Nghiên Cứu Mô Hình Địa Chất 3D Cho Tầng Đá Móng Nứt Nẻ Tại Mỏ X Bồn Trũng Cửu Long

• Tác giả: Nguyễn Khoa Lâm Trình
• Người hướng dẫn: PGS. Hoàng Đình Tiến
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Địa chất dầu khí
• Đề tài: Mô Hình Địa Chất 3D Tầng Đá Móng Nứt Nẻ Mỏ X Bồn Trũng Cửu Long
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về mỏ X
• 1.2. Địa tầng
• 1.2.1. Móng trước Kainozoi
• 1.2.2. Hệ Paleogen – Thống Oligocene – Hệ tầng Trà Cú
• 1.2.3. Hệ Paleogen – Thống Oligocene – Hệ tầng Trà Tân
• 1.2.4. Hệ Paleogen – Thống Miocene hạ - Hệ tầng Bạch Hổ
• 1.2.5. Hệ tầng Paleogene – Thống Miocene trung – Hệ tầng Côn Sơn
• 1.2.6. Hệ Paleogen – Thống Miocene trên – Hệ tầng Đồng Nai
• 1.2.7. Hệ tầng Paleogen – Thống Pliocene – Hệ tầng Biển Đông
• 1.3. Đặc điểm địa chất móng mỏ X
• 1.3.1. Thành phần đá móng mỏ X
• 1.3.2. Đặc điểm biến đổi
• 1.3.3. Đặc tính không gian rỗng
• 1.3.4. Hệ thống đứt gãy – nứt nẻ trong móng mỏ X
• 1.3.4.1. Lịch sử hình thành và phát triển hệ thống đứt gãy - nứt nẻ
• 1.3.4.2. Đặc điểm hệ thống đứt gãy
• 1.3.4.3. Đặc điểm hệ thống nứt nẻ
• 1.3.5. Hiện trạng khai thác của mỏ X
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐÁ MÓNG NỨT NẺ
• 2.1. Các khái niệm cơ bản
• 2.1.1. Định nghĩa khe nứt
• 2.1.2. Các yếu tố của khe nứt
• 2.1.3. Phân loại khe nứt
• 2.1.3.1. Phân loại theo nguồn gốc
• 2.1.3.2. Phân loại theo kích thước khe nứt
• 2.1.3.3. Phân loại theo tài liệu Địa Vật Lý Giếng Khoan (theo Schlumberger, 1997)
• 2.2. Các hệ phương pháp nghiên cứu khe nứt
• 2.2.1. Hệ Phương pháp nghiên cứu trực tiếp
• 2.2.1.1. Nghiên cứu khe nứt tại vết lộ
• 2.2.1.2. Nghiên cứu khe nứt trên lát mỏng thạch học
• 2.2.1.3. Nghiên cứu khe nứt qua mẫu lõi
• 2.2.2. Hệ phương pháp nghiên cứu gián tiếp khe nứt
• 2.2.2.1. Nghiên cứu khe nứt trên tài liệu ảnh vệ tinh và ảnh máy bay
• 2.2.2.2. Nghiên cứu đới khe nứt bằng tài liệu khoan và mud log
• 2.2.2.3. Nghiên cứu khe nứt bằng tài liệu địa vật lý giếng khoan
• 2.2.2.4. Nghiên cứu đới khe nứt bằng tài liệu phân tích phục hồi áp suất
• 2.2.2.5. Dự báo đới khe nứt theo thuộc tính địa chấn
• 2.2.2.6. Hệ phương pháp dự báo đới khe nứt
• 2.2.2.7. Dự báo đới khe nứt khu vực
• 3. CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ QUI TRÌNH XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỊA CHẤT 3D CHO TẦNG ĐÁ MÓNG NỨT NẺ
• 3.1. Các khái niệm chung về mô hình địa chất
• 3.2. Các bước xây dựng mô hình địa chất 3D cho tầng đá móng nứt nẻ
• 3.2.1. Thu thập và phân tích dữ liệu
• 3.2.2. Phân tích dữ liệu (Data analysis)
• 3.2.3. Xây dựng mô hình cấu trúc (Structural modeling)
• 3.2.4. Thô hóa dữ liệu lên ô lưới (Upscaling of log data)
• 3.2.5. Xây dựng mô hình thông số vỉa
• 3.2.6. Tính toán trữ lượng
• 3.2.7. Thô hóa mô hình địa chất (Upscaling)
• 3.2.8. Đánh giá bất định (Uncertainty analysis)
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH ĐỊA CHẤT 3D TRONG ĐÁ MÓNG NỨT NẺ MỎ X
• 4.1. Dữ liệu đầu vào
• 4.2. Phân tích dữ liệu
• 4.3. Mô hình cấu trúc và ô lưới
• 4.4. Mô hình độ rỗng
• 4.5. Mô hình độ thấm
• 4.6. Tính toán trữ lượng
• 4.7. Đánh giá bất định (uncertainty)
• Danh sách các hình vẽ trong luận văn

I. Tổng quan về mỏ X

Mỏ X nằm ở phần Tây - Tây Nam bồn trũng Cửu Long, cách thành phố Vũng Tàu 135 km về phía Đông Nam. Mỏ trải rộng trên diện tích 15 x 15 km và nằm dọc theo hướng Tây Nam của đới trung tâm Rồng - Nam Rồng. Địa tầng mỏ X đặc trưng bởi đá móng kết tinh và trầm tích, bao gồm các hệ Paleogene và Neogene. Đá móng tại mỏ X chủ yếu là granite và diorite, bị phá hủy bởi hệ thống đứt gãy và khe nứt sinh kèm. Hệ thống khe nứt thường bị lấp đầy bởi các khoáng vật thứ sinh, với độ rỗng trung bình từ 1-3%, trong đó 20-40% là độ rỗng khe nứt. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu và mô hình hóa các đặc tính của đá móng nứt nẻ trong khu vực.

II. Các phương pháp nghiên cứu đá móng nứt nẻ

Các phương pháp nghiên cứu đá móng nứt nẻ bao gồm nghiên cứu trực tiếp và gián tiếp. Nghiên cứu trực tiếp bao gồm việc khảo sát khe nứt tại vết lộ, mẫu lõi và lát mỏng thạch học. Nghiên cứu gián tiếp sử dụng tài liệu ảnh vệ tinh, tài liệu khoan và mud log, cùng với các phương pháp địa vật lý giếng khoan. Việc phân loại khe nứt theo nguồn gốc và kích thước cũng rất quan trọng trong nghiên cứu. Các phương pháp này giúp đánh giá chính xác các đặc tính của đá móng nứt nẻ, từ đó hỗ trợ trong việc xây dựng mô hình địa chất 3D cho mỏ X.

III. Xây dựng mô hình địa chất 3D cho tầng đá móng nứt nẻ

Quá trình xây dựng mô hình địa chất 3D cho tầng đá móng nứt nẻ bao gồm các bước như thu thập và phân tích dữ liệu, xây dựng mô hình cấu trúc, thô hóa dữ liệu lên ô lưới, xây dựng mô hình thông số vỉa và tính toán trữ lượng. Việc sử dụng phần mềm Irap RMS giúp tối ưu hóa quy trình mô hình hóa, cho phép tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau. Đặc biệt, việc đánh giá bất định là một phần quan trọng trong quá trình này, giúp xác định các rủi ro có thể xảy ra trong quá trình khai thác.

IV. Kết quả nghiên cứu mô hình địa chất 3D trong đá móng nứt nẻ mỏ X

Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình địa chất 3D đã cung cấp cái nhìn tổng quan về cấu trúc địa chất của mỏ X. Dữ liệu đầu vào được phân tích kỹ lưỡng, từ đó xây dựng mô hình độ rỗng và độ thấm. Các tính toán trữ lượng cũng đã được thực hiện, cho phép đánh giá chính xác khả năng khai thác của mỏ. Kết quả này không chỉ có giá trị trong việc tối ưu hóa quá trình khai thác mà còn giúp định hướng cho các nghiên cứu tiếp theo về đá móng nứt nẻ trong khu vực.

Tổng quan nghiên cứu

Mỏ X thuộc bồn trũng Cửu Long, nằm cách thành phố Vũng Tàu khoảng 135 km về phía Đông Nam, trải rộng trên diện tích 15 x 15 km, là một trong những khu vực trọng điểm khai thác dầu khí tại Việt Nam. Đặc biệt, tầng đá móng nứt nẻ tại mỏ X chiếm vai trò quan trọng với khoảng 80% trữ lượng dầu khí khai thác từ loại tầng chứa này trên toàn quốc. Đá móng ở đây chủ yếu là granite và diorite kết tinh, có độ rỗng trung bình từ 4-6%, trong đó 20-40% là độ rỗng khe nứt, tạo nên hệ thống chứa dầu khí phức tạp và đặc thù. Tính phức tạp của cấu trúc địa chất, hệ thống đứt gãy và khe nứt trong đá móng đòi hỏi các phương pháp nghiên cứu và mô hình hóa tiên tiến để đánh giá chính xác trữ lượng và khả năng khai thác.

Mục tiêu của luận văn là xây dựng mô hình địa chất 3D cho tầng đá móng nứt nẻ mỏ X, nhằm làm rõ đặc tính, quy luật phân bố và tính thấm chứa của khe nứt, từ đó hỗ trợ hiệu quả cho công tác tìm kiếm, thăm dò và khai thác dầu khí. Nghiên cứu tập trung trong phạm vi mỏ X, bồn trũng Cửu Long, với dữ liệu thu thập từ năm 2010 đến 2013, bao gồm các mẫu lõi, dữ liệu địa vật lý giếng khoan và tài liệu địa chấn. Việc xây dựng mô hình 3D không chỉ giúp tích hợp đa dạng dữ liệu mà còn cung cấp công cụ đánh giá trữ lượng và phân tích bất định, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý mỏ và kế hoạch khai thác.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết địa chất cấu trúc và mô hình hóa địa chất 3D. Lý thuyết địa chất cấu trúc tập trung vào phân tích hệ thống đứt gãy, khe nứt và các quá trình kiến tạo hình thành không gian rỗng thứ sinh trong đá móng. Mô hình hóa địa chất 3D sử dụng các phương pháp toán địa thống kê và kỹ thuật mô phỏng số để xây dựng mô hình cấu trúc, mô hình độ rỗng và độ thấm, đồng thời đánh giá bất định trong trữ lượng.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Khe nứt (fracture): các vết cắt trong đá với các đặc tính như hướng, độ mở, chiều dài và mật độ phân bố.
• Đứt gãy (fault): các mặt phẳng hoặc bề mặt trong đá bị dịch chuyển do ứng suất kiến tạo, ảnh hưởng đến cấu trúc và phân bố khe nứt.
• Độ rỗng và độ thấm: đặc tính vật lý quan trọng phản ánh khả năng chứa và dẫn lưu dầu khí trong đá móng nứt nẻ.
• Mô hình địa chất 3D: tích hợp dữ liệu địa chất, địa vật lý và khoan để mô phỏng không gian phân bố các đặc tính đá móng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm mẫu lõi đá móng, dữ liệu địa vật lý giếng khoan (FMI, sonic log, gamma ray, density log, neutron log, resistivity log), dữ liệu địa chấn và tài liệu khoan mud log. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 14 giếng khoan, trong đó 13 giếng đang khai thác dầu khí từ năm 2010 đến nay.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Phân tích mẫu lõi và lát mỏng thạch học để xác định đặc tính khe nứt và thành phần khoáng vật.
• Phân tích dữ liệu địa vật lý giếng khoan nhằm nhận diện đới khe nứt qua các chỉ số như thời gian truyền sóng, điện trở suất, mật độ và hình ảnh FMI.
• Phân tích địa chấn để xác định cấu trúc đứt gãy và phân bố khe nứt trên phạm vi rộng.
• Mô hình hóa địa chất 3D sử dụng phần mềm IRAP RMS, bao gồm các bước thu thập, phân tích dữ liệu, xây dựng mô hình cấu trúc, mô hình ô lưới, mô hình độ rỗng và độ thấm, tính toán trữ lượng và đánh giá bất định.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 1/2013 đến tháng 6/2013, với các giai đoạn chính là tổng hợp dữ liệu, phân tích và xây dựng mô hình, kiểm tra và so sánh kết quả với tài liệu thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Đặc điểm cấu trúc và thành phần đá móng: Đá móng mỏ X chủ yếu là granite và diorite với thành phần quartz chiếm 16-20%, feldspar 6.5-20%, plagioclase 5-32%. Độ sâu khép kín mỏ là 3850 m, chiều dài 10 km, rộng 2 km, với cấu trúc hướng Đông-Tây.
2. Hệ thống đứt gãy và khe nứt: Hệ thống đứt gãy được phân thành 4 nhóm chính theo hướng phương: Đông Bắc-Tây Nam, Tây Bắc-Đông Nam, phương nằm ngang và phương thẳng đứng. Các đứt gãy chính như F4, F9, F10, F11 đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành đới khe nứt sinh kèm. Độ mở khe nứt quan sát trên mẫu lõi từ 0.5 mm đến 10 mm, độ rỗng khe nứt dao động 0-7%, độ rỗng hang hốc 0-5%, có thể lên đến 10% tại vùng biến đổi mạnh.
3. Mô hình hóa địa chất 3D: Mô hình cấu trúc và ô lưới được xây dựng chi tiết, mô hình độ rỗng trung bình khoảng 4-6%, độ thấm thay đổi từ vài mD đến hàng ngàn mD tùy vị trí. Kết quả tính toán trữ lượng dầu khí tại chỗ theo phân cấp 2P là khoảng 34 triệu m3.
4. Đánh giá bất định: Phân tích bất định cho thấy các kịch bản mô hình và vòng lặp thực hiện giúp đánh giá rủi ro và độ tin cậy của mô hình, hỗ trợ việc ra quyết định khai thác.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự phân bố phức tạp của khe nứt và đứt gãy là do quá trình kiến tạo kéo dài qua nhiều giai đoạn với các cơ chế ứng suất khác nhau, từ kéo giãn đến nén ép, tạo nên hệ thống đứt gãy đa hướng và đới khe nứt sinh kèm. So với các nghiên cứu trong khu vực bồn trũng Cửu Long, kết quả mô hình hóa 3D cho thấy sự phù hợp cao với dữ liệu thực tế về cấu trúc và đặc tính vật lý của đá móng.

Việc sử dụng phần mềm IRAP RMS cho phép tích hợp đa dạng dữ liệu và mô phỏng chi tiết các đặc tính địa chất, giúp nâng cao độ chính xác trong đánh giá trữ lượng và dự báo hiệu quả khai thác. Biểu đồ tần suất và bản đồ phân bố độ rỗng, độ thấm minh họa rõ ràng sự biến đổi không gian của các thông số này, hỗ trợ trực quan cho việc phân tích và ra quyết định.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường thu thập dữ liệu địa vật lý giếng khoan có độ phân giải cao như FMI và sonic log để nâng cao độ chính xác trong nhận diện khe nứt và đứt gãy, nhằm cải thiện chất lượng mô hình 3D. Thời gian thực hiện: 1-2 năm, chủ thể: các công ty dầu khí và đơn vị nghiên cứu.
2. Phát triển quy trình mô hình hóa tích hợp đa nguồn dữ liệu bao gồm địa chấn, khoan và địa vật lý để cập nhật liên tục mô hình địa chất, giúp phản ánh chính xác biến động trữ lượng và điều chỉnh kế hoạch khai thác. Thời gian: 3 năm, chủ thể: phòng kỹ thuật mỏ và nhóm nghiên cứu.
3. Áp dụng phân tích bất định và mô phỏng kịch bản khai thác để đánh giá rủi ro và tối ưu hóa kế hoạch khai thác, giảm thiểu tổn thất và tăng hiệu quả kinh tế. Thời gian: 1 năm, chủ thể: quản lý mỏ và chuyên gia mô hình hóa.
4. Đào tạo và nâng cao năng lực chuyên môn cho cán bộ kỹ thuật về các công nghệ mô hình hóa địa chất 3D và phân tích dữ liệu địa vật lý hiện đại, đảm bảo vận hành hiệu quả các phần mềm và quy trình mới. Thời gian: liên tục, chủ thể: các trường đại học và công ty dầu khí.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà địa chất và kỹ sư mỏ dầu khí: Sử dụng luận văn để hiểu rõ đặc tính đá móng nứt nẻ, áp dụng mô hình 3D trong đánh giá trữ lượng và lập kế hoạch khai thác.
2. Các nhà nghiên cứu địa chất và địa vật lý: Tham khảo phương pháp nghiên cứu khe nứt, đứt gãy và mô hình hóa tích hợp đa dữ liệu, phục vụ các nghiên cứu chuyên sâu về cấu trúc địa chất.
3. Quản lý dự án và hoạch định chiến lược khai thác: Dựa trên kết quả mô hình và phân tích bất định để đưa ra quyết định đầu tư và điều chỉnh kế hoạch khai thác phù hợp với điều kiện thực tế.
4. Sinh viên và học viên cao học chuyên ngành địa chất dầu khí: Tài liệu tham khảo quý giá về phương pháp nghiên cứu, phân tích và mô hình hóa địa chất 3D trong môi trường đá móng phức tạp.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình địa chất 3D có vai trò gì trong khai thác dầu khí?
   Mô hình 3D giúp tích hợp dữ liệu đa dạng, mô phỏng cấu trúc và đặc tính vật lý của tầng chứa, từ đó hỗ trợ đánh giá trữ lượng và lập kế hoạch khai thác hiệu quả. Ví dụ, mô hình tại mỏ X giúp xác định phân bố độ rỗng và độ thấm chính xác.

2. Làm thế nào để nhận diện khe nứt trong đá móng?
   Khe nứt được nhận diện qua các phương pháp như phân tích mẫu lõi, lát mỏng thạch học, dữ liệu địa vật lý giếng khoan (FMI, sonic log) và địa chấn. Các chỉ số như thời gian truyền sóng tăng, điện trở suất giảm là dấu hiệu nhận biết.

3. Đứt gãy ảnh hưởng thế nào đến trữ lượng dầu khí?
   Đứt gãy tạo ra các đới khe nứt sinh kèm, làm tăng độ rỗng và độ thấm, đồng thời phân chia mỏ thành các khối khác nhau, ảnh hưởng đến khả năng lưu thông và tích tụ dầu khí. Tại mỏ X, đứt gãy F11 đóng vai trò quan trọng trong phân chia khối mỏ.

4. Phân tích bất định trong mô hình hóa có ý nghĩa gì?
   Phân tích bất định giúp đánh giá độ tin cậy của mô hình, dự báo rủi ro và đưa ra các kịch bản khai thác khác nhau, từ đó tối ưu hóa kế hoạch khai thác và giảm thiểu tổn thất.

5. Phần mềm IRAP RMS được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   IRAP RMS là công cụ hỗ trợ xây dựng mô hình địa chất 3D, tích hợp dữ liệu địa vật lý, địa chấn và khoan, cho phép mô phỏng cấu trúc, độ rỗng, độ thấm và tính toán trữ lượng, đồng thời thực hiện phân tích bất định.

Kết luận

• Đã xây dựng thành công mô hình địa chất 3D cho tầng đá móng nứt nẻ mỏ X, phản ánh chính xác cấu trúc và đặc tính vật lý của tầng chứa.
• Hệ thống đứt gãy và khe nứt phức tạp là yếu tố quyết định đến phân bố trữ lượng và khả năng khai thác dầu khí.
• Phương pháp tích hợp đa nguồn dữ liệu và sử dụng phần mềm IRAP RMS là giải pháp hiệu quả cho nghiên cứu và quản lý mỏ.
• Kết quả mô hình giúp đánh giá trữ lượng 2P khoảng 34 triệu m3, hỗ trợ lập kế hoạch khai thác và phân tích rủi ro.
• Đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng dữ liệu, phát triển quy trình mô hình hóa và đào tạo chuyên môn để tối ưu hóa khai thác trong tương lai.

Tiếp theo, cần triển khai thu thập dữ liệu địa vật lý chi tiết hơn và cập nhật mô hình định kỳ để phản ánh chính xác biến động trữ lượng. Mời các nhà nghiên cứu và chuyên gia trong ngành tiếp cận và ứng dụng kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả khai thác dầu khí tại mỏ X và các khu vực tương tự.