3.2. Quy trình xây dựng mơ hình địa chất 3D
Quy trình xây dựng mơ h nh 3D đƣợc thực hiện theo các bƣớc nhƣ Hình 3.7. Có nhiều phần mềm sử dụng để mơ hình hóa 3D nhƣng hay dùng nhất là phần mềm Petrel, phiên bản 2015 (tên đầy đủ Petrel E&P Software Platform 2015), đây là phần mềm của cơng ty dầu khí quốc tế Schlumberger. Các chức năng của Petrel rất đa dạng, từ vẽ bản đồ cấu trúc, vẽ bản đồ đẳng sâu, đẳng dầy, minh giải tài liệu địa vật lý, liên kết giếng khoan, xây dựng mô h nh địa chất, thiết kế giếng khoan, đánh giá rủi ro địa chất cho đến mơ phỏng các vỉa chứa, tính tốn trữ lƣợng, dự đốn khả năng khai thác (Hình 3.8) v.v.
Hình 3.7. Quy trình xây dựng mơ h nh địa chất [16]
Chuẩn bị dữ liệu
Các tài liệu địa chất (báo cáo, nghiên cứu địa chất khu vực) các kết quả phân tích thạch học, cổ sinh, địa hóa.
Các tài liệu địa chấn (địa chấn 2D, 3D, các bản đồ cấu trúc, đứt gãy minh giải, thuộc tính địa chấn).
Các tài liệu giếng khoan (các đƣờng cong đo ghi, các kế quả phân tích, thử vỉa).
Mơ hình cấu trúc
Là xây dựng một khung rỗng xác định bởi các bề mặt ranh giới địa tầng và bề mặt bản đồ minh giải, kết thúc là tạo thành một mạng lƣới ơ mạng với kích cỡ phù hợp với mức độ minh giải và máy móc hiện nay.
Mơ hình tƣớng
Là q trình mơ phỏng lại phân bố thạch học và trầm tích vào trong các ô lƣới thỏa mãn điều kiện tại giếng khoan cũng nhƣ h nh thái địa chất cả về định tính và định lƣợng (Hình dạng, kích thƣớc, phƣơng hƣớng khác nhau…).
Mơ hình thống số
Là q trình mơ phỏng lại phân bố của các thông số vỉa chứa nhƣ độ rỗng, độ thấm, độ bão hòa nƣớc vào trong mạng lƣới ô mạng. Dựa vào thông số tại giếng khoan và mơ hình phân bố thạch học đã đƣợc mơ phỏng ở trên kết hợp với các thuật toán xác suất thống kê để mơ phỏng cho tồn mỏ.
Tính tốn trữ lƣợng tại chỗ
Sau khi mô phỏng các thông số vỉa chứa trong không gian ba chiều. Trữ lƣợng tại chỗ theo phƣơng pháp thể tích của tồn mỏ với mức độ chi tiết hóa đến từng ơ lƣới.
Phân tích rủi ro
Nhƣ đã nói ở trên các thơng số đƣợc mơ phỏng dựa trên tài liệu giếng khoan kết hợp với các thuật toán xác suất thống kê. Do vậy, mỗi thơng số đều có thể tồn tại những rủi ro nhất định vì thế phải chạy ngẫu nhiên với nhiều kịch bản khác nhau, đƣa ra các giới hạn rủi ro khác nhau và các biện pháp hạn chế rủi ro.
3.2.1. Mơ hình hóa cấu trúc
Mơ hình cấu trúc 3D bao gồm 6 bƣớc chính lần lƣợt nhƣ sau [16]:
Mô phỏng hệ thống đứt gãy
Chia lƣới theo chiều ngang
Mô phỏng các bề mặt địa tầng
Phân chia các tập, phân tập
Phân chia các lớp
Đánh giá mơ h nh cấu trúc
Hình 3.9. Các bƣớc mơ hình hóa cấu trúc
3.2.1.1. Mơ phỏng hệ thống đứt gãy
Mô h nh đứt gãy là bƣớc đầu tiên để xây dựng mơ hình cấu trúc. Dựa vào các dữ liệu địa chấn minh giải, các đứt gãy đƣợc đƣa vào phần mềm Petrel. Đầu tiên là tạo các khung xƣơng cho đứt gãy (Skeleton), là các đƣờng trùng với mặt phẳng đứt gãy thƣờng cách đều nhau (Hình 3.9). Các khung xƣơng này là cơ sở để phân chia kích cỡ từng ơ lƣới.
3.2.1.2. Chia kích cỡ ơ lƣới
Q trình này sẽ tạo nên một mạng lƣới ơ lƣới (Hình 3.10). Mạng lƣới này đƣợc giới hạn và phân chia bởi các yếu tố nhƣ ranh giới vùng nghiên cứu, xu hƣớng của đứt gãy và dòng chảy, các phân vùng trong khu vực nghiên cứu với đặc tính khác nhau. Việc lựa chọn kích thƣớc của ơ lƣới phải phù hợp với tƣớng địa chất, vị trí giếng khai thác, và phải đảm bảo đủ mịn để bảo tồn mối quan hệ trong không gian của dữ liệu. Kích cỡ ơ lƣới trung bình theo chiều ngang có thể chọn lựa nhƣ
25x25m, 50x50m, 100x100m, 150x150m v.v. tùy vào từng khu vực và mục tiêu nghiên cứu cụ thể.
3.2.1.3. Mô phỏng các bề mặt địa tầng
Đây là bƣớc thứ ba trong quá trình xây dựng cấu trúc. Các bản đồ minh giải đƣợc mơ phỏng lại trong mơ hình sao cho phù hợp với bề mặt đứt gãy xuyên cắt qua và phải chứa điểm đánh dấu địa tầng xác định đƣợc tại giếng khoan (marker địa tầng). Nếu nhƣ điểm đánh dấu địa tầng tại giếng khoan cách xa bản đồ minh giải thì cần xem xét thống nhất lại giữa minh giải tại giếng khoan và minh giải tài liệu địa chấn.
3.2.1.4. Phân chia các tập, phân tập
Các bề mặt địa tầng nóc và đáy phân chia mô h nh thành các tập. Nếu trong một tập lại có đặc tính riêng rẽ theo chiều dọc sẽ tiếp tục chia mơ hình thành các phân tập.
3.2.1.5. Phân chia các lớp
Mục đích là chia kích cỡ ơ lƣới theo chiều dọc phù hợp với địa tầng. Thƣờng kích cỡ phân chia theo chiều dọc là 0.3-1m nếu cần mơ hình chi tiết. Một yếu tố rất quan trọng khác để chọn kích cỡ ơ lƣới đó là hệ thống xử lý máy tính. Nếu chọn kích cỡ quá nhỏ sẽ làm số lƣợng ô lƣới nhiều ảnh hƣớng đến tốc độ xử lý của máy tính.
3.2.1.6. Đánh giá mơ hình cấu trúc
Đây là bƣớc cuối cùng trong việc xây dựng mô hình cấu trúc. Bƣớc này kiểm tra lại xem tồn bộ ơ lƣới có thỏa mãn các yếu tố nhƣ thể tích, hình thái ơ lƣới (độ dốc, độ vặn xoắn) có đảm bảo để đƣa vào mô phỏng các thông số của vỉa chứa hay khơng.
3.2.2. Thơ hóa dữ liệu giếng khoan
Là dùng các thuật toán trung b nh đối với các giá trị đo đƣợc trong giếng khoan để gán vào mỗi ô lƣới. Nguyên nhân là giá trị đo theo giếng khoan có độ phân giải lên đến 0.1524 m nhƣng mỗi ô lƣới lại khơng thể chia nhỏ kích cỡ để bảo tồn tỷ lệ này (chia q nhỏ thì số lƣợng ơ lƣới lớn máy tính khơng thể xử lý). Do vậy mỗi ơ lƣới có thể có nhiều giá trị đo tại giếng khoan nhƣng khi mơ phỏng mỗi ơ lƣới chỉ có thể nhận một giá trị nên cần trung bình hóa các giá trị trong từng ô lƣới.
Các thơng số đƣợc thơ hóa là giá trị thạch học và độ rỗng, độ thấm hay độ bão hòa đo đƣợc tại giếng khoan. Do các giá trị của mỗi ô lƣới khi thơ hóa sẽ đƣợc dùng để mơ phỏng ra tồn bộ vùng nghiên cứu nên việc lựa chọn phƣơng pháp trung b nh hóa cũng hết sức quan trọng.
3.2.3. Mơ hình phân bố thạch học và trầm tích
Mơ hình phân bố thạch học và trầm tích là mơ phỏng lại sự phân bố của các thạch học và mơi trƣờng trầm tích trong các ơ lƣới thỏa mãn điều kiện đã đƣợc xác định tại giếng khoan cũng nhƣ h nh thái địa chất cả về định tính và định lƣợng nhƣ hình dạng, kích thƣớc, phƣơng hƣớng khác nhau của các yếu tố địa chất và đứt gãy. Trong mơ hình mơ phỏng, từng loại thạch học đƣợc thể hiện bằng các số nguyên (0, 1, 2…) hay gọi là các biến rời rạc (discrete variables).
Xây dựng phân bố thạch học cần có các nghiên cứu địa chất và tài liệu giếng khoan để xây dựng phân bố của từng loại thạch học, địa chất 3D trong phạm vi cả mỏ. Trƣớc đây để xác định phân bố thạch học tại những vùng khơng có giếng khoan mang tính rủi ro cao, lý do là tài liệu giếng khoan có độ tin tƣởng cao nhƣng số lƣợng giếng và dữ liệu là hạn chế. Tuy nhiên ngày nay với những cơng nghệ hiện đại mang tính chính xác cao đã hỗ trợ cho mơ hình mơ phỏng tiệm cận với thực tế hơn, đặc biệt là có sự kết hợp giữa tài liệu giếng khoan với các tài liệu địa chấn 2D, 3D để mô phỏng phân bố thạch học và môi trƣờng địa chất.
Để mô phỏng lại phân bố thạch học có độ tin cậy và phù hợp với thực tế cần phải hiểu về các q trình hình thành trầm tích trong khu vực, khả năng liên kết vỉa chứa cũng nhƣ mức độ bất đồng nhất trong vỉa chứa. Một công cụ không thể thiếu trong mô phỏng là công cụ phân tích dữ liệu đầu vào (Data analysis). Theo đó, 4 yếu tố sau cần phải đƣợc phân tích: sự thay đổi tỷ lệ tƣớng theo chiều dọc (Facies Proportion); chiều dày của các tƣớng (Facies Thickness); xác suất phân bố tƣớng địa chấn trong mơ hình (Facies Probability) và phân tích tƣơng quan của các điểm đã biết (Discrete Variogram). Các phân tích này đƣợc thực hiện trên tài liệu giếng khoan và tài liệu địa chấn. Từ mình giải địa vật lý giếng khoan cho phép ta phân chia địa tầng tại giếng thành những loại thạch học khác nhau, xác định mơi trƣờng trầm tích. Từ các phân tích thuộc tính địa chấn định tính đƣợc phân bố thạch học trong phạm vi nghiên cứu.
Hình 3.12. Mơ hình thạch học cho hệ thống sơng
Hình bên trái là mơ hình hệ thống sơng uốn khúc dạng chồng khối (Stacked meandering channel systems), hình bên phải là mơ hình hệ thống sơng xâm thực bào mòn (erosive channels) màu vàng, đỏ, có trầm tích lắng đọng ở bên (crevasse splays) màu xanh lá.
3.2.4. Mơ hình thơng số
Mơ hình thơng số bao gồm các thơng số của vỉa chứa nhƣ độ rỗng, độ thấm, độ bão hịa v.v. Mơ hình thơng số đƣợc xây dựng dựa vào các thông số tại giếng khoan và mơ hình phân bố thạch học đã đƣợc mơ phỏng ở trên kết hợp với các thuật toán xác suất thống kê để mơ phỏng cho tồn mỏ. Do vậy, mỗi thơng số sẽ có phân bố khác nhau ứng với từng loại thạch học trầm tích. Ví dụ nhƣ sét thƣờng có độ rỗng kém, không chứa, cát sạch lại thƣờng có độ rỗng cao, chứa tốt. Vì mỗi thơng số vỉa chứa đều ảnh hƣớng đến quá trình khai thác, củng nhƣ ảnh hƣởng đến phƣơng án phát triển mỏ. Mô h nh địa chất càng mơ phỏng chính xác các thơng số thì càng mang lại lợi ích về kinh tế cũng nhƣ giá trị nghiên cứu khoa học.
Hình 3.13. Hình ảnh thực địa và mơ hình thơng số dựa vào dữ liệu giếng khoan
3.2.5. Tính tốn trữ lƣợng tại chỗ và đánh giá rủi ro
Trữ lƣợng dầu khí là lƣợng dầu khí cịn lại trong các tích tụ tự nhiên chứa dầu khí, có thể tính đƣợc ở thời điểm nhất định, đƣợc phát hiện với mức độ tin cậy khác nhau tùy theo kết quả thăm dò địa chất. Tùy theo mức độ tin cậy giảm dần, trữ lƣợng dầu khí đƣợc phân thành: Trữ lƣợng xác minh (P1), trữ lƣợng có khả năng (P2), trữ lƣợng có thể (P3).
Hiện nay trên thế giới sử dụng phân cấp trữ lƣợng theo nhiều cách khác nhau. Ở Việt Nam sử dụng phổ biến: Phân cấp trữ lƣợng dầu khí của Nga (Liên Xô) và phân cấp trữ lƣợng theo phƣơng Tây.
Trong cơng tác tìm kiếm thăm dị th việc xác định, tính tốn trữ lƣợng của thân khí hay thân dầu là cơng việc rất quan trọng. Có rất nhiều các phƣơng pháp để tính tốn trữ lƣợng nhƣ phƣơng pháp thể tích, phƣơng pháp cân bằng vật chất,
phƣơng pháp thống kê, phƣơng pháp giảm áp v.v. Việc lựa chọn từng phƣơng pháp sao cho phù hợp cũng sẽ tùy thuộc vào các thơng số của vỉa chứa, tính chất cơ lý của đá, tính chất của chất lƣu cũng nhƣ nhiều thông tin trong cơng việc tìm kiếm thăm dị. Tuy nhiên phƣơng pháp thể tích là phƣơng pháp đƣợc dùng trong xây dựng mô h nh địa chất 3D.
Tính trữ lƣợng tại chỗ theo phƣơng pháp thể tích dựa vào các thơng số đƣợc mơ h nh hóa. Xác định rủi ro dựa vào các kịch bản khác nhau của từng thông số.
Trữ lƣợng trong mơ h nh địa chất 3D tính theo phƣơng pháp thể tích.
Đối với dầu : OIIP = 6,291*BRV*NTG**(1-Sw)/Bo
OIIP Trữ lƣợng dầu ban đầu, tại chỗ (bbl) BRV Thể tích đá chứa (m3)
NTG Tỉ số bề dày chứa hiệu dụng/bề dày vỉa chứa (%)
Độ rỗng (%)
Sw Độ bão hòa nƣớc (%)
Bo Hệ số thành hệ thể tích của dầu (rb/stb) 6,291 Hệ số chuyển đổi đơn vị m3-bbl
Đối với khí: GIIP = 35,3147*BRV*N/G**(1-Sw)/Bg
GIIP Trữ lƣợng khí ban đầu, tại chỗ (scf) BRV Thể tích đá chứa (m3)
NTG Tỉ số bề dày chứa hiệu dụng/bề dày tầng, vỉa chứa (%)
Độ rỗng (%)
Sw Độ bão hòa nƣớc (%)
Bg Hệ số thành hệ thể tích của khí (rc/scf) 35,3147 Hệ số chuyển đổi đơn vị m3-cf
Mỗi thơng số đều có thể nhận những giá trị khác nhau trong khoảng biến đổi của nó trong mỗi lần tính tốn do nhiều nguyên nhân. Do dó sẽ có nhiều kết quả tính tốn trữ lƣợng khác nhau phụ thuộc phân bố xác suất của các số liệu ban đầu. Mỗi giá trị trữ lƣợng này đều mang giá trị rủi ro khác nhau, xác suất thành cơng cao thì ít rủi ro hơn và ngƣợc lại. Ba giá trị trữ lƣợng ứng với xác suất thành công P90, P50 và P10 thƣờng đƣợc dùng trong các báo cáo.
3.2.6. Chuyển giao sang nhóm mơ hình khai thác (MHKT)
Sau khi có kết quả tính tốn trữ lƣợng tại chỗ và tính tốn rủi ro. Mơ hình đƣợc chuyển giao sang nhóm MHKT để mơ phỏng dịng chảy, lặp lại lịch sử khai thác và xây dựng các phƣơng án phát triển mỏ.
3.3. Mơ hình địa chất cho mỏ khí X, Đơng Bắc lơ 103 3.3.1. Giới thiệu mỏ khí X 3.3.1. Giới thiệu mỏ khí X
Khu vực Đơng Bắc lơ 103 gồm 3 mỏ khí riêng biệt mỗi mỏ đã có một giếng khoan thăm dị cho phát hiện khí, trong đó mỏ khí X có trữ lƣợng ƣớc tính là lớn nhất, có nhiều đặc điểm đặc trƣng cho khu vực và có đầy đủ tài liệu để xây dựng mơ h nh địa chất 3D. Hơn nữa, do thời gian còn hạn chế nên học viên đã chọn mỏ khí X để xây dựng mô h nh địa chất 3D cho đề tài nghiên cứu.
Mỏ khí X nằm ở Đơng Bắc lơ 103, thuộc bể trầm tích Sơng Hồng, ngồi khơi phía Bắc Việt Nam cách bờ biển Hải Phịng khoảng 150 km theo hƣớng Đơng Nam có độ sâu mực nƣớc biển thay đổi từ 30-45 m (Hình 3.14).
Thời gian, hình dạng và cấu trúc: Cấu tạo này đƣợc hình thành do q trình nghịch đảo trầm tích Miocen trong pha kiến tạo nén ép Miocen muộn. Đây là một cấu tạo có đỉnh khép kín 3 chiều, cánh phía Đơng của cấu tạo bị khống chế bởi đứt gãy nghịch có biên độ lớn h nh vịng cung theo hƣớng Tây Bắc-Đơng Nam (Hình 3.15, Hình 3.16, Hình 3.17). Đỉnh của cấu tạo X bị bào mòn mạnh trong thời gian cuối Miocen-đầu Pliocen và nằm lệch về phía Đơng, áp sát với đứt gãy nghịch giới hạn, cánh của cấu tạo chìm dần về phía Tây Bắc và phía Tây tạo thành trũng hẹp và sâu ngăn cách với dải nâng Hƣng Yên.
Ngoài sự phụ thuộc vào đứt gãy nghịch có biên độ lớn nằm ở phía Đơng, đi phía Nam của cấu tạo X cịn bị ảnh hƣởng bởi các đứt gãy thuận hƣớng Đông- Tây, cắt ngang cấu tạo và đổ về phía Nam. Đứt gãy này đã chia cấu tạo thành hai khối: khối phía Bắc với đỉnh khép kín 4 chiều ở phần trên của trầm tích Miocen giữa và khép kín vào đứt gãy nghịch giới hạn phía Đơng ở những lớp trầm tích bên dƣới và khối phía Nam khép kín 2 chiều vào chính đứt gãy thuận.
Hình 3.14. Vị trí mỏ X và khu vực nghiên cứu [13]
Đối tƣợng chính: vỉa chứa trong Miocen có độ sâu khoảng 2200-3000 m, đây cũng là phạm vi xây dựng mô h nh địa chất 3D. Chất lƣợng đá chứa từ trung bình đến tốt với độ rỗng khoảng 5-20 % và độ thấm từ 1-100 mD. Trong khu vực mỏ đã khoan một giếng khoan thăm dò cho phát hiện khí và condensate. Kết quả trên giếng khoan cũng xác định đƣợc ranh giới chất lƣu giữa khí và nƣớc trong phạm vi mỏ, trong đó khí tập trung ở đỉnh cấu tạo phù hợp với quy luật di dịch dầu khí của các bẫy cấu trúc.
Hình 3.15. Mặt cắt dọc mỏ khí X