điều kiện địa chất thuỷ văn trong sự hình thành, bảo tồn và phá huỷ các tích tụ dầu khí

Các quá trình sinh hóa,địa hóa, hóa lý biến đổi các vật chất đó thành dầu khí đều diễn ra trong môi truờng nước.Dầu và khí được hình thành và hoặc hỗn hợp với nước hoặc hòa tan hoặc phân

MỤC LỤC

TỤ DẦU KHÍ : 6

I.1 Vai trò của nước trong sự bảo tồn vật chất hữu cơ 6

I.2 ĐKĐCTV di chuyển dầu khí: 7

II ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT THUỶ VĂN ĐẾN SỰ BẢO TỒN DẦU KHÍ: 16

II.1 Về tốc độ di chuyển của dòng nước: 16

II.2 Mức độ đóng kín của các cấu trúc ĐCTV: 20

II.3 Tầng khó thấm ( không thấm ): 22

II.4 Chỉ tiêu thuỷ địa hoá ( thành phần hoá học trong nước): 23

II.5 Điều kiện địa chất thuỷ văn để phá huỷ các vỉa dầu hay khí: 23

II.5.1 Trong điều kiên thuỷ tĩnh: 23

II.5.2 Trong điều kiện thuỷ động: 24

II.5.2.1 Phá huỷ cơ học: 25

II.5.3 Phá huỷ hoá lý: 28

II.5.4 Phá huỷ hoá học: 29

II.5.5 Phá huỷ sinh hoá: 31

II.6 Các quá trình địa chất thủy văn trong các giai đoạn thành đá 32

II.6.1 Giai đoạn trầm lắng : 33

II.6.2 Giai đoạn tạo đá : 33

II.6.3 Giai đoạn Katagenes: 34

II.6.3.1 Giai đoạn biến tính nguyên thủy ( Prokatagenes): 34

II.6.3.2 Giai đoạn biến tính giữa (Mezokatagenes): 36

II.6.3.3 Giai đoạn biến tính muộn ( Apokatagenes): 38

II.6.4 Giai đoạn metagenes: 38

II.6.5 Giai đoạn biểu sinh ( Gipergenes): 39

III ĐÁNH GIÁ TRIỂN VỌNG DẦU KHÍ DỰA VÀO CÁC CHỈ TIÊU: 40

III.1 Phân loại các chỉ tiêu ĐCTV tìm kiếm dầu khí: 40

III.2 Vài trò của các chỉ tiêu ĐCTV trong tìm kiếm cơ bản: 41

III.2.1 Các chỉ tiêu ĐCTV chung: 41

III.2.1.1 Cấu trúc ĐCTV: 41

III.2.1.2 Mức độ đóng kín: 42

III.2.2 Các dấu hiệu thuỷ điạ hoá: 44

III.2.3 Các chỉ tiêu thuỷ động lực: 45

III.2.3.1 Mức độ trao đổi nước: 45

III.2.3.2 Sự có mặt của các lớp cách nước, mối quan hệ thuỷ lực của các tầng chứa nước và các cửa sổ ĐCTV: 46

III.2.3.1 Tốc độ vận động của nước: 46

III.2.4 Các chỉ tiêu cổ ĐCTV: 47

III.3 Đánh giá triển vọng dầu khí: 48

III.3.1 Theo các chỉ tiêu ĐCTV: 48

III.3.2 Đới không triển vọng: 49

III.3.3 Đới triển vọng khu vực (Triển vọng yếu ): 49

III.3.4 Đới triển vọng (Triển vọng địa phương): 50

III.3.5 Đới rất có triển vọng: 50

III.4 Theo chỉ tiêu thủy địa hóa: 52

III.5 Sử dụng tài liệu địa chất trong thăm dò và khai thác dầu khí: 54

ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT THUỶ VĂN TRONG SỰ HÌNH THÀNH, BẢO TỒN VÀ PHÁ

HUỶ CÁC TÍCH TỤ DẦU KHÍGIỚI THIỆU CHUNG

Điều kiện địa chất thuỷ văn (ĐKĐCTV) có ý nghĩa quan trọng trong việc hìnhthành , bảo tồn và phá huỷ các tích tụ dầu khí

Trong suốt quá trình hình thành, tích tụ, biến đổi và phá huỷ các mỏ (vỉa) dầu khíđều liên quan chặt chẽ với môi trường nước Tuỳ theo tính chất và hoạt động củaĐKĐCTV mà nó có vai trò như một nhân tố kiến tạo hay phá huỷ các tích tụ dầu khí

Ngay khi trầm tích bắt đầu được hình thành, những vật chất hữu cơ và các chất khíchứa trong nước được chôn vùi cùng với nước và chất trầm tích Các quá trình sinh hóa,địa hóa, hóa lý biến đổi các vật chất đó thành dầu khí đều diễn ra trong môi truờng nước.Dầu và khí được hình thành và hoặc hỗn hợp với nước hoặc hòa tan hoặc phân tán trongnước và được nước di chuyển tới các tầng dị dưỡng Ơ đây dầu, khí tách ra khỏi nước donhiều nguyên nhân khác nhau: phân dị trọng lực, mao dẫn… dầu khí chiếm các vị trí cao

trong các cấu tạo Đó là các quá trình tích tụ dầu khí để tạo thành các mỏ (vỉa) (Hình 1 Dầu khí chiếm vị trí cao trong cấu tạo địa chất.)

Các tích tụ này trong điều kiện nhất định nào đó giữ mối cân bằng động với nước

và nó tồn tại ở đó (Hình 2 Các tích tụ dầu khí trong mối cân bằng động với nước.)

oil oil

Hình 1.b: Kiến trúc phay phá Hình 1.a: Kiến trúc vòm muối

Nhưng khi ĐKĐCTV thay đổi do điều kiện nào đó làm vỡ các mối cân bằng động

đó, nước sẽ xâm nhập vào vỉa dầu khí và lôi kéo nó đi (phá huỷ cơ học) hoăc kéo hẳn dầukhí nhâp vào nuớc (bằng con đường hòa tan hỗn hơp) hoặc có thể xoá hẳn dầu và khí nếutrong nước tồn tại các chất oxi hoá (phá huỷ hoá học)

* Sự hòa tan của các hydrocacbon trong nước:

Nghiên cứu sự hòa tan của các hydrocacbon trong nước có vai trò khá quan trọngtrong việc giải thích sự thành tạo, bảo tồn và phá huỷ các tích tụ dầu khí

Ơ điều kiện nhiệt độ, áp suất bình thường hệ số hoà tan của hydrocacbon trongnước không lớn Chẳng hạn đối với chất khí :

Hình 2.a: Kiến trúc nếp lồi Hình 2.b: Kiến trúc bẫy địa tầng ( bất chỉnh hợp).

thơm, các amin…) Do đó khả năng hoà tan vật chất hữu cơ trong nước rất khác nhau tuỳtheo thành phần của chúng.

Ví dụ: hydrôcacbua lỏng tan trong nước cất ở 20oC ( g/kg):

Pentan : 0,36 Benzo : 1,865

Octan : 0,014

Ơ điều kiện nước dưới đất, càng xuống sâu nhiệt độ, áp suất và tổng độ khoánghoá của nước càng tăng do đó độ hoà tan của các hydrocacbua sẽ tăng mạnh

Thí dụ Theo nghiên cứu của các nhà khoa học Châu Âu độ hoà tan của một số chất khí

theo nhiệt độ và áp suất như sau (cm3/g nước):

I. VAI TRÒ CỦA ĐKĐCTV TRONG VIỆC HÌNH THÀNH CÁC TÍCH TỤ DẦU KHÍ :

I.1 Vai trò của nước trong sự bảo tồn vật chất hữu cơ

Trong giai đoạn đầu của quá trình trầm tích, vật chất hữu cơ được lắng đọng trongmôi trường nước Với môi trường có năng lượng thấp, chế độ nước yên tĩnh là điều kiệncho trầm tích hạt mịn bùn, sét được tích tụ Các môi trường này chủ yếu là các vùng venbiển, các cửa sông tam giác châu, đầm lầy…Đây là điều kiện tiên quyết đầu tiên cho sựbảo tồn vật chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí

Hình 3 Thể hiện sự

trầm tích lấn dần rabiển ở môi trườngtam giác châu, gần

bờ là trầm tích cát làchủ yếu gọi là đồngbằng tam giác châu.Tiến xa hơn nữa làtrán tam giác châugồm các thấu kính cát được bao quanh bởi các trầm tích sét Các thấu kính này được tạo

ra do sự thay đổi chế độ dòng chảy của sông hoặc mực gốc Tiến xa hơn nữa về phía biển

là tiền tam giác châu, nơi đây chủ yếu là trầm tích hạt mịn, có độ sâu nước đủ lớn để tạonên môi trường khử cho sự bảo tồn vật chất hữu cơ không bị oxy hóa

Trong quá trình phân hủy của vật chất hữu cơ có mặt của oxy, điều kiện độ sâu đáybồn nhỏ nước chuyển động tốt, oxy từ trên mặt theo sự tuần hoàn của nước xâm nhập vàocác lớp trầm tích Trong trường này vật chất hữu cơ không thể tạo thành dầu khí được màchúng có thể bị oxy hóa tạo thành CO2 và nước Còn nếu như lớp nước tương đối dày vàbiển tương đối yên tĩnh thì sự xâm nhập của oxy vào các lớp trầm tích bị hạn chế Trong

trường hợp này sự phân hủy vật chất hữu cơ không hoàn toàn, một phần lớn chúng có thểbiến đổi thành các khí và nếu không có lớp bảo vệ nước sẽ thoát đi và không bảo tồnđược

Khi độ sâu bảo đảm, nước lại rất yên tĩnh, điều kiện này đã hạn chế cao độ xâmnhập của oxy vào các lớp trầm tích dẫn đến sự phân hủy của vật chất hữu cơ hoàn toàntrong điều kiện khử Các lớp trầm tích hạt mịn tạo thành lớp bảo vệ, một mặt không chooxy ở trên mặt đi xuống, mặt khác không cho các khí cacbon và các khí khác đã đượcthành tạo và chứa cùng với nước trong lỗ hỗng của trầm tích mẹ thoát lên trên đi mất

I.2 ĐKĐCTV di chuyển dầu khí:

Sau khi các vật chất hữu cơ chuyển hoá thành dầu khí, để giải phóng các vi dầu rakhỏi đá mẹ cần các yếu tố như tăng nhiệt độ, áp suất và các dung môi hoà tan như: nước,khí và dầu Khi tăng nhiệt độ xuất hiện các sản phẩm hydrocacbon (HC) mới Do đó, điềukiện tăng áp được thiết lập và bắt đầu sự vận động của các vi dầu Chúng có xu hướnghội tụ thành giọt lớn, đám lớn và vận động tiếp đi theo các kênh dẫnlà các khe nứt, lỗhổng thoát ra khỏi đá mẹ

*Sự dịch chuyển của chúng xảy ra đều có liên quan chặt chẽ đến họat động của nước

Trong giai đoạn này dầu, khí và nước di chuyển do áp lực địa tĩnh Những tầngtrầm tích phía dưới chịu áp lực của các tầng trầm tích phía trên, chúng bị ép nén lại, làmthể tích của các tầng đó giảm đi, nước và dầu khí thoát ra theo hướng từ dưới lên trên, từtrung tâm ra rìa bồn Trong giai đoạn này nước còn di chuyển do khuyếch tán, hướng dichuyển từ những nơi có nồng độ cao hơn tới những nơi có nồng độ nhỏ hơn.

Khi bị chìm dần, sét bị nén ép và đuổi nước ra kèm theo cả sản phẩm biến đổi củavật liệu hữu cơ, càng sâu lượng nước trong sét càng giảm dần Hedberg (1936) và Tisot(1967) làm thí nghiệm thấy rằng ở độ sâu 560m sét giải phóng 88% nước, ở độ sâu1500m sét giải phóng 95% nước và ở độ sâu 2500m sét giải phóng 98% nước Càng sâulượng khí hoà tan trong nước càng nhiều vì được sinh ra nhiều hơn và chịu áp lực lớnhơn Chúng bị đẩy vào nước và vận động tiếp tới đá chứa

Một số thí nghiệm của Snarski A N cho thấy khi tăng áp suất và nhiệt độ ở độ sâu

> 3100m, xuất hiện áp suất của hơi nước tăng tới 750at, lớn gấp 2,5 lần áp suất thuỷ tĩnh

và lớn gấp 1,1 lần áp suất địa tĩnh Lamtadje V J đã làm thí nghịêm với sét chứa dầu vànước, áp suất tăng tới 5000kg/cm2 nước và dầu bị đuổi ra ngoài Với áp suất như vậy sẽ

có điều kiện mở khe nứt và giải phóng các giọt dầu nguyên sinh cùng với bọt khí và nước

Hình 4 Mô hình biểu thị sự thoát nước do

bị nén ép bởi tải trọng (áp lực).

ra khỏi nơi cư trú Chúng hội tụ và tạo thành giọt lớn, sau đó bị đẩy đi tiếp Khi các lớpsét bị nén ép, giảm lỗ rỗng cũng gây giảm áp ( do giảm thể tích ban đầu) đẩy vi dầu rangoài đồng thời cũng làm giảm lực hấp phụ của sét.

Độ sâu lún chìm càng lớn dẫn đến nhiệt độ, áp suất địa tĩnh và áp lực chất lỏng càng tăng cao, càng thuận lợi cho quá trình di cư đẩy hydrocacbon ra khỏi đá mẹ

*Các trạng thái di chuyển của dầu khí:

Các dạng dịch chuyển của dầu khí đều liên quan chặt chẽ đến hoạt động của nước:dưới dạng dung dịch thực (trong nước), hòa tan vi dầu trong nước dưới dạng màng dầunước, dạng keo- nhũ tương (nhân misel), hòa tan vi dầu trong nước bão hoà khí nén

Hình 5 Sự hòa tan của một số HC theo nhiệt độ.

a) Di cư hydrocacbon trong dung dịch phân tử nước:

Dung dịch thật (hoà tan trong nước ), trong pha chủ yeáu sinh dầu thường có tới20-25 mg/l vi dầu Trong đó chiếm ưu thế là các HC bão hòa Nếu tăng To= 200oC thì khả

năng này tăng tới 10 lần (Hình 5).

Ở giai đoạn lắng nén,nước tự do bị đuổi ra khỏi đá tới 80-90%và chiếm phầnkhông gian rỗng Phần nước còn lại có hai dạng: nước liên kết vật lý và nước lieân kếthóa học bền vững – đó là nước tham gia vào cấu trúc phân tử Khi lún chìm, tăng To và Pcũng làm tăng khả năng tách nước liên kết vật lý, thậm chí cả một phần nước liên kết hóahọc ra khỏi các hạt sét Các yếu tố trên tạo áp lực gây nứt nẻ thủy lực tới vỉa tạo thành cáckhe nứt, vết rạn

Như vậy lúc đầu là tách nước tự do,sau đó ở đới nhiệt xúc tác là tách nước liên kết

do nén ép tăng thể tích khí và các chất lỏng ra khỏi đá mẹ

Tuy nhiên, loại di cư này không chiếm tỷ trọng lớn

Trong lớp đá me, nếu dầu có trong nước thấp hơn mức bão hòa thì các vi dầu di cưcùng với nước bị hòa tan Nếu nước đã bão hòa các vi dầu thì dầu sẽ tách ra khỏi nước

trước khi bị đuổi ra khỏi đá mẹ, có nghĩa là tách ra dòng vi dầu riêng và có thể bị nước lôiđi.

b) Di cư hydrocacbon trong dung dịch keo nhũ tương

Khi nghiên cứu cơ chế hòa tan keo nhũ tương thấy rằng, quá trình tạo nhũ trênranh giới nước- vi dầu cũng như đối với vật liệu hữu cơ khác phát hiện lượng lớn các chất

có hoạt tính bề mặt đó là các phân tử có khả năng quang học, mang tính chất ưa nước( OH,COOH,NH…) và cả kỵ nước dưới dạng phân tán Chúng có khả năng giảm tínhdính, giảm sức căng bề mặt Vì vậy chúng di chuyển cùng nhau do độ nhớt tương tựnhau Các chất này lại tồn tại trong khoảng nhiệt độ và áp suất rất rộng

Việc tách dầu ra khỏi dung dịch keo này chỉ xảy ra khi bị pha loãng bởi nước trong

đá chứa, thay đổi pH của môi trường chứa kali, do tăng khả năng chuyển hóa nhiệt xúctác của các hợp chất cao phân tử Lượng vi dầu chuyển động dưới dạng keo- nhũ tươngthường gấp 10 lần loại vi dầu trong dung dịch thực

Quá trình nứt nẻ thủy lực tạo khe nứt càng thuận lợi cho quá trình di cư nhânmisel- nhũ tương

c)Sự di cư trong pha hydrocacbon

Di cư nguyên sinh của vi dầu trong dung dịch có khí nén hoặc hydrocacbon lỏngnhẹ thường là hiện tượng tách ngược dòng (dầu nhẹ hòa tan trong khí) và dạng di cư nàychiếm tỷ trọng rất lớn

Dòng chất lỏng có khí hòa tan sẽ làm giảm độ nhớt, giảm tỷ trọng, giảm độ bámdính, giảm áp lực mao dẫn, tăng áp lực làm cho dòng chất lỏng có tính linh động hơn và

di cư dễ dàng

 Trong khoảng nhiệt độ từ 40-200oC và cao hơn áp suất đạt từ 4-70MPa vàcao hơn, phát hiện khả năng hòa tan của các sản phẩm bitum và dầu trong khí nén thiên

nhiên Khả năng hòa tan khí tăng mạnh khi tăng lượng phân tử của khí: N2 <CH4 <CO2 <C3H8 < khí HC nặng khác.

 Độ hòa tan trong khí càng cao của các HC paraffin, sau đó giảm đối vớinaften: HC paraffin > naften > HC aromatic <Mono > bi-poly > axit amin > nhựa >asphalten

 Cấu trúc HC và bitum bị khí chiết ra khỏi đá thường tựa như condensate vàphân đoạn tương tự condensate và dầu Nếu tăng T, P và độ ẩm của đá trong thành phầncủa dung dịch hỗn hợp khí có khả năng tăng thành phần HC aromatic và các hỗn hợp bãohòa, các dị nguyên tố (S,N,O)

Lượng dầu khí được sinh ra ồ ạt tạo nên áp lực từng phần rất lớn và đẩy chúng rakhỏi đá mẹ trong dòng khí nén

Quá trình di cư tích cực xảy ra dưới dạng hạt, giọt, màngtrong các bọt khí Các lực mao dẫn và sức căng bề mặt thuộc hệ thống sét-nước-HC cần thiết để đẩy vi dầu từ

lỗ hổng nhỏ vào lỗ hổng lớn hơn thì sức căng bề mặt của nước phải lớn hơn của dầu Từ

đó, nước làm nhiệm vụ thay thế vi dầu và đẩy dầu ra khỏi lỗ hổng nhỏ.

I.3 VAI TRÒ CỦA ĐKĐCTV TRONG SỰ HÌNH THÀNH CÁC TÍCH TỤ DẦUKHÍ

*Sau khi dầu khí được hình thành, chúng sẽ di chuyển đến các tầng đá chứa, và

khi điều kiện cho phép (cấu tạo địa chất, T, P…) chúng sẽ bị giữ lại trong các tầng đất đá(bẫy) tạo nên các vỉa chứa

Các HC di cư dưới các hình thức sau:

 Di cư tự do khi lượng khí đạt giá trị cao hơn khả năng bão hòa của nước,

khí hay HC lỏng tách ra khỏi nước, di cư tự do theo dòng và xảy ra liên tục diễn ra trên

bề mặt các hạt rắn…(Hình 6)

 Di cư cùng với nước trong khả năng bão hòa của nước, đặc biệt khi có áp

suất cao Khi mất áp suất HC lỏng cũng tách ra khỏi nước

 Di cư mao quản xảy ra khi áp suất khí hay hỗn hợp lớn hơn lưc bám dính

của dầu vào các mao mạch

*Sau khi vi dầu ở trang thái keo-nhũ tương cùng với nước hoăc hỗn hợp dầu nướcđat tới bẫy chứa, do nhiệt độ tăng cao hay thời gian địa chất lâu dài, đăc biệt được bổsung các thành phần HC nhẹ và các dung môi hữu cơ thì dầu được tách ra khỏi nước và

nổi lên trên (Hình 4b) Nước có tỷ trọng lớn hơn lắng xuống dưới (quá trình phân dị trọng lực tự nhiên).

*Trong trường hợp vi dầu vận động cùng với nước dưới dạng nhũ tương ở điềukiện nhiệt độ và áp suất cao, nhưng sau khi đạt tới bẫy chứa lại mất áp suất và nhiệt độ,hỗn hợp dầu nước sẽ bị tách ra- dầu nổi lên trên và nước lắng xuống dưới

*Sự vận động của dầu khí diễn ra trong đá chứa xảy ra do áp lực trọng trường,

lực mao dẫn và áp lực thủy động dưới dạng di cư thẩm thấu Hoặc khi nhiệt độ tăng dolún chìm, độ nhớt, tỷ trọng, sức căng bề mặt của dầu giảm, tăng tính linh động, bổ sungthành phần nhẹ, lực mao dẫn yếu dần, dẫn tới lực nổi của dầu tăng cao và xảy ra sự dichuyển tới vùng có áp suất, độ bão hòa lớn hơn (khí và dầu nhẹ hơn nên nổi trên mặtnước)

Hình 6a Sự di cư tự do theo

dòng của dầu.

Hình 6b Dầu di cư tự do theo dòng chiếm vị trí cao trong vỉa.

Các giọt dầu di cư qua các lỗ rỗng khi áp lực của dầu khí (áp lực nổi) thắng lựcmao quản dưới tác dụng của áp lực từng phần.

Nếu giọt dầu nhỏ hơn kích thước lỗ hổng thì di chuyển qua dễ dàng

Nếu giọt dầu lớn hơn kích thước lỗ hổng thì tự bản thân nó có khả năng biến đổi

hình dạng (kéo dài ) để có thể lọt qua lỗ hổng dưới áp lực nén của 3 loại : áp lực đẩy nổi ,

áp lực thủy tĩnh và áp lực mao dẫn.

Tốc độ vận động của nước cũng tác động mạnh có sức lôi cuốn bọt khí và giọt dầu

ra khỏi lỗ rỗng

*Sự hình thành các tích tụ dầu khí dưới tác dụng của chế độ thủy động lực: (ngoài

yếu tố về áp suất vỉa-áp suất bão hòa HC, bản chất HC)

+ Chế độ thủy động lực đóng vai trò quan trọng trong các tích lũy ban đầu:

-Nếu trong vỉa không có dòng chảy thì tích lũy dầu khí ở vị trí nằm ngang, đáy lànước, phía trên là dầu khí

-Áp suất vỉa lớn tạo nên chế độ một pha

-Áp suất vỉa chưa đủ lớn để khí hòa tan vào dầu, xuất hiện ranh giới khí-dầu-nước(quá trình phân dị trọng lực)

Hình 7 Các giọt dầu di cư qua lỗ rỗng Mối quan hệ với lực mao quản, và khả năng biến dạng của chúng.

Giọt dầu có khả năng biến dạng để dịch chuyển qua

lỗ rỗng.

- Đối với dòng chất lỏng có khí hoà tan đưa đến: việc giảm áp sẻ làm khí tự tách ra

và chiếm vị trí cao nhất trong bẫy, dầu-khí-nước sẽ tồn tại ở chế độ 3 pha do sự phân dịtheo tỷ trọng

+ Trong các bồn có chế độ thủy động các giọt dầu hay các bọt khí do lực đẩyAcsimet làm chúng nổi lên, đồng thời chúng chịu ảnh hưởng của áp lực thủy động lôicuốn đi theo phương ngang Nếu tốc độ vận động của nước càng lớn, chênh lệch tỷ trọngcủa chất lỏng và nước càng nhỏ thì khả năng nổi lên tích tụ càng kém Đồng thời bề mặttiếp xúc giữa dầu (khí) và nước sẽ bị nghiêng, và độ nghiêng tùy thuộc vào tỷ trọng củadầu và tốc độ vận động của nước ( Hình 9 ) Đôi khi vận tốc quá lớn sẽ làm thân khí tách

ra khỏi thân dầu, và nằm ở bên sườn vỉa (Hình 10.)

Dầu-khí-nước ở chế độ 3 pha

Hình 8 sự phân bố khí-nước trong bẫy

dầu-Dầu ở chế độ 1 pha

Hình 9 Sự vận động của nước làm mặt tiếp xúc giữa dầu

và nước bị nghiêng theo chiều vận động của nước.

Hình 10 Vận tốc nước lớn làm các thân dầu và khí tách riêng.

Tóm lại: sự hình thành các tích tụ dầu khí có liên quan chặt chẽ đến hoạt động của nướcngay từ khi VLHC được tích tụ (bảo tồn VLHC) cho đến khi chúng được chuyển hóathành dầu khí và được mang ra khỏi đá mẹ(dạng phân tử hay phân tán trong nước, trạngthái nhũ tương, hơi dầu khí hay khí) đi đến các cấu tạo bẫy để tích tụ thành vỉa hoặc mỏdầu khí (do lực nổi, sự phân di trọng lực).

II. ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT THUỶ VĂN ĐẾN SỰ BẢO TỒN DẦU KHÍ:

Để bảo tồn được các tích tụ dầu khí là tránh được sư phá huỷ từ các nhân tố bênngoài như tránh sự oxy hoá, tránh được sư phát tán của dầu khí tại các tích tụ và cónhững điều kiện thuận lợi để giữ được các tích tụ dầu…các điều kiện bảo tồn sự phá huỷcác tích tụ dầu khí ít nhiều bị ảnh hưởng bởi yếu tố địa chất thuỷ văn

II.1 Về tốc độ di chuyển của dòng nước:

Tốc độ di chuyển của dòng nước là một chỉ tiêu quan trọng để phá huỷ hay bảo vệ

mỏ, tốc độ dòng nước phụ thuộc vào tính thấm và gradient thuỷ lực của tầng chứa nước,trong đó tốc độ dòng nước nhỏ thuận lợi cho việc bảo vệ mỏ

Trong các bồn dầu khí có chế độ nước vận động thì các giọt dầu hay giọt khí sẽ nổilên do lực đẩy Acsimet, đồng thời chúng chịu áp lực thuỷ động lôi cuốn đi theo phươngngang Nếu tốc độ vận động của nước càng lớn chênh lệch tỷ trọng của chất lỏng và nướccàng nhỏ thì khả năng nổi lên tích tụ càng kém

Lực đẩy ngang có thể xác định theo gradien áp lực:

6

10 013

dh g

trong đó: dP – độ chênh áp lực g – gia tốc trọng trường

dh – độ chênh mực nước μ – độ nhớt của nước

dl – khoảng cách K – hệ số thấm của đất đá

ρn – tỷ trọng của nước q – tỷ lưu lượng

Tren đã đề nghị công thực xác định tốc độ thấm lớn nhất của nước để dầu, khí có thể nổilên được ( giới hạn trên của tốc độ thấm ) :

∆l – độ chênh tỷ trọng của nước và dầu

α – góc nghiêng của tầng di dưỡng

μ – độ nhớt của dầu hoặc khí

K2(σa) – tính thấm tương đối của dầu, khí so với nước

Như vậy trong một điều kiện thuỷ động lực nhất định thế nằm mặt tiếp xúc giữa dầu(khí) và nước nghiêng nhiều hay ít là tuỳ thuộc vào tỷ trọng của dầu, còn sự vận động củanước tuỳ thuộc vào tính thấm của đất đá và độ chênh áp lực của bồn.

H

11 độ rỗng của đất đá ảnh hưởng đến độ thấm

Sự di chuyển của dầu, khí tuỳthuộc vào sự di chuyển của nướctrong bồn, sự di chuyển này dẫnđến sự phân bố lại các tích tụ dầukhí trong bồn còn mặt tiếp xúcgiữa dầu – nước và khí - nước làmặt nghiêng và nghiêng theo hướngvận động của nước (hình vẽ 12)

H 12 Mặt tiếp xúc giữa dầu - nước, khí - nước là mặt nghiêng

Như đã nói ở trên, do tác dụng của dòng nước nên mặt tiếp xúc giữa dầu và nước sẽnghiêng theo hướng vận động của dầu và nước nếu góc nghiêng nhỏ thì dầu vẫn có khảnặng được bảo tồn – giư lại Nếu góc nghiêng lớn hơn góc nghiêng của tầng chứa thì rõràng dầu – khí sẽ di chuyển đi

Góc nghiêng φ của mặt tiếp xúc dầu – nước được xác định :

dh

dZ dl

dh l

l

l tg

d n

- độ dốc của mặt tiếp xúc dầu – nước

Như vậy dầu khí sẽ được bảo tồn tai vĩa khi φ nhỏ hơn góc dốc của tầng chắn

Hình 13 Sự vận động của nước làm mặt tiếp xúc của dầu và nước nghiêng theo chiều vận động của nước.

II.2 Mức độ đóng kín của các cấu trúc ĐCTV:

Các bẫy thạch học các cấu trúc này có thể đóng kín, bán kín hoăc hở Mức độ đóngkín phụ thuộc vào bề dày, thành phần thạch học của lớp đá chắn Mức độ đóng kín càngnhiều thì càng tăng triển vọng bảo tồn dầu khí Vì vậy khi nghiên cứu cấu trúc địa chấtcần thiết phải nghiên cứu đến tầng nứt nẻ vì nó làm tăng khả năng vận động của nước vànhư vậy nó ảnh hưởng đến sự bảo tồn mõ đã thành tạo

Việc đánh giá mức độ kín – hở vẫn chưa rỏ ràng, một số tác giả đề nghị sử dụng bềdầy và chiều sâu của lớp sét phủ đơn vị chứa nước làm chỉ tiêu mức độ đóng kín V.AKrôtva, Gatans M.A xác định hệ số đóng kín cấu trúc ĐCTV xác định:

M

H M

K

Trong đó:

Ms – bề dày tầng cách nước

Hs – chiều sâu tầng cách nước

Mc – bề dày phức hệ chứa nước

II.3 Tầng khó thấm ( không thấm ):

Với sự có mặt của nước tách các tầng sản phẩm dầu khí riêng nhau và tách cáctầng này khỏi ảnh hưởng của điều kiện phá huỷ bên ngoài tạo điều kiện thuận lợi cho việcbảo tồn mõ hydrocacbua

H 15.

II.4 Chỉ tiêu thuỷ địa hoá ( thành phần hoá học trong nước):

- Tổng khoáng hoá của nước: nước mỏ dầu khí thường có độ tổng khoang hoá khálớn(30 – 300g/l) Nhiều số liệu cho thấy ở các tầng sản phẩm có độ kháng hoá tăng rấtnhiếu so với nước ngầm ( nước trên dầu) Nhiều tác giả đề nghị sử dụng nó như chỉ tiêubảo vệ mỏ, những vùng có tổng khoáng hoá lớn thì mỏ càng được bảo vệ tốt

- Các ion chủ yếu : trong các ion nay đăc biệt quan tam đến ion SO42- do tác dụng khửsunfat nên hàm lượng SO42- càng nhỏ càng có lợi cho việc bảo tồn dầu và khí

- Trong nước có khả năng hoà tan các chất oxi hoá và các vi khuẩn có tác dung pháhuỷ dàu khí nên nếu nước mang càng ít hàm lượng chất oxi hoá càng thuận lợi cho việcbảo vệ mỏ dầu khí

II.5 Điều kiện địa chất thuỷ văn để phá huỷ các vỉa dầu hay khí:

Sự hình thành và sự phá huỷ của vỉa dầu khí liên quan đến nhiều yếu tố khác nhaunhư sự phá huỷ do các hoạt động kiến tạo, hoạt động thăng trầm Nhưng thực chất củavấn đề cơ bản nhất là các yếu tố đó điều dẫn đến sự hoạt động của nước mỏ hay nói mộtcách khác: yếu tố có tính chất quyết định nhất đến sự hình thành và phá huỷ mỏ dầu khí

là hoạt động của nước Sự phá huỷ cũng như bảo tồn các vỉa dầu khí diễn ra trong môitrường nước, còn bản thân nước thạch quyển cùng với vài chất hoà tan trong nó là nhân

tố chính phá huỷ vỉa…

Khi điều kiện địa chất thuỷ văn thay đổi làm cho các quá trình lý hoá, sinh hoá, địahóa thay đổi, nước sẽ tấn công vào mỏ dầu, khí hoặc lôi kéo nó đi (phá huỷ cơ học) hoặckéo hẳn dầu khí nhập vào nước (bằng con đường hoà tan hỗn hợp) hoặc có thể xoá hẳndầu và khí ( bằng con đường phá huỷ hoá học)

II.5.1 Trong điều kiên thuỷ tĩnh:

 H.16 Trong đều kiện không có sự vận động của nước trong vỉa chứa, mặt tiếp xúcgiữa dầu và nước nằm ngang

Sự phá huỷ các mỏ dầu khí ở chế độ nứơc không vận động

 Các mỏ này chỉ bị phá huỷ khi chịu ảnh hưởng của các vận động kiến tạo

 Nếu hoạt động nâng lên đưa đến sự bào mòn, nước các tầng trên thấm xuống pháhuỷ mỏ

 Nếu hoạt động chìm xuống làm nhiệt độ và áp suất tăng lên có thể dẫn đến sự biếnchất của dầu khí

 Nếu uốn nếp hay đứt gãy xảy ra, khe nứt làm cho nước, dầu và khí ở dó thoát đihoặc nước ở trên xuống dẫn đến sự phá huỷ các mỏ

II.5.2 Trong điều kiện thuỷ động:

 Mặt tiếp xúc giữa dầu - nước, khí - nước là mặt nghiêng và nghiêng theo hướng vậnđộng của nước

Nước phá huỷ vỉa và mỏ dầu khí bằng con đường cơ học, hoá lý, hoá học và sinhhoá

 Phá huỷ cơ học vỉa là dầu và khí bị nước mang đi ở trạng thái lơ lửng trong thànhphần của dòng nhiều pha

 Sự phá huỷ hoá lý vỉa là hoà tan dầu vào nước khi có sự thay đổi điều kiện phùhợp

 Vỉa dầu khí về mặt hoá học có thể bị phá huỷ do oxy hóa hydrocacbon bởi vật chấthoà tan trong nước, chủ yếu là oxy và các sunfat

 Cuối cùng, phá huỷ sinh hoá diễn ra với sự tham gia của vi khuẩn

Mỗi một dạng phá huỷ vỉa hydrocacbon bởi nước nêu trên có các đặc trưng và quy luậtcủa mình Ngoài ra, các quá trình này chỉ đặc trưng đối với các vỉa dầu và khí

II.5.2.1 Phá huỷ cơ học:

 Phá huỷ cơ học ( thuỷ lực ) các vỉa dầu khí bởi nước bắt đầu khi hình thành độdốc của mặt tiếp xúc dầu - nước hay khí - nước Trạng thái nằm ngang của các mặt tiếpxúc này chỉ là trường hợp cá biệt và chỉ có thể tồn tại khi nước hoàn toàn không vậnđộng

Ví dụ: do hoạt động nâng lên làm cho nước ngấm vào trong vỉa mạnh hơn và građienthuỷ lực tăng lên Mặt khác, khi građien thuỷ lực tăng lên làm cho mặt tiếp xúc giữa dầu -nước tăng lên và khi vượt quá góc dốc của tầng chứa sẽ phá huỷ mỏ Hoặc do hiện tượngphá huỷ kiến tạo, hiện tượng bóc mòn làm cho sự liên hệ giữa các tầng thay đôi hướng,thay đổi tốc độ vận động của nước trong bồn làm phá huỷ mỏ đã được thành tạo.

 Theo M Habbert, sự phụ thuộc của độ dốc bề mặt tiếp xúc dầu nước hay khínước vào độ dốc thuỷ tỉnh được biểu diễn bằng biểu thức sau:

Tgα=βn/(βn-βd)* dh/dx=dz/dl Trong đó:

 - góc giữa bề mặt tiếp xúc dầu - nước và mặt phẳng ngang

dz/dl - độ nghiêng của bề mặt tiếp xúc dầu - nước

dh/dx - độ nghiêng của bề mặt áp lực (độ nghiếng thuỷ lực )

βn - mật độ nước

βd - mật độ dầu ( thay vào βd là βk ta có biểu thức cho khí)

Biểu thức trên có thể thay thế bằng biểu thức sau:

Tgα=βn/(βn-βd)*i Trong đó: i - độ dốc thủy lực

Như vậy, độ dốc bề mặt tiếp xúc dầu - nước ( khí - nước ) tỷ lệ thuận với độ dốc thuỷ lực

và phụ thuộc vào tương quan mật độ của các chất lỏng tiếp xúc nhau ( cái gọi là hệ sốtăng cường )

H 17 Biểu đồ quan hệ của bề mặt tiếp xúc dầu nước với góc dốc của bề mặ áp lực và tỷ

trọng dầu.

 Đối với dầu nặng ( mật độ cao hơn) độ dốc của mặt tiếp xúc dầu - nước lớn hơnnhiều so với dầu nhẹ ( mật độ nhỏ hơn ) và khí

 Mật độ khác nhau của dầu – khí có ý nghĩa quan trọng khi chọn giá trị n và  d,

độ dốc bề mặt tiếp xúc dầu - nước khi cùng độ dốc thuỷ lực sẽ lớn hơn độ dốc bềmặt tiếp xúc khí - nước năm lần Tuy nhiên, đối với vỉa khí béo, đặc biệt khi áplực cao, giá trị tỷ lệ này sẽ thấp hơn ( gần hai lần )

 Độ dốc bề mặt tiếp xúc dầu - nước và khí - nước có thể là dấu hiệu hướng vậnđộng của nước

H 18 Sự di chuyển của nước dẫn đến sự phấn bố lại các tích tụ dầu và khí trong bẫy.

 Nếu độ dốc bề mặt tíêp xúc dầu - nước hay khí - nước dốc hơn góc dốc cánh bẫyvòm thì dầu và khí hoàn toàn bị đẩy ra khỏi nó, vỉa bị phá huỷ Đây chính là sự phá huỷ

cơ học của vỉa dầu hay khí

II.5.3 Phá huỷ hoá lý:

 Phá huỷ hoá lý bằng con đường hoà tan trong nước vỉa thường gặp đối với các vỉakhí Khi tăng áp lực vỉa ( khi lún chìm ), sự gia tăng không tương ứng với sự gia tăng độbão hoà khí của nước, metan trong vỉa có thể bị hoà tan vào vỉa dần dần bị biến mất Điềukiện đặc biểt thuận lợi để hoà tan vỉa khí là khi nhiệt độ vượt 1000- 120 0, khi độ hoà tantrong nước tăng đột ngột

 Đối với vỉa dầu, do độ bão hoà tan của các hydrocacbon dầu trong nước kém hơn

so với metan và các đồng đẳng gần của nó, sự phá huỷ hoá lý xảy ra bằng cách hoà tanđống vai trò khá khiêm tốn Có thể cho rằng, nó cũng diễn ra khi hoà tan có lựa chọntừng hợp phần riêng của dầu

 Dầu khí chỉ tồn tại trong môi trường khử cho nên chỉ được bảo tồn trong môitrường khử, còn trong điều kiên oxy hoá chúng sẽ bị phá huỷ

II.5.4 Phá huỷ hoá học:

 Phá huỷ hoá học các vỉa dầu và khí bằng còn đường oxi hoá cabuahydro bởi oxy

và sunfat hoà tan trong nước vỉa có ý nghĩa lớn và đã được lưu ý từ lâu

 Phá huỷ hoá học không những phá huỷ các mỏ dầu khí mà còn phá huỷ chính dầu

và khí nữa Nó làm cho dầu khí không còn giữ nguyên tính chất hoá học của chúng

 Quá trình này thường liên quan chặt chẽ với quá trình phá huỷ sinh hoá Phá huỷsinh hoá là các cacbuahydro bị vi khuẩn ăn hết Cả hai dạng phá huỷ vỉa dầu và khí cầnphải xét chung

 Khi nước ở trên ngấm xuống mang theo các thành phần có khả năng oxi hoácacbuahydro và phá huỷ nó (H 19), theo sơ đồ phản ứng sau:

CnH2n+2 + O2  CO2 +H2OCH4 + O2  CO2 +H2O

H 19.