Tài liệu dieu kien dia chat thuy van trong hinh thanh,tich tu,bao ton va pha huy mo dau va khi ppt

VAI TRÒ CỦA ĐỊA CHẤT THUỶ VĂN TRONG
SỰ HÌNH THÀNH, BẢO TỒN VÀ PHÁ HUỶ
CÁC TÍCH TỤ DẦU KHÍ
I. GIỚI THIỆU CHUNG
Điều kiện đòa chất thuỷ văn (ĐKĐCTV) có ý nghóa quan trọng
trong việc hình thành , bảo tồn và phá huỷ các tích tụ dầu khí.
Trong suốt quá trình hình thành, tích tụ, biến đổi và phá huỷ các
mỏ (vỉa) dầu khí đều liên quan chặt chẽ với môi trường nước. Tuỳ theo
tính chất và hoạt động của ĐKĐCTV mà nó có vai trò như một nhân tố
kiến tạo hay phá huỷ các tích tụ dầu khí.
Ngay khi trầm tích bắt đầu được hình thành, những vật chất hữu cơ
và các chất khí chứa trong nước được chôn vùi cùng với nước và chất
trầm tích. Các quá trình sinh hóa, đòa hóa, hóa lý biến đổi các vật chất đó
thành dầu khí đều diễn ra trong môi trøng nước. Dầu và khí được hình
thành và hoặc hỗn hợp với nước hoặc hòa tan hoặc phân tán trong nước
và được nước di chuyển tới các tầng dò dưỡng. đây dầu, khí tách ra khỏi
nước do nhiều nguyên nhân khác nhau: phân dò trọng lực, mao dẫn… dầu
khí chiếm các vò trí cao trong các cấu tạo. Đó là các quá trình tích tụ dầu
khí để tạo thành các mỏ (vỉa). (Hình 1)
Các tích tụ này trong điều kiện nhất đònh nào đó giữ mối cân bằng
động với nước và nó tồn tại ở đó. (Hình 2).
1
Hình 1. Dầu khí chiếm vò trí cao trong cấu tạo đòa chất.
Hình 1.a: Kiến trúc vòm muối.
Hình 1.b: Kiến trúc phay phá.
Hình 1a. Hình 1b.
oil
oil
Nhưng khi ĐKĐCTV thay đổi do điều kiện nào đó làm vỡ các mối
cân bằng động đó, nước sẽ xâm nhập vào vỉa dầu khí và lôi kéo nó đi
(phá huỷ cơ học) hoăc kéo hẳn dầu khí nhâp vào nùc (bằng con đường

hòa tan hỗn hơp) hoặc có thể xoá hẳn dầu và khí nếu trong nước tồn tại
các chất oxi hoá (phá huỷ hoá học).
* Sự hòa tan của các hydrocacbon trong nước:
Nghiên cứu sự hòa tan của các hydrocacbon trong nước có vai trò
khá quan trọng trong việc giải thích sự thành tạo, bảo tồn và phá huỷ các
tích tụ dầu khí.
điều kiện nhiệt độ, áp suất bình thường hệ số hoà tan của
hydrocacbon trong nước không lớn. Chẳng hạn đối với chất khí :
Mêtan : 0,033 Butan : 0,036 Ne : 0,016
Etan : 0,047 Izobutan : 0,025 O
2
: 0,031
Prôpan : 0,037 CO
2
: 0,087 H
2
S : 2,58
Sự hòa tan của các vật chất hữu cơ trong nước phức tạp hơn do tính
đa dạng, phức tạp của chúng. Vật chất hữu cơ trong nước tồn tại dưới
nhiều dạng: vật chất hữu cơ không bay hơi, vật chất hữu cơ bay hơi ( axit
béo, Efir, xpirt( cồn, rượu), cacbuahydrô thơm, các amin…). Do đó khả
năng hoà tan vật chất hữu cơ trong nước rất khác nhau tuỳ theo thành
phần của chúng.
2
Hình 2.a
Hình 2. Các tích tụ dầu khí trong mối cân bằng động với nước.
Hình 2.a: Kiến trúc nếp lồi.
Hình 2.b: Kiến trúc bẫy đòa tầng ( bất chỉnh hợp).
Hình 2.b
Ví dụ: hydrôcacbua lỏng tan trong nước cất ở 20

o
C ( g/kg):
Pentan : 0,36 Benzo : 1,865
Octan : 0,014
điều kiện nước dưới đất, càng xuống sâu nhiệt độ, áp suất và
tổng độ khoáng hoá của nước càng tăng do đó độ hoà tan của các
hydrocacbua sẽ tăng mạnh.
Thí dụ Theo nghiên cứu của các nhà khoa học Châu Âu độ hoà tan của
một số chất khí theo nhiệt độ và áp suất như sau (cm
3
/g nước):

Áp lực
(kg/cm
2
)
Mêtan Etan Prôpan
60
o
100
o
160
o
60
o
100
o
160
o
60

o
100
o
160
o
50 0.93 0.84 1.24 0.75 0.69 1.004 0.27 0.35 0.49
100 1.70 1.58 2.39 0.93 0.99 1.64 0.28 0.38 0.62
200 2.75 2.71 4.10 1.08 1.31 2.33 0.29 0.41 0.72
400 4.17 4.18 6.70 1.25 1.55 2.95
600 5.04 5.18 8.60 1.37 1.75 3.35
Đối với hydrocacbua lỏng chăng hạn như Benzen: khi nhiệt độ
tăng độ hòa tan cũng tăng lên nhiều, khi nhiệt độ đạt 107
o
C độ hoà
tan là 5,07g/kg, nhiệt độ = 300
o
C - 146g/kg.
II. VAI TRÒ CỦA ĐKĐCTV TRONG VIỆC HÌNH THÀNH CÁC
TÍCH TỤ DẦU KHÍ
1.VAI TRÒ CỦA NƯỚC TRONG SỰ BẢO TỒN VẬT CHẤT HỮUCƠ
Trong giai đoạn đầu của quá trình trầm tích, vật chất hữu cơ được
lắng đọng trong môi trường nước. Với môi trường có năng lượng thấp, chế
độ nước yên tónh là điều kiện cho trầm tích hạt mòn bùn, sét được tích tụ.
Các môi trường này chủ yếu là các vùng ven biển, các cửa sông tam giác
châu, đầm lầy…tất cả các môi trường này đều là môi trường nước. Đây là
điều kiện tiên quyết đầu tiên cho sự bảo tồn vật chất hữu cơ trong điều
kiện yếm khí.
3
Hình 3. Thể
hiện sự

trầm tích
lấn dần ra
biển ở môi
trường tam
giác châu,
gần bờ là
trầm tích
cát là chủ
yếu gọi là đồng bằng tam giác châu. Tiến xa hơn nữa là trán tam giác
châu gồm các thấu kính cát được bao quanh bởi các trầm tích sét. Các
thấu kính này được tạo ra do sự thay đổi chế độ dòng chảy của sông hoặc
mực gốc. Tiến xa hơn nữa về phía biển là tiền tam giác châu, nơi đây chủ
yếu là trầm tích hạt mòn, có độ sâu nước đủ lớn để tạo nên môi trường
khử cho sự bảo tồn vật chất hữu cơ không bò oxy hóa.
Trong quá trình phân hủy của vật chất hữu cơ có mặt của oxy, điều
kiện độ sâu đáy bồn nhỏ nước chuyển động tốt, oxy từ trên mặt theo sự
tuần hoàn của nước xâm nhập vào các lớp trầm tích. Trong trường này
vật chất hữu cơ không thể tạo thành dầu khí được mà chúng có thể bò oxy
hóa tạo thành CO
2
và nước. Còn nếu như lớp nước tương đối dày và biển
tương đối yên tónh thì sự xâm nhập của oxy vào các lớp trầm tích bò hạn
chế. Trong trường hợp này sự phân hủy vật chất hữu cơ không hoàn toàn,
một phần lớn chúng có thể biến đổi thành các khí và nếu không có lớp
bảo vệ nước sẽ thoát đi và không bảo tồn được.
Khi độ sâu bảo đảm, nước lại rất yên tónh, điều kiện này đã hạn
chế cao độ xâm nhập của oxy vào các lớp trầm tích dẫn đến sự phân hủy
của vật chất hữu cơ hoàn toàn trong điều kiện khử. Các lớp trầm tích hạt
mòn tạo thành lớp bảo vệ, một mặt không cho oxy ở trên mặt đi xuống,
mặt khác không cho các khí cacbon và các khí khác đã được thành tạo và

chứa cùng với nước trong lỗ hỗng của trầm tích mẹ thoát lên trên đi mất.
2. ĐKĐCTV DI CHUYỂN DẦU VÀ KHÍ
Sau khi các vật chất hữu cơ chuyển hoá thành dầu khí, để giải
phóng các vi dầu ra khỏi đá mẹ cần các yếu tố như tăng nhiệt độ, áp suất
4
và các dung môi hoà tan như: nước, khí và dầu. Khi tăng nhiệt độ xuất
hiện các sản phẩm hydrocacbon (HC) mới. Do đó, điều kiện tăng áp được
thiết lập và bắt đầu sự vận động của các vi dầu. Chúng có xu hướng hội
tụ thành giọt lớn, đám lớn và vận động tiếp đi theo các kênh dẫnlà các
khe nứt, lỗ hổng thoát ra khỏi đá mẹ.
*Sự dòch chuyển của chúng xảy ra đều có liên quan chặt chẽ đến
h ọ a t động của nước. Trong giai đoạn này dầu, khí và nước di chuyển do
áp lực đòa tónh. Những tầng trầm tích phía dưới chòu áp lực của các tầng
trầm tích phía trên, chúng bò ép nén lại, làm thể tích của các tầng đó
giảm đi, nước và dầu khí thoát ra theo hướng từ dưới lên trên, từ trung
tâm ra rìa bồn. Trong giai đoạn này nước còn di chuyển do khuyếch tán,
hướng di chuyển từ những nơi có nồng độ cao hơn tới những nơi có nồng
độ nhỏ hơn.
Khi bò chìm dần, sét bò nén ép và đuổi nước ra kèm theo cả sản
phẩm biến đổi của vật liệu hữu cơ, càng sâu lượng nước trong sét càng
giảm dần. Hedberg (1936) và Tisot (1967) làm thí nghiệm thấy rằng ở độ
5
Hình 4. Mô hình biểu thò sự thoát nước do bò nén ép bởi tải trọng (áp lực).
sâu 560m sét giải phóng 88% nước, ở độ sâu 1500m sét giải phóng 95%
nước và ở độ sâu 2500m sét giải phóng 98% nước. Càng sâu lượng khí
hoà tan trong nước càng nhiều vì được sinh ra nhiều hơn và chòu áp lực
lớn hơn. Chúng bò đẩy vào nước và vận động tiếp tới đá chứa.
Một số thí nghiệm của Snarski A. N cho thấy khi tăng áp suất và
nhiệt độ ở độ sâu > 3100m, xuất hiện áp suất của hơi nước tăng tới 750at,
lớn gấp 2,5 lần áp suất thuỷ tónh và lớn gấp 1,1 lần áp suất đòa tónh.

Lamtadje V. J đã làm thí nghòêm với sét chứa dầu và nước, áp suất tăng
tới 5000kg/cm
2
nước và dầu bò đuổi ra ngoài. Với áp suất như vậy sẽ có
điều kiện mở khe nứt và giải phóng các giọt dầu nguyên sinh cùng với
bọt khí và nước ra khỏi nơi cư trú. Chúng hội tụ và tạo thành giọt lớn, sau
đó bò đẩy đi tiếp. Khi các lớp sét bò nén ép, giảm lỗ rỗng cũng gây giảm
áp ( do giảm thể tích ban đầu) đẩy vi dầu ra ngoài đồng thời cũng làm
giảm lực hấp phụ của sét.
Độ sâu lún chìm càng lớn dẫn đến nhiệt độ, áp suất địa tĩnh và áp lực
chất lỏng càng tăng cao, càng thuận lợi cho q trình di cư đẩy hydrocacbon
ra khỏi đá mẹ.
*Các trạng thái di chuyển của dầu khí:
Các dạng dịch chuyển của dầu khí đều liên quan chặt chẽ đến hoạt
động của nước: dưới dạng dung dịch thực (trong nước), hòa tan vi dầu trong
nước dưới dạng màng dầu nước, dạng keo- nhũ tương (nhân misel), hòa tan
vi dầu trong nước bão hồ khí nén.
a) Di cư hydrocacbon trong dung dịch phân tử nước:
Dung dịch thật (hồ tan trong nước ), trong pha chủ yếu sinh dầu
thường có tới 20-25 mg/l vi dầu. Trong đó chiếm ưu thế là các HC bão hòa.
Nếu tăng T
o
= 200
o
C thì khả năng này tăng tới 10 lần. (Hình 5).
6
Ở giai đoạn lắng nén,nước tự do bị đuổi ra khỏi đá tới 80-90%và
chiếm phần khơng gian rỗng. Phần nước còn lại có hai dạng: nước liên kết
vật lý và nước liên kết hóa học bền vững – đó là nước tham gia vào cấu trúc
phân tử. Khi lún chìm, tăng T

o
và P cũng làm tăng khả năng tách nước liên
kết vật lý, thậm chí cả một phần nước liên kết hóa học ra khỏi các hạt
sét. Các yếu tố trên tạo áp lực gây nứt nẻ thủy lực tới vỉa tạo thành các
khe nứt, vết rạn.
Như vậy lúc đầu là tách nước tự do,sau đó ở đới nhiệt xúc tác là
tách nước liên kết do nén ép tăng thể tích khí và các chất lỏng ra khỏi đá
mẹ.
Tuy nhiên, loại di cư này không chiếm tỷ trọng lớn.
Trong lớp đá me,ï nếu dầu có trong nước thấp hơn mức bão hòa thì
các vi dầu di cư cùng với nước bò hòa tan. Nếu nước đã bão hòa các vi
dầu thì dầu sẽ tách ra khỏi nước trước khi bò đuổi ra khỏi đá mẹ, có nghóa
là tách ra dòng vi dầu riêng và có thể bò nước lôi đi.
b) Di cư hydrocacbon trong dung dòch keo nhũ tương
7
Hình 5. Sự hòa tan của một số HC theo nhiệt độ.
Khi nghiên cứu cơ chế hòa tan keo nhũ tương thấy rằng, quá trình
tạo nhũ trên ranh giới nước- vi dầu cũng như đối với vật liệu hữu cơ khác
phát hiện lượng lớn các chất có hoạt tính bề mặt đó là các phân tử có khả
năng quang học, mang tính chất ưa nước ( OH,COOH,NH…) và cả kỵ nước
dưới dạng phân tán. Chúng có khả năng giảm tính dính, giảm sức căng bề
mặt. Vì vậy chúng di chuyển cùng nhau do độ nhớt tương tự nhau. Các
chất này lại tồn tại trong khoảng nhiệt độ và áp suất rất rộng.
Việc tách dầu ra khỏi dung dòch keo này chỉ xảy ra khi bò pha loãng
bởi nước trong đá chứa, thay đổi pH của môi trường chứa kali, do tăng
khả năng chuyển hóa nhiệt xúc tác của các hợp chất cao phân tử. Lượng
vi dầu chuyển động dưới dạng keo- nhũ tương thường gấp 10 lần loại vi
dầu trong dung dòch thực.
Quá trình nứt nẻ thủy lực tạo khe nứt càng thuận lợi cho quá trình
di cư nhân misel- nhũ tương.

c)Sự di cư trong pha hydrocacbon
Di cư nguyên sinh của vi dầu trong dung dòch có khí nén hoặc
hydrocacbon lỏng nhẹ thường là hiện tượng tách ngược dòng (dầu nhẹ
hòa tan trong khí) và dạng di cư này chiếm tỷ trọng rất lớn.
Dòng chất lỏng có khí hòa tan sẽ làm giảm độ nhớt, giảm tỷ trọng,
giảm độ bám dính, giảm áp lực mao dẫn, tăng áp lực làm cho dòng chất
lỏng có tính linh động hơn và di cư dễ dàng.
• Trong khoảng nhiệt độ từ 40-200
o
C và cao hơn áp suất đạt từ
4-70MPa và cao hơn, phát hiện khả năng hòa tan của các sản phẩm bitum
và dầu trong khí nén thiên nhiên. Khả năng hòa tan khí tăng mạnh khi
tăng lượng phân tử của khí: N
2
<CH
4
<CO
2
< C
3
H
8
< khí HC nặng khác.
• Độ hòa tan trong khí càng cao của các HC paraffin, sau đó
giảm đối với naften: HC paraffin > naften > HC aromatic <Mono > bi-
poly > axit amin > nhựa > asphalten.
• Cấu trúc HC và bitum bò khí chiết ra khỏi đá thường tựa như
condensate và phân đoạn tương tự condensate và dầu. Nếu tăng T, P và
độ ẩm của đá trong thành phần của dung dòch hỗn hợp khí có khả năng
tăng thành phần HC aromatic và các hỗn hợp bão hòa, các dò nguyên tố

(S,N,O).
Lượng dầu khí được sinh ra ồ ạt tạo nên áp lực từng phần rất lớn và
đẩy chúng ra khỏi đá mẹ trong dòng khí nén.
8
Quá trình di cư tích cực xảy ra dưới dạng hạt, giot, màngtrong các
bọt khí. Các lực mao dẫn và sức căng bề mặt thuộc hệ thống sét-nước-HC
cần thiết để đẩy vi dầu từ lỗ hổng nhỏ vào lỗ hổng lớn hơn thì sức căng bề
mặt của nước phải lớn hơn của dầu. Từ đó, nước làm nhiệm vụ thay thế vi
dầu và đẩy dầu ra khỏi lỗ hổng nhỏ.
3.VAI TRÒ CỦA ĐKĐCTV TRONG SỰ HÌNH THÀNH CÁC TÍCH TỤ
DẦU KHÍ
*Sau khi dầu khí được hình thành, chúng sẽ di chuyển đến các
tầng đá chứa, và khi điều kiện cho phép (cấu tạo đòa chất, T, P…) chúng
sẽ bò giữ lại trong các tầng đất đá (bẫy) tạo nên các vỉa chứa.
Các HC di cư dưới các hình thức sau:
• Di cư tự do khi lượng khí đạt giá trò cao hơn khả năng bão
hòa của nước, khí hay HC lỏng tách ra khỏi nước, di cư tự do theo dòng
và xảy ra liên tục diễn ra trên bề mặt các hạt rắn…(Hình 6).
• Di cư cùng với nước trong khả năng bão hòa của nước, đặc
biệt khi có áp suất cao. Khi mất áp suất HC lỏng cũng tách ra khỏi nước.
• Di cư mao quản xảy ra khi áp suất khí hay hỗn hợp lớn hơn
lưc bám dính của dầu vào các mao mạch.
*Sau khi vi dầu ở trang thái keo-nhũ tương cùng với nước hoăc hỗn
hợp dầu nước đat tới bẫy chứa, do nhiệt độ tăng cao hay thời gian đòa chất
lâu dài, đăc biệt được bổ sung các thành phần HC nhẹ và các dung môi
hữu cơ thì dầu được tách ra khỏi nước và nổi lên trên (Hình 4b). Nước có
tỷ trọng lớn hơn lắng xuống dưới (quá trình phân dò trọng lực tự nhiên).
9
Hình 6a . Sự di cư tự do theo
dòng của dầu.

Hình 6b . Dầu di cư tự do theo dòng
chiếm vò trí cao trong vỉa.
*Trong trường hợp vi dầu vận động cùng với nước dưới dạng nhũ
tương ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, nhưng sau khi đạt tới bẫy chứa
lại mất áp suất và nhiệt độ, hỗn hợp dầu nước sẽ bò tách ra- dầu nổi lên
trên và nước lắng xuống dưới.
*Sự vận động của dầu khí diễn ra trong đá chứa xảy ra do áp lực
trọng trường, lực mao dẫn và áp lực thủy động dưới dạng di cư thẩm thấu.
Hoặc khi nhiệt độ tăng do lún chìm, độ nhớt, tỷ trọng, sức căng bề mặt
của dầu giảm, tăng tính linh động, bổ sung thành phần nhẹ, lực mao dẫn
yếu dần, dẫn tới lực nổi của dầu tăng cao và xảy ra sự di chuyển tới vùng
có áp suất, độ bão hòa lớn hơn (khí và dầu nhẹ hơn nên nổi trên mặt
nước).
Các giọt dầu di cư qua các lỗ rỗng khi áp lực của dầu khí (áp lực
nổi) thắng lực mao quản dưới tác dụng của áp lực từng phần.
Nếu giọt dầu nhỏ hơn kích thước lỗ hổng thì di chuyển qua dễ
dàng.
Nếu giọt dầu lớn hơn kích thước lỗ hổng thì tự bản thân nó có khả
năng biến đổi hình dạng (kéo dài ) để có thể lọt qua lỗ hổng dưới áp lực
nén của 3 loại : áp lực đẩy nổi , áp lực thủy tónh và áp lực mao dẫn.
Tốc độ vận động của nước cũng tác động mạnh có sức lôi cuốn bọt
khí và giọt dầu ra khỏi lỗ rỗng.
*Sự hình thành các tích tụ dầu khí dưới tác dụng của chế độ thủy
động lực: (ngoài yếu tố về áp suất vỉa-áp suất bão hòa HC, bản chất HC)
+ Chế độ thủy động lực đóng vai trò quan trọng trong các tích lũy
ban đầu:
-Nếu trong vỉa không có dòng chảy thì tích lũy dầu khí ở vò trí nằm
ngang, đáy là nước, phía trên là dầu khí.
10
Giọt dầu biến đổi hình dạng để

dòch chuyển qua lỗ rỗng.
Hình 7. Các giọt dầu di cư
qua lỗ rỗng. Mối quan hệ với
lực mao quản, và khả năng
biến dạng của chúng.
Giọt dầu có khả năng
biến dạng để dòch
chuyển qua lỗ rỗng.
-p suất vỉa lớn tạo nên chế độ một pha.
-p suất vỉa chưa đủ lớn để khí hòa tan vào dầu, xuất hiện ranh
giới khí-dầu-nước (quá trình phân dò trọng lực).
- Đối với dòng chất lỏng có khí hoà tan đưa đến: việc giảm áp sẻ
làm khí tự tách ra và chiếm vò trí cao nhất trong bẫy, dầu-khí-nước sẽ tồn
tại ở chế độ 3 pha do sự phân dò theo tỷ trọng.
+ Trong các bồn có chế độ thủy động các giọt dầu hay các
bọt khí do lực đẩy Acsimet làm chúng nổi lên, đồng thời chúng chòu
ảnh hưởng của áp lực thủy động lôi cuốn đi theo phương ngang.
Nếu tốc độ vận động của nước càng lớn, chênh lệch tỷ trọng của
chất lỏng và nước càng nhỏ thì khả năng nổi lên tích tụ càng kém.
Đồng thời bề mặt tiếp xúc giữa dầu (khí) và nước sẽ bò nghiêng, và
độ nghiêng tùy thuộc vào tỷ trọng của dầu và tốc độ vận động của
nước. ( Hình 9. ) Đôi khi vận tốc quá lớn sẽ làm thân khí tách ra
khỏi thân dầu, và nằm ở bên sườn vỉa. (Hình 10.)
11
Hình 9. Sự vận động của nước làm mặt tiếp xúc giữa dầu và
nước bò nghiêng theo chiều vận động của nước.
Dầu-khí-nước ở
chế độ 3 pha.
Hình 8. sự phân bố dầu-
khí-nước trong bẫy

Dầu ở chế độ
1 pha.
Tóm lại: sự hình thành các tích tụ dầu khí có liên quan chặt chẽ
đến hoạt động của nước ngay từ khi VLHC được tích tụ (bảo tồn VLHC)
cho đến khi chúng được chuyển hóa thành dầu khí và được mang ra khỏi
đá mẹ(dạng phân tử hay phân tán trong nước, trạng thái nhũ tương, hơi
dầu khí hay khí) đi đến các cấu tạo bẫy để tích tụ thành vỉa hoặc mỏ dầu
khí (do lực nổi, sự phân di trọng lực).
III. ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỊA CHẤT THUỶ VĂN ĐẾN SỰ BẢO TỒN
DẦU KHÍ:
Để bảo tồn được các tích tụ dầu khí là tránh được sư phá huỷ từ các
nhân tố bên ngồi như tránh sự oxy hố, tránh được sư phát tán của dầu khí
tại các tích tụ và có những điều kiện thuận lợi để giữ được các tích tụ dầu…
các điều kiện bảo tồn sự phá huỷ các tích tụ dầu khí ít nhiều bị ảnh hưởng bởi
yếu tố địa chất thuỷ văn.
1. Về tốc độ di chuyển của dòng nước:
Tốc độ di chuyển của dòng nước là một chỉ tiêu quan trọng để phá huỷ
hay bảo vệ mỏ, tốc độ dòng nước phụ thuộc vào tính thấm và gradient thuỷ
12
Hình 10. Vận tốc nước lớn làm các thân dầu và khí tách riêng.
lực của tầng chứa nước, trong đó tốc độ dòng nước nhỏ thuận lợi cho việc bảo
vệ mỏ.
Trong các bồn dầu khí có chế độ nước vận động thì các giọt dầu hay
giọt khí sẽ nổi lên do lực đẩy Acsimet, đồng thời chúng chịu áp lực thuỷ động
lôi cuốn đi theo phương ngang. Nếu tốc độ vận động của nước càng lớn chênh
lệch tỷ trọng của chất lỏng và nước càng nhỏ thì khả năng nổi lên tích tụ càng
kém.
Lực đẩy ngang có thể xác định theo gradien áp lực:
6
10013,1

××=××=
Kdl
dh
g
dl
dP
n
µ
ρ

trong đó: dP – độ chênh áp lực. g – gia tốc trọng trường.
dh – độ chênh mực nước. μ – độ nhớt của nước.
dl – khoảng cách. K – hệ số thấm của đất đá.
ρ
n
– tỷ trọng của nước. q – tỷ lưu lượng.
Tren đã đề nghị công thực xác định tốc độ thấm lớn nhất của nước để dầu,
khí có thể nổi lên được ( giới hạn trên của tốc độ thấm ) :

)(
sin
max
2
aK
lK
σ
µ
α
ω
×

×∆×
≤
Trong đó:
ω
max
– tốc độ thấm lớn nhất của nước để dầu, khí có thể nổi lên.
K – hệ số thấm qua.
∆l – độ chênh tỷ trọng của nước và dầu.
α – góc nghiêng của tầng di dưỡng.
μ – độ nhớt của dầu hoặc khí.
K
2
(σa) – tính thấm tương đối của dầu, khí so với nước.
Như vậy trong một điều kiện thuỷ động lực nhất định thế nằm mặt tiếp
xúc giữa dầu (khí) và nước nghiêng nhiều hay ít là tuỳ thuộc vào tỷ trọng của
dầu, còn sự vận động của nước tuỳ thuộc vào tính thấm của đất đá và độ
chênh áp lực của bồn.
13
H 11. độ rỗng của đất đá ảnh hưởng đến độ thấm
Sự di chuyển của dầu, khí tuỳ thuộc vào sự di chuyển của nước trong bồn, sự
di chuyển này dẫn đến sự phân bố lại các tích tụ dầu khí trong bồn. còn mặt
tiếp xúc giữa dầu – nước và khí - nước là mặt nghiêng và nghiêng theo hướng
vận động của nước. (hình vẽ 12).
H 12. Mặt tiếp xúc giữa dầu - nước, khí - nước là mặt nghiêng
Như đã nói ở trên, do tác dụng của dòng nước nên mặt tiếp xúc giữa dầu và
nước sẽ nghiêng theo hướng vận động của dầu và nước. nếu góc nghiêng nhỏ
14
thì dầu vẫn có khả nặng được bảo tồn – giư lại. Nếu góc nghiêng lớn hơn góc
nghiêng của tầng chứa thì rõ ràng dầu – khí sẽ di chuyển đi.
Góc nghiêng φ của mặt tiếp xúc dầu – nước được xác định :

dh
dZ
dl
dh
ll
l
tg
dn
n
=×
−
=
ϕ
trong đó : φ – góc nghiêng.
l
n
,l
d
– tỷ trọng của nước, dầu

dl
dh
- Gradien thuỷ lực.

dl
dZ
-
độ dốc của mặt
tiếp xúc dầu –

nước.
như vậy dầu khí
sẽ được bảo tồn
tai vĩa khi φ nhỏ
hơn góc dốc của
tầng chắn
Hình 13. Sự vận
động của nước
làm mặt tiếp xúc
của dầu và nước
nghiêng theo
chiều vận động
của nước.
15
2. Mức độ đóng kín của các cấu trúc ĐCTV, các bẫy thạch học các cấu trúc
này có thể đóng kín, bán kín hoăc hở. Mức độ đóng kín phụ thuộc vào bề dày,
thành phần thạch học của lớp đá chắn. Mức độ đóng kín càng nhiều thì càng
tăng triển vọng bảo tồn dầu khí. Vì vậy khi nghiên cứu cấu trúc địa chất cần
thiết phải nghiên cứu đến tầng nứt nẻ vì nó làm tăng khả năng vận động của
nước và như vậy nó ảnh hưởng đến sự bảo tồn mõ đã thành tạo.

Việc đánh giá mức độ kín – hở vẫn chưa rỏ ràng, một số tác giả đề
nghị sử dụng bề dầy và chiều sâu của lớp sét phủ đơn vị chứa nước làm
chỉ tiêu mức độ đóng kín. V.A Krôtva, Gatans M.A xác định hệ số đóng
kín cấu trúc ĐCTV xác định:
100
×
×
=
c

ss
z
M
HM
K
trong đó:
M
s
– bề dày tầng cách nước.
H
s
– chiều sâu tầng cách nước
M
c
– bề dày phức hệ chứa nước.
K
z
càng lớn thì mức độ đóng kín của cấu trúc ĐCTV càng lớn.
Ví dụ một tầng chứa nước nằm sâu, bị một tầng sét dà phủ kín sẽ có hệ
số đóng kín cao.
Cấu trúc càng kín thì triển vọng dầu khí càng lớn
.
16
Hình 14 :Khe nứt phát triển do các hoạt động kiến tạo liên quan đến các hoạt
động uốn nếp và đứt gãy.
3. Tầng khó thấm ( không thấm ) với sự có mặt của nước tách các tầng sản
phẩm dầu khí riêng nhau và tách các tầng này khỏi ảnh hưởng của điều kiện
phá huỷ bên ngoài tạo điều kiện thuận lợi cho việc bảo tồn mõ hydrocacbua.
17
H 15.

4. Chỉ tiêu thuỷ địa hoá ( thành phần hoá học trong nước).
- Tổng khoáng hoá của nước: nước mỏ dầu khí thường có độ tổng khoang
hoá khá lớn(30 – 300g/l). Nhiều số liệu cho thấy ở các tầng sản phẩm có độ
kháng hoá tăng rất nhiếu so với nước ngầm ( nước trên dầu). Nhiều tác giả đề
nghị sử dụng nó như chỉ tiêu bảo vệ mỏ, những vùng có tổng khoáng hoá lớn
thì mỏ càng được bảo vệ tốt.
- Các ion chủ yếu : trong các ion nay đăc biệt quan tam đến ion SO
4
2-
do
tác dụng khử sunfat nên hàm lượng SO
4
2-
càng nhỏ càng có lợi cho việc bảo
tồn dầu và khí.
- Trong nước có khả năng hoà tan các chất oxi hoá va cac vi khuẩn có tác
dung phá huỷ dàu khí nên nếu nước mang càng ít hàm lượng chất oxi hoá
càng thuận lợi cho việc bảo vệ mỏ dầu khí.
18
IV. Điều kiện địa chất thuỷ văn để phá huỷ các vỉa dầu hay khí.
 Sự hình thành và sự phá huỷ của vỉa dầu khí liên quan đến nhiều yếu tố khác
nhau như sự phá huỷ do các hoạt động kiến tạo, hoạt động thăng trầm. Nhưng thực
chất của vấn đề cơ bản nhất là các yếu tố đó điều dẫn đến sự hoạt động của nước
mỏ hay nói một cách khác: yếu tố có tính chất quyết định nhất đến sự hình thành
và phá huỷ mỏ dầu khí là hoạt động của nước. Sự phá huỷ cũng như bảo tồn các
vỉa dầu khí diễn ra trong môi trường nước, còn bản thân nước thạch quyển cùng
với vài chất hoà tan trong nó là nhân tố chính phá huỷ vỉa…
 Khi điều kiện địa chất thuỷ văn thay đổi làm cho các quá trình lý hoá, sinh
hoá, địa hóa thay đổi, nước sẽ tấn công vào mỏ dầu, khí hoặc lôi kéo nó đi (phá
huỷ cơ học) hoặc kéo hẳn dầu khí nhập vào nước (bằng con đường hoà tan hỗn

hợp) hoặc có thể xoá hẳn dầu và khí ( bằng con đường phá huỷ hoá học).
A. Trong điều kiên thuỷ tỉnh:
 H.16. Trong đều kiện không có sự vận động
của nước trong vỉa chứa, mặt tiếp xúc giữa dầu
và nước nằm ngang.
 Sự phá huỷ các mỏ dầu khí ở chế độ nứơc không vận động.
• Các mỏ này chỉ bị phá huỷ khi chịu ảnh hưởng của các vận động kiến tạo.
19
• Nếu hoạt động nâng lên đưa đến sự bào mòn, nước các tầng trên thấm
xuống phá huỷ mỏ.
• Nếu hoạt động chìm xuống làm nhiệt độ và áp suất tăng lên có thể dẫn đến
sự biến chất của dầu khí.
• Nếu uốn nếp hay đứt gãy xảy ra, khe nứt làm cho nước, dầu và khí ở dó
thoát đi hoặc nước ở trên xuống dẫn đến sự phá huỷ các mỏ.
B. Trong điều kiện thuỷ động:
 Mặt tiếp xúc giữa dầu -
nước, khí - nước là mặt nghiêng
và nghiêng theo hướng vận động
của nước.
 Nước phá huỷ vỉa và mỏ dầu khí bằng con đường cơ học, hoá lý, hoá học và
sinh hoá.
• Phá huỷ cơ học vỉa là dầu và khí bị nước mang đi ở trạng thái lơ lửng trong
thành phần của dòng nhiều pha.
• Sự phá huỷ hoá lý vỉa là hoà tan dầu vào nước khi có sự thay đổi điều kiện
phù hợp.
• Vỉa dầu khí về mặt hoá học có thể bị phá huỷ do oxy hóa hydrocacbon bởi
vật chất hoà tan trong nước, chủ yếu là oxy và các sunfat.
• Cuối cùng, phá huỷ sinh hoá diễn ra với sự tham gia của vi khuẩn.
20
Mỗi một dạng phá huỷ vỉa hydrocacbon bởi nước nêu trên có các đặc trưng và quy

luật của mình. Ngoài ra, các quá trình này chỉ đặc trưng đối với các vỉa dầu và khí.
1) Phá huỷ cơ học:
• Phá huỷ cơ học ( thuỷ lực ) các vỉa dầu khí bởi nước bắt đầu khi hình thành
độ dốc của mặt tiếp xúc dầu - nước hay khí - nước. Trạng thái nằm ngang
của các mặt tiếp xúc này chỉ là trường hợp cá biệt và chỉ có thể tồn tại khi
nước hoàn toàn không vận động.
Ví dụ: do hoạt động nâng lên làm cho nước ngấm vào trong vỉa mạnh hơn và
građien thuỷ lực tăng lên. Mặt khác, khi građien thuỷ lực tăng lên làm cho mặt tiếp
xúc giữa dầu - nước tăng lên và khi vượt quá góc dốc của tầng chứa sẽ phá huỷ
mỏ. Hoặc do hiện tượng phá huỷ kiến tạo, hiện tượng bóc mòn làm cho sự liên hệ
giữa các tầng thay đôi hướng, thay đổi tốc độ vận động của nước trong bồn làm
phá huỷ mỏ đã được thành tạo.
• Theo M. Habbert, sự phụ thuộc của độ dốc bề mặt tiếp xúc dầu nước hay
khí nước vào độ dốc thuỷ tỉnh được biểu diễn bằng biểu thức sau:
Tgα=βn/(βn-βd)* dh/dx=dz/dl
Trong đó:
θ - góc giữa bề mặt tiếp xúc dầu - nước và mặt phẳng ngang.
dz/dl - độ nghiêng của bề mặt tiếp xúc dầu - nước.
dh/dx - độ nghiêng của bề mặt áp lực (độ nghiếng thuỷ lực ).
βn - mật độ nước.
βd - mật độ dầu ( thay vào βd là βk ta có biểu thức cho khí).
Biểu thức trên có thể thay thế bằng biểu thức sau:
Tgα=βn/(βn-βd)*i
Trong đó: i - độ dốc thủy lực.
Như vậy, độ dốc bề mặt tiếp xúc dầu - nước ( khí - nước ) tỷ lệ thuận với độ dốc
thuỷ lực và phụ thuộc vào tương quan mật độ của các chất lỏng tiếp xúc nhau ( cái
gọi là hệ số tăng cường ).
21
H. 17. Biểu đồ quan hệ của bề mặt tiếp xúc dầu nước với góc dốc của bề mặ áp lực và tỷ trọng
dầu.

• Đối với dầu nặng ( mật độ cao hơn) độ dốc của mặt tiếp xúc dầu - nước lớn
hơn nhiều so với dầu nhẹ ( mật độ nhỏ hơn ) và khí.
• Mật độ khác nhau của dầu – khí có ý nghĩa quan trọng khi chọn giá trị ρ
n
và ρ
d
, độ dốc bề mặt tiếp xúc dầu - nước khi cùng độ dốc thuỷ lực sẽ lớn
hơn độ dốc bề mặt tiếp xúc khí - nước năm lần. Tuy nhiên, đối với vỉa khí
béo, đặc biệt khi áp lực cao, giá trị tỷ lệ này sẽ thấp hơn ( gần hai lần ).
• Độ dốc bề mặt tiếp xúc dầu - nước và khí - nước có thể là dấu hiệu hướng
vận động của nước.
22
H. 18. Sự di chuyển của nước dẫn đến sự phấn bố lại các tích tụ dầu và khí trong
bẫy.
• Nếu độ dốc bề mặt tíêp xúc dầu - nước hay khí - nước dốc hơn góc dốc
cánh bẫy vòm thì dầu và khí hoàn toàn bị đẩy ra khỏi nó, vỉa bị phá huỷ.
Đây chính là sự phá huỷ cơ học của vỉa dầu hay khí.
2) Phá huỷ hoá lý:
 Phá huỷ hoá lý bằng con đường hoà tan trong nước vỉa thường gặp đối với
các vỉa khí. Khi tăng áp lực vỉa ( khi lún chìm ), sự gia tăng không tương
ứng với sự gia tăng độ bão hoà khí của nước, metan trong vỉa có thể bị hoà
tan vào vỉa dần dần bị biến mất. Điều kiện đặc biểt thuận lợi để hoà tan vỉa
khí là khi nhiệt độ vượt 100
0
- 120
0
, khi độ hoà tan trong nước tăng đột
ngột.
 Đối với vỉa dầu, do độ bão hoà tan của các hydrocacbon dầu trong nước
kém hơn so với metan và các đồng đẳng gần của nó, sự phá huỷ hoá lý xảy

ra bằng cách hoà tan đống vai trò khá khiêm tốn. Có thể cho rằng, nó cũng
diễn ra khi hoà tan có lựa chọn từng hợp phần riêng của dầu.
23
 Dầu khí chỉ tồn tại trong môi trường khử cho nên chỉ được bảo tồn trong
môi trường khử, còn trong điều kiên oxy hoá chúng sẽ bị phá huỷ.
3) Phá huỷ hoá học:
 Phá huỷ hoá học các vỉa dầu và khí bằng còn đường oxi hoá cabuahydro
bởi oxy và sunfat hoà tan trong nước vỉa có ý nghĩa lớn và đã được lưu ý từ
lâu.
 Phá huỷ hoá học không những phá huỷ các mỏ dầu khí mà còn phá huỷ
chính dầu và khí nữa. Nó làm cho dầu khí không còn giữ nguyên tính chất
hoá học của chúng.
 Quá trình này thường liên quan chặt chẽ với quá trình phá huỷ sinh hoá.
Phá huỷ sinh hoá là các cacbuahydro bị vi khuẩn ăn hết. Cả hai dạng phá
huỷ vỉa dầu và khí cần phải xét chung.
 Khi nước ở trên ngấm xuống mang theo các thành phần có khả năng oxi
hoá cacbuahydro và phá huỷ nó (H. 19), theo sơ đồ phản ứng sau:
C
n
H
2n+2
+ O
2
 CO
2
+H
2
O
CH
4

+ O
2
 CO
2
+H
2
O
H. 19.
24
 Oxy hoá khí cacbuahydro được thực hiện nhờ hoà tan trong nước bởi oxy.
Theo các kết quá khảo sát thì người ta thấy rằng ở độ sâu 500-600 m vẫn
còn gặp oxy và có thể hơn với khối lượng từ vài phần trăm cho tới 4-5
mg/l, thêm nữa mức độ phổ biển của nó phụ thuộc vào điều kiên địa chất
thuỷ văn, vận tốc trao đổi nước thấm, hàm lượng sulfid và vật chất hữu cơ
trong đá. Trong nước tiếp giáp với dầu và khí, oxy hầu như không gặp. Vì
vậy khả năng xâm nhập của oxy xuống sâu vẫn hạn chế cho nên đối với các
mỏ dầu phân bố ở gần đới thấm mới bị phá huỷ.
 Sự phá huỷ hoá học của các mỏ cacbuahydro được quan tâm nhiều hơn đó
là sự phá huỷ do tác dụng của sulfat.Quá trình khử sulfat, hay quá trình oxy
hoá cacbuahydro do sulfat xảy ta đặc biệt mạnh mẽ khi có mặt của vi khuẩn
khử sulfat.
 Sulfat được hoà tan trong nước và được nước mang đi, cho nên thời gian để
phá huỷ một mỏ dầu hay khí do tác dụng khử sulfat phụ thuộc vào:
− Nồng độ của SO
4
-2
trong nước.
− Diện tiếp xúc của dầu và nước.
− Tốc độ vận động của nước.
− Trử luợng của dầu hoặc khí.

− Các nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng như: nhiệt độ, áp suất, vi
sinh vật và các yếu tố khác…
Người ta lập biểu thức để xác định thời gian phá huỷ một mỏ dầu khí do tác
dụng của sulfat:
T
ox
= 6*K
ox
*Q
k
/U
n
*F*m
ox
Trong đó:
− K - Hệ số oxi hoá của phản ứng ( phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, dạng mỏ,
loại dầu của từng mỏ ).
− U
n
- Tốc độ vận động của nước.
− F - Diện tích tiếp xúc dầu nước.
25