Đặt vấn đề Hiện nay theo sự phát triển của thé giới, việc lưu chứa hydrocarbon lỏng và khí đã có những bước tiền mạnh mẽ trong vài thập kỷ qua, do nhu cầu tiêu thụ ngày càng tăng và sự đảm bảo tính bền vững của nguồn cung cấp năng lượng. Cùng với các ưu điểm đáng kê đã thúc đây các hang động lưu chứa ngằm trở thành giải pháp hợp lý nhất đề lưu trữ hydrocarbon ở bát cứ nơi nào có liên quan đến số lượng lưu chứa lớn và trong thời gian dài. Tuy nhiên trong việc xây dựng các ham lưu chứa ở nước ta và trên thé giới đã xảy ra không ít các tai biến địa chất như lún, sụt, các hiện tượng phá hủy xung quanh thành hàm ở nhiều giai đoạn gây thát thoát khi lưu chứa cũng như gây thiệt hại nhiều vẻ kinh té và sinh mạng con người. Như các hang ngam đầu tiên dé lưu chứa hydrocarbon ở Đông Nam A gan đây đã được hoàn thành tại Singapore với kích thước của hang là chiều rộng 20 m, chiều cao 27 m và chiều dài 340 m thì toàn bộ khu dự án có thẻ chứa thẻ chứa là 1,47 triệu mét khói với tổng khói lượng đất đá khai đào khoảng 3 triệu mét khói.
Với một dự án mang tính quốc gia thì các nghiên cứu vẻ sự ôn định của các hang động lưu chứa phải được thực hiện kê cả trong giai đoạn thiết ké và thi công. Bên cạnh đó ở Việt Nam cũng có các công trình đã, đang và dự kiến xây dựng như các hàm tích trữ dầu và khí đảm bảo an ninh năng lượng dự kiến xây dựng ở Nghi Sơn (Thanh Hóa), Dung Quất (Quãng ngãi) và Long Sơn (Vũng Tàu) đề đảm bảo không bị thất thoát năng lượng được tích trữ thì các yếu tố có nguy cơ cao phải được xem xét kỹ lưỡng. Từ đó, ta thấy rằng trong các công trình hàm lưu chứa ngàm, nghiên cứu dự báo, phân tích các tai biến địa chất xung quanh hàm nhằm hạn ché và giảm thiêu là nhu cầu bức thiết. Chuyên vị trong đường hầm lưu chứa đề cập đến các chuyên dịch hoặc biến dạng xảy ra ở vùng đá hoặc kết câu xung quanh trong quá trình khai đào hoặc xây dựng đường hàm.
Những chuyên động này có thé do nhiều yếu tố gây ra, bao gồm cả độ lún của nàn, sự phân bó lại ứng suất và sự tương tác giữa đường hàm với đất hoặc đá xung quanh sẽ gây thất thoát hydrocarbon trong giai đoạn lưu chứa. Vậy nên, đề làm rõ những ảnh hưởng của yéu tố dẫn đến chuyền vị đề tài “DỰ ĐOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ SỰ CHUYÊN VỊ CHO HAM LUU CHUA HYDROCARBON DƯỚI LÒNG ĐẤT” cho hằm lưu chứa X, nhằm phân tích ứng suất và biến dạng dựa trên cơ sở phương pháp phân tử hữu hạn (FEM - Finite Element Method), là một đề tài can thiết, góp phần đưa ra phương pháp đánh giá các tác động gây ra chuyên vị ảnh hưởng đến ôn định của hàm chứa, làm cho quá trình lên ké hoạch hoặc thi công được chính xác hơn.2_ Tông quan nghiên cứu Do yêu cầu cấp thiết cho sự phát triển toàn câu, nên các nghiên cứu liên quan đến sự ôn định ham lưu chứa bằng các phân tích số trở nên phô biến như: -_ Theo chương trình nghiên cứu giữa Tập đoàn JTC và Đại học Công nghệ Nanyang (2009) trong bai báo “Distinct element analysis of staged constructed underground cavern in the vicinity of a fault”, ca phan tich sé hai chiều và ba chiều đều được thực hiện bằng các chương trình phần tử riêng biệt UDEC và 3DEC (Chua et al., 2009 & NTU, 2013) để khảo sát các yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến ứng suát và chuyền vị xung quanh các hang ngàm lưu chứa dưới lòng đất được xây dựng trong đá trằm tích của Hệ tàng Jurong của Singapore trong Dự án JRO. Tiêu chí phá hủy Mohr-Coulomb được giả định trong tất cả các phân tích. Việc xây dựng hang đá theo trình tự khai đào top heading rồi tới các cấp đào tiếp theo đã được xem xét.
Cả hai mô hình số liên tục và không liên tục đã được thực hiện. Những đặc tính của khói đá nguyên vẹn được lây từ kết quả nghiên cứu khả thi trước khi dự án bắt đầu. Chua et al., 2009 & NTU, 2013 đã thực hiện nghiên cứu tham số về tác động của các tham số hỗ trợ đá, trình tu dao, vi tri va thé nam đứt gãy đối với hang động, các tham só khe nứt và việc lắp đặt muộn các hỗ trợ đá. Họ kết luận rằng sự tương tác giữa các khối đá xung quanh hang động và hệ thống hỗ trợ đá ảnh hưởng đến ứng suất và chuyên vị gây ra xung quanh hang động.
Ngoài ra, ứng suất và chuyên vị phát triển xung quanh hang động cũng bị ảnh hưởng đáng kê bởi việc lắp đặt giá đỡ, tính chất của khối đá và các hệ thống khe nứt cũng như ứng suát tại chỗ. Các kỹ sư có thê tận dụng cho các dự án khác có các khe nứt hoặc đút gãy đáng chú ý đê dự đoán một cách tối ưu các điểm có nguy cơ chuyên vị cao. - Mandal và các cộng sự (2013) trong bài báo “Analysis and Design Approach for Large Storage Caverns “, da thyc hiện phân tích đàn hồi dẻo hai chiều (2D) băng cách sử dụng phân tử hữu han phan mén Phase 2 dé nghiên cứu ứng xử của khối đá gây ra bởi quá trình đào hang (rộng 20 m, cao 33 m) theo các giai đoạn ở Ân Độ. Quá trình đào hang được mô phỏng theo các giai đoạn khác nhau, tức là đào một đường hằm thí điểm và tiếp theo là đào một bên, tiếp theo là đào một bench thí điểm và tiếp theo là đào một bên với tổng cộng ba bench.
Các giá trị chuyên vị thu được bang phương pháp phân tích được so sánh với chuyên vị quan sát được khi tiền hành khai đào. Bởi vi phan mèm FEM 2D dụa trên khái niệm biến dang phang, nó không thẻ tính đến tác động của việc đào theo các hướng khác cái mà tại giao điểm với các đường hàm và trục. Do đó, các giao lộ này được phân tích bằng cách sử dụng phan tử ranh giới ba chiều (3D) tuyến tính, phản mèn Examine3D. Phân tích độ ôn định của các nêm đá được hình thành từ các kiều khe nứt khác nhau cũng được nghiên cứu băng phản mềm UnWedge dựa trên lý thuyết khói cho từng phân của hang động.
Họ quan sát thấy rằng 90% chuyên vị thắng đứng xảy ra ở đỉnh ham trong qua trinh dao phan heading, và sự dịch chuyên này hầu như không thay đổi trong quá trình đào Bench 2 và Bench 3, mặc dù có Sự gia tăng đáng kê trong chuyên động ngang của tường hàm trong quá trình dao phan bench. Các giá trị chuyền vị dự đoán thường cao hơn các giá trị quan sát được đối với các điều kiện đá xấu. Các kỹ sư cũng có thé tan dụng cho các dự án có điều kiện đá như trong bài hoặc tham khảo trình tự đào _ để dự đoán một cách tối ưu các điểm có nguy cơ chuyên Vị cao. Do đó, đề tài “DỰ ĐOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ SỰ CHUYÊN VỊ CHO HÀM LƯU CHỨA HYDROCARBON DƯỚI LÒNG ĐẤT” là một vấn đề cáp thiết cần được nghiên cứu.
Mục đích nghiên cứu Đề làm rõ sự ảnh của các thông só đá, các đặc tính khói đá xung quanh hàm chứa ảnh hưởng đến chuyên vị quanh hàm, trong quá trình phân tích và nghiên cứu đẻ tài “Đánh giá sự chuyên vi cho ham lưu chứa hydrocarbon dưới lòng đất” luận án chỉ tập trung thực hiện các mục đích sau: - Ước tính thông số khối đá theo chất lượng đá khác nhau của hàm chứa từ các dữ liệu đầu vào được xác định từ thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và mô tả địa chất chỉ tiết. - _ Ước lượng hệ thông hỗ trợ cho các chất lượng đá của hàm chứa bằng Q- chart và mô hình 2D dựa trên FEM dự đoán chuyên vị bảng phản mén Phase 2 cho các mặt gương đại diện cho chất lượng đá hàm chứa, đặc biệt là mặt gương đại diện đoạn nguy cơ mất ồn định nhát. - _ Xây dựng biểu đỗ đánh giá và tăng cường gia có cho hàm chứa trong giai đoạn khai đào và lưu chứa dầu thô.4 Đối tượng nghiên cứu Đề phân tích cụ thê các mụ đích của đề tài, quá trình nghiên cứu sử dụng các đối tượng sau: - _ Phương pháp tính toán cường độ khối đá. - _ Qác thông phân loại chất lượng đá Q và GSI.
Ước lượng hỗ trợ từ chát lượng đá. - _ Mô hình 2D dựa trên FEM dự đoán và đánh giá chuyên vị bằng phan mèn Phase 2 cho các mặt gương đại diện cho chất lượng đá ham chứa. - Mô hìnhh 2D hàm chứa LNG dựa trên FEM dự đoán và đánh giá chuyển vị bằng phan mén Phase 2.5 Ý nghĩa nghiên cứu và thực tiễn Ý nghĩa nghiên cứu Voi dé tai “DU DOAN VA DANH GIA SU CHUYEN VI CHO HAMLUU CHUA HYDROCARBON DUGI LONG DAT”, gop phan da ra phuong phap đề đánh giá sự chuyên vị ảnh hưởng đến độ ồn định của hàm chứa Hydrobarbon được nhanh và chính xác hơn. Kết quả của đề tài sẽ tạo tiên đề cho quá trình đánh giá ôn định trong ham chứa, bước đầu đề phát triển cho các nghiên cứu tiếp theo như các nghiên cứu về sự biến dạng khi xem xét thêm yếu tố nước ngam, ảnh hưởng của các cuộc động đất, đánh giá chất lượng én định ham khác dé và đưa ra biện pháp hỗ trợ đường hằm chính xác hơn.
Vì Vậy, trong giai đoạn đất nước đang phát triên xây dựng các công trình ngàm nói chung và xây dựng các hàm chứa hydrocarbon đề góp phần đáp ứng nhu cầu đời sống, thi dé tài này sẽ là một nghiên cứu cần thiết vàý nghĩa. Ý nghĩa thực tiễn Cấu trúc địa chất đa dang tao nhiều khó khăn cho sự đánh giá khảo sát cho các hàm chứa hydrocarbon. Nên với đề tài “DỰ ĐOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ SỰ CHUYÊN VỊ CHO HẢM LƯU CHỨA HYDROCARBON DƯỚI LÒNG ĐẤT" sẽ góp phần đưa ra phương pháp giúp cho các kỹ sư địa chát, dầu khí đánh giá khu vực và sự ảnh hưởng đối với tính ồn định được nhanh và chính xác hơn, nhất là các yéu tố có tính định hướng, không chỉ trong hàm chứa mà còn đối với các công trình địa chất khác. Từ đó tăng sự chính xác cho các bước tiếp theo trong khảo sát thí công, đảm bảo thiết ké va thi công công trình an toàn trong lưu chứa hydrocarbon.
Déng thoi, gop phan day manh nghién cứu về công trình lưu chứa ngam dé dap wng cho nhu cầu an nin năng lượng đang được phát triển ở nước ta.