Page 1

L-u hµnh néi bé

THÔNG TIN THAM KHẢO Số 04 ngày 15/03/2013

Trong số này có bài:

CÁC PHƯƠNG PHÁP THĂM DÒ KHÍ ĐỐT HYDROCACBON TRONG HỆ MẶT TRỜI


GIA TĂNG NĂNG LƯỢNG CHO ĐẤT NƯỚC

CÁC PHƯƠNG PHÁP THĂM DÒ KHÍ ĐỐT Triết lý chung về thăm dò dầu khí Cũng như đối với tất cả các loại khoáng sản tự nhiên khác, trong hoạt động thượng nguồn người ta thường chia thành 3 giai đoạn: tìm kiếm (sơ bộ và chi tiết), thăm dò (sơ bộ và chi tiết), khai thác. Tìm kiếm sơ bộ nằm trong hoạt động điều tra địa chất cơ bản, đo vẽ bản đồ địa chất, vạch ra những khu vực nào có thể tồn tại những loại khoáng sản gì để từ đó tiến hành tìm kiếm chi tiết một khoáng sản cụ thể. Khi đã xác định được khu vực có khả năng có mỏ thì chuyển sang giai đoạn thăm dò sơ bộ để từ đó thăm dò chi tiết, xác định diện tích-thể tích mỏ, định lượng các đặc trưng của mỏ, đặc biệt là trữ lượng các cấp, trong đó quan trọng nhất là trữ lượng thu hồi trong điều kiện kinh tế-kỹ thuật hiện có cũng như các thông số liên quan đến chọn phương pháp khai thác. Thông thường công tác tìm kiếm–thăm dò dầu thô và khí đốt xét về mặt kỹ thuật không tách rời nhau, tuy nhiên giữa thăm dò dầu và thăm dò khí đốt vẫn có những điểm khác biệt. Trong bài này chúng tôi sẽ giành sự chú ý tập trung cho thăm dò khí đốt. Chưa có một phương pháp kỹ thuật mầu nhiệm nào để loại trừ tất cả mọi rủi ro trong tìm kiếm-thăm dò mỏ, đặc biệt là với mỏ dầu khí. Cũng tương tự, không có một phương pháp kỹ thuật dù là hiện đại đến đâu cũng không thể giải quyết được mọi vấn đề do thực tế địa chất và hiệu quả kinh tế một mỏ cụ thể đặt ra, vì mỗi phương pháp đều có điểm mạnh và điểm yếu khác nhau, cùng tồn tại song song và thay đổi theo từng tình huống. Vì thế chúng ta chỉ có thể chọn những công nghệ nào để giảm thấp nhất những rủi ro mà thôi. Một trong con đường đó là kết hợp những ưu điểm của từng phương pháp thăm dò riêng lẻ lại với nhau để thành một chương trình tìm kiếm-thăm dò có khả năng cung cấp những thông tin tương đối chính xác với chi phí thấp nhất về đối tượng khai thác sau này. Điều cần lưu ý là không nên đặt yêu cầu giá thành hạ lên hàng

DẦU KHÍ XANH SỐ 04 NG ÀY 15/03/2013

1


GIA TĂNG NĂNG LƯỢNG CHO ĐẤT NƯỚC

đầu, vì với chi phí không hợp lý lại dẫn đến giá thành cao trong các hoạt động tiếp theo.

Các phương pháp tìm kiếm-thăm dò khí đốt Các kỹ sư thăm dò hiện nay có rất nhiều vũ khí khác nhau để chọn lựa, kết hợp nhằm tối ưu hóa kết quả hoạt động của mình. Trong số đó có thể kể ra các chuyên môn kinh điển được biết trong địa chất, địa kiến tạo, địa hóa, địa vật lý, công nghệ tìm mỏ từ xa, tìm mỏ từ trên không trung, từ mặt đất, từ trên mặt biển, từ dưới mặt đất (trong lòng giếng khoan) và từ tích hợp phân tích bể trầm tích. Nói chung, các phương pháp rẻ tiền, ít tốn kém được khuyến khích dùng cho tìm kiếm tỉ mỉ và thăm dò sơ bộ, còn các phương pháp tốn kém thì dùng trong giai đoạn thăm dò chi tiết. Vì vấn đề quá lớn nên chúng tôi chỉ hạn chế trình bày phương pháp địa hóa cùng vài phương pháp địa vật lý, phù hợp với phạm vi hoạt động của VinaPetro.

Phương pháp địa hóa Trong các phương pháp kỹ thuật nêu trên, phương pháp địa hóa là một trong những phương pháp tìm kiếm-thăm dò trực tiếp tương đối rẻ tiền, nhanh chóng và hiệu quả cao nên được nhiều công ty dầu khí không kể quy mô to nhỏ đều sử dụng. Đặc biệt với những thành tựu mới nhất về chất lượng thiết bị đo, việc áp dụng địa hóa trong thăm dò dầu khí ngày càng được mở rộng cho các mục tiêu đánh giá các bể, các khu vực triển vọng (plays), các cấu tạo triển vọng (prospects). Để đáp ứng nhu cầu phải thỏa mãn trước tiên trong việc áp dụng phương pháp địa hóa một cách có hiệu quả, chúng ta không phải chỉ cần hiểu dầu khí được hình thành trong lòng đất như thế nào mà còn phải dùng các kiến thức đó để định vị các tầng chứa hydrocacbon mới, cho nên bài viết này sẽ bắt đầu bằng những cơ sở lý thuyết về quá trình hình thành hydrocacbon.

DẦU KHÍ XANH SỐ 04 NG ÀY 15/03/2013

2


GIA TĂNG NĂNG LƯỢNG CHO ĐẤT NƯỚC

Sự hình thành dầu khí Lý thuyết hữu cơ phổ biến hiện nay được nhiều người chấp nhận, theo đó dầu khí sinh ra từ quá trình phân hủy chất hữu cơ của thực vật, vi sinh vật và động vật sau khi chúng chết, bị chôn vùi cùng với đá trầm tích trong môi trường khử (thiếu không khí). Theo thuyết này, vật chất hữu cơ bị biến đổi thông qua các phản ứng hóa sinh, dưới tác dụng của nhiệt độ, áp suất dần dần tăng cao khi chúng được vận chuyển và bị chôn vùi trong các bể trầm tích. Phần lớn các hợp chất hữu cơ tồn tại dưới dạng này trong đá trầm tích bị biến đổi trong quá trình diagenesis (quá trình hóa đá trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp) thành các phân tử rất lớn, được gọi là kerogen. Chúng đóng vai trò chủ yếu như những tiền chất của dầu thô và khí đốt. Như vậy giai đoạn sớm nhất trong quá trình hình thành dầu khí xảy ra trong thời gian trầm tích hóa thành đá (hình 1). Một số vi sinh gọi là methanogens chuyển hóa các mảnh vụn hữu cơ thành methane sinh học. Sự hình thành methane sinh học được các nhà khoa học biết đến từ lâu, nhưng chỉ được công nhận khi các nhà địa hóa học xác minh phần lớn các mỏ khí đốt là có nguồn gốc sinh học.

Hình 1. Sơ đồ tổng thể mô tả sự thành tạo hydrocacbon phụ thuộc vào độ trưởng thành nhiệt của đá mẹ.

DẦU KHÍ XANH SỐ 04 NG ÀY 15/03/2013

3


GIA TĂNG NĂNG LƯỢNG CHO ĐẤT NƯỚC

Khi độ sâu chôn vùi tăng cao, độ rỗng và độ thấm của đá trầm tích giảm nhưng nhiệt độ và áp suất trong đá lại tăng. Sự thay đổi này dẫn đến ngưng dần các hoạt động của vi sinh. Tuy nhiên các phản ứng nhiệt dần dần trở thành quan trọng, thay thế quá trình diagenesis sinh học. Trong quá trình biến đổi thứ 2 này (gọi là quá trình catagene), kerogen bắt đầu tách ra thành những phân tử nhỏ hơn, linh động hơn. Trong giai đoạn catagene sớm, phần lớn các phân tử sản sinh từ kerogen vẫn còn kích thước tương đối lớn, đó là tiền thân của dầu khí và gọi là bitumen. Trong giai đoạn cuối của catagene và giai đoạn biến đổi cuối cùng, gọi là giai đoạn metagene, các sản phẩm chính bao gồm các phân tử khí có kích thước càng nhỏ hơn nữa. Trên đây là bức tranh đơn giản hóa về quá trình sinh thành hydrocacbon nhưng các năm gần đây quá trình này được phát hiện phức tạp hơn nhiều vì kerogen hình thành từ các vật chất hữu cơ khác nhau, dưới các điều kiện hóa đá khác nhau có cấu trúc và tính chất hóa học rất khác nhau, quá trình trùng hợp các phân tử hydrocacbon nhẹ thành hydrocacbon nặng trong thành phần dầu mỏ cũng không hề đơn giản. Một khi đã hình thành, các phân tử dầu và khí có thể bị đẩy ra khỏi đá sinh dầu (còn gọi là đá mẹ) để vào trong đá chứa có độ rỗng và độ thấm lớn hơn để bắt đầu quá trình di cư vào các bẫy, nơi quá trình tích tụ thành mỏ bắt đầu. Dầu khí trong mỏ này được khai thác bằng các phương pháp công nghệ hiện hành gọi là dầu truyền thống. Phần dầu, khí còn nằm lại trong đá mẹ trở thành nguồn dầu khí phi truyền thống được biết dưới tên gọi dầu (khí) đá phiến sét mà ngày nay công nghệ tiến bộ đã cho phép khai thác bổ sung cho lượng dầu (khí) truyền thống đang trên đường cạn kiệt. Thuyết vô cơ thịnh hành trong giới các nhà hóa học từ thế kỷ 19 dựa trên kết quả tổng hợp thực hiện trong phòng thí nghiệm nhưng vấn đề khó khăn là chưa lý giải được trong tự nhiên chất gì là chất xúc tác cỡ hành tinh để có thể sinh ra lượng dầu khí khổng lồ như đã biết. Gần đây lượng khí methane lỏng to lớn được phát hiện trên một số hành tinh rất lạnh trong hệ mặt trời nên lý thuyết này được phục hồi để giải thích trữ lượng dầu khí trong các tầng chứa khó chứng minh có nguồn gốc trầm tích nhưng thuyết vô cơ vẫn chưa được mọi người chấp nhận rộng rãi.

DẦU KHÍ XANH SỐ 04 NG ÀY 15/03/2013

4


GIA TĂNG NĂNG LƯỢNG CHO ĐẤT NƯỚC

Các ứng dụng của lý thuyết hữu cơ vào hoạt động thăm dò Có hàng loạt câu hỏi mà địa hóa có thể trả lời giúp giải quyết các vấn đề đặt ra trong hoạt động thăm dò. Chúng gồm các điểm sau: 1. Tiềm năng nguồn hydrocacbon ban đầu của một loại đá là gì? Phải chăng vẫn còn một phần tiềm năng này trong thời gian hiện nay? 2. Các môi trường trầm tích nào dẫn đến sự hình thành các loại kerogen có nhiều tiềm năng trở thành nguồn hydrocacbon quan trọng? Chúng ta có thể dự báo nơi hiện diện của chúng không? 3. Những dạng nào của kerogen được chuyển hóa thành dầu mỏ hoặc thành khí đốt? 4. Những yếu tố nào ảnh hưởng đến mật độ (tỷ trọng) và thành phần của kerogen? 5. Những điều kiện nhiệt nào được đòi hỏi cho sự hình thành dầu, khí? Chúng ta có thể dự đoán nơi nào và khi nào sự hình thành này xảy ra? 6. Chúng ta có thể liên kết các mẫu phân tích địa hóa để phát hiện mối liên hệ về nguồn gốc không? Chúng ta có thể phân biệt methane có nguồn gốc sinh học từ methane nhiệt (thermal methane) được không? 7. Chúng ta có thể dự đoán phương hướng, thời gian, hiệu quả của quá trình di cư trong một diện tích cụ thể không? 8. Những điều kiện nào được đòi hỏi để hydrocacbon được bảo tồn trước những lực phá hủy của oxy hóa, cũng như hiện tượng bẻ gảy nhánh liên kết trong phân tử hydrocacbon (cracking) và suy thoái sinh học? Chúng ta có thể dự đoán nơi nào sự phá hủy đó xảy ra hay không?

Bởi vì các ứng dụng truyền thống của địa hóa hữu cơ là phép phân tích mẫu cho nên các ứng dụng đó phụ thuộc rất lớn vào sự có sẵn các mẫu. Tuy nhiên một hệ quả của việc giếng khoan thường đặt trên các cấu tạo lồi, các mẫu có được là các mẫu đá trẻ, ở nông, nên thiếu vắng các mẫu ở các tầng sâu nhất trong bể trầm tích, các mẫu thuộc tướng đá ở đáy bể vv... DẦU KHÍ XANH SỐ 04 NG ÀY 15/03/2013

5


GIA TĂNG NĂNG LƯỢNG CHO ĐẤT NƯỚC

Một vấn đề nữa liên quan đến cách tiếp cận thông qua kết quả phân tích là thiếu khả năng ngoại suy các số liệu được rút ra theo thời gian và không gian. Về lý thuyết, nhằm tiếp cận dựa trên phép phân tích mẫu được cho là đúng, ta cần phải đủ số liệu bao trùm cả khu vực mà ta quan tâm, cho phép nội suy giữa các điểm hơn là đòi hỏi ngoại suy dựa trên số liệu các điểm lấy mẫu quá rời rạc, không theo một quy định nào. Trong rất nhiều khu vực, đặc biệt là ở các vùng xa xôi, việc có được một mạng lưới điểm lấy mẫu thích hợp cho nhu cầu phân tích là không thể có. Nếu chấp nhận cách tiếp cận dựa trên phép phân tích số liệu trong trường hợp như thế chúng ta bắt buộc phải gò ép mình ngoại suy tùy tiện các số liệu đo qua những vùng trống vắng số liệu. Chỉ có một cách ngoại suy thông minh (ngay cả nhiều trường hợp nội suy cũng vậy) là chấp nhận cách tiếp cận dựa trên mô hình (model-based approach), trong đó một mô hình theo một quan điểm địa chất mà ta lựa chọn tiên quyết cho khu vực quan tâm. Trong một mô hình như thế tất cả các số liệu địa phương phải được sử dụng cùng với số liệu lấy từ các khu vực có cùng đặc điểm địa chất khác và phải thường xuyên xem xét lại, bổ sung thêm những thông tin mới. Mô hình này có thể dựa trên tất cả các dạng số liệu nổi trội, bao gồm số liệu từ, trọng lực, địa chấn, địa chất trên mặt, địa chất dưới sâu, cổ sinh và số liệu địa hóa có trong vùng đồng thời có thể bao gồm cả những số liệu có trong các vùng được chọn theo nguyên lý tương tự về đặc điểm. Các mô hình địa hóa tạo thành một phần quan trọng của mô hình địa chất toàn diện. Ba dạng chủ yếu của các mô hình địa hóa có mặt hiện nay trong thăm dò dầu khí là mô hình tướng hữu cơ (organic-facies), trưởng thành nhiệt (thermal maturity) và mô hình thể tích (volumetric).

Tướng hữu cơ (organic facies) Bởi vì dầu khí được sinh thành từ vật chất hữu cơ nên trong phần này chúng tôi giới thiệu các yếu tố liên quan đến quá trình tích tụ, bảo quản chúng trong đá trầm tích. Có 3 yếu tố chính tác động đến lượng vật chất hữu cơ trong đá trầm tích: công suất quang hợp sơ cấp; hiệu quả của quá trình bảo quản vật chất hữu cơ sau khi được lắng đọng trong trầm tích và mức độ làm giảm chất lượng của chúng do vật DẦU KHÍ XANH SỐ 04 NG ÀY 15/03/2013

6


GIA TĂNG NĂNG LƯỢNG CHO ĐẤT NƯỚC

chất vô cơ gây ra. Trong 3 yếu tố ấy thì hiệu quả của quá trình bảo quản là quan trọng nhất. Chu kỳ cacbon trong tự nhiên. Phần lớn cacbon hữu cơ tồn tại ở quả đất được quay về không khí thông qua một quá trình gọi là chu kỳ cacbon. Chỉ có dưới 1% sản phẩm quang hợp hàng năm rời khỏi chu kỳ cacbon và nằm lại trong đá trầm tích. Hoạt động oxy hóa phần sót lại của vật chất hữu cơ sau khi chết là một quá trình có hiệu quả cao nhờ vai trò trung gian của vi sinh. Bảo tồn vật chất hữu cơ bắt đầu bằng quá trình quang hợp. Một phần vật chất hữu cơ trong vật liệu trầm tích là các bộ phận của thực vật hoặc tảo, chúng là sản phẩm của năng lượng mặt trời. Tuy nhiên phần lớn nhất lại là các mô tế bào vi sinh trong trầm tích thông qua các biến đổi vi sinh của phần còn lại của thực vật và tảo. Các sinh vật trôi nổi hoặc động vật cao cấp góp phần rất nhỏ trong vật chất hữu cơ nằm trong trầm tích. Mặc dù có sự mất cân đối giữa thực vật trên đất liền và ở biển (450 tỷ m3 so với 5 tỷ m3) nhưng năng suất tạo ra hằng năm của 2 nhóm này gần như bằng nhau vì quá trình tái sinh của sinh vật sống dưới nước nhanh hơn, đơn giản hơn rất nhiều lần so với sinh vật sống trên đất liền. Vì phần còn lại của thực vật sau khí chết trong đất trên đất liền bị oxy hóa rất mạnh nên phần lớn vật chất hữu cơ có nguồn gốc từ đất liền đã bị oxy hóa khi chúng được trầm đọng trong trầm tích và quá trình oxy hóa này còn tiếp tục ngay sau khi chúng đã nằm trong thành phần trầm tích. Hình 2 trình bày đường cong diagenesis đối với cacbon hữu cơ trầm đọng trong môi trường biển sâu. Giá trị tổng cacbon hữu cơ (TOC) giảm đơn điệu trong khoảng độ sâu chôn vùi 300 m đầu tiên trước khi hàm lượng TOC còn cao hơn 1%, điều này cho thấy độ sâu hoặc lượng cacbon hữu cơ có tham gia một phần vào quá trình hóa đá. Độ sâu còn có thể tác động đến quá trình hóa đá vi sinh khi sức nén ép làm cho độ rỗng của đá thu hẹp cũng như hạn chế nguồn cung nuôi sống vi sinh vật trong nước vỉa. Mặt khác khi nguồn nuôi này giảm lại thúc đầy hoạt động tiêu thụ chất hữu cơ của vi sinh tăng theo quy luật bảo toàn sức sống tự nhiên. Mặc dù vậy, lượng cacbon hữu cơ thoát ra khỏi chu kỳ cacbon trong trầm tích vẫn còn rất lớn sau quá trình địa chất kéo dài hàng nhiều triệu năm và với khối lượng này đủ để tạo ra con DẦU KHÍ XANH SỐ 04 NG ÀY 15/03/2013

7


GIA TĂNG NĂNG LƯỢNG CHO ĐẤT NƯỚC

số trữ lượng dầu khí khổng lồ mà đến nay chúng ta chỉ mới khám phá được một phần.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ giàu vật chất hữu cơ trong trầm tích Một phần trong rất nhiều yếu tố chi phối độ giàu của vật chất hữu cơ trong đá trầm tích là khối lượng vật chất hữu cơ có sẵn, cường độ ánh sáng, nhiệt độ, số lượng và chủng loại vi sinh, tính chất hóa học của nước biển. Mỗi yếu tố nói trên lại phụ thuộc vào các yếu tố thứ cấp cũng rất phức tạp khác. Ví dụ khi xét yếu tố sự sẵn sàng của khối lượng vật chất hữu cơ thì phải nói đến các yếu tố các dòng sông, suối, dòng chảy của nước biển, quá trình kiến tạo, hoạt động núi lửa, nhiệt độ môi trường cổ, sự luân chuyển của phần còn lại của vật chất hữu cơ trong chu kỳ cacbon v.v… Hiện nay đã có nhiều mô hình lý thuyết để dự báo mức ảnh hưởng của mỗi yếu tố nêu trên với các tham số đầu vào phụ thuộc vào từng địa điểm địa lý, môi trường trong các biển cổ trong lịch sử phát triển địa chất cụ thể. Những mô hình này rất có ích cho công tác tìm kiếm thăm dò dầu khí, tuy nhiên có nhiều khó khăn trong việc áp dụng chúng liên quan đến vai trò của từng yếu tố riêng lẻ trong tập hợp các yếu tố chi phối cho một khu vực cần nghiên cứu. Đối với yếu tố bảo tồn hoặc phá hủy vật chất hữu cơ có 3 yếu tố thứ cấp chính cần xem xét, đó là mật độ và bản chất của nguồn vật chất hữu cơ, mật độ và bản chất của các tác nhân oxy hóa và tốc độ tích tụ trầm tích, trong đó tác nhân oxy hóa đóng vai trò quan trọng nhất trong việc ngăn cản con đường của vật chất hữu cơ chuyển hóa thành dầu khí. Đối với yếu tố bảo tồn hoặc phá hủy vật chất hữu cơ có 3 yếu tố thứ cấp chính cần xem xét, đó là mật độ và bản chất của nguồn vật chất hữu cơ, mật độ và bản chất của các tác nhân oxy hóa và tốc độ tích tụ trầm tích, trong đó tác nhân oxy hóa đóng vai trò quan trọng nhất trong việc ngăn cản con đường của vật chất hữu cơ chuyển hóa thành dầu khí.

DẦU KHÍ XANH SỐ 04 NG ÀY 15/03/2013

8


GIA TĂNG NĂNG LƯỢNG CHO ĐẤT NƯỚC

Hình 2. Suy giảm gía trị TOC theo độ sâu chôn vùi trong trầm tích biển

Vật chất hữu cơ có nguồn gốc đất liền bao gồm gỗ, cellulô, nhựa, phấn hoa và một phần vật chất hữu cơ từ động vật. Các nguồn vật liệu này phần lớn sẽ biến hóa thành than, khí đốt và một phần sinh ra dầu mỏ tuỳ theo điều kiện lý hóa của môi trường trầm đọng cụ thể. Các vật chất hữu cơ tạo ra dầu khí có nguồn gốc biển gồm các loại động-thực vật biển, nhưng quan trọng nhất là rêu, tảo, các loại vi sinh vật biển, những loại động vật trôi nổi, thực vật nhỏ, sơ khai, chu kỳ vòng đời ngắn, tốc độ phát triển nhanh. Sau khi chết, nếu gặp môi trường địa chất và điều kiện lý hóa thích hợp chúng sẽ là nguồn nguyên liệu để tạo ra dầu khí. Trạng thái và chất lượng bảo tồn vật chất hữu cơ còn phụ thuộc vào tốc độ trầm tích và tốc độ bị chôn vùi. Giá trị TOC tăng khi tốc độ trầm tích tăng, bởi vì trong điều kiện đó không những lượng vật chất hữu cơ tăng mà còn vì chúng nhanh chóng thoát khỏi môi trường bị vi sinh phá hủy. Tốc độ bị chôn vùi nhanh do vật liệu trầm tích vô cơ và cả hữu cơ được cung cấp dồn dập cộng với việc lún chìm đáy biển cũng có tác dụng cùng chiều với tốc độ trầm tích.

DẦU KHÍ XANH SỐ 04 NG ÀY 15/03/2013

9


GIA TĂNG NĂNG LƯỢNG CHO ĐẤT NƯỚC

Anoxia (Môi trường khử). Bởi vì hầu hết hoạt động oxy hóa xảy ra trong cột nước, trong các lớp đất,trong trầm tích đều có tính chất sinh học và bởi vì phần lớn các quá trình oxy hóa sinh học đều đòi hỏi oxy phân tử (O2), con đường đơn giản nhất để hạn chế hoạt động oxy hóa là hạn chế nguồn cung oxy. Hầu hết sinh vật đều cần oxy để sống, mặc dù một số loài chỉ cần 0,5 millilit trong một lít (mL/L) nước ngầm so với 6 mL trong 1L nước trên mặt đất. Khi mức oxy hòa tan thấp, một số lớn các loài bị hủy diệt, một số cá thể còn sống sót thường co mình lại để cố sống còn trong một môi trường khắc nghiệt. Khi mức oxy dưới 0,2 mL/L chỉ có những loại vi sinh yếm khí mới tồn tại. Đó là các vi sinh sử dụng ion sulphat hoặc ion nitrat thay vì oxy phân tử như vật nhận electron trong các quá trình trao đổi chất của chúng. Người ta gọi khu vực giàu oxy là khu vực oxic (oxic zone) và khu vực có lượng oxy thấp hơn 0,2mL/L là khu vực anoxic (anoxic zone). Các quá trình xảy ra trong 2 khu vực này được gọi tương ứng là quá trình aerobic (liên quan đến vi sinh háo khí) và quá trình anaerobic (liên quan đến vi sinh yếm khí).Từ dysaerobic được dùng để mô tả các quá trình xảy ra trong khu vực chuyển tiếp (0,2-0,5 mL/L) giữa hai khu vực nói trên và khu vực chuyển tiếp này được gọi là khu vực dysoxic. Từ anoxic được dịch ra tiếng Việt là kỵ khí, đúng nghĩa là khu vực không có oxy, nhưng trong địa hóa học ta hiểu rằng đó là khu vực chứa oxy với hàm lượng rất thấp, dưới 0,2 mL/L. Anoxia rất quan trọng trong việc bảo tồn vật chất hữu cơ trong trầm tích vì khi lượng oxy có sẵn tại chỗ bị hạn chế thì quá trình diagenesis được giành chỉ cho các quá trình anaerobic. Các quá trình anaerobic cũng thường được dùng giới hạn để nói đến sự hiện diện của sulphat hoặc nitrat trong môi trường. Như vậy hiện tượng kỵ khí càng phát triển thì sự bảo tồn vật chất hữu cơ càng được tăng cường. Các trầm tích anoxic thường có giá trị TOC cao, nói chung thường khoảng 2% nhưng nhiều khi chỉ khoảng 1%. Tuy nhiên nhiều trầm tích oxic cũng chứa một khối lượng lớn vật chất hữu cơ, đặc biệt liên quan đến gỗ. Do đó nếu chỉ dùng chỉ số TOC thì chúng ta phải rất thận trọng. Sự có mặt của vật chất hữu cơ biển biến đổi thấp là một dấu hiệu của anoxia. Sự có mặt đó trong đá nói lên rằng quá trình hóa đá (diagenesis) đã bị chấm dứt sớm, bởi môi trường thiếu vắng oxy. DẦU KHÍ XANH SỐ 04 NG ÀY 15/03/2013

10


GIA TĂNG NĂNG LƯỢNG CHO ĐẤT NƯỚC

Mầu của đá trầm tích không nhất thiết là chỉ số đáng tin cậy về tính chất môi trường. Thông thường các trầm tích anoxic có mầu xám đậm hoặc đen khi được lắng đọng. Tuy nhiên có rất nhiều đá mầu đen không giàu cacbon hữu cơ; màu đen đó có thể là do có nhiều hạt mịn pyrite hoặc các dẫn xuất của phân tử sắt (Fe) hoặc do các pha chert (đá phiến silic) đặc biệt. Mầu có thể được dùng như một chỉ số phụ: nếu đá không có mầu rất đen thì nó không thể đặc trưng cho một tướng yếm khí (facies anoxic). Sự có mặt của pyrite (FeS 2) cũng có thể là một yếu tố bất lợi. Mặc dù pyrite hình thành trong điều kiện anoxic (môi trường khử) và nó chứng tỏ hiện tượng khử trong môi trường thiếu không khí/oxy của ion sulphat đã xảy ra, nhưng điều đó không bảo đảm rằng anoxia đã tồn tại ở đáy biển mà chỉ phát triển sau khi trầm tích bị chôn vùi. Hơn thể nữa, anoxia có thể mang tính địa phương; hiện tượng pyrite hóa của các vỏ sinh vật sống ở đáy đại dương/biển sâu (benthic) chứng tỏ pyrite không phải là một chỉ dẫn anoxia có mặt ở đáy biển khi sự trầm đọng trầm tích xảy ra. Các trầm tích anoxic cho thấy có hiện tượng bảo tồn vật chất hữu cơ trong từng lớp mỏng kích cở milimet hoặc mỏng hơn nữa. Và sự hiện diện cacbon hữu cơ trong lớp mỏng chứng tỏ hoạt động xáo trộn vật chất không xảy ra cũng như ở đó mức oxy hòa tan dưới 0,2 mL/L. Ngược lại, nếu có hiện tượng xáo trộn vật liệu trầm tích thì điều đó chứng tỏ rằng nước ở đó vào lúc đó không phải là anoxic. Lớp mỏng cũng có thể tồn tại trong các loại đá hạt mịn nghèo vật chất hữu cơ, trong trường hợp này chúng sáng màu. Các bồn trũng chứa nước trong trạng thái bị tù hãm thì phần nước dưới sâu thường là anoxia (thiếu oxy) và đó là điều kiện để các phản ứng khử xảy ra thuận lợi, dẫn đến chuyển hóa cacbon hữu cơ theo hướng thành dầu khí. Như vậy anoxia là một đối tượng nghiên cứu rất quan trọng đối với một bể trầm tích để có thể kết luận nó có triển vọng hay ít hoặc không có triển vọng dầu khí trước khi tiến hành công tác lập kế hoạch khoan thăm dò chi tiết, tốn kém.

Sự suy giảm vật chất hữu cơ Mặc dù tốc độ tích tụ trầm tích cao giúp tăng cường chất lượng bảo quản vật chất hữu cơ nhưng khi tốc độ đó quá cao thì quá trình suy giảm vật chất hữu cơ lại trở

DẦU KHÍ XANH SỐ 04 NG ÀY 15/03/2013

11


GIA TĂNG NĂNG LƯỢNG CHO ĐẤT NƯỚC

thành một yếu tố quan trọng lớn hơn mức độ bảo quản chúng được tăng cường. Sự suy giảm này tất nhiên không nhất thiết làm giảm tổng khối lượng vật chất hữu cơ mà do sự phân tán khối lượng đó trong một khối lượng trầm tích quá lớn làm giảm mật độ/hàm lượng trên một đơn vị trầm tích. Nói cách khác, giá trị TOC trong trầm tích bị giảm. Sự suy giảm nói trên phụ thuộc vào thành phần thạch học của trầm tích. Các trầm tích sinh học (biogenic) trong đó các vật chất hữu cơ và vô cơ cùng lắng đọng một lúc thì hiệu ứng suy giảm TOC không cao. Ngược lại, khi tốc độ tích tụ các loại sét vô cơ rất cao sẽ đưa lại hiệu ứng suy giảm cao. Cũng vậy, sự kiện chuyển từ tướng cacbonat sang tướng sét có thể tạo ra độ suy giảm lớn và điều đó có thể minh giải sai lầm cho rằng đó là dấu hiệu những thay đổi về lượng oxy trong trầm tích.

Hình 2. Suy giảm gía trị TOC theo độ sâu chôn vùi trong trầm tích biển

DẦU KHÍ XANH SỐ 04 NG ÀY 15/03/2013

12


GIA TĂNG NĂNG LƯỢNG CHO ĐẤT NƯỚC

Vấn đề liên quan giữa than đá và dầu khí Vào cuối thập kỷ 60 của thế kỷ 20, Liên đoàn địa chất 9 hoạt động ở Quảng ninh có đặt vấn đề tiến hành tìm kiếm dầu khí trên vùng than Đông bắc nhưng bị bác bỏ với lý do không thể có dầu khí trong một bồn trũng chứa than, nơi quá trình oxy hóa đã xảy ra mạnh mẽ, biến gỗ thành than. Liệu lý do đó đã là khoa học hay không? Phần sau đây chúng tôi sẽ cung cấp thông tin lý thuyết về vấn đề này vì nó có quan hệ tới đề án tái tìm kiếm thăm dò dầu khí vùng trũng An Châu. Tại các đầm lầy ngập nước, một lượng rất lớn vật chất hữu cơ đã được trầm đọng và bị chôn vùi, bị oxy hóa, tạo thành các loại than. Song song với quá trình đó, kết quả tổng hợp của các hiệu ứng của trạng thái lưu thông kém của nước làm cho khối nước trở thành bị tù hãm, trong lúc nguồn cung hữu cơ cao và dồn dập, hoạt động của vi sinh yếu. Các vùng ngập nước chứa than có thể phát triển trong những điều kiện đa dạng trong môi trường biển nông, hải đảo, ven biển hoặc đất liền. Mặc dù sự lưu thông của nước trong các đầm nói chung bị hạn chế nhưng điều kiện nước nông, mặt nước tiếp xúc nhiều với không khí nên đã ngăn cản nước trở thành anoxic nên quá trình hóa than vẫn tiếp tục. Tuy thế, Anoxia vẫn phát triển trong các lớp trầm tích hơn là trong cột nước. Các độc tố diệt vi khuẩn Phenolic do lignin trong than tiết ra giết chết các vi sinh, xác chúng chôn vùi trong nước và trong cột trầm tích. Sự vắng mặt của sulphat trong vùng ngập nước ngọt, nước lợ ngăn cản tiếp hoạt động phá hủy vật chất hữu cơ của vi sinh còn lại theo con đường oxy hóa, tạo điều kiện cho các phản ứng khử chiếm ưu thế dẫn đến quá trình tạo dầu khí thuận lợi. Trong một thời gian khá dài, than được xem là nguồn đá mẹ sinh khí methane, tạo ra các tích tụ khí trong nội bộ lớp than (khí than) hoặc trong lớp sét than bao quanh lớp than, còn khả năng sinh ra dầu rất ít. Tuy nhiên các công trình nghiên cứu gần đây chứng minh quan điểm ấy có thể dẫn đến một số kết luận sai lầm. Trong một số nơi, ví dụ như bể Gippsland ở Australia hoặc châu thổ Mahakam của Kalimantan (Indonesia), các loại than chắc chắn đã đóng vai trò đá mẹ của dầu mỏ. Như vậy vấn đề là phải tìm các kiểu bẫy chứa các loại, nhất là bẫy phi cấu tạo, thuận lợi cho hình thành mỏ dầu trong bể than. Đối với khí đốt thì khí than đã trở thành đối tượng nguồn cung khí quan trọng nhiều năm ở Mỹ, Australia, Ấn độ, Trung quốc vv... và DẦU KHÍ XANH SỐ 04 NG ÀY 15/03/2013

13


GIA TĂNG NĂNG LƯỢNG CHO ĐẤT NƯỚC

khí than không còn được coi là loại khí nguy hại, gây cháy, nổ trong quá trình khai thác than hầm lò mà là một nguồn năng lượng hữu ích cho xã hội. Tiêu chuẩn hiện nay, để có thể khai thác công nghiệp khí than thì tối thiểu hàm lượng khí methane trong than phải đạt 3 m3/tấn than. Phương pháp giảm áp bằng cách hút nước chứa trong than để giải phóng khí chứa trong than thoát ra được dùng cho khai thác khí than. Một vấn đề khó khăn là xử lý nước vỉa để bảo vệ môi trường sinh thái, nhưng trong điều kiện hiện nay điều này không còn là vấn đề không giải quyết được. Như vậy các bể trầm tích chứa than vừa là nơi cung cấp than đá, cũng vừa là nơi có khả năng cung cấp khí đốt lẫn dầu thô, ít nhất là cho nhu cầu dân dụng, công nghiệp nhỏ ở địa phương. Cho nên việc tiến hành thăm dò, khai thác đồng thời cả ba loại năng lượng này là hợp lý và cần thiết và việc tìm kiếm, thăm dò dầu khí ở các bể than cũng là bình thường (còn nữa).

HYDROCACBON TRONG HỆ MẶT TRỜI Hydrocarbon là một hợp chất hữu cơ chứa chủ yếu 2 nguyên tố hoá học hydro (H) và cacbon (C) và là thành phần chủ yếu của dầu khí. Đến nay chúng ta chỉ biết đến dầu khí trên quả đất. Trong các năm gần đây giới khoa học đã chứng minh hydrocacbon còn tồn tại trong vũ trụ không phải chỉ trên lý thuyết mà cả bằng thực tế. Trần Ngọc Toản Nguồn gốc dầu khí Dầu khí đã được loài người biết đến và sử dụng hàng nghìn năm nhưng nguồn năng lượng này có vai trò lớn nhất,chi phối toàn bộ nền văn minh nhân loại chỉ mới từ giữa thế kỷ 18 đến nay. Việc nghiên cứu nguồn gốc dầu khí có tầm quan trọng không những để giải thích thế giới tự nhiên mà còn chỉ ra phương hướng để tìm kiếm nguồn vàng đen quý giá này. Trên thế giới hiện đang tồn tại hai trương phái chính gọi là trường phái vô cơ và trường phái hữu cơ. Dựa trên các phản ứng hoá học được thực hiện thành công trong phòng thí nghiệm, các nhà hoá học từ thế kỷ 18 cho rằng trong tự nhiên, khi gặp những điều kiện lý hoá thuận lợi thì các nguyên tố H và C có DẦU KHÍ XANH SỐ 04 NG ÀY 15/03/2013

14


GIA TĂNG NĂNG LƯỢNG CHO ĐẤT NƯỚC

sẵn trong vũ trụ có thể kết hợp với nhau để trở thành các hydrocacbon nhẹ, đơn giản, dưới dạng khí methane (CH4) và thông qua các quá trình hoá học chúng trùng hợp để trở thành các hydrocacbon nặng hơn, tức là dầu khí. Đó là nội dung của lý thuyết vô cơ. Sang thế kỷ 19 khi khoa học địa chất phát triển, người ta nhận thấy hầu hết các mỏ dầu khí đều được tìm thấy trong các bồn trầm tích, nơi trước kia hàng nhiều triệu năm là biển hoặc đầm hồ. Như vậy dầu khí được hình thành từ vật chất hữu cơ tồn tại trong rong tảo, cây cối, động vật, nhất là vi sinh, khi chúng bị chôn vùi và phân huỷ sau khi chết. Đó là nội dung của lý thuyết hữu cơ. Hai lý thuyết này song song tồn tại vì đều có cơ sở khoa học vững chắc nhưng lý thuyết hữu cơ được chấp nhận rộng rải vì nó định hướng rất có hiệu quả cho công tác tìm kiếm, phát hiện các mỏ dầu khí. Điều này giải thích vì sao các nhà khoa học đi tìm dầu khí ở châu thổ sông Hồng, sông Cửu Long và ở thềm lục địa biển Đông mà không tìm dầu trên Tây Nguyên hay trên Hoàng Liên Sơn như các nhà địa chất đi tìm các mỏ khoáng sản.

Một thế giới dầu khí khác Trong nửa cuối thế kỷ 20 trường phái vô cơ về nguồn gốc dầu khí lại nổi lên như một hiện tượng khi các nghiên cứu khoa học thiên văn hiện đại cũng như các cuộc thám hiểm trực tiếp bằng các con tàu vũ trụ đã xác nhận hydrocacbon tồn tại trên một số thiên thể, gần ta nhất là các hành tinh trong hệ Mặt Trời. Hiện nay ngành khoa học về hydrocacbon phi sinh vật (abiogenic) đang là đối tượng thu hút sự chú ý của nhiều người, trong đó giới khoa học Nga và Mỹ đóng vai trò nòng cốt.

Hydrocacbon trên mặt trăng Titan của sao Thổ Qua quan sát và phân tích quang phổ các nhà thiên văn học xác nhận trên Titan, một mặt trăng của sao Thổ có kích thước bằng quả đất chúng ta đang sống, có những đám mây mờ rất dày, chứa các phân tử methane, xen kẻ với các vùng sáng hoặc tối đen, giống như lục địa và đại dương. Các kí nh viễn DẦU KHÍ XANH SỐ 04 NG ÀY 15/03/2013

15


GIA TĂNG NĂNG LƯỢNG CHO ĐẤT NƯỚC

vọng vô tuyến mới đây đã xuyên được vào khí quyển của Titan. Số liệu thu được khẳng định trên Titan có nhiều “đại dương hydrocacbon “Các nghiên cứu trên mô hình vật lý và toán học cũng đưa ra kết luận tương tự. Các nhà thiên văn học cho rằng khí quyển của Titan hiện nay cũng giống với khí quyển của quả đất trong giai đoạn đâù mới hình thành và khí CH4 tồn tại trong nhiều bầu khí quyển của các hành tinh khác chứ không phải chỉ có trên Titan. Một trong những mục tiêu của trạm thăm dò vũ trụ Casini của NASA (cơ quan nghiên cứu vũ trụ Mỹ) được phóng lên vào tháng 10/1997 là kiểm tra tại chỗ các kết luận của các nhà thiên văn học vừa trình bày trên đây. Đường đi của Casini dài 3,2 tỷ km, thực hiện trong 7 năm và đến sao Thổ vào tháng 7/2004 rồi quay quanh hành tinh này 4 năm. Ngày 25/12/2004 Cassini phóng bộ thiết bị lấy mẫu mang tên Huygens của cơ quan vũ trụ châu Âu (ESA) xuống mặt trăng Titan tại một địa điểm dự báo là một “đại dương hydrocacbon” và đã chạm bề mặt Titan ngày 14/1/2005. Huygens đã gửi về quả đất những bức ảnh và nhiều số liệu đo đạc vô cùng quý giá. Người ta nhận ra trên các bức ảnh này những đồi băng, những cánh đồng nhựa, những viên đá bao bọc bởi các tinh thể methane. Người ta cũng nhận ra những đường ngoằn ngoèo kết nối với nhau như một mạng kênh rạch. Hiện tượng này được giải thích như hệ quả của các dòng chất lỏng chảy và bào mòn bề mặt Titan. Vì nhiệt độ trên bề mặt hành tinh này là -179 độ C nên chất lỏng đó chỉ có thể là ethane và methane,những hydrocacbon nhẹ, hoá lỏng ở nhiệt độ này. Chất có mầu tối lấp đầy các kênh và những vùng tối, bằng phẳng cũng được cho là hydrocacbon lỏng, lắng đọng từ các trận mưa methane, ethane hình thành trong các tầng cao của khí quyển Titan. Trong thời gian tới với các số liệu thu được nhiều hơn chắc chắn các nhà khoa học sẽ làm sáng tỏ bản chất của các vật liệu trên Titan và chứng minh đầy đủ sự tồn tại của hydrocacbon như những hợp chất tự nhiên, hình thành theo con đường hoá học như lý thuyết vô cơ đã khẳng định.

DẦU KHÍ XANH SỐ 04 NG ÀY 15/03/2013

16


GIA TĂNG NĂNG LƯỢNG CHO ĐẤT NƯỚC

Khí CH4 trên sao Hoả Khí methane trên các hành tinh của hệ Mặt Trời được cho là có nguồn gốc từ các phản ứng quang hoá ở các tầng quyển rất cao hoặc tồn tại như những hợp chất ban đầu, phổ biến trong vũ trụ. Phân hội thiên văn của hội khoa học vũ trụ Mỹ thông báo trong cuộc hội thảo cuối tháng 12/2004 rằng họ đang triển khai một chương trình nghiên cứu Sao Hoả. Cuộc nghiên cứu chưa kết thúc nhưng 1/3 số nhà khoa học tham gia chương trình này cho rằng khí CH4 tồn tại trên sao Hoả. Tiến sĩ Micheal Mumma, một nhà khoa học cao cấp của Goldard Space Flìght Center thuộc NASA thông báo qua 3 năm quan sát liên tục, ông đã có những bằng chứng đủ mạnh để khẳng định sự hiện diện của khí methane trên sao Hoả. Ông nói: “Chúng tôi tin tưởng đến mức 99%. Sự có mặt của methane trên sao Hoả là một bất ngờ đối với chúng tôi. Chúng tôi đang tìm mọi cách để hiểu điều này có ý nghĩa như thế nào”. Các tính toán trên mô hình cho thấy methane trên sao Hoả mới dồi dào cách đây 300 năm. Hơn nữa có một số cứ liệu cho thấy methane không phân bố rộng rãi, điều này chứng tỏ chúng được hình thành từ các nguồn địa phương. Cho nên vấn đề đặt ra là “nguồn sinh ra methane trên sao Hoả là nguồn nào?”. Chỉ có hai giả thuyết đưa ra là có sức thuyết phục: 1/ Các phản ứng hoá học địa nhiệt (geothermal chemical reactions) xảy ra giữa nước và nhiệt giống như những gì xảy ra tại các dòng nhiệt dịch ở đáy biển và 2/ Trên sao Hoả có sự sống. Giả thuyết thứ nhất đòi hỏi trên sao Hoả phải có nguồn nước tương đối lớn, còn giả thuyết thứ hai đòi hỏi phải có vi sinh. Một trong hai cách giải thích đều liên quan đến một vấn đề nóng bỏng. Có phải nước đóng băng chăng? Tất nhiên là phải như thế. Hiện tượng này đã biết trước đây nhiều năm. Nhưng trên sao Hoả không có dấu hiệu nào cho thấy có hiện tượng núi lửa hoạt động cách đây hàng triệu năm và thiết bị đặt trên tàu vũ trụ Mars Odyssei của NASA tìm nguồn nhiệt trên sao Hoả cũng không phát hiện được dấu hiệu nào. Tiến sĩ Vladimir Krasnopolski của Đại học Thiên Chúa giáo Washington, người đứng đầu của một nhóm nghiên cứu thì cho rằng “vi sinh là nguồn có sức thuyết phục nhất”. Ý kiến này chưa được chấp nhận. Hy vọng trong những

DẦU KHÍ XANH SỐ 04 NG ÀY 15/03/2013

17


GIA TĂNG NĂNG LƯỢNG CHO ĐẤT NƯỚC

năm tới khi chương trình đưa con người lên sao Hoả được thực hiện thì các giả thuyết này sẽ được kiểm định. Vấn đề hydrocacbon tồn tại trên các hành tinh không có sự sống khẳng định lý thuyết vô cơ trong khoa học dầu khí là có cơ sở vững chắc. Điều này không hề phủ nhận lý thuyết hữu cơ vì thiên nhiên vốn đa dạng. Nó chỉ hoàn chỉnh thêm sự hiểu biết của con người về nguồn gốc của dầu mỏ và tạo thêm những định hướng mới trong tìm kiếm dầu khí trên quả đất. Nói cách khác, trên hành tinh chúng ta đang sống không loại trừ khả năng tồn tại các mỏ dầu khí lớn có nguồn gốc vô cơ nếu điều kiện địa chất cho phép tích tụ, bảo tồn lượng hydrocacbon đã hình thành trong quá khứ xa xăm như ở các hành tinh khác. Nhận thức này một lần nữa giúp chúng ta loại trừ phương pháp tư duy bảo thủ, hẹp hòi, mang tính tín ngưỡng tôn giáo đối với những lý thuyết được ưu ái mà nhiều người ngộ nhận đó là chân lý tuyệt đối để vươn lên hoàn thiện sự hiểu biết của con người.

Dầu khí xanh – là tập thông tin tham khảo về dầu khí do Công ty Cổ phần Phát triển Dầu khí Việt Nam thu thập, biên tập từ nhiều nguồn khác nhau với những thông tin mới nhất cùng các bài bình luận, phân tích, tổng hợp về tình hình địa chính trị, chiến lược, công nghệ, kỹ thuật tiên tiến trong ngành công nghiệp dầu khí. Tập thông tin tham khảo này được phát hành với mục đích dùng làm tài liệu tham khảo và không mang tính thương mại.

DẦU KHÍ XANH SỐ 04 NG ÀY 15/03/2013

18

Dkx so 4 2013  
Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you