Cập nhật mô hình địa chất 3d các vỉa chứa dầu trong lát cắt trầm tích mioxen, mỏ ct

trầm tích tầng chứa Mioxen dưới mỏ Sói Trắng, Lô 16-1 do công ty Cửu Long JOC thực hiện… Việc cập nhật mô hình địa chất mô hình cấu trúc, mô hình phân bố thuộc tính địa chất… cũng n

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

PHẠM BÙI THANH LỘC

CẬP NHẬT MÔ HÌNH ĐỊA CHẤT 3D CÁC VỈA CHỨA DẦU TRONG LÁT CẮT TRẦM TÍCH

MIOXEN, MỎ CT

Chuyên ngành: Kỹ thuật dầu khí

Mã số: 60520604

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06-2020

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG –HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Văn Xuân

TS Vũ Nam Hải

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Ngô Thường San

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Bùi Thị Luận

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày

12 tháng 06 năm 2020

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

1.– Chủ tịch hội đồng: PGS.TS Trần Vĩnh Tuân

2.– Thư ký hội đồng: TS Nguyễn Xuân Huy

3.– Phản biện 1: TS Ngô Thường San

4.– Phản biện 2: TS Bùi Thị Luận

5.– Ủy viên hội đồng: TS Nguyễn Mạnh Hùng

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KT ĐC-DK

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: PHẠM BÙI THANH LỘC MSHV:1770506

Ngày, tháng, năm sinh: 23/10/1992 Nơi sinh: Vũng Tàu Chuyên ngành: Kỹ thuật Dầu khí Mã số: 60520604

I TÊN ĐỀ TÀI: CẬP NHẬT MÔ HÌNH ĐỊA CHẤT 3D CÁC VỈA CHỨA DẦU TRONG LÁT CẮT TRẦM TÍCH MIOXEN, MỎ CT

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Tổng hợp, trình bày cơ sở lý thuyết các thuật toán thống kê thường dùng trong

mô hình hoá (phương pháp Deterministic, phương pháp Stochastic, phương pháp Pixel-based, phương pháp Object-based) và các bước xây dựng một mô hình địa chất 3D hoàn chỉnh

- Tiến hành xây dựng mô hình cấu trúc bằng 2 phương pháp là Corner Point Gridding và Structural Framework bằng phần mềm Petrel 2016 Sau đó tiến hành

so sánh, đánh giá kết quả của từng phương pháp Đồng thời so sánh độ tin cậy của kết quả mô hình cập nhật đối với mô hình đã xây dựng trong các đề tài trước

- Cập nhật các mô hình thuộc tính 3D, từ đó tính toán lại trữ lượng tại chỗ khu vực nghiên cứu và phân tích độ nhạy

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 14/10/2019

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/2020

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS TRẦN VĂN XUÂN

TS VŨ NAM HẢI

LỜI CẢM ƠN

Học viên xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các thầy cô Khoa Kỹ thuật Dầu khí, đặc biệt là các thầy cô ở Bộ môn Địa chất dầu khí và Khoan và Khai thác đã tận tình chỉ dạy trong suốt những năm học tập

Học viên xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến phòng Địa chất thăm dò, Liên doanh Việt – Nga VietsovPetro đã tạo điều kiện cho học viên tiếp cận với nhiều nguồn tài liệu khác nhau liên quan đến đề tài luận văn này Đồng thời cung cấp phần mềm Petrel version 2016 của công ty Schlumberger cũng như máy tính đầy đủ để học viên thực hiện luận văn

Đặc biệt, học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS TS Trần Văn Xuân và TS.Vũ Nam Hải đã tận tình hướng dẫn và đóng góp những ý kiến vô cùng quý báu để giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp được tốt hơn

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2020

Phạm Bùi Thanh Lộc

TÓM TẮT LUẬN VĂN

CẬP NHẬT MÔ HÌNH ĐỊA CHẤT 3D CÁC VỈA CHỨA DẦU TRONG LÁT

CT

Đề tài gồm 3 chương với các nội dung chính như sau:

Chương 1: Tóm tắt quy trình thực hiện và kết quả nghiên cứu của các công trình trong

nước, quốc tế có liên quan đến đề tài

Chương 2: Trình bày quy trình chuẩn khi xây dựng mô hình địa chất 3D Đồng thời, cơ

sở lý thuyết của hai phương pháp địa thống kê là phương pháp xác định (Deterministic)

và phương pháp địa thống kê ngẫu nhiên (Stochastic) sử dụng để xây dựng mô hình thuộc tính vỉa chứa nói chung, mô hình tướng nói riêng cũng được trình bày chi tiết trong chương này

Chương 3: Cập nhật mô hình địa chất 3D các vỉa chứa thuộc trầm tích Mioxen hạ mỏ

CT bằng phần mềm Petrel 2016 dựa vào tài liệu địa chấn, tài liệu địa vật lý từ 10 giếng khoan, tài liệu phân tích tướng môi trường trầm tích…Từ đó tính toán lại trữ lượng tại chỗ khu vực nghiên cứu Trong chương này, học viên đã tiến hành xây dựng mô hình cấu trúc bằng 2 phương pháp là Corner Point Gridding và Structural Framework Sau đó tiến hành đánh giá kết quả của từng phương pháp và quyết định lựa chọn kết quả từ phương pháp Structural Framework làm dữ liệu đầu vào cho các bước tiếp theo Ngoài

ra, luận văn còn so sánh kết quả mô hình cập nhật với mô hình đã xây dựng trong các đề tài trước Thông qua khảo sát này giúp người xây dựng mô hình địa chất biết được cách thực hiện một mô hình địa chất hoàn chỉnh

Kết quả mô hình địa chất sau cập nhật có chất lượng tốt, đủ điều kiện cho công tác xây dựng mô hình thuỷ động tiếp theo

The project consists of 3 chapters with the following main contents:

Chapter 1: Summary of processes and research results of domestic and international

works related to the topic

Chapter 2: Present standard procedure when building a 3D geological model At the

same time, the theoretical basis of the two geographic statistic methods is used for property modeling in generals, facies modeling in particular are also detailed in this chapter They are Stochastic and Deterministic

Chapter 3: Updating 3D geological model of lower Miocene reservoirs, CT field by

using Petrel 2016 base on seismic data, petrophysical data from ten wells, sedimentary facies analysis… Then re-calculating the oil in place reserves in the area In this chapter, two methods are used to geological structural model: Corner Point Gridding and Structural Framework A comparison is made between the results of each method and the model resulting from Structural Framework is selected to be the input data for the next steps In addition, the updated models are collated to models in previous projects This study will help the geomodeler understand how to make a geological model The updated geological model has the good quality and eligible for building the hydrodynamic model

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận án

Chữ ký

Phạm Bùi Thanh Lộc

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT LUẬN VĂN ii

ABSTRACT iii

LỜI CAM ĐOAN iv

MỤC LỤC v

DANH SÁCH HÌNH VẼ ix

DANH SÁCH BẢNG BIỂU xiv

MỞ ĐẦU 1

i Khái niệm mô hình hóa trong thăm dò - khai thác dầu khí 1

ii Sự cần thiết mô hình hoá địa chất 1

iii Tính cấp thiết của đề tài 2

iv Mục tiêu đề tài 2

v Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

vi Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3

vii Những điểm mới của luận văn 3

viii Thời gian thực hiện đề tài 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 4

1.1 Công trình nghiên cứu quốc tế 4

1.2 Công trình nghiên cứu trong nước 7

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG 10

Các khái niệm chung về mô hình địa chất 11

Tổng quan các bước xây dựng một mô hình địa chất 12

Thu thập và phân tích dữ liệu 13

2.3.1 Kiểm tra dữ liệu đầu vào 13

2.3.2 Ý tưởng cho việc xây dựng mô hình địa chất 15

2.3.3 Phân tích dữ liệu 16

Xây dựng mô hình cấu trúc 19

2.4.1 Xây dựng mô hình đứt gãy 20

2.4.2 Kiểm tra mô hình đứt gãy 21

2.4.3 Xây dựng mô hình các lớp 21

2.4.4 Kiểm tra mô hình các lớp 21

2.4.5 Xây dựng mô hình ô lưới 21

2.4.6 Kiểm tra mô hình ô lưới 22

2.4.7 Thô hóa dữ liệu lên ô lưới 22

Xây dựng mô hình thuộc tính vỉa 23

2.5.1 Xây dựng mô hình tướng 24

2.5.1.1 Phương pháp xác định (Deterministic) 24

2.5.1.2 Phương pháp địa thống kê ngẫu nhiên (Stochastic) 25

2.5.1.3 Các vần đề khác 45

2.5.2 Xây dựng mô hình độ rỗng (Porosity modeling) 47

2.5.3 Xây dựng mô hình độ thấm (Permeability modeling) 48

2.5.4 Xây dựng mô hình độ bão hòa nước (Water saturation modeling) 49

2.5.5 Xây dựng mô hình Net-To-Gross (NTG modeling) 51

Tính toán trữ lượng 52

Đánh giá yếu tố không chắc chắn (Uncertainty analysis) 54

CHƯƠNG 3 CẬP NHẬT MÔ HÌNH ĐỊA CHẤT 3D CÁC VỈA CHỨA DẦU TRONG LÁT CẮT TRẦM TÍCH MIOXEN THUỘC MỎ CT 55

Giới thiệu tổng quan về bồn trũng Cửu Long 55

3.1.1 Vị trí địa lý 55

3.1.2 Địa tầng tổng hợp bồn trũng Cửu Long 56

Khái quát đặc điểm địa chất Lô 09-3/12 57

3.2.1 Đặc điểm cấu trúc 57

3.2.2 Các thành tạo địa chất 59

3.2.3 Đặc điểm hệ thống dầu khí 62

Giới thiệu về mỏ CT 64

3.3.1 Vị trí địa lý 64

3.3.2 Quá trình phát hiện mỏ 64

Mô hình địa chất 3D mỏ CT 66

3.4.1 Thu thập và phân tích dữ liệu 67

3.4.1.1 Tài liệu địa chấn, minh giải 67

3.4.1.2 Tài liệu địa vật lý giếng khoan 68

3.4.1.3 Kết quả phân tích mẫu lõi 69

3.4.1.4 Các tài liệu khác 70

3.4.2 Xây dựng mô hình cấu trúc 72

3.4.2.1 Phương pháp “Corner Point Gridding” 72

3.4.2.2 Phương pháp “Structural Framework” 77

3.4.2.3 So sánh kết quả mô hình từ 2 phương pháp “Corner Point Gridding” và “Structural Framework” 82

3.4.2.4 So sánh kết quả mô hình cấu trúc cập nhật so với các đề tài [1] và [2] 84

3.4.3 Xây dựng các mô hình tướng vỉa chứa Mioxen hạ 84

3.4.3.1 Mô hình tướng môi trường trầm tích 84

3.4.3.2 Mô hình tướng thạch học (đá chứa / không chứa) 87

3.4.3.3 Kiểm tra chất lượng mô hình tướng vỉa chứa Mioxen hạ 90

3.4.3.4 So sánh kết quả mô hình tướng vỉa chứa cập nhật so với đề tài [1] và [2] 90

3.4.4 Xây dựng mô hình thuộc tính 91

3.4.4.1 Mô hình phân bố độ rỗng hiệu dụng 91

3.4.4.2 Mô hình hệ số chuyển đổi Bo cho vùng trữ lượng 2P 92

3.4.4.3 Mô hình phân bố Net to Gross (N/G) 93

3.4.4.4 Mô hình độ thấm và mô hình độ bão hòa nước 94

3.4.4.5 Xác định ranh giới dầu nước (OWC) 97

3.4.4.6 Đánh giá mức độ tin cậy của các mô hình thuộc tính 98

3.4.5 Tính toán trữ lượng dầu khí tại chỗ (mức 2P) và phân tích độ nhạy 99

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 102

TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 104

PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG HỌC VIÊN 105

DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 2.1 Một mô hình tích hợp mỏ là sự tổng hợp nhiều nguồn dữ liệu khác nhau để mô tả đặc trưng mỏ [1] 15

Hình 2.2 Dữ liệu giếng khoan cung cấp thông tin định lượng về xu hương của mỏ theo phương dọc và phương ngang Đường tổng hợp phân bố tỷ lệ tướng theo phương ngang và phương dọc thống kê từ dữ liệu giếng khoan [1] 17

Hình 2.3 Biểu đồ xác suất tướng được thiết lập giữa tướng và thuộc tính địa chấn [1] 18

Hình 2.4 Khớp mô hình variogram với các tập điểm khảo sát [1] 18

Hình 2.5 Mô hình thực nghiệm variogram và tính dị hướng của mỏ [1] 19

Hình 2.6 Sơ đồ các bước xây dựng mô hình ô lưới ba chiều [2] 19

Hình 2.7 Ảnh hưởng của đứt gãy đến mô hình ô lưới ba chiều [2] 20

Hình 2.8 Mô hình đứt gãy 20

Hình 2.9 Mô hình ô lưới ba chiều [2] 22

Hình 2.10 Trung bình hóa giá trị liên tục và rời rạc vào ô lưới ba chiều tại giếng khoan [2] 23

Hình 2.11 Mô hình độ rỗng theo hai phương pháp deterministic và stochastic [1] 27

Hình 2.12 Mô hình Variogram thực nghiệm [3] 28

Hình 2.13 Các dạng variogram điển hình [3] 30

Hình 2.14 Mô hình Nested Variogram thực nghiệm [3] 31

Hình 2.15 Mô hình ellipsoid variogram [3] 32

Hình 2.16 Mô hình hệ sông theo phương pháp pixel-based và object-based [3] 35

Hình 2.17 Các bước cơ bản trong thuật toán SGS (Deustch, C.V., Journel, 1992) 39

Hình 2.18 Mô hình tướng ven bờ theo các lát cắt dọc và ngang [3] 40

Hình 2.19 Mô tả quy luật rời rạc trường liên tục Gaussian thành các tướng [3] 41

Hình 2.20 Mô hình tướng theo phương pháp TGS [3] 42

Hình 2.21 Định nghĩa ranh giới tướng [3] 42

Hình 2.22 Định nghĩa hướng trầm tích và góc chồng chập giữa các tướng [3] 43

Hình 2.23 Mức độ đan xen giữa các tướng được variogram kiểm soát [3] 43

Hình 2.24 Dữ liệu đầu vào và quy trình mô phỏng tướng bằng phương pháp object-based [3] 45

Hình 2.25 Sử dụng dữ liệu một chiều là tỷ phần tướng dọc để kiểm soát quy luật phân bố tướng theo chiều thẳng đứng [3] 46

Hình 2.26 Sử dụng bản đồ xu hướng phân bố tướng hai chiều để kiểm soát tướng theo diện ngang [3] 46

Hình 2.27 Mô hình độ rỗng trên nền của tướng trầm tích [3] 47

Hình 2.28 Một dạng quan hệ rỗng thấm từ mẫu lõi [1] 48

Hình 2.29 Lát cắt dọc của mô hình độ thấm với giá trị theo thước tỷ lệ logarithm [3] 49

Hình 2.30 Độ bão hòa nước theo áp lực mao dẫn [3] 50

Hình 2.31 Độ bão hòa nước cho hai loại tướng theo hàm J [3] 50

Hình 2.32 Sơ đồ phân cấp trữ lượng mỏ (Theo SPE) 53

Hình 2.33 Sơ đồ đánh giá bất giá bất định mô hình địa chất có xem xét đến nhiều kịch bản (scenarios) và nhiều vòng lặp (realizations) [4] 55

Hình 3.1 Sơ đồ vị trí lô 09-3/12 và mỏ CT ở bồn trũng Cửu Long [1] 56

Hình 3.2 Cột địa tầng tổng hợp khu vực mỏ Bạch Hổ (tây nam bồn trũng Cửu Long) [1] 57

Hình 3.3 Các đới cấu trúc chính lô 09-3/12 [1] 58

Hình 3.4 Mặt cắt phục hồi địa chất qua cấu tạo Sói và khu vực mỏ CT [1] 59

Hình 3.5 Cột địa tầng tổng hợp lô 09-3/12 [1] 62

Hình 3.6 Mặt cắt địa chấn Inline 3632 68

Hình 3.7 Mặt cắt địa chấn Crossline 3552 68

Hình 3.8 Tài liệu địa vật lý giếng khoan và kết quả minh giải 69

Hình 3.9 Mẫu lõi lấy tại giếng khoan CT-4X [1] 70

Hình 3.10 Kết quả phân tích cổ sinh địa tầng tại 2 giếng khoan CT-2X và CT-4X [1] 71

Hình 3.11 Tài liệu nghịch đảo địa chấn 71

Hình 3.12 Dữ liệu đầu vào và kết quả xây dựng mô hình đứt gãy bằng phương pháp Corner Point Gridding 74

Hình 3.13 Kết quả xây dựng Pillar grid trên cửa sổ 2D và 3D 74

Hình 3.14 Mặt cắt qua giếng khoan CT-106 thể hiện sự phân đới cho từng tầng sản phẩm 75

Hình 3.15 Thuật toán chia lớp, số lớp chia cho từng đới và kết quả sau khi chạy

Layering 76

Hình 3.16 Thuộc tính Bulk Volumne kiểm tra chất lượng mô hình cấu trúc 3D xây dựng bằng phương pháp Corner Point Gridding 77

Hình 3.17 Dữ liệu đầu vào và kết quả mô hình đứt gãy xây dựng bằng phương pháp Structural Framework 79

Hình 3.18 Kết quả xây dựng mô hình các tầng 79

Hình 3.19 Mặt cắt qua 2 giếng khoan CT-2X và CT-5X thể hiện các tầng sản phẩm

80

Hình 3.20 Kết quả mô hình sau khi chạy Structural gridding 80

Hình 3.21 Thuật toán chia lớp, số lớp chia cho từng đới và kết quả sau khi chạy Structural gridding 81

Hình 3.22 Thuộc tính Bulk Voulumne kiểm tra chất lượng mô hình cấu trúc 3D xây dựng bằng phương pháp Structural Framework 81

Hình 3.23 Trường hợp có thể xảy ra với lưới trước / sau khi thực hiện Make horizon [5] 82

Hình 3.24 Ô có thể tích âm xảy ra khi xây dựng mô hình đứt gãy chân chim [5] 82

Hình 3.25 Ý tưởng lý thuyết của một lưới “stair – step” đứt gãy nghịch Tất cả các thanh trụ đều phương thẳng đứng [6] 83

Hình 3.26 Mặt cắt qua một lưới “stair – step” phức tạp với các đứt gãy liền kề nhau [6] 83

Hình 3.27 Quy trình xây dựng tướng môi trường trầm tích 3D 86

Hình 3.28 Kết quả thống kê của Reynold và cho môi trường chuyển tiếp [4] 87

Hình 3.29 Phân tích varigram trong mô phỏng tướng 88

Hình 3.30 Quy trình xây dựng bản đồ xu hướng đá chứa dựa trên kết quả thuộc tính

địa chấn, bản đồ môi trường khu vực và số liệu giếng khoan [4] 89

Hình 3.31 Kết quả mô phỏng phân bố đá chứa / không chứa tầng Mioxen hạ 89

Hình 3.32 Kiểm tra chất lượng mô hình tướng vỉa chứa Mioxen hạ so với tài liệu minh giải địa vật lý 90

Hình 3.33 Histogram so sánh tỷ phần thạch học đá chứa / không chứa của đề tài [1]

90

Hình 3.34 Histogram so sánh tỷ phần thạch học đá chứa / không chứa của đề tài [2]

91

Hình 3.35 Histogram so sánh tỷ phần thạch học đá chứa / không chứa sau khi cập nhật 91

Hình 3.36 Kết quả mô phỏng độ rỗng cho tầng Mioxen hạ mỏ CT 92

Hình 3.37 Các bước xây dựng mô hình Bo 93

Hình 3.38 Kết quả xây dựng mô hình Bo trong vùng trữ lượng 2P 93

Hình 3.39 Kết quả mô phỏng N/G cho tầng Mioxen hạ mỏ CT 94

Hình 3.40 Quan hệ giữa độ bão hòa nước và áp suất mao dẫn tập Mioxen hạ 95

Hình 3.41 Quan hệ độ bão hòa nước dư và độ thấm tập Mioxen hạ 95

Hình 3.42 Quan hệ rỗng thấm tập Mioxen hạ 96

Hình 3.43 Kết quả mô phỏng độ bão hòa nước 96

Hình 3.44 Kết quả mô hình độ thấm dựa trên mối quan hệ với độ rỗng tập Mioxen hạ 97

Hình 3.45 Mặt cắt thân dầu qua giếng khoan CT-5X, CT-106, CT-3X và CT-4X, tầng Mioxen hạ [7] 97

Hình 3.46 Kiểm tra chất lượng mô hình độ rỗng so với dữ liệu đầu vào 98Hình 3.47 Kiểm tra chất lượng mô hình N/G so với dữ liệu đầu vào 98Hình 3.48 So sánh độ bão hòa nước mô phỏng theo phương pháp Brook-Corey với theo tài liệu ĐVLGK tập Mioxen hạ 99Hình 3.49 Kết quả phân tích độ nhạy trữ lượng trầm tích Mioxen hạ 100Hình 3.50 Mô hình phân bố trữ lượng trong vùng trữ lượng 2P 101

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 2-1 So sánh phương pháp mô hình tướng deterministic và stochastic [1] 25Bảng 3-1 Kết quả xác định áp suất mao dẫn từ mẫu lõi của 2 giếng khoan CT-2X và CT-4X [1] 70Bảng 3-2 So sánh số lượng đứt gãy sử dụng trong mô hình cấu trúc 3D giữa các đề tài 84Bảng 3-3 Tham số variogram sử dụng cho mô phỏng tướng tầng Mioxen hạ 88Bảng 3-4 Kết quả trữ lượng của từng vỉa sản phẩm 101

MỞ ĐẦU

i Khái niệm mô hình hóa trong thăm dò - khai thác dầu khí

Mô hình hóa địa chất nói chung, vỉa chứa dầu khí nói riêng với mô hình thành phần chủ yếu gồm mô hình cấu trúc, mô hình tướng, mô hình thuộc tính được thiết lập một cách hài hòa hợp nhất Điểm quan trọng của mô hình 3D cho phép dự báo đặc trưng phân bố của cấu tạo triển vọng, vỉa chứa tiềm năng, đánh giá quy mô trữ lượng dầu khí tại chỗ, làm tiền đề cho phát triển mô hình thủy động lực sau này

ii Sự cần thiết mô hình hoá địa chất

Cho đến nay, mô hình bồn trũng và hệ thống dầu khí đã mở sang trang mới, trong quá khứ việc xây dựng mô hình địa chất 3D là lĩnh vực của chuyên gia địa chất đòi hỏi điều kiện làm việc với phần cứng và phần mềm cồng kềnh Tính khả thi của việc phát triển

mô hình 2D, 3D trên máy tính cá nhân cho phép nhiều nhà nghiên cứu địa chất được trải nghiệm trong công việc này Lợi ích của mô hình địa chất là cho phép người làm công tác thăm dò kết hợp kết quả của mô hình vào chu trình nghiên cứu khoa học địa chất Thay vì chỉ có thể chạy mô hình một lần trước khi tìm ra một phát hiện dầu khí, giờ đây

mô hình có thể dễ dàng được cập nhật với thông tin bổ sung về cấu tạo, chất lưu vỉa, cho phép sử dụng như công cụ mô hình linh hoạt nhiều kịch bản, phục vụ phát triển trong suốt cuộc đời của mỏ

Việc mô hình hóa sự kiện quá khứ để dự báo hiện tại là công cụ mạnh, hữu hiệu trong chuyên ngành công nghiệp dầu khí Mặc dù mô hình địa chất không dự báo mọi tích tụ dầu khí nhưng được thiết kế cho phép trợ giúp các công ty dầu khí nâng cao hiệu suất tìm kiếm và giảm thiểu chi phí khoan thăm dò trong tương lai

Mô hình hóa các vỉa dầu khí trong lát cắt trầm tích Mioxen đã được nhiều công ty dầu khí cũng như các viện nghiên cứu xây dựng Ví dụ như mô hình địa chất tầng Mioxen dưới cho toàn bộ Lô 09-1, bồn trũng Cửu Long do Viện Nghiên cứu khoa học và Thiết

kế công trình biển, Liên doanh Việt-Nga VietsovPetro thực hiện; mô hình vỉa chứa dầu khí tầng Mioxen dưới mỏ Cá Tầm, Lô 09-3/12 do Viện VPI thực hiện; mô hình tướng

trầm tích tầng chứa Mioxen dưới mỏ Sói Trắng, Lô 16-1 do công ty Cửu Long JOC thực hiện…

Việc cập nhật mô hình địa chất (mô hình cấu trúc, mô hình phân bố thuộc tính địa chất…) cũng như mô hình thủy động (mô hình dòng chảy, mô hình áp suất vỉa…), nhằm phục vụ cho công tác dự báo sản lượng, năng lượng vỉa cũng như định hướng phát triển

mỏ dài hạn cần phải thực hiện liên tục định kỳ theo tình hình thực tế khu vực nghiên cứu

iii Tính cấp thiết của đề tài

Dựa trên kết quả khoan, thử vỉa, khảo sát PLT các giếng thăm dò – thẩm lượng, khai thác kết hợp với việc chính xác hóa cấu trúc tầng chứa sản phẩm, các tham số của các vỉa chứa, kết quả minh giải tài liệu địa vật lý giếng khoan, phân tích mẫu lõi và chất lưu vỉa sau khi khoan các giếng thăm dò thẩm lượng CT-6X; các giếng khai thác CT-101, CT-104, CT-106, CT-105 và CT-102 Đồng thời cần cập nhật mô hình địa chất, mô hình các thuộc tính địa vật lý và tính toán trữ lượng tiềm năng mỏ CT

Do đó, nhận thấy tầm quan trọng, tính cấp thiết của việc cập nhật mô hình địa chất 3D,

học viện đã chọn đề tài luận văn: “Cập nhật mô hình địa chất 3D các vỉa chứa dầu

trong lát cắt trầm tích Mioxen, mỏ CT” để hoàn thành chương trình học tập, nghiên

cứu bậc cao học

iv Mục tiêu đề tài

Mô phỏng sự phân bố các yếu tố về địa chất, cấu trúc, địa vật lý trong không gian 3 chiều cũng như mối tương quan giữa chúng

Xây dựng mô hình cấu trúc bằng phương pháp khác so với các đề tài đã có về mỏ CT

So sánh kết quả mô hình cập nhật với các kết quả trong các đề tài trước đây

Tính toán trữ lượng và phân tích độ nhạy mỏ CT dựa trên kết quả mô hình cập nhật

v Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: tập trầm tích Mioxen dưới thuộc mỏ CT

Phạm vi nghiên cứu: khu vực trung tâm Lô 09-3/12

vi Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học:chính xác hóa mô hình địa chất 3D của trầm tích Mioxen dưới thuộc

mỏ CT, lô 09-3/12

Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả góp phần làm cơ sở phát triển, khai thác và quản lý mỏ CT

lâu dài hiệu quả, làm cơ sở dữ liệu định hướng công tác thăm dò, tìm kiếm dầu khí sau

này

vii Những điểm mới của luận văn

Đối sánh, lựa chọn tính ưu việt quan trọng giữa 2 phương pháp xây dựng mô hình cấu

trúc có trong phần mềm Petrel version 2016 là Corner Point Gridding và Structural

Framework

Thiết lập quy trình xây dựng mô hình địa chất hoàn chỉnh cho vỉa chứa dầu trong tập

trầm tích Mioxen

Luận văn giới thiệu cơ sở lý thuyết các phương pháp xây dựng và mô hình hoá những

thuộc tính vỉa chứa dầu (môi trường trầm tích, đá chứa / không chứa, độ rỗng hiệu dụng,

độ thấm…) trên bộ dữ liệu trong điều kiện của một mỏ cụ thể (mỏ CT) Từ đó đánh giá

trữ lượng dầu tại chỗ mức 2P và phân tích độ nhạy

viii Thời gian thực hiện đề tài

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

Cho đến nay có rất nhiều nghiên cứu về các phương pháp xây dựng mô hình địa chất sử dụng các thuật toán địa thống kê ngẫu nhiên (stochastic modeling), một vài nghiên cứu liên quan có thể đề cập như:

1.1 Công trình nghiên cứu quốc tế

Có rất nhiều công trình về mô hình địa chất được xuất bản trên nhiều tạp chí chuyên ngành (AAPG, SPE…) điển hình như:

O.Falivene, L Cabrera Statistical grid-based facies reconstruction and

modelling for sedimentary bodies Alluvial-palustrine and turbitutic

examples Geologica Acta, Vol.5, N 0 3, 2007, 199-230

Trong công trình này O.Falivene và L Cabrera đã phân loại, khái quát và minh họa các phương pháp khôi phục phân bố tướng (FRM-Facies Reconstruction Method) hay còn gọi là phương pháp mô hình tướng (Facies modeling) Các phương pháp xây dựng mô hình được giới thiệu bao gồm phương pháp xác định (deterministics) và phương pháp địa thống kê ngẫu nhiên (stochastics) Tác giả đã ứng dụng các phương pháp khôi phục phân bố tướng để mô hình các đối tượng là trầm tích sông và trầm tích khối trượt trọng lực cho mục đích nghiên cứu trong bài viết này

Từ kết quả đạt được tác giả nhấn mạnh khả năng ứng dụng của mỗi phương pháp ứng với điều kiện và mục đích của việc xây dựng mô hình Đối với phương pháp deterministic, sẽ phù hợp trong giai đoạn thăm dò khi mà chưa có nhiều dữ liệu, kết quả deterministic không tốn nhiều thời gian, cho cái nhìn sơ bộ về mỏ Phương pháp deterministic cũng phù hợp trong trường hợp mỏ có đầy đủ dữ liệu và rất chắc chắn Đối với phương pháp địa thống kê ngẫu nhiên (stochastic) thì phù hợp trong giai đoạn phát triển mỏ khi mà có quá nhiều dữ liệu không chắc chắn do đó cần nhiều kịch bản (scenarios) để dự đoán khả năng mà phân bố tướng có thể xảy ra

Claudio N Larriestra and Hugo Gomez Multiple-Point Simulation Applied to

Uncertainty Analysis of Reservoirs Related to High Sinuosity Fluvial Systems: Mina El Carmen Formation, San Jorge Gulf Basin, Argentina

Presentation at AAPG International Conference and Exhibition, Rio de Janeiro,

Brazil, November 15-18, 2009

Bài báo trình bày ứng dụng một vài phương pháp địa thống kê ngẫu nhiên (stochastic) khác nhau để so sánh kết quả cho trầm tích có tuổi Cretaceous muộn, hệ tầng Mina El Carmen, mỏ Diadema, bồn trũng San Jorge, Argentina Mỏ Diadema có môi trường lắng đọng trầm tích hệ sông uốn khúc biến đổi cả về bề dày lẫn bề rộng và mức độ uốn khúc của sông tương đối cao Tác giả đã so sánh hơn 30 kết quả (realizations) sử dụng thuật toán Sequential Gaussian Simulation, Sequential Indicator Simulation, Object-Based và Multiple-point Sequential simulations (MPS) trên cùng một tập dữ liệu đầu vào

Phương pháp MPS yêu cầu xây dựng tập ảnh luyện (training image) để tái hiện phân bố tướng trong không gian ba chiều Tập ảnh này được xây dựng từ ảnh vệ tinh và chuyển đổi sang dự liệu số và văn tự (ASCII) để nhập vào phần mềm Sgems Mô hình xây dựng bằng phương pháp MPS cho kết quả thể hiện được hệ sông có độ uốn khúc lớn, bề rộng thay đổi, hướng thay đổi Trong khi đó hình dạng của hệ sông uốn khúc không thể thực hiện được trên các thuật toán Sequential Gaussian Simulation, Sequential Indicator Simulation, Object-Based Kết quả từ giếng khoan thẩm định cho thấy dự đoán từ phương pháp MPS là tốt nhất Tác giả kết luận phương pháp MPS là phương pháp phù hợp nhất để dự đoán của hệ sông có độ uốn khúc cao với bề rộng trung bình của sông nhỏ hơn 300m như thành hệ sông Mina El Carmen

Prasenjit Roy and Sebastien Strebelle Capturing Depositional Processes Using

MPS Simulation with Multiple Training Images Presentation AAPG

Convention, San Antonio, TX, April 20-23, 2008

Prasenjit Roy và Sebastien Strebelle đã ứng dụng phương pháp thống kê đa điểm (Multiple-Point Statistics simulation) để thể hiện lại những hình dạng tướng trầm tích phức tạp như lạch uốn khúc mà kỹ thuật sử dụng variogram thông thường không làm được Trong phương pháp MPS việc đầu tiên là lấy mẫu tướng từ tập ảnh số ba chiều (3D training image) để diễn tả thành phần địa chất muốn tái dựng lại trong nghiên cứu

mỏ này và sau đó tái tạo dạng hình ảnh tương tự có ràng buộc với dữ liệu giếng khoan

và địa chấn trên ô mạng ba chiều

Tuy nhiên, mỏ dầu khí thường được đặc trưng bởi nhiều quá trình lắng đọng trầm tích, tạo nên sự biến đổi của nhiều tướng với nhiều hình thái kiến trúc khác nhau Ví dụ như lạch thung lũng đào khét (slope valley channels) phát triển khi đi xa bờ tới thềm đại dương sẽ tạo thành thùy (lobes) Để xây dựng được sự biến đối tướng theo không gian, Prasenjit Roy và Sebastien Strebelle đã sử dụng nhiều tập ảnh thể hiện các quá trình trầm tích khác nhau Bài viết này cũng trình bày cách thức ràng buộc quá trình mô hình theo các dữ liệu như bản đồ và đường cong xác suất phân bố tướng cũng như các bản

đồ thể hiện phương của các tướng, điều này sẽ giúp quá trình xây dựng mô hình tướng bằng phương pháp này chính xác hơn, thể hiện tính bất đồng nhất của địa chất hơn

Xây dựng mô hình 3D các tầng chứa dầu chính và phân bố thuộc tính dựa trên tài liệu

xu thế 2D và bản đồ các tầng sản phẩm chính Thuật toán Truncated Gaussian Simulation (TGS) được sử dụng để xây dựng mô hình Dữ liệu nghiên cứu áp suất mao dẫn trên mẫu lõi lấy tại giếng khoan CT-2X và CT-4X được dùng để xây dựng các hàm J (J-funtion) Độ sâu xác định Free Water Level (FWL) phù hợp để xây dựng mô hình 3D độ bão hoà nước Xây dựng mô hình ranh giới dầu nước và bản đồ phân bố Net

sand/Gross sand cho các tầng sản phẩm Phương pháp thể tích được sử dụng để tính toán trữ lượng dầu tại chỗ cho lát cắt trầm tích Mioxen, mỏ CT

1.2 Công trình nghiên cứu trong nước

Một số luận văn đại học và thạc sĩ tại khoa kỹ thuật địa chất và dầu khí đã đề cập đến xây dựng mô hình địa chất như ứng dụng phương pháp SIS, SGS, MPS trong mô hình địa chất mỏ cho đối tượng trầm tích vụn và đá móng nứt nẻ chứa dầu Có thể đề cập một

số vấn đề như sau:

Nguyễn Trí Minh Châu Xây dựng mô hình tướng cho tầng móng nứt nẻ mỏ

Nguyễn Xuân Thọ Ứng dụng phương pháp thống kê đa điểm cho mô hình

tướng đá tầng chứa Oligoxen, mỏ Sói Trắng, lô 16-1, bồn trũng Cửu Long

LV ThS, 2011

Nội dung chính của công trình đề cập đến một phương pháp xây dựng mô hình tướng khá mới là phương pháp thống kê đa điểm (MSP) Trước khi đi vào phần chính của đề tài tác giả đã trình bày khái niệm mô hình hóa tướng đá và đề cập đến các phương pháp minh giải tướng đá như phương pháp địa chất-địa vật lý, địa chấn, mô tả mẫu lõi, ảnh giếng khoan, cổ sinh và trầm tích hiện đại cũng như lý thuyết về mô hình tướng bằng các phương pháp địa thống kê như stochastic và deterministic

Đối tượng khảo sát là tầng cát kết Oligoxen mỏ Sói Trắng bồn trũng Cửu Long, có môi trường trầm tích châu thổ sông với các thành phần tướng là lạch sông, đê bờ, bãi cát vỡ

đê, bùn nhập lụt và cồn cát giữa sông Cũng giống như các phương pháp khác, MPS cũng yêu cầu thu thập, phân tích và xây dựng mô hình cấu trúc trước khi mô hình tướng Tác giả đã trình bày quy trình xử lý số liệu và chạy mô hình thông qua dữ liệu giếng khoan, training image, dữ liệu xu hướng theo khu vực, góc quay và tỷ lệ quy đổi từ training image sang mô hình thực tế cho nhiều trường hợp khác nhau mà giả thuyết có thể xảy ra Kết quả mô hình cho thấy việc sử dụng phương pháp thống kê đa điểm thể hiện bức tranh địa chất khá rõ nét, cho phép khống chế kết quả mô hình rất tốt so với phương pháp truyền thống

Quách Thu Vũ Khảo sát các phương pháp xây dựng mô hình tướng cho tầng

chứa Oligoxen hạ, mỏ X, bồn trũng Cửu Long LV ThS, 2011

Công trình tập trung trình bày các khái niệm, mục đích và cách thực hiện từng bước trong quy trình xây dựng mô hình trầm tích So sánh sự khác biệt giữa các phương pháp

mô hình tướng mà tác giả khảo sát

Đối tượng khảo sát là tầng cát kết Oligoxen hạ mỏ X được hình thành trong môi trường sông châu thổ, trầm tích theo hướng Tây Tây Bắc – Đông Đông Nam, bề dày vỉa tương đối ổn định, ít chịu ảnh hưởng của hoạt động kiến tạo, hầu hết các đứt gãy là sau trầm tích Phương pháp mô hình tướng trầm tích hợp lý cho tầng cát kết Oligoxen hạ mỏ X

là phương pháp object-based, phương pháp thống kê đa điểm cũng khá phù hợp với vỉa

A Kết quả mô hình tướng trầm tích là một bức tranh tổng thể phân bố tướng trầm tích của hệ sông uốn khúc có mức độ uốn khúc trung bình và hướng dòng theo phương Tây Tây Bắc – Đông Đông Nam ra biển hoặc hồ lớn khá phù hợp với ý tưởng xây dựng mô hình tướng từ luận giải môi trường lắng động trầm tích, đó là một minh chứng cụ thể cho tính thực tiễn của phương pháp Do hạn chế về thời gian nên đề tài chỉ dừng lại ở một vài phép so sánh định tính và một phần định lượng do không có dữ liệu thuộc tính địa chấn làm đầu vào cho mô hình tướng và các bước tiếp theo của mô hình địa chất nhưng mô hình các thông số vỉa vẫn chưa xem xét đến để đánh giá mức độ tin tưởng của mô hình tướng

VPI Xây dựng mô hình địa chất 3D và mô hình thủy động lực vỉa chứa dầu

trong lát cát trầm tích Mioxen và Oligoxen thuộc mỏ CT sau khi khoan

CT-2X, CT-3X và CT-4X PetroVietnam, 2017

Đề tài do Viện Dầu khí Việt Nam (VPI) thực hiện năm 2017 với một số kết quả như sau: Xây dựng hoàn thiện mô hình cấu trúc 3D bằng phương pháp Corner Point Gridding của phần mềm Petrel Đề tài xác định các tập trầm tích trong Mioxen hạ khu vực mỏ CT được lắng đọng trong môi trường cửa sông có ảnh hưởng mạnh bởi thủy triều, chuyển tiếp từ đồng bằng ven biển (fluvial coastal plain) đến biển nông ven bờ (shallow marine) Hướng cung cấp vật liệu trầm tích được dự báo theo hướng từ Đông Nam sang Tây Bắc Phương pháp mô phỏng thống kê Sequence Indicator Simulation (SIS) được lựa chọn để mô phỏng phấn bố đá chứa cho tập Mioxen hạ ở mỏ CT Độ rỗng của đá chứa (reservoir) được mô phỏng bẳng thuật toán SGS (sequential gausian simulation) với tần suất phân bố độ rỗng (histogram) được thống kê theo tài liệu giếng khoan Mô hình bão hòa nước (Sw) được xây dựng theo phương pháp Brook- Corey, quan hệ rỗng thấm được xây dựng theo từng khoảng bão hòa nước dư theo công thức Timur: K = f (Swir, PHIE) tính từ tài liệu phân tích mẫu Trữ lượng dầu khí tại chỗ mỏ CT theo mô hình địa chất 3D được tính theo công thức thể tích

VPI Cập nhật mô hình địa chất 3D mỏ CT Trung tâm sau khi khoan

CT-5X, Lô 09-3/12 PetroVietnam, 2018

Đề tài do Viện Dầu khí Việt Nam (VPI) thực hiện năm 2018 với một số kết quả chính như sau:

Cập nhật mô hình cấu trúc 3D bổ sung thêm tài liệu giếng khoan CT-5X bằng phương pháp Corner Point Gridding trong phần mềm Petrel Ý tưởng môi trường trầm tích của các tập trầm tích trong Mioxen hạ khu vực mỏ CT không có gì thay đổi so với đề tài [1] Đó là môi trường cửa sông có ảnh hưởng mạnh bởi thủy triều, chuyển tiếp từ đồng bằng ven biển (fluvial coastal plain) đến biển nông ven bờ (shallow marine) Hướng cung cấp vật liệu trầm tích được dự báo theo hướng từ Đông Nam sang Tây Bắc

Các phương pháp sử dụng mô phỏng thuộc tính vỉa chứa (mô phỏng phấn bố đá chứa, phân bố độ rỗng, độ bão hoà nước…) cũng được kế thừa từ đề tài [1] Trữ lượng dầu khí tại chỗ mỏ CT theo mô hình địa chất 3D được tính theo công thức thể tích

Trên cơ sở đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu liên quan đến việc xây dựng mô hình địa chất trầm tích Mioxen dưới, tuy đã đóng góp nhiều cho việc định hướng cách tiếp cận, lựa chọn phương pháp nhưng với đặc thù môi trường hình thành, vị trí phân

bố, mức độ nghiên cứu, đến thời điểm hiện tại mô hình địa chất vỉa chứa trong lát cắt trầm tích Mioxen hạ mỏ CT vẫn ẩn chứa nhiều yếu tố không chắc chắn, chưa thể thuần túy áp dụng Do đó, cần chính xác hóa cũng như tăng độ tin cậy của mô hình cả về mặt

thực tiễn và khoa học, tác giả chọn đề tài "Cập nhật mô hình địa chất 3D các vỉa chứa

dầu trong lát cắt trầm tích Mioxen, mỏ CT" làm luận văn để hoàn thành chương trình

học tập, nghiên cứu

Chương này trình bày các khái niệm về mô hình, mô hình địa chất và đặc biệt tác giả đã thiết lập quy trình thực hiện một mô hình địa chất cho trầm tích vụn Trong công nghiệp dầu khí, một mô hình địa chất ba chiều đóng một vai trò quan trọng trong giai đoạn thẩm định, phát triển và khai thác mỏ vì mô hình địa chất cho phép tích hợp tất cả các số liệu từ địa chấn, địa chất, vật lý vỉa, công nghệ mỏ để thể hiện sự hiểu biết về đặc trưng địa chất mỏ giúp trả lời một số câu hỏi về địa chất kiến trúc của mỏ, phân bố các đặc trưng

địa chất tầng chứa như phân bố thân cát, phân bố độ rỗng, độ thấm, thân dầu trong vỉa, ước lượng trữ lượng tại chỗ một cách chính xác hơn, trực quan hơn thông qua kết quả

là các bảng số liệu thống kê, hình ảnh ba chiều Kết quả của mô hình giúp nhà địa chất đưa ra quyết định về kế hoạch phát triển mỏ, đánh giá hiệu quả kinh tế mỏ

Các khái niệm chung về mô hình địa chất

Mô hình (model) dùng để diễn tả những ý tưởng của người làm mô hình muốn thể hiện cho người khác biết thông qua hình ảnh hai hoặc ba chiều một cách định lượng hay định tính kèm theo những bảng biểu, con số

Xây dựng mô hình địa chất là khoa học ứng dụng để tạo ra hình ảnh đại diện cho hình ảnh địa chất của phần vỏ trái đất bằng chương trình máy tính, đặc biệt nhằm phục vụ cho công tác tìm kiếm, thăm dò, khai thác và quản lý tài nguyên dầu khí và nước dưới đất Trong công nghiệp dầu khí, mô hình vỉa bao gồm việc xây dựng mô hình tính toán cho vỉa dầu khí cho mục đích ước lượng trữ lượng và đưa ra quyết định để phát triển

mỏ Mô hình vỉa dùng để thể hiện thông số vật lý theo không gian của vỉa bởi một chuỗi

ô rời rạc cấu thành khung cấu trúc vỉa dưới dạng ô vuông hay ô tam giác Chuỗi ô này thường là ba chiều, đôi khi một chiều và hai chiều vẫn được sử dụng Các thuộc tính được tính toán ở đây là tướng, độ rỗng, độ thấm, độ bão hòa nước Trong dầu khí mô hình vỉa được phân làm hai loại:

✓ Mô hình địa chất được tạo ra bởi các nhà khoa học địa chất để mô tả đặc trưng

tĩnh của vỉa trước khi khai thác hay còn gọi là mô hình tĩnh (static model)

✓ Mô phỏng khai thác được tạo ra bởi kỹ sư công nghệ mỏ và sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn để mô phỏng vận động của chất lưu (dầu, khí và nước) trong

vỉa theo thời gian khai thác hay còn gọi là mô hình động (dynamic

model/reservoir simulation)

Tóm lại, mục đích mô hình địa chất là diễn tả hình ảnh địa chất về phương diện hình thái kiến trúc, địa tầng trầm tích, đặc trưng địa chất mỏ như thạch học trầm tích, độ rỗng, độ thấm, độ thấm, độ bão hòa nước, dầu khí nước theo cách hiểu biết mà nhà địa chất muốn thể hiện Kết quả của một mô hình địa chất cung cấp các thông tin như trữ lượng

hydrocarbon tại chỗ, mô hình mỏ ba chiều, mặt cắt khai thác, phân tích rủi ro, chiến lược quản lý mỏ

Nội dung tiếp theo của chương này sẽ trình bày các bước xây mô hình địa chất cho trầm tích hạt vụn bao gồm từ việc thu thập, đánh giá, phân tích dữ liệu đầu vào, chi tiết các bước xây dựng mô hình cấu trúc, mô hình thông số thạch học vỉa, tính trữ lượng, thô hóa mô hình địa chất sang mô hình khai thác…

Tổng quan các bước xây dựng một mô hình địa chất

Cho dù mỗi mỏ dầu khí có các đặc trưng khác nhau, các quốc gia và công ty có quy trình thực hiện khác nhau thì quy trình xây dựng mô hình thường phải bao gồm (nhưng không giới hạn) các công việc như sau:

✓ Thiết lập mục tiêu công việc

✓ Trung bình hóa giá trị log vào ô lưới

✓ Mô hình tướng và thông số vỉa

✓ Tính trữ lượng

✓ Đánh giá rủi ro

Các bước trên có thể xem xét lại nếu nhận thấy có sai sót ảnh hưởng đến kết quả mô hình Trong thực tế, trước khi và trong khi xây dựng mô hình địa chất, người xây dựng

mô hình địa chất (geomodeler) phải làm việc trong một nhóm các kỹ sư chuyên về địa chất (geologist), địa chất kiến trúc (structural geologist), trầm tích (sedimentologist), địa vật lý (geophyscists), địa vật lý giếng khoan (petrophysicists), công nghệ mỏ (reservoir engineer) và nhà quản lý để đưa ra mục tiêu, phạm vi và quy trình công việc cần tiến hành (workflow) và đồng thời để nhận được sự hỗ trợ, góp ý trong việc thu thập, phân

tích, thực hiện và đánh giá kết quả nhằm đạt được mục tiêu đã đề ra Phần tiếp theo trình bày chi tiết từng bước xây dựng một mô hình địa chất

Thu thập và phân tích dữ liệu

2.3.1 Kiểm tra dữ liệu đầu vào

Dữ liệu dùng để xây dựng mô hình địa chất có thể đến từ nhiều nguồn khác nhau như:

Dữ liệu địa chấn (các bề mặt minh giải, các đứt gãy minh giải, thuộc tính địa chấn), tầng đánh dấu giếng khoan (well markers), dữ liệu địa vật lý giếng khoan (các đường cong địa vật lý như GR, RHOB, NPHI, DT, CALIPER, LLD, LLS…), các kết quả minh giải log như độ rỗng, độ thấm, độ bão hòa nước, các kết quả phân tích quan hệ rỗng thấm, độ bão hòa nước theo tài liệu địa vật lý giếng khoan hoặc hàm quan hệ với độ rỗng và độ thấm (Hàm dạng J,…), kết quả phân tích thử vỉa và dữ liệu khai thác, kết quả minh giải trầm tích và địa tầng

Các dữ liệu thu thập làm đầu vào cho mô hình cần phải được đánh giá đảm bảo sự nhất quán của chúng Vai trò của các dữ liệu đầu vào được xem xét như sau:

✓ Mục tiêu của mô hình cần phải được xác định ngay từ đầu, điều này sẽ giúp người làm mô hình ước lượng khối lượng công việc, thời gian và sự phối hợp của nhiều bộ phận tham gia vào từng gian đoạn của mô hình Mục tiêu xây dựng mô hình cần được xem như là một ràng buộc không thể thiếu

✓ Dữ liệu mẫu lõi (Core data) cung cấp các thông tin như độ rỗng và độ thấm theo tướng, mẫu lõi sườn (core plug) hoặc toàn khối (whole core) thường rất giới hạn bởi vì số lượng giếng khoan lấy mẫu rất ít Mặc dù dữ liệu mẫu lõi (core data) và địa vật lý giếng khoan (well log) từ giếng khoan ngang có giá trị cho việc đánh giá tính liên tục không gian theo phương ngang nhưng rất tiếc đến nay vẫn chưa được phổ biến

✓ Dữ liệu địa vật lý giếng khoan (well log data) cung cấp thông tin chính xác về xác định ranh giới địa tầng, đứt gãy cũng như các thông số vỉa như loại tướng, độ rỗng, độ thấm

✓ Dữ liệu địa chấn (seismic-derived structural interpretation) như kết quả minh giải cấu trúc các tầng và đứt gãy dùng để xây dựng hình học của vỉa

✓ Thuộc tính địa chấn (seismic-derived attributes) cung cấp thông tin định tính và định lượng về sự biến đổi thạch học, độ rỗng, chỉ định trực tiếp hydrocarbon…

✓ Dữ liệu thử vỉa và dữ liệu khai thác cung cấp thông tin độ thấm khoảng, bề rộng sông, mức độ liên thông và chắn

✓ Kết quả minh giải trầm tích và nhịp địa tầng (sedimentology and sequence stratigraphy) cung cấp thông tin quan trọng trong việc lựa chọn phương pháp mô hình, phân lớp, mức độ liên tục và xu hướng phân bố tướng trong từng phân lớp

✓ Thông tin tương tự từ địa chất khu vực, thực địa và các mỏ gần kề như:

- Vị trí tương đối của mỏ trong tổng thể của điều kiện lắng đọng trầm tích của

bồn trầm tích và vị trí tương đối so với địa tầng khu vực sẽ cung cấp các khái

niệm để xây dựng sơ bộ các bản đồ xu hướng phân bố tướng, lát cắt dọc từ liên kết giếng khoan Ví dụ như bản đồ phân bố tướng thạch học, phương và tâm lắng đọng, các lát cắt mịn dần lên trên hay thô dần lên trên

- Thông tin từ thực địa và kinh nghiệm từ các mỏ tương tự đã có nhiều giếng khoan cũng có thể cung cấp ước lượng mô hình variogram thực nghiệm, kích thước tướng và phân bố của chúng

Ngoài ra, một yếu tố không kém phần quan trọng là người làm mô hình phải có kiến thức về địa chất, hiểu rõ các quá trình và nguyên lý của mô hình hóa vỉa Tổng hợp các

dữ liệu đầu vào cho việc xây dựng mô hình vỉa được minh họa như Hình 2.1 Nội dung phần tiếp theo sẽ giúp người xây dựng mô hình tiếp cận ý tưởng cho việc xây dựng mô hình địa chất

Hình 2.1 Một mô hình tích hợp mỏ là sự tổng hợp nhiều nguồn dữ liệu khác nhau

để mô tả đặc trưng mỏ [1]

2.3.2 Ý tưởng cho việc xây dựng mô hình địa chất

Ý tưởng cho việc xây dựng mô hình địa chất là một bước quan trọng đầu tiên trong xây dựng mô hình Ý tưởng cho mô hình địa chất sẽ giúp ta có cái nhìn tổng quan, phát họa hình ảnh của mỏ nhằm diễn tả ý tưởng mong muốn cho kết quả của mô hình địa chất Ý tưởng này sẽ ảnh hưởng xuyên suốt đến quy trình công việc trong mô hình vỉa chứa như

mô hình tướng, mô hình các thông số vỉa…v.v Thêm vào đó, việc mô tả chính xác mô hình lắng đọng trầm tích sẽ cung cấp cho người làm mô hình địa chất một cách bán định lượng các tham số đầu vào cho mô hình mỏ như loại tướng, hình dạng và kích thước đơn vị tướng, hàm tương quan…v.v

Mô hình trầm tích của vỉa thường được xác định thông qua phân tích mẫu lõi có sẵn, những loại dữ liệu khác như mẫu vụn tại những giếng không có mẫu lõi, minh giải địa vật lý giếng khoan, địa chấn và nghiên cứu thực địa, tương tự địa chất cũng được sử dụng trong quá trình này Phân tích mẫu lõi để phân loại đá chứa theo quan điểm thạch

học và lắng đọng trầm tích Cổ sinh địa tầng, khoáng vật học, hình ảnh độ rỗng và địa hóa sẽ cung cấp thêm thông tin về tuổi của đá, môi trường trầm tích, hình học hệ lỗ rỗng,

sự hiện diện và ảnh hưởng quá trình sau trầm tích… Tất cả các thông tin liên quan ở trên được tổng hợp, phân tích để định nghĩa môi trường trầm tích của vỉa Quá trình xác định môi trường bao gồm các việc xác định đặc điểm lắng đọng trầm tích, môi trường trầm tích (như đồng bằng châu thổ, hệ sông, biển nông, …) cũng như các trào lưu lắng đọng trầm tích (dòng chảy năng lượng cao, thấp, dòng bùn đá hỗn hợp) liên quan đến thành

hệ của vỉa

2.3.3 Phân tích dữ liệu

Trước khi bắt đầu xây dựng mô hình, dữ liệu đầu vào cần phải được phân tích để nhận

ra các xu hướng (trend) của địa chất, đây là một phần căn bản của xây dựng mô hình và làm cơ sở để kiểm chứng kết quả mô hình Phân tích dữ liệu thông qua các kỹ thuật sau: phân tích tỷ phần tướng, các biểu đồ xu hướng từ phân tích dữ liệu tại giếng khoan như tỷ phần tướng theo chiều dọc (vertical proportion curve), biểu đồ tần suất, biểu đồ phân tán, hàm xác suất tướng, biểu đồ variogram, bản đồ xu hướng phân bố của tướng, dữ liệu ba chiều như thuộc tính địa chấn cho việc đánh giá mức độ tương quan với tướng tại giếng khoan

Thống kê số liệu (statistics) của biến số như tướng, độ rỗng hay các thông số khác để xác định giá trị nhỏ nhất, giá trị lớn nhất, độ lệch chuẩn, tỷ phần tướng, bề dày trung bình tướng

Biểu đồ tần suất (Histogram) của một biến là một phân bố tần suất xuất hiện tương ứng với một khoảng hay điểm giá trị, histogram cho ta biết giá trị nhỏ nhất, lớn nhất, trung bình, trung vị, hàm mật độ xác suất, hàm tích lũy

Biểu đồ phân tán (Crossplot hay scatterplot) đánh giá mối tương quan hai biến số, ví dụ như độ rỗng với độ thấm, độ rỗng theo độ sâu Biểu đồ crossplot sẽ cung cấp các tương quan giúp ích cho mô hình các thông số vật lý thạch học vỉa

Biểu đồ tỷ phần tướng theo chiều dọc (Vertical proportion curve – VPC) được tổng hợp từ nhiều giếng khoan để xác định tỷ phần các tướng theo phương thẳng đứng Đường

cong này giúp đánh giá xu hướng biến đổi thạch học tướng, nhận dạng tập trầm tích và cung cấp dữ liệu xu hướng hai chiều cho mô hình tướng (Hình 2.2)

theo phương dọc và phương ngang Đường tổng hợp phân bố tỷ lệ tướng theo phương

ngang và phương dọc thống kê từ dữ liệu giếng khoan [1]

Hàm xác suất tướng (facies probability function – FPF) được thiết lập giữa kết quả minh giải tướng và thuộc tính địa chấn quan sát tại giếng khoan, hàm suất tướng là biểu đồ xác suất xuất hiện của từng loại tướng tương ứng với một khoảng giá trị thuộc tính địa chất để kiểm soát phân bố tướng theo mối liên hệ với thuộc tính địa chấn Mối quan hệ giữa thuộc tính địa chấn trở kháng âm học (acoustic impedance-AI) với tướng trầm tích được thể hiện trên Hình 2.3 AI có giá trị càng thấp nhỏ hơn 9000 thì xác suất là trầm tích sông càng cao, ngược lại AI có giá trị càng cao thì xác suất là đồng bằng ngập lụt (sét, bùn) và bãi cát vỡ bờ có giá trị trung gian

Hình 2.3 Biểu đồ xác suất tướng được thiết lập giữa tướng và thuộc tính địa chấn

[1]

Biểu đồ thống kê không gian variogram cho các biến số là đặc trưng cho sự biến thiên giá trị giữa các điểm quan sát (lấy mẫu) khi khoảng giữa các điểm so sánh này tăng dần, thường thì hai điểm càng xa nhau càng khác biệt nhau và sự khác biệt này là một hàm bất đồng nhất của vỉa Mô hình thực nghiệm được phân tích từ dữ liệu giếng khoan không được dùng trực tiếp cho mô phỏng mà phải thông qua một hàm toán học sau khi khớp với mô hình thực nghiệm (các cập điểm quan sát) như Hình 2.4

Tính bất đẳng hướng của vỉa xảy ra khi khoảng cách biến thiên của một phương này sẽ lớn hơn phương kia Một ví dụ tướng hoặc độ rỗng dị hướng theo phương đông tây được thể hiện trên Hình 2.5

Sau khi đã có dữ liệu đầu vào từ giếng khoan, để gán các giá trị thông số vỉa như thạch học, độ rỗng v.v lên mô hình ba chiều thì cần phải có khung cấu trúc của vỉa trước để chứa các dữ liệu này Do đó, phần 2.4 sẽ cung cấp các bước thực hiện mô hình cấu trúc

Xây dựng mô hình cấu trúc

Cấu trúc của vỉa được giới hạn bởi tầng nóc, tầng đáy, các đứt gãy và biên xung quanh Khung cấu trúc của một vỉa được xây dựng bởi một chuỗi các bước công việc như lựa chọn dữ liệu đầu vào, xây dựng mô hình đứt gãy, thiết lập vị trí giao nhau giữa các đứt gãy, mô hình phân lớp và cuối cùng là mô hình ô lưới ba chiều được diễn giải như Hình 2.6 Nôi dung tiếp theo là chi tiết các bước trong xây dựng mô hình cấu trúc

2.4.1 Xây dựng mô hình đứt gãy

Xây dựng mô hình đứt gãy là một bước bắt buộc phải thực hiện trước khi xây dựng mô hình ô lưới Đứt gãy có ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính của mỏ Một vỉa chứa thường được chia ra thành nhiều khối bởi các đứt gãy kín hoặc mở Vì vậy, xây dựng mô hình đứt gãy để tính toán khả năng liên thông của vỉa chính xác hơn, tính toán trữ lượng chính

xác hơn và phục vụ cho mô hình khai thác Hình 2.7 là một ví dụ mô hình cấu trúc có

và không có đứt gãy tham gia vào việc dựng khung cấu trúc của vỉa

Mô hình đứt gãy (Hình 2.8) được xây dựng trên cơ sở tài liệu địa chấn, thường là fault sticks (là đứt gãy dạng thanh được minh giải theo các tuyến địa chấn Inline và Xline) hay fault boundaries (đứt gãy dạng thanh được vẽ trên mặt phẳng hình chiếu nằm ngang hay Time slice) trong miền thời gian do đó phải chuyển đổi sang miền độ sâu bằng mô hình vận tốc

Mô hình ô lưới khi không có đứt gãy

(Tiếp xúc giữa các khối không chính xác)

Mô hình ô lưới khi bổ sung đứt gãy (Tiếp xúc giữa các khối được chính xác hơn)

2.4.2 Kiểm tra mô hình đứt gãy

Mô hình đứt gãy cần phải được kiểm tra sao cho hệ đứt gãy có mối quan hệ một cách hợp lý về mặt cấu kiến tạo như hình dạng của đứt gãy, mặt đứt gãy và các mặt phân lớp, tiếp xúc giữa các đứt gãy với nhau, loại đứt gãy

2.4.3 Xây dựng mô hình các lớp

Mô hình các bề mặt lớp của vỉa chứa là một quá trình tạo ra các bề mặt của mô hình vỉa, tạo khung vỉa từ dữ liệu địa chấn (các bề mặt lớp minh giải), dữ liệu giếng khoan (các tầng đánh dấu), các bản đồ đẳng dày và kết quả của mô hình đứt gãy Đây còn có thể xem là mô hình phân đới (solid model) để làm cơ sở cho mô hình ô lưới Khi xây dựng

mô hình các mặt lớp cần chú ý đến các mặt chỉnh hợp, bất chỉnh hợp, xử lý nhiễu tại vị trí quanh đứt gãy Nếu các bề mặt lớp trong miền thời gian thì phải chuyển đổi sang miền độ sâu bằng mô hình vận tốc

2.4.4 Kiểm tra mô hình các lớp

Kết quả mô hình các lớp sẽ được kiểm tra với các tầng đánh dấu (well markers), xem xét khoảng dịch chuyển thẳng đứng (throw), dị thường bề mặt lớp

2.4.5 Xây dựng mô hình ô lưới

Sau khi có mô hình các mặt phân lớp địa tầng thì công việc tiếp theo là sử dụng cho việc xây dựng mô hình ô lưới Mô hình ô lưới đóng vai trò quan trọng vì nó là khung ô lưới của cấu trúc vỉa để chứa tất cả các tham số như tướng, độ rỗng, độ thấm, độ bào hòa nước của mô hình vỉa, mỗi ô lưới sẽ chứa một giá trị Mô hình ô lưới được định nghĩa

là tập hợp của các ô nằm liền kề nhau được giới hạn bởi nóc và đáy của vỉa, các lớp trung gian và các đứt gãy

Theo chiều ngang, phương đường dựng ô lưới (Grid lines) có ảnh hưởng đến kết quả của mô hình tướng và các thông số vỉa Do đó các ô lưới nên được thiết kế theo trục của hướng chảy lắng đọng trầm tích hay phương của các đứt gãy chính Điều này sẽ bảo toàn tính dị hướng địa chất và tối ưu hóa số lượng ô lưới cần thiết đồng thời kích thước

ô lưới cũng phải đủ nhỏ để giữ được tính bất đồng nhất của vỉa Theo phương dọc, mô

hình ô lưới cho phép dựng lại hình học của vỉa thể hiện yếu tố kiến trúc (do hoạt động kiến tạo) như uốn nến, đứt gãy và yếu tố trầm tích (quá trình trầm tích và tạo đá) như các lớp địa tầng, đứt gãy, áp đỉnh, áp đáy, bề mặt bào mòn, ảnh hưởng của quá trình chôn vùi tùy thuộc vào sự hiểu biết địa chất và ý tưởng xây dựng mô hình của nhà địa chất và được minh họa như Hình 2.9 Tuy nhiên các phương pháp xây dựng mô hình địa chất sử dụng các thuật toán địa thống kê đều chạy trên ô lưới trực giao dạng hình hộp chữ nhật (Simbox) để tăng tốc độ tính toán thông qua phép chuyển đổi tạm thời (các lớp song song nằm ngang)

2.4.6 Kiểm tra mô hình ô lưới

Mô hình ô lưới là khung chứa các tham số đại diện cho đặc trưng của vỉa, nếu chất lượng

ô lưới kém sẽ ảnh hưởng đến tính chính xác hình học của vỉa như đứt gãy, ranh giới phân lớp, biên của vỉa và ảnh hưởng đến tốc độ và tính chính xác và hội tụ của các giải thuật số học nếu ô lưới có quá nhiều ô dị thường không mong muốn như ô tam giác, ô vặn xéo, ô có thể tích âm

2.4.7 Thô hóa dữ liệu lên ô lưới

Thô hóa dữ liệu lên ô lưới là bước tính toán trung bình dữ liệu địa vật lý giếng khoan vào mô hình ô lưới ba chiều tại giếng khoan Khi mô hình các đặc trưng của vỉa, khu vực được mô hình sẽ được chia ra ô, mỗi ô sẽ được gán một giá trị cho mỗi đặc trưng của vỉa Vì ô lưới thường lớn hơn nhiều so với mật độ lấy mẫu của đường cong địa vật

Từ nóc vỉa chia xuống

Từ đáy vỉa chia lên

Từ nóc và đáy vỉa chia đều