- Ảnh hưởng của độ hạt
Các đá trầm tích được thành tạo từ hạt vụn trầm tích, từ sản phẩm phá hủy của các đá có trước Dựa vào kích thước hạt thì đá trầm tích được phân ra thành: cuội kết (kích thước lớn hơn 1mm), cát kết (kích thước hạt 1 -0 1mm), bột kết (kích thước hạt 0 1-0 01mm) và sét kết (kích thước 0 01-0 001mmm) Đá được cấu tạo từ các hạt có kích thước càng nhỏ thì diện tích bề mặt riêng càng lớn làm tăng khả năng hấp phụ và khả năng trao đổi ion Đá sét thì có hàm lượng nước màng bao quanh lớn, do đó đá có thành phần sét càng cao thì điện trở suất của đá càng giảm
= Rsh +
Tại mỏ TGT sét được phân tán không đồng đều trong vỉa chứa chính điều này làm giảm điện trở suất của đá chứa
- Vỉa chứa mỏng và phân lớp mỏng
Các vỉa chứa có chiều dày khoảng 0 1-1m được gọi là các vỉa chứa mỏng, các phân lớp mỏng thì có chiều dầy nhỏ hơn 0 1m Phương pháp đo ĐVL truyền thống có khả năng phát hiện được những vỉa chứa có chiều dày trên 1 4m Vỉa chứa mỏng được chú ý và quan tâm đến do chúng có khả năng chứa dầu thương mại, và đây là đối tượng khai thác chính tại mỏ TGT Các giá trị điện trở suất đo được tại các vỉa chứa mỏng thường thấp hơn so với các giá trị đo điện trở suất thực của vỉa Các giá trị đo này sẽ được hiệu chỉnh ảnh hưởng chiều dày vỉa chứa để có được giá trị điện trở thực của vỉa
Điện trở suất thực của vỉa chứa được mô hình hóa bằng mạch nối song song giữa các vỉa cát sạch có điện trở suất Rc và vỉa sét sạch có điện trở suất Rsh xen kẹp tương ứng với chiều dày vỉa Giả sử là vỉa chứa được hình thành bởi các phân lớp cát sạch và sét sạch như hình dưới 2 3
Hình 2 3 Mô hình vỉa chứa cát sét phân lớp mỏng
Mô hình vỉa chứa với các phân lớp mỏng xen kẹp
1 Rt
Vsh Vc
Rc (2 2)
Trong đó: Vsh=Σhi/H là thể tích sét
Rc: điện trở của đá cát sạch (ohm m) Rt: điện trở suất đo được (ohm m)
Nguồn Địa Vật Lý Giếng Khoan - PGS TS Hoàng Văn Quý [3]
- Các kiểu dạng sét trong đá chứa
Có ba kiểu dạng tồn tại của sét trong đá chứa: sét cấu trúc, sét phân lớp (Vsh- lam) và sét phân tán (Vsh-dis) Tùy vào kiểu dạng phân bố của đá sét sẽ dẫn đến điện trở suất của đá chứa thay đổi và thay đổi về độ rỗng hiệu dụng và độ thấm Đối tượng nghiên cứu, nguyên nhân gây ra điện trở suất thấp là vỉa chứa phân lớp mỏng nằm xen kẹp với các vỉa sét Hình 2 4 thể hiện cát là khoảng có màu trắng sáng còn sét có mầu đen, các vỉa sản phẩm có chiều dày nhỏ hơn giới hạn nhận biết của thiết bị đo điện trở suất, do đó kết quả đo điện trở suất dường như không có sự phân dị theo chiều thẳng đứng, điện trở suất của đới chứa dầu đo được nhỏ hơn điện trở suất thực của vỉa, thêm vào đó kết quả phân tích thạch học cho thấy sự có mặt của các khoáng vật dẫn điện (Pyrite) nằm trong đá chứa (bảng 2 1), sự phân bố của sét phân tán, chiều sâu đới ngấm sâu xung quanh giếng khoan Như vậy sự có mặt của các yếu tố trên là nhân tố cơ bản gây ra điện trở suất thấp của tầng chứa Mioxen dưới mỏ Tê Giác Trắng
2839 5 49 5 16 6 14 3 5 8 11 1 1 3 1 0 0 4 3066 5 43 3 11 2 25 8 3 2 13 6 1 3 1 0 0 4 3116 5 28 9 11 1 17 7 15 4 24 4 1 0 0 9 0 5 3174 5 40 8 30 1 17 2 2 1 6 6 1 5 0 7 0 9 0 3 3181 0 43 4 23 5 21 2 2 0 7 6 1 2 0 7 0 4 3220 0 70 2 5 9 4 3 12 4 5 0 0 6 0 6 0 6 0 6 3297 5 43 2 15 3 19 2 2 0 17 0 0 8 1 2 0 9 0 5 3415 0 57 8 13 5 15 2 3 4 8 3 0 7 0 6 0 5 3425 0 60 3 13 3 15 0 2 1 7 7 0 6 0 6 0 4 Mi ca và kh oán g vật sé t k há c ( %) K- Fe lds pa r (% ) Ka oli nit e v à Ch lor ite (% ) Ep ido te (% ) Qu art z (% ) Ca lcit e ( %) Pla gio cla se Độ sâ u ( m) Py rit e (% ) R (O h m m ) Sy lvi te và Ha lite (% )
Hình 2 4 Mẫu lõi cắt qua tầng chứa sét phân tán [Error! Reference source not
found ]
Bảng 2 1: Kết quả phân tích thành phần khoáng vật đối với mẫu lõi
Dựa trên tỷ phần thể tích kiểu loại sét sẽ phân biệt được điện trở suất theo chiều ngang (Rh) và điện trở suất theo phương thẳng đứng (Rv)
Ảnh hưởng của tỷ lệ sét phân lớp lên đường cong điện trở suất theo chiều ngang và theo chiều đứng (Hình 2 5)
c
c
sh
Vsh-lam (%)
Hình 2 5 Mối quan hệ điện trở suất và sét phân lớp
(Nguồn Baker Hughes)
Kiểu loại sét Diện tích bề mặt riêng (m /g)2 CEC (meq/g)
Kaolinit 12-45 0 02-0 15
Chlorite 25-130 0 03-0 42
Illite 90-120 0 1-0 4
Montmorilonit (Smectite) 500-1000 0 8-1 7
Nước vỉa có khả năng dẫn điện và làm giảm điện trở suất của đá chứa, do trong nước vỉa có chứa các ion dẫn điện, đá có độ bão hòa nước càng cao thì khả năng dẫn điện càng lớn Nồng độ khoáng hóa nước vỉa càng cao thì điện trở suất của đá chứa càng thấp Đối với vỉa chứa có cùng độ bão hòa nước và độ rỗng, đá nào có nồng độ khoáng hóa nước vỉa cao hơn sẽ có điện trở suất thấp hơn Các vỉa chứa của mỏ TGT thường có nồng độ khoáng khóa nước vỉa dao động trong khoảng 20 nghìn ppm tới 32 nghìn ppm trong tầng Mioxen dưới và 20-26 nghìn ppm đối với tầng Oligoxen trên Nước vỉa có xu thế mặn dần từ Oligoxen đến Mioxen và có thể nói rằng biển tiến dần từ Oligoxen tới nóc Mioxen, nóc của Mioxen là tập sét Rotalia dày là thể hiện biển đã tiến và toàn bộ khu vực mỏ TGT bị ngập trong nước biển, điều này hoàn toàn phù hợp với địa chất khu vực chung của bể Cửu Long
- Tỷ lệ nước liên kết - nước màng
Nước liên kết là nước màng bao quanh các hạt khoáng vật tạo đá cát và khoáng vật tạo sét, nước liên kết này không thể lấy ra được trong điều kiện khai thác sơ cấp và khai thác thứ cấp Để tách được nước liên kết ra khỏi mẫu thì sử dụng phương pháp sấy mẫu ở nhiệt độ lớn hơn 1000C Trong điều kiện vỉa thì nước liên kết có khả năng làm sét trương nở làm do đó làm giảm độ thấm và độ rỗng của đất đá Thông thường thì đá sét có lượng nước liên kết bề mặt lớn và có chứa nhiều Cation Khả năng trao đổi các Cation CEC lớn sẽ làm cho điện trở suất của đo được của đá chứa có sét là nhỏ Khả năng trao đổi Cation CEC của sét được thống kê từ phân tích mẫu tại đối tượng nghiên cứu như sau bảng 2 2
Bảng 2 2 Khả năng trao đổi Cation CEC của sét
Như bảng trên thì sét Montmorilonit có diện tích bề mặt lớn, khả năng trao đổi Cation của các khoáng vật sét này là rất lớn Nếu đá chứa có sét Montmorilonit
lớn sẽ gây ra độ bão hòa nước liên kết lớn và dẫn đến khả năng điện trở suất đất đá sẽ là nhỏ, khả năng gắn kết yếu của khoáng vật Montmorilonit dễ gây sạt lở thành giếng khoan Đối tượng nghiên cứu thì hàm lượng sét Montmorilonit chiếm tỷ trọng tương đối lớn (hình 2-6) là nguyên nhân gây ra điện trở suất thấp của thành hệ đá chứa và làm giảm tính chất rỗng thấm
Hình 2 6 Tỷ phần khoáng vật sét của đối tượng nghiên cứu
- Khoáng vật dẫn điện
Các khoáng vật như: Pyrite, Glauconite, Hematite, Graphite, Smectite, Illite, Chlorite, Kaolinite… hoặc các mảnh vụn dẫn điện có mặt trong đá chứa ảnh hưởng lên điện trở đo được của thiết bị Tại đối tượng nghiên cứu thì ngoài thành phần sét
ra còn có khoáng vật dẫn điện Pyrite có mặt và phân bố không đồng đều dọc theo thân giếng khoan (Hình 2 7)
Khoáng vật Pyrit được hình thành do biến đổi thứ sinh trong môi trường có tính khử, có hoạt động của vi khuẩn, môi trường khử giàu khí H2S, NH3, các khoáng vật Pyrit được tích tụ và phân tán dưới dạng các màng mỏng hoặc tinh thể nhỏ Hàm lượng khoáng vật Pyrit tăng sẽ làm cho điện trở suất của đất đá giảm Tại đối tượng nghiên cứu thì hàm lượng khoáng vật Pyrit dao động trong khoảng 0 3- 1% và điều này đã làm điện trở suất của đá chứa giảm khoảng 1 15 lần (Hình 2 8) Kết quả phân tích thạch học cho thấy sự có mặt của các khoáng vật dẫn điện (Pyrite) nằm trong đá chứa (bảng 1), sự phân bố của sét phân tán, đới ngấm sâu xung quanh giếng khoan Như vậy sự có mặt của các yếu tố trên là nhân tố cơ bản gây ra điện trở suất thấp tầng chứa Mioxen của đối tượng nghiên cứu
Hình 2 8 Mối quan hệ giữa phần trăm Pyrite và điện trở suất - Schlumberger, 1992 [28]
CHƯƠNG 3
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐÁ CHỨA DẦU ĐIỆN TRỞ SUẤT THẤP 3 1 Thông số vỉa và chất lưu ảnh hưởng đến điện trở suất đá chứa
3 1 1 Độ rỗng
Mô hình đá chứa của đối tượng nghiên cứu được được diễn tả và khái quát như sau (Hình 3 1)
Chất lưu dẫn
Nước
Khung đá KhôSét màng baoquanh sét mao dẫnNước Nước linhđộng Dầu
BVM: Tỷ lệ chất lưu di chuyển BVI: Tỷ lệ nước dư
CBW: Tỷ lệ nước màng bao quanh sét
Hình 3 1 Mô hình độ rỗng đá chứa
(Nguồn: Baker Hughes)
Độ rỗng của đất đá là lỗ hổng không chứa khung đá Độ rỗng của đất đá được chia làm ba loại:
- - - Độ rỗng tổng (Φt) Độ rỗng hiệu dụng (Φe) Độ rỗng động (Φđ)
Độ rỗng tuyệt đối (Φt) là tỷ số tổng thể tích không gian lỗ rỗng (Vt) trên thể tích thực của đất đá (Vđ)
t V t
Độ rỗng hiệu dụng (Φe) là tỷ số thể tích của không gian lỗ rỗng liên thông với nhau (Vl) và thể tích của khối đất đá Vđ
e V t
V đ
(3 2) Độ rỗng động (Φđ) là tỷ số thể tích của không gian lỗ rỗng cho chất lưu di chuyển qua (Vd) và thể tích của khối đất đá Vđ
đ V d
V đ
(3 3) Độ rỗng động phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: tính chất lý hóa của chất lưu, loại đá, xi măng gắn kết, mức độ sắp xếp của đất đá, hình dạng kênh dẫn, độ chênh áp…
3 1 2 Độ bão hòa
Độ bão hòa chất lưu trong vỉa (S) là tỷ số giữa thể tích chất lưu chứa trong lỗ rỗng và thể tích lỗ rỗng Độ bão hòa được chia làm ba loại chính: độ bão hòa dầu So, độ bão hòa nước Sw và độ bão hòa khí Sg
So=Vo/V, Sw=Vw/V, Sg=Vg/V So + Sw +Sg = 1 (3 4) (3 5) Trong đó: Vo là thể tích chứa dầu Vw là thể tích chứa nước Vg là thể tích chứa khí V là thể tích lỗ rỗng tổng
Độ bão hòa hiệu dụng (Se) là tỷ số giữa thể tích chất lưu trong lỗ rỗng có khả năng di chuyển và thể tích lỗ rỗng Độ bão hòa hiệu dụng được chia làm ba loại chính: độ bão hòa dầu Soe, độ bão hòa nước Swe và độ bão hòa khí Sge
Soe=Voe/V, Swe=Vwe/V, Sge=Vge/V (3 6) Độ bão hòa nước dư (Swr) và độ bão hòa dầu dư (Sor) là lượng nước và dầu trong lỗ rỗng không thể khai thác được kể cả áp dụng các phương pháp khai thác thứ cấp
Áp suất vỉa: chất lỏng và chất khí nằm trong vỉa dưới tác động của áp suất nhất định gọi là áp suất vỉa
Áp suất vỉa ban đầu (Pv) là áp suất thủy tĩnh trước khi đưa vỉa vào hoạt động theo một chế độ nhất định và được xác định theo công thức
Pv = ρ g H (3 7) Trong đó ρ là mật độ của chất lỏng (1000kg/cm3) g là gia tốc trọng trường (m/s2) H là chiều cao cột chất lỏng (m) Pv là áp suất vỉa, (N/m2)
Áp suất vỉa ban đầu là thông số đặc trưng cho năng lượng vỉa Trước khi đưa vào khai thác thì áp suất vỉa ban đầu thường tỷ lệ thuận với độ sâu của vỉa tương ứng Áp suất vỉa quyết định phương pháp khai thác tự phun, Gaslift hỗ trợ hay là bơm điện ngầm Nếu áp suất vỉa lớn thì vỉa có tiềm năng lớn Số liệu áp suất vỉa và kết hợp với các tham số khác như độ thấm của đất đá, độ chênh áp của áp suất đáy giếng và vỉa, độ bão hòa dầu, độ rỗng của đất đá… là cơ sở để thiết kế, phân tích khai thác và đưa ra những phương án phù hợp về công nghệ để sử dụng năng lượng vỉa một cách tiết kiệm nhất Áp suất vỉa ban đầu là một trong những yếu tố quan trọng trong việc xác định ranh giới nước tự do (FWL), hệ số sản phẩm
Để đánh giá sự suy giảm năng lượng vỉa trong quá trình khai thác thì hệ số suy giảm áp suất (KN) là thông số phản ánh động thái biến thiên của áp suất vỉa trên đơn vị sản phẩm thu hồi
Hệ số suy giảm áp suất được xác định như sau:
KN Pk
Q l
(3 8) Trong đó:
- ΔPk = P1-P2: áp suất vỉa ở hai thời điểm khảo sát khác nhau
- ∑Ql = ∑(Qd +Qn+Qk): tổng lượng dầu, nước, khí được khai thác ở giữa hai thời điểm khảo sát P1 và P2
- Nếu KN > 0 thì áp suất vỉa đang suy giảm
- Nếu KN = 0 thì áp suất vỉa không bị suy giảm (Hệ số bù năng lượng là 100%) - Nếu KN < 0 thì áp suất vỉa tăng lên do có tác động bơm ép
Động thái của áp suất vỉa luôn phụ thuộc vào sản lượng khai thác Áp suất vỉa được duy trì bằng bơm ép và sự giãn nở của các chất lưu, đất đá trong vỉa
Để đánh giá sự suy giảm năng lượng tại các giếng khai thác thì hệ số tổn thất năng lượng (K) là tỷ số áp suất miệng trên tổng lưu lượng khai thác
K Pm
Q l
(3 9) Trong đó:
- ΔPm = Pđ - Ptt - Pms - Plđ: áp suất miệng là hiệu của áp suất đáy (Pđ) thắng áp suất thủy tĩnh (Ptt) của cột chất lưu, lực ma sát (Pms) và lực đẩy (Plđ)
- ∑Ql = ∑(Qd +Qn+Qk): tổng lượng dầu, nước, khí tại điều kiện bề mặt Hệ số sản phẩm (Kd) là tỷ số của sản lượng dầu thu được trên một đơn vị áp suất mất đi ở miệng
K d Q d
Pm
(3 10) Áp suất miệng luôn được khảo sát cùng để đánh giá tổn thất năng
lượng Thông thường thì áp suất miệng giảm sau một thời gian khai thác do hai nguyên nhân:
- Do chế độ côn khai thác không hợp lý Để tăng lại áp suất miệng thì phải giảm côn khai thác hoặc là bơm khí gaslift vào giếng
- Do nước vỉa xâm nhập vào trong giếng khoan
Để tiện tính toán, áp suất vỉa thường được quy đổi lên mặt phẳng tham chiếu là ranh giới dầu nước hay mực nước biển để tính toán và theo dõi sự thay đổi
Áp suất vỉa động (Pđ): là áp suất trong vỉa đang hoạt động theo một chế độ (thử giếng, khai thác, bơm ép) nhất định
Áp suất bão hòa: là áp suất tại đó bắt đầu xuất hiện bọt khí đầu tiên tách ra khỏi dầu Trong quá trình khai thác luôn phải giữ cho áp suất vỉa lớn hơn áp suất bão hòa
3 1 4 Độ thấm
Độ thấm là khả năng của đá chứa cho chất lưu chảy qua hệ thống kênh dẫn liên thông với nhau Độ thấm là một trong những thông số quan trọng nhất của đá chứa dầu khí, được chia ra làm ba loại:
Độ thấm tuyệt đối (K): là độ thấm của của đá ở điều kiện bão hòa 100% chất lưu đồng nhất Hình 3 2 là mô hình độ thấm theo định luật Darcy
Hình 3 2 Mô hình độ thấm theo định luật Darcy
K Q * * L
A * P (3 11)
Trong đó:
- Q là lưu lượng của chất lỏng đi qua đất đá cm3/s - μ là độ nhớt động học, MPa
- L là chiều dài của mẫu cm - A là diện tích bề mặt thấm cm2
- ΔP là sự chênh áp trên độ dài L (MPa) - K là độ thấm (mD)
Đ ộ th ấm tư ơ ng đ ối - K r ( pđ v )
Độ thấm hiệu dụng (Kh): là độ thấm của đá đối với một chất lưu khi trong đất