Tổng quan nghiên cứu

Bồn trũng Nam Côn Sơn, với diện tích gần 100.000 km², là một trong những khu vực có tiềm năng dầu khí lớn, chiếm khoảng 20% trữ lượng hydrocarbon ở thềm lục địa Việt Nam. Mỏ Alpha, thuộc bể Nam Côn Sơn, nằm ở phần Đông bồn trũng, cách bờ biển Vũng Tàu khoảng 330 km, với độ sâu mực nước biển từ 134 đến 140 m. Các vỉa chứa chính tại mỏ Alpha là tập cát kết thuộc tầng Miocen, có tính bất đồng nhất cao do đặc điểm địa chất phức tạp và quá trình biến đổi thứ sinh. Độ thấm và độ bão hòa nước là các thông số vật lý thạch học quan trọng trong việc đặc trưng hóa vỉa chứa, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả mô hình hóa và dự báo hiệu suất khai thác.

Mục tiêu nghiên cứu là phát triển các mô hình dự đoán độ thấm và độ bão hòa nước có độ tin cậy cao từ dữ liệu phân tích mẫu lõi bằng phương pháp Hydraulic Flow Unit (HFU) và Mercury Injection Capillary Pressure (MICP) cho tập cát kết tầng Miocen tại mỏ Alpha. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc phân chia loại đá chứa và xây dựng mô hình dự đoán dựa trên dữ liệu lõi thu thập trong giai đoạn từ năm 2022 tại khu vực mỏ Alpha, bể Nam Côn Sơn. Việc nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao độ chính xác của các mô hình địa chất và mô phỏng mỏ, từ đó hỗ trợ tối ưu hóa kế hoạch khai thác và quản lý tài nguyên dầu khí.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng hai lý thuyết chính để phân chia loại đá chứa và xây dựng mô hình dự đoán:

  1. Lý thuyết đơn vị dòng chảy thủy lực (Hydraulic Flow Unit - HFU): HFU được định nghĩa là các khối đá chứa có đặc tính địa chất và tính chất vật lý thạch học đồng nhất, ảnh hưởng đến khả năng cho dòng và phân bố chất lưu. Chỉ số chất lượng đá chứa (RQI) và chỉ số vùng chảy (FZI) được sử dụng để phân loại các đơn vị dòng chảy dựa trên mối quan hệ giữa độ thấm và độ rỗng hiệu dụng. Công thức Carman-Kozeny được sử dụng để liên hệ độ thấm với bán kính thủy lực trung bình và các tham số thạch học khác.

  2. Phương pháp áp suất mao dẫn bơm ép thủy ngân (Mercury Injection Capillary Pressure - MICP): Phương pháp này dựa trên việc phân tích đường cong áp suất mao dẫn để xác định phân bố kích thước họng kênh rỗng (pore throat size distribution). Thông số R35 (kích thước họng kênh rỗng tại 35% thể tích thủy ngân) được sử dụng để phân chia loại đá chứa. Hàm Leverett-J được áp dụng để chuẩn hóa các đường cong áp suất mao dẫn trong từng nhóm đá chứa, từ đó xây dựng mô hình dự đoán độ bão hòa nước.

Các khái niệm chính bao gồm: độ thấm (permeability), độ bão hòa nước (water saturation), đơn vị dòng chảy thủy lực (HFU), áp suất mao dẫn (capillary pressure), kích thước họng kênh rỗng (pore throat size), và hàm Leverett-J.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các kết quả phân tích mẫu lõi thu thập từ mỏ Alpha, bể Nam Côn Sơn, bao gồm độ rỗng, độ thấm, áp suất mao dẫn bơm ép thủy ngân (MICP) và các thông số vật lý thạch học khác. Tổng cộng 16 mẫu lõi được phân tích chi tiết.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Phân chia loại đá chứa dựa trên chỉ số HFU và thông số R35 từ dữ liệu MICP.
  • Xây dựng mô hình dự đoán độ thấm dựa trên mối quan hệ giữa độ rỗng, độ thấm và kích thước họng kênh rỗng.
  • Áp dụng hàm Leverett-J để chuẩn hóa đường cong áp suất mao dẫn và xây dựng mô hình dự đoán độ bão hòa nước (Saturation Height Function - SHF).
  • So sánh kết quả dự đoán với dữ liệu đo thực tế từ phân tích lõi tiêu chuẩn (Routine Core Analysis - RCA) và phân tích Dean-Stark.

Quy trình nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 2 đến tháng 7 năm 2022, với sự hướng dẫn khoa học của TS. Phùng Đại Khánh tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP. HCM.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phân chia loại đá chứa hiệu quả bằng HFU và MICP: Các đơn vị dòng chảy thủy lực (HFU) và nhóm đá chứa dựa trên thông số R35 từ MICP đã được xác định rõ ràng cho tập cát kết tầng Miocen. Mỗi nhóm có đặc trưng riêng về độ rỗng và độ thấm, thể hiện tính bất đồng nhất của vỉa chứa.

  2. Mô hình dự đoán độ thấm có độ chính xác cao: Mô hình dự đoán độ thấm dựa trên mối quan hệ giữa độ rỗng, độ thấm và kích thước họng kênh rỗng (MICP) đạt hệ số tương quan R² = 0.93 so với độ thấm đo được từ mẫu lõi, vượt trội hơn so với mô hình HFU truyền thống (R² thấp hơn). So sánh độ thấm theo chiều sâu của hai giếng khoan Alpha-1 và Alpha-2 cũng cho thấy sự phù hợp cao giữa giá trị dự đoán và đo thực tế.

  3. Mô hình dự đoán độ bão hòa nước từ dữ liệu MICP: Sử dụng hàm Leverett-J để chuẩn hóa đường cong áp suất mao dẫn trong từng nhóm đá chứa, mô hình SHF được xây dựng cho phép dự đoán độ bão hòa nước phù hợp với kết quả phân tích Dean-Stark trên mẫu lõi. Độ bão hòa nước dự đoán khớp với xu hướng biến đổi độ rỗng và độ thấm theo chiều sâu, chứng tỏ tính khả dụng của dữ liệu MICP trong việc mô hình hóa vỉa chứa bất đồng nhất.

  4. Quy trình xây dựng mô hình dự đoán: Luận văn đề xuất một quy trình chuẩn gồm các bước phân chia loại đá chứa, chuẩn hóa dữ liệu áp suất mao dẫn và xây dựng mô hình SHF, có thể áp dụng cho các vỉa chứa tương tự trong khu vực mỏ Alpha và các khu vực lân cận.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc kết hợp phương pháp HFU và MICP mang lại hiệu quả cao trong việc phân chia loại đá chứa và dự đoán các thông số vật lý thạch học quan trọng. Mô hình dựa trên dữ liệu MICP có ưu thế trong việc xử lý các vỉa chứa có tính bất đồng nhất cao và hệ thống kênh rỗng phức tạp, điều mà mô hình HFU truyền thống khó đáp ứng đầy đủ.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả này phù hợp với xu hướng ứng dụng dữ liệu MICP trong phân tích vỉa chứa phức tạp, đồng thời bổ sung thêm quy trình chuẩn hóa dữ liệu áp suất mao dẫn bằng hàm Leverett-J để nâng cao độ chính xác dự đoán độ bão hòa nước. Việc áp dụng mô hình SHF giúp cải thiện khả năng dự báo phân bố chất lưu trong vỉa, hỗ trợ hiệu quả cho công tác mô hình hóa và khai thác mỏ.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ mối quan hệ độ rỗng - độ thấm theo từng HFU, biểu đồ so sánh độ thấm dự đoán và đo thực tế theo chiều sâu, cũng như các đường cong áp suất mao dẫn chuẩn hóa cho từng nhóm đá chứa, giúp minh họa rõ ràng tính hiệu quả của các mô hình xây dựng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng mô hình dự đoán độ thấm và độ bão hòa nước cho các giếng không có dữ liệu lõi: Sử dụng mô hình HFU và MICP để dự đoán các thông số vật lý thạch học cho các giếng khoan không có mẫu lõi, nhằm nâng cao độ chính xác của mô hình địa chất và mô phỏng mỏ. Thời gian thực hiện: ngay trong giai đoạn lập kế hoạch khai thác; Chủ thể: các kỹ sư địa chất và kỹ thuật mỏ.

  2. Mở rộng phạm vi ứng dụng mô hình cho khu vực lân cận: Áp dụng quy trình phân chia loại đá chứa và mô hình dự đoán đã xây dựng cho các mỏ và bể chứa lân cận trong bể Nam Côn Sơn để tối ưu hóa công tác đánh giá trữ lượng và thiết kế khai thác. Thời gian: 6-12 tháng; Chủ thể: các công ty dầu khí và viện nghiên cứu.

  3. Kết hợp dữ liệu MICP với địa vật lý giếng khoan: Để tăng cường độ tin cậy và mở rộng phạm vi ứng dụng, cần tích hợp dữ liệu MICP với các kết quả khảo sát địa vật lý giếng khoan nhằm cải thiện mô hình dự đoán độ bão hòa nước và độ thấm. Thời gian: nghiên cứu bổ sung trong 12 tháng; Chủ thể: nhóm nghiên cứu và phòng thí nghiệm.

  4. Phát triển phần mềm hỗ trợ phân tích và mô hình hóa: Xây dựng công cụ phần mềm tích hợp các phương pháp HFU, MICP và hàm Leverett-J để tự động hóa quy trình phân chia loại đá chứa và dự đoán các thông số vật lý thạch học, giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu quả công việc. Thời gian: 1-2 năm; Chủ thể: các đơn vị công nghệ và nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư địa chất và kỹ thuật dầu khí: Luận văn cung cấp phương pháp phân chia loại đá chứa và mô hình dự đoán độ thấm, độ bão hòa nước, hỗ trợ công tác đánh giá chất lượng tầng chứa và thiết kế khai thác hiệu quả.

  2. Nhà nghiên cứu và học viên cao học chuyên ngành kỹ thuật dầu khí: Tài liệu chi tiết về lý thuyết HFU, MICP và ứng dụng thực tiễn giúp nâng cao kiến thức chuyên sâu và phát triển các đề tài nghiên cứu liên quan.

  3. Các công ty dầu khí và viện nghiên cứu: Quy trình và mô hình được đề xuất có thể áp dụng trong thực tế sản xuất, giúp tối ưu hóa khai thác và quản lý tài nguyên tại các mỏ có tính bất đồng nhất cao.

  4. Chuyên gia phát triển phần mềm mô hình hóa địa chất: Cung cấp cơ sở dữ liệu và thuật toán để phát triển các công cụ hỗ trợ phân tích và mô hình hóa vỉa chứa phức tạp, nâng cao hiệu quả công tác kỹ thuật.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp HFU là gì và tại sao được sử dụng trong phân chia loại đá chứa?
    HFU là phương pháp phân chia vỉa chứa thành các đơn vị dòng chảy có đặc tính vật lý thạch học đồng nhất, giúp dự đoán độ thấm và phân bố chất lưu chính xác hơn. Phương pháp này dựa trên mối quan hệ chặt chẽ giữa độ rỗng và độ thấm trong từng đơn vị dòng chảy.

  2. Dữ liệu MICP cung cấp thông tin gì cho việc dự đoán độ thấm và độ bão hòa nước?
    MICP phân tích áp suất mao dẫn bơm ép thủy ngân để xác định phân bố kích thước họng kênh rỗng, một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng thấm và phân bố nước trong vỉa chứa. Thông số R35 từ MICP được dùng để phân loại đá chứa và xây dựng mô hình dự đoán.

  3. Hàm Leverett-J được áp dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
    Hàm Leverett-J được sử dụng để chuẩn hóa các đường cong áp suất mao dẫn trong từng nhóm đá chứa, giúp xây dựng mô hình dự đoán độ bão hòa nước (SHF) phù hợp với đặc tính vật lý của từng loại đá.

  4. Mô hình dự đoán độ thấm dựa trên MICP có ưu điểm gì so với mô hình HFU?
    Mô hình dựa trên MICP có hệ số tương quan cao hơn (R² = 0.93), thể hiện khả năng dự đoán chính xác hơn trong các vỉa chứa có tính bất đồng nhất và hệ thống kênh rỗng phức tạp, trong khi mô hình HFU có độ chính xác thấp hơn.

  5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế khai thác mỏ?
    Kết quả mô hình dự đoán có thể được sử dụng để ước tính các thông số vật lý thạch học cho các giếng không có dữ liệu lõi, hỗ trợ xây dựng mô hình địa chất và mô phỏng mỏ chính xác, từ đó tối ưu hóa kế hoạch khai thác và quản lý tài nguyên.

Kết luận

  • Đã phân chia thành công các đơn vị dòng chảy thủy lực và nhóm đá chứa dựa trên dữ liệu HFU và MICP cho tập cát kết tầng Miocen, mỏ Alpha, bể Nam Côn Sơn.
  • Mô hình dự đoán độ thấm dựa trên mối quan hệ giữa độ rỗng, độ thấm và kích thước họng kênh rỗng (MICP) đạt hệ số tương quan R² = 0.93, vượt trội hơn mô hình HFU truyền thống.
  • Mô hình dự đoán độ bão hòa nước sử dụng hàm Leverett-J và dữ liệu MICP phù hợp với kết quả phân tích Dean-Stark, chứng minh tính khả thi trong việc mô hình hóa vỉa chứa bất đồng nhất.
  • Quy trình xây dựng mô hình dự đoán được đề xuất có thể áp dụng rộng rãi cho các vỉa chứa tương tự trong khu vực mỏ Alpha và các khu vực lân cận.
  • Khuyến nghị áp dụng mô hình vào thực tế khai thác, kết hợp dữ liệu MICP với địa vật lý giếng khoan và phát triển công cụ phần mềm hỗ trợ để nâng cao hiệu quả công tác kỹ thuật.

Để tiếp tục phát triển nghiên cứu, cần mở rộng phạm vi thu thập dữ liệu, tích hợp các phương pháp khảo sát khác và ứng dụng mô hình vào các dự án khai thác thực tế. Độc giả và chuyên gia trong ngành được khuyến khích áp dụng và phát triển các mô hình này nhằm nâng cao hiệu quả quản lý và khai thác tài nguyên dầu khí.