Nghiên cứu, phân loại độ rỗng trong đá chứa và phân tích, ước tính độ rỗng hiệu dụng

Việc xác định, tính toán độ rỗng đá chứa đã thực hiện tốt trong thăm dò và khai thác dầu khí. Tuy nhiên, độ rỗng hiệu dụng bao gồm các lỗ rỗng mà chất lưu có thể dịch chuyển được trong đá chứa chưa được quan tâm đúng mức trong thực tế thăm dò, khai thác dầu khí do có những hạn chế nhất định về thiết bị, điều kiện thực hiện. Nghiên cứu này góp phần làm rõ khả năng áp dụng của phương pháp xác định độ rỗng hiệu dụng đối với đá chứa dầu trong thực tế

Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Thanh Nam, Nữ: Nam

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI CẢM ƠN 2

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 3

2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

2.1 Khái niệm về độ rỗng 5

2.2 Phân loại độ rỗng trong đá chứa 6

2.2.1 Độ rỗng toàn phần (độ rỗng tuyệt đối): 6

2.2.2Độ rỗng hiệu dụng ( ): 7

2.2.3 Độ rỗng động (Φd) 7

2.3 Các phương pháp xác định độ rỗng 9

2.3.1 Các phương pháp xác định thể tích mẫu V: 10

2.3.2 Các phương pháp xác định thể tích lỗ hổng Vp: 10

2.3.4 Các phương pháp xác định thể tích hạt khoáng vật Vg: 12

3 KẾT QUẢ ÁP DỤNG PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ TÂNG CHỨA CÁT KẾT TUỔI PERMIAN – TRIAT SỚM 22

3.1.Tổng quan về cát kết Hopeman 22

3.2 Kích thước hạt và kích thước khe hổng 23

4.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 30

TÀI LIỆU THAM KHẢO 31

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên “Nghiên cứu, phân

loại độ rỗng trong đá chứa và phân tích, ước tính độ rỗng hiệu dụng ”, các thành

viên trong nhóm đã vận dụng được những kiến thức tiếp thu được ở trường, chủ động tìm tòi, học hỏi và thu thập các thông tin có liên quan đến đề tài

Chúng em xin gửi lời cám ơn tới các thầy cô giáo bộ môn Địa chất dầu khí, khoa Dầu khí, Ban giám hiệu trường Đại học Mỏ- Địa chất Đặc biệt, chúng em chân thành cảm ơn thầy giáo, TS Phạm Văn Tuấn, người đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, thầy đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và là nguồn động lực quan trọng để chúng em có thể hoàn thiện tốt đề tài nghiên cứu khoa học này

Lần đầu tiên thực hiện một đề tài nghiên cứu khoa học, với thời gian và khả năng còn hạn chế, bản báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót Chúng em mong nhận được sự góp ý chân tình từ các thầy cô và các bạn

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 5 năm 2016

Thay mặt nhóm nghiên cứu Sinh viên

Phạm Văn Thanh

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1: Lỗ hổng liên thông

Hình 2: Lỗ hổng không liên thông

Hình 3: Lỗ hổng liên thông hoặc nối liền với nhau

Hình 4: Lỗ hổng chỉ có 1 miệng lỗ hổng

Hình 5: Lỗ hổng đóng hoặc bị cô lập

Hình 6: Sơ đồ máy đo độ rỗng (sửa đổi từ Cone và Kersey, 1993)

Hình 7: Kính hiển vi phân cực của Axio Skope

Hình 8: Bảng ước lượng hàm lượng khoáng vật của mẫu lát mỏng thạch hoc

Hình 9: Hệ thống phân loại cát kết của Pettijonh (1987)

Hình 10: Sự tạo ảnh trong kính hiển vi điện tử qu t

Hình 11: Hình ảnh lát mỏng qua phần mềm Sigama Pro 2D

Hình 12: Vị trí địa lý và địa điểm lấy mẫu

Hình 13: Sơ đồ minh họa các mối quan hệ rỗng thấm

Hình 14: Độ thấm các mẫu nghiên cứu

Hình 15: Kết quả phân tích lát mỏng mẫu H3-3

Hình 16: Phân bố khối lượng đỉnh (độ rỗng thủy ngân có hiệu quả) của mẫu biến dạng

và không biến dạng phân tích trong Hopeman Cát kết

Hình 17: Phương pháp xác định độ rỗng hiệu dụng của Pitman (1992)

Hình 18: Ước lượng độ thấm ban đầu với 40% của độ rỗng gốc trong đá cát kết

Hopeman theo các mối quan hệ của độ rỗng ban đầu và thấm được công bố bởi Selley (1998)

Bảng 1: Phần dữ liệu (400 điểm tính) được sử dụng trong nghiên cứu thạch học, và trong mô hình để định lượng tầm quan trọng tương đối của quá trình thành đá và cà nát

vỡ vụn trong các mẫu thu thập từ cát kết Hopeman

Bảng 2: Kết quả đo độ rỗng của các mẫu

Việc xác định, tính toán độ rỗng đá chứa đã thực hiện tốt trong thăm dò và khai thác dầu khí Tuy nhiên, độ rỗng hiệu dụng bao gồm các lỗ rỗng mà chất lưu có thể dịch chuyển được trong đá chứa chưa được quan tâm đúng mức trong thực tế thăm dò, khai thác dầu khí do có những hạn chế nhất định về thiết bị, điều kiện thực hiện Nghiên cứu này góp phần làm rõ khả năng áp dụng của phương pháp xác định độ rỗng hiệu dụng đối với đá chứa dầu trong thực tế

Xuất phát từ nhu cầu thực tế và tầm quan trọng của vấn đề, đề tài “Nghiên cứu

phân loại độ rỗng trong đá chứa và phân tích, ước tính độ rỗng hiệu dụng” đã

được nhóm nghiên cứu chúng em thực hiện

1 Mục tiêu

Phân loại được độ rỗng và xác định được độ rỗng hiệu dụng của đá chứa

2 Nội dung

- Nghiên cứu, xác định, phân loại độ rỗng trên mẫu lát mỏng

- Xác định độ rỗng bằng phương pháp giãn khí hê-li; nghiên cứu, xác định độ rỗng bằng phương pháp bơm thủy ngân

- Xác định độ rỗng hữu hiệu từ số liệu phân tích độ rỗng thủy ngân; xây dựng quan hệ thực nghiệm giữa độ rỗng hê-li và độ rỗng hữu hiệu

- Viết báo cáo khoa học tổng kết nghiên cứu

p

V V

V







2.2 Phân loại độ rỗng trong đá chứa

2.2.1 Độ rỗng toàn phần (độ rỗng tuyệt đối):

là tỷ số giữa tổng thể tích của tất cả các lỗ hổng có trong đá với thể tích toàn phần của mẫu đá

2.2.2Độ rỗng hiệu dụng ( ):

là tỉ số giữa tổng thể tích của các khe hổng liên thông (Hình 1) và thể tích toàn phần khối đá

Phân loại đá colecto theo độ rỗng hữu hiệu ef

2.2.3 Độ rỗng động (Φ d )

là tỉ số giữa thể tích của lỗ hổng chứa chất lưu có thể di chuyển được khi có sự chênh áp trên thể tích của khối đá Quá trình khai thác là quá trình thay thế mao quản nước hay khí thay thế dầu hay khí trong các kênh dẫn và mao quản Tùy thuộc vào građien áp suất, chỉ có một phần chất lưu trong các lỗ hổng thông nhau tham gia vào dòng chảy Thể tích chất lưu tham gia vào dòng chảy này cho ta khái niệm về độ rỗng động Ta thấy, d < ef và a > ef > d

Vì thế, đá có độ rỗng toàn phần rất lớn nhưng có thể có độ rỗng hiệu dụng rất nhỏ do các lỗ hổng không liên thông với nhau (Hình 2) Trong khai thác dầu khí chỉ có

STT Giá trị ef % Loại đá Colecto

Hình 1: Lỗ hổng liên thông Hình 2: Lỗ hổng không liên thông

Độ rỗng liên thông hoặc nối liền với nhau : Đây là loại độ rỗng có nhiều hơn một họng lỗ hổng liên thông với các lỗ rỗng khác và việc khai thác Hydrocacbon liên quan đến loại độ rỗng này dễ dàng hơn so với các loại độ rỗng khác

Hình 3: Lỗ hổng liên thông hoặc nối liền với nhau

Lỗ hổng chỉ có 1 miệng lỗ hổng: là loại lỗ rỗng chỉ có một họng lỗ hổng liên thông với lỗ rỗng khác Nó có thể đem lại được Hydrocacbon bằng cách khai thác giảm áp suất vỉa

Hình 4: Lỗ hổng chỉ có 1 miệng lỗ hổng

Lỗ hổng đóng hoặc bị cô lập : là loại lỗ hổng đóng Nó là loại lỗ hổng bị đóng hoặc không liên thông với các loại lỗ hổng khác Nó không thể mang lại Hydrocacbon như các quá trình bình thường được

Hình 5: Lỗ hổng đóng hoặc bị cô lập

2.3 Các phương pháp xác định độ rỗng

Có rất nhiều phương pháp xác định độ rỗng Có thể xác định thong số này trên lát mỏng Song, trong công nghiệp dầu khí, có rất nhiều thiếu bị đo độ rỗng dựa vào định nghĩa của nó

2.3.1 Các phương pháp xác định thể tích mẫu V:

a) Phương pháp nhúng mẫu vào chất lỏng khô:

Chất lỏng thường dùng là thủy ngân Hg Người ta thiết kế nhiều loại thiết bị

để đo được sự chênh lệch thể tích giữa hai lần đo: Một lần không có mẫu, một lần chứa mẫu Trên cơ sở này suy ra thể tích mẫu

b) Phương pháp bão hòa chất lỏng:

Cho mẫu bão hòa một chất lỏng như: Benzen, tetraclorua cacbon, sau đó cho mẫu bão hòa chất lỏng vào bình chứa chất lỏng ấy Mực chất lỏng dâng lên khi có mẫu giúp ta xác định thể tích mẫu

c) Phương pháp bọc mẫu:

Mẫu được nhúng vào dung dịch paraffin nóng chảy Paraffin tạo thành lớp vỏ mỏng bao quanh mẫu Cân mẫu trong không khí và tỏng nước ta tính được thể tích mẫu

d) Phương pháp đo trực tiếp:

Phương pháp này đòi hỏi mẫu phải được ga công theo những khối thong thường như: Hình trụ, hình hộp rồi dung các công thức để tính thể tích mẫu

2.3.2 Các phương pháp xác định thể tích lỗ hổng V p :

Các phương pháp này dựa trên việc hút hoặc bơm chất lỏng vào khoảng trống (không chứa hạt khoáng vật) trong mẫu đá

a) Phương pháp bão hòa:

Mẫu khô được cân, sau đó bão hoàn 100% chất lỏng trơ Các chất lỏng thường dùng là benzen, tetraclorrua cacbon… sau đó lại cân mẫu bão hòa Thể tích lỗ hổng được tính theo công thức:

Vp =

Trong đó:

b) Phương pháp bơm thủy ngân

Đo độ rỗng bằng phương pháp bơm thủy ngân ít được sử dụng hơn đo độ rỗng bằng phương pháp giãn khí heli Tuy nhiên thì phương pháp này lại cung cấp ph p đo thủy ngân cho tổng độ rỗng cho các mảnh vỡ đá có hình dạng khác nhau và phân bố của sự thay đổi về kích thước hạt và độ hạt , áp suất mao dẫn

Hiểu biết mô phỏng dữ liệu như kích thước hạt , đường kính lỗ rỗng và kết nối trong mối quan hệ với những áp suất mao dẫn( dịch chuyển và áp suất tới hạn ) và bão hòa thủy ngân góp phần đánh giá chất lượng của đá chứa vụn

P : áp suất điều chỉnh áp suất tĩnh (bar)

Tính toán đường kính lỗ rỗng và độ rỗng thủy ngân :

P D = ,

Trong đó :

PD : đường kính lỗ rỗng (mm)

g : sức căng bề mặt thủy ngân (480 dynes/cm at 25 oC)

q : góc dính ướt của thủy ngân với vách của lỗ rỗng (= 141.3o)

Vmm : thể tích thủy ngân tối đa được bơm vào (cm3)

Vb : thể tích khối đá (cm3)

Ngưỡng áp suất được xác định bởi Katz và Thompson (1986 & 1987) là áp suất bơm thủy tạo thành một đường kết nối giữa các mẫu phân tích Nó tương ứng với các điểm uốn trên đồ thị bơm p thủy ngân của Katz và Thompson (1987 ) Áp lực này cũng có thể được xác định bởi các đỉnh của hyperbol log -log như ban đầu bởi Thomeer (1960 ) và Swanson (1977 ) , hoặc đỉnh của Hg áp suất bão hòa / mao mạch chống Hg bão hòa bởi Pitman (1992 ) Đỉnh bão hòa được xác định bởi Swanson (1977 ) là " bão hòa thủy ngân hiện như phần trăm khối lượng lớn là biểu hiện của rằng phần của không gian hiệu quả góp phần vào dòng chảy " thay thế áp suất là áp suất ở mức 10 % thủy ngân bão hòa , được sử dụng trong đánh giá bẫy hydrocarbon bởi Schowalter (1979 )

c) Phương pháp thoát khí:

Phương pháp này dung thiết bị của Washburn Bunting Thiết bị có 2 hình thông nhau và chứa thủy ngân Một nhánh cố định chứa mẫu, nhánh kia chỉ chứa thủy ngân (nhánh chuyển động) Thoạt đầu, nhánh chuyển động được nâng lên để đuối hết không

thoát ra Thể tích khí thoát được đo bằng vạch ở vạch cố định khi mực thủy ngân ở 2 nhánh ngang nhau

2.3.4 Các phương pháp xác định thể tích hạt khoáng vật V g :

a) Phương pháp cân:

Mẫu sấy khô (tới khối lượng không đổi) được đem cân trong không phí, có khối

chất lỏng trơ có mật độ là p Thay đĩa cân bằng móc sắt và cân mẫu trong nước thu

tính theo công thức sau:

Vg = –

Ở đây:

b) Phương pháp giãn khí

Lý thuyết giãn khí helium thường được áp dụng để xác định thể tích các lỗ hổng hoặc thể tích phần đặc xít của mẫu đất đá dựa theo nội dung Định luật Boyle: trong điều kiện nhiệt độ của một hệ khí lý tưởng là không đổi, tích giữa áp suất và thể tích của hệ là một hằng số

P1V1 = P2V2

Nguyên tắc làm việc của máy đo độ rỗng có trình tự: đầu tiên là thiết lập một hệ

các phương trình trạng thái như sau:

Hình 6: Sơ đồ máy đo độ rỗng (sửa đổi từ Cone và Kersey, 1993)

(Po + A)Vr + A(Vc – Vg) = (P + A)(Vr + Vc - Vg)

PoVr = P(Vr +Vc - Vg)

Vg = (Vr + Vc) - Vr

P o : Áp suất ban đầu của hệ (psi)

P: Áp suất giãn khí cuối cùng của hệ (psi)

Mẫu thạch học phân tích sơ bộ: Chỉ yêu cầu xác định hết tên và mô tả sơ bộ các khoáng vật tạo đá, khoáng vật phụ, các kiểu kiến trúc và cấu tạo của đá và gọi đƣợc chính xác tên đá Việc đánh giá hàm lƣợng phần trăm của các khoáng vật chỉ cần ƣớc

Mẫu thạch học phân tích chi tiết: Cũng yêu cầu xác định hết tên và mô tả chi tiết tất cả các khoáng vật tạo đá, khoáng vật phụ, các kiểu kiến trúc và cấu tạo của đá, nhưng việc đánh giá hàm lượng phần trăm của các khoáng vật phải

đo bằng bàn ICA hoặc bằng mạng lưới ô vuông hoặc bằng các phương tiện hiện đại khác Tên đá được xác định chính xác trên cơ sở của các việc phân tích trên

Hình7 : Kính hiển vi phân cực của Axio Skope

Quy định các bước tiến hành trong phân tích mẫu

Chuẩn bị phân tích mẫu

- Trước khi phân tích mẫu cần chuẩn bị đầy đủ các trang thiết bị, kiểm tra, vệ sinh sạch sẽ các phương tiện làm việc như bàn ghế, kính hiển vi, các loại hóa chất…

- Xem kỹ các yêu cầu phân tích ghi trong phiếu gửi mẫu, ghi ch p đầy đủ các thông tin ban đầu về mẫu vào phiếu phân tích mẫu như: số hiệu mẫu, tên đơn vị gửi mẫu hoặc công trình, các yêu cầu phân tích…

Tiến hành phân tích

- Đặt lát mỏng lên bàn kính, đưa phần lát mỏng vào tâm bàn kính, dùng bàn kẹp hoặc thanh ghim giữ chặt mẫu trên mặt bàn kính

- Dùng tay hay dụng cụ kẹp bàn kính di chuyển lát mỏng theo từng hàng hoặc

có thể quan sát, phát hiện và nghiên cứu được toàn bộ bề mặt của lát mỏng, không được để sót phần nào của lát mỏng

- Trong khi vừa di chuyển lát mỏng vừa quan sát, nghiên cứu các điểm của mẫu

để xác định được hết các khoáng vật có trong mẫu đồng thời xác định hết các kiểu kiến trúc, cấu tạo đá

- Việc quan sát, nghiên cứu phải tiến hành nhiều lần Lần đầu quan sát sơ bộ, cần phát hiện những đặc điểm chung nhất của mẫu, các khoáng vật tạo đá chính để có được những nhận biết chung về mẫu, lần sau tiến hành quan sát phân tích tỷ mỷ lại toàn bộ mẫu, sao cho không bỏ sót một khoáng vật nào có trong mẫu và nghiên cứu được hết các đặc điểm của từng khoáng vật, các đặc điểm về kiến trúc, cấu tạo cũng như các hiện tượng biến đổi của đá…

Hàm lượng phần trăm các khoáng vật trong mẫu lát mỏng, được đánh giá trên cơ

sở so sánh tổng diện tích bề mặt của cùng một khoáng vật với toàn bộ diện tích bề mặt mẫu Căn cứ vào mức độ yêu cầu phân tích để chọn phương pháp đánh giá hàm lượng phần trăm các khoáng vật trong mẫu theo phương pháp sau:

- Đối với các mẫu yêu cầu phân tích sơ bộ, thì quan sát ước lượng bằng mắt thường diện tích bề mặt của khoáng vật trên toàn bộ diện tích mẫu rồi đánh giá hàm lượng phần trăm hoặc so sánh với một bảng chuẩn cho việc tính hàm lượng phần trăm

+ Dùng lưới ô vuông áp lên trên mặt mẫu rồi tính tổng diện tích các ô vuông bị bị cùng một khoáng vật chiếm chỗ so với tổng số ô vuông trên thị trường của kính, tính cho một số ô vuông đại diện rồi lấy trị số trung bình Cách tính này chính xác hơn

Hình 8 : Bảng ước lượng hàm lượng khoáng vật của mẫu lát mỏng thạch hoc

Mô tả mẫu

Từ yêu cầu phân tích và mục tiêu nghiên cứu của lát mỏng, chọn một trong hai loại mức độ mô tả mẫu lát mỏng sau: mô tả chi tiết, mô tả sơ bộ

Yêu cầu mô tả chi tiết

- Khi mô tả chi tiết một mẫu lát mỏng, phải nêu rõ những n t chung nhất về thành phần, kích thước của các khoáng vật tạo đá; các n t chung về mức độ biến đổi thứ sinh, về cấu tạo, kiến trúc của đá, sau đó mới mô tả các phần riêng của mẫu

Đối với các mẫu có cấu tạo không đồng đều, như đá phun trào, đá có kiến trúc ban trạng, cát kết, thì phải mô tả từng phần riêng như phần ban tinh, phần nền, phần hạt vụn, phần chất gắn kết… Khi mô tả các phần này cũng phải nêu rõ mỗi phần chiếm bao nhiêu phần trăm, thành phần khoáng vật của chúng, đặc điểm cấu tạo, kiến trúc và mức độ biến đổi của chúng

- Mô tả khoáng vật

+ Đặc điểm hình thái và kích thước

Hình dạng của tiết diện: Đẳng thước, k o dài, hình que, hình kim, hình tam giác, chữ nhật hay nhiều cạnh, dạng hạt m o mó hay dạng lấp đầy khe nứt, lấp đầy lỗ hổng Tiết diện tự hình, nửa tự hình, tha hình…

Các đặc điểm cấu tạo trên ranh giới tiếp xúc giữa cùng một loại khoáng vật và giữa các khoáng vật khác nhau: Tiếp xúc đồng sinh, gặm mòn, lấp đầy hay tiếp xúc thay thế…

Các đặc điểm cấu trúc trên bề mặt tiết diện: Vết nứt, vết cát khai, vết hố lõm v.v…

Các kiểu tập hợp: Tập hợp keo, tập hợp vi tinh, hạt tinh thể, dạng bó, dạng trứng cá, tỏa tia, dạng tóc,… Các kiểu gh p song tinh; Các kiểu phá hủy dung dịch cứng…

Các kiểu bao thể cùng hình dạng, kích thước, màu sắc, mật độ, dạng tập hợp và kiểu phân bố của chúng, thành phần và tên khoáng vật của các bao thể (nếu có thể), … Kích thước của các hạt theo các chiều dài, rộng, hệ số c/a Nếu cần thiết phải đo kích thước hạt lớn nhất, trung bình, nhỏ nhất, kích thước các hạt thường gặp nhất

+ Đặc điểm màu sắc khoáng vật và thấu quang

Dưới kính hiển vi phân cực, màu sắc của khoáng vật thường không giống với màu tự nhiên của chúng khi nhìn bằng mắt thường, nhưng cũng là một trong những dấu hiệu nhận biết rất quan trọng của khoáng vật Do vậy, khi mô tả màu sắc khoáng vật dưới kính hiển vi cần mô tả chính xác và tỷ mỷ, như màu khoáng vật dưới 1 nicon: màu tự sắc, đa sắc, công thức đa sắc; Màu dưới 2 nicon; Độ đồng đều của màu sắc trên toàn hạt khoáng vật: Đồng nhất hay phân đới, phân dải

Các hằng số quang học chính của khoáng vật: Đẳng hay dị hướng quang học, dấu k o dài, góc tắt, chiết suất tương đối, lưỡng chiết suất tương đối, độ nổi, quang tính, góc quang trục tương đối…

Ghi chú: Với các khoáng vật khó xác định, dễ nhầm lẫn với các khoáng vật khác, nên kết hợp với các phương pháp phân tích khác như phương pháp vi hóa, phương pháp nhúng, phương pháp nhuộm màu hoặc các phương pháp hiện đại khác

để tăng độ chính xác của kết quả phân tích

- Mô tả kiến trúc, cấu tạo của đá