy giảm tới hạn từ đó tìm ra giới hạn của áp suất suy giảm tới hạn (Critical Drawdown Pressure) mà có thể phá vỡ cấu trúc vật liệu vỉa gây ra hiện tượng cát xâm nhập giếng
Do cần đáp ứng nhanh và hạn chế chi phí cho việc lấy mẫu nên mô hình giải tích được áp dụng khá rộng rãi và đó cũng là lý do tác giả chọn mô hình này để tính toán và đánh giá phân tích khả năng sinh cát.
Phương pháp đánh giá khả năng sinh cát
Tập đoàn dầu khí BP cũng xây dựng và phát triển phương pháp đánh giá khả năng sinh cát dựa trên mô hình giải tích Theo phương pháp này quá trình sinh cát được chia thành ba giai đoạn cụ thể như sau [14]
(1) Giai đoạn bắt đầu sinh cát “Onset”
(2) Giai đoạn gia tăng đột biến lượng cát xâm nhập giếng “Transient Sanding” (3) Giai đoạn cát xâm nhập với lưu lượng ổn định “Steady – State Sanding”
Hình 3.1 Ba giai đoạn sinh cát trong phương pháp đánh giá của BP [14] Phương pháp đánh giá khả năng sinh cát này dựa trên việc tính toán mô hình ứng suất đất đá xung quanh kênh bắn mở vỉa hoặc thân giếng Những thông tin cần thiết cho việc áp dụng mô hình này như sau:
- Đánh giá hư hỏng xung quanh kênh bắn mở vỉa hoặc thân giếng
- Các số liệu cần thiết cho việc tính toán như kết quả thử nghiệm mẫu lõi thành dày (TWC) từ phòng thí nghiệm và dự báo độ bền nén đơn trục UCS từ kết quả đo đạc giếng (log) như đo gamma ray, density và dipole sonic
- Hiện tượng sinh cát xảy ra khi giá trị ứng suất vòng hiệu dụng lớn tại thành
Thiết lập mô hình tính toán
3.3.1 Xây dựng đồ thị Log UCS-TWC dọc độ sâu tập Để xác định được biểu đồ log này, ta cần chú ý đến giá trị thời gian lan truyền súng nộn Dt (Compressional Wave Transit Time đơn vị às/ft) Khi thăm dũ, cỏc bộ phát sóng trên tàu thăm dò sẽ truyền các tia sóng xuống dưới biển, gặp thành hệ và phản hồi về tàu Ứng với mỗi thành hệ cũng như mỗi tập khác nhau thì giá trị thu về sẽ khác nhau, thông qua minh giải sẽ được một giá trị là Dt, từ đó xác định được lần lượt giá trị UCS và TWC Theo Dt -McNally công thức tính UCS như sau:
TWC: giá trị được xác định trong phòng thí nghiệm Thực tế, giá trị này có quan hệ với giá trị độ bền trong thí nghiệm nén một trục UCS, do đó biết được giá trị UCS ta có thể dễ dàng suy ra được TWC như công thức (3.2) Tuy nhiên mỗi phương trình chỉ áp dụng cho mỗi vỉa, và cần phải có số liệu thí nghiệm TWC để hiệu chỉnh các hệ số a, b Đối với thành hệ mà chúng ta đang xét, giá trị a, b có được từ thực nghiệm lần lượt là: a = 80.8765 và b = 0.58 [2]
Ngoài việc xác định TWC theo UCS, ta còn có thể xác định TWC thông qua modul nén động lực M tuy nhiên cách xác định này chỉ được áp dụng cho vỉa khí cát kết yếu vùng Nam Á [15]
Trong đó: 𝜌 𝑏𝑐 : khối lượng riêng của thành hệ thu từ log mật độ (g/cm 3 )
Dtc: độ chậm của súng siờu õm (às/ft)
M: modul nén động lực (psi)
3.3.2 Các thí nghiệm xác định giá trị UCS và TWC
3.3.2.1 Thí nghiệm độ bền nén đơn trục UCS
Các thí nghiệm UCS được thực hiện bằng cách sử dụng máy nén tự động Mẫu sẽ được đặt ở giữa 2 trục lăn bằng thép cứng để tải trọng có thể truyền động đều lên mẫu
Hình 3.2 Sơ đồ mẫu của thí nghiệm UCS [9]
Tải trọng dọc trục được cài đặt bằng một máy thủy lực tự động với lưu lượng không đổi để tạo ra sự phá hủy trong khoảng 15-20 phút
Tải trọng dọc trục lớn nhất tại điểm bắt đầu phá hủy được ghi lại và ứng suất UCS được xác định bởi công thức:
Trong đó: L: tải trọng bắt đầu phá hủy (N)
A: diện tích mặt cắt mẫu (m 2 )
Hệ số hiệu chỉnh được áp dụng vào cho các hiệu ứng biên nếu mẫu có tỷ lệ L:D dưới tiêu chuẩn ISRM 2:1
Trong đó: Lp: chiều dài mẫu (mm)
3.3.2.2 Thí nghiệm mẫu trục thành dày TWC
Mẫu được lấy lõi để làm thành một mẫu rỗng với tỷ lệ OD:ID thông thường là 3:1 Mẫu lõi được cho vào một buồng Hoek (hình 3.4) và ứng suất hướng tâm và ứng suất dọc trục được tăng dần đều và bằng nhau cho đến khi sự phá hủy xảy ra hoàn toàn Độ tăng áp không quá 200psi/phút và mẫu lỗ khoan được giữ đầy đủ dầu hoặc các kerogen trong suốt thí nghiệm Áp suất lỗ rỗng được giữ không đổi tại áp suất quy định (50 psi) và sử dụng bơm tự động
Hình 3.3 Mẫu thí nghiệm TWC điển hình [9] Độ bền TWC có quan hệ với ứng suất bắt đầu gây phá hủy thành bên trong (TWC Internal), được định nghĩa là sự tăng thể tích chất lưu bơm vào trong suốt quá trình chịu tải liên tục; và áp suất gây ra sự phá hủy bên ngoài thành (TWC External) khi mẫu bị phá hủy hoàn toàn Áp suất phá hủy bên trong thành mẫu thường tương ứng với điểm bắt đầu xảy ra hiện tượng sinh cát Điểm phá hủy hoàn toàn bên ngoài thành mẫu (áp suất bóp méo) tương ứng với điểm phá hủy các lỗ bắn mở vỉa, gây xuất hiện hiện tượng sinh cát liên tục
Hình 3.4 Thiết bị thí nghiệm TWC [9]
3.3.3 Mô hình tính toán áp suất sinh cát
Mô hình địa cơ của đất đá xung quanh giếng khoan thường được xây dựng qua các bước cơ bản là thu thập, phân tích dữ liệu, thông tin của giếng; xác định các thông số của mô hình địa cơ Các thông số cơ bản của mô hình địa cơ bao gồm: cường độ và hướng của các ứng suất chính tại chỗ (in-situ stress), áp suất lỗ rỗng vỉa và thuộc tính của đất đá như hệ số modul đàn hồi Young, hệ số Poisson, độ bền của đất đá
Hình 3.5 Giếng khoan thẳng đứng hình trụ với các ứng suất xung quanh [6]
Trạng thái ứng suất sinh ra xung quanh lỗ khoan bán kính R trong mô hình địa cơ có các ứng suất tại chỗ (SHmax, Shmin, Sv) với độ chênh áp ∆P giữa áp suất giếng Pwf và áp suất lỗ rỗng vỉa Pp được biểu diễn qua các công thức sau:
Trong đó: 𝜏 𝑟𝜃 : ứng suất cắt tiếp tuyến
𝑟: bán kính ảnh hưởng tính từ tâm giếng khoan
∆𝑃: độ chênh áp của chất lưu trong giếng Pwf và áp suất lỗ rỗng
Pp xung quanh thành hệ Ứng suất tập trung xung quanh giếng khoan thẳng đứng hình trụ được minh họa qua hình 3.6, nhóm các quỹ đạo ứng suất được phân bố theo phương vị của Shmin chỉ ra là ứng suất nén được phóng đại một cách bền vững Trái lại, các quỹ đạo ứng suất được kéo dài mở rộng ra là giảm trong biến dạng nén
Hình 3.6 Ứng suất tập trung xung quanh thành giếng khoan [11]
𝜏 𝑟𝜃 = 0 (3.13) Ứng suất dọc trục tại thành giếng khoan sẽ là:
Do vậy, ba ứng suất chính cục bộ tại thành giếng khoan sẽ là:
Trong đó: Pw: áp suất chất lưu (bùn khoan)
𝜃: góc quanh thành giếng khoan được đo từ hướng SHmax Ứng suất vòng xung quanh thành giếng đạt cực đại tại điểm M và N (𝜃 0 ) Biến dạng nén xảy ra tại đây là do ứng suất tập trung xung quanh thành giếng vượt quá độ bền cắt của đất đá Ứng suất vòng xung quanh thành giếng đạt cực tiểu tại điểm B và A (𝜃=0 0 ) Biến dạng kéo xảy ra tại đây là do ứng suất tập trung xung quanh thành giếng nhỏ hơn độ bền kéo của đất đá
Các ứng suất vòng tại bề mặt lỗ khoan trong môi trường đàn rỗng sẽ biến thiên từ St1 đến St2:
Trong đó: A: hệ số đàn rỗng
𝜗: hệ số Poisson α: hệ số Biot E: mô đun đàn hổi Young
Kb: mô đun khối của đá
Kg: mô đun khối của các khoáng vật trong đá Các giá trị ứng suất St1 và St2 được biểu diễn như hình 3.7
Hình 3.7 Ứng suất vòng tại thành giếng khoan [16]
Hư hỏng xảy ra khi ứng suất vòng hiệu dụng lớn nhất tại vị trí đang xét của thành hệ lớn hơn hoặc bằng độ bền hiệu dụng U của đá thành hệ, như vậy ta có quan hệ:
𝜎 𝜃𝜃,𝑚𝑎𝑥 − 𝑃 𝑤𝑓 = 𝑆 𝑡2 − 𝑃 𝑤𝑓 ≥ 𝑈 (3.22) Vậy kết hợp với phương trình 3.19, để vỉa không sinh cát ta có mối quan hệ sau:
Vậy áp suất đáy giếng nhỏ nhất (tới hạn, CBHFP) để đá không bị phá hủy nén và sinh cát là khi dấu bằng trong biểu thức trên xảy ra [16]
2 − 𝐴 (3.24) Độ sụt áp tới hạn CDP (Critical Drawdown Pressure) là độ giảm áp giữa vỉa và đáy giếng tối đa có thể tiến hành khai thác mà không gây nên hiện tượng sinh cát CDP = P0 – CBHFP
Khi dấu bằng xảy ra ta có được độ sụt áp tới hạn:
Khi CDP = 0, ta suy được áp suất vỉa tới hạn CRP (Critical Reservoir Pressure) được tính theo công thức 3.22 sẽ là:
2 (3.27) Độ bền nén hiệu dụng của thành hệ U, được xác định dựa vào thí nghiệm mẫu trục thành dày (TWC) với công thức [16]
Trong đó bf là hệ số để U nằm trong khoảng từ 3 – 3.8 lần TWC vì sai lệch mẫu lõi với vỉa, giá trị bf phải dựa vào thì nghiệm để hiệu chỉnh, tuy nhiên thường thì bf có giá trị bf = 2 đối với giếng có ống chống và bắn mở vỉa, bf = 1.6 đối với giếng thân trần Giếng X là giếng có ống chống và bắn mở vỉa nên ta sẽ chọn giá trị bf = 2
Hình 3.8 Biểu đồ sinh cát tại độ sâu cho trước
Qua biểu đồ hình 3.8 thể hiện mối quan hệ giữa áp suất vỉa và áp suất dòng chảy đáy giếng tới hạn, từ đó cho ta biết khi nào giếng rơi vào trạng thái có nguy cơ sinh cát
Xây dựng chương trình đánh giá tích hợp khả năng sinh cát được lập trình bằng ngôn ngữ Matlab
Hiện này trên thế giới chương trình SANDPIT 3D (Sand Failure Perforation Integrity Tool) đang được hầu hết các công ty dầu khí sử dụng để đánh giá khả năng sinh cát Chương trình này sẽ mô phỏng và phân tích khả năng phá hủy thành hệ với khả năng dự báo thời gian và vị trí mà thành hệ bị phá hủy dẫn đến việc sinh cát một cách chính xác Với hiệu quả cao như vậy nên đây là một chương trình thương mại có giá thành rất cao, vì vậy tác giả đưa ra đề xuất xây dựng chương trình đánh giá tích hợp khả năng sinh cát bằng ngôn ngữ lập trình Matlab sử dụng những thông số cơ học của vỉa chứa có sẵn để tính toán và đưa ra đánh giá dự báo về khả năng sinh cát
3.4.1 Lưu đồ tính toán của chương trình
Chương trình sẽ hoạt động dựa trên việc sử dụng những số liệu đầu vào, áp dụng những công thức trong mô hình tính toán bằng ngôn ngữ Matlab để đưa ra được biểu đồ đánh giá sinh cát với các đường biểu diễn giá trị áp suất vỉa và áp suất suy giảm tới hạn dọc theo độ sâu giếng, và biểu đồ vùng khai thác an toàn tại một độ sâu muốn nghiên cứu cụ thể Lưu đồ hoạt động trên hình 3.9 sẽ làm rõ được cách thức vận hành của chương trình
Hình 3.9 Lưu đồ tính toán của chương trình Matlab Kết quả cuối cùng của chương trình đánh giá tích hợp được thể hiện rõ qua hai biểu đồ chính:
- Biểu đồ đánh giá khả năng sinh cát dọc theo độ sâu giếng: biểu đồ này sẽ thấy được khái quát những vị trí nào có khả năng sẽ sinh cát tại thời điểm ban đầu của vỉa
- Biểu đồ đánh giá khả năng sinh cát tại một độ sâu quan tâm: sau khi xác định được vị trí có khả năng sinh cát, biểu đồ sẽ giúp đánh giá vùng khai thác an toàn tại một độ sâu muốn nghiên cứu dựa trên việc tính toán các giá trị CDP, CRD, CBHFP và vẽ biểu đồ
3.4.2 Các thông số đầu vào của chương trình Để chương trình có thể vận hành, tính toán và đưa ra được các biểu đồ đánh giá khả năng sinh cát cần có các thông số được trình bày trong bảng 3.1
Bảng 3.1: Thông số đầu vào cho chương trình đánh giá tích hợp khả năng sinh cát
STT Thông số Ký hiệu Đơn vị
1 Độ sâu thẳng đứng TVD m
2 Ứng suất ngang nhỏ nhất h ppg
3 Ứng suất ngang lớn nhất H ppg
4 Độ bền nén đơn trục UCS psi
5 Áp suất lỗ rỗng Pp ppg
Những số liệu này sẽ được đưa vào trong bảng tính Excel theo định dạng quy định của chương trình, với các hàng và cột được sắp xếp theo thứ tự trên hình 3.10
3.4.3 Giao diện chính và tính năng của chương trình
Sau khi khởi động và nhập dữ liệu đầu vào từ file Excel chương trình sẽ có giao diện như sau:
Hình 3.11 Giao diện chính của chương trình
Hình 3.12 Nhập giá trị a và b tương ứng với vỉa nghiên cứu
Sau khi hoàn tất việc nhập liệu, chương trình sẽ xử lý, tính toán và cho ra kết qua là biểu đồ như hình 3.13
Hình 3.13 Biểu đồ đánh giá khả năng sinh cát dọc theo chiều sâu giếng
Hình 3.14 Tính năng vẽ biểu đồ vùng khai thác an toàn tại một độ sâu quan tâm Với tính năng đánh giá tích hợp khả năng sinh cát của chương trình, sau khi xác định được những vị trí có khả năng sinh cát dọc theo chiều sâu của giếng, người dùng có thể lựa chọn một độ sâu mà mình quan tâm (hình 3.14), nếu tại vị trí này có khả năng sinh cát chương trình sẽ đưa ra kết quả là biểu đồ đánh giá vùng khai thác an toàn tại chính độ sâu đó (hình 3.15)
Hình 3.15 Biểu đồ vùng khai thác an toàn tại độ sâu quan tâm
Hình 3.16 Tính năng lựa chọn khoảng độ sâu muốn nghiên cứu Đối với những giếng có độ sâu lớn, do số liệu quá nhiều có thể dẫn tới khó quan sát trên biểu đồ sinh cát, chương trình còn có chức năng chọn khoảng độ sâu muốn nghiên cứu (Select Depth Range) giúp người dùng dễ dàng theo dõi tập trung vào khu vực đó hơn
Sau một thời gian đưa giếng vào vận hành khai thác, nhiều thông số ban đầu sẽ thay đổi có thể nói đến là Po, UCS Những thay đổi đó sẽ làm sai lệch biểu đồ sinh cát ban đầu Chương trình này cũng có chức năng cho phép khảo sát sự ảnh hưởng của những thông số đó tới biểu đồ sinh cát, so sánh giá trị cũ và mới, so sánh với đường áp suất suy giảm từ vỉa vào giếng (Drawdown) Ngoài ra tác giả còn khảo sát thêm ảnh hưởng của hệ số Biot và Poisson tới giá trị CDP khi chúng thay đổi Việc thay đổi này có thể thực hiện tất cả các thông số cùng một lúc hoặc từng thông số riêng biệt Hình 3.17, 3.18 là kết quả của chức năng này
Hình 3.18 Biểu đồ so sánh vùng khai thác an toàn trước vào sau khi thay đổi thông số đầu vào.
ĐÁNH GIÁ TÍCH HỢP KHẢ NĂNG SINH CÁT CHO GIẾNG X56 4.1 Đặc điểm giếng khoan X
Dữ liệu đầu vào của giếng X và chuẩn bị số liệu
Dữ liệu thu thập được từ giếng X, mỏ Sư Tử Nâu bao gồm các thông số trong bảng 4.2
Bảng 4.2 Các thông số đầu vào của giếng X
STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Ghi chú
1 Độ sâu thẳng đứng TVD m Giá trị dọc theo độ sâu giếng
2 Ứng suất ngang nhỏ nhất h ppg Giá trị dọc theo độ sâu giếng
3 Ứng suất ngang lớn nhất H ppg Giá trị dọc theo độ sâu giếng
4 Độ bền nén đơn trục UCS psi Giá trị dọc theo độ sâu giếng
5 Áp suất lỗ rỗng Pp ppg Giá trị dọc theo độ sâu giếng
6 Hệ số Poisson không Giá trị dọc theo độ sâu giếng
7 Hệ số Biot không Giá trị dọc theo độ sâu giếng
8 Hệ số a, b để tính TWC a, b không 1 giá trị
9 Hệ số b để tính U b không 1 giá trị
Trong đó: a = 80.8765, b = 0.58, bf = 2 (do đây là giếng có chống ống và bắn mở vỉa)
Ngoài các hệ số a, b và bf những thông số còn lại được đưa vào trong bảng Excel theo định dạng quy định của chương trình Những số liệu mà tác giả thu thập được nằm trong khoảng độ sâu từ 1587-3122mTVD Do lượng số liệu quá nhiều nên tác giả chỉ giới thiệu một phần số liệu ở bảng 4.3
Bảng 4.3 Dữ liệu đầu vào dọc theo chiều sâu giếng X của chương trình
TVD Pore Pressure Sv in Sh in UCS Poisson Biot SH meter ppg ppg ppg psi ppg
Đánh giá tích hợp khả năng sinh cát cho giếng X
4.3.1 Đánh giá tích hợp khả năng sinh cát tại thời điểm ban đầu
Sau khi nhập dữ liệu từ file Excel vào, chương trình tính toán những giá trị áp suất suy giảm tới hạn (CDP) tương ứng với từng độ sâu ta sẽ thu được kết quả là biểu đồ thể hiện mối tương quan giữa áp suất suy giảm tới hạn và áp suất vỉa dọc theo độ sâu giếng Từ biểu đồ này ta có thể đưa ra được đánh giá những vùng nào có khả năng sinh cát
Hình 4.2 Biểu đồ đánh giá khả năng sinh cát dọc theo chiều sâu giếng X
Hình 4.2 là biểu đồ mối tương quan giữa áp suất suy giảm tới hạn và áp suất vỉa ban đầu dọc theo độ sâu giếng Do áp suất suy giảm từ vỉa vào giếng không thể nào lớn hơn giá trị áp suất ban đầu của vỉa nên những vùng có giá trị áp suất suy giảm tới hạn lớn hơn áp suất vỉa là những vùng chắc chắn không có khả năng sinh cát
Ngược tại, tại những vùng có áp suất suy giảm tới hạn nhỏ hơn áp suất vỉa, khi đó sẽ có hai khả năng xảy ra Trường hợp thứ nhất khi khi áp suất suy giảm từ vỉa vào giếng nhỏ hơn áp suất suy giảm tới hạn thì tại vị trí đó hiện tượng sinh cát vẫn chưa xảy ra do áp suất giếng lúc này vẫn cao hơn áp suất đáy giếng tới hạn Trường hợp thứ hai khi áp suất suy giảm từ vỉa vào giếng lớn hơn áp suất suy giảm tới hạn thì ta hoàn toàn có thể kết luận tại vị trí đó sẽ sinh cát
Qua đây ta có thể thấy được rằng chế độ vận hành giếng sẽ quyết định tới hiện tượng sinh cát có xảy ra hay không Nếu duy trì được độ giảm áp từ vỉa vào giếng luôn nhỏ hơn áp suất suy giảm tới hạn thì dù cho áp suất suy giảm tới hạn có nhỏ áp suất của vỉa thì hiện tượng sinh cát vẫn không xảy ra
Nhìn khái quát qua biểu đồ trên hình 4.2 ta có thể thấy ở độ sâu 1600- 2400mTVD và 2750mTVD tới cuối giếng giá trị suy giảm áp suất tới hạn có giá trị cao hơn nhiều so với giá trị áp suất ban đầu, có những vùng có giá trị cao gấp 4 lần giá trị áp suất vỉa Tác giả kết luận đây là những khu vực an toàn, không có khả năng sinh cát Còn trong khoảng độ sâu từ 2400-2750mTVD giá trị áp suất suy giảm tới hạn khá gần với áp suất vỉa, thậm chí có những điểm tại đó áp suất vỉa lớn hơn áp suất suy giảm tới hạn (tuy nhiên ở độ sâu 2400-2500mTVD chủ yếu là tập sét giá trị tính toán tại vị trí này sẽ không chính xác và chỉ có giá trị tham khảo) Để có được cái nhìn rõ hơn tác giả đã chọn vị trí này để tiếp tục đánh giá tích hợp khả năng sinh cát ở áp suất ban đầu của vỉa cũng như trong quá trình khai thác.
Quan sát trên biểu đồ hình 4.3 tác giả nhận thấy có hai khoảng độ sâu đáng chú ý là khoảng độ sâu 2555-2565mTVD tạm gọi là tập X1 và độ sâu 2710- 2715mTVD tạm gọi là tập X2
Tại tập X1 có thể thấy rõ ràng giá trị CDP nhỏ hơn Po nhiều vậy nên ta có thể kết luận tại tập này có khả năng sinh cát cao Để tiếp tục đánh giá khả năng sinh cát của tập này, tác giả chọn độ sâu 2559.2mTVD vị trí có giá trị CDP nhỏ nhất đại diện cho tập X1 để đánh giá vùng khai thác an toàn tại tập này Sau khi chương trình xử lý tác giả thu được kết quả được miêu tả trên hình 4.4.
Hình 4.3 Biểu đồ đánh giá khả năng sinh cát tại độ sâu 2400-2750mTVD
Hình 4.4 Biểu đồ vùng khai thác an toàn tại độ sâu 2559.2mTVD
Thông qua biểu đồ hình trên hình 4.4 tại độ sâu khảo sát tác giả thu được các giá trị tới hạn của vỉa như bảng 4.4 Nếu giếng được vận hành và duy trì nằm trong vùng an toàn thì hiện tượng sinh cát sẽ không xảy ra
Bảng 4.4 Các thông số tới hạn tại độ sâu 2559.2mTVD
STT Thông số Giá trị Đơn vị
3 CBHFP 2101 psi Đối với tập X2 do giá trị CDP tại tập này cao hơn giá Po có nghĩa là tập này không có khả năng sinh cát, vì vậy như đã giới thiệu ở trên chương trình sẽ không xây dựng biểu đồ vùng khai thác an toàn tại một độ sâu tại tập này Tuy nhiên với việc giá trị CDP tại tập này gần bằng Po tác giả tin rằng trong tương lai tại đây cũng sẽ có khả năng sinh cát Tác giả sẽ tiếp tục theo dõi tập này ở những phần tiếp theo của luận văn
4.3.2 Đánh giá ảnh hưởng của sự suy giảm áp suất vỉa
Sau khi đưa giếng vào vận hành khai thác, áp suất vỉa bị suy giảm là điều không thể tránh khỏi vì vậy khi xây dựng chương trình tác giả đã đưa vào tính năng giả định sự suy giảm áp suất vỉa để đánh giá sự thay đổi CDP hay nói cách khác là khả năng sinh cát của giếng X sau khi áp suất vỉa bị suy giảm
Vào năm 2015, Cửu Long JOC (CLJOC) cũng đã tiến hành nghiên cứu đánh giá khả năng sinh cát tại giếng khoan này, tuy nhiên việc nghiên cứu chỉ tập trung vào tập E ở khoảng độ sâu 2720-2900mMD (tương ứng với 2543-2710mTVD)
Hình 4.5 Biểu đồ đánh giá khả năng sinh cát của tập E giếng X của CLJOC [2] Trong nghiên cứu này áp suất của vỉa được giả thiết duy trì ở mức 4940psi dọc theo chiều sâu của tập và giếng hoạt động ở mức duy trì áp suất suy giảm từ vỉa vào giếng là 500psi Đường màu xanh là giá trị áp suất suy giảm tới hạn ở điều kiện áp suất ban đầu của vỉa Đường màu đỏ là giá trị áp suất suy giảm tới hạn ở điều kiện áp suất của vỉa đã bị giảm đi 4500psi xuống còn 440psi Có thể thấy rằng ở điều kiện áp suất ban đầu của vỉa biểu đồ đánh giá khả năng sinh cát bằng phần mềm của tác giả và biểu đồ của CLJOC khá là tương đồng khi cùng chỉ ra vị trí có khả năng sinh cát tại độ sâu 2555-2565mTVD trên hình 4.3 tương đương 2735-2745mMD trên hình 4.5 tuy nhiên CLJOC có thể kết luận tại độ sâu này không có khả năng sinh cát vì giá trị suy giảm áp suất tới hạn vẫn lớn hơn giá trị suy giảm áp suất từ vỉa vào giếng (đường nét đứt màu đen)
Việc đánh giá sinh cát trong tập sét có kết quả không đáng tin cậy nên CLJOC đã không đánh giá ở những vị trí đó, như đã nói ở trên những tầng sét trong biểu đồ của tác giả có đưa ra giá trị áp suất suy giảm tới hạn tại những vị trí đó tuy nhiên nó cũng chỉ mang tính tham khảo để biểu đồ được liền lạc và dễ theo dõi
Sau khi đánh giá khả năng sinh cát ở điều kiện áp suất ban đầu, CLJOC tiếp tục nghiên cứu với giá trị áp suất vỉa suy giảm 90% từ 4940psi giảm xuống còn 440psi Có thể thấy rằng khi áp suất bị suy giảm mạnh như vậy khiến trị áp suất suy giảm tới hạn giảm đi rất nhiều, và những khu vực trong khoảng độ sâu từ 2735- 2800mMD trước đó không có khả năng sinh cát thì đã xuất hiện sinh cát khi mà áp suất suy giảm tới hạn có giá trị nhỏ hơn giá trị suy giảm áp suất từ vỉa vào giếng
Trên chương trình đánh giá tích hợp khả năng sinh cát tác giả cũng thử nghiệm giảm áp suất đi 25% và được kết quả như hình 4.6
Ta có thể thấy kết quả trên biểu đồ hình 4.6 cả đường giá trị suy giảm áp suất tới hạn và áp suất vỉa đều dịch chuyển dần phía bên trái nhưng độ chênh lệch giữa chúng thay đổi không đáng kể Sau khi áp suất vỉa suy giảm 25% tập X1 vẫn là tập có khả năng sinh cát cao nhất trong khoảng độ sâu nghiên cứu, tuy nhiên, như đã nhận định ở phần trên, tại tập X2 đã có những điểm mà tại đó CDP < Po cũng có nghĩa là tại đây đã bắt đầu có khả năng sinh cát dù chưa cao Để thấy rõ sự thay đổi tại 2 tập X1 và X2 tác giả lựa chọn độ sâu 2559.2mTVD và 2713.2mTVD (đại diện cho tập X2) để khảo sát vùng khai thác an toàn tại hai độ sâu này
Đánh giá chung về khả năng sinh cát tại giếng X
Như vậy, việc xác định giá trị áp suất suy giảm tới hạn dọc theo chiều sâu của giếng X đã cho tác giả cái nhìn tổng quan hơn về hiện tượng sinh cát, dựa trên việc đánh giá độ chênh lệch giữa áp suất suy giảm tới hạn và áp suất vỉa có thể cho tác giả xác định được vị trí có khả năng sinh cát Kết hợp với biểu đồ vùng khai thác an toàn tại độ sâu có khả năng sinh cát cao theo nhận định từ biểu đồ sinh cát dọc theo chiều sâu giếng của tác giả sẽ giúp ích trong việc lựa chọn chế độ hoạt động của giếng phù hợp để tránh khả năng sinh cát tại những vị trí này Việc thay đổi các giá trị áp suất vỉa và UCS giúp ta phần nào thấy được tác động của chúng lên sự thay đổi của giá trị áp suất suy giảm tới hạn tại mọi vị trí dọc theo giếng khoan và vùng khai thác an toàn từ đó có thể đưa ra chế độ vận hành giếng cho phù hợp và tránh xảy ra hiện tượng sinh cát
Việc khảo sát sự thay đổi của hệ số Biot và Poisson giúp tác giả đánh giá được mức độ quan trọng và mức độ sai số có thể chấp nhận được của cả hai hệ số này trong bài toán đánh giá tích hợp khả năng sinh cát của mình Đối với giếng X, kết quả tính toán cho thấy tập X1 có khả năng sinh cát trong mọi trường hợp Tập X2 ở điều kiện áp suất ban đầu không có khả năng sinh cát nhưng trong tương lai khi đi giếng vào khai thác thì tập này cùng với tập X1 là 2 tập có khả năng sinh cát lớn nhất, có những thử nghiệm 2 tập này đã có hiện tượng sinh cát xảy ra Tuy nhiên tại tập E giếng X có 3 vỉa sản phẩm chính năm trong khoảng độ sâu 2737–2891 mMD (2519–2668 mTVDSS) nên trong thực tế tập X2 sẽ không sinh cát, mà chỉ có tập X1 là đáng quan tâm theo dõi khả năng sinh cát Nếu vận hành giếng một cách hợp lý, kết hợp bơm ép và khai thác với lưu lượng phù hợp sẽ giúp duy trì áp suất vỉa không bị suy giảm quá nhiều thì hiện tượng sinh cát sẽ không xảy ra
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Luận văn đã trình bày tổng thể về lý thuyết cơ học đất đá và những yếu tố ảnh hưởng tới hiện tượng sinh cát Thiết lập mô hình đánh giá khả năng sinh cát theo tiêu chuẩn hư hỏng cắt của Mohr-Coulomb và áp dụng xây dựng chương trình đánh giá tích hợp khả năng sinh cát bằng ngôn ngữ Matlab
Bằng việc xây dựng và sử dụng chương trình đánh giá tích hợp khả năng sinh cát này tác giả đã giải quyết được bài toán về kinh tế khi mà giá thành phần mềm SANDPIT 3D quá cao Tuy rằng chương trình không có hiệu quả cao như SANDPIT 3D nhưng vẫn đủ để giải quyết bài toán đánh giá tích hợp khả năng sinh cát tại giếng
X mà tác giả đề ra
Với những giả thiết và kết quả của chương trình, tác giả đã đưa ra đánh giá sơ bộ những độ sâu trong giếng X (cụ thể là tập X1 và X2) có khả năng sinh cát ở điều kiện ban đầu của vỉa cũng như trong tương lai với những giả thiết về sự thay đổi của các yếu tố đầu vào (Po, UCS, hệ số Biot, hệ số Poisson) do tác động của quá trình khai thác, sai số khi đo hoặc khi làm thí nghiệm Tuy nhiên chỉ có tập X1 nằm trong khoảng độ sâu có các vỉa sản phẩm chính của giếng X tại tập E nên chỉ có vị trí của tập X1 là đáng quan tâm theo dõi khả năng sinh cát Chương trình còn tích hợp thêm khả năng xác định giá trị áp suất vỉa suy giảm tới hạn, độ giảm áp tới hạn và áp suất đáy giếng rồi từ đó xây dựng biểu đồ khu vực khai thác an toàn tại những độ sâu quan tâm, nói cách khác là tại những độ sâu có khả năng sinh cát Từ những kết quả này tác giả có thể góp phần đưa ra cơ chế vận hành giếng phù hợp nhằm hạn chế việc sinh cát trong giếng khoan X
Mặc dù có thể xác định được chính xác những vị trí có khả năng sinh cát ở thời điểm ban đầu và đánh giá sự thay đổi của chúng khi có sự thay đổi trong thông số đầu vào của chương trình tuy nhiên có nhiều thông số cơ bản của mô hình không hẳn đã chính xác do nhiều thông số thay đổi liên tục phụ thuộc vào đất đá và áp suất lỗ rỗng Chính vì vậy việc cập nhật thường xuyên các thông số của mô hình khi có dữ liệu mới nhanh chóng và kịp thời sẽ giúp cho việc đánh giá khả năng sinh cát đạt độ chính xác cao hơn trong quá trình khai thác cũng như phát triển thêm sau này
Mô hình tính toán áp suất suy giảm tới hạn theo tiêu chuẩn của Mohr-Coulomb được sử dụng trong luận văn này có hạn chế là chỉ có thể áp dụng đối với đá gốc và không thể ứng dụng cho những đá bị phong hóa, biến đổi nhiều Vì vậy nếu có thể kết hợp thêm những mô hình tính toán khác sẽ giúp mở rộng đối tượng nghiên cứu và có thêm kết quả so sánh nhằm tăng tính chính xác trong việc đánh giá khả năng sinh cát và khu vực khai thác an toàn, điển hình có thể nhắc tới tiêu chuẩn của Hoek
[1] Nguyễn Văn Dũng (2004), Đặc điểm thạch học, biến đổi sau trầm tích và ảnh hưởng của chúng đến độ rỗng-thấm của đá chứa cát kết tuổi Oligocene-Miocene sớm Mỏ Sư
Tử Đen lô 15-1, bể Cửu Long, Luận văn Thạc sỹ Địa Chất, lưu trữ thư viện khoa Địa Chất đại học Khoa học Tự Nhiên
[2] M S Asadi, K Rahman, H V Pham, T M Le and A, Sand production assessment considering the reservoir geomechanics and water breakthrough, APPEPA Jounal
[3] Phan Trung Điền, Nguyễn Văn Dũng (1994), Đánh giá triển vọng các đối tượng tiềm năng Dầu khí trước móng Kainozoi thềm lục địa Việt Nam, Báo cáo trung gian đến cuối năm 1993-Đề tài KT-01-17, Viện dầu khí Hà Nội
[4] Trần Lê Đông, Phùng Đắc Hải (2005), Bể trầm tích Cửu Long và tài nguyên dầu khí, Tập đoàn dầu khí Việt Nam và hội dầu khí Việt Nam hợp tác biên soạn Lưu trữ Viện Dầu Khí
[5] Lê Văn Cự (1986), Địa tầng trầm tích Đệ Tam thềm lục địa Việt Nam, Lưu trữ Viện Dầu Khí
[6] Nguyễn Quốc Khánh (2016), Dự báo khả năng sinh cát từ mô hình địa cơ theo tiêu chuẩn hư hỏng kéo (Tensile Failure) tại các giếng khí mỏ X bồn trũng Nam Côn Sơn, Đại học Bách Khoa TP.HCM
[7] Hồ Minh Hiếu (2016), Dự báo sinh cát bằng các mô hình địa - cơ và xói mòn thủy – địa cơ cho giếng D mỏ Mộc Tinh, Đại học Bách Khoa TP.HCM
[8] Tạ Quốc Dũng, Hoàng Trọng Quang (2003), Nghiên cứu điều kiện sinh cát và thiết lập chương trình mô phỏng sinh cát trong các giếng khoan khai thác dầu tầng Mioxen thềm lục địa Việt Nam, Đại học Bách Khoa TP.HCM
[9] Hoàng Thanh Tùng (2015), Tích hợp mô hình địa cơ và phương pháp Onset of
Sanding để dự báo khả năng sinh cát của vỉa khí tầng Miocen mỏ Hải Thạch, Nam Côn Sơn, Đại học Bách Khoa TP.HCM
[10] Bernt Aadnoy and Reza Looyeh (2011), Petroleum Rock Mechanics: Drilling
Operations and Well Design, Elsevier
[11] Zoback M L., (2007) Reservoir Geomechanics Cambridge University Press,
[12] I Gray, Effective stress in rock, Deep Mining 2017
[13] Colin A.Mc Phee, Gillian Daniels, Z.Richard Lemanc, Sand production evaluation for Chim Sao (Black Bird) and Dua fields, Nam Con Son basin - off shore Vietnam, Premier Oil Vietnam Off shore B.V 2007
[14] 4 Ian Palmer, Hans Vaziri, Stephen Willson, Zissis Moschovidis, John Cameron, Ion Ispas (2003), Predicting and Managing Sand Production: A New Stategy SPE
[15] 5 A Khaksar, P G Taylor, Z Fang, T Kayes, A Salazar, K Rahman (2009) Rock Strength from Core and Logs: Where We Stand and Ways to Go SPE 121972 [16] S.M Wilson, Z.A Moschodivis, J.R Cameron, I.D Palmer, New Model for
Predicting the Rate of Sand Production, SPE, 2002