Bài giảng Địa chất dầu khí - Chương 5: Sự thành tạo và Di cư của Hydrocarbon

hể thoát ra khỏi đá. Tuy nhiên, trong giai đoạn đầu của sự nén chặt của bùn thì sự mất đi các lỗ rổng nước được hoàn tất tại nhiệt độ và độ sâu ở cửa sổ dầu. Do đó, bất kì những ý kiến nào về dầu và khí được đi ra khỏi đá chứa theo sự nén chặt của nước thì thật sự không thể được. Tuy nhiên, có một cách khác mà dầu và khí có thể đi theo nước ra khỏi đá phiến sét. Chúng ta có thể quan sát rằng nước thấm vào các phân tử sét, cụ thể nếu đá sét đó là sét trương nở như montmorillonite. Kết quả là, những bùn giàu montmorillonite được chôn vùi. Có 2 pha thoát nước, một pha đầu khí lỗ rổng được sinh ra, và pha sau – rất đặc trưng, khi montmorillointe thay thế illite (hình 20) Pha sau thường bắt đầu khi nhiệt độ khoảng 80 – 120oC – giữa gia đoạn cửa sổ dầu. Ở đó xuất hiện “ empricial relationship ” giữa đá sét mất nước và thành tạo dầu trong nhiều trường hợp. Tuy nhiên, một vài đá phiến sét là đá sinh nhưng không có thành phần là sét từ montmorillonite, và những đá phiến sét này thiếu đi pha sau của quá trình thoát nước Hình 18 Có 2 cách để cải thiện độ hòa tan của hydrocarbon trong nước: thông qua thành tạo của các dầu mỏ nguyên sinh và thông qua thành tạo của các “ micelles ” Kiểu đầu tiên cho rằng không phải hydrocarbon đi ra khỏi đá sinh mà là các chất hòa tan NSO nhu acid, rượu (hình 21). Những thứ này thường gọi là dầu mỏ nguyên sinh. Tuy nhiên, sự dư thừa các hợp chất này trong đá sinh chưa trưởng thành rất thấp. Hơn nữa, có vài vấn đề với việc lấy các chất này ra khỏi dung dịch để tạo ra các giọt trong vỉa dẫn. Hình 21 Cách thứ hai cải thiện đô hòa tan là tạo ra “micelles”, trong những phân tử hữu cơ phân cực định hướng với những nước theo nó đã đi vào các lỗ rỗng dung dịch. “Micelles” có thể ở dạng thù hình. Thứ nhất là hình cầu nhỏ và không liên kết với hydrocarbon trên bề mặt của nó (hình 22a), hay ở dạng hình trụ thì nó có thể chứa hydrocarbon ở trong và trên bề mặt của nó (hình 22b). Những “micelle” cơ bản là những hạt keo và acid xà phòng (chất hữu cơ). Những nguyên tắc sử dụng xà phòng để tăng độ hòa tan và sản lượng có lẻ rất quen thuộc với kĩ sư dầu khí. Tuy nhiên, “micelles” được quen sát ở một lượng rất nhỏ trong đá chứa và trong nước hợp sinh. Hơn nữa, đa số các “micelles” hydrocarbon thì lớn hơn 60 angstroms, quá lớn để đi qua các lỗ hổng nhỏ của đá sinh phiến sét Hình 22 Sự phân tán Phân tán là một sự di chuyển chậm chạp của vật liệu từ 1 vùng có áp sâu cao đến áp suất thấp Phân tán được nhìn thấy hoạt động trên những phạm vi cực kì nhỏ và những khoảng cách vừa Diffusion is probably most effective immature rock, where preexisting high hydrocarbon bleed out rocks prior to the onset of significant generation and expulsion. Tách pha dầu Có 3 cách riêng biệt để tách pha dầu có thể xảy ra: Cách thứ nhất rất phổ biến là kết quả cảu một vi đứt gãy được gây ra bởi áp suất trong suốt quá trình tạo dầu. Cách thứ hai là từ các đá giàu chất hữu cơ đến việc hình thành mạnh các hydrocarbon. Cơ chế tách pha dầu sớm này bị giới hạn cho những đá có hàm lượng hữu cơ cao trong chất lỏng Cách thứ ba, pha dầu có thể tiếp tục diễn ra khi bitum dạng mạng liên tục thay thế nước để làm tác nhân làm ẩm trong đá chứa (VR rất trong trong bồn chứa Bạch hổ) Nguồn dư áp lực trong đá sinh Lực truyền cho việc tách là P. Những lực bình thường là những bằng chứng tốt cho việc dung dịch phun ra. Việc áp lực quá mức thì không giải thích được việc phun ra của dung dịch. Nguồn dư áp lực trong đá sinh gồm Việc lắng đọng nhanh chóng chất trầm tích “Aquathermal” Thành tạo hydrocarbon Thay đổi khoáng vật Áp lực mao dẫn Lực đẩy nổi của hydrocarbon Có 2 kiểu khan cần được xem Cách thứ nhất liên quan đến sự phóng ra của khí áp suất cao, chúng có thể mang theo những phân tử dầu hòa tan. Cơ chế này xảy ra chính trong đá bị chôn vui dưới cửa sổ dầu và nó có thể rất quan trong chỉ trong sự ngưng tụ và di cư của dầu nhẹ Cách thừ hai liên quang đến sự di cư thông qua hệ thông hữu cơ 3 chiều liên tục. Những kerogen chưa trưởng thành chứa những giọt dầu phân tán. Dưới điều kiện vật lí đè nặng, thì bitum có thể di chuyển qua hệ thống kerogen và đến các vĩa dẫn mà không cần các lỗ rỗng nước. Quá trình này rất quan trọng trong đá phiến sét đen và giàu chất hữu cơ, và quan trong trong đá carbonat nơi mà kerogen thường bị phân tán thanh những khối nhỏ bất thường và lát mỏng. Ví dụ, cơ chế này đả dẫn chứng giải thích cho những đai mạch dày chứa bitum có liên quan đến hệ thống kerogen của The Green River oil shale (Jones, 1980). Nhưng trung bình trong đá phiến sét với chỉ 1% tổng hàm lượng carbon thì rất khó để thấy hệ thống phát triển ra sao. Dường như là chưa có lời giải thích đầy đủ nào mà giải thích hết sự di cư của dầu và khí ra khỏi đá sinh. Con đường nguyên sinh có lẽ liên quan đến những quá trình diễn ra cùng nhau và liên tục. Và những cơ chế khác nhau chiếm ưu thế trong những điều kiện địa chất khác nhau và trong những giai đoạn trưởng thành khác nhau. Sự phun ra của “Protopetroleum” có lẽ là cơ chế chính trong giai đoạn tạo đá muộn và giai đoạn nhiệt xúc tác sớm. Việc này thường đi theo với những vi đứt gãy và sự phun ra của micelles và những giọt dầu, và mạng lưới chất hữu cơ ở những điều kiện chôn vùi của cửa sổ dầu. Cuối cùng, việc chôn vùi sâu hơn và nhiệt độ cao hơn dẫn đến áp suất cao cho các khí và những phân tử hydrocarbon hòa tan nhẹ. Dù cơ chế có như thế nào thì luôn tồn tại một sự thống nhất là con đường nguyên sinh xảy ra rất ngắn sau khí dầu được thành tạo. Sự hòa tan của khí Cơ chế thứ ba trong việc phun ra của dầu hòa tan trong khí cần một pha khí riêng biệt Một pha chỉ có thể có ở nơi mà số lượng khí vượt xa số lượng dung dịch hydrocarbon Do đó, chỉ có thể giai đoạn tạo đá muộn hay trong đá sinh có khả năng sinh khí là chính B- Khoảng cách và hướng trong quá trình di cư nguyên sinh Trong đa số trường hợp, khoảng cách di cư nguyên sinh rất ngắn (khoảng 10cm đến 100m). Di cư nguyên sinh kết thúc khi đi tới con đường có thể thấm qua. Bới vì đá sinh dưới áp suất cao có thể phun ra xung quanh, lên trên hay đi xuống dựa vào tính chất của đá xung quanh. Do đó một đá sinh nằm giữa các lớp cát sẽ phun hydrocarbon đến cả 2 vĩa dẫn. 2.3.2- Sự di cư thứ sinh Di cư thứ sinh thì dễ hiểu hơn di cư nguyên sinh. Dầu đi ra khi những giọt dầu nằm rãi rác di chuyển qua kênh dẫn có lỗ rỗng, tính thâm và nước ẩm. Bởi vì đường kính lỗ rổng rất lớn kể cả những hạt dầu tương đối lớn củng có thể đi vào. Lực đẩy nổi Với lực đẩy nổi, những giọt dầu di chuyển lên trên các vĩa với một lực dựa vào tỷ trong khác biệt giữa dầu và nước Quá trình tiếp tục xảy ra khí những giọt dầu đến các lỗ trống có đường kinh nhỏ hơn đường kính của các giọt dầu Lưc đẩy nổi Lực mao dẫn Dòng thủy động lực học A-Nhân tố điều khiển con đường di cư thứ 2 Lực mao dẫn Sự di chuyển xa có thể xảy ra chỉ bởi sự biến dạng các giọt dầu và nén nó qua các lỗ trống. Lực cần thiết làm điều này là lực mao dẫn. Lực mao dẫn trở nên cao hơn khi đường kinh lỗ rổng giảm, đến khi lược mao dẫn quá cao thì lực đẩy nổi không thể tiếp tục và quá trình tạo bẫy tiếp tục Dòng thủy động lực học Cách di cư thứ hai sẽ bị ảnh hưởng khi dòng chảy dưới mặt nước tạo ra gradient thủy động lực Gradient thủy động lực phía trên sẽ hỗ trợ cho dòng chảy bằng lực nổi (hình 23) Gradien thủy động lực phía dưới sẽ chống lại lực dòng chảy bằng lực nổi và tạo ra các rào chắn thủy động lực đến quá trình di cư (hình 24) Trong vài trường hợp, những rào chắn thủy động lực có thể tao ra bẫy hay kết hợp vài yếu tố khác để tạo ra bẫy Hình 23: Hydrodynamic gradients phía trên hỗ trợ dòng chảy bằng lực nổi Hình 24: hydrodynamic gradients phía dưới chống lại dòng chảy bằng lực nổi và tao ra những rào chắn hydrodynamic đến quá trình di cư B- Khoảng cách và hướng di chuyển của quá trình di cư thứ hai Quá trình di cư thứ hai xảy ra dọc theo mặt lớp của những vỉa dẫn, do đó quá trình di cư sau có thể tiếp diễn trên một khoảng cách rộng. Những di cư ngắn thường là nơi đá chứa gần với đá sinh của chính nó. Ví dụ, trong những rặng ám tiêu thì những bồn trầm tích bùn hay trong những shoestring sandstone bodies có chứ những đá sinh phiến sét của chúng. B- Khoảng cách và hướng trong con đường di cư thứ sinh (tt) Sự di chuyển trong những vĩa giới hạn sẽ bị dốc thẳng đứng lên đến những “ structural contours ” bất kì khi nào có thể. Sự di cư tiếp tục ở góc nghiêng đến những “ structural contours ” nơi mà những thay đổi mặt đứt gãy tạo ra những tầng không thể đi qua Trong một khối lớn cát kết trong quá trình vận chuyển thứ sinh diễn ra cả theo chiều dọc lẫn ngang. Những vùng dầu nhỏ thường có một đá vùng đá sinh địa phương và con đường di cư ngắn. Tuy nhiên, những vùng lớn như Hassi Messaoud, với những tích tụ có thể lên đến 25 tỉ thùng dầu (Balducchi và Pommier, 1970), bình thường cần một khu vực cạn nước rất lớn và thể tích đá sinh lớn. Để sản xuất ra một lượng lớn lắng đọng “Alberta tar sand” (are large deposits of bitumen, or extremely heavy crude oil) cần con đường di cư thứ sinh với khoảng cách lên đến 100km. Đa phần tất cả con đường di cư chung quanh có thành phần thẳng đứng hướng lên. Độ nghiêng của các vĩa dẫn thường quyết định qui mô di chuyển thẳng đứng, nếu không những đứt gãy và hệ thống khe nứt cung cấp con đường cho dầu cắt ngang qua các lớp. Trong vài khu vực của đứt gãy, như hệ thóng rift ở Gulf của Suez, sự di cư thẳng đứng của dầu là chủ yếu Trong tìm kiếm dầu, một điều quan trọng cần phải nhớ là những lớp địa tầng nghiêng như hiện nay có thể đôi khi gây ra hiểu lầm, vấn đề quan trọng là độ nghiêng của các vĩa dẫn trong suốt thời gian dầu thành tạo và di cư. Những lớp dốc lên hiện nay đã từng là lớp dốc xuống Ví dụ Hassi Meesaud tại Algeria Sự di cư qua khoảng cách xa đôi khi có thể được chứng minh Dầu ở đá chứa cát kết Cambri, trực tiếp nằm dưới một bất chỉnh hợp Thành phần hóa trong dầu cho thấy nó có từ phiến sét tuổi Silua Những đới nâng và sự bào mòn ở Paleozoi muộn đã mất đi nhưng đá cát kết Cambri từ “ the area and any oil would have been lost.” Cái “subcrop” gần nhất của đá phiến sét silua nằm cách xa 40km. Dầu trong đá chưa có lẽ đả di cư trong một khoảng cách dài. Dọc theo bề mặt bất chỉnh hợp sau các chôn vui Meszozoi. GEOLOGIC CROSS SECTION IN THE HASSI MESSAUD FIELD