Đề tài: Phương pháp phân tích địa hóa dầu khí

Phương pháp phân tích địa hóa dầu khí -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Më ®Çu Vµo nh÷ng n¨m ®Çu cña thÕ kû XX, ng−êi ta t×m dÇu theo biÓu hiÖn trªn mÆt. Theo ®ã, nh÷ng khu vùc cã nhiÒu ®iÓm lé khÝ/dÇu chÝnh lµ nh÷ng khu vùc cã tµng tr÷ dÇu khÝ d−íi s©u. Cµng vÒ sau, víi sù ph¸t triÓn cña nghiªn cøu ®Þa chÊn ph¶n x¹ vµ nh÷ng hiÓu biÕt nhiÒu h¬n vÒ dÇu khÝ, c«ng t¸c khoan dÇu khÝ h−íng theo quan ®iÓm “nÕp låi”. Tuy nhiªn, trong thùc tÕ t×m kiÕm th¨m dß dÇu khÝ theo quan ®iÓm “nÕp låi” ®· cã nhiÒu giÕng khoan kh«ng t×m thÊy dÇu. §iÒu ®ã buéc c¸c nhµ t×m kiÕm th¨m dß ph¶i quan t©m ®Õn nguån cung cÊp dÇu khÝ vµo c¸c nÕp låi còng nh− nh÷ng ®iÒu kiÖn h×nh thµnh vµ b¶o tån c¸c tÝch tô ®ã. Mét trong nh÷ng nghiªn cøu nh»m lµm s¸ng tá vÊn ®Ò vÒ nguån cung cÊp s¶n phÈm chÝnh lµ m« h×nh ®Þa hãa ®¸ mÑ. 1. Nh÷ng kh¸i niÖm chung §Ó ®¸nh gi¸ ®¸ mÑ, tr−íc hÕt cÇn thèng nhÊt nh÷ng kh¸i niÖm chung vÒ ®¸ mÑ vµ c¸c chØ tiªu ®¸nh gi¸ chóng. Theo Vasoievich, mét tËp trÇm tÝch ®−îc coi lµ ®¸ mÑ khi cã ®ñ ®é giµu vËt chÊt h÷u c¬ (VCHC), thÓ tÝch ®¸ ph¶i ®ñ lín ®Ó cã thÓ sinh ra l−îng hydrocacbon ®ñ ®Ó tÝch tô thµnh má. HiÖn nay, nh÷ng nghiªn cøu t×m kiÕm th¨m dß dÇu khÝ nãi chung vµ nghiªn cøu ®¸ mÑ nãi riªng ®· tËp trung vµo nh÷ng khÝa c¹nh cô thÓ vµ chi tiÕt h¬n ®Ó ®¸nh gi¸ ®¸ mÑ ë nh÷ng cÊp ®é kh¸c nhau. §¸ mÑ sinh dÇu khÝ lµ mét tËp trÇm tÝch h¹t mÞn ®ñ ®é giµu VCHC (TOC>0.5%,Wt ®èi víi trÇm tÝch lôc nguyªn; TOC>0.25%,Wt ®èi víi trÇm tÝch cacbonate), ®· sinh vµ t¸ch ®−îc dÇu/khÝ ®ñ ®Ó h×nh thµnh nh÷ng tÝch tô dÇu khÝ. §Ó ®¸nh gi¸ tiÒm n¨ng sinh cña mét tÇng ®¸ mÑ, ®é giµu VCHC th«i ch−a ®ñ mµ cßn cÇn quan t©m tíi b¶n chÊt cña VCHC vµ møc ®é biÕn ®æi cña chóng. Mét trong nh÷ng tiªu chÝ ®Ó ®¸nh gi¸ b¶n chÊt cña VCHC lµ lo¹i kerogen trong ®¸ mÑ. VËy kerogen lµ g×? Kerogen lµ phÇn cña vËt chÊt h÷u c¬ cã mÆt trong ®¸ trÇm tÝch, kh«ng tan trong dung m«i h÷u c¬. Kerogen ®−îc t¹o thµnh bëi sù polymer hãa ph©n tö h÷u c¬ ®−îc t¸ch ra tõ x¸c sinh vËt. DÇu vµ khÝ ®−îc t¹o thµnh tõ kerogen trong qóa tr×nh catagenes vµ giai ®o¹n ®Çu cña metagenes. Theo nghiªn cøu cña Douglas W. Waples 1980, vµ nhiÒu t¸c gi¶ kh¸c [1], [2], [3], [5], [7] cã sù tån t¹i cña bèn lo¹i kerogen nh− sau: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Dậu VPI_email daunt@vpi.pvn.vn Phương pháp phân tích địa hóa dầu khí -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- B¶ng 1 Nguån gèc NgËp n−íc (Aquatic) B¶ng ph©n lo¹i kerogen (Cornford, 1977) Ph©n lo¹i vµ tªn gäi Kerogen Algal V« ®Þnh h×nh (Amorphous) Liptinite Amorphous Lo¹i I (shapropen) Lôc ®Þa (Terrestrial) D¹ng sîi (Herbaceous) vitrinite TV cã cÊu tróc Humic (Woody) Lo¹i II Lo¹i III Than Inertinite Lo¹i kh¸c(IV) • Kerogen lo¹i I: Gåm c¸c sinh vËt ®¬n bµo, chñ yÕu lµ rong t¶o sèng trong m«i tr−êng ®Çm hå, rÊt giµu lipit, cã kh¶ n¨ng sinh dÇu cùc tèt. Thµnh phÇn maceral chñ yÕu lµ lipite, vitrinit vµ inertinite rÊt Ýt. Hµm l−îng l−u huúnh rÊt thÊp(<1%). Tû sè ph©n tö H/C>1.5, O/C<1. Kerogen lo¹i nµy rÊt hiÕm gÆp trong tù nhiªn. • Kerogen lo¹i II: §−îc t¸ch ra tõ mét sè nguån kh¸c nhau nh− Algae biÓn, phÊn hoa vµ bµo tö (pollen & spore), l¸ c©y cã s¸p, nhùa cña thùc vËt bËc cao vµ qóa tr×nh ph©n hñy lipit ë c©y. HoÆc lµ hçn hîp cña kerogen lo¹i I vµ lo¹i III. Hµm l−îng l−u huúnh trong chóng cao h¬n ë nh÷ng kerogen lo¹i kh¸c (th−êng >1%), tû sè nguyªn tö H/C cao (1.2-1.5), tû sè O/C thÊp h¬n ë ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Dậu VPI_email daunt@vpi.pvn.vn Phương pháp phân tích địa hóa dầu khí -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- kerogen lo¹i III vµ IV. Kerogen lo¹i IIS cã trong ®¸ mÑ chøa hoµn toµn VCHC biÓn th−êng liªn quan tíi ®¸ cacbonnat, cã hµm l−¬ng l−u huúnh rÊt cao(>2%) vµ th−êng sinh dÇu ë ®é tr−ëng thµnh thÊp h¬n nh÷ng kerogen lo¹i kh¸c. Kerogen lo¹i II (vµ IIS) cã kh¶ n¨ng sinh dÇu rÊt tèt. • Kerogen lo¹i III: Cã nguån gèc tõ c¸c lo¹i thùc vËt th−îng ®¼ng giµu celluois vµ lignin, hµm l−îng liptinit vµ l−u huúnh thÊp, tû sè nguyªn tö H/C<1, O/C gÇn b»ng 3. Kerogen lo¹i III cã kh¶ n¨ng sinh khÝ vµ condensate(substantial oil) lµ chñ yÕu, sinh dÇu rÊt Ýt. Tuy nhiªn, nÕu tÇng ®¸ mÑ ®−îc l¾ng ®äng trong m«i tr−êng delta víi thÓ tÝch lín còng cã thÓ cho nh÷ng tÝch tô dÇu. • Kerogen lo¹i IV: Gåm inertinite vµ kerogen lo¹i I, II, III bÞ oxy hãa, kh«ng cã kh¶ n¨ng sinh dÇu khÝ. N¨m 1977, Cornford ®· ®−a ra b¶ng ph©n lo¹i kerogen theo nguån gèc VCHC, b¶ng ph©n lo¹i nµy còng phï hîp víi c¸ch ph©n lo¹i cña c¸c t¸c gi¶ trªn (xem b¶ng 1) 2. Nh÷ng tiªu chÝ ®Ó ®¸nh gi¸ ®¸ mÑ TrÇm tÝch h¹t mÞn th−êng cã kh¶ n¨ng b¶o tån VCHC tèt vµ m«i tr−êng h×nh thµnh chóng th−êng thuËn lîi cho qu¸ tr×nh chuyÓn hãa VCHC thµnh dÇu khÝ. ChÝnh v× vËy, ®èi t−îng cña nghiªn cøu ®¸ mÑ lµ trÇm tÝch h¹t mÞn. Phôc vô nghiªn cøu ®¸ mÑ, ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng sinh hydrocacbon cña c¸c tËp trÇm tÝch cã nhiÒu phÐp ph©n tÝch nh− nhiÖt ph©n tiªu chuÈn Rock-Eval (RE), tæng hµm l−îng cacbon h÷u c¬ (TOC), tæng hµm l−îng chÊt chiÕt(Extract), s¾c ký láng (LC), s¾c ký khÝ (GC), khèi phæ ký (GC-MS), ®é ph¶n x¹ cña vitrinite (Ro), mµu bµo tö(SCI), thµnh phÇn kerogen, hµm l−îng ®ång vÞ cacbon... Tæ hîp phÐp ph©n tÝch trªn nh»m x¸c ®Þnh sù cã mÆt hay kh«ng cña ®¸ mÑ sinh dÇu khÝ (SR) víi c¸c tiªu chÝ sau • §é giµu VCHC . • ChÊt l−îng cña VCHC (lo¹i kerogen, m«i tr−êng l¾ng ®äng vµ ph©n hñy VCHC) nh»m dù ®o¸n lo¹i s¶n phÈm (dÇu/khÝ) cña ®¸ mÑ. • Møc ®é tr−ëng thµnh cña VCHC. 2.1 §é giµu vËt chÊt h÷u c¬ ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Dậu VPI_email daunt@vpi.pvn.vn Phương pháp phân tích địa hóa dầu khí -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Tiªu chÝ ®Çu tiªn ®Ó ®¸nh gi¸ ®¸ mÑ lµ hµm l−îng vËt chÊt h÷u c¬ hay ®é giµu VCHC trong trÇm tÝch. §Ó ®¸nh gi¸ møc ®é giµu, nghÌo VCHC trong ®¸ cã thÓ sö dông b¶ng ph©n lo¹i ®¸ mÑ theo c«ng ty Geochem Group (xem b¶ng 2). C¸c chØ sè thu ®−îc tõ c¸c chØ tiªu Rock-Eval nh− hµm l−îng hydrocacbon tù do trong ®¸ (S1) vµ hµm l−îng hydrocacbon ®−îc sinh trong qu¸ tr×nh gia nhiÖt (S2), hµm l−îng bitum trong ®¸ vµ thµnh phÇn nhãm cña bitum nh− hydrocacbon no (HCno), hydrocacbon th¬m (HC th¬m), hîp chÊt ph©n cùc. Møc ®é giµu/nghÌo cña ®¸ mÑ ph©n chia nh− trong b¶ng 3. B¶ng 2. Ph©n lo¹i ®¸ mÑ theo tæng hµm l−îng cacbon h÷u c¬ (% träng l−îng) BËc hµm l−îng NghÌo Trung b×nh Tèt RÊt tèt §Æc biÖt tèt TrÇm tÝch lôc nguyªn (%,Wt) <0.5 0.5-1.0 1.0-2.0 3.0-5.0 > 5.0 TrÇm tÝch carbonat (%,Wt) <0.25 0.25-0.5 0.5-1.0 1.0-2.0 > 2.0 Ngoµi ra c¸c chØ tiªu RE cßn ®−îc sö dông ®Ó ®¸nh gi¸, ph©n lo¹i ®¸ mÑ vµ ®¸nh gi¸ møc ®é chuyÓn hãa cña VCHC chøa trong mÉu, kh¶ n¨ng sinh dÇu hay khÝ cña ®¸ mÑ[3]. B¶ng 3 Ph©n lo¹i ®¸ mÑ theo chØ tiªu Rock-Eval vµ chÊt chiÕt (A. Barry Katz, 1994) BËc hµm l−îng NghÌo Trung b×nh Tèt RÊt tèt §Æc biÖt tèt S1 (mg/g) < 0.4 0.4-0.8 0.8-1.6 1.6-3.2 > 3.2 S2 (mg/g) < 2.0 2.0-3.0 3.0-5.0 5.0-10.0 > 10.0 Bitum (ppm) < 500 500-1000 1000-2000 2000-4000 > 4000 Tæng HC (ppm) < 300 300-600 600-1200 1200-2400 > 2400 HC no (ppm) < 200 200-400 400-800 800-1600 >1600 2.2 ChÊt l−îng cña vËt chÊt h÷u c¬ ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Dậu VPI_email daunt@vpi.pvn.vn Phương pháp phân tích địa hóa dầu khí -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ChÊt l−îng cña VCHC cã vai trß rÊt quan träng trong ®¸nh gi¸ ®¸ mÑ. Mét tËp trÇm tÝch dï rÊt giµu VCHC nh−ng nÕu VCHC trong chóng gåm chñ yÕu lµ inertinit sÏ kh«ng cã kh¶ n¨ng sinh dÇu khÝ vµ kh«ng thÓ coi lµ ®¸ mÑ sinh dÇu khÝ. ChØ sè s¶n phÈm (PI): C¸c chØ sè tõ phÐp ph©n tÝch Rock-Eval nh− S1(mg/g) lµ l−îng hydrocarbon tù do cã trong ®¸ ®−îc gi¶i phãng ë nhiÖt ®é d−íi 3000C tÝnh b»ng mgHC/g ®¸, S2 (mg/g) lµ l−îng hydrocarbon tiÕp tôc ®−îc gi¶i phãng trong qóa tr×nh cracking kerogen khi tiÕp tôc t¨ng nhiÖt ®é tõ 3000C lªn 5500C tÝnh b»ng mgHC/g ®¸. ChØ sè s¶n phÈm PI=S1/(S1+S2) chñ yÕu ®−îc sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ hydrocacbon (HC) trong mÉu lµ t¹i sinh hay di c− ( PI < 0.3 - HC t¹i sinh, PI > 0.3 -HC di c−). Ngoµi ra PI cßn ®−îc sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ møc ®é tr−ëng thµnh nhiÖt cña VCHC chøa trong mÉu, nÕu lµ VCHC sinh dÇu th× PI thay ®æi tõ 0.1 khi b¾t ®Çu t¹o dÇu tíi 0.4 t¹i peak t¹o dÇu [1], [4]. ChØ sè hydrogen (HI) tÝnh theo c«ng thøc S2/TOC (mgHC/gTOC) sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ VCHC trong mÉu cã kh¶ n¨ng sinh dÇu hay khÝ (xem b¶ng 4). Tuy nhiªn gi¸ trÞ HI ch−a ph¶i chØ tiªu lu«n lu«n ®óng khi sö dông ®¸nh gi¸ tiÒm n¨ng sinh cña VCHC, mÉu chøa nhiÒu than sÏ cã gi¸ trÞ HI rÊt cao nh−ng ch−a h¼n lµ VCHC cã kh¶ n¨ng sinh dÇu. ChÝnh v× thÕ cÇn xÐt thªm nhiÒu chØ tiªu kh¸c n÷a[1], [4], [8]. B¶ng 4 TiÒm n¨ng sinh hydrocacbon cña vËt chÊt h÷u c¬ theo chØ tiªu HI Gi¸ trÞ HI (mgHC/gTOC) < 50 50-200 200-300 > 300 Kh¶ n¨ng sinh V« sinh Sinh khÝ Sinh khÝ-dÇu Sinh dÇu Tû sè C21+C22/C28+C29 ®−îc tÝnh tõ sè liÖu ph©n tÝch GC th−êng thay ®æi theo m«i tr−êng tån t¹i cña VCHC. Tû sè C21+C22/C28+C29 >1.5 víi vËt liÖu h÷u c¬ ë m«i tr−êng ngËp n−íc, <1.2 víi vËt liÖu h÷u c¬ ë m«i tr−êng lôc ®Þa. Tuy nhiªn, tû sè nµy còng t¨ng theo sù t¨ng møc ®é tr−ëng thµnh cña VCHC [7]. Tû sè Pristan/phytan (Pr/Phy) ®−îc tÝnh tõ sè liÖu ph©n tÝch GC cã thÓ chØ ra møc ®é khö cña m«i tr−êng l¾ng ®äng VCHC. Theo Jonh Hunt tû sè nµy gi¶m dÇn ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Dậu VPI_email daunt@vpi.pvn.vn ... - tailieumienphi.vn