Địa chất dầu khí

Khoá Luận Tốt Nghiệp Lê Xuân Tuấn
CHƯƠNG I
KHÁI QUÁT CHUNG
I. Vài nét giới thiệu về khoa học đòa chất:
Thiên nhiên không những chỉ cung cấp cho chúng ta những tài sản vô giá mà
còn góp phần to lớn cho sự tồn tại của chúng ta, thiên nhiên rất gần gũi và
gắn liền với cuộc sống của mỗi con người sống trên trái đất chúng ta. Thiên
nhiên có rất nhiều điều nhiều điều bí ẩn mà chúng ta không thể nào biết hết
được, chính vì vậy mà khám phá và tìm hiểu về thiên nhiên là một điều rất
thú vò, ngày nay, việc nghiên cứu về trái đất là một ngành khoa học mà cụ thể
nhất là ngành Khoa Học Đòa Chất Học.
Ngành Khoa Học Đòa Chất Học chuyên nghiên cứu những diễn biến xảy ra
bên trong lòng đất và cũng như trong hệ mặt trời, riêng về trái đất chúng ta
cũng được thành tạo từ tro bụi vũ trụ khoảng 4,5 tỷ năm trước, cho đến ngày
nay nó luôn biến đổi trong hệ mặt trời và được cung cấp một nguồn năng
lượng lớn để duy trì sự sống trên trái đất. Trái đất luôn vận động thay đổi theo
thời gian, từ hai nguồn năng lượng mặt trời và năng lượng bản thân làm trái
đất trở thành một hành tinh động, vì vậy chúng ta cần tìm hiểu về hành tinh
của mình, các hoạt động của trái đất bên trong lòng, cũng như ngoài mặt các
hiện tượng như : Động đất, phun trào núi lửa, đứt gãy, sụt lún .v.v…
II. Sự dòch chuyển của d ầ u khí:
Một trong những vấn đề quan trọng của đòa chất dầu khí là vấn đề di chuyển
của hydrocacbon trong vỏ trái đất là quá trình mà thiếu nó thì không thể có
được sự hình thành các tích tụ dầu khí. Sự dòch chuyển của dầu khí trong vỏ
trái đất được chứng minh bởi rất nhiều số liệu nhận được khi khai thác các
tích tụ dầu khí, bởi kết quả thực nghiệm. Các tích tụ dầu khí ngày nay thường
tìm thấy trong đá trầm tích, hạt thô, kích thước tương đối thô và độ thấm tng
đối tốt. Những vật chất hữu cơ ban đầu là tiền thân của dầu khí chỉ có thể bảo
quản trong đá trầm tích hạt mòn. Vò trí sinh ra dầu khí thường không phải vò trí
ngày nay chúng ta tìm thấy những tích tụ dầu khí với qui mô lớn điều đó có
nghóa là có sự dòch chuyển từ nơi sinh tới nơi chứa dầu khí. Quá trình dòch
chuyển của dầu khí được chia thành hai giai đoạn : dòch chuyển nguyên sinh,
dòch chuyển thứ sinh.
Trang 1
Khoá Luận Tốt Nghiệp Lê Xuân Tuấn
Hình 1: Sự dòch chuyển nguyên sinh và thứ sinh.
1. Sự dòch chuyển nguyên sinh:
Là con đường dòch chuyển dầu khí ra khỏi đá mẹ, sự giải phóng các tổ phần
dầu khí ra khỏi Kerogen và vận chuyển chúng bên trong đi qua các khe hẹp
của đá mẹ, dầu khí dòch chuyển từ đá mẹ đến đá chứa, nói cách tổng quát hơn
là sự giải phóng dầu khí ra khỏi đá mẹ. Nhiều thí nghiệm cho rằng các
hydrocacbon bò đẩy ra khỏi đá mẹ trong quá trình nén chặt của đá mẹ và
hydrocacbon tích tụ lại trong các lớp trầm tích xốp và thấm. Một số nhân tố
tham gia vào quá trình này như hiện tượng nén chặt, các tính chất bề mặt của
dầu khí và sự có mặt của chất hòa tan trong nước.v.v…
Hình 2: Dầu khí di chuyển từ đá mẹ vào đá chứa.
Trang 2
Khoá Luận Tốt Nghiệp Lê Xuân Tuấn
2. Sự dòch chuyển thứ sinh:
Sự dòch chuyển dầu khí ra khỏi đá mẹ ra loại đá có độ rỗng và thấm tốt hơn.
Sự dòch chuyển các hợp phần dầu khí trong các lớp đá chứa tích tụ lại ở bẫy
tạo vỉa dầu khí. Nhưng trong quá trình tích tụ có thể bò ảnh hưởng các yếu tố
kiến tạo; uốn nếp, đứt gãy hay nâng lên. Mà có thể xảy ra sự tái bố trí lại các
vỉa dầu khí dẫn tới tạo pha di chuyển mới và sự hình thành tích tụ mới.
Hình 3: Dầu khí di chuyển từ đá chứa vào bẫy chứa.
Trang 3
Khoá Luận Tốt Nghiệp Lê Xuân Tuấn
CHƯƠNG II
DỊCH CHUYỂN THỨ SINH
I. Nguyên nhân dòch chuyển:
1. Lực nổi :
Sự nổi lên của dầu khí trong tầng chứa do sự khác biệt tỷ trọng của chất lưu
chứa đầy trong các lỗ rỗng diễn ra chủ yếu trong khe nứt và lỗ hổng lớn. Các
lớp càng phân dò mạnh bao nhiêu, sự khác nhau về tỷ trọng của Hydrocacbon
và nước càng lớn bao nhiêu thì lục nổi càng lớn bấy nhiêu, lực nổi của dầu
hay khí tỷ lệ với độ nghiêng của vỉa và sự khác biệt tỷ trọng giữa nước và
hydrocacbon.
Lực nổi của dầu: Pc = (γ
n
- γ
dk
)sinα ; với α là góc nghiêng vỉa và γ
n
là tỷ
trọng của nước; γ
dk
là tỷ trọng của dầu khí.
Dầu luôn nằm trong môi trường nước nên nó luôn chòu tác động sức đẩy của
nước, nên các giọt dầu và khí luôn có xu hướng bò đẩy lên phía trên. Để giọt
dầu dòch chuyển được lên trên thì lực đẩy Acsimet phải lớn hơn sức căng bề
mặt của dầu khí. Khi diện tích tiếp xúc giảm, lực ma sát giảm, lực mao dẫn
không đổi nên lực nổi lớn hơn lực cản sẽ làm cho dầu dòch chuyển lên trên.
2. Thuỷ lực:
Trong môi trường tự nhiên, nước lắng đọng đồng thời với vật liệu trầm tích
nên môi trường lỗ rỗng luôn chiếm bởi nước. Áp suất thay đổi nên lượng nước
sẽ dòch chuyển từ nơi này tới nơi khác. Nhân tố thuỷ lực đóng vai trò quan
trọng khi dầu khí di chuyển trong vỏ trái đất ở trạng thái hoà tan trong thành
phần nước dưới đất. Tác dụng nhân tố thủy lực không chỉ đối với sự di chuyển
Hydrocacbon dưới dạng hòa tan bởi các giọt dầu và bóng khí ở trạng thái tự
do cũng bò lôi cuốn theo nước dưới đất. Vậy tình trạng thuỷ động lực tích cực
xuất hiện khi nước dưới đất vận động, không chỉ tạo điều kiện dễ dàng để dầu
khí nổi lên trên môi trường bão hoà nước mà còn đẩy mạnh sự dòch chuyển
của Hydrocacbon ở dạng hoà tan cũng như ở dạng tự do.
3. Lực mao dẫn :
Độâ lỗ rỗng giữa các hạt quyết đònh sự tồn tại của lực mao dẫn, chúng là
nguồn gốc của sự thấm vào các vách nhỏ nhất bởi nước kẽ hở. Nước kẽ
hở”thấm ướt” các đá bằng cách che phủ chúng bằng một màng mỏng, phủ
vách các lỗ hỗng và các ống nhỏ. Một số nghiên cứu nhận thấy rằng lực trọng
trường không đủ khả năng thắng được lực mao dẫn khi kích thước lỗ rỗng nhỏ.
Trang 4
Khoá Luận Tốt Nghiệp Lê Xuân Tuấn
Lực mao dẫn đóng vai trò nhất đònh trong việc di chuyển hydrocacbon, bởi
nước tẩm ướt đất đá tốt hơn dầu nên sức căng bề mặt giữa nước và đá lớn hơn
giữa đá và dầu, điều này giải thích hiện tượng có thể quan sát được nước đẩy
dầu ra khỏi những lỗ hổng tới những lỗ hổng lớn. Lực mao dẫn giảm khi tăng
đường kính lỗ rỗng và biến mất hoàn toàn khi đường kính này lớn hơn 0,5mm.
Bởi vậy trong đá kênh dẫn hạt thô hay đá nứt nẻ chênh lệch tỷ trọng giữa
nước và dầu khí đảm bảo cho sựï dòch chuyển và phân dò của chất lỏng.
4. Lực nén:
Sự tích tụ thường xuyên và liên tục của đá trầm tích nén chặt dần những lớp
nằm dưới làm giảm độ lỗ rỗng của chúng và đẩy chất lưu trong trầm tích hạt
mòn nhất về phía các trầm tích hạt thô hơn.
Ví Dụ: Người ta xác đònh được rằng trong bùn mới lắng đọng chứa 85%-
90% nước, một áp suất tương đương với một tải trọng bằng 300m trầm tích
mới ép ra 50% nước và tải trọng 2000m ép ra 90% nước ban đầu, trong khi
đó sẽ dồn chặt lại 50%. Dầu có thể bò đẩy ra khỏi trầm tích sinh ra nó dưới
tải trọng 800 –1000m trầm tích.
Theo W.Phillip và các cộng tác (1963) cho rằng các dòch chuyển đã bắt đầu
xảy ra dưới một bề dày trầm tích nhỏ hơn 270m độ lỗ rỗng của sét lúc này
trên 35% đã ngưng dưới một tải trọng khoảng 2000m độ rỗng sét khoảng 10%
vượt ra ngoài một trò số nhất đònh của sự nén chặt, có lẽ ở độ sâu khoảng
1800m độ lỗ rỗng và độ thấm không phải là tầng chứa, nhỏ đến nỗi chuyển
động của nước đạt tới một trò số rất nhỏ, không ngoại trừ độ sâu lớn hơn có
một áp suất đủ mạnh, lớn hơn áp suất thuỷ tónh để kéo theo sự phá vỡ thuỷ
lực của đá và do đó kéo theo sự hình thành những đường di chuyển mới. Các
Hydrocacbon dòch chuyển ngay từ lúc bắt đầu nén chặt, cường độ dòch chuyển
thường xảy ra từ tâm về phía rìa bồn ở đó áp suất nén chặt giảm dần cùng với
sự giảm của độ lỗ rỗng do hiện tượng nén chặt.
5. Tác dụng của chất khí hoà tan:
Như chúng ta đã biết một vỉa dầu khí luôn tồn tại một mũ khí, một phần khí
này là khí tự do còn lại khí hoà tan trong dầu. Khí khi nó chòu áp suất nén ép
và nhiệt độ ở dưới sâu thì một phần sẽ bò hoà tan trong dầu. Tuy vậy ở các áp
suất cao đã đạt tới trong tầng chứa tính chòu nén này không thể bỏ qua. Nếu
áp suất vỉa lớn hơn áp suất bọt khi ta rút dầu khí ra thì dầu còn lại trong tầng
chứa có khuynh hướng giảm áp một cách tự nhiên để chiếm giữ vò trí bỏ
trống. Hiện tượng này gọi sự bành trướng đơn pha vì pha khí chỉ xuất hiện
trong đá chứa khi đạt đến áp suất sủi bọt với hiện tượng này thường cộng
thêm một sự giảm nhất đònh thể tích xốp do tầng chứa cho chúng ta thấy thể
tích này tuy nhỏ khó đo nhưng không thể bỏ qua.
Trang 5
Khoá Luận Tốt Nghiệp Lê Xuân Tuấn
6. Khuếch tán:
Sự khuếch tán của hydrocacbon cũng có thể là nguyên nhân dòch chuyển của
chúng trong vỏ trái đất, khuếch tán là sự thâm nhập lẫn nhau của các phần tử
chất này vào chất khác do chênh lệch nồng độ và xu hướng cân bằng nồng độ
này, khuếch tán diễn ra theo đònh luật Fik:
Khối lượng khí {dQ (cm
3
) thâm nhập trong thời gian dt(s) qua mặt cắt
ngang S(m
2
) của bề mặt diễn ra khuếch tán tỷ lệ với Gradient nồng độ
dòch chuyển} /dh.
Công thức:
Với D: hệ số khuếch tán. Mặc dù giá trò hệ số khuếch tán Hydrocacbon
lỏng trong môi trường bão hoà nước không lớn song qua một thời gian đòa
chất khối lượng hydrocacbon khuếch tán có thể rất lớn.
II. Cơ chế dòch chuyển:
1. Dầu khí dòch chuyển cùng với nước:
Trong vỏ trái đất phổ biến rộng rãi nhất là sự dòch chuyển Hydrocacbon ở
trạng thái hoà tan trong nước dưới đất, khi Hydrocacbon hoà tan trong nước độ
hoà tan của pha lỏng giảm đi, đặc biệt là nước mặn độ hoà tan rất nhỏ nhờ
nhiệt độ áp suất cao cũng nhờ trong nước có muối acid hữu cơ độ hoà tan của
dầu trong nước cũng tăng đáng kể, bởi vậy sự dòch chuyển của Hydrocacbon
bằng cách hoà tan trong thành phần của nước trầm tích là hoàn toàn có thể
xảy ra. Hydrocacbon hoà tan trong nước ở độ sâu lớn cùng nước vận động
theo hướng đi lên trên tới nơi có nhiệt độ áp suất thấp hơn sẽ bò tác dụng trạng
thái tự do, những giọt dầu và bóng khí trộn lẫn với nhau thành những giọt lớn
hơn hay thành những dòng nhỏ, chính những dòng này khi di chuyển lên trên
sẽ tạo thành những mỏ dầu khí. Khi nước dưới đất thoát ra qua lớp phủ thấm
yếu sẽ xảy ra quá trình tách Hydrocacbon lỏng ra khỏi dung dòch và tập trung
chúng trong các bẫy nơi có áp lực cựu tiểu. Nước có vai trò lớn trong dòch
chuyển Hydrocacbon không chỉ ở những độ sâu thấp mà còn ở những độ sâu 3
– 4 km và hơn thế nữa, nơi diễn ra sự tách nước (do montmorioilit hoá thành
thuỷ mica) giải phóng ra một lượng nước liên kết, nước này có khả năng hoà
tan Hydrocacbon cao nhất do nó đặc trưng bởi khoáng hoá thấp và có cấu trúc
đặc biệt. Nhiều thuyết dựa trên sự dòch chuyển ban đầu của dầu mỏ cùng với
nước, bao gồm cả thuyết thuỷ lực, sức nổi và sự gắn kết trầm tích.v.v….
Trang 6
Khoá Luận Tốt Nghiệp Lê Xuân Tuấn
Nhiều thí dụ được trích dẫn là một lượng dầu mỏ do nước mang đi bằng
chứng là một lượng nước thoát ra cùng với một lượng dầu khí nhỏ.
Hình 4 :Sự dòch chuyển của dầu khí cùng với nước,
dòng dầu khí dòch chuyển qua những lỗ rỗng.
2. Dầu khí dòch chuyển độc lập với nước :
Trên thực tế là dầu khí sạch có thể được thành tạo trong bể, trong đó nước
chiếm nhiều trong khe hở là 50%, dầu khí có thể dòch chuyển độc lập với
nước. Sở dó dầu mỏ có khả năng như vậy là vì các phân tử đá ướt nước, chúng
được bao bởi những màng nước mỏng và có những vòng nước lỏng bao quanh
đá. Các hạt của bề mặt sẽ tốt hơn cho sự thấm ướt, các vòng nước bao quanh
các hạt đá, cho nên tất cả nước đều ở lại và dầu dòch chuyển xuyên các hạt.
Càng nhiều nước lỗ hổng thì càng không di chuyển cùng với dầu khí. Chính vì
vậy mà cho phép dầu khí di chuyển qua nước lỗ hỗng độc lập của nước, chúng
Trang 7
Khoá Luận Tốt Nghiệp Lê Xuân Tuấn
có thể giải thích bằng các hiện tượng mao dẫn, sức nổi và sự giãn nở của khí.
Những ảnh hưởng ban đầu liên quan đến việc giảm áp suất lực với vùng lân
cận của hướng nổi bọt là sự gia tăng của thể tích, độ nổi và khả năng dòch
chuyển của hỗn hợp khí – dầu tăng lên và kết quả là sự vận chuyển đến vùng
giảm áp lực. Khả năng hòa tan khí trong dầu sẽ làm cho kích thước của các
hạt dầu giãn nỡ ra và phân tán, đến khi các hạt gộp lại thành những mảng nối
tiếp đủ lớn để bắt đầu cho việc vận chuyển với gradient áp lực. Một phần dầu
khí sẽ dòch chuyển một mình khi có sự hiện diện của khí thì quá trình dòch
chuyển sẽ dễ hơn. Dầu và khí dòch chuyển độc lập với sự dòch chuyển của
nước và nếu như trong tầng chứa đang dòch chuyển thì dầu và khí dòch chuyển
chống lại sự dòch chuyển của nước.
• Lực mao dẫn :
Hiện tượng mao dẫn chủ yếu dùng để giải thích sự dòch chuyển của dầu khí
vào trong bể về căn bản là dựa trên sức căng bề mặt của dầu và nước các
không gian trống của một loại đá dược nối liền với nhau bởi các lỗ rỗng nhỏ li
ti mà đường kinh thông thường vào khoảng 1 micron, các khẽ hở nhỏ này hoạt
động như những ống mao dẫn và các chất lưu khác nhau lấp đầy, chúng chòu
tác dụng của các lực mao dẫn: ta biết rằng nếu ta nhúng một ống mao dẫn vào
trong bình đầy nước, ta nhìn thấy nước dâng lên trong ống dẫn này và chiều
cao nước dâng trực tiếp phụ thuộc vào sức căng bề mặt của nước, vào góc tiếp
xúc của mặt khum với thành ống mao dẫn và tỷ lệ nghòch với đường kính của
ống mao dẫn. ( Đã trình bày ở phần dòch chuyển thứ sinh).
• Lực nổi :
Mẫu chất lỏng nổi được là nhờ lực tương đương trọng lượng của chất lỏng bò
chiếm chỗ. Chất lỏng ở đây được đề cập là dầu và khí tự nhiên, với tỷ trọng
khí từ 0,00073 - 0,000933 (nước =1) ; dầu 0,7 – 1,0 và nước từ 1,0 – 1,2, trong
đá chứa có cả ba nên khi di chuyển lên trên đỉnh thì dầu nằm kề dưới và nước
ở đáy, sự phân chia này thường thấy trong các bồn dầu trên thế giới.
Sự vận động đi lên do sức nổi có thể bắt đầu ở nơi có sự tập trung đầy đủ dầu
và khí, nếu một phần giới hạn của đá chứa nhận đầy đủ dầu để cung cấp cho
yêu cầu kế tiếp đủ để hình thành sức nổi. Lực này sẽ vượt qua sức kháng cự
của các khe hở đẩy giọt dầu đi vào những lỗ không gian bảo hòa nước. Con
đường đi của dầu được cho là di chuyển hướng lên và dọc theo các lỗ rỗng lớn
hơn kế tiếp, cuối cùng dầu sẽ dòch chuyển đến vò trí cao nhất của đá chứa.
Chúng đi lên chỗ trũng dọc bề mặt phía trên của đá thấm được và dưới lớp
không thấm, sự nổi lên nhiều hơn được cung cấp bởi con đường dài hơn của
giai đoạn dầu liên tiếp, số lượng của chúng ngày càng lớn do sự dòch chuyển
nên sức nổi càng tăng, tốc độ dòch chuyển càng tăng khi độ dốc tăng và độ
Trang 8
Khoá Luận Tốt Nghiệp Lê Xuân Tuấn
thấm tốt hơn. Lượng dầu còn sót lại trên đường đi tuỳ vào kích thước lỗ rỗng,
khả năng thấm ướt của đá chứa, đặc tính khe hở và tốc độ dòch chuyển. Sự
thay đổi áp lực mao dẫn áp lực đi vào phía dưới và gần cuối của con đường
dòch chuyển dầu khí, cho nên số lượng dầu sót lại là không đáng kể nhưng lại
giống nhau đáng kể, vài đá chứa bò mất hết cặn dầu, trong khi các đá khác có
hầu hết các lớp mỏng liên tục dẫn lọc các lớp đá chứa thấm được hoặc các vết
dầu còn sót lại ở vùng không sinh dầu ở giữa vỉa dầu. Các giọt dầu riêng biệt
trong lỗ rỗng của đá chứa trung bình không đủ tạo áp lực mao dẫn để di
chuyển, các phần tử dầu khí từ một lỗ rỗng xuyên qua sự ngăn cản để đi vào
lỗ rỗng kế tiếp ở cao hơn.
Tại nơi các phần tử dầu được liên kết với nhau đến khi tạo thành một khối lớn
đủ tạo lực nổi vượt qua lực cản và dòch chuyển lên phía trên là do kích thước
các keo dầu hoặc dầu nguyên sinh sẽ dòch chuyển thẳng đứng bởi sức nổi
xuyên qua lỗ hổng không lực mao dẫn, sau đó chúng sẽ lắng tụ vào bể chứa
cho đến khi đạt đủ thể tích để có thể tạo được lực nổi, có khả năng vượt qua
áp lực đi vào để đi lên các sườn dốc của bể chứa. Một ý nghóa khác của thể
tích là sự trương nở của khí cùng với sự giãn nở áp suất.
• Giãn nở của khí :
Một khối lượng lớn khí tự nhiên hoà tan trong dầu, có trong tất cả các mỏ dầu
bình thường. Các mỏ dầu khí tự do hiếm thấy và được xem là bất bình thường,
khí tự nhiên có độ nhớt thấp và sức nổi cao so với dầu và nước. Thể tích thay
đổi tuỳ thuộc vào sự thay đổi của áp suất và nhiệt độ của bể. Năng lượng
chứa sẵn trong khí bò nén và sẵn sàng phóng thích cho nên thể tích khí phụ
thuộc vào điều kiện bể chứa. Sự trương nở của khí là kết quả của sự giảm áp
suất, đây là yếu tố quan trọng làm di chuyển dầu vào giếng khoan trong quá
trình khai thác các mỏ dầu.
3. Dầu khí dòch chuyển cùng với sự trầm tích:
Nhiều tầng dầu ngày nay đã được tìm thấy trong các tầng đá được hình thành
từ vật liệu bào mòn của nếp lồi bò đứt gãy tạo thành các dãy núi lớn, có lẽ
dầu đã chui vào cùng với vật liệu trầm tích. Khả năng dầu được tích tụ khi lớp
trầm tích đầu tiên hình thành đã được Murvay đề cập đến, ông quan sát thấy
rằng lớp màng ngũ sắc của dầu trên những lớp của dòng sông Iwawady đang
trôi 1-2 dặm trong vùng mà nó được thoát ra.
Chúng ta có thể tin rằng một lượng lớn dần bò mất đi là do sự bào mòn trong
quá khứ ? Một phần dầu được các dòng sông mang ra đại dương. Mãi đến khi
chúng ta biết rõ hơn về khả năng dòch chuyển trên những quãng đường dài đã
bám lấy các hạt sét là không thể bỏ qua. Bên cạnh việc bào mòn của các bồn
dầu, những nguồn khác của Hydrocacbon dầu mỏ ở đại dương có lẽ là sự
Trang 9
Khoá Luận Tốt Nghiệp Lê Xuân Tuấn
ngấm ngầm và sự vận chuyển vật liệu hữu cơ ở đáy biển thành dầu mỏ trong
suốt giai đoạn hoá đá của bùn trong đá sét và sự thoát ra của dầu khí vào đại
dương, sự tập trung cao độ của Hydrocacbon tăng lên tới đỉnh. Khi bề mặt bò
bào mòn vật liệu được mang đi bởi các dòng nước vào đại dương từ bất cứ
nguồn nào, hầu hết dầu có thể hướng lên mặt nước và được mang đi bởi các
dòng nước, các con sóng hướng đến bờ và những mảng cát đang được hình
thành hay là nơi mà những điều kiện thuận lợi cho việc phát triển các ám tiêu
hữu cơ. Một lượng nhỏ dầu được giữ lại trong đá chứa tiềm năng có lẽ được
chú ý nhiều hơn vật liệu nguồn, một lượng lớn chất hữu cơ được giữ trong bùn
và sét.
III. Thời gian và tốc độ dòch chuyển:
Các nhà đòa chất phân biệt dòch chuyển sớm hay muộn chủ yếu do sự dòch
chuyển của nước thoát ra do sự nén ép, sự dòch chuyển sớm xảy ra từ mặt đất
độ sâu sụp lún là 1500m khi trầm tích ép mạnh độ lỗ rỗng dẫn đến thoát ra
một lượng nước lớn. Trầm tích nông giữa bề mặt và độ sâu 1500m chỉ có một
lượng nước hữu cơ có mặt hầu hết là sự kế thừa trực tiếp trong sinh vật, sự trễ
về thời gian giữa quá trình sinh và dòch chuyển nếu tạo khe nứt do khi tăng áp
suất là cơ chế chất lưu trong lỗ hỗng tăng lên để tạo ra nứt nẻ, như đã biết
nước dưới đất nằm trong trạng thái vận động và vận tốc dòch chuyển của nó
được quyết đònh bởi tính thấm của đất đá chứa nó bởi sự chênh lệch giữa miền
cung cấp và miền thoát và các nhân tố khác. Sự vận động của các chất lỏng
trong đá lỗ hỗng ở những điều kiện khác nhau đã được nghiên cứu bởi G.
Darci, sự thấm của chất lỏng diễn ra theo đònh luật Darci, nghóa là vận tốc
chuyển động một chiều của nước hay dầu tỷ lệ thuận với tính thấm của đất đá
nơi diễn ra quá trình thấm tỷ lệ nghòch với độ nhớt của chúng.
Công thức Darci:
Trong đó : Q (Cm
3
): lượng nước hay dầu đi qua vỉa với mặt cắt ngang.
S(cm
2
) : trong một đơn vò thời gian
K : hệ số thấm của đá .
µ (Pa) : độ nhớt của nước hay dầu.
P
2
– P
1
: chênh lệch áp lực.
Trang 10
Khoá Luận Tốt Nghiệp Lê Xuân Tuấn
Ở điều kiện tự nhiên trong đất đá thường chứa nước, dầu và khí, khi đó quá
trình thấm của chất lỏng trở nên phức tạp hơn nhiều.
Ví dụ : Tốc độ dòch chuyển qua các loại đá :
Cát kết :1- 1000 Km/ triệu năm.
Đá vôi : 0,01- 10 Km/triệu năm.
Tốc độ này không lớn nhưng so với thời gian đòa chất mà dầu khí từ đá mẹ
vào đá chứa thì quá trình này là sự dòch chuyển rất lớn. Như vậy thời gian sinh
dầu quyết đònh sự dòch chuyển của dầu khí chứ không phải tốc độ quyết đònh.
Thời gian đòa chất hình thành tích tụ dầu khí nó được xác đònh hoàn toàn gần
đúng, xác đònh thời gian tích tụ dầu khí vào trong bẩy chú ý đến các phương
pháp sau:
• Phân tích cổ kiến tạo : là phương pháp đáng tin cậy hơn nó cho phép
xác đònh giới hạn của thời gian hình thành các bẫy dầu khí mà sớm hơn
thì vỉa không thể hình thành được, người ta sử dụng tổ hợp với phương
pháp khác để xác đònh thời gian dầu khí dòch chuyển tới bẫy.
• Phương pháp Heli-Argon: để xác đònh tuổi gần đúng của khí và tập hợp
khí dựa vào tỷ lệ giữa khí Heli tạo thành do quá trình phóng xạ của
Argon, xác đònh tuổi của khí ở các phức hệ đòa tầng tương đối lớn hay
để phân biệt khí đầm lầy hay khí có nguồn gốc dầu khí.
• Để xác đònh thời gian kết thúc giai đoạn hình thành vỉa dầu sử dụng áp
lực bảo hòa khí của dầu, giả đònh rằng vỉa dầu không thể hình thành áp
lực vỉa thấp hơn độ bảo hoà của khí hoà tan trong đó. Khi biết áp lực
bảo hòa khí của dầu trong hiện tại, cũng có thể xác đònh được gần đúng
chiều sâu nơi phân bố bẫy vào thời điểm hình thành vỉa dầu trong đó
sau nhờ phân tích cổ kiến tạo xác đònh gần đúng thời gian hình thành
nó. Cũng như phương pháp khác, phương pháp này rất có ích khi xác
đònh thời gian hình thành vỉa dầu khí. Một trong những thiếu sót cơ bản
của phư6ơng pháp này là không có khả năng tính lượng khí thoát ra từ
vỉa do nhiều nguyên nhân khác nhau ngoài ra thời điểm hình thành vỉa
dầu khí có thể quá bảo hòa khí và một phần
• khí có thể tập trung hình thành mũ khí sau đó sự lún chìm bẫy khí tự do
sẽ dần dần hòa tan trong dầu. Trong trường hợp này bằng phương pháp
đã mô tả sẽ ghi nhận không phải thời điểm hình thành vỉa mà chiều
sâu của bẫy trong đó pha khí hoàn toàn hòa tan trong dầu nghóa là thời
gian hình thành vỉa sẽ trễ hơn so với thực tế. Ngược lại phụ thuộc vào
mối tương quan ban đầu của hydrocacbon lỏng và khí vào các điều kiện
đòa chất đòa hóa từ thời điểm đầu tiên, vỉa dầu có thể chưa bảo hòa khí
Trang 11
Khoá Luận Tốt Nghiệp Lê Xuân Tuấn
điều này sẽ làm lệch căn bản các kết quả xác đònh thời gian hình thành
vỉa.
• Một phương pháp khác để xác đònh thời gian hình thành vỉa dựa vào áp
lực thủy tónh, áp lực thủy tónh này kiểm soát dung tích khí của bẫy và
quyết đònh giai đoạn cuối cùng của quá trình tích tụ. Phương pháp này
đánh giá hết khả năng thất thoát hay phá hủy dầu khí trong bẫy do các
đặc điểm đòa chất khác nhau của cấu tạo khu vực, xác đònh giới hạn
trên của hình thành vỉa với mức độ tương đối chính xác cao, trong một
vài trường hợp kết hợp với quá trình cổ kiến tạo một biện pháp cho
phép theo dõi theo thời gian và không gian những biến đổi đặc tính
chứa của bẫy.
• Tương tự như vậy là phương pháp phân tích cổ kiến tạo, những biến đổi
áp lực vỉa thể tích, cấu trúc cho thấy rằng trong giai đoạn sớm của quá
trình hình thành các loại bẫy, nó không ở trạng thái có thể chứa được
khối lượng dầu khí. Từ đó có thể kết luận rằng sự hình thành cuối cùng
của vỉa đã tiếp tục tích tụ dầu khí hay đang diễn ra quá trình tái hình
thành các tích tụ cổ do phá hủy một số tích tụ này để hình thành những
tích tụ mới.
• Một số nhà nghiên cứu xác đònh thời gian hình thành vỉa bằng cách
nghiên cứu thời gian ximăng hóa và phát triển độ lỗ rỗng thứ sinh trong
giới hạn đá chứa dầu và chứa nước, người ta cho rằng thời gian tích tụ
dầu khí phải tiếp sau thời gian phát triển độ lỗ rỗng thứ sinh, xi măng
hóa hay khoáng hóa. Những hiện tượng này hay hiện tượng khác thấy
bên trong đá chứa hoặc diễn ra trước đó nếu những hiện tượng diễn ra
ngoài giới hạn tích tụ dầu khí. Thiếu sót của phương pháp này là đã bỏ
qua việc trong thời điểm hình thành vỉa đã chứa đầy hoàn toàn, ở đây
không tính đến những thay đổi có thể xảy ra theo thời gian do một loạt
các nguyên nhân đòa chất, đòa hóa (nén chặt đất đá, những thay đổi nội
sinh, ximăng hóa lỗ rỗng .v.v…). Tuy nhiên phương pháp này kết hợp
cùng phương pháp phân tích cổ kiến tạo có thể rất hữu hiệu.
• Trong vài trường hợp thời gian đòa chất hình thành vỉa dầu khí có thể
xác đònh bằng cách phân tích sự phân bố theo mặt cắt của các dạng
thành tạo dầu khí so với thời gian xuất hiện các bất chỉnh hợp đòa tầng,
để xác đònh thời gian hình thành vỉa trong trầm tích người ta đã áp dụng
cách phân tích chi tiết các bề mặt bất chỉnh hợp đòa tầng, nó cho phép
đủ cơ sở để xác đònh thời gian đòa chất và thứ tự hình thành các vỉa dầu
khí. Giai đoạn từ lúc tích tụ trầm tích cho tới khi hình thành trong chúng
các tích tụ dầu khí có thể khá lâu dài về mặt đòa chất song cũng có thể
rất ngắn.
Trang 12
Khoá Luận Tốt Nghiệp Lê Xuân Tuấn
IV. Biến đổi và ảnh hưởng tới quá trình dòch chuyển thứ sinh:
Những quá trình hình thành và phá hủy dầu khí không hiếm khi diễn ra đồng
thời trong giới hạn ngay cùng một mỏ ở từng phần khác nhau của nó. Một số
nhân tố lúc ban đầu quyết đònh sự hình thành vỉa dầu khí, với thời gian sẽ
đóng vai trò ngược lại dẫn tới sự phá hủy vỉa dầu khí. Các quá trình dòch
chuyển không chỉ bó hẹp trong sự dòch chuyển đơn thuần của Hydrocacbon
trong các trầm tích, chúng còn ảnh hưởng đến bản chất vật lý hoá học của
những sản phẩm này, khó có thể đánh giá được nếu kể đến những nhân tố
khác cũng tham gia vào. Ở bên dưới chúng ta sẽ xem xét những thực tế đã
quan sát và những giả thiết đề ra về những biến đổi trong quá trình di chuyển,
chúng ta sẽ đề cập đến các yếu tố biến đổi sau:
• Đá chứa.
Cũng cần lưu ý đến tác động phá hoại của quá trình biến chất của đá chứa đối
với Hydrocacbon chứa trong đó khi vỉa trầm tích lún chìm tới độ sâu lớn (nhiệt
độ, áp suất cao)diễn ra sự nén chặt đá, trong đó đá chứa dầu bò biến đổi và
chuyển hoá thành: khí(mêtan) và chất rắn. Khi tiếp tục lún chìm và nhiệt độ
tăng cao hydrocacbon ở dạng khí cũng có thể bò phân huỷ thành cacbon và
hydro, mạnh hơn nữa là chúng phân huỷ thành Grafit, đây là sản phẩm phân
huỷ cuối cùng của dầu khí. Ngoài ra vỉa dầu khí còn chòu tác dụng của đòa
nhiệt của trái đất hoặc là bò phá huỷ bởi các dòng magma xâm nhập ở dưới
sâu với nhiệt độ và áp suất cao của các dòng magma đã làm biến chất tầng
chứa hoặc đốt cháy dầu khí chứa trong nó.
Dầu khí ở một vùng nào đó có thể không đủ số lượng khai thác công nghiệp
lý do phổ biến là thiếu một thành hệ đá ở tầng thích hợp có cả độ lỗ rỗng và
độ thấm cần thiết cho việc chứa và sản xuất với một số lượng thương mại. Bất
kỳ loại đá nào có các yếu tố này được gọi là đá chứa, độ lỗ rỗng và độ thấm
là đặc tính hình học của đá chứa. Như vậy đặc tính cấu trúc trầm tích hình học
có tầm quan trọng nhiều hơn là tuổi của đá hầu hết đá trầm tích có độ rỗng
và độ thấm đáng kể khi mới trầm tích nhưng nó bò nén chặt so với thực tế, ảnh
hưởng của sự nén dẻ làm cho các tầng đá chứa trở nên mất đi độ lỗ rỗng tính
thấm và đá chứa lúc này trở thành những tầng đá chắn.
• Kích thước lỗ rỗng.
Kích thước lỗ rỗng chủ yếu phụ thuộc vào hình dạng hạt nhưng không phụ
thuộc kích thước của các hạt, phụ thuộc vào đặc điểm sắp xếp giữa chúng với
nhau và mức độ mài mòn, tính đồng nhất của hạt và sự có mặt của ximăng
gắn kết, ximăng gắn kết có ý nghóa đặc biệt to lớn đối với lỗ rỗng trong cát
kết ở đó sự có mặt ximăng gắn kết dạng sét hay dạng vôi làm giảm đáng kể
kích thước lỗ rỗng, kích thước hạt trên lý thuyết không làm ảnh hưởng đến độ
Trang 13
Khoá Luận Tốt Nghiệp Lê Xuân Tuấn
rỗng của trầm tích vụn nếu được tạo nên từ các dạng đồng nhất dạng cầu lý
tưởng khi đó lỗ rỗng của đá chỉ phụ thuộc vào cách sắp xếp của các hạt.
Hình 5: Cách sắp xếp vật liệu trầm tích ảnh hưởng tới độ lỗ rỗng.
Một thông số khác đặc biệt quan trọng đặc trưng cho tinh thấm lỗ rỗng của
đất đá là khả năng đất đá cho chất lỏng hay khí đi qua khi có sự chênh lệch áp
lực. Các đất đá có lỗ rỗng lớn ví dụ như sét có độ lỗ rỗng đôi khi đạt đến 40
-50% thông thường là không thấm do không thể nhả dầu khí chứa trong lỗ
rỗng của của chúng, bởi vậy tính thấm đất đá quyết đònh hình dạng và đặc
điểm của lỗ rỗng, khe nứt.
Phụ thuộc vào kích thước lỗ rỗng người ta chia ra: vi lỗ rỗng, đại lỗ rỗng, lỗ
rỗng mao dẫn đường kính 0,1- 0,0002mm và siêu mao dẫn có đường kính nhỏ
hơn 0,0002mm, trong thực tế những lỗ rỗng siêu mao dẫn không cho dầu khí
dòch chuyển qua.
Ngoài ra còn có ảnh hưởng của quá trình nén chặt do chôn vùi sâu, vật liệu
trầm tích sau chồng lên trầm tích trước và dần dần trầm tích ở dưới bò sụt lún,
chôn vùi sâu. Tải trọng của lớp trầm tích trên cùng áp lực ở sâu làm các lớp
trầm tích bên dưới nén chặt và đá trở nên rắn chắc hơn, lỗ rỗng giảm và sự
gắn kết giữa các hạt chắc chắn hơn ép ra một lượng chất lỏng chứa trong đó,
quá trình này một mặt ép ra một lượng chất lưu nằm trong lỗ rỗng trong đá,
một mặt làm kín các lỗ rỗng và giữ lại trong đó một lượng chất lưu không thể
thoát ra được, lượng chất lưu này sẽ bò giữ lại trong lỗ hỗng này, không dòch
chuyển cho đến khi sự gắn kết giữa các hạt bò phá vỡ, các lỗ rỗng kín này đã
cản trở chất lưu di chuyển và tích tụ để tạo thành các bẫy.
Trang 14

Xem chi tiết: Địa chất dầu khí