Mô hình địa chất 3D trên cơ sở xác định các đơn vị dòng chảy cho hệ tầng sản phẩm tuổi Mioxen hạ, mỏ Bạch Hổ

Nội dung text: Mô hình địa chất 3D trên cơ sở xác định các đơn vị dòng chảy cho hệ tầng sản phẩm tuổi Mioxen hạ, mỏ Bạch Hổ

1. T¹p chÝ KHKT Má - §Þa chÊt, sè 37, 01/2012, tr.6-12 MÔ HÌNH ĐỊA CHẤT 3D TRÊN CƠ SỞ XÁC ĐỊNH CÁC ĐƠN VỊ DÒNG CHẢY CHO HỆ TẦNG SẢN PHẨM TUỔI MIOXEN HẠ, MỎ BẠCH HỔ NGUYỄN XUÂN TRUNG, Tổng Công ty Thăm dò và Khai thác Dầu khí LÊ HẢI AN, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tóm tắt: Trong tìm kiếm thăm dò và khai thác dầu khí, mô hình địa chất 3D trong những năm gần đây đã trở thành một trong những công cụ không thể thiếu được để hỗ trợ đánh giá tiềm năng dầu khí. Mục tiêu của công việc này không chỉ để tính toán trữ lượng dầu khí mà quan trọng hơn là nhằm mô phỏng phân bố các vỉa chứa trong không gian, chính xác hoá trữ lượng dầu khí tại chỗ của tầng chứa dầu khí, phục vụ cho việc mô phỏng dòng chảy chất lưu nhiều pha của tầng chứa, cung cấp thông tin cho quản lý và phát triển mỏ. Tuy nhiên, trên thực tế, đặc trưng địa chất của những mỏ dầu khí nói chung là rất phức tạp và bất đồng nhất, do đó mà xây dựng mô hình địa chất 3D còn gặp nhiều khó khăn. Để xây dựng mô hình địa chất của tầng chứa chính xác và chi tiết hơn, việc xác định các đơn vị dòng chảy đi liền với tướng trầm tích và xây dựng quan hệ rỗng-thấm của chúng đóng một vai trò quan trọng. Bài báo trình bày tóm tắt một số kết quả về mô hình địa chất 3D dựa trên xác định các đơn vị dòng chảy cho hệ tầng sản phẩm tuổi Mioxen hạ, mỏ Bạch Hổ, bể trầm tích Cửu Long ở thềm lục địa Việt Nam. 1. Mở đầu phương pháp thông thường đã được tiến hành Trong những năm gần đây, lý thuyết về đơn trong nhiều năm qua, việc áp dụng phương vị dòng chảy (Hydraulic Flow Unit – HU) được pháp xây dựng mô hình địa chất 3D là thực sự nhiều nhà khoa học phát triển và đưa vào ứng cần thiết. Thế nhưng cho đến hiện tại, mô hình dụng trong tìm kiếm thăm dò và khai thác dầu địa chất 3D của hệ tầng sản phẩm Mioxen hạ khí để dự báo độ thấm từ tài liệu địa vật lý của mỏ Bạch Hổ vẫn chưa được xây dựng một giếng khoan (ĐVLGK), lựa chọn số lượng mẫu cách hoàn chỉnh. Chính vì vậy mà trong nghiên lõi trụ tối thiểu cần thiết phải phân tích các cứu này, các tác giả đã tập trung xây dựng mô tham số tầng chứa đặc biệt phục vụ cho dự báo hình địa chất 3D của hệ tầng sản phẩm này. nhiều tham số địa vật lý và địa hóa khác từ tài Trên cơ sở phân chia vỉa chứa dầu khí thành các liệu ĐLVGK. Xây dựng mô hình địa chất tĩnh đơn vị dòng chảy, cho phép xây dựng mô hình cũng như mô hình động của tầng chứa đạt nhiều độ thấm và xác định các đặc điểm địa chất - địa kết quả khả quan chứng tỏ tính khoa học và vật lý liên quan đến dòng chảy của các tầng thực tiễn của lý thuyết về đơn vị dòng chảy [1, chứa dầu khí tuổi Mioxen hạ. 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11]. 2. Xác định đơn vị dòng chảy Trong suốt quá trình tìm kiếm thăm dò và Cơ sở lý thuyết của các phương pháp và kết khai thác dầu khí ở mỏ Bạch Hổ từ 1981 đến quả xác định các đơn vị dòng chảy cho hệ tầng nay đối tượng khai thác chính là thân dầu trong sản phẩm Mioxen hạ được các tác giả trình bày đá móng granit nứt nẻ. Tuy nhiên, ngoài đối trong [3]. Phương pháp phân tích nhóm dựa trên tượng đá móng nứt nẻ, các thân dầu trong trầm thuật toán Ward là phương pháp tiếp cận không tích tuổi Mioxen hạ và trầm tích tuổi Oligoxen sử dụng đồ thị để xác định số các nhóm mẫu cũng đang được tập trung đánh giá lại với mục được nhóm tác giả sử dụng trong nghiên cứu đó đích nâng cao hệ số thu hồi dầu và khai thác tận [3, 7]. Để xác định số lượng của đơn vị dòng thu. chảy, phương pháp biểu đồ tần suất tích lũy Để nghiên cứu và đánh giá lại tiềm năng được kết hợp cùng với phương pháp thống kê dầu khí trong trầm tích Mioxen hạ, ngoài các sử dụng thuật toán Ward. Một trong những ưu 6
2. điểm của thuật toán Ward là sự phân tán của các mẫu trong các nhóm được giảm tối đa. Chính vì vậy mà thuật toán Ward được chọn để ứng dụng trong nghiên cứu này để xác định các đơn vị dòng chảy. Các tác giả đã lựa chọn mô hình 4HU để tính toán độ nhạy của mô hình độ thấm và xây dựng mô hình địa chất 3D cho hệ tầng sản phẩm Mioxen hạ. Theo [1], mô hình độ thấm cho từng HU được tính toán theo công thức: 3 2 Φ K=1014,24FZItb . (1) 1-Φ 2 Chỉ số của vùng chảy FZI (Flow Zone Indicator) được định nghĩa và xác định theo 1 phương trình Kozeny-Carman, F Z I = , Hình 1. Crossplot độ rỗng - độ thấm mô hình FsgrτS 4HU hệ tầng sản phẩm Mioxen hạ trong đó Fs là yếu tố hình dạng,  là độ uốn Bảng 1. Giá trị FZItb cho mô hình 4 HU khúc, Sgr là tỷ bề mặt. Như vậy, FZI là tham số FZItb HU1 HU2 HU3 HU4 đặc trưng cho cấu kiến trúc của đá và có ý nghĩa Mô hình 4HU 0,25 0,8 2 5,5 trong việc xác định chất lượng của tầng chứa. Theo Amaefule và nnk (1993), FZI là tham số 3. Xây dựng mô hình địa chất theo đơn vị duy nhất mà kết hợp được các thuộc tính địa dòng chảy chất của kiến trúc hạt và khoáng vật để phân Để xây dựng mô hình địa chất 3D của tầng biệt các tướng kiến trúc lỗ rỗng khác nhau (các chứa, sử dụng bất kỳ phần mềm nào cũng đều đơn vị dòng chảy) [1]. Giá trị FZI càng cao thì cần phải tuân theo một quy trình chuẩn bao gồm tính chất của tầng chứa (rỗng-thấm) càng tốt. các bước chính sau: (i) Dữ liệu đầu vào, (ii) Xây dựng mô hình cấu trúc, (iii) Chuyển đổi tỷ Với các giá trị FZItb trung bình cho từng HU lệ (upscale) từ tỷ lệ tài liệu vào tỷ lệ mô hình, của từng mô hình, độ thấm được tính theo công (iv) Phân tích số liệu, (v) Xây dựng mô hình thức (1). Kết quả độ thấm tính toán được khi so tướng, (vi) Xây dựng mô hình thông số (độ sánh với kết quả đo ghi trên mẫu lõi trụ ở tất cả rỗng, độ thấm, độ bão hòa) [4]. Trong nghiên các giếng khoan có lấy mẫu, cho thấy độ chính cứu này, để áp dụng phương pháp tiếp cận mới xác tăng lên đáng kể so với chỉ sử dụng một trên cơ sở của đơn vị dòng chảy, bước (vi) được quan hệ hồi quy thông thường. Hệ số tương thực hiện thành hai giai đoạn: (vi-a) xây dựng quan giữa độ thấm tính theo mô hình HU và mô hình 3D đơn vị dòng chảy và (vi-b) xây 2 mẫu lõi R = 0,934 (mô hình 4 HU). Hình 1 dựng mô hình thông số. Hình 2 trình bày sơ đồ biểu diễn cross-plot độ rỗng - độ thấm của mô khối tối giản sử dụng trong xây dựng mô hình hình 4HU và bảng 1 trình bày các giá trị FZItb địa chất 3D hệ tầng sản phẩm Mioxen hạ, mỏ trung bình đại diện cho từng HU. Theo kết quả Bạch Hổ. Mô hình thông số rỗng - thấm của hệ này, giá trị FZItb tăng dần từ HU1 đến HU4 cho tầng sản phẩm này sẽ được xây dựng theo đơn thấy tính chất tầng chứa của HU cũng tốt dần từ vị dòng chảy xác định từ mẫu lõi và mô hình HU1 đến HU4. HU1 có chất lượng tầng chứa 3D của HU, như đã trình bày ở trên. Số HU kém nhất còn HU4 có chất lượng tầng chứa tốt được xác định là 4 và tính chất tầng chứa (rỗng nhất (theo quan hệ độ rỗng và độ thấm). - thấm) tốt dần từ HU1 đến HU4. 7
3. tầng sản phẩm Mioxen hạ, các thân dầu được phát hiện chủ yếu trong các tầng sản phẩm 23 và 24 và các tầng sản phẩm này có diện phân bố trên toàn bộ mỏ Bạch Hổ và cũng là đối tượng nghiên cứu chính nên không sử dụng phương pháp mô hình hóa ngẫu nhiên định hướng đối tượng (Stochastic/Object based) cho các tầng sản phẩm 23 và 24 (đới 1) mà sử dụng phương pháp mô hình hóa ngẫu nhiên theo điểm (Stochastic/Pixel). Khi xây dựng mô hình phân Hình 2. Sơ đồ khối xây dựng mô hình địa chất bố tướng trong Petrel, các tác giả đã sử dụng 3D hệ tầng sản phẩm Mioxen hạ, thuật toán Sequence Indicator Simulation (SIS). mỏ Bạch Hổ Ưu điểm của thuật toán này là có phương pháp Trong hệ tầng chứa sản phẩm Mioxen hạ, tính toán tương tự với Sequence Gausian các tầng sản phẩm từ trên xuống lần lượt là 23 - Simulation (được sử dụng rộng rãi khi mô hình 27. Theo kết quả nghiên cứu thuộc tính địa chấn hóa cho dạng dữ liệu liên tục (continuous data) cũng như các nghiên cứu về môi trường trầm như các đường cong ĐVLGK, địa chấn) nhưng tích, các thân dầu có dạng kênh rạch chủ yếu tốc độ tính toán nhanh hơn nhiều do làm việc tập trung trong các tầng sản phẩm từ 25, 26 đến trên dữ liệu rời rạc (discrete data) [12]. 27 và ở vòm Nam của mỏ (hình 3). Trong hệ Hình 3. Mặt cắt liên kết các thân dầu trong Mioxen hạ (vòm Bắc) a. Mô hình 3D cấu trúc Dựa trên các kết quả minh giải lại địa chấn các tầng SH-5 - bất chỉnh hợp nóc Mioxen hạ, SH-6 - bất chỉnh hợp trong Mioxen hạ, tương ứng với nóc tầng sản phẩm 24 và SH-7 - bất chỉnh hợp nóc Oligoxen thượng cùng với hệ thống hóa lại các đứt gãy, mô hình 3D cấu trúc cho hệ tầng sản phẩm Mioxen hạ đã được xây dựng trên 60 lớp (hình 4) làm cơ sở cho tất cả các mô hình 3D sau này. Các thông số sử dụng để xây dựng mô hình cấu trúc hệ tầng sản phẩm Mioxen hạ được liệt kê trong bảng 2. 8
4. Hình 4. Mô hình cấu trúc hệ tầng sản phẩm Mioxen hạ (60 lớp) Bảng 2. Thông số mô hình cấu trúc hệ tầng sản phẩm Mioxen hạ Đới (Zone) Hàng Cột Chiều dàytb(m) Lớp Tổng số khối Tầng 23, 24 228 96 70 30 656640 Tầng 25, 26, 27 228 96 120 30 656640 Toàn mô hình 228 96 60 1313280 b. Mô hình 3D đơn vị dòng chảy Về bản chất, HU tương đồng với tướng đá, một tướng đá có thể có nhiều HU, hay 1 HU có thể bao gồm nhiều tướng đá khác nhau. Do vậy mà mô hình đơn vị dòng chảy cũng xây dựng tương tự mô hình phân bố tướng đá. Hình 5 trình bày kết quả mô hình 3D HU của hệ tầng sản phẩm Mioxen hạ. Mô hình 3D HU theo mặt cắt liên kết các giếng khoan ở vòm Bắc được biểu diễn trên hình 6. HU0 -không chứa có màu xám, HU1 - màu xanh, HU2 - vàng, HU3 - da cam và HU4 có tính chất tầng chứa tốt nhất - màu đỏ. Hình 5. Mô hình HU hệ tầng sản phẩm Mioxen hạ 9
5. Hình 6. Phân bố đơn vị dòng chảy trên mặt cắt liên kết giếng khoan ở vòm Bắc c. Mô hình 3D độ rỗng Đường cong độ rỗng hở cho toàn bộ hệ tầng sản phẩm Mioxen hạ (từ SH-5 đến SH-7) được minh giải và sử dụng để xây dựng mô hình độ rỗng. Khác với mô hình HU, mô hình độ rỗng phải sử dụng mô-đun mô hình hóa thuộc tính vật lý thạch học để xây dựng. Thuật toán được lựa chọn là Gaussian Random Function Simulation và cũng dùng mô hình phân bố tướng đá để giới hạn [12]. Hình 7 trình bày mô hình 3D độ rỗng hệ tầng sản phẩm Mioxen hạ. Giá trị độ rỗng chiếm ưu thế trong mô hình là từ 16 đến 26%, phù hợp với báo cáo trữ lượng dầu và khí hòa tan tính đến năm 2006 của Vietsovpetro do Viện nghiên cứu khoa học và thiết kế dầu khí biển (NIPI) thực hiện. Hình 7. Mô hình độ rỗng hệ tầng sản phẩm Mioxen hạ 10
6. d. Mô hình 3D độ thấm Với cùng mô hình độ rỗng được xác định như trên, mô hình độ thấm đã được xây dựng trong đó độ thấm được xác định theo giá trị độ rỗng hở và loại HU trong từng khối theo công thức (1). Hình 8 trình bày mô hình 3D độ thấm theo HU của hệ tầng sản phẩm Mioxen hạ. Những vùng không chứa có màu xám, độ thấm biến đổi từ 0,1mD – 2000mD theo thang logarit và có màu biến đổi tăng dần từ tím tới đỏ. Khu vực có giá trị độ thấm cao thường liên quan đến những chỗ có giá trị HU3 và HU4, tập trung chủ yếu ở vòm Bắc và Trung Tâm. Hình 8. Mô hình độ thấm theo HU hệ tầng sản phẩm Mioxen hạ 4. Đánh giá đặc tính rỗng - thấm từ kết quả đối lớn. Chất lượng đá chứa trung bình, phần mô hình địa chất 3D lớn là HU2. Độ thấm thay đổi từ 3 đến 80mD Từ các kết quả mô hình địa chất 3D thu và độ rỗng thay đổi từ 18 đến 25%. được, bao gồm cả mô hình tướng đá, mô hình Tầng sản phẩm 23-3 phân bố rải rác ở vòm HU, mô hình độ rỗng, và mô hình độ thấm của Bắc và Trung của mỏ. Các thân dầu này có diện hệ tầng sản phẩm Mioxen hạ, có thể nhận thấy tích nhỏ. Các thân dầu nói chung có chất lượng rằng ở các tầng sản phẩm, chất lượng tầng chứa đá chứa tốt, chủ yếu là HU3, HU4. Độ thấm và phân bố thay đổi không nhiều và chủ yếu tập thay đổi từ 10 đến 1000mD. Độ rỗng thay đổi trung các vỉa có chất lượng tốt ở một số khu 18 đến 27% . vực nhất định. Tầng sản phẩm 23-4 chỉ cho sản phẩm ở Tầng sản phẩm 23-1 chủ yếu tập trung ở vòm Bắc của mỏ Bạch Hổ, có diện tích nhỏ. phần cao nhất ở khu vực Trung Tâm của mỏ Tầng chứa có tính chất rỗng - thấm tốt, tập Bạch Hổ. Theo mô hình đơn vị dòng chảy thì trung HU2 đến HU4. Độ thấm thay đổi 10 đến tầng sản phẩm này có một số thân dầu có diện 1000mD. Độ rỗng thay đổi từ 18 đến 27%. tích nhỏ. Các thân dầu có chất lượng đá chứa Tầng sản phẩm 24, bao gồm các thân dầu từ trung bình tới tốt, HU2, HU3 và HU4 chiếm có diện tích nhỏ và phân bố ở nhiều nơi trong ưu thế. Độ thấm thay đổi 10 đến 500mD, độ vòm Bắc và Trung Tâm. Độ thấm (theo HU) ở rỗng thay đổi từ 15 đến 27%. các thân dầu vòm Trung Tâm (5 đến 50mD) Tầng sản phẩm 23-2 có mặt ở cả vòm Bắc nhỏ hơn so với ở vòm Bắc (10 đến 500mD). Độ và vòm Trung Tâm của mỏ, có diện tích tương rỗng thay đổi từ 15 đến 22%. 11
7. 5. Kết luận [4]. Trần Nam Thắng, Phạm Thanh Liêm, Lê Qua nghiên cứu này, các tác giả rút ra một Hải An, 2011. Mô hình địa chất 3D cho đối số kết luận chính sau đây: tượng đá vôi nứt nẻ tuổi Creta, Bể Maracaibo, Những kết quả thu được cho thấy đặc Venezuela. Tạp chí KHKT Mỏ-Địa chất, số 33, điểm của hệ tầng sản phẩm tuổi Mioxen hạ mỏ trang 21-27. Bạch Hổ là phức tạp, có tính bất đồng nhất cao [5]. Abbaszadeh, M., Fujii, H., and Fujimoto, F., và có thể chia thành 4 đơn vị dòng chảy HU 1995. Permeability prediction by hydraulic khác nhau để xây dựng mô hình địa chất 3D flow units – theory and applications. SPE 30158. Các mô hình 3D cấu trúc, mô hình 3D [6]. Amaefule, J. O., Altunbay, M., Tiab, D., phân bố tướng đá, mô hình 3D HU, mô hình 3D Kersey, D. G., and Keelan, D. K., 1993. độ rỗng, và mô hình 3D độ thấm của hệ tầng Enhanced reservoir descriptions: using core and sản phẩm Mioxen hạ được xây dựng bằng log data to identify Hydraulic (flow) Units and phương pháp mô hình hoá địa thống kê giới hạn predict permeability in uncored intervals / wells. trong phần nhô cao của mỏ theo phân bố các SPE 26436. thân cát được xác định từ các thuộc tính địa [7]. An H. Le, 2004. Innovative neural network chấn và theo chiều sâu giới hạn bởi hai tầng approaches for petrophysical parameter phản xạ SH-5 và SH-7. prediction. Unpublished PhD thesis, Heriot- Mô hình phân bố các vỉa chứa sản phẩm Watt University, 193 p. theo HU trong tầng 23 và 24 đã chỉ ra một số [8]. Corbett, P. W. M., Ellabad, Y., Mohamed, khu vực có tính chất rỗng-thấm tốt ở cánh sụt K., and Pososyaev, A., 2003. Global Hydraulic phía Tây của mỏ ở vòm Trung Tâm và vòm Bắc. Elements – elementary petrophysics for reduced Cuối tháng 6/2011, GK50 đã cho dòng dầu có reservoir modeling. European Association of lưu lượng cao ở Tây Bắc của mỏ, thuộc vỉa Geoscientists and Engineers 65th Conference, 23-2 và 23-3, tại đúng khu vực mà mô hình HU Paper F-26 EAGE meeting, Stavanger, June 2 - đã chỉ ra. June 5. [9]. Ebanks, W. J., 1987. Flow unit concept - Việc xây dựng mô hình địa chất dựa trên integrated approach for engineering projects. việc xác định các đơn vị dòng chảy (HU) từ Abstract presented June 8, during the mẫu lõi và mô hình HU địa thống kê mang lại roundtable sessions at the 1987 American hiệu quả tốt hơn cho công tác quản lý và phát Association of Petroleum Geologists Annual triển mỏ trong tương lai. Convention. [10]. Potter, D. K., Le, A. H., Corbett, P. W. M., TÀI LIỆU THAM KHẢO McCann, C., Assefa, S., Astin, T., Sothcott, J., Bennett, B., Larter, S., and Lager, L., 2003. [1]. Lê Hải An, 2006. Xác định phân tố thủy lực Genetic petrophysics approach to core analysis từ tài liệu ĐVLGK sử dụng mạng nơ-ron phục - application to shoreface sandstone reservoirs. vụ đánh giá tầng chứa dầu khí. Tạp chí Khoa Proceedings of the 2003 International học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất, số 14, trang 4-8. Symposium of the Society of Core Analysts, [2]. Lê Hải An, Hà Quang Mẫn, Nguyễn Xuân Paper SCA2003-35, 421-433. Trung, 2007. Xác định các đơn vị dòng chảy [11]. Svirsky D., A. Ryazanov, M. Pankov, P. tầng sản phẩm X, tuổi Mioxen hạ, mỏ Bạch Hổ. W. M. Corbett, A. Posysoev, 2004. Hydraulic Tạp chí Dầu khí, số 7-2007, trang 23-27. Flow Units Resolve Reservoir Description [3]. Lê Hải An, Nguyễn Xuân Trung, 2010. Mô Challenges in a Siberian Oil. SPE 87056. hình xác định độ thấm theo đơn vị dòng chảy [12]. Schlumberger Information Solution, cho hệ tầng sản phẩm tuổi Mioxen hạ, mỏ Bạch Property Modeling Course, Petrel 2007. Hổ. Tạp chí KHKT Mỏ-Địa chất, số 29, trang 1-5. (xem tiếp trang 33) 12
8. SUMMARY Hydraulic flow units based 3D geological model of Lower Miocene reservoirs, White Tiger Oilfield Nguyen Xuan Trung, PVEP Le Hai An, University of Mining and Geology In the petroleum exploration and production, building 3D geological model, in recent years, has become one of the indispensable tools to help evaluate the petroleum potential of a field. The objective of it not only to calculate oil and gas reserves, but more important is to simulate the spatial distribution of the reservoir, calculate accuratelt oil and gas reserves in place of the reservoir, allow multiphase fluid flow simulations, provide information for the need of the field management and development. But, in fact, the geological characteristics of the oil and gas fields are generally very complex and heterogeneous, so that building of 3D geological model of the reservoir is becoming more difficult. To construct the geological model of the layer in details with high accuracy, the identification of flow units associated with sedimentary rocks and creating proper porosity - permeability relationships plays an important role. This paper presents a summary of the results of the 3D geological model based on identification and modeling of flow units for in the Lower Mioxen reservoirs, White Tiger oilfiled, Cuu Long basin that is located in the continental shelf of Vietnam. 13