Địa chất dầu khí - Chương 6: Một vài vấn đề về môi trường ngầm

Ho Chi Minh City University of Technology 1 Địa chất dầu khí Chương 6 Một vài vấn đề về môi trường ngầm Biên soạn: Trần Nguyễn Thiện Tâm Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQGTPHCM Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Bộ môn Địa chất dầu khí Email: tnttam@hcmut.edu.vn tamtran2512@gmail.com Ho Chi Minh City University of Technology 2 Nội dung  Nước dưới đất  Chế độ nhiệt  Chế độ thủy động lực Ho Chi Minh City University of Technology 3 Nước dưới đất  Kiểu nước tương quan với dầu, khí  Phân loại nước của Xulin  Đặc điểm lý hóa của nước mỏ dầu khí  Tầm quan trọng của nước trong mỏ dầu khí Ho Chi Minh City University of Technology 4 Nước dưới đất o Nước luôn đi cùng với giọt dầu, bọt khí từ lúc sinh thành, di cư cho đến tích lũy vào bẫy chứa. Vì vậy, nước đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành giữ gìn hay phá hủy mỏ. Do đó, cần tìm hiểu đặc điểm phân bố, tính chất cũng như đặc tính của nước ngầm ở các mỏ dầu khí. Ho Chi Minh City University of Technology 5 Kiểu nước tương quan với dầu, khí o Trong các mỏ dầu khí thường tồn tại nước rìa, nước đáy. o Nước rìa là nước chiếm ở phần rìa ranh giới ở các vỉa dầu dạng vỉa. Nước đáy là nước chiếm phần dưới của vỉa dầu dạng khối Ho Chi Minh City University of Technology 6 Kiểu nước tương quan với dầu, khí Ranh giôùi daàu- nöôùc Daàu Nöôùc ñaùy Daàu Nöôùc rìa Ranh giôùi daàu- nöôùc Ho Chi Minh City University of Technology 7 Phân loại nước của Xulin o Phân loại nước của Xulin dựa trên cơ sở phân chia các loại nước theo các tỷ số nhất định của các ion, đặc trưng cho các điều kiện thành tạo khác nhau của nước dưới đất nói chung và đặc biệt với nước dưới đất trong các vùng mỏ dầu và khí; vì vậy phân loại này được sử dụng rộng rãi trong địa chất thủy văn các mỏ dầu khí. o Trên cơ sở xem xét các mối quan hệ (trong đó rNa+, rCl- … được tính bằng %đl/l)   rCl rNa 2 4    rSO rClrNa 2   rMg rNarCl Ho Chi Minh City University of Technology 8 Phân loại nước của Xulin o Loại nước sunphat natri  Nước thẩm thấu từ trên mặt, thường có độ khoáng thấp, vắng mặt trong các mỏ dầu khí  Tuy nhiên, cũng có khi là nước ngầm ở các mỏ đá anhydrit, hoặc các mỏ lộ lên trên mặt đất ;1  rCl rNa ;12 4     rSO rClrNa 02     rMg rNarCl Ho Chi Minh City University of Technology 9 Phân loại nước của Xulin o Loại nước bicacbonat natri  Có nguồn gốc là do thẩm thấu hay nước kiểu ở các bể trầm tích cổ có nguồn gốc biển hay lục địa  Liên quan đến các vỉa, các khối đá cacbonat hoặc do bay hơi từ các trầm tích lục nguyên ở dưới sâu.  Thường gặp ở các mỏ dầu khí ;1  rCl rNa ;12 4     rSO rClrNa 02     rMg rNarCl Ho Chi Minh City University of Technology 10 Phân loại nước của Xulin o Loại nước clorua magie  Có nguồn gốc trầm tích hay thẩm thấu  Hay gặp ở các mỏ dầu có lớp chắn kém hoặc có cửa sổ thủy địa chất  Nước biển thấm trực tiếp vào vỉa ;1  rCl rNa ;12     rMg rNarCl 02 4     rSO rClrNa Ho Chi Minh City University of Technology 11 Phân loại nước của Xulin o Loại nước clorua canxi  Có nguồn gốc trầm tích hoặc biến chất từ nước biển ở điều kiện chôn vùi khép kín.  Có nồng độ khoáng hóa cao và thường gặp ở các mỏ dầu khí ;1  rCl rNa ;12     rMg rNarCl 02 4     rSO rClrNa Ho Chi Minh City University of Technology 12 Phân loại nước của Xulin o Các chỉ tiêu phụ trợ  Hệ số Cl/Br phản ánh mức độ biến chất của nước + Cl/Br ≈ 300: chỉ ra nguồn nước biển + Cl/Br < 300: chỉ ra nguồn nước ở dưới sâu bị chôn vùi + Cl/Br > 300: chỉ nước độ kiềm hóa của muối hoặc bị rửa trôi pha loãng Ho Chi Minh City University of Technology 13 Phân loại nước của Xulin o Các chỉ tiêu phụ trợ  Hệ số Br/I chỉ ra mối quan hệ của nước đó với dầu khí + Br/I ≤ 30: chỉ ra nguồn gốc nước có liên quan tới dầu khí + Br/I > 85: phản ánh nước không có liên quan tới dầu khí  Các mỏ dầu khí thường liên quan chủ yếu tới hai loại nước đó là bicacbonat–natri (NaHCO3) và clorua canxi (CaCl2). Chúng phản ánh điều kiện khép kín và bảo tồn tốt HC. Trong chúng thường vắng ion sulphat (SO42-) hay có hàm lượng thấp. Ho Chi Minh City University of Technology 14 Đặc điểm lý hóa của nước mỏ dầu khí o Tỷ trọng  Trong điều kiện chuẩn thường nặng hơn tỷ trọng của nước cất (≈ 1), dao động từ 1,023 – 1,15g/l, thậm chí lớn hơn, tới 200g/l  Trong điều kiện vỉa thường có khí hòa tan nên tỷ trọng của nước luôn nhỏ hơn 1 (0,8 – 0,9g/l) o Độ dẫn điện  Tăng theo nồng độ muối  Trong nước muối điện trở nhỏ, nếu nước nhạt điện trở lớn hơn. Tuy vậy, giá trị độ dẫn điện vẫn nhỏ hơn dầu Ho Chi Minh City University of Technology 15 Đặc điểm lý hóa của nước mỏ dầu khí o Nhiệt độ  Phụ thuộc vào độ sâu, gradient địa nhiệt o Màu  Thay đổi tùy thuộc thành phần có trong nước  Bình thường có màu trong suốt, nếu có H2S sẽ cho màu đen, … o Vị  Thường có vị mặn tùy thuộc nồng độ muối khoáng Ho Chi Minh City University of Technology 16 Đặc điểm lý hóa của nước mỏ dầu khí o Độ phóng xạ  Thông thường ở mỏ dầu có độ phóng xạ rất thấp  Tuy nhiên, có một số mỏ liên quan tới nguồn phóng xạ thì độ phóng xạ lên cao o Khả năng hòa tan của nước  Nước khó hòa tan dầu, nhưng lại có khả năng hòa tan các khí  Theo thứ tự từ tốt đến kém: H2S, CO2, HC khí (metan, etan, propan, butan), N2 và H2 Ho Chi Minh City University of Technology 17 Đặc điểm lý hóa của nước mỏ dầu khí oaL ïi kh í 00C 200C 400C oaL ïi kh í 00C 200C 400C H 2 S CO 2 C 2 H 6 C 3 H 8 CH 4 ,2 67 ,1 713 ,0 098 ,0 058 ,0 055 ,2 58 ,0 870 ,0 047 ,0 037 ,0 033 ,1 66 ,0 53 ,0 029 ,0 025 ,0 023 O 2 CO H 2 N 2 eH ,0 049 ,0 035 ,0 021 ,0 023 ,0 0099 ,0 031 ,0 023 ,0 018 ,0 015 ,0 0093 ,0 023 ,0 018 ,0 016 ,0 012 ,0 0088 Ho Chi Minh City University of Technology 18 Đặc điểm lý hóa của nước mỏ dầu khí o Khả năng hòa tan của nước  Độ khoáng hóa của nước có ảnh hưởng tới độ hòa tan của các khí. Độ khoáng hóa càng cao, độ hòa tan của các khí càng giảm và ngược lại  V. N. Mamun đề nghị sử dụng công thức: lgS = lgS0 – K.M trong đó: S – lượng khí hòa tan trong nước khoáng S0 – lượng khí hòa tan trong nước ngọt K – hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào thành phần khí M – độ khoáng của nước Ho Chi Minh City University of Technology 19 Đặc điểm lý hóa của nước mỏ dầu khí o Khả năng thấm ướt của nước  Nước có khả năng thấm ướt nhanh hơn dầu  Khi tiếp xúc với đá, nước nhanh chóng thấm ướt vào đá. Người ta lợi dụng tính chất này để bơm nước vào vỉa nhằm đẩy dầu về giếng khai thác Ho Chi Minh City University of Technology 20 Tầm quan trọng của nước mỏ dầu khí o Trong quá trình khai thác luôn duy trì năng lượng vỉa bằng cách bơm nước là kinh tế nhất o Nghiên cứu các tính chất của nước nhằm đánh giá triển vọng của dầu o Biết tính dẫn điện của nước để nhận ra các vỉa dầu, vỉa nước o Khi vỉa được bơm nước không những duy trì áp suất vỉa mà còn chống sập lở, sụt lún, chống sự xâm nhập của vi khuẩn khử sulphat và các vi khuẩn khác Ho Chi Minh City University of Technology 21 Tầm quan trọng của nước mỏ dầu khí o Nếu quá nhiều vi khuẩn khử sulphat thì sẽ ăn mòn mạnh thiết bị lòng giếng, đồng thời phá hủy dầu o Nước ngầm có các ion Na, K, đặc biệt I, Br cao có giá trị công nghiệp. Ví dụ I ≥ 6mg/l có thể khai thác có giá trị công nghiệp o Nếu nước vận động mạnh sẽ dẫn đến phá hủy mỏ, phân bố lại các vỉa cũ dẫn đến hình thành các vỉa mới hay bị phân tán HC. Ho Chi Minh City University of Technology 22 Chế độ nhiệt o Khi phân tích điều kiện hình thành và bảo tồn vỉa dầu khí thì chế độ nhiệt của bẫy là yếu tố rất quan trọng. Chế độ nhiệt của một bể trầm tích hay một mỏ được hình thành do các yếu tố sau: cấu trúc địa chất có cùng đặc điểm thạch học, địa tầng của đá, hoạt động macma, … o Để thể hiện chế độ nhiệt, thường dùng chỉ tiêu mức độ địa nhiệt, tức là cứ tăng lên 10C thì giá trị độ sâu tăng lên được bao nhiêu mét. Giá trị này dao động từ 5 – 150m, song đối với vỏ trái đất chấp nhận phông chung là cứ xuống sâu 33m thì tăng thêm 10C. Ho Chi Minh City University of Technology 23 Chế độ nhiệt o Ngoài ra, còn áp dụng chỉ tiêu gradient địa nhiệt, tức ngược lại với chỉ tiêu trên, nghĩa là cứ tăng 100m sâu thì nhiệt độ tăng được bao nhiêu độ o Nguồn nhiệt tạo nên dòng nhiệt từ dưới sâu của lớp manti, từ các lò macma dưới sâu, các phun trào núi lửa, hoạt động kiến tạo (nâng, hạ, chuyển dịch) cọ xát và phát nhiệt, các hoạt động phóng xạ m CXT 100 0  Ho Chi Minh City University of Technology 24 Chế độ nhiệt o Ngoài ra, còn do bản thân các lớp trầm tích bị chôn vùi sâu tăng nhiệt, các phản ứng đứt vỡ VLHC và biến chất của các khoáng vật cũng phát nhiệt và các phản ứng hóa học khác. o Ở vùng nền bằng, gradient địa nhiệt thấp chỉ đạt ΔT = 0,9 – 2,50C/100m, còn ở các vùng uốn nếp do ứng suất kiến tạo mạnh nên ΔT = 2,5 – 190C/100m Ho Chi Minh City University of Technology 25 Chế độ nhiệt o Các giá trị nhiệt ở các bể trầm tích, đặc biệt ở các mỏ đóng vai trò tích cực cho việc chuyển hóa VLHC sang dầu, đồng thời ảnh hưởng tới sự phân bố các tích tụ dầu khí o Nếu tăng chiều sâu, tăng nhiệt độ làm tăng khả năng metan hóa VLHC và hợp chất cao phân tử, giảm tỷ trọng, độ nhớt, giảm hàm lượng nhựa, asphalten, tăng thành phần nhẹ Ho Chi Minh City University of Technology 26 Chế độ nhiệt o Ở điều kiện nhiệt độ cao (đặc biệt > 2000C) xảy ra phá hủy cả dầu và chuyển sang khí metan. Trong điều kiện nhiệt độ rất cao xảy ra sự phân hủy metan thành hydrogen và cacbon. Đây là lý do hình thành grafit ở các giếng khoan rất sâu (Alaska – Mỹ) Ho Chi Minh City University of Technology 27 Chế độ thủy động lực o Chế độ thủy động lực của nước 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, khi đó đáy là nước, phía trên là dầu khí. Áp suất vỉa lớn tạo nên chế độ 1 pha. Nếu áp suất chưa đủ lớn để xảy ra sự hòa tan khí vào dầu thì sẽ xuất hiện ranh giới khí dầu nước do quá trình phân dị trọng lực. Ho Chi Minh City University of Technology 28 Chế độ thủy động lực o Nếu dòng nước chuyển động với áp lực yếu thì khí và dầu lần lượt tách ra khỏi dòng di cư chiếm phần đỉnh cao nhất của bẫy, nhưng do chịu tác động của dòng chảy (vận động của nước) nên ranh giới khí dầu và đặc biệt dầu nước sẽ nghiêng về phía có thế năng thấp. o Nếu dòng chảy mạnh hơn nữa thì chế độ nghiêng của ranh giới khí dầu, dầu nước càng lớn hơn o Nếu tiếp tục có dòng chảy rất lớn, vượt qua lực bám dính của dầu nhưng chưa đủ mạnh để đẩy mũ khí ra khỏi vị trí cao nhất của bẫy thì xảy ra hiện tượng tách biệt thân dầu ra khỏi thân khí và nằm bên sườn vỉa Ho Chi Minh City University of Technology 29 Chế độ thủy động lực