ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐỊA CHẤT VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ THU HỒI ĐỐI VỚI THÂN DẦ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
********************
Đặng Ngọc Quý

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐỊA CHẤT VÀ
GIẢI PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ THU HỒI ĐỐI
VỚI THÂN DẦU TRONG ĐÁ MÓNG NỨT NẺ MỎ
SƯ TỬ ĐEN VÀ SƯ TỬ VÀNG

Ngành: Kỹ thuật địa chất
Mã số: 62.52.05.01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT

Hà Nội – 2014


Công trình được hoàn thành tại:
Bộ môn Địa chất dầu - Khoa Dầu khí
Trường Đại học Mỏ - Địa chất

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. Phan Từ Cơ: Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
2. PGS-TS. Hoàng Văn Quý: Hội Dầu khí Việt Nam
à Nội

Phản biện 1: TS. Cù Minh Hoàng - Công ty Thăm dò Khai
thác Dầu khí Nước ngoài
Phản biện 2: TS. Cù Xuân Bảo - Công ty Liên doanh Điều
hành Hoàng Long – Hoàn Vũ

Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Văn Phơn - Hội Dầu khí Việt
Nam

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp
Trường tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất vào hồi …..giờ …
ngày … tháng… năm 2014

Có thể tìm hiểu luận án tại:
Thư viện Quốc gia-Hà Nội
hoặc Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chấtchất


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Cho đến nay, dầu được khai thác ở mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng
chủ yếu từ móng nứt nẻ trước Kainozoi bằng các giếng khai thác với
chiều dài và góc nghiêng lớn, nhưng động thái khai thác và trữ lượng
thu hồi của các giếng rất khác nhau. Đặc biệt tỷ số khí dầu hay độ ngập
nước của giếng khai thác tăng rất mạnh trong thời gian ngắn làm cho
lưu lượng khai thác giảm nhanh và đáng kể, dẫn đến sản lượng khai
thác thực tế thấp hơn nhiều so với dự báo trong sơ đồ công nghệ.
Nhiều ý kiến cho rằng, do: (i) ảnh hưởng của việc khai thác với lưu
lượng cao, (ii) mạng lưới giếng khai thác và bơm ép, (iii) lưu lượng
bơm ép chưa hợp lý, và (iv) đặc điểm các yếu tố địa chất của mỏ đã
ảnh hưởng tới hệ số thu hồi dầu. Ba lý do đầu là chủ quan, riêng lý do
cuối cùng cần phải được nghiên cứu một cách kỹ lưỡng nhằm đưa ra
các giải pháp khai thác hợp lý và hiệu quả. Vì vậy, việc nghiên cứu
xác định những yếu tố địa chất ảnh hưởng tới hệ số thu hồi dầu, đồng

thời nghiên cứu đề xuất các giải pháp nâng cao hệ số thu hồi đối với
thân dầu trong đá móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng là nhiệm
vụ cần thiết và rất cấp thiết.
2. Tổng quan về các kết quả nghiên cứu đã có tại vùng nghiên cứu.
Đã có trên 10 giếng khoan thăm dò và thẩm lượng, và trên 30 giếng
phát triển và khai thác vào khối móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử
Vàng. Tài liệu và các công trình nghiên cứu về địa chất, địa chấn, địa
vật lý giếng khoan, sơ đồ công nghệ, tài liệu khai thác, mô hình địa
chất và mô hình mô phỏng … trong khu vực nghiên cứu khá phong
phú.


2
Tính chất vỉa và động thái khai thác của các khu vực có biểu hiện
khác nhau, hệ số thu hồi dầu phụ thuộc nhiều vào bản chất địa chất
của vỉa sản phẩm. Tuy nhiên cho đến hiện nay chưa có công trình
nghiên cứu quy mô và tổng hợp nhằm xác định các yếu tố địa chất của
đá móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng có ảnh hưởng đến khả
năng thu hồi dầu.
Nhà điều hành đã áp dụng nhiều giải pháp nhằm gia tăng hệ số thu
hồi, kết quả cho thấy có những giải pháp cho kết quả khả quan, nhưng
có giải pháp chưa cho kết quả như mong đợi.
3. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận án
Mục tiêu của luận án:(i) làm sáng tỏ những yếu tố địa chất ảnh
hưởng tới khả năng thu hồi dầu; (ii) từ đó đề xuất các giải pháp nâng
cao hệ số thu hồi đối với thân dầu trong móng nứt nẻ trước Kainozoi
mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng.
Nhiệm vụ của luận án: (i) xác định những yếu tố địa chất có ảnh
hưởng tới thu hồi dầu trong móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử
Vàng; (ii) đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố địa chất tới hệ

số thu hồi dầu của đối tượng nghiên cứu; (iii) đánh giá các giải pháp
khai thác gia tăng thu hồi cho móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử
Vàng.
4. Các phương pháp nghiên cứu
- Thu thập, phân tích và tổng hợp các tài liệu hiện có về địa chất, địa
chấn, địa vật lý giếng khoan, và thủy động lực.
- Xây dựng mô hình địa chất, mô hình mô phỏng cho các đặc trưng
địa chất của đá móng nứt nẻ, nhằm xác định và đánh giá mức độ ảnh
hưởng của các yếu tố địa chất đến hệ số thu hồi dầu và hiệu quả của
các giải pháp khai thác.


3
5. Các luận điểm bảo vệ
- Luận điểm 1: Những yếu tố địa chất chính có ảnh hưởng đến
hệ số thu hồi dầu trong đá móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng
bao gồm: Đặc điểm thạch học của đá móng; đặc điểm đứt gãy và khe
nứt; quá trình biến đổi thứ sinh của đá móng; nguồn nước áp sườn;
mức độ lưu thông thủy lực; và tính chất PVT của dầu chứa trong đá
móng nứt nẻ. Trong đó, đặc điểm đứt gãy và khe nứt, mức độ lưu thông
thủy động lực, nguồn nước áp sườn và tính chất PVT của dầu có ảnh
hưởng mạnh mẽ nhất đến khả năng thu hồi dầu và có thể can thiệp
hiệu quả để gia tăng hệ số thu hồi dầu.
- Luận điểm 2: Giải pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu bằng việc
hướng đến hạn chế ảnh hưởng xấu và tăng cường các ảnh hưởng có
lợi của các yếu tố địa chất bao gồm: tối ưu hệ thống khai thác; bơm ép
nước và khí; hạn chế ảnh hưởng của nước áp sườn; và khoan đan dày
ở những khối có mức độ lưu thông thủy động lực kém hay có chế độ
thủy động lực riêng biệt.
6. Các điểm mới của luận án

- Các yếu tố địa chất ảnh hưởng đến hệ số thu hồi trong thân dầu móng
nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng đã được tổng hợp, phân tích một
cách đầy đủ, hệ thống và biện chứng. Từ đó xác định được 6 yếu tố
địa chất chính ảnh hưởng tới hệ số thu hồi.
- Đánh giá mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố địa chất, từ đó xác định
được 4 yếu tố địa chất quan trọng bao gồm: đặc điểm đứt gãy và khe
nứt; nguồn nước áp sườn; tính chất PVT của dầu; và mức độ lưu thông
thủy động lực có ảnh hưởng mạnh đến hệ số thu hồi dầu, và các yếu
tố này có thể can thiệp hiệu quả nhằm gia tăng hệ số thu hồi dầu.
- Các giải pháp gia tăng hệ số thu hồi trong thân dầu móng nứt nẻ mỏ
Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng đã được đưa ra trên cơ sở hướng đến hạn


4
chế ảnh hưởng xấu và tăng cường ảnh hưởng tích cực của các yếu tố
địa chất.
7. Ý nghĩa thực tiễn và ý nghĩa khoa học
Ý nghĩa thực tiễn: (i) Các giải pháp khai thác được Công ty Điều hành
chung Cửu Long áp dụng cũng như các giải pháp mới mà NCS đề xuất
được phân tích đánh giá biện luận có cơ sở khoa học gắn liền với các
yếu tố địa chất trong móng nứt nẻ. Những giải pháp được đánh giá có
hiệu quả cao và tức thời như bơm ép nước hoặc bơm ép khí bằng hệ
thống giếng bơm hiện có hoặc sử dụng những giếng có độ ngập nước
cao để bơm ép khí – khai thác luân phiên cần xem và áp dụng; (ii) Do
đối tượng móng nứt nẻ trước Kainozoi ở bể Cửu Long có nhiều đặc
điểm địa chất tương đồng với mỏ Sư Tư Đen và Sư Tử Vàng, nên các
giải pháp khai thác nâng cao hệ số thu hồi dầu có thể được xem xét áp
dụng cho các mỏ móng nứt nẻ khác.
Ý nghĩa khoa học: Việc nghiên cứu xác định những yếu tố địa chất và
mức độ ảnh hưởng của chúng đến hệ số thu hồi dầu đóng vai trò vô

cùng quan trọng cho việc xác định và lựa chọn các giải pháp gia tăng
hệ số thu hồi dầu. Vì vậy, luận án không chỉ có giá trị áp dụng cho
thân dầu trong móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng, mà còn có
thể áp dụng cho các thân dầu trong móng nứt nẻ nói chung cũng như
các đối tượng chứa khác.
8. Cơ sở tài liệu
- Các tài liệu địa chất, địa vật lý giếng khoan đã được công bố, kết quả
phân tích thạch học và minh giải địa chấn đã được công bố đến tháng
12 năm 2012.
- Tài liệu khai thác đến hết tháng 12 năm 2012, mô hình địa chất – mô
hình mô phỏng khu vực mỏ Sư Tử Vàng năm 2013.


5
- Các tài liệu nghiên cứu, tạp chí, báo cáo sản xuất về chuyên ngành
địa chất, kiến tạo và dầu khí, mô hình địa chất, mô hình mô phỏng …
đã công bố của các nhà khoa học và các công ty dầu khí.
- Nguồn tài liệu sử dụng trong luận án có chất lượng tốt và độ tin cậy
cao.
9. Bố cục và khối lượng của luận án
Luận án gồm 142 trang, 24 bảng, 119 hình vẽ và đồ thị, 3 công
trình đã công bố liên quan đến luận án và 32 tài liệu tham khảo (7 tiếng
Việt, 25 tiếng Anh), trình bày thành 4 chương.
CHƯƠNG 1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT – HỆ THỐNG DẦU KHÍ –
VÀ ĐỘNG THÁI KHAI THÁC KHU VỰC MỎ SƯ TỬ ĐEN VÀ
SƯ TỬ VÀNG
1.1. Vị trí địa lý – địa chất mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng
Mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng thuộc phía Đông lô 15-1 nằm ở
phần Tây Bắc bồn trũng trầm tích Cửu Long, cách thành phố Vũng
Tàu khoảng 120km về phía Đông Đông Nam.

1.2. Các thành tạo địa chất
Tham gia vào cấu trúc địa chất ở khu vực mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử
Vàng gồm móng trước Kainozoi và trầm tích lớp phủ Kainozoi. Móng
trước Kainozoi gồm các đá granit, grandodiorit và các đai mạch. Các
thành tạo trầm tích lớp phủ Kainozoi được chia thành 6 hệ tầng (Trà
Cú, Trà Tân, Bạch Hổ, Côn Sơn, Đồng Nai và Biển Đông) tương ứng
với 7 tập địa chấn (E, D, C, BI, BII, BIII và A).
1.3. Đặc điểm kiến trúc
1.3.1. Hình thái kiến trúc nóc móng và các tầng
Theo đường khép kín 3100m, cấu tạo Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng
được phân chia thành 3 cấu tạo bậc hai là cấu tạo Sư Tử Đen, cấu tạo
Sư Tử Vàng và cấu tạo Sư Tử Chúa. Cấu tạo Sư Tử Đen có chiều dài


6
15km và chiều rộng 3km, cấu tạo Sư Tử Vàng có chiều dài 13km và
chiều rộng 2,2km.
Tập E phủ bất chỉnh hợp lên móng và vắng mặt ở phần trung tâm
của cấu tạo Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng. Trong khi đó các tập D, C và
BI phân bố rộng khắp khu vực nghiên cứu.
1.3.2. Đặc điểm hệ thống đứt gãy chính
Trong phạm vi vùng nghiên cứu đã ghi nhận 21 đứt gãy và hệ đứt
gãy chính cắt qua móng đóng vai trò quan trọng trong lịch sử hình
thành các cấu tạo gây phá hủy cũng như khống chế cấu tạo móng được
chia làm 4 nhóm đứt gãy chính theo phương: nhóm phương vĩ tuyến,
á vĩ tuyến; nhóm phương Đông Bắc – Tây Nam; nhóm phương Tây
Bắc – Đông Nam; và nhóm phương kinh tuyến – á kinh tuyến.
1.3.3. Phân tầng cấu trúc
Tham gia vào cấu trúc địa chất khu vực nghiên cứu gồm 3 tầng
kiến trúc phản ánh 3 chế độ địa động lực khác nhau: tầng kiến trúc

móng trước Kainozoi; tầng kiến trúc rift Kainozoi sớm; và tầng kiến
trúc lớp phủ thềm Kainozoi muộn.
1.4. Lịch sử phát triển địa chất khu vực mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử
Vàng
Sau khi thành tạo móng trước Kainozoi, bồn trũng Cửu Long chịu
ảnh hưởng của giai đoạn tạo rift Eoxen – Oligoxen và giai đoạn sau
tạo rift Mioxen – Đệ Tứ. Các hoạt động kiến tạo trong các giai đoạn
này ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất vỉa của khối móng trước
Kainozoi.
1.4.1. Giai đoạn tạo rift
Đây là giai đoạn phá hủy bề mặt san bằng, tạo nên các địa hòa, bán
địa hào và địa lũy có ảnh hưởng mạnh mẽ đến việc hình thành hệ thống


7
đứt gãy trong móng và các trầm tích phủ trực tiếp lên móng được khởi
đầu vào Eoxen – Oligoxen và kết thúc vào cuối Oligoxen trên.
1.4.2. Giai đoạn rìa lục địa thụ động bình ổn (giai đoạn sau tạo rift)
Xảy ra vào thời kỳ Mioxen dưới cho đến hiện nay, các hoạt động
đứt gãy rất yếu và gần như không còn, trầm tích có đặc điểm chung là
phân bố rộng, không biến vị uốn nếp và gần như nằm ngang.
1.5. Đặc điểm hệ thống dầu khí khu vực mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử
Vàng
Trong khu vực nghiên cứu,trầm tích Oligoxen rất giàu vật chất hữu
cơ là nguồn sinh dầu khí chính, tồn tại hai loại đá chứa chủ đạo gồm
móng nứt nẻ và cát kết, trong đó móng nứt nẻ trước Kainozoi là đối
tượng chứa dầu chính (đối tượng nghiên cứu của luận án) được chắn
bởi tập sét thuộc trầm tích Oligoxen.
1.6. Đặc điểm động thái khai thác
Khu vực nghiên cứu có đặc điểm chung về động thái khai thác là

giai đoạn đầu giếng thường được khai thác với lưu lượng dầu cao và
ổn định, sau khi nước xâm nhập vào giếng khai thác thì lưu lượng dầu
giảm đáng kể, và độ ngập nước tăng nhanh. Quá trình bơm ép nước
chủ yếu chỉ được triển khai trong khu vực khai thác sớm, mặc dù bơm
ép không liên tục, nhưng áp suất vỉa luôn được duy trì khoảng 3000psi
cao hơn áp suất bão hòa của dầu (1100psi).
Khác với khu vực Tây Nam mỏ Sư Tử Đen và mỏ Sư Tử Vàng,
khu vực Đông Bắc mỏ Sư Tử Đen không chỉ có độ ngập nước tăng
theo thời gian, mà tỷ số khí dầu của một số giếng khai thác còn tăng
lên do áp suất vỉa giảm xuống dưới áp suất bão hòa (4050psi) sau vài
tháng đưa vào khai thác, làm giảm đáng kể lưu lượng khai thác. Mặc
dù có nhiều giếng khai thác với độ ngậm khí của dầu cao, nhưng cho


8
tới nay, khu vực Đông Bắc mỏ Sư Tử Đen chưa áp dụng giải pháp
bơm ép nước duy trì áp suất vỉa.
CHƯƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM CÁC YẾU TỐ ĐỊA CHẤT TRONG
MÓNG NỨT NẺ TRƯỚC KAINOZOI MỎ SƯ TỬ ĐEN VÀ SƯ
TỬ VÀNG
2.1. Đặc điểm thạch học của móng nứt nẻ trước Kainozoi
Móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng có thể chia thành hai
nhóm đá chính: (i) đá macma xâm nhập gồm granit và granodiorit,
trong đó chủ là granit được chia thành hai loại là granit biotit và granit
biotit – hocblend dựa theo thành phần khoáng vật mafic; (ii) các đá
mạch gồm đai mạch felsic và đai mạch mafic.
Các loại đá granodiorit và đai mạch chiếm thể tích không lớn và
chưa thể xác định được sự phân bố của chúng trong không gian (Hình
2.1)
Granit biotit

5.6

3.8

Granit biotit hocblend

Granodiorit

7.3

ch f elsic
ch maf ic

54.2

Hình 2.1. Tỷ lệ loại đá móng
nứt nẻ trước Kainozoi của khu
vực mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử
Vàng

29.1

2.2. Hoạt động biến đổi thứ sinh ở mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng
Quá trình biến đổi thứ sinh của đá móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen và
Sư Tử Vàng gồm quá trình phong hóa và quá trình thủy nhiệt.
2.2.1. Quá trình phong hóa
Quá trình phong hóa làm tăng tính chất rỗng thấm trong những
vùng gần nóc móng chịu tác động trực tiếp của nắng, gió và sự thay
đổi của khí hậu. Tuy nhiên, sản phẩm của quá trình phong hóa là những
khoáng vật thứ sinh như sét chúng di chuyển và lấp từng phần hay toàn

9
phần hệ thống nứt nẻ được hình thành trước đó nằm sâu trong khối
móng làm giảm tính chất rỗng thấm của khối móng.
2.2.2. Quá trình biến đổi thủy nhiệt
Quá trình biến đổi thủy nhiệt gồm serixit hóa, canxit hóa, epidot
hóa, saussurit hóa, clorit hóa và zeolit hóa của plagiocla… xuất hiện ở
các mức độ khác nhau và xảy ra ở tất cả các loại đá. Sản phẩm của các
quá trình này là các khoáng vật thứ sinh, có ảnh hưởng trực tiếp đến
chất lượng đá chứa.
2.2.3. Mức độ biến đổi thứ sinh của đá móng nứt nẻ trước Kainozoi
Căn cứ vào tổng hàm lượng các khoáng vật thứ sinh và tính toán
bán định lượng cho thấy mức độ biến đổi của đá trong khu vực mỏ Sư
Tử Đen và Sư Tử Vàng ở mức độ mạnh và ở mỏ Sư Tử Đen nhìn
chung mạnh hơn ở mỏ Sư Tử Vàng.
2.3. Đặc điểm đứt gãy và khe nứt
Trong phạm vi mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng ghi nhận được 243
đứt gãy phân bố ở độ sâu từ nóc móng đến 4200m. Các đứt gãy này
gây phá hủy móng, khống chế các khối kiến trúc trong móng, làm dịch
chuyển nóc móng và tạo các đới nứt nẻ sinh kèm trong và rìa khối
móng. Theo phương kéo dài chia làm 4 nhóm đứt gãy chính: nhóm
phương vĩ tuyến, á vĩ tuyến (16 đứt gãy); nhóm phương Tây Bắc –
Đông Nam (131 đứt gãy); nhóm phương kinh tuyến, á kinh tuyến (47
đứt gãy); và nhóm phương Đông Bắc – Tây Nam (49 đứt gãy).
2.4. Đặc điểm chế độ thủy động lực của khối móng trước Kainozoi
mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng
2.4.1. Nguồn năng lượng tự nhiên của vỉa
Dựa vào tính chất PVT của dầu, áp suất vỉa trong quá trình khai
thác, quy mô phân bố của từng loại dầu, kết quả phân tích thành phần

khoáng vật của nước khai thác, đặc điểm phân bố tính chất rỗng thấm


10
của tầng móng, phương trình cân bằng vật chất, và kết quả mô hình
mô phỏng cho thấy nguồn nước áp sườn là nguồn năng lượng chính
cung cấp cho quá trình khai thác mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng.
2.4.2. Mức độ lưu thông thủy lực trong móng
Dựa vào tài liệu áp suất, và tính chất của chất lưu cho thấy khu vực
Đông Bắc mỏ Sư Tử Đen hoàn toàn không lưu thông với các khu vực
khác trong mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng, khu vực Tây Nam mỏ Sư
Tử Đen có lưu thông với khu vực mỏ Sư Tử Vàng . Tuy nhiên, trong
cùng khu vực mỏ, theo kết quả nghiên cứu ảnh hưởng tương tác giữa
các giếng trong quá trình khai thác có thể chia ra thành khu vực chính
như hình 3.2 và hình 3.3, giữa các khu vực này có mức độ lưu thông
thủy động lực kém hoặc không lưu thông với nhau.
CHƯƠNG 3. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐỊA CHẤT
ĐẾN HỆ SỐ THU HỒI DẦU TRONG ĐÁ MÓNG NỨT NẺ MỎ
SƯ TỬ ĐEN VÀ SƯ TỬ VÀNG
3.1. Đặc điểm của hệ số thu hồi.
Hệ số thu hồi dầu theo phương pháp sơ cấp và thứ cấp của móng
nứt nẻ được tính theo công thức sau:
RF = (EDmacro * δmacro + EDmicro * δmicro )* EA*EI
Trong đó: RF: hệ số thu hồi dầu; EDmacro và EDmicro: hệ số đẩy dầu
của đới nứt nẻ lớn và vi nứt nẻ tương ứng; δmacro, δmicro: tỷ phần
nứt nẻ lớn và vi nứt nẻ trong móng; EA: hệ số quét theo diện; EI: hệ số
quét theo chiều thẳng đứng.
Do hệ số đẩy dầu và hệ số quét phụ thuộc vào đặc tính vỉa, tính
chất của chất lưu, đặc điểm của nguồn năng lượng vỉa, và yếu tố công
nghệ như mạng lưới giếng khai thác và bơm ép, vì vậy, để nghiên cứu

các yếu tố địa chất ảnh hưởng đến hệ số thu hồi dầu mỏ Sư Tử Đen và


11
Sư Tử Vàng, cần nghiên cứu các yếu tố địa chất ảnh hưởng tới hệ số
đẩy dầu và hệ số quét.
3.2. Ảnh hưởng của các yếu tố địa chất đến đặc tính vỉa chứa
3.2.1. Ảnh hưởng của đặc điểm thạch học
Mỗi loại đá có độ rỗng biến đổi trong khoảng khác nhau, và loại đá
granit có tính chất vỉa tốt nhất do có chứa nhiều thạch anh giòn và dễ
bị phá hủy trong quá trình hoạt động kiến tạo. Trong khi đó khối móng
nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng có thành phần thạch học tương
đối đồng nhất chủ yếu là granit, ít gặp granodiorit và đai mạch. Vì vậy,
đây là yếu tố địa chất có ảnh hưởng tích cực đến việc hình thành và
phát triển tính chất rỗng thấm của đối tượng nghiên cứu. Yếu tố địa
chất này cũng có ảnh hưởng tốt đến hệ số thu hồi dầu.
3.2.2. Ảnh hưởng của đặc điểm đứt gãy và khe nứt
3.2.2.1. Ảnh hưởng tới đặc trưng rỗng thấm
Vai trò của đứt gãy và khe nứt đã được khẳng định bằng tài liệu
giếng khoan, tài liệu thử vỉa và đo dòng. Đặc trưng rỗng thấm của đứt
gãy giảm theo chiều sâu và khoảng cách tới đứt gãy tăng lên, và phụ
thuộc vào loại đứt gãy. Vì vậy, trong khu vực nghiên cứu các đứt gãy
bắt gặp tại giếng được NCS chia thành ra ít nhất thành 04 loại từ tốt
đến xấu dựa theo các tiêu chí trong bảng 3.1.
Bảng 3. 1. Tiêu chí phân loại đứt gãy theo tài liệu giếng khoan
Loại

Mất dung dịch

đứt

trong quá trình

gãy

khoan

Loại 1
Loại 2

Mất toàn bộ
dung dịch
Mất một phần

Dấu hiệu

Biểu hiện

Biểu hiện

cho dòng

đới nứt nẻ

dầu khí

theo

theo

trong quá

kết quả PLT tài liệu Log trình khoan
Có

Có

Có

Có thể

Có

Có


12

Loại

Mất dung dịch

đứt

trong quá trình

gãy

khoan

Loại 3

Không

Dấu hiệu

Biểu hiện

Biểu hiện

cho dòng

đới nứt nẻ

dầu khí

theo

theo

trong quá

kết quả PLT tài liệu Log trình khoan
Không

Có
Không,

Loại 4

Không

Không

hoặc không
rõ

Có
Không, hoặc
không rõ

Hệ thống đứt gãy ở mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng được phân loại
theo nguyên tắc sau: (i) những đứt gãy bắt gặp bởi giếng được phân
loại theo kết quả giếng khoan; (ii) những đứt gãy không cắt qua giếng
được phân loại ở cùng mức với các đứt gãy gặp trong giếng khoan mà
có dị thường địa chấn và các đặc điểm đứt gãy gần tương đương. Kết
quả phân loại đứt gãy ở mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng được thể hiện
trên hình 3.1. Mỗi loại đứt gãy có quan hệ giữa độ rỗng với chiều sâu
và khoảng cách tới mặt đứt gãy của từng loại đứt gãy được xác định
như bảng 3.2.


13

Hình 3.1. Bản đồ phân bố các đứt gãy khu vực nghiên cứu tại độ sâu
3250m
Bảng 3.2. Phương trình tính độ rỗng của mỗi loại đứt gãy
Loại
đứt
gãy

Quan hệ độ rỗng với chiều sâu và khoảng cách tới mặt
đứt gãy

Loại 1

0,102 x (0,102-0,01032 x ln(TOB) x 10(10 -2,3 x (DTF_1/250))

Loại 2

0,073 x (0,073-0,00936 x ln(TOB) x 10(10 -2,3 x (DTF_2/100))

Loại 3

0,06 x (0,06-0,00655 x ln(TOB) x 10(10 -2,3 x (DTF_3/70))

Loại 4

0,0586 x (0,0586-0,00564 x ln(TOB) x 10(10 -2,3x (DTF_4/59))

Trong đó: TOB: khoảng cách từ mặt móng tới một điểm bất kỳ; DTF:
là khoảng cách từ điểm bất kỳ tới mặt đứt gãy.
3.2.2.2. Ảnh hưởng tới mức độ lưu thông thủy động lực và mức độ bất
đồng nhất
Mỏ Sư Tử Đen được chia ra thành 5 khối (Hình 3.2) và mỏ Sư Tử
Vàng được chia thành 6 khối (Hình 3.3). Mỗi khối có tính chất vỉa,


14
chế độ thủy động lực và đặc trưng khai thác khác nhau làm ảnh hưởng

rất lớn tới hệ số thu hồi của mỏ (Mỏ càng bị chia cắt ra nhiều khối nhỏ
có chế độ thủy động lực riêng biệt thì khả năng thu hồi dầu càng nhỏ).
Khu vực có mật độ đứt gãy nhiều hoặc có nhiều đứt gãy loại 1 hoặc
loại 2 có tính chất vỉa tốt và khả năng cho dòng lớn, ngược lại khu vực
có mật độ đứt gãy thấp hoặc có nhiều đứt gãy loại 3 và loại 4 có tính
chất vỉa kém và khả năng cho dòng cũng yếu.

Hình 3.2. Các.khối trong khu

Hình 3.3. Các khối trong khu

vực mỏ Sư Tử Đen

vực mỏ Sư Tử Vàng

3.2.3. Ảnh hưởng của các quá trình biến đổi thủy nhiệt và phong
hóa
Quá trình phong hóa và quá trình biến đổi thủy nhiệt tạo ra các
khoáng vật thứ sinh, chúng lấp đầy từng phần hay toàn phần không
gian lỗ hổng của các khe nứt và hang hốc làm giảm độ rỗng thấm của
đá móng. Tuy nhiên, theo quan hệ của các khoáng vật thứ sinh chính
với khả năng chứa chưa thấy ảnh hưởng mạnh mẽ của quá trình biến
đổi đến tính chất chứa của móng.
3.3. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố địa chất đến khả năng thu
hồi dầu.
Các mô hình trong bảng 3.3 được NCS sử dụng để nghiên cứu.


15
Bảng 3.3. Mô tả sơ bộ các loại mô hình sử dụng trong nghiên cứu

Số lượng đứt
Tên mô hình

gãy trong mô

Đặc điểm cơ bản của mô hình

hình
Mô hình đồng

1

nhất đơn giản
Mô hình bất

Độ rỗng thấm phân bố đồng nhất
trong đới đứt gãy và đới nứt nẻ.
Độ rỗng thấm thay đổi theo chiều

đồng nhất đơn

1

giản

sâu và khoảng cách tới bề mặt của
đứt gãy.

Theo kết quả Độ rỗng thấm thay đổi theo chiều
minh giải địa sâu và khoảng cách tới đứt gãy;

Mô hình bất chấn của khu tính chất này thay đổi theo từng loại
đồng nhất cao

vực Tây Nam đứt gãy; và mô hình được lặp lại
mỏ
Vàng

Sư

Tử lịch sử khai thác của các giếng đến
tháng 12/2012.

3.3.1. Ảnh hưởng của đặc điểm đứt gãy và khe nứt.
Mỗi loại đứt gãy ảnh hưởng trực tiếp đến trữ lượng dầu khí tại chỗ,
động thái khai thác của giếng (Hình 3.4), nhưng không ảnh hưởng
nhiều đến hệ số thu hồi. Tuy nhiên, nếu tổng trữ lượng dầu tại chỗ của
đứt gãy không đổi, trữ lượng dầu phân bố trong đới đứt gãy càng nhỏ,
thì độ ngập nước càng tăng nhanh, và hệ số thu hồi dầu càng giảm.


1,200

1,200,000

1,000

1,000,000

800,000

800

Đứt gãy loại 1
600

Đứt gãy loại 2

600,000

Đứt gãy loại 3
400

Đứt gãy loại 4

200,000

200

7-Nov-12

400,000

Sản lượng cộng dồn thùng)

Lưu lượng thùng ngày)

16

6-May-13

2-Nov-13

1-May-14

28-Oct-14

26-Apr-15

23-Oct-15

20-Apr-16

Hình 3.4. So sánh động thái khai thác của từng loại đứt gãy
3.3.2. Ảnh hưởng của các yếu tố địa chất khác
NCS sử dụng mô hình bất đồng nhất cao trong bảng 3.3 cho việc
dự báo các trường hợp khai thác đến hết năm 2024 (hết thời hạn hợp
đồng của lô 15.1) để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố địa
chất khác đến hệ số thu hồi dầu.
3.3.2.1. Ảnh hưởng của nguồn năng lượng vỉa – nước áp sườn
Nguồn nước áp sườn có vai trò rất quan trọng cho quá trình duy trì
áp suất vỉa, tăng hệ số thu hồi dầu khoảng 31% so với trường hợp
không có nguồn nước có áp. Nhưng đồng thời là yếu tố địa chất ảnh
hưởng trực tiếp tới mức độ ngập nước của các giếng khai thác, và làm
cho lưu lượng khai thác giảm nhanh.
3.3.2.2. Ảnh hưởng của tính chất dầu
Nếu khu vực Tây Nam mỏ Sư Tử Vàng chứa dầu có áp suất bão
hòa cao (4050psi) tương tự như khu vực Đông Bắc mỏ Sư Tử Đen và
mạng lưới giếng được thiết kế và hoàn thiện tương tự cho dầu có áp

17
suất bão hòa thấp (1100psi) thì hệ số thu hồi dầu giảm khoảng 50% so
với hệ số thu hồi dầu có độ bão hòa thấp.
Tóm lại, 6 yếu tố địa chất chính ảnh hưởng tới hệ số thu hồi dầu,
trong đó đặc điểm đứt gãy và khe nứt, tính chất dầu khí, nguồn nước
áp sườn, và mức độ lưu thông thủy động lực là những yếu tố địa chất
có ảnh hưởng mạnh mẽ đến khả năng thu hồi dầu trong đá móng nứt
nẻ mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng. Những yếu tố địa chất này có thể
can thiệp để gia tăng hệ số thu hồi dầu bằng công nghệ hiện nay. Mức
độ ảnh hưởng của các yếu tố địa chất đến hệ số thu hồi dầu được xếp
hạng như bảng 3.4.
Bảng 3. 4. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố địa chất đến hệ số thu
hồi
Mức độ ảnh
STT

Những yếu tố địa chất chính

hưởng tới hệ số
thu hồi dầu

1

Đặc điểm đứt gãy và khe nứt

Rất mạnh

2

Tính chất PVT của dầu

Mạnh

3

Nguồn nước áp sườn

Mạnh

4

Mức độ lưu thông thủy động lực

Mạnh

5

Đặc điểm thạch học của móng

6

Quá trình phong hóa và thủy nhiệt

Trung bình (Ảnh
hưởng tốt)
Yếu

CHƯƠNG 4. CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ THU HỒI
DẦU
4.1. Các phương pháp khai thác dầu

Phương pháp khai thác sơ cấp, khai thác thứ cấp và khai thác tam
cấp là ba phương pháp khai thác cơ bản cho các mỏ dầu. Hệ số thu hồi


18
dầu của các phương pháp phụ thuộc vào yếu tố địa chất và yếu tố công
nghệ. Trong khu vực nghiên cứu đang được áp dụng phương pháp khai
thác sơ cấp và thứ cấp.
4.2. Các giải pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu trong đá móng mỏ
Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng
Bốn nhóm giải pháp khai thác nhằm hạn chế ảnh hưởng xấu hoặc
tăng cường ảnh hưởng tích cực của các yếu tố địa chất để nâng cao hệ
số thu hồi trong thân dầu móng mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng bao
gồm: tối ưu hệ thống giếng khai thác; tối ưu khai thác và bơm ép; hạn
chế ảnh hưởng của nước áp sườn; và khoan đan dày ở những khối có
chế độ thủy động lực kém.
4.3. Đánh giá hiệu quả các giải pháp gia tăng thu hồi dầu
4.3.1. Tối ưu hệ thống giếng khai thác
4.3.1. Optimization of production well system
Để gia tăng hệ số thành công và nâng cao tiềm năng khai thác, các
giếng khai thác được thiết kế khoan vào những khu vực có mật độ đứt
gãy lớn, với hướng vuông góc và cắt qua các đới đứt gãy. Tuy nhiên,
quỹ đạo giếng như vậy có thể gây ảnh hưởng xấu tới hệ số thu hồi dầu
của những đới đứt gãy chưa ngập nước. Kết quả nghiên cứu cho thấy
việc khoan giếng khai thác với góc nghiêng lớn không những tăng khả
năng gặp đới đứt gãy có tính chất vỉa tốt và tăng bán kính ảnh hưởng
khai thác của giếng mà còn giúp gia tăng hệ số thu hồi dầu khoảng
13% và giảm được chi phí đầu tư khoan giếng.
4.3.2. Tối ưu khai thác và bơm ép
4.3.2.1. Tăng chỉ số khai thác

Phương pháp xử lý axít vùng cận đáy giếng và phương pháp nứt
vỉa thủy lực có thể được xem xét áp dụng nhằm tăng chỉ số khai thác


19
nhằm giảm chênh áp giúp cân bằng mặt ranh giới dầu và nước trong
quá trình khai thác:
Xử lý axít vùng cận đáy giếng
Thực tế cho thấy việc xử lý a xít vùng cận đáy giếng có thể tăng
chỉ số khai thác 20% do khoáng vật nguyên sinh và thứ sinh của khối
móng có những thành phần như canxít (CaCO3), oxít sắt, zeolit,...
chiếm tỷ trọng không lớn so với thành phần thạch học chính
(Plagiocla, orthocla và thạch anh, …) của khối móng, nhưng chúng đã
tham gia lấp đầy một phần hay và toàn phần mạng vi nứt nẻ. Tuy
nhiên, giải pháp xử lý axít vùng cận đáy giếng không mang lại kết quả
khả quan đối với các giếng đã có chỉ số khai thác cao do những nguyên
nhân sau: (i) các giếng có chỉ số khai thác cao thường cắt qua những
đới nứt nẻ và đứt gãy có độ thấm cao; (ii) khi tiến hành xử lý axít, hỗn
hợp dung môi axít chủ yếu đi vào những đới nứt nẻ có độ thấm cao,
trong khi những đới nứt nẻ có độ thấm kém không hoặc ít được tiếp
xúc với dung môi axít.
Nứt vỉa thủy lực
Do phần khung đá chủ yếu là granit có nguồn gốc từ macma xâm
nhập, rất cứng, và có áp suất tới hạn phá vỡ lớn hơn nhiều so với đá
trầm tích lục nguyên nên khi áp dụng giải pháp nứt vỉa thủy lực, năng
lượng của máy bơm bị phân tán và tập trung ở những đới nứt nẻ có
diện tích bề mặt lớn, dẫn đến áp lực bơm ép khó vượt qua áp lực tới
hạn phá vỡ của khung đá. Do đó việc áp dụng giải pháp nứt vỉa thủy
lực đối với móng khu vực mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng sẽ không
mang lại hiệu quả.

4.3.2.2. Tối ưu chế độ khai thác
Kết quả dự báo của mô hình cho thấy khai thác với lưu lượng thấp,
tốc độ ngập nước chậm hơn so với trường hợp khai thác với lưu lượng


20
cao, nhưng chưa xác định được ảnh hưởng bởi lưu lượng khai thác đến
hệ số thu hồi dầu.
4.3.2.3. Bơm ép nước hoặc bơm ép khí
Giải pháp bơm ép nước và bơm ép khí giúp tăng hệ số thu hồi dầu
từ 8% đến 24% so với trường hợp không duy trì năng lượng bằng bơm
ép, đặc biệt với trường hợp dầu có áp suất bão hòa cao (4050psi) tương
tự như khu vực Đông Bắc mỏ Sư Tử Đen, giải pháp bơm ép có thể
tăng hệ số thu hồi dầu từ 55% đến 74% so với trường hợp khai thác sơ
cấp.
4.3.3. Giải pháp hạn chế ảnh hưởng của nước áp sườn
4.3.3.1. Hoàn thiện giếng tối ưu
Giải pháp hoàn thiện tối ưu cho phép ngừng khai thác ở những đới
có độ ngập nước hay khí cao, có thể tăng hệ thu hồi dầu lên khoảng
10% so với trường hợp không áp dụng giải pháp này.
4.3.3.2. Sử dụng khí nâng (gaslift)
Hệ số thu hồi dầu của trường hợp sử dụng gaslift tăng từ 22% đến
37% so với hệ số thu hồi dầu của trường hợp không sử dụng gaslift,
do các nguyên nhân sau: (i) nguồn nước áp sườn làm độ ngập nước
của giếng tăng cao dẫn đến áp lực do cột thủy tĩnh trong giếng tăng và
chênh áp giảm; (ii) khi sử dụng phương pháp khai thác bằng gaslift
làm giảm tỷ trọng cột thủy tĩnh trong giếng, làm tăng chênh áp và cho
phép duy trì khai thác ở những giếng có độ ngập nước cao.
4.3.3.3. Bơm ép khí – khai thác luân phiên bằng giếng khai thác
Để khai thác lượng dầu còn lại trong phần đỉnh của cấu tạo do mực

nước đã dâng lên cao, giải pháp dùng giếng khai thác có độ ngập nước
cao bơm ép khí một thời gian sau đó đưa giếng khai thác trở lại như
được minh họa trên hình 4.1.


21

Hình 4. 1. Minh họa trạng thái chất lưu trong vỉa khi sử dụng giải
pháp bơm ép và khai thác luân phiên. Hình trái – trước khi bơm ép
khí, hình giữa – sau khi bơm ép khí, hình phải – sau khi khai thác.
Kết quả nghiên cứu cho thấy giải pháp này làm lưu lượng dầu tăng
lên, độ ngập nước giảm, và lượng dầu khai thác tăng khi lưu lượng khí
bơm tăng.
Như vậy, qua nghiên cứu hiệu quả các giải pháp khai thác đối với
việc gia tăng hệ số thu hồi dầu, giải pháp khai thác tương ứng với từng
yếu tố địa chất được trình bày trong bảng 4.1.
Bảng 4. 1. Các giải pháp khai thác tương ứng với các yếu tố địa chất
STT

Những yếu tố địa chất
chính

Giải pháp khai thác

1

Đặc điểm đứt gãy và khe nứt Tối ưu hệ thống giếng

2

Tính chất PVT của dầu

Bơm ép nước hoặc bơm ép khí
Hoàn thiện tối ưu, sử dụng

3

Nguồn nước áp sườn

gaslift, và bơm ép khí – khai
thác luân phiên.

4

Mức độ lưu thông thủy động
lực

Khoan đan dày ở những khối
có mức độ lưu thông kém, và
áp dụng các giải pháp trên.


22

5
6

Đặc điểm thạch học

Xử lý axít và tối ưu hệ thống

Quá trình phong hóa và thủy giếng
nhiệt
KẾT LUẬN

1. Móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng có thành phần thạch
học tương đối đồng nhất chủ yếu là đá granit có tính chất vỉa tốt hơn
các đá còn lại, vì vậy đặc điểm thạch học có ảnh hưởng tốt tới hệ số
thu hồi của đối tượng nghiên cứu.
2. Sự hình thành và phát triển của hệ thống đứt gãy và khe nứt là yếu
tố địa chất chủ đạo ảnh hưởng trực tiếp đến đặc trưng rỗng thấm, mức
độ bất đồng nhất về tính chất lưu thông thủy động lực cũng như khả
năng khai thác và hệ số thu hồi của khối móng.
3. Nguồn nước có áp tồn tại trong các lớp trầm tích nằm kề áp khối
móng giữ vai trò chủ đạo để duy trì áp suất vỉa và gia tăng hệ số thu
hồi dầu, nhưng cũng là yếu tố địa chất gây ra ngập nước nhanh và lưu
lượng dầu khai thác giảm đáng kể khi nước xâm nhập vào giếng.
4. Khu vực Đông Bắc mỏ Sư Tử Đen chứa dầu có áp suất bão hòa cao
làm ảnh hưởng xấu đến chế độ khai thác và hệ số thu hồi dầu nếu
không áp dụng giải pháp bơm ép.
5. Khu vực mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng chịu ảnh hưởng của quá
trình phong hóa ở phần đỉnh của cấu tạo làm gia tăng độ rỗng của khu
vực nằm gần nóc móng (dày khoảng 50m) và hình thành nên các
khoáng vật thứ sinh như sét. Chúng di dịch và lấp đầy từng phần hay
toàn phần hệ thống các khe nứt nằm sâu trong móng, làm giảm tính
chất rỗng thấm và ảnh hưởng xấu đến khả năng khai thác của khối
móng.


23
6. Quá trình biến đổi thủy nhiệt khá phổ biến trong khu vực mỏ Sư Tử

Đen và Sư Tử Vàng, quá trình biến đổi này thành tạo các khoáng vật
thứ sinh làm lấp từng phần hay toàn phần không gian rỗng của các đới
nứt nẻ, và làm giảm tính chất rỗng thấm của khối móng, dẫn đến làm
giảm khả năng thu hồi dầu.
7. Tất cả các yếu tố địa chất đều có ảnh hưởng tới hệ số thu hồi trong
thân dầu đá móng mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Vàng, trong đó đặc điểm
đứt gãy và khe nứt, nguồn nước áp sườn, tính chất PVT của dầu, và
mức độ lưu thông thủy động lực là các yếu tố chủ đạo ảnh hưởng đến
hệ số thu hồi dầu mà có thể can thiệp hiệu quả bằng công nghệ và kỹ
thuật hiện nay.
8. Với mục đích nâng cao hệ số thu hồi dầu, các giải pháp khai thác
hướng tới hạn chế ảnh hưởng tiêu cực và gia tăng ảnh hưởng tích cực
của các yếu tố địa chất tới hệ số này bao gồm: tối ưu hệ thống giếng;
tối ưu chế độ khai thác; hạn chế ảnh hưởng của nước áp sườn; và giải
pháp khoan đan dày ở các khối có mức độ lưu thông thủy động lực
kém hay có chế độ thủy động lực riêng biệt, cụ thể như sau:
o Các giếng phát triển cần được thiết kế và khoan với góc nghiêng
lớn và có xu hướng vuông góc với hệ thống đứt gãy chính (Đông Bắc
– Tây Nam và Tây Bắc - Đông Nam) không chỉ giúp tăng hệ số thành
công của giếng mà còn gia tăng hệ số thu hồi dầu khoảng 13% và giảm
số lượng giếng khai thác.
o Để hạn chế ảnh hưởng xấu của nước vỉa đến động thái khai thác
của giếng, giải pháp hoàn thiện tối ưu giúp tăng hệ số thu hồi dầu
khoảng 10%, giải pháp sử dụng khí nâng tăng hệ số thu hồi dầu từ
22% đến 37%, và giải pháp bơm ép khí – khai thác luân phiên ở những
giếng có độ ngập nước cao nhằm tận thu dầu có trong phần nóc vỉa.