Đang tải... (xem toàn văn)
Dự án Bản đồ ứng suất kiến tạo thế giới (World Stress Map - WSM) là dự án hợp tác giữa các học viện, các ngành công nghiệp và các chính phủ nhằm xây dựng bộ cơ sở dữ liệu toàn diện về ứng suất căng giãn trong thạch quyển để hiểu rõ hơn về trạng thái và nguồn gốc của ứng suất kiến tạo hiện tại. Bài báo phân tích tác động của ứng suất kiến tạo đến hoạt động khoan dầu khí, từ đó đề xuất các giải pháp để giảm thiểu tác động xấu của ứng suất kiến tạo đến quá trình khoan.
PETROVIETNAM TẠP CHÍ DẦU KHÍ Số 12 - 2019, trang 57 - 62 ISSN-0866-854X ỨNG SUẤT KIẾN TẠO VÀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT ĐỘNG KHOAN DẦU KHÍ Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Thanh Tùng, Lê Vũ Quân, Lê Quốc Trung, Trần Đăng Tú Viện Dầu khí Việt Nam Email: tuananguyen@vpi.pvn.vn Tóm tắt Dự án Bản đồ ứng suất kiến tạo giới (World Stress Map - WSM) dự án hợp tác học viện, ngành công nghiệp phủ nhằm xây dựng sở liệu toàn diện ứng suất căng giãn thạch để hiểu rõ trạng thái nguồn gốc ứng suất kiến tạo Bài báo phân tích tác động ứng suất kiến tạo đến hoạt động khoan dầu khí, từ đề xuất giải pháp để giảm thiểu tác động xấu ứng suất kiến tạo đến q trình khoan Từ khóa: Ứng suất kiến tạo, hoạt động khoan Giới thiệu Trong trình hình thành vỏ trái đất, mảng lục địa chuyển động lực kiến tạo tạo hình thái vỏ trái đất Các lực kiến tạo tạo trường ứng suất quy mô lục địa, khu vực bể trầm tích Từ năm 1986, Dự án WSM tập hợp 14.000 số ứng suất cung cấp sở liệu, đồ ứng suất, phần mềm dịch vụ miễn phí WSM cung cấp thông tin chi tiết quan trọng trường ứng suất quy mô thạch mảng quy mô khu vực Thông tin cho thấy trường ứng suất chủ yếu bị chi phối lực tác dụng rìa mảng, đặc biệt gờ núi đại dương đới va chạm lục địa Tuy nhiên, trạng thái trường ứng suất quy mô nhỏ thường hiểu biết Ở bể trầm tích, hiểu biết trường ứng suất địa phương quan trọng để cải thiện tính ổn định giếng khoan, thiết kế ép vỉa thủy lực xây dựng kế hoạch bơm ép nước Trong số bể trầm tích có trường ứng suất đồng (ví dụ bể Tây Canada), bể khác lại có trường ứng suất bất đồng (ví dụ trung tâm Biển Bắc) Các phương ứng suất địa phương quy mô nhỏ cho kết lực trường xa (farfield forces), cấu trúc địa chất (ví dụ: diapirs, đứt gãy) tương phản học (ví dụ: đá evaporate, đá phiến áp suất cao) Tuy nhiên, xuất nguồn gốc trường ứng suất quy mô nhỏ bể trầm tích chưa hiểu rõ, chủ yếu thiếu liệu ứng suất Mặc dù có gần 20 năm thu thập liệu áp dụng rộng rãi liệu Ngày nhận bài: 21/8/2019 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 21/8 - 10/10/2019 Ngày báo duyệt đăng: 6/12/2019 ứng suất thăm dò khai thác dầu khí, thực tế trạng thái ứng suất khu vực có trữ lượng dầu khí lớn hàng đầu giới gồm Trung Đơng, Bắc Phi ngồi khơi vịnh Mexico hiểu biết Ở đây, nghiên cứu WSM khảo sát nguồn ứng suất mà WSM kiểm sốt biến thiên ứng suất từ quy mơ mảng đến quy mô địa phương Các nghiên cứu WSM nhấn mạnh đến trường ứng suất bể trầm tích Đề án biên soạn sở liệu hướng ứng suất mỏ dầu nhằm hiểu rõ lực kiểm sốt ứng suất bể trầm tích cung cấp giá trị tảng cho nghiên cứu địa học dầu khí Trong q trình khoan dầu khí ứng suất kiến tạo địa phương gây ảnh hưởng lớn đến hoạt động khoan như: ổn định thành giếng, tạo mùn khoan kích thước lớn (caving), sập lở thành giếng gây kẹt cần kẹt ống chống Ứng suất kiến tạo Dự án WSM dự án để tìm hiểu kiến tạo đương đại trình địa động lực WSM khởi đầu dự án thuộc Chương trình thạch quốc tế Từ 1986 - 1992, WSM điều hành Mary Lou Zoback có tham gia 30 nhà khoa học toàn giới Từ năm 1995, WSM trở thành dự án Viện Khoa học Heidelberg đặt Đại học Karlsruhe (Đức), WSM nỗ lực hợp tác nhà khoa học kỹ sư tồn giới Trọng tâm dự án phát triển biên soạn sở liệu ứng suất có phân loại chất lượng Cơ sở liệu năm 2005 gồm 14.000 liệu DẦU KHÍ - SỐ 12/2019 57 NGHIÊN CỨU TRAO ĐỔI hướng ứng suất ngang cực đại minh giải từ loạt số ứng suất phạm vi 40km phía thạch (Hình 1) suất mỏ dầu, chủ yếu ước tính từ tượng sập lở thành giếng khoan nứt nẻ gây giếng khoan Các phương pháp xác định hướng ứng suất ngang Thông tin ứng suất sở liệu WSM ước tính từ nhiều phương pháp khác Trong chủ yếu phương pháp chế tiêu điểm động đất, sập lở thành giếng khoan nứt nẻ khoan (từ log hình ảnh giếng khoan caliper nhiều đo), đo đạc ứng suất chỗ (phương pháp khoan chùm, nứt vỉa thủy lực) số địa chất như: đứt gãy trượt hướng miệng phun núi lửa (xem mô tả phương pháp tài liệu Zoback, 1992) Mỗi phương pháp cung cấp thông tin trường ứng suất độ sâu khác Giải pháp chế tiêu điểm động đất cung cấp thông tin trạng thái ứng suất lớp vỏ sâu (5 - 40km) Các phép đo ứng suất chỗ khoan chùm nứt vỉa thủy lực thường sử dụng để xác định định hướng cường độ ứng suất mỏ cơng trình dân dụng (ví dụ: đường hầm) đó, thường cung cấp phép đo ứng suất vòng 1km lớp vỏ Các số địa chất phân tích đứt gãy trượt cung cấp thông tin ứng suất bề mặt Tuy nhiên, nghiên cứu tập trung vào xác định định hướng ứng Hiện tượng sập lở thành giếng khoan nứt nẻ bị gây ứng suất nén ép tập trung xung quanh giếng khoan xung quanh khoảng trống ngầm Sập lở thành giếng khoan tạo mặt cắt giếng bị kéo dài ảnh hưởng ứng suất, hình thành ứng suất thành giếng vượt áp suất phá hủy thành hệ Mặt cắt giếng khoan bị kéo dài trình phá hủy trượt nén mặt phẳng giao làm cho thành giếng bị lở mảng (Hình 2a - BO) Trong giếng khoan thẳng đứng, ứng suất cực đại có phương vng góc với ứng suất ngang cực đại sập lở thành giếng xảy vng góc với phương ứng suất ngang cực đại Nứt nẻ căng giãn khoan bị gây phá hủy căng giãn thành giếng ứng suất thành giếng nhỏ độ bền kéo thành hệ Ở giếng khoan thẳng đứng, nứt nẻ khoan hình thành song song với phương ứng suất ngang cực đại (Hình 2b - DITF) Sập lở thành giếng khoan minh giải từ tài liệu caliper (ví dụ Dipmeter phân giải cao) từ tài liệu ảnh siêu âm điện trở (ví dụ Hình Bản đồ ứng suất kiến tạo giới Phân loại độ tin cậy ứng suất theo A, B, C; NF: ứng suất đứt gãy bình thường (màu đỏ); SS: ứng suất trượt (màu xanh cây); TF: ứng suất nghịch (màu xanh); U: không xác định (màu đen) Phương pháp nghiên cứu: Focal mechanism - ứng suất tập trung; Breakout - nén ép; DITF - tách giãn; borehole slotter - thành giếng khoan; overcoring - lấy mẫu; hydro fracture - nứt vỉa thủy lực; Geol indicators - dấu hiệu địa chất [1] 58 DẦU KHÍ - SỐ 12/2019 PETROVIETNAM ảnh trực tiếp quan sát sập lở thành giếng khoan nên đáng tin cậy nhiều Trên log ảnh điện trở hình ảnh khoảng sập lở thể cặp vùng dẫn điện hẹp, log ảnh siêu âm, vùng có biên độ thấp song song với trục giếng khoan cách khoảng 180o (Hình 2b) Sập lở thành giếng khoan nứt nẻ khoan không nguồn thơng tin ứng suất bể trầm tích mà cung cấp thơng tin hướng ứng suất xác tin cậy Sập lở thành giếng khoan nứt nẻ khoan cung cấp phần lớn liệu ứng suất có chất lượng cao (A B) sở liệu WSM Hình Sập lở (BO) (a) nén ép nứt nẻ căng giãn (DITF) (b) hình chụp đo log FMI [1] Vùng gắn kết Vùng khơng gắn kết Móng Hình Mơ hình ứng suất kiến tạo cho khu vực địa phương [1] FMI, STAR) Thiết bị caliper cung cấp liệu kích thước giếng khoan theo - hướng Các liệu sử dụng để xác định hình dạng mặt cắt giếng khoan phân biệt khoảng sập lở với khoảng thành giếng bị biến dạng khơng ứng suất gây chẳng hạn xói lở (washout) hay mài rộng thiết bị (key-seat) Các loại log hình ảnh cung cấp thơng tin đáng tin cậy phương tiện để minh giải sập lở thành giếng khoan cách trực tiếp Hình ảnh khoảng sập lở thành giếng khoan tài liệu log ảnh điện trở cặp đới dẫn điện có độ phân giải kém, song song với trục giếng khoan cách khoảng 180° (Hình 2a) Hình ảnh khoảng sập lở tài liệu log ảnh siêu âm (cơ hình ảnh thời gian di chuyển) cặp đới kéo dài, song song với trục giếng khoan cách khoảng 180° Kết minh giải nứt nẻ khoan tài liệu caliper khơng đáng tin cậy tài liệu log hình Dữ liệu ứng suất xếp hạng chất lượng Tính đáng ý WSM số ứng suất sở liệu đánh giá chất lượng theo tiêu chí quốc tế tham chiếu để truy tìm nguồn gốc người minh giải điểm liệu Dữ liệu hệ thống WSM xếp hạng chất lượng từ cấp A (cao nhất; độ xác hướng ứng suất khoảng ± 15°) đến cấp E (thấp nhất; khơng có hướng ứng suất đáng tin cậy) Dữ liệu WSM cho phép dễ dàng truy cập thông tin số ứng suất độ xác, tỷ lệ xích độ tin cậy Ví dụ: định hướng ứng suất có chất lượng A từ tài liệu sập lở thành giếng khoan u cầu phải có 10 điểm quan sát có định hướng (với độ lệch chuẩn < 12°) giếng khoan với tổng chiều dài sập lở 300m Hơn nữa, việc xếp hạng chất lượng tất số ứng suất tạo điều kiện để so sánh liệu ứng suất xác định từ phương pháp chiều sâu khác Nói chung, số có chất lượng cấp A, B C coi đáng tin cậy để sử dụng phân tích kiến tạo Ở khu vực tách cách học từ ứng suất trường xa, ứng suất địa phương cho có xáo trộn lớn Các bể trầm tích tách khỏi ảnh hưởng ứng suất trường xa đá trầm tích bay evaporite "yếu" mặt học, đá phiến linh động lớp đá áp suất cao Các loại đá ngăn chặn không cho ứng suất trường xa móng truyền đến tầng phủ bên tạo trường ứng suất địa phương Hình cho thấy, ứng suất địa phương khu vực gắn kết với đá móng có phương ổn định so với khu vực không gắn kết với đá móng (Hình 3) [1] Tại Việt Nam, bể Cửu Long, sau nghiên cứu tài liệu địa vật lý giếng khoan 30 giếng, Nguyễn Văn DẦU KHÍ - SỐ 12/2019 59 NGHIÊN CỨU TRAO ĐỔI Phương ứng suất nén ép ngang cực đại Theo BO Theo DIF Xếp hạng chất lượng A B C D Độ sâu tới móng < 1000m 1000 - 2000m 2000 - 4000m 4000 - 6000m