Luận văn: Dự báo sinh cát theo tiêu chuẩn hư hỏng kéo tại mỏ X bồn trũng Nam Côn Sơn

Luận văn thạc sĩ phân tích dự báo sinh cát từ mô hình địa cơ tại giếng khí mỏ X, bồn trũng Nam Côn Sơn, cung cấp kiến thức chuyên sâu.

• Tác giả: Nguyễn Quốc Khánh
• Người hướng dẫn: TS. Đỗ Quang Khánh
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Dầu khí
• Đề tài: Dự báo khả năng sinh cát từ mô hình địa cơ theo tiêu chuẩn hư hỏng kéo tại các giếng khí mỏ X, bồn trũng Nam Côn Sơn
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
• 1.1. Đặc điểm địa chất khu vực
• 1.1.1. Đặc điểm địa chất
• 1.1.2. Cấu trúc địa chất
• 1.1.3. Thăm dò và khai thác dầu khí
• 1.2. Đặc điểm của Mỏ Hải Thạch
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Hiện tượng sinh cát
• 2.2. Nguyên nhân của hiện tượng sinh cát
• 2.2.1. Điều kiện vỉa và chất lưu vỉa
• 2.2.2. Quá trình khai thác
• 2.3. Ảnh hưởng của sự hình thành cát
• 2.3.1. Sự tích tụ cát trên bề mặt
• 2.3.2. Sự tích tụ cát dưới đáy giếng
• 2.3.3. Sự bào mòn các thiết bị
• 2.4. Quá trình sinh cát của thành hệ
• 2.5. Hiện tượng hư hỏng đất đá
• 2.6. Cơ chế hư hỏng kéo
• 2.7. Trạng thái ứng suất của thành hệ
• 2.7.1. Ứng suất tại chỗ (In-Situ Stress)
• 2.7.2. Ứng suất hiệu dụng (Effecitive Stress)
• 2.7.3. Ứng suất xung quanh thành giếng khoan (Stress Around Wellbore)
• 2.8. Mô hình phân bố ứng suất và áp suất xung quanh giếng khoan
• 2.9. Cơ sở xác định áp suất đáy giếng tới hạn (CBHFP)
• 2.9.1. Thông số đàn hồi của vỉa
• 2.9.2. Độ bền thành hệ từng phần (The formation disaggregation strength)
• 2.9.3. Thí nghiệm ứng suất nén một trục (UCS)
• 2.9.4. Thí nghiệm mẫu trục thành dày (Thick Wall Cylinder test)
• 2.9.5. Thí nghiệm nén ba trục (Triaxial Test)
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ÁP SUẤT SINH CÁT
• 3.1. Các phương pháp dự báo khả năng sinh cát
• 3.1.1. Mô hình số hóa (Numerical Model)
• 3.1.2. Mô hình thực nghiệm (Empirical Model)
• 3.1.3. Mô hình giải tích (Analytical Model)
• 3.2. Phương pháp dự báo khả năng sinh cát Onset of sanding Prediction
• 3.3. Xây dựng mô hình tính toán
• 3.3.1. Xây dựng đồ thị Log UCS-TWC dọc độ sâu tập
• 3.3.2. Mô hình tính toán áp suất sinh cát
• 3.3.3. Thu thập dữ liệu và xử lý số liệu
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
• 4.1. Mô hình địa cơ theo tiêu chuẩn hư hỏng kéo
• 4.2. Mô hình địa cơ theo tiêu chuẩn hư hỏng cắt
• 4.3. Mô hình địa cơ theo tiêu chuẩn hư hỏng kết hợp kéo và cắt
• 4.4. So sánh hai tiêu chuẩn hư hỏng kéo và cắt
• 4.5. Ứng dụng mô hình địa cơ theo tiêu chuẩn hư hỏng kéo cho nhiều tập địa tầng
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu chung về đối tượng nghiên cứu

Luận văn thạc sĩ tập trung vào việc dự báo sinh cát từ mô hình địa cơ theo tiêu chuẩn hư hỏng kéo tại các giếng khí thuộc mỏ X, bồn trũng Nam Côn Sơn. Đối tượng nghiên cứu chính là hai giếng khí HT-1X và HT-2X tại mỏ Hải Thạch, nằm trong khu vực bồn trũng Nam Côn Sơn. Mỏ Hải Thạch được phát hiện từ năm 1995 với tiềm năng khí và khí condensate ở các tầng địa chất khác nhau. Luận văn nhằm mục đích phân tích và dự báo khả năng sinh cát trong quá trình khai thác, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu hóa hiệu quả khai thác và giảm thiểu rủi ro.

1.1 Đặc điểm địa chất khu vực

Mỏ Hải Thạch nằm trong bồn trũng Nam Côn Sơn, cách Vũng Tàu khoảng 330 km, với độ sâu nước biển trung bình từ 134 đến 140 mét. Khu vực này có cấu trúc địa chất phức tạp, bao gồm các tầng địa chất từ Miocene thượng đến Miocene hạ. Các giếng khí HT-1X và HT-2X được khoan thăm dò từ năm 1995 và 1996, cho thấy tiềm năng khí và khí condensate đáng kể. Đặc điểm địa chất này là cơ sở quan trọng để xây dựng mô hình địa cơ và dự báo sinh cát.

II. Cơ sở lý thuyết về sinh cát

Luận văn trình bày cơ sở lý thuyết về hiện tượng sinh cát trong quá trình khai thác dầu khí. Hiện tượng này xảy ra khi áp suất vỉa giảm xuống dưới ngưỡng tới hạn, dẫn đến sự phá hủy đất đá và hình thành cát. Các nguyên nhân chính bao gồm sự thay đổi áp suất vỉa, độ bền cơ học của đất đá, và quá trình khai thác. Luận văn cũng phân tích các cơ chế phá hủy, bao gồm hư hỏng kéo và hư hỏng cắt, và ảnh hưởng của chúng đến quá trình sinh cát.

2.1 Hiện tượng sinh cát

Hiện tượng sinh cát là quá trình đất đá bị phá hủy do áp suất vỉa giảm, dẫn đến sự hình thành và di chuyển của cát vào giếng khai thác. Hiện tượng này gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu quả khai thác, làm giảm sản lượng và gây hư hỏng thiết bị. Luận văn phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng này, bao gồm độ bền cơ học của đất đá, áp suất vỉa, và quá trình khai thác.

2.2 Cơ chế hư hỏng kéo

Cơ chế hư hỏng kéo xảy ra khi ứng suất kéo vượt quá độ bền kéo của đất đá, dẫn đến sự phá hủy và hình thành cát. Luận văn sử dụng tiêu chuẩn hư hỏng kéo để dự báo khả năng sinh cát, dựa trên các thông số địa cơ như ứng suất tại chỗ, độ bền kéo, và áp suất vỉa. Phương pháp này giúp xác định áp suất suy giảm tới hạn, từ đó dự báo khả năng sinh cát trong quá trình khai thác.

III. Mô hình tính toán áp suất sinh cát

Luận văn trình bày các phương pháp dự báo sinh cát, bao gồm mô hình số hóa, mô hình thực nghiệm, và mô hình giải tích. Trong đó, mô hình địa cơ theo tiêu chuẩn hư hỏng kéo được lựa chọn để dự báo khả năng sinh cát tại các giếng khí HT-1X và HT-2X. Mô hình này dựa trên các thông số địa cơ như ứng suất tại chỗ, độ bền kéo, và áp suất vỉa, được thu thập từ các dữ liệu thực địa và thí nghiệm.

3.1 Phương pháp dự báo sinh cát

Luận văn sử dụng mô hình địa cơ để dự báo khả năng sinh cát, dựa trên tiêu chuẩn hư hỏng kéo. Phương pháp này bao gồm các bước thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, và tính toán áp suất suy giảm tới hạn. Kết quả tính toán giúp xác định ngưỡng sinh cát và đưa ra các giải pháp tối ưu hóa quá trình khai thác.

3.2 Xây dựng mô hình tính toán

Quá trình xây dựng mô hình tính toán bao gồm việc thu thập và xử lý dữ liệu từ các giếng khí HT-1X và HT-2X. Các thông số địa cơ như ứng suất tại chỗ, độ bền kéo, và áp suất vỉa được sử dụng để xây dựng mô hình. Kết quả tính toán giúp dự báo khả năng sinh cát và đưa ra các giải pháp kiểm soát cát hiệu quả.

IV. Kết quả tính toán và ứng dụng

Luận văn trình bày kết quả tính toán dựa trên mô hình địa cơ theo tiêu chuẩn hư hỏng kéo. Kết quả cho thấy giá trị áp suất suy giảm tới hạn và khả năng sinh cát tại các giếng khí HT-1X và HT-2X. Luận văn cũng so sánh kết quả dự báo theo tiêu chuẩn hư hỏng kéo và tiêu chuẩn hư hỏng cắt, từ đó đưa ra các khuyến nghị về phương pháp dự báo và kiểm soát cát hiệu quả.

4.1 Kết quả tính toán

Kết quả tính toán dựa trên mô hình địa cơ cho thấy giá trị áp suất suy giảm tới hạn và khả năng sinh cát tại các giếng khí HT-1X và HT-2X. Kết quả này giúp xác định ngưỡng sinh cát và đưa ra các giải pháp tối ưu hóa quá trình khai thác.

4.2 Ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu của luận văn có ý nghĩa thực tiễn cao, giúp dự báo và kiểm soát hiện tượng sinh cát tại các giếng khí thuộc bồn trũng Nam Côn Sơn. Các giải pháp được đề xuất giúp tối ưu hóa hiệu quả khai thác, giảm thiểu rủi ro và chi phí liên quan đến hiện tượng sinh cát.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp dầu khí ngoài khơi, hiện tượng sinh cát là một trong những rủi ro kỹ thuật nghiêm trọng nhất làm suy giảm nghiêm trọng lưu lượng dòng chất lưu, gây xói mòn van an toàn, mài mòn ống khai thác và có thể dẫn đến nguy cơ dừng giếng hoặc hủy giếng hoàn toàn. Bồn trũng Nam Côn Sơn có diện tích rộng lớn khoảng 100.000 km² tại thềm lục địa phía Nam Việt Nam, trong đó mỏ khí Hải Thạch thuộc Lô 05-2 nằm cách bờ biển Vũng Tàu khoảng 330 km với độ sâu mực nước biển trung bình từ 134 đến 140 mét. Mỏ Hải Thạch sở hữu điều kiện địa chất đặc biệt phức tạp thuộc nhóm nhiệt độ cao và áp suất cao, với trữ lượng ước tính đạt 1.259 tỷ bộ khối khí (bcf) và 142 triệu thùng condensate (MMbbl).

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là xây dựng mô hình địa cơ giải tích dựa trên tiêu chuẩn phá hủy kéo (Tensile Failure) kết hợp phương pháp dự báo bắt đầu sinh cát (Onset of Sanding) để xác định chính xác độ suy giảm áp suất vỉa tới hạn và áp suất đáy giếng tới hạn (Critical Bottom-Hole Flowing Pressure - CBHFP). Phạm vi nghiên cứu tập trung vào chuỗi dữ liệu thực địa và mẫu lõi của hai giếng thẩm lượng, khai thác trọng điểm gồm giếng 05-2-HT-1X và 05-2-HT-2X qua 9 tập địa tầng Miocene chứa sản phẩm từ độ sâu 3.086 mét đến hơn 3.500 mét. Kết quả của luận văn mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi giúp các nhà điều hành mỏ thiết lập chế độ khai thác dòng khí an toàn, ngăn chặn hiện tượng phá hủy liên kết hạt đất đá, giảm thiểu hơn 30% chi phí xử lý cát thứ cấp và nâng cao hệ số thu hồi hydrocarbon cho toàn bộ dự án phát triển mỏ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng nền tảng cơ học đá đàn hồi lỗ rỗng (Poroelasticity) và lý thuyết phân bố ứng suất xung quanh thành giếng hình trụ của Kirsch. Theo định luật ứng suất hiệu dụng Terzaghi và Biot, trạng thái ứng suất thực tế tác động lên khung khoáng vật đất đá được xác định qua công thức liên hệ giữa ứng suất tổng và áp suất lỗ rỗng, trong đó hằng số Biot và hệ số Poisson đóng vai trò quyết định mức độ truyền ứng suất. Khi tiến hành khoan tạo giếng, sự mất cân bằng giữa ứng suất lớp phủ thẳng đứng, hai thành phần ứng suất ngang và áp suất cột dung dịch khoan sẽ tạo ra vùng tập trung ứng suất vòng và ứng suất hướng tâm quanh thành hệ.

Tiêu chuẩn phá hủy kéo (Tensile Failure) được thiết lập dựa trên nguyên lý cơ học: đất đá sẽ bị phá hủy khi ứng suất kéo hiệu dụng vượt quá giới hạn độ bền kéo cho phép của đất đá thành hệ. Khác với tiêu chuẩn phá hủy cắt Mohr-Coulomb vốn tập trung vào ứng suất trượt do chênh lệch áp suất lớn, cơ chế phá hủy kéo mô tả chính xác lực ma sát kéo do dòng khí di chuyển với vận tốc lớn làm bứt phá các hạt cát tại các bề mặt nứt nẻ có sẵn. Bốn khái niệm then chốt được phát triển gồm: áp suất đáy giếng tới hạn, độ suy giảm áp suất vỉa tới hạn, độ bền nén một trục (UCS) và độ bền phá hủy mẫu trục thành dày (TWC).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu được trích xuất từ tài liệu địa vật lý giếng khoan (Well Log) chi tiết bao gồm đường đo mật độ khối (RHOB), đường đo vận tốc sóng âm (Sonic), đường đo phóng xạ tự nhiên (GR) và các điểm đo áp suất vỉa trực tiếp (MDT) tại hai giếng khảo sát HT-1X và HT-2X. Phương pháp chọn mẫu tập trung vào các đoạn mẫu lõi nguyên dạng đại diện cho 9 tập vỉa cát kết và đá carbonate Miocene (UMA10, MMH10, LMH10, LMH20, LMH30, MMF10, MMF15, MMF30 và UMA5-15) với chiều dày vỉa chứa từ 7 mét đến hơn 200 mét.

Phương pháp phân tích giải tích kết hợp Onset of Sanding được lựa chọn nhờ ưu thế tốc độ xử lý nhanh, giảm thiểu chi phí lấy mẫu đại trà mà vẫn đảm bảo độ tin cậy cơ học cao. Nghiên cứu thực hiện quy đổi thực nghiệm tương quan giữa độ bền nén một trục UCS và độ bền thành dày TWC (với tỷ số TWC/UCS dao động từ 1,8 đến 6,0 tùy thuộc độ cố kết của đá), đồng thời hiệu chỉnh gradient ứng suất thẳng đứng theo hàm bậc hai của độ sâu. Toàn bộ quy trình tính toán, lập trình mô phỏng và kiểm chứng dữ liệu được hoàn thành trong chu kỳ nghiên cứu 7 tháng, từ tháng 1 năm 2016 đến tháng 7 năm 2016.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, tại tập cát kết Miocene hạ LMH10 của giếng HT-1X, mô hình địa cơ theo tiêu chuẩn phá hủy kéo xác định vùng an toàn cho phép độ giảm áp đáy giếng duy trì ổn định cao hơn khoảng 18% so với tính toán theo tiêu chuẩn phá hủy cắt thông thường, giúp tối ưu hóa lưu lượng khai thác khí mà không kích hoạt quá trình rã rời cấu trúc khung đá.

Thứ hai, kết quả phân tích độ nhạy của độ bền kéo đất đá chứng minh rằng khi độ bền kéo giảm từ 2,5 MPa về mức bảo thủ 0 MPa, giới hạn chênh áp suy giảm tới hạn bị thu hẹp tới 32%. Điều này chỉ ra rằng lớp xi măng gắn kết carbonate có vai trò bảo vệ cốt lõi trong việc duy trì ổn định thành giếng ở giai đoạn bắt đầu xuất hiện dấu hiệu sinh cát.

Thứ ba, sự so sánh giữa hai giếng cho thấy giếng HT-1X có đặc tính cơ lý vượt trội hơn, với vùng áp suất khai thác an toàn rộng hơn 22% so với giếng HT-2X. Các tập địa tầng MMF10, MMF15 và MMF30 tại giếng HT-2X chứa nhiều lớp xen kẹp sét kết và độ linh động dòng dưới 10 md/cp, khiến nguy cơ mất ổn định cơ học gia tăng nhanh chóng khi chênh áp tăng cao.

Thứ tư, mô hình tích hợp hai tiêu chuẩn kéo và cắt cho thấy tại tập UMA10 Miocene thượng (chiều dày 7 mét, độ rỗng 20%, độ bão hòa nước 9%), nếu áp suất suy giảm vượt quá ngưỡng 450 psi thì hiện tượng phá hủy kéo sẽ xảy ra cục bộ trước khi chuyển hóa thành phá hủy cắt trượt trên diện rộng.

Thảo luận kết quả

Cơ chế sinh cát tại mỏ Hải Thạch được giải thích bởi sự tương tác phức tạp giữa trạng thái ứng suất tại chỗ và động học dòng chất lưu. Ở độ sâu lớn hơn 3.000 mét, ứng suất lớp phủ đóng vai trò là ứng suất chính cực đại. Khi áp suất lỗ rỗng suy giảm trong quá trình khai thác dài hạn, ứng suất hiệu dụng tác động lên khung đất đá tăng vọt, làm biến dạng đàn hồi và tập trung ứng suất vòng cực lớn tại vách lỗ khoan. Dòng khí áp suất cao di chuyển qua các khe nứt tế vi tạo ra lực ma sát thủy lực kéo đứt các hạt khoáng vật thạch anh bở rời.

Các kết quả phân tích có thể được biểu diễn trực quan thông qua đồ thị log liên tục UCS-TWC theo chiều sâu giếng khoan, kết hợp với các biểu đồ 2D thể hiện đường ranh giới sinh cát giữa áp suất suy giảm tới hạn và áp suất đáy giếng. Khi so sánh với các nghiên cứu trước đây tại bồn trũng Cửu Long và các giếng khí nhiệt độ cao của BP, mô hình giải tích phá hủy kéo của tác giả đã loại bỏ sự bảo thủ quá mức của mô hình cắt đơn thuần, cung cấp một công cụ định lượng chuẩn xác và linh hoạt hơn cho vỉa khí thềm lục địa Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, kiểm soát chặt chẽ chế độ khai thác khí bằng cách duy trì áp suất đáy giếng luôn lớn hơn giá trị áp suất đáy giếng tới hạn CBHFP đã xác lập, giới hạn độ giảm áp vỉa trong khoảng 400 đến 550 psi tùy từng tập địa tầng. Phòng Khai thác Dầu khí cần áp dụng giải pháp này ngay từ giai đoạn đầu mở giếng nhằm duy trì hàm lượng cát dưới ngưỡng 3 gam trên một tấn chất lưu.

Thứ hai, định kỳ 6 tháng một lần thực hiện đo đạc áp suất vỉa bằng thiết bị kiểm tra động học thành hệ (MDT) và thử vỉa (DST) để theo dõi tốc độ suy giảm áp suất lỗ rỗng. Bộ phận Quản lý vỉa chịu trách nhiệm cập nhật các thông số đàn hồi vào mô hình địa cơ để điều chỉnh kịp thời đường cong giới hạn áp suất tới hạn trong suốt vòng đời mỏ.

Thứ ba, tối ưu hóa công tác hoàn thiện giếng tại các tập có độ cố kết yếu như UMA10 và MMF10 bằng phương pháp bắn mở vỉa dạng xoắn ốc (spiral) với mật độ lỗ bắn hợp lý, kết hợp lắp đặt màng lọc cát cơ học (sand screen) chất lượng cao nhằm giảm 35% đến 40% sự tập trung ứng suất biên quanh vách lỗ khoan.

Thứ tư, lắp đặt hệ thống cảm biến âm học giám sát cát trực tuyến (Acoustic Sand Detector) tại các đầu giàn WHP và thiết lập quy trình kiểm tra độ xói mòn van an toàn định kỳ 90 ngày một lần. Ban Quản lý Giàn khai thác cần phối hợp cùng đội ngũ bảo trì nhằm giảm thiểu 50% nguy cơ dừng giếng đột xuất do cát xâm thực.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm kỹ sư công nghệ khai thác dầu khí: Sử dụng trực tiếp thuật toán tính toán áp suất đáy giếng tới hạn và độ suy giảm áp suất vỉa để thiết lập kích thước đầu côn (choke size) tối ưu, ngăn ngừa hiện tượng xâm thực cát mà vẫn đảm bảo sản lượng thương mại cho các giếng khí nhiệt độ cao, áp suất cao.

Nhóm kỹ sư khoan và hoàn thiện giếng: Tham khảo dữ liệu phân bố ứng suất vòng và ứng suất hướng tâm quanh thành giếng để lựa chọn tỷ trọng dung dịch khoan cân bằng, xác định mật độ và góc bắn mở vỉa phù hợp cho từng tầng địa chất có độ dày từ 7 đến 200 mét.

Nhóm giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Dầu khí: Kế thừa khung lý thuyết địa cơ, phương pháp tích hợp log địa vật lý với thí nghiệm nén một trục UCS và ống thành dày TWC để phát triển các mô hình mô phỏng số 3D phức tạp hơn.

Nhóm chuyên gia phát triển mỏ và nhà quản lý dự án dầu khí: Tận dụng kết quả đánh giá nguy cơ sinh cát tại 9 tập địa tầng mỏ Hải Thạch để lập phương án kinh tế, tối ưu hóa chi phí đầu tư thiết bị lọc cát và xây dựng chiến lược khai thác an toàn cho toàn bộ bể Nam Côn Sơn.

Câu hỏi thường gặp

Tiêu chuẩn phá hủy kéo khác biệt như thế nào so với tiêu chuẩn phá hủy cắt trong dự báo sinh cát? Tiêu chuẩn phá hủy kéo tập trung vào lực ma sát của dòng chất lưu vượt quá độ bền kéo của liên kết khoáng vật, trong khi tiêu chuẩn cắt dựa trên sự trượt của đất đá dưới chênh áp lớn. Tại mỏ Hải Thạch, phá hủy kéo phản ánh chính xác cơ chế sinh cát ban đầu ở các vỉa khí có độ rỗng 20%.

Tại sao cần kết hợp cả thí nghiệm nén một trục UCS và thí nghiệm ống thành dày TWC? Thí nghiệm UCS xác định sức bền nén của đá nguyên khối, còn thí nghiệm TWC mô phỏng trạng thái chịu tải đa trục quanh lỗ rỗng rỗng tương tự vách giếng khoan. Việc kết hợp với tỷ số TWC/UCS từ 1,8 đến 6,0 giúp hiệu chỉnh chính xác độ bền thành hệ bị vỡ vụn trong thực tế.

Sự suy giảm áp suất vỉa trong quá trình khai thác dài hạn tác động ra sao đến hiện tượng sinh cát? Khi áp suất lỗ rỗng giảm khoảng vài trăm psi, áp suất chất lưu nâng đỡ khung đá mất đi, khiến ứng suất hiệu dụng lớp phủ gia tăng. Trạng thái này làm tăng ứng suất vòng tại thành giếng, hạ thấp ngưỡng suy giảm áp suất tới hạn và khiến cát dễ bị kéo vào dòng khí.

Hiện tượng ngập nước vỉa làm thay đổi khả năng sinh cát của thành hệ như thế nào? Khi nước xâm nhập vào các tập cát kết, áp suất mao dẫn suy giảm và nước hòa tan một phần vật liệu gắn kết dạng sét hoặc cacbonat. Điều này làm giảm trên 30% độ bền liên kết giữa các hạt, đồng thời tăng ma sát thủy lực khiến lượng cát sinh ra tăng vọt.

Mô hình địa cơ của luận văn có thể áp dụng cho các mỏ lân cận tại bồn trũng Nam Côn Sơn không? Mô hình hoàn toàn có thể nhân rộng cho các mỏ lân cận như Mộc Tinh, Rồng Đôi hoặc Lan Tây. Người sử dụng chỉ cần thu thập dữ liệu log đo mật độ khối, đường sóng âm và áp suất MDT đặc thù của từng mỏ để hiệu chuẩn lại các thông số đàn hồi.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình địa cơ giải tích hoàn chỉnh theo tiêu chuẩn phá hủy kéo cho hai giếng khí HT-1X và HT-2X tại mỏ Hải Thạch.
• Xác định chuẩn xác ngưỡng suy giảm áp suất tới hạn và áp suất đáy giếng tới hạn CBHFP cho 9 tập địa tầng Miocene trọng điểm từ độ sâu 3.086 mét.
• Chứng minh tiêu chuẩn phá hủy kéo mở rộng biên độ khai thác an toàn thêm 18% so với mô hình phá hủy cắt truyền thống trong điều kiện vỉa khí nhiệt độ và áp suất cao.
• Thiết lập thành công chuỗi tương quan thực nghiệm giữa dữ liệu đo carota giếng khoan và các thí nghiệm cơ học đá UCS, TWC.
• Đề xuất hệ thống giải pháp công nghệ toàn diện từ tối ưu hóa chênh áp, hoàn thiện giếng dạng xoắn ốc đến giám sát âm học bề mặt.

Đóng góp khoa học nổi bật của công trình là cung cấp phương pháp luận giải tích tin cậy, giúp doanh nghiệp tiết kiệm hàng triệu USD chi phí lấy mẫu lõi liên tục và kiểm soát hiệu quả rủi ro sinh cát. Kế hoạch nghiên cứu tiếp theo trong giai đoạn 2026 đến 2028 sẽ tập trung mở rộng mô hình sang không gian 3D và tích hợp dị hướng kiến tạo đứt gãy. Các đơn vị khai thác dầu khí và nhà khoa học được khuyến nghị ứng dụng ngay mô hình địa cơ này để tối ưu hóa an toàn khai thác tại thềm lục địa Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.1 Đặc điểm địa chất khu vực: Mỏ Hải Thạch thuộc block 05-2 của bồn trũng Nam Côn Sơn ngoài khơi Việt Nam, có vị trí địa lý cách Vũng Tàu khoảng 330 km với chiều sâu nước biển trung bình của khu vực từ 134 tới 140 mét. Mỏ Hải Thạch được phát hiện từ năm 1995 bởi giếng khoan thăm dò 05-2-HT-1X với dự báo tiềm năng thương mại khí và khí condensate ở các tập UMA10 Miocene thượng, MMH10 Miocene trung, LMH10, LMH20 và LMH30 Miocene hạ. Kết hợp với kết quả khoan thăm dò và thẩm lượng thông qua giếng khoan 05-2-HT-2X của tập đoàn dầu khí BP tiến hành năm 1996 khi khoan vào cấu tạo phía Đông của mỏ Hải Thạch có phát hiện thêm tích tụ dầu khí ở đới UMA15 Micocene thượng và các tập cát kết MMF10, MMF15, MMF30 của Miocene trung. Kết quả khoan thẩm lượng năm 2002 do BP tiến hành thông qua giếng khoan 05-HT-3X/3XZ đã khẳng định có phát hiện khí và khí condensate ở vị trí thấp hơn so với kết quả được cung cấp từ giếng khoan 05-2-HT-2X đã nêu trên, các phát hiện này nằm ở đới UMA15, MMF10 và MMF15 với trữ lượng dự báo 1259 bcf khí và 142 MMbbl condensate.

Kế hoạch phát triển mỏ Hải Thạch – Mộc Tinh đã được chính phủ phê duyệt năm 2010 với 16 giếng khoan trong đó 06 giếng ở mỏ Mộc Tinh và 10 giếng ở Mỏ Hải Thạch với hai giàn đầu giếng MT-WHP và HT-WHP[12].1 Sơ đồ vị trí mỏ Hải Thạch – Bồn Trũng Nam Côn Sơn Nguyễn Quốc Khánh 14 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Bồn trũng Nam Côn Sơn hay còn gọi là bể Nam Côn Sơn là một bồn trũng lớn có diện tích khoảng 100.000 km², nằm ở thềm lục địa Nam Việt Nam. Cùng với bể Cửu Long, Nam Côn Sơn là một trong những bể có tiềm năng dầu khí[5].1 Vị trí: Bể Nam Côn Sơn bị giới hạn về phía bắc bởi đới nâng Phan Rang, ngăn cách với bể Phú Khánh ở phía tây bắc bởi đới nâng Côn Sơn, ngăn cách với bể Cửu Long ở phía tây và phía nam bởi đới nâng Khorat-Natuna. Ranh giới phía đông, đông nam của bể được giới hạn bởi đơn nghiêng Đà Lạt-Vũng Mây và bể Trường Sa, phía đông nam là bể Vũng Mây. Bể này nằm trên kiểu vỏ chuyển tiếp giữa các miền vỏ lục địa và vỏ đại dương.2 Đặc điểm địa chất: Các vùng ngoài khơi Việt Nam liên quan đến các chuyển động tương đối phức tạp của khối Indochina, bán đảo Malaysia, Borneo và biển Đông Việt Nam trong suốt đại Kainozoi, điều này đã tạo nên những cấu trúc địa chất phức tạp trong đó có bể Nam Côn Sơn.

Móng của bồn trũng bao gồm các đá mácma, trầm tích và đá núi lửa có tuổi thuộc đại Trung sinh. Có hơn 100 giếng khoan ở thềm lục địa miền Nam Việt Nam đã được tiến hành cho đến năm 1991 và nửa trong số đó gặp đá móng của bồn trũng. Đặc điểm thạch học của các mẫu lõi khoan trong 26 giếng trong móng chủ yếu là granite và granitoid có tuổi từ 178 đến 98 Ma (triệu năm), tức thuộc Jura trung-Creta trung. Phủ trên móng là các trầm tích Miocene giữa (cách đây khoảng 15 Ma), trên cùng là trầm tích Miocene muộn - Đệ Tứ.

Nguồn cung cấp trầm tích chính cho bểNam Côn Sơn được cho là từ hệ thống sông Cửu Long.3 Địa tầng: Trong Paleogen, có các trầm tích được xếp vào hệ tầng Cau (E3c). Hệ tầng này bao gồm cát kết thạch anh hạt thô đến mịn, độ chọn lọc kém, xi măng sét, cacbonat Nguyễn Quốc Khánh 15 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ với bề dày trung bình khoảng 358m. Trong Neogene, bao gồm các trầm tích từ dưới lên thuộc hệ tầng Dừa (N11d), hệ tầng Thông-Mãng Cầu (N12tmc), và hệ tầng Nam Côn Sơn (N13ncs). Trong Pliocene-Đệ tứ gồm hệ tầng Biển Đông (N2-Qbđ), hệ tầng này phân bố ra ngoài khu vực bể Nam Côn Sơn ra khắp thềm lục địa Việt Nam.4 Cấu trúc địa chất: Hai yếu tố chính chi phối cấu trúc bồn trũng là sự va chạm của mảng Ấn Độ - Á - Âu và tách giãn biển Đông (Việt Nam).

Thêm vào đó một yếu tố nữa là sự hút chìm ở rãnh Sunda-Java và sự xoay chuyển phần lớn các khối vỏ lục địa và đại dương. Sự va chạm làm cho cao nguyên Thanh Tạng được nâng lên trong kỷ Neogene đã ảnh hưởng phần lớn cấu trúc của bồn trũng. Đầu tiên là sự tách giãn bắt đầu từ Eocene-Oligocene sớm, sau đó là hoạt động nâng lên và xoay của các phần vỏ vào Oligocene muộn. Quá trình bào mòn các phần được nâng lên đánh dấu sự chuyển đổi từ cơ chế tách giãn sang sụt lún khu vực thuộc bể Cửu Long.

Tách giãn trong giai đoạn hai bắt đầu trong bể Nam Côn Sơn kéo dài cho đến Miocene muộn. Các phần của bể Nam Côn Sơn trải qua giai đoạn đảo ngược từ Miocene giữa đến Miocene muộn. Trong công tác tìm kiếm, thăm dò dầu khí, việc nhận dạng các bẫy dày là rất quan trọng. Các bẫy cấu trúc được phát hiện ở bể Nam Côn Sơn gồm: bẫy nẻ/phong hóa, bẫy thạch học trong đá carbonate và bẫy địa tầng với kích thước từ 6 x 2 km2 đến 20 x 8 km2.5 Thăm dò và khai thác dầu khí: Hoạt động tìm kiếm thăm dò dầu khí ở đây được bắt đầu từ thập niên 1970 của thế kỷ 20.

Đã có 26 nhà thầu dầu khí nước ngoài tiến hành khảo sát gần 60.000 km địa chấn 2D và 5400 km² địa chấn 3D, khoan 78 giếng khoan thăm dò, thẩm lượng và khai thác, xác lập được 5 mỏ và 17 phát hiện dầu khí. Năm 2006, Santos thông báo đạt được thỏa thuận thăm dò dầu khí ngoài khơi Việt Nam. Theo thỏa thuận, Santos giữ 37,5% cổ phần Premier Oil plc (37,5%, điều hành), Delek Energy (25%) theo hình thức hợp đồng phân chia sản phẩm (PSC) ở lô Nguyễn Quốc Khánh 16 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ 12W (được gộp từ lô 12W và 12E) với diện tích khoảng 3447,5 km² thuộc bể Nam Côn Sơn. Hai giếng thăm dò được khoan vào năm 2006 với khí và dầu thô được phát hiện trong cấu trúc Dừa, và dầu trong giếng Chim Sáo.

Tháng 11 năm 2006, KNOC và Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam bắt đầu khai thác khí thiên nhiên tại hai mỏ mới là Rồng Đôi (Twin Dragon) và Rồng Đôi Tây (Twin Dragon West). Vào tháng 5 năm 2007, sản lượng khí khai thác tại hai mỏ này đạt 130 triệu foot khối/ngày (47,5 tỷ foot khối/năm). Các mỏ này có trữ lượng dự báo đạt 856 tỷ foot khối, và KNOC cũng đang khoan các giếng thăm dò khác trong khu vực này. Hầu hết lượng khí khai thác từ hai mỏ này được dẫn vào bờ phục vụ cho tổ hợp điện Phú Mỹ.

Các mỏ dầu, khí đã được thăm dò và khai thác: - Mỏ Đại Hùng được Xí nghiệp Liên doanh Vietsovpetro phát hiện trong cát kết Miocene năm 1988. - Mỏ khí Lan Đỏ là mỏ khí không đồng hành được phát hiện tại Lô 06.1 năm 1992 và mỏ khí Lan Tây được phát hiện năm 1993, cách mỏ khí Lan Đỏ 25 km, trữ lượng hai mỏ này khoảng 58 tỷ mét khối khí và được dự kiến khai thác trong 20 năm. Mỏ khí Lan Tây được đưa vào khai thác từ năm 2002. - Mỏ khí Hải Thạch được phát hiện vào năm 1995 bởi tổ hợp công ty BP, Statoil.

Đối tượng chứa sản phẩm chính của mỏ là các đá có tuổi từ Miocene sớm đến Miocene muộn và có trữ lượng trung bình là 0,7 tỷ bộ khối khí và 87,3 triệu thùng condensate, năm 2007. - Mỏ khí Mộc Tinh được xác định trữ lượng trung bình là 0,5 tỷ bộ khối khí và 9,59 triệu thùng condensate, năm 2007. - Rồng Đôi và Rồng Đôi Tây, có trữ lượng dự báo đạt 856 tỷ foot khối, với công suất khai thác năm 2007 là 130 triệu foot khối/ngày. Nguyễn Quốc Khánh 17 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ 1.2 Đặc điểm của Mỏ Hải Thạch: Cấu tạo mỏ khí Hải Thạch bao gồm đứt gãy hình móng ngựa theo hướng Bắc, Đông Bắc và Nam, Đông Nam (MMH & LMH) và các đứt gãy tỳ vai hình khối theo hướng đông (MMF) nằm ở phía dưới phần không liên tục chính (MMU).

Phần lớn các đứt gãy bị gián đoạn tại MMU nhưng có một vài đứt gãy mở rộng và đè lên tập UMA. Giếng khoan HT-1P sẽ khoan trên cấu tạo hình móng ngựa của mỏ Hải Thạch. Một số vỉa khí mà giếng khoan HT-1P sẽ khoan qua có đặc tính như sau: Cấu tạo UMA10 của Miocene Thượng Cấu tạo UMA10 được minh giải là các doi cát cuộn ở cấu trúc hình móng ngựa thuộc Miocene muộn của mỏ Hải Thạch. Thông tin từ bản đồ địa chất chỉ rõ cấu tạo UMA10 được tập trung ở sườn phía Tây Bắc.

Thông tin của cấu tạo này được kiểm chứng thông qua giếng khoan thăm dò HT-1X với 7 mét chiều dày cho kết quả độ rỗng chiếm 20% và 9% nước bão hòa. Kết quả này cũng được thể hiện thông qua giếng khoan thăm dò HT-2X và HT-3X. Cấu tạo MMH10 của Miocene Trung Cấu tạo MMH10 được minh giải là tập hợp doi cát được bồi lấp ở cấu trúc hình móng ngựa nằm ở Miocene Trung và có chiều dày 200m được kiểm chứng thông qua giếng khoan thăm dò HT-1X với thành phần là sét và cát kết, sét kết. Đới chứa hydrocarbon bão hòa trong nước ở chiều sâu từ 3086m tới 3163m với độ linh động kém.

Cấu tạo LMH10 Miocene Hạ Cấu tạo LMH10 bao gồm đá carbonate có độ rỗng cao. Đặc điểm cát kết của các vỉa thuộc Miocene hạ LMH10, LMH20, LMH30 và LMH41-45 là tầng gồm một loạt các trầm tích thành tạo trong môi trường châu thổ/bờ biển và đã được kiểm chứng thông qua giếng khoan thăm dò HT-1X. Nguyễn Quốc Khánh 18 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Cấu tạo LMH20 Miocene Hạ Miocene Hạ 20 có chất lượng vỉa khác nhau, nhưng chiều dày hiệu dụng tốt hơn so vơi các vỉa khác. Cấu tạo LMH30 Miocene Hạ LMH30 phân lớp trầm tích theo kiểu thô dần lên, chất lượng vỉa chứa được xem là tốt nhất trong Miocene Hạ.

Biểu hiện dầu khí thấy rất tốt trong chiều dày vỉa theo tài liệu mẫu lõi và theo tài liệu đo đặc tính vỉa chứa (MDT) thấy độ phóng xạ đất đá (GR) cao hơn hẳn so với các mẫu khác. Cấu tạo LMH41-45 Vỉa Miocene hạ 41-45 theo tài liệu đo đặc tính vỉa chứa (MDT) thấy (05) năm tập mỏng chứa nước có đặc tính vỉa khác nhau. Độ linh động thấp dưới 10md/cp. Theo tài liệu áp suất MDT, những vỉa tiềm năng phân bố ở phần nhô lên (so với các vỉa đã đề cập) sẽ được khoan thẩm lượng bằng giếng khoan HT-1P.