Tổng quan nghiên cứu

Bồn trũng Cửu Long là bể trầm tích Kainozoi có tiềm năng dầu khí lớn nhất thềm lục địa Việt Nam, trải rộng trên diện tích khoảng 36.000 km2 tại tọa độ từ 9 đến 11 độ vĩ Bắc và từ 106°30' đến 109° kinh Đông. Cấu tạo Đông Đô thuộc Lô 01/97 nằm ở phía Đông Bắc bồn trũng, cách bờ biển Vũng Tàu khoảng 160 km về phía Đông, sở hữu độ sâu mực nước biển dao động từ 60 đến 70 m. Trong nhiều thập kỷ qua, các hoạt động khai thác dầu khí tại khu vực tập trung chủ yếu vào các đối tượng truyền thống gồm đá móng granitoid nứt nẻ trước Kainozoi và cát kết lục nguyên Oligocen - Miocen dưới. Tuy nhiên, khi các vỉa chứa truyền thống bước vào giai đoạn suy giảm sản lượng tự nhiên, việc tìm kiếm và khai thác các đối tượng chứa mới trở thành nhiệm vụ cấp thiết mang tính sống còn đối với ngành công nghiệp dầu khí.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của luận văn bắt nguồn từ các phát hiện dầu nặng trong tầng cát kết Miocen giữa thuộc hệ tầng Côn Sơn vào các năm 2007 và 2013 tại mỏ Đông Đô. Đối tượng này nằm ngay phía trên tầng chắn khu vực là sét Rotalia dày từ 180 đến 200 m, tạo nên một hiện tượng địa chất đặc biệt và mở ra triển vọng khai thác hoàn toàn mới. Mục tiêu cụ thể của công trình là nghiên cứu cấu trúc địa chất, làm sáng tỏ các yếu tố của hệ thống dầu khí, khoanh định diện tích triển vọng và đánh giá chính xác trữ lượng dầu ban đầu tại chỗ (OIIP) cho cấu tạo Đông Đô.

Nghiên cứu được triển khai tổng hợp chuỗi dữ liệu thực địa từ năm 1991 đến tháng 06/2018 tại Lô 01/97 và Lô 02/97. Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện rõ qua việc cung cấp cơ sở định lượng để tối ưu hóa vận hành cho 6 giếng khai thác hiện hữu đạt sản lượng từ 300 đến 2.000 thùng dầu/ngày, đồng thời nâng cao hệ số thu hồi dầu dự báo lên mức 12,2% bằng phương pháp bơm ép nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn vận dụng lý thuyết tiến hóa bồn trũng tách giãn (Rift Basin Evolution) kết hợp với mô hình kiến tạo mảng khu vực Đông Nam Á để phân tích lịch sử biến dạng kiến tạo qua 4 giai đoạn chính từ Jura muộn đến Đệ Tứ. Cấu trúc mỏ Đông Đô được xây dựng dựa trên lý thuyết bẫy chứa vòm khép kín phương Đông Bắc - Tây Nam phủ trên khối móng nâng cao, chịu sự khống chế của hệ thống đứt gãy đồng trầm tích dạng listric hình thành trong pha tách giãn Eocen muộn - Oligocen.

Lý thuyết hệ thống dầu khí trầm tích (Petroleum System) được áp dụng toàn diện để đánh giá mối quan hệ thời gian và không gian giữa tầng sinh, tầng chứa, tầng chắn, quá trình dịch chuyển và bẫy tích tụ. Các khái niệm địa kỹ thuật mỏ cốt lõi được định lượng hóa bao gồm: Trữ lượng dầu ban đầu tại chỗ (OIIP), Tỷ số chiều dày cát hiệu dụng (Net-to-Gross - N/G), Độ bão hòa dầu (Soil), Hệ số thể tích thành hệ (FVF) và Ranh giới dầu nước (OWC). Tác giả áp dụng quy chuẩn phân cấp trữ lượng theo hệ thống quản lý tài nguyên dầu khí quốc tế (PRMS) của SPE/WPC/AAPG/SPEE nhằm phân loại độ tin cậy trữ lượng thành các cấp P1 (chắc chắn), P2 (có thể) và P3 (khả năng).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được xây dựng trên cơ sở dữ liệu khổng lồ với cỡ mẫu bao gồm 10 giếng khoan thăm dò, thẩm lượng và khai thác trọng điểm (tiêu biểu như DD-1X, DD-2X, DD-3X, TL-1X, TL-2X, TL-3X, HX-1X, HXS-1X, HD-1X, HT-1X) cùng mạng lưới 18.084 km tuyến địa chấn 2D và hơn 563,73 km2 khối địa chấn 3D. Phương pháp chọn mẫu tập trung vào các giếng khoan đi qua đầy đủ các phân vị địa tầng từ đá móng đến Miocen giữa nhằm đảm bảo tính đại diện cao nhất cho toàn bộ cấu tạo.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích địa chấn nghịch đảo kết hợp chuyển đổi độ sâu di chuyển trước cộng tín hiệu (PSDM trên diện tích 300 km2) là nhằm triệt tiêu hiện tượng méo tín hiệu do bất đồng nhất vận tốc, giúp minh giải chính xác các mặt ranh giới địa tầng phức tạp. Phương pháp địa vật lý giếng khoan sử dụng tổ hợp đo carota điện (LLD, LLS, MSFL), phóng xạ (GR, Neutron, Density), sóng âm và vi chụp hình ảnh thành giếng (FMI, DSI) để phân giải chính xác bề dày hiệu dụng và tính chất thạch học vỉa chứa.

Phương pháp mô phỏng thống kê xác suất Monte Carlo được lựa chọn để tính toán trữ lượng dầu tại chỗ vì phương pháp này cho phép xử lý linh hoạt sự không chắc chắn của các biến số đầu vào như diện tích tích tụ, chiều dày vỉa, độ rỗng (từ 13% đến 25%) và độ bão hòa dầu. Quá trình xử lý và mô hình hóa dữ liệu được thực hiện liên tục từ ngày 15/01/2018 đến ngày 17/06/2018.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, luận văn xác định hệ thống bẫy chứa tại mỏ Đông Đô là dạng vòm cấu tạo khép kín phương Đông Bắc - Tây Nam, phát triển trên khối móng granitoid nâng cao của phức hệ Đèo Cả. Các đứt gãy đồng trầm tích phương Đông Bắc - Tây Nam đóng vai trò kiểm soát không gian phân bố trầm tích và tạo đường dẫn cho hydrocacbon di cư từ các rãnh trũng sâu lên các tầng chứa nông.

Thứ hai, nghiên cứu đã chứng minh tiềm năng vượt trội của vỉa chứa cát kết Miocen giữa (hệ tầng Côn Sơn - tập BII.1 và BII.2) ở độ sâu nông từ 1.447 đến 1.580 mMD. Kết quả thử vỉa DST#3 tại giếng khoan DD-1X cho dòng dầu thương mại mạnh mẽ đạt 2.052 thùng dầu/ngày và đạt đỉnh 2.428 thùng dầu/ngày ở cỡ côn 128/64 inch với tỷ trọng 20,17 độ API. Tại giếng DD-2X, thử vỉa DST#2 trong tập BII.2 đã thu hồi thành công 214 thùng dầu có tỷ trọng 26 độ API bằng phương pháp khí nâng nitrogen.

Thứ ba, công trình làm sáng tỏ tiềm năng sinh dầu xuất sắc của tầng đá mẹ phiến sét than Oligocen trên (tập D) và Oligocen dưới (tập E). Kết quả phân tích địa hóa cho thấy hàm lượng cacbon hữu cơ tổng số (TOC) đạt giá trị cao từ 3,1% đến 12%, tiềm năng sinh hydrocacbon (S1 + S2) đạt từ 4 đến 21 kg HC/tấn đá với kerogen loại II và III đã bước vào giai đoạn trưởng thành nhiệt hoàn hảo (độ phản xạ Vitrinite Ro đạt chuẩn sinh dầu thương mại).

Thứ tư, tầng sét Rotalia thuộc hệ tầng Bạch Hổ (dày 180 đến 200 m) với tỷ lệ khoáng vật sét chiếm 90% đến 95% đóng vai trò là tầng chắn khu vực hoàn hảo, ngăn chặn sự thoát tán của dầu khí. Sự tích tụ dầu nặng tại hệ tầng Côn Sơn được bảo tồn nguyên vẹn nhờ các tầng sét đầm hồ dày đóng vai trò tầng chắn địa phương trực tiếp phía trên các vỉa cát.

Thảo luận kết quả

Cơ chế hình thành vỉa dầu nặng tại hệ tầng Côn Sơn mỏ Đông Đô là một điểm nhấn khoa học đặc biệt. Dầu khí sinh ra từ đá mẹ Oligocen tại trũng sâu đã di cư thẳng đứng dọc theo các đứt gãy kiến tạo xuyên cắt qua tầng sét Rotalia lên bẫy chứa Miocen giữa. Do nằm ở chiều sâu nông khoảng 1.450 đến 2.300 m với nhiệt độ và áp suất vỉa thấp hơn, dầu mỏ trải qua quá trình biến đổi sinh học thứ cấp (biodegradation), dẫn đến tỷ trọng giảm xuống khoảng 15 đến 20,4 độ API và độ nhớt tăng cao lên mức 21,5 cP ở áp suất điểm bọt 78 psi.

So sánh với các cấu tạo lân cận trong Bồn trũng Cửu Long như Bạch Hổ, Rạng Đông hay Sư Tử Đen (nơi 80% đến 90% sản lượng khai thác tập trung vào móng nứt nẻ sâu trên 3.000 m), mỏ Đông Đô mở ra một hướng tiếp cận khai thác mới cho các vỉa cát nông. Dữ liệu địa chất và địa vật lý trong nghiên cứu có thể được trực quan hóa tối ưu thông qua các bảng đối sánh thông số vật lý vỉa (độ rỗng trung bình 19%, độ thấm từ 1 đến 260 mD, tỷ lệ N/G đạt trên 60%) cùng các đồ thị phân bố xác suất tích lũy Monte Carlo, giúp làm rõ độ nhạy của các tham số thể tích đá chứa (BRV) và độ bão hòa dầu (Soil) tác động đến kết quả tính toán trữ lượng tại chỗ.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, tối ưu hóa công nghệ khai thác vỉa dầu nặng bằng phương pháp bơm điện chìm (ESP) kết hợp bơm ép nước duy trì áp suất vỉa. Đơn vị điều hành Lam Sơn JOC cần chỉ đạo triển khai hệ thống bơm ép nước tuần hoàn cho cụm 6 giếng khai thác hiện hữu nhằm duy trì áp lực vỉa, khống chế tỷ lệ ngậm nước dưới mức 60% và nâng cao hệ số thu hồi dầu thương mại đạt mục tiêu 12,2% trong giai đoạn 2019 - 2023.

Thứ hai, tiến hành khoan bổ sung từ 1 đến 2 giếng thẩm lượng và khai thác đan dày tại khu vực cánh Đông Bắc của cấu tạo Đông Đô. Phòng Địa chất và Công nghệ Mỏ cần lập phương án kỹ thuật chi tiết để khoan thẩm lượng các tập cát kết BII.1 và BII.2, phấn đấu chuyển đổi khoảng 15% đến 20% trữ lượng từ cấp P2 sang cấp chắc chắn P1 trước quý IV/2021.

Thứ ba, áp dụng công nghệ xử lý địa chấn tiên tiến bao gồm phân tích biên độ biến đổi theo độ xa nguồn thu (AVO) và nghịch đảo trở sóng đàn hồi trên toàn bộ khối dữ liệu 358 km2. Nhóm chuyên gia Địa vật lý cần hoàn thành công tác lập bản đồ phân bố tướng cát lòng sông và tam giác châu vào năm 2022 nhằm xác định các thân bẫy cát địa tầng chưa được khoan tới.

Thứ tư, hoàn thiện giải pháp kỹ thuật xử lý dầu nặng trực tiếp tại giàn đầu giếng để xử lý triệt để dầu có độ nhớt 21,5 cP. Ban Quản lý Dự án mỏ cần đưa vào vận hành hệ thống gia nhiệt dòng chảy và hóa phẩm giảm nhớt chuyên dụng trong vòng 12 tháng tới, giúp giảm thiểu hiện tượng lắng đọng sáp, chống tắc nghẽn đường ống ngầm và tiết kiệm từ 10% đến 15% chi phí vận hành (OPEX).

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm kỹ sư địa chất và địa vật lý dầu khí tại các công ty dầu khí (PVEP, Vietsovpetro, các JOCs và POCs): Tài liệu cung cấp quy trình mẫu về việc minh giải địa chấn 3D, phân tích thuộc tính địa chấn và xác lập mô hình bẫy cấu trúc trong điều kiện địa chất phức tạp tại thềm lục địa.

Nhóm kỹ sư công nghệ mỏ và khai thác (Reservoir Engineers): Luận văn mang lại use case thực tế về mô hình hóa vỉa dầu nặng có độ nhớt 21,5 cP, phân tích kết quả thử vỉa DST và ứng dụng phương pháp xác suất Monte Carlo để quản lý rủi ro trữ lượng cận biên.

Nhóm cán bộ quản lý dự án và hoạch định chiến lược năng lượng: Cung cấp cơ sở dữ liệu và bài toán kinh tế kỹ thuật chuẩn mực để đánh giá hiệu quả phát triển các mỏ dầu khí quy mô vừa và nhỏ (marginal fields), hỗ trợ ra quyết định đầu tư chính xác cho các hợp đồng phân chia sản phẩm dầu khí (PSC).

Nhóm giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Kỹ thuật Dầu khí và Địa chất Công trình: Đây là công trình tham khảo học thuật giá trị cao, kết nối chặt chẽ giữa lý thuyết trầm tích học Kainozoi với chuỗi dữ liệu giếng khoan và số liệu thử vỉa thực tế tại Bồn trũng Cửu Long.

Câu hỏi thường gặp

Đặc điểm nổi bật nhất của cấu tạo Đông Đô so với các mỏ khác trong Bồn trũng Cửu Long là gì? Điểm khác biệt lớn nhất là sự phát hiện và khai thác thương mại thành công thân dầu nặng trong tầng cát kết Miocen giữa thuộc hệ tầng Côn Sơn ở độ sâu nông khoảng 1.450 đến 2.300 m, trong khi các mỏ truyền thống lân cận tập trung khai thác ở tầng móng granite nứt nẻ và Oligocen sâu trên 3.000 m.

Tại sao phát hiện dầu ở hệ tầng Côn Sơn lại mang tính đột phá khoa học? Phát hiện này chứng minh dầu khí đã dịch chuyển xuyên qua tầng chắn sét Rotalia Bạch Hổ dày từ 180 đến 200 m để tích tụ lên tầng Miocen giữa. Điều này mở ra định hướng tìm kiếm thăm dò hoàn toàn mới cho toàn bộ các lô lân cận tại Bồn trũng Cửu Long.

Tính chất dầu nặng tại mỏ Đông Đô gây ra những khó khăn gì trong khai thác? Dầu tại đây có tỷ trọng từ 15 đến 20,4 độ API với độ nhớt cao 21,5 cP ở áp suất bọt 78 psi, khiến dầu không thể tự phun lên bề mặt. Do đó, mỏ bắt buộc phải áp dụng công nghệ bơm điện chìm (ESP) và khí nâng nitrogen để duy trì dòng sản phẩm từ 300 đến 2.000 thùng/ngày.

Phương pháp đánh giá trữ lượng nào được áp dụng trong luận văn và độ tin cậy ra sao? Tác giả áp dụng phương pháp thể tích kết hợp mô phỏng xác suất Monte Carlo theo tiêu chuẩn PRMS quốc tế. Phương pháp này tích hợp đầy đủ biến động của độ rỗng (từ 13% đến 25%), tỷ lệ N/G và độ bão hòa dầu, giúp lượng hóa chính xác các cấp trữ lượng P1, P2 và P3.

Tiềm năng sinh dầu của các thành tạo trầm tích tại Lô 01/97 được đánh giá như thế nào? Tầng sét than Oligocen trên (tập D) và Oligocen dưới (tập E) là các đá mẹ tuyệt vời với chỉ số TOC đạt từ 3,1% đến 12%, tiềm năng sinh hydrocacbon S1 + S2 đạt từ 4 đến 21 kg HC/tấn đá, đảm bảo nguồn cung cấp dầu dồi dào cho toàn bộ cấu tạo.

Kết luận

  • Luận văn đã tổng hợp và minh giải chi tiết hệ thống cấu trúc địa chất mỏ Đông Đô, khẳng định vai trò bẫy vòm khép kín phương Đông Bắc - Tây Nam kiểm soát các tích tụ dầu khí.
  • Chứng minh tiềm năng thương mại vững chắc của tầng chứa cát kết Miocen giữa (hệ tầng Côn Sơn) với lưu lượng thử vỉa thực tế đạt trên 2.400 thùng dầu/ngày tại giếng khoan DD-1X.
  • Xác lập đầy đủ các yếu tố của hệ thống dầu khí với đá mẹ Oligocen có TOC lên tới 12% và tầng chắn khu vực sét Rotalia Bạch Hổ dày 180 đến 200 m.
  • Định lượng chính xác trữ lượng dầu ban đầu tại chỗ (OIIP) theo phương pháp xác suất Monte Carlo, xác lập cơ sở kỹ thuật cho phương án khai thác bơm ép nước đạt hệ số thu hồi 12,2%.
  • Đóng góp luận cứ khoa học quan trọng giúp chuyển đổi định hướng thăm dò từ các đối tượng móng sâu sang các vỉa chứa phi truyền thống tầng nông tại thềm lục địa Việt Nam.

Kế hoạch tiếp theo trong giai đoạn 2019 - 2025 cần tập trung triển khai khoan các giếng khai thác đan dày, ứng dụng trí tuệ nhân tạo và địa chấn nghịch đảo trở sóng đàn hồi để tối ưu hóa vị trí giếng khoan. Các kỹ sư và nhà nghiên cứu quan tâm có thể khai thác toàn diện các mô hình tính toán và cơ sở dữ liệu thực địa giá trị trong luận văn để ứng dụng vào công tác thăm dò, phát triển các mỏ dầu khí cận biên hiện nay.