CHƯƠNG 2 : CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA ĐIỆN TRỞ SUẤT THẤP
2.2. Nguyên nhân gây ra đá chứa dầu điện trở suất thấp
2.2.1. Ảnh hưởng điều kiện kỹ thuật giếng khoan
* Ảnh hưởng do đới ngấm
Các giếng khoan tại mỏ TGT sử dụng dung dịch khoan gốc nước để khoan qua các tầng sản phẩm chứa dầu. Trong quá trình khoan và quá trình đo ĐVLGK, để giảm thiểu ảnh hưởng sập nở thành giếng khoan thì luôn khống chế là áp suất cột dung dịch khoan lớn hơn áp suất vỉa, chính điều này đã tạo ra các đới ngấm xung quanh thành giếng khoan và được phân chia thành ba đới nhỏ: đới rửa, đới chuyển tiếp và đới nguyên. Do thành hệ đá chứa của mỏ TG là có độ rỗng và độ thấm khá cao nên đã tạo ra vùng thấm sâu xung quanh giếng khoan, chiều sâu của đới ngấm nhiều khi lớn hơn chiều sâu nghiên cứu của thiết bị đo điện trở suất nên đã gây ra điện trở suất biểu kiến thấp.
Hình ảnh phía dưới đã cho thấy có sự khác biệt rõ rệt của hai giá trị đo điện trở suất tại hai thời điểm khác nhau: đường cong màu đỏ là giá trị đo trong quá trình khoan, còn đường cong màu hồng là giá trị đo điện trở suất sau khi khoan, đường kính giếng khoan là không có sự thay đổi trong hai điều kiện đo. Giá trị đo điện trở suất đo trong quá trình khoan cao hơn so với giá trị đo trong khi khoan chứng tỏ là giếng khoan có đới thấm khá lớn (Hình 2.1).
Điện trở đo trong khi khoan
Đường kính giếng khoan không thay đổi
Điện trở đo sau khi khoan
Hình 2.1. So sánh điện trở đo trong khi khoan và sau khi khoan tại đối tượng nghiên cứu
Đới ngấm xảy ra gây ra hiện tượng thay đổi thành phần chất lưu xung quanh giếng khoan, chiều sâu của đới ngấm phụ thuộc vào thời gian, độ chênh áp giữa áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch khoan với áp suất vỉa, chênh lệch nồng độ khoáng hóa giữa dung dịch khoan và nước vỉa, độ nhớt của dung dịch khoan và độ thấm của thành hệ. Thông thường thì khi dung dịch khoan thấm vào trong thành hệ sẽ tạo ra lớp vỏ sét làm giảm chiều sâu đới ngấm. Để tránh ảnh hưởng của đới ngấm thì phương pháp đo điện trở suất của thành hệ được đo trực tiếp trong khi khoan đã được áp dụng tại mỏ TGT. Phương pháp hiệu chỉnh điện trở do ảnh hưởng của đới ngấm cũng được áp dụng dựa trên mối quan hệ điện trở đo sâu sau khi khoan và điện trở đo sâu trong khi khoan. Mối quan hệ này được áp dụng để hiệu chỉnh điện trở do ảnh hưởng của đới ngấm của các giếng khoan mà điện trở suất sau khi khoan (Hình 2.2).
Biểu đồ quan hệ điện trở suất Đ iệ n tr ở đ o sa u kh i k ho an (o hm .m ) 10 1 1 y = 1.3443x0.5508 R² = 0.8887 Series1 Power (Series1) 10
Điện trở đo trong khi khoan (ohm.m)
Hình 2.2 Biểu đồ điện trở suất trong và sau khi khoan của đối tượng nghiên cứu
Các tầng cát bở rời có độ gắn kết yếu dễ bị sạt lở và sẽ không tạo được lớp vỏ bùn xung quanh thành giếng khoan cũng là nguyên nhân gây ra điện trở suất thấp của đá chứa.
* Hạn chế về chiều sâu nghiên cứu của thiết bị đo
Các thiết bị đo có giới hạn về chiều sâu nghiên cứu, tùy vào loại thiết bị đo sẽ có chiều sâu nghiên cứu khác nhau. Phương pháp đo điện vi điện cực hội tụ cầu (MSFL) thì chiều sâu nghiên cứu khoảng 2-16cm, trong khi đó phương pháp đo điện hướng dòng thì chiều sâu nghiên cứu khoảng 0.3-1.8m. Giá trị đo điện trở là giá trị biểu kiến và bị ảnh hưởng bởi chiều sâu đới ngấm, môi trường đo là bất đồng nhất và độ nghiêng, thế nằm của đất đá không vuông góc với thiết bị đo. Các giá trị đo điện trở suất của mỏ TGT do ảnh hưởng của đới ngấm lớn do vỉa chứa có độ rỗng và độ thấm cao, sự tách biệt của các đường cong đo điện trở suất vi hội tụ cầu với điện trở suất nông (RS), điện trở suất sâu (RD) lớn cho nên giá điện trở suất biểu kiến RD sẽ có xu thế nhỏ hơn nhiều so với giá trị thực của vỉa chứa.
* Biến đổi của đường kính giếng khoan
Đường kính giếng khoan không ổn định sẽ ảnh hưởng đến kết quả đo đạc điện trở suất thành hệ, đường kính giếng khoan thay đổi sẽ gây ra sai số độ sâu do
tốc độ kéo cáp không ổn định, thiết bị đo lệch trục và không định tâm. Đường kính giếng khoan thay đổi thì hệ số hình học thay đổi cho nên giá trị đo điện trở suất biểu biến cũng thay đổi theo. Giá trị đo điện trở suất biểu kiến được biểu diễn như sau với giả sử là không có sự ảnh hưởng của vỉa lân cận:
Rap=a*Rm + b*Rxo + c*Rtr + d*Rt. Trong đó:
Rm: điện trở suất dung dịch khoan (ohm.m) Rxo: điện trở suất đới rửa (ohm.m)
Rtr: điện trở suất của đới chuyển tiếp (ohm.m) Rt: điện trở suất thực của vỉa (ohm.m)
Rap: điện trở suất đo biểu kiến (ohm.m)
a, b, c, d là yếu tố hình học do thiết bị và kích thước của các đới.
(Nguồn Địa Vật Lý Giếng Khoan - PGS.TS Hoàng Văn Quý)
* Góc nghiêng của vỉa và độ lệch của giếng khoan
Trong trường hợp là độ lệch của giếng khoan và vỉa chứa không vuông góc với nhau sẽ dẫn đến sai số về kết quả đo điện trở suất. Các phương đo điện trở bị sai số càng nhiều khi góc tạo bởi giữa thân giếng khoan và vỉa chứa nhỏ. Trong mỏ TGT thì điện trở được hiệu chỉnh ảnh hưởng góc nghiêng của vỉa chứa và góc nghiêng của giếng khoan thông qua tài liệu đo hình ảnh giếng khoan (FMI và STAR…).
2.2.2. Ảnh hưởng của môi trường địa chất
- 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.
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 = Vsh + Vc
(2.2)
Rt Rsh Rc
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.
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
Đ ộ sâ u ( m ) Q u ar tz ( % ) 2839.5 3066.5 3116.5 3174.5 3181.0 3220.0 3297.5 3415.0 3425.0
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 R ( O h m .m ) sh Vsh-lam (%)
Hình 2.5 Mối quan hệ điện trở suất và sét phân lớp
(Nguồn Baker Hughes)
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).
Khung đá
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).
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.
Φ t
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.
Φ d
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 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
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