Tài liệu Quan hệ thấm – chứa trong trầm tích vụn và khả năng áp dụng khi nghiên cứu một số vỉa chứa ở Việt Nam

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT KHOA DẦU KHÍ  BÁO CÁO KẾT QUẢ CÔNG TRÌNH  NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN  QUAN HỆ THẤM - CHỨA TRONG TRẦM TÍCH VỤN VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG KHI NGHIÊN CỨU MỘT SỐ VỈA CHỨA Ở VIỆT NAM Cán bộ hướng dẫn Sinh viên thực hiện 1. Nguyễn Văn Biên 2. Trần Quang Đạt TS. Phạm Văn Tuấn Bộ môn: Địa Chất Dầu Khí Lớp: Địa Chất Dầu Khí K50 Hà Nội 05/2009 Quan hệ thấm – chứa trong trầm tích vụn và khả năng áp dụng - 1 - khi nghiên cứu một số vỉa chứa ở Việt Nam Nguyễn Văn Biên và Trần Quang Đạt. Lớp Địa Chất Dầu Khí K50 TÓM TẮT Độ rỗng, độ thấm, độ bão hòa và độ sét… là những tham số vật lý quan trọng nhất khi nghiên cứu bất kỳ một vỉa chứa dầu hay chứa khí nào. Trong đó, độ rỗng và độ thấm luôn có những mối quan hệ nhất định tùy thuộc vào từng điều kiện cụ thể. Có rất nhiều yếu tố chi phối đến mối quan hệ này, kể cả là nguyên nhân bên trong do thành phần, kích thước, hình dạng… các hạt vụn trầm tích và nguyên nhân bên ngoài do các hoạt động địa chất diễn ra sau khi các hạt trầm tích này được lắng đọng. Tất cả những nguyên nhân trên đều có những ảnh hưởng nhất định đến giá trị độ rỗng – độ thấm và do đó để có thể nghiên cứu được khả năng chứa của vỉa sản phẩm chúng ta cần nghiên cứu những nguyên nhân đã chi phối đến mối quan hệ này. Mối quan hệ độ rỗng – độ thấm ( – K) luôn có những biến đổi phức tạp theo nhiều xu hướng khác nhau tùy thuộc vào điều kiện lắng đọng trầm tích ban đầu và sự biến đổi thứ sinh sau quá trình thành đá. Để nghiên cứu được mối quan hệ này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng số liệu thực nghiệm từ những vỉa chứa dầu khí điển hình trên Thế giới. Sau đó, xây dựng nên những mối quan hệ  – K theo từng tiêu chí nhất định. Từ những quan hệ  – K vừa xây dựng được, nhóm nghiên cứu đưa ra một vài kiến nghị để áp dụng quan hệ này khi nghiên cứu các vỉa chứa vụn Miocene và Oligocene trong điều kiện của Việt Nam. 1. GIỚI THIỆU CHUNG Quan hệ độ rỗng – độ thấm ( – K) 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3. CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU - 2 - Xây dựng mối quan hệ thấm – chứa từ các số liệu thực nghiệm đối với các vỉa chứa dầu khí điển hình trên Thế giới. 3.1. Vỉa chứa Oligocene-Miocene tại mỏ khí Yacheng Trung Quốc 3.1.1. Đặc điểm về môi trường thành tạo và quá trình biến đổi thứ sinh. Môi trường cổ thay đổi từ các lớp đất đá phủ bở rời nằm trên đá gốc và bên cạnh đó là các lớp trầm tích quạt delta được thành tạo trong môi trường đầm hồ rồi tiếp đến là các thành tạo thuộc biển: thủy triều ảnh hưởng đến các quá trình lắng đọng của quạt delta và cửa sông, cuối cùng là các thành tạo ven biển và ngoài khơi. Thành phần thạch học từ cát kết arkoses đến feldspathic, có độ hạt từ mịn đến trung bình và thô. Quá trình biến đổi thứ sinh chủ yếu là sự hòa tan, rửa lũa của các khoáng vật feldspar kali. 3.1.2. Xây dựng quan hệ thấm – chứa theo thành phần độ hạt và điều kiện môi trường thành tạo. Mối quan hệ độ rỗng – độ thấm theo thành phần độ hạt đối với vỉa chứa Oligocene-Miocene, tại mỏ khí Yacheng được xây dựng như sau (Hình 01): Theo đồ thị này ta thấy các mẫu nghiên cứu tại vỉa chứa này có độ hạt phổ biến từ 0.7–1.0mm còn các mẫu khác (có độ hạt nhỏ hơn hoặc lớn hơn) thì sự phân bố của chúng ít hơn, đặc biệt là mẫu có độ hạt mịn (<0.5mm) chiếm một tỷ lệ rất nhỏ. Điều đó chứng tỏ rằng thành phần độ hạt tại vỉa chứa này chủ yếu là cát kết hạt thô (theo như phân loại của Pettijohn và nhiều tác giả khác, 1973) . Ta cũng thấy rằng đường xu thế (trend line) của các mẫu có độ hạt từ trung bình trở lên (>0.5mm) có giá trị độ thấm và độ rỗng tương đối cao:  = 10 ÷ 20% và K=20÷1000mD. Còn đối với các mẫu có kích thước độ hạt nhỏ hơn 0.5mm có độ tập trung của chúng thấp và có giá trị độ rỗng và thấm không cao. Như vậy, quan hệ rỗng – thấm theo thành phần độ hạt của các mẫu nghiên cứu tại vỉa chứa này nhìn chung là khá tốt, độ rỗng cao và độ thấm cũng cao. - 3 - Cũng đối với vỉa chứa khí trên, ta đi xây dựng mối quan hệ độ rỗng – độ thấm theo điều kiện môi trường lắng đọng và kích thước độ hạt (Hình 02). Trên đồ thị thể hiện mối quan hệ này ta thấy các mẫu có độ hạt từ trung bình đến thô, được lắng đọng trong điều kiện gần đường bờ biển thể hiện mối quan hệ thấm – chứa tốt nhất (giá trị  và K đều cao) mối quan hệ này được thể hiện bằng đường xu thế số 01 (Line 01). Còn đối với các mẫu được lắng đọng trong các điều kiện môi trường khác, thì mối quan hệ này lại kém hơn (giá trị  khá cao nhưng K lại thấp). - 4 Hình 01: Mối quan hệ độ rỗng – độ thấm theo thành phần độ hạt Như vậy, ta có thể nhận xét rằng quan hệ thấm – chứa của vỉa chứa Oligocene-Miocene, tại mỏ khí Yacheng chủ yếu phụ thuộc vào thành phần độ hạt và điều kiện môi trường thành tạo. Quan hệ thấm – chứa này có tốt hay không và nó được thể hiện như thế nào? Chất lượng thấm – chứa của cát kết được xác định bằng phương pháp của Pittman (1992) và nó được thể hiện bằng tỷ số K/ . Chất lượng thấm chứa tỷ lệ thuận với độ lớn của tỷ số này. Khi mà giá trị của tỷ số này càng cao, điều đó chứng tỏ rằng chất lượng thấm – chứa càng tốt. Áp dụng vào trường hợp của vỉa chứa này ta thấy mối quan hệ cùng với chất lượng thấm – chứa được thể hiện bằng đồ thị sau: - 5 - 3.2. Vỉa chứa tuổi Oligocene và Miocene sớm thuộc bể Nam Côn Sơn phía Nam biển Trung Quốc 3.2.1. Đặc điểm về thạch học, môi trường và quá trình biến đổi thứ sinh. Đặc điểm thạch học: Thành phần thạch anh và các hạt vụn chiếm ưu thế so với các loại khoáng vật khác. Hàm lượng felspar không đáng kể (nhỏ hơn 5%). Chiếm ưu thế là thạch anh đơn tinh thể, nhưng cũng có một số lượng đáng kể là các hạt thạch anh đa tinh thể được tạo ra do quá trình biến chất. Trong thành phần các hạt vụn giàu khoáng vật sét. - 6 - Các hạt có tính dẻo chiếm khoảng 5 đến 50% trong tổng số các hạt ban đầu. Thường khi kích thước hạt lớn thì hàm lượng các hạt có tính dẻo giảm đi. Kích thước hạt và độ chọn lọc: Thành phần cát kết có độ hạt từ mịn đến trung bình, kích thước hạt cát từ 0.1 đến 0.5mm và trung bình là 0.25mm. Cát kết có độ chọn lọc rất khác nhau từ tốt đến kém, và độ chọn lọc này không có sự liên quan với thành phần cát ban đầu. Đối với mẫu cát kết có độ hạt thô thì hàm lượng của các thành phần có tính dẻo thấp, trong khi các mẫu có độ hạt mịn hơn thì hàm lượng các thành phần có tính dẻo này có thể thấp hoặc cao. Biến đối thứ sinh: Các hạt đá bị biến dạng là do bị kẹp giữa các hạt thạch anh có độ cứng cao. Do quá trình nén ép bên trong các lỗ hổng mà trong một số trường hợp, chúng sẽ tạo thành các “đốm bẩn” bám trên bề mặt các hạt có độ cứng cao. Mặt khác, các hạt đá này cũng đã trải qua nhiều lần tái kết tinh, trong một vài trường hợp sẽ dẫn đến sự tái phân bố giữa các hạt tạo nên độ rỗng thứ sinh. Ngoài ra, ximăng thạch anh được lấp đầy trong các khe hổng giữa các hạt. Độ rỗng phụ thuộc theo chiều sâu: Qua các kết quả nghiên cứu ta thấy rằng tại đây giá trị độ rỗng giảm theo chiều sâu chôn vùi. Tại những độ sâu nhỏ hơn 3000m chỉ có quá trình nén ép giữa các hạt, nơi mà độ rỗng giảm theo chiều sâu sẽ tăng theo hàm lượng của các hạt có tính dẻo cao. Tại những độ sâu lớn hơn 3000m thì sự giảm độ rỗng là do quá trình nén ép của các hạt có tính dẻo và hàm lượng của ximăng thạch anh. Hàm lượng ximăng thạch anh tăng theo chiều sâu chôn vùi, tuy nhiên đối với cát kết sạch thì lại có khuynh hướng là hàm lượng của ximăng thạch anh sẽ tăng cao tại những độ sâu nhỏ hơn 3000m. Điều này sẽ làm tăng giá trị độ rỗng đối với các vỉa cát sạch giàu thành phần các hạt có tính dẻo bên dưới độ sâu 3000m. Tại đó giá trị của độ thấm sẽ giảm nhanh khi độ rỗng giảm vì quá trình nén ép của các hạt có tính dẻo nằm giữa các hạt thạch anh có độ cứng cao sẽ dẫn tới việc làm cho các khe hổng không còn khả năng liên thông với nhau. Kết quả của quá trình này làm cho độ thấm trong cát kết giảm đến mức thấp nhất đối với cát kết chứa hàm lượng các hạt có tính dẻo lớn. Ximăng thạch anh có thể không có ảnh hưởng nhiều đối với độ thấm. 3.2.2. Xây dựng quan hệ thấm – chứa theo thành phần độ hạt và điều kiện môi trường thành tạo. Mối quan hệ và chất lượng thấm – chứa của vỉa chứa này được xây dựng trên cơ sở 2 loại độ rỗng được xác định bằng 2 phương pháp khác nhau: một là giá - 7 - trị độ rỗng được xác định bằng phương pháp “đếm điểm” (Line 01) và hai là độ rỗng được xác định bằng phương pháp phân tích mẫu (Line02). Trên đồ thị này ta thấy kết quả xác định độ rỗng của 2 phương pháp tuy có sự chênh lệch nhau, nhưng giá trị độ thấm của chúng là xấp xỉ nhau. Ngoài ra, dựa trên các đường cong thể hiện chất lượng thấm – chứa (tỷ số K/) ta có thể thấy rằng khi các mẫu được đưa vào nghiên cứu có giá trị độ thấm như nhau và giá trị độ rỗng khác nhau thì: mẫu có giá độ rỗng cao hơn sẽ có chất lượng thấm chứa kém hơn (vì độ rỗng được xác định bằng phương pháp phân tích mẫu sẽ cho kết quả  lớn hơn so với phương pháp đếm điểm. Phương pháp phân tích mẫu cho kết quả độ rỗng cao hơn là do phương pháp này xác định gần như tất cả không gian rỗng tồn tại trong đá, kể cả những lỗ hổng có kích thước nhỏ, không có ý nghĩa cho sự thấm – chứa). Chất lượng thấm – chứa được xác định bằng tỷ số K/? Như vậy, tỷ số này là gì và nó có ý nghĩa như thế nào khi nghiên cứu chất lượng của đá chứa dầu khí? Như trong mục 3.1.2. đã nêu, tỷ số này được Pittman đưa ra khi nghiên cứu một loạt các quan hệ thực nghiệm. Theo Pittman, khi nghiên cứu chất lượng của đá chứa nếu đánh giá 2 tham số là độ rỗng và độ thấm một cách độc lập sẽ không phản ánh được chất lượng của đá chứa. Bởi vì, nhiều mẫu đá cho giá trị độ rỗng rất cao nhưng lại cho giá trị độ thấm kém nguyên nhân là do nhiều khe hổng trong mẫu đá đó không có sự liên thông với nhau. Cho nên những đá chứa loại này có chất lượng không cao. Để đánh giá chất lượng thấm – chứa của cát kết, bằng các nghiên cứu của mình Pittman đã đưa ra mối quan hệ đó là tỷ số K/ . Chất lượng của cát kết phụ thuộc vào độ lớn của tỷ số này, khi giá trị của tỷ số này càng cao, điều đó chứng tỏ rằng chất lượng của đá chứa cát kết càng tốt (Hình 04). - 8 - Ngoài ra, chất lượng thấm – chứa còn được xác định bằng một phương pháp khác. Cơ sở của phương pháp này cũng là dựa vào tương quan của 2 tham số là độ rỗng và độ thấm, tác giả của phương pháp này là Winland (1972,1976). Ông đã đưa ra một sự tương hỗ giữa 2 tham số  và K với đường kính của lỗ hổng và từ đó đánh giá chất lượng của đá chứa. - 9 - - 10 - 3.3. Vỉa chứa tuổi Oligocene thuộc bồn trũng Southern San Joaquin, California 3.3.1. Đặc điểm về thạch học, môi trường và quá trình biến đổi thứ sinh. Thành phần thạch học: Chủ yếu gồm thạch anh, feldspar kali, feldspar plagioclase và nhiều loại mảnh vụn đá khác. Có nguồn gốc núi lửa hay do quá trình sau trầm tích. Hầu hết các mẫu thuộc loại cát kết arkoses hoặc lithic arkoses, nhìn chung giàu thành phần feldspar và chiếm ưu thế là feldspar kali. Sự phân đới và kích thước hạt:  Đới thấp: chủ yếu là cát kết hạt mịn chứa nhiều hang hốc, tại đới này ở những nơi gần móng thường có một vài phiến sét mỏng.  Đới giữa: là cát kết sạch có độ hạt từ mịn đến trung bình. Hầu hết các lớp này là gần với bề mặt móng.  Đới trên: là cát kết sạch, có độ hạt từ trung bình đên thô. Phần bên trên có thành phần cuội và các mảnh đá có kích thước lớn. Chiều dày của 3 đới xấp xỉ nhau khoảng 350ft. Các quá trình biến đổi thứ sinh: Dựa vào cấu trúc của cát kết tại vỉa chứa này, ta thấy tại đây vừa có sự nén ép cơ học và nén ép hóa học. Các hạt muscovite nằm bên cạnh các hạt thạch anh và feldspar thường có xu hướng bị nén ép. Trong một số trường hợp, quá trình nén ép làm cho các hạt glauconite và các mảnh đá argillaceous bị méo mó. Những đường khâu giữa các hạt thạch anh là dấu hiệu của sự nén ép bởi áp suất. Các vết dạn nứt trong các hạt đá cũng là dấu hiệu cho sự nén ép này, đặc biệt là các mẫu có độ hạt thô. 3.3.2. Xây dựng quan hệ thấm – chứa theo sự phân đới của vỉa sản phẩm. - 11 - - 12 - 4. THẢO LUẬN - 13 - 5. KẾT LUẬN Qua đề tài nghiên cứu "QUAN HỆ THẤM - CHỨA TRONG TRẦM TÍCH VỤN VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG KHI NGHIÊN CỨU MỘT SỐ VỈA CHỨA Ở VIỆT NAM" kết quả đã đạt được như sau: TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. LỜI CẢM ƠN  Trong thời gian thực hiện đề tài chúng tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo trường Đại học Mỏ - Địa chất, khoa Dầu khí cũng như Bộ môn Địa Chất Dầu khí đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng tôi các văn liệu cần thiết phục vụ cho việc hoàn thành đề tài nghiên cứu của mình.  Đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của T.S Phạm Văn Tuấn trong quá trình thực hiện đề tài.  Do hạn chế về mặt thời gian cũng như kiến thức, nên đề tài vẫn còn những thiếu sót nhất định. Nhóm tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn sinh viên để đề tài nghiên cứu của chúng tôi được hoàn thiện hơn. - 14 -