CHƯƠNG 3 TÍNH CHẤT THẤM CHỨA CỦA ĐÁ CHỨA VÀ HÓA LÝ CHẤT LƯU
3.2. Tính chất thấm chứa
Phần lớn đá chứa móng tại mỏ Sư Tử Đen cũng như tại bể Cửu Long đều bị nứt nẻ hoặc dập vỡ. Các đới nứt nẻ của đá granit đều là những khoảng có tính chất vỉa tốt, cho dòng dầu lớn [1], [3], [5], [6], [8], [13]. Tuy nhiên trong vỉa chứa có tồn tại các đai mạch với chiều dày thay đổi từ dưới một mét đến vài mét, đa phần các trường hợp từ 5 đến 10 mét. Các đới nứt nẻ phát triển mạnh ở phần đỉnh của cấu tạo và được đặc trưng bởi tính thấm chứa cao nhất. Theo chiều sâu từ mặt móng, tính thấm chứa của đá nứt nẻ bị giảm đi nhiều, tương ứng với số lượng các đứt gãy mở hoặc các đới nứt nẻ rất ít gặp ở các khoảng sâu trong móng.
Cấu trúc không gian lỗ rỗng của đá granit được nghiên cứu đánh giá bằng phương pháp thạch học, mẫu cắt mỏng được tẩm nhựa màu mài mỏng và được soi dưới kính hiển vi phân cực. Tuy nhiên mẫu đá sử dụng là mẫu mùn khoan, thường có kích thước nhỏ nên chỉ đại diện được cho những vi nứt của đá móng mà không phản ánh được đặc tính các khe nứt - hang hốc lớn hơn với tính chất vỉa tốt và khả năng cho dòng dầu cao. Kết quả nghiên cứu thực phòng thí nghiệm VDKVN [93], [96] và [31], [88] cho thấy cấu trúc lỗ rỗng của mẫu lõi đá granit mỏ STĐ khá phức tạp với độ rỗng thứ sinh dao động trong khoảng từ 0,35% - 1,5%, một số ít mẫu lớn hơn 3% và bao gồm hai dạng:
- Vi khe nứt, phân bố không đều, có hình thái phức tạp, dạng gấp khúc, phân nhánh và thường được nối với nhau bởi các hang hốc hoặc những khe nứt lớn do
dập vỡ. Theo [13], độ mở của các vi khe nứt xác định trên mẫu lõi phần lớn nằm trong khoảng 0,05mm - 0,2 mm, hiếm khi tới 0,5mm và chiều dài trung bình của chúng dao động trong khoảng 5 - 15mm.
- Nứt nẻ-hang hốc lớn có kích thước biến đổi trong khoảng 0,5 - 1,5mm, đôi khi lên tới 2,0cm [13]. Đặc trưng của lỗ rỗng dạng này là được phủ trên bề mặt hang hốc bởi khoáng vật thứ sinh canxit và zeolit. Như vậy loại lỗ rỗng này là kết quả của tác động bào mòn do dung dịch nhiệt dịch.
Các dạng lỗ rỗng chiếm những tỷ lệ khác nhau trong tổng thể tích lỗ rỗng của mẫu đá, nhìn chung độ rỗng khe nứt chiếm đa số với tỷ phần từ 50% tới 78% không gian rỗng [6], [13]. Tuy nhiên một số mẫu lát mỏng chỉ tồn tại các lỗ rỗng giữa và trong tinh thể và có độ rỗng từ 0,36% đến 1,73%. Các mẫu này nằm ở độ sâu khác nhau trong móng chứng tỏ các đới có khả năng thấm chứa tốt được xen kẽ bởi các đới đá không bị biến đổi thứ sinh.
Như vậy, đá móng granit chứa dầu ở bể Cửu Long nói chung và của mỏ Sư Tử Đen nói riêng, được cho là có cấu trúc không gian rỗng rất phức tạp và khác biệt rất lớn so với các loại đá chứa dầu khí như cát kết hoặc ngay cả cacbonnat nứt nẻ. Thể hiện rõ ràng bởi sự đa dạng của hình thái lỗ rỗng và mức độ bất đồng nhất cao.
Các đặc trưng thống kê của các tính chất vật lý của đá móng granit nứt nẻ bể Cửu Long đã được nghiên cứu từ thời gian đầu khai thác các mỏ Bạch Hổ, Rồng (tổng kết trong SĐCN mỏ Bạch Hổ, 1986 - 1993) sau đó là Sư Tử Đen và thực địa với tổng số hàng trăm mẫu. Mẫu lõi được lấy lên từ giếng SD-2X-DEV với 3,47m mẫu granit từ chiều sâu 3208m tới 3211,47m phục vụ cho nghiên cứu. Giá trị độ rỗng của đá móng theo mẫu lõi chủ yếu chỉ đặc trưng cho phần đặc xít, không thấm với các vi lỗ rỗng là chủ yếu. Phân bố độ rỗng hiệu dụng theo số liệu mẫu lõi và mẫu vụn của móng nứt nẻ mỏ STĐ cho thấy dạng bất đối xứng với giá trị độ rỗng dao động trong khoảng khá rộng (từ vài phần ngàn tới 5%- hình 3.2). Kinh nghiệm từ nghiên cứu và phân tích vụn thô cho thấy có thể phân chia một cách tương đối thành 2 nhóm mẫu đặc trưng cho 2 loại cấu trúc không gian rỗng chủ yếu [88], [93], [96]. Nhóm 1 chiếm hơn một nửa số mẫu nghiên cứu là các mẫu có giá trị độ rỗng
tới 2,0% đặc trưng cho phần các lỗ hổng và vi nứt nẻ nguyên sinh. Nhóm 2 bao gồm các mẫu có độ rỗng từ 2,01% tới 9,0% và có giá trị độ thấm cao, đạt tới hàng trăm miliDarcy (hình 3.3), và được hình thành do các quá trình biến đổi thứ sinh tạo ra phần lỗ rỗng hiệu dụng trong đá.
Hình 3. 2. Phân bố độ rỗng mẫu lõi và vụn thô mỏ Sư Tử Đen (tổng hợp từ [96])
Hình 3. 3. Phân bố độ thấm mẫu lõi và vụn thô mỏ Sư Tử Đen (tổng hợp từ [96]) Hình vẽ 3.4 cho thấy giá trị động rỗng hiệu dụng trung bình cho mỗi lát cắt 50m theo giếng khoan thay đổi từ 1,0% đến 9,0%. Theo chiều sâu, giá trị độ rỗng giảm xuống tới 2,0% trong khoảng tới 1.400m, ổn định giá trị 1% - 3% trong khoảng 500 tới 1.400m và chỉ còn 1% ở độ sâu trên 1.400m so với mặt móng.
0 20 40 60 80 100 120
0 10 20 30 40 50 60
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tổng cộng dồn
Tần xuất, %
Độ rỗng, %
0 10 20 30 40 50 60
0.1 0.5 1 10 50 100 500 1000 5000 10000
Tần xuất, %
Độ thấm, mD
Giá trị độ rỗng chủ yếu được tính toán từ tài liệu ĐVL giếng khoan tại mỏ với tham số điện trở đo đạc từ carota ngay sau khi khoan giếng. Một hướng nghiên cứu ứng dụng mới của các chuyên gia Vietsovpetro [8] không chỉ tập trung vào một tham số đo đạc nào mà sử dụng toàn bộ các tham số ĐVL thông thường để nhằm có được kết quả phù hợp nhất đối với thành phần thạch học của mẫu đá lấy được trong quá trình khoan. Các kết quả tính toán từ tài liệu ĐVL giếng khoan đã được hiệu chỉnh với số liệu tham chiếu từ mẫu lõi các mỏ lân cận và trình bày trên hình 3.5 với những quy luật biến đổi tương tự nhau.
Kết quả tính toán phân bố giá trị độ rỗng của đá móng granit nứt nẻ đã được hiệu chỉnh và hoàn toàn phù hợp với mật độ số lượng nứt nẻ theo chiều dài thân giếng khoan.
Hình 3. 4. Phân bố độ rỗng mỏ STĐ (theo chiều sâu từ bề mặt móng [1], [3], [13])
Chiều sâu mặt móng (m)
Hình 3. 5. Phân bố giá trị độ rỗng trong móng STĐ qua tài liệu ĐVL giếng khoan Độ nén lỗ rỗng của đá móng nứt nẻ bể Cửu Long cũng như của mỏ Sư Tử Đen đã được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và cho thấy có sự tương đồng với các mỏ Bạch Hổ và Rồng, nơi thu thập được nhiều mẫu lõi. Kết quả phân tích từ phòng thí nghiệm NIPI và VDK được biểu diễn trên hình 3.6 của 33 mẫu lõi các mỏ STĐ, Rồng, Bạch Hổ và mẫu thực địa với độ rỗng từ 0,5 tới 13,8%, độ thấm từ 0,1 tới 5590 mD. Giá trị độ nén biến đổi trong khoảng 110 đến 300E-06/atm và phụ thuộc vào áp suất nén hiệu dụng.
Hình 3. 6. Kết quả phân tích độ nén lỗ rỗng mẫu móng granit (Phòng thí nghiệm mẫu lõi NIPI và VDKVN)
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
200 300 400 500 600 700
Độ nén lỗ rỗng(x10-6at-1)
Áp suất hiệu dụng (at) Mẫu lõi mỏ
Sư Tử Đen (VDKVN) Mẫu lõi các
mỏ bể Cửu Long (NIPI)
Ngoài ra, tại các giếng khai thác mỏ Sư Tử Đen, độ nén của lỗ rỗng trong đá móng nứt nẻ còn được phân tích và đánh giá bởi phương pháp mô phỏng quá trình thay đổi của áp suất nén hiệu dụng thực tế diễn ra trong quá trình khai thác với khoảng thay đổi từ 300 tới 595 atm. Điều này chứng tỏ độ nén lỗ rỗng của đá móng Sư Tử Đen biến đổi trong khoảng rộng, thể hiện cấu trúc không gian rỗng phức tạp và tính bất đồng nhất rất cao.
Nứt nẻ trong móng thuộc các hệ thống khác nhau về điều kiện thành tạo và khả năng thấm chứa. Trên cơ sở số liệu FMI, nứt nẻ trong đá móng được phân chia thành các loại: nứt nẻ liên tục và không liên tục, hang hốc, dạng dập vỡ và do bị dập vỡ, nứt nẻ tiếp xúc và lấp đầy. Các nứt nẻ có góc nghiêng lớn, chủ yếu khoảng 60 - 70 độ theo phương thẳng đứng [1], [4] , [6], [8]. Phương của các nứt này chủ yếu là Tây Bắc-Đông Nam. Các số liệu này còn cho thấy ở các khoảng cho dòng thì các nứt nẻ thường có đặc trưng liên tục, hở với độ mở trên 1mm và mật độ không nhỏ hơn 2 tới 5 nứt nẻ/mét.
Hình 3. 7. Xác định các đới nứt nẻ và vi nứt từ các đường cong ĐVL và mức độ mất dung dịch khi khoan giếng (Theo báo cáo CLJOC tính toán lại trữ lượng - 2009)
Độ thấm theo số liệu mẫu lõi tại bể Cửu Long, biến thiên trong khoảng rộng, từ một tới vài ngàn miliDarcy và không có mối quan hệ rõ ràng với độ rỗng [11], [15]. Đây là một trong những đặc trưng của đá chứa với độ rỗng nứt nẻ trong không gian rỗng. Tài liệu theo dõi mức độ mất dung dịch trong quá trình khoan hoặc kết quả khảo sát dòng trong khai thác thử cho thấy nhiều khoảng nứt nẻ mặc dù có độ rỗng tương đối lớn (có biểu hiện chứa dầu khí) nhưng không có khả năng cho dòng chất lưu (hình 3.7)
Trong thực tế khai thác, các giếng không chống ống và được để thân trần với các khoảng mở từ hàng trăm tới hàng nghìn mét trong phần móng nứt nẻ. Trong móng STĐ, các giếng khai thác được thiết kế để khoan qua số lượng các khoảng nứt nẻ (hoặc các đứt gãy nhận biết được nhờ địa chấn) là nhiều nhất [5], [8]. Mặc dù vậy, trong tất cả các giếng chỉ có một phần rất nhỏ các khoảng cho dòng dầu chính với sản lượng chiếm trên 60% sản lượng của cả giếng (hình 3.8), và chiều rộng các khoảng cho dòng cũng rất hạn chế so với cả chiều dài thân giếng trong móng.
Hình 3. 8. Phân tích khoảng cho dòng dòng trong đoạn thân giếng SD-1X có hang hốc và nứt nẻ lớn (theo báo cáo kết thúc giếng khoan SD-1X của CLJOC) Các khối cấu tạo trong đối tượng móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen được phân chia dựa trên tính liên thông thủy lực đã được khảo sát từ các giếng đang khai thác, ngoài ra các tài liệu địa chấn cũng cho thấy mức độ nứt nẻ khác nhau giữa các khối (hình 3.9). Trên mặt cắt địa chấn cho thấy rõ các khối SD-A, SD-B và SD-C (nằm
Các nứt nẻ lớn
trong vùng SDTN) liên thông thủy lực tốt với nhau và có đặc tính lưu thể tương tự nhau. Mặc dù vậy, khối SD-A và SD-C tách biệt đối với khối SD-B bởi 2 khối này có mật độ nứt nẻ thấp hơn khối SD-B. Khối D không có mối liên thông thủy lực với vùng SDTN và cũng không liên thông với khối E mặc dù 2 khối này đều nằm trong vùng SD ĐB. Khối E không những không liên thông thủy lực mà còn có đặc tính chất lưu khác [12], [14], [68] so với tất cả các khối trong móng Sư Tử Đen.
Hình 3. 9. Mặt cắt địa chấn qua móng Sư Tử Đen [12], [14], [68]