Reservoir Modeling Fundamentals & methods for

Reservoir Modeling(part 1)

For graduated program

By Trần văn Xuân-HCMUT

2014

1

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1:

1. YÊU CÂU MÔN HOC

2. VAI TRO Y NGHIA MÔ HINH HOA VIA

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ VẤN ĐỀ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MÔ HÌNH

ĐỊA CHẤT

2.1 Tổng quan về mô hình địa chất

2.2 Cơ sở tài liệu xây dựng mô hình

2.3 Phương pháp xây dựng mô hình địa chất

2.4 Mô hình cấu trúc (structural modelling)

2.5 Mô hình tướng (facies modelling)

2.6 Mô hình tham số (petrophysical modelling)

2.7 Tính toán trữ lượng dầu khí

2.8 Đánh giá và lựa chọn mô hình

2.9 Chuyển đổi tỉ lệ

Vi du 1

Chương 3: ƯNG DỤNG MÔ HÌNH ĐỊA CHẤT ĐÁNH GIA TRƯ LƯƠNG

Phân tích số liệu

Tiến hành Mô hình hóa

Up-scaling

Cased studies

Papers

3.1 Muc đich

3.2 Đăc trưng địa chất

3.3 Qui trinh xây dựng mô hinh

3.4 Kết qua

3.5 Ưng dung phần mềm

CHƯƠNG 1:

1.1 YÊU CÂU MÔN HOC

Năm vững các kiến thưc liên quan: địa chấn, địa vât ly

giếng khoan, mâu loi, phân tich PVT, môi trương trầm tich,

nhịp địa tầng (địa chấn);

Phân định mô hinh vô hướng, mô hinh 2D, mô hinh 3D;

Thực hanh môt trong các phần mềm mô hinh hoa: Petrel,

RMS…

CHƯƠNG 1:

1.2 VAI TRO Ý NGHIA MÔ HÌNH HOA VIA

6/30/2015 Phoøng Coâng Ngheä Moû 4

Xuaát phaùt töø ñaëc tröng baát ñoàng nhaát cuûa laùt caét

traàm tích;

Giaûm ruûi ro veà kinh teá;

Moâ hình ñòa chaát coù theå phaûn aùnh toaøn boä caùc

baát ñoàng nhaát veà thaïch hoïc cuõng nhö caùc tham

soá vaät lyù khaùc nhö ñoä roãng, ñoä thaám;

Keát quûa cuûa moâ hình ñòa chaát ñöôïc söû duïng trong

caùc nghieân cöùu tieáp theo;

MỘT SỐ VẤN ĐỀ LÝ LUẬN VÀ

PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MÔ

HÌNH ĐỊA CHẤT

5

CHƯƠNG 2:

2.1. Tổng quan về mô hình địa chất

Mô hình địa chất được xây dựng với muc đích làm sáng tỏ cấu

trúc địa chất và sự phân bố các tham số vỉa chưa của đối tượng

nghiên cưu như độ rỗng, độ thấm, chiều dày hiệu dụng, độ bão

hòa nước, đồng thơi cho phép kiểm tra, đánh giá lại trữ lượng dầu

khí của mỏ.

Mô hình địa chất phai được hình thành, xây dựng với quy trình

hợp lý, khoa học, khai thác tối ưu các dữ liệu đã có (Hình 2.1).

Kết qua mô hình địa chất là cơ sở để xây dựng mô hình khai thác

nhằm phuc vu kế hoạch phát triển mỏ (Hình 2.2).

6

7

Hình 2.1. GENERAL WORKFLOW

QC & Data Preparation Seismic Interpretation

Structural ModelingTime - Depth Conversion

Facies Modeling Petrophysical Modeling Volume Calculation

Well Correlation

Geologic Cross-Section

Hình 2.2. Các bước xây dựng mô hinh địa chất

10

Hình 2.3. Môt ví du về MH địa chất Late Oligocene, Bể Cửu Long (by PVEP)

2.2 Cơ sở tài liệu xây dựng mô hình

2.2.1 Tài liệu địa chấn

Tài liệu địa chấn: kết qua minh giai cấu trúc, đưt gãy trên tài

liệu địa chấn 3D, thuôc tinh địa chấn (Seismic attributes).

Tài liệu phân tích thạch học-vât lý đá (petrophysics).

Tai liệu địa chấn time-lapse 4D.

2.2.2 Tài liệu địa chất-địa vật lý giếng khoan

•Tài liệu mâu lõi: Xây dựng phương trinh mối quan hệ giữa

đô thấm va đô rông;

•Tài liệu địa vât lý giếng khoan: Ưng dung kết qua minh

giai log xác định:

Thanh phần thạch học,

Tinh chất vât lý,

Loại chất lưu vỉa.

•Tài liệu phân tích địa tầng va trầm tich;

9

2.2.3 Tài liệu công nghệ mỏ

Tài liệu phân tích áp suất, thể tích và nhiệt đô (PVT).

Tai liệu phân tich thử vỉa va khai thác.

Tài liệu phân tích chất lưu.

10

2.3 Phương pháp xây dựng mô hình địa chất

2.3.1 Phương trình chung

Phương pháp xây dựng mô hình địa chất được

dựa trên cơ sở các thuât toán thống kê với muc

đich phân bố trong không gian các đăc tính của

vỉa chưa.

11

2.3 Phương pháp xây dựng mô hình địa chất

2.3.2 Lựa chọn phần mềm

Hiện tại quá trình xây dựng mô hình địa chất

được hô trơ bởi nhiều phần mềm như: RMS, Storm

(Roxar), Petrel (Schlumberger).

Việc áp dung co hiệu qủa các công cu trong phần

mềm nay tùy thuôc vao đăc điểm địa chất, địa vât lý

của các đối tượng chưa ở các vùng mỏ, các bồn trầm

tích khác nhau.

11

2.4 Mô hình cấu trúc

Việc xây dựng mô hình cấu trúc đong vai trò quyết định và là

bước đầu tiên xây dựng mô hình địa chất 3D. Mô hình cấu trúc là bô

xương của toàn bô mô hình, được xác định bởi các thông số như ô

mạng, số lớp, chiều dày lớp, số lượng ô mạng, góc xoay.

• Kích thước ô mạng và số lớp được cân nhăc lựa chọn đam bao

phan ánh được tính bất đồng nhất địa chất của đối tượng và phù hợp

với kha năng xử lý của máy tính.

• Chiều dày lớp được xác định theo chiều dày và sự phân bố của

vỉa chưa theo chiều thẳng đưng (theo số liệu giếng khoan) và đam

bao số lượng lớp hợp lý.

• Góc xoay của mô hình chủ yếu được xác định theo hướng phát

triển của cấu trúc, sự tồn tại và hướng phát triển của tầng nước vỉa

(Acquifer).

12

2.4.1 Xây dựng mô hình đứt gãy

Xây dựng mô hình đưt gãy: các đưt gãy được tạo ra từ các đưt

gãy được xác định trên cơ sở tài liệu địa chấn (fault sticks).

Về nguyên tăc, để tạo mô hình đưt gãy, măt của đưt gãy mô hình

phai chưa tất ca các điểm tài liệu của đưt gãy địa chấn. Tuy nhiên

các đưt gãy mô hình phai được hiệu chỉnh để phù hợp với các logic

về măt địa chất. Thể hiện cu thể như sau: măt của đưt gãy mô hình

có thể phai được hiệu chỉnh đam bao trùng với măt trượt của đưt

gãy trên các ban đồ cấu trúc.

Các đưt gãy căt nhau phai được kết nối tại đúng vị trí giao nhau.

Những đưt gãy chính có thể được sử dung để phân chia mỏ

thành các khối riêng biệt khi có các số liệu chưng minh về mối quan

hệ thủy đông lực.

13

2.4.2 Xây dựng mạng 3 chiều

Xây dựng mạng đóng vai trò quan trọng, là công

cu để đánh giá và đồng bô các số liệu đầu vào.

Tạo khung mạng của mô hình (pillar gridding):

Khung mạng của mô hình được xây dựng trên cơ

sở đương biên (boundary) của mô hình đã được tạo

ra trong phần xây dựng ban đồ (make/edit surface).

Kích thước ô mạng của khung mạng cần được

cân đối với số lượng lớp đam bao tổng số lượng ô

mạng của mô hình nằm trong giới hạn tốc đô xử lý

của máy tính (và thơi gian hợp lý).

14

2.4.2 Xây dựng mạng 3 chiều (tt)

Khung mạng của mô hinh bao gồm ba lưới theo

các chiều X, Y, Z, trong đo lưới trên va lưới dưới

trùng với noc va đáy của mô hinh. Lưới còn lại nằm

chinh giữa của hai lưới kia.

Quá trinh chỉnh sửa khung mạng mô hinh được tiến

hành đam bao không xay ra hiện tượng các ô chồng

lấn lên nhau (overlap), nếu không sẽ dân đến sai số

cho các mô hinh tham số về sau cũng như kết qua

cuối cùng của mô hinh.

14

2.4.3 Xây dựng tầng

Tạo đới (zonation): Trước khi tiến hanh tạo đới cần phai tạo ban

đồ noc các đới cho mô hinh. Việc tạo các ban đồ nay được thực hiện

trên cửa sổ tạo ban đồ mô hình (make horizon).

Nguyên tăc tạo ban đồ mô hinh la gán các ban đồ đã được xây

dựng từ địa chấn thanh ban đồ noc các vỉa tương ưng cho mô hinh.

Sau khi hoàn chỉnh các ban đồ mô hinh noc các vỉa, tiến hanh tạo

các vỉa qua công cu tạo va chỉnh sửa vỉa (make zones).

Môi vỉa sẽ được giới hạn bởi hai ban đồ mô hinh (horizon). Nếu

vỉa nao được chia thành các phu vỉa nhỏ thì cần phai tạo các ban đồ

mô hinh cho noc các phu vỉa tương ưng.

15

2.4.4 Xây dựng Layer

Chia lớp (layering): Môi vỉa hoăc phu vỉa đã tạo ra sẽ

được chia thành môt hoăc nhiều lớp. Phân chia lớp có thể

được tiến hành theo nhiều cách: phân chia đều hoăc không

đều, phân chia từ nóc xuống hoăc từ đáy lên, chia theo giá

trị chiều dày của lớp,…

Số lượng lớp của môi vỉa được chia tùy thuôc vào ý

nghĩa cũng như muc đich của vỉa đo.

Ví du, các vỉa chưa dầu khí hoăc các thân cát chưa cần

được chia lớp chi tiết hơn các vỉa chưa nước hoăc các tâp

sét….

16

2.4.4 Xây dựng Layer

Nhìn chung, chiều dày của lớp càng nhỏ thì mô hình

càng chi tiết, đô tin cây càng cao. Tuy nhiên, tốc đô xử lý

của máy tính sẽ khống chế tổng số ô của mô hình. Điều

này đồng nghĩa với việc số lượng lớp hay chiều dày các

lớp phai được xem xét tính toán hợp lý.

Thông thương việc phân chia lớp được dựa trên cơ sở

đương log tướng (facies log) với tiêu chí đam bao không

bỏ sót hay mất các thân cát. Đương log tướng này được

xác định từ các đương cong ĐVLGK, chủ yếu là đương

gamma, SP.

16

2.5 Mô hình tướng

Mô hình hóa tướng được xây dựng tuân theo qui luât về phân

bố địa chất, môi trương trầm tích, phân bố thạch học, nguồn

cung cấp vât liệu trầm tích cũng như hướng, thế nằm và diện

phân bố (Hình 2.4).

Hình 2.4. Mô hình dòng chay sông

2.6 Mô hình tham số

2.6.1 Mô hình độ rỗng

Mô hình tham số là mô hình thể hiện sự phân bố của các tham

số vât lý của vỉa chưa trong không gian. Các tham số này bao gồm

độ rỗng, độ thấm, chiều dày hiệu dụng, độ bão hoà nước (hoăc

đô bão hòa dầu).

Độ rỗng (tổng hoăc hiệu dung) là tham số quan trọng nhất. Đô

rông của vỉa chưa liên quan trực tiếp đến trữ lượng dầu khi tại chô

của mô hinh. Ngoai ra trong thành hệ clastic, đô rông va đô thấm

thương co quan hệ tuyến tinh với nhau thông qua ham quan hệ

rông - thấm.

18

Đô rông cũng la các tham số vât lý vỉa chinh đăc trưng cho tinh

chất thủy đông học của dòng chay trong mô hinh khai thác. Vi vây,

kết qua của quá trinh chạy mô phỏng khai thác về sau phu thuôc rất

nhiều vao mưc đô chinh xác của mô hinh đô rông.

Có rất nhiều phương thưc mô hinh hoá đô rông đã được phát

triển trên phần mềm Petrel như: phân bố chuẩn Gauxơ (SequePial

Gaussian Simulation), nhom phương pháp nôi suy (Kriging,

Kriging by Gslib, trung binh số học, trung binh dịch chuyển)...

19

Với quan niệm phân bố tham số trong không gian là phân bố

mang tính ngẫu nhiên, phương pháp mô phỏng độ rỗng

thường được lựa chọn là phân bố chuẩn Gauxơ (Sequential

Gaussian Simulation).

Mô hình phân bố đô rông được xây dựng trên nền của mô

hinh tướng. Số liệu đầu vao cho mô hinh đô rông la giá trị đô

rông (đương log đô rông) của các vỉa chưa tại vị tri các giếng

khoan đã được chuyển đổi tỉ lệ (upscale log).

Cũng để phan ánh tinh ngâu nhiên về măt địa chất, chương

trinh mô hinh hoa nhiều lần chạy (multi-realization) được áp

dung.

20

Ưng với môi mô hình tướng sẽ có môt hoăc nhiều mô hình

phân bố đô rông được tạo ra sau môi lần tùy thuôc ngươi sử

dung.

Mô hình độ rỗng được chọn để chạy mô hình khai thác là

mô hình mà ngoài sự hợp lý logic về địa chất, thống kê

cần thiết còn cần có kết qua tính toán trữ lượng bằng các phương

pháp khác.

Nhìn chung, phân bố đô rông trong mô hình đô rông phai

bao toàn tín hiệu đầu vào và đầu ra theo nguyên tăc chung và

phù hợp với mô hình phân bố tướng.

Điều này có thể kiểm chưng trên các hình anh, các biểu

đồ hoăc số liệu thống kê.

2.6.2 Các tham số khác

Mô hình độ thấm co thể được xây dựng tương tự các bước như

mô hinh đô rông.

Từ các kết qua nghiên cưu mâu loi va địa chất khu vực, môt ham

quan hệ đô rông-đô thấm (trong thành hệ clastic) được thiết lâp. Trên

cơ sở ham số nay tinh toán được các giá trị đô thấm từ đô rông.

Các giá trị đô thấm nay được chuẩn hoá thanh các đương log đô

thấm va sau đo tiến hanh xây dựng mô hinh đô thấm như mô hinh đô

rông.

Một phương pháp khác xây dựng mô hình đô thấm đơn gian va

nhanh hơn la dựa trực tiếp vao mô hinh đô rông.

Coi mô hình đô rông đã được chạy mô phỏng là biến số và nhâp

trực tiếp biến số nay vao ham quan hệ rông-thấm ta sẽ thu được mô

hình độ thấm.22

Mô hình chiều dày hiệu dụng (net pay) được xây dựng

nhằm muc đich tinh trữ lượng dầu khi tại chô của mô hinh địa

chất.

Mô hình hoá chiều dày hiệu dung được dựa trên nền của mô

hinh tướng.

Phương pháp xây dựng mô hinh chiều day hiệu dung nay co

thể được thực hiện đơn gian bằng cách gán chiều day hiệu dung:

• Bằng 0 ở những ô mạng co kết qua phân bố tướng là sét và

• Bằng 1 ở những ô mạng có kết qua phân bố tướng la cát.

23

2.6.2 Các tham số khác (tt)

Mô hình đô bão hòa nước (hoăc đô bão hòa dầu) được xây dựng

theo hai cách khác nhau:

Chạy phân bố xác suất ngâu nhiên kết qua tính đô bão hòa nước

tại vị tri giếng khoan (các đương log đô bão hòa nước).

Xây dựng mô hình bão hòa nước dựa trên ham quan hệ giữa đô

bão hòa nước với đô thấm va đô rông (J function).

24

2.7 Tính tóan trữ lượng dầu khí

Phương pháp tinh toán trữ lượng dầu khi sử dung mô hinh địa

chất la môt phương pháp cho kết qua với đô chinh xác cao hơn

các phương pháp thông thương do tinh chi tiết địa chất (ba chiều,

đến từng ô mạng) va kha năng bao hàm các yếu tố rủi ro của nó.

Sau khi đã co đủ phân bố của các tham số cần thiết như tướng,

độ rỗng, bề dày tập chứa, độ bão hòa nước, ranh giới dầu-nước,

hệ số thể tích thành hê … cho môt tâp chưa, co thể tiến hành tính

toán trữ lượng dầu tại chô theo đơn vị qui chuẩn quốc tế (hệ SI),

hoăc đơn vị oil field.

25

Summary: Averaging of core or formation data

Fundamental Volumetric and Recovery Equations Hydrocarbons-Initially-In-Place (HCIIP)

Kết qua tính toán thể hiện được phân bố của các thông

số trên (cho biết giá trị tại từng cell).

Từ phân bố ba chiều, các phần mềm ưng dung đều cho

phép tạo ra các ban đồ trung binh (thương chọn HCPV)

cho phép hinh dung phân bố theo diện tich va đánh giá

triển vọng từng khu vực của mỏ.

Các phân bố nay cũng thay đổi theo số lần chạy theo

luât phân bố ngâu nhiên.

27

Điều này chưng minh môt quy luât là trữ lượng

phu thuôc nhiều vao sự phân bố môi trương va

tướng địa chất, cũng mang tinh phân bố ngâu nhiên

địa chất.

Số lượng giếng khoan cang tăng thi phân bố các

thông số cang tiệm cân với giá trị thực va trữ lượng

tinh được cang co đô tin tưởng cao.

Giá trị trữ lượng dầu tại chô cang gần thực tế thi

các phương án phát triển mỏ cang hợp lý hơn và

phương án đầu tư sẽ hiệu qua hơn.

28

2.8 Đánh giá và lựa chọn mô hình

Việc đánh giá va lựa chọn la việc lam cần thiết nhằm đưa ra mô

hinh phù hợp nhất với đăc trưng địa chất của đối tượng chưa va

toan bô mỏ để chuyển đổi tỉ lệ (upscaling) cho mô hình mô phỏng

khai thác mỏ.

Có hai phương pháp thương dùng để đánh giá va lựa chọn mô

hình là:

• Phương pháp đông va

• Phương pháp tĩnh.

29

Nội dung chủ yếu của phương pháp tĩnh la đánh giá

thống kê, so sánh kết qua của đầu ra với số liệu đầu vao trên cơ

sở biểu diễn trực tiếp 3 chiều của các thông số măt căt ngang

va măt căt dọc.

Trong phương pháp động, với việc sử dung tổng hợp các

số liệu thủy đông lực đầu vao (đô rông, đô thấm, dòng chay, áp

suất, thơi gian,..) mô hinh địa chất (Realization) được đánh giá

theo kha năng phan ánh tinh chất thủy đông lực phù hợp với

ban chất của vỉa, kể ca trương hợp khai thác nhân tạo (bơm ép

nước) hoăc khai thác giam áp tự nhiên.

2.9 Chuyển đổi tỉ lệ

Do tổng số lượng ô mạng của mô hinh chi tiết thương lớn hơn

rất nhiều so với kha năng xử lý của máy tinh hiện co dùng để

chạy mô hình mô phỏng khai thác, nên mô hinh chi tiết cần được

chuyển đổi tỉ lệ.

Quá trình chuyển đổi tỉ lệ phai bao toan được tinh bất đồng

nhất cũng như tổng thể tich rông của mô hinh địa chất ban đầu.

Phương pháp dùng để chuyển đổi tỉ lệ cho thông số la phương

pháp trung bình số học kết hợp với trung bình trọng số.

31

Computerised Geological Model – 10,000,000 cells.

Computerised Simulation Model – 100,000 cells

43

Chuyển đổi tỉ lệ (tt)

Hiện nay, hầu hết công ty dầu khí đã và đang xây dựng mô

hình địa chất trầm tích luc nguyên (kết hợp các nghiên cưu về môi

trương trầm tích), thành hệ carbonate, móng nưt nẻ với sự hô trợ

phần mềm (Petrel, RMS…) đã đem lại đô tin cây cao trong công

tác đánh giá trữ lượng và phát triển mỏ.

31