VAI TRÒ CỦA ĐỊA CHẤT THUỶ VĂN TRONG
SỰ HÌNH THÀNH, BẢO TỒN VÀ PHÁ HUỶ
CÁC TÍCH TỤ DẦU KHÍ
I. GIỚI THIỆU CHUNG
Điều kiện đòa chất thuỷ văn (ĐKĐCTV) có ý nghóa quan trọng
trong việc hình thành , bảo tồn và phá huỷ các tích tụ dầu khí.
Trong suốt quá trình hình thành, tích tụ, biến đổi và phá huỷ các
mỏ (vỉa) dầu khí đều liên quan chặt chẽ với môi trường nước. Tuỳ theo
tính chất và hoạt động của ĐKĐCTV mà nó có vai trò như một nhân tố
kiến tạo hay phá huỷ các tích tụ dầu khí.
Ngay khi trầm tích bắt đầu được hình thành, những vật chất hữu cơ
và các chất khí chứa trong nước được chôn vùi cùng với nước và chất
trầm tích. Các quá trình sinh hóa, đòa hóa, hóa lý biến đổi các vật chất đó
thành dầu khí đều diễn ra trong môi trøng nước. Dầu và khí được hình
thành và hoặc hỗn hợp với nước hoặc hòa tan hoặc phân tán trong nước
và được nước di chuyển tới các tầng dò dưỡng. đây dầu, khí tách ra khỏi
nước do nhiều nguyên nhân khác nhau: phân dò trọng lực, mao dẫn… dầu
khí chiếm các vò trí cao trong các cấu tạo. Đó là các quá trình tích tụ dầu
khí để tạo thành các mỏ (vỉa). (Hình 1)
Các tích tụ này trong điều kiện nhất đònh nào đó giữ mối cân bằng
động với nước và nó tồn tại ở đó. (Hình 2).
1
Hình 1. Dầu khí chiếm vò trí cao trong cấu tạo đòa chất.
Hình 1.a: Kiến trúc vòm muối.
Hình 1.b: Kiến trúc phay phá.
Hình 1a. Hình 1b.
oil
oil
Nhưng khi ĐKĐCTV thay đổi do điều kiện nào đó làm vỡ các mối
cân bằng động đó, nước sẽ xâm nhập vào vỉa dầu khí và lôi kéo nó đi
(phá huỷ cơ học) hoăc kéo hẳn dầu khí nhâp vào nùc (bằng con đường

o
C ( g/kg):
Pentan : 0,36 Benzo : 1,865
Octan : 0,014
điều kiện nước dưới đất, càng xuống sâu nhiệt độ, áp suất và
tổng độ khoáng hoá của nước càng tăng do đó độ hoà tan của các
hydrocacbua sẽ tăng mạnh.
Thí dụ Theo nghiên cứu của các nhà khoa học Châu Âu độ hoà tan của
một số chất khí theo nhiệt độ và áp suất như sau (cm
3
/g nước):

Áp lực
(kg/cm
2
)
Mêtan Etan Prôpan
60
o
100
o
160
o
60
o
100
o
160
o
60

trầm tích
lấn dần ra
biển ở môi
trường tam
giác châu,
gần bờ là
trầm tích
cát là chủ
yếu gọi là đồng bằng tam giác châu. Tiến xa hơn nữa là trán tam giác
châu gồm các thấu kính cát được bao quanh bởi các trầm tích sét. Các
thấu kính này được tạo ra do sự thay đổi chế độ dòng chảy của sông hoặc
mực gốc. Tiến xa hơn nữa về phía biển là tiền tam giác châu, nơi đây chủ
yếu là trầm tích hạt mòn, có độ sâu nước đủ lớn để tạo nên môi trường
khử cho sự bảo tồn vật chất hữu cơ không bò oxy hóa.
Trong quá trình phân hủy của vật chất hữu cơ có mặt của oxy, điều
kiện độ sâu đáy bồn nhỏ nước chuyển động tốt, oxy từ trên mặt theo sự
tuần hoàn của nước xâm nhập vào các lớp trầm tích. Trong trường này
vật chất hữu cơ không thể tạo thành dầu khí được mà chúng có thể bò oxy
hóa tạo thành CO
2
và nước. Còn nếu như lớp nước tương đối dày và biển
tương đối yên tónh thì sự xâm nhập của oxy vào các lớp trầm tích bò hạn
chế. Trong trường hợp này sự phân hủy vật chất hữu cơ không hoàn toàn,
một phần lớn chúng có thể biến đổi thành các khí và nếu không có lớp
bảo vệ nước sẽ thoát đi và không bảo tồn được.
Khi độ sâu bảo đảm, nước lại rất yên tónh, điều kiện này đã hạn
chế cao độ xâm nhập của oxy vào các lớp trầm tích dẫn đến sự phân hủy
của vật chất hữu cơ hoàn toàn trong điều kiện khử. Các lớp trầm tích hạt
mòn tạo thành lớp bảo vệ, một mặt không cho oxy ở trên mặt đi xuống,
mặt khác không cho các khí cacbon và các khí khác đã được thành tạo và

Lamtadje V. J đã làm thí nghòêm với sét chứa dầu và nước, áp suất tăng
tới 5000kg/cm
2
nước và dầu bò đuổi ra ngoài. Với áp suất như vậy sẽ có
điều kiện mở khe nứt và giải phóng các giọt dầu nguyên sinh cùng với
bọt khí và nước ra khỏi nơi cư trú. Chúng hội tụ và tạo thành giọt lớn, sau
đó bò đẩy đi tiếp. Khi các lớp sét bò nén ép, giảm lỗ rỗng cũng gây giảm
áp ( do giảm thể tích ban đầu) đẩy vi dầu ra ngoài đồng thời cũng làm
giảm lực hấp phụ của sét.
Độ sâu lún chìm càng lớn dẫn đến nhiệt độ, áp suất địa tĩnh và áp lực
chất lỏng càng tăng cao, càng thuận lợi cho q trình di cư đẩy hydrocacbon
ra khỏi đá mẹ.
*Các trạng thái di chuyển của dầu khí:
Các dạng dịch chuyển của dầu khí đều liên quan chặt chẽ đến hoạt
động của nước: dưới dạng dung dịch thực (trong nước), hòa tan vi dầu trong
nước dưới dạng màng dầu nước, dạng keo- nhũ tương (nhân misel), hòa tan
vi dầu trong nước bão hồ khí nén.
a) Di cư hydrocacbon trong dung dịch phân tử nước:
Dung dịch thật (hồ tan trong nước ), trong pha chủ yếu sinh dầu
thường có tới 20-25 mg/l vi dầu. Trong đó chiếm ưu thế là các HC bão hòa.
Nếu tăng T
o
= 200
o
C thì khả năng này tăng tới 10 lần. (Hình 5).
6
Ở giai đoạn lắng nén,nước tự do bị đuổi ra khỏi đá tới 80-90%và
chiếm phần khơng gian rỗng. Phần nước còn lại có hai dạng: nước liên kết
vật lý và nước liên kết hóa học bền vững – đó là nước tham gia vào cấu trúc
phân tử. Khi lún chìm, tăng T

c)Sự di cư trong pha hydrocacbon
Di cư nguyên sinh của vi dầu trong dung dòch có khí nén hoặc
hydrocacbon lỏng nhẹ thường là hiện tượng tách ngược dòng (dầu nhẹ
hòa tan trong khí) và dạng di cư này chiếm tỷ trọng rất lớn.
Dòng chất lỏng có khí hòa tan sẽ làm giảm độ nhớt, giảm tỷ trọng,
giảm độ bám dính, giảm áp lực mao dẫn, tăng áp lực làm cho dòng chất
lỏng có tính linh động hơn và di cư dễ dàng.
• Trong khoảng nhiệt độ từ 40-200
o
C và cao hơn áp suất đạt từ
4-70MPa và cao hơn, phát hiện khả năng hòa tan của các sản phẩm bitum
và dầu trong khí nén thiên nhiên. Khả năng hòa tan khí tăng mạnh khi
tăng lượng phân tử của khí: N
2
<CH
4
<CO
2
< C
3
H
8
< khí HC nặng khác.
• Độ hòa tan trong khí càng cao của các HC paraffin, sau đó
giảm đối với naften: HC paraffin > naften > HC aromatic <Mono > bi-
poly > axit amin > nhựa > asphalten.
• Cấu trúc HC và bitum bò khí chiết ra khỏi đá thường tựa như
condensate và phân đoạn tương tự condensate và dầu. Nếu tăng T, P và
độ ẩm của đá trong thành phần của dung dòch hỗn hợp khí có khả năng
tăng thành phần HC aromatic và các hỗn hợp bão hòa, các dò nguyên tố

Hình 6b . Dầu di cư tự do theo dòng
chiếm vò trí cao trong vỉa.
*Trong trường hợp vi dầu vận động cùng với nước dưới dạng nhũ
tương ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, nhưng sau khi đạt tới bẫy chứa
lại mất áp suất và nhiệt độ, hỗn hợp dầu nước sẽ bò tách ra- dầu nổi lên
trên và nước lắng xuống dưới.
*Sự vận động của dầu khí diễn ra trong đá chứa xảy ra do áp lực
trọng trường, lực mao dẫn và áp lực thủy động dưới dạng di cư thẩm thấu.
Hoặc khi nhiệt độ tăng do lún chìm, độ nhớt, tỷ trọng, sức căng bề mặt
của dầu giảm, tăng tính linh động, bổ sung thành phần nhẹ, lực mao dẫn
yếu dần, dẫn tới lực nổi của dầu tăng cao và xảy ra sự di chuyển tới vùng
có áp suất, độ bão hòa lớn hơn (khí và dầu nhẹ hơn nên nổi trên mặt
nước).
Các giọt dầu di cư qua các lỗ rỗng khi áp lực của dầu khí (áp lực
nổi) thắng lực mao quản dưới tác dụng của áp lực từng phần.
Nếu giọt dầu nhỏ hơn kích thước lỗ hổng thì di chuyển qua dễ
dàng.
Nếu giọt dầu lớn hơn kích thước lỗ hổng thì tự bản thân nó có khả
năng biến đổi hình dạng (kéo dài ) để có thể lọt qua lỗ hổng dưới áp lực
nén của 3 loại : áp lực đẩy nổi , áp lực thủy tónh và áp lực mao dẫn.
Tốc độ vận động của nước cũng tác động mạnh có sức lôi cuốn bọt
khí và giọt dầu ra khỏi lỗ rỗng.
*Sự hình thành các tích tụ dầu khí dưới tác dụng của chế độ thủy
động lực: (ngoài yếu tố về áp suất vỉa-áp suất bão hòa HC, bản chất HC)
+ Chế độ thủy động lực đóng vai trò quan trọng trong các tích lũy
ban đầu:
-Nếu trong vỉa không có dòng chảy thì tích lũy dầu khí ở vò trí nằm
ngang, đáy là nước, phía trên là dầu khí.
10
Giọt dầu biến đổi hình dạng để

Dầu ở chế độ
1 pha.
Tóm lại: sự hình thành các tích tụ dầu khí có liên quan chặt chẽ
đến hoạt động của nước ngay từ khi VLHC được tích tụ (bảo tồn VLHC)
cho đến khi chúng được chuyển hóa thành dầu khí và được mang ra khỏi
đá mẹ(dạng phân tử hay phân tán trong nước, trạng thái nhũ tương, hơi
dầu khí hay khí) đi đến các cấu tạo bẫy để tích tụ thành vỉa hoặc mỏ dầu
khí (do lực nổi, sự phân di trọng lực).
III. ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỊA CHẤT THUỶ VĂN ĐẾN SỰ BẢO TỒN
DẦU KHÍ:
Để bảo tồn được các tích tụ dầu khí là tránh được sư phá huỷ từ các
nhân tố bên ngồi như tránh sự oxy hố, tránh được sư phát tán của dầu khí
tại các tích tụ và có những điều kiện thuận lợi để giữ được các tích tụ dầu…
các điều kiện bảo tồn sự phá huỷ các tích tụ dầu khí ít nhiều bị ảnh hưởng bởi
yếu tố địa chất thuỷ văn.
1. Về tốc độ di chuyển của dòng nước:
Tốc độ di chuyển của dòng nước là một chỉ tiêu quan trọng để phá huỷ
hay bảo vệ mỏ, tốc độ dòng nước phụ thuộc vào tính thấm và gradient thuỷ
12
Hình 10. Vận tốc nước lớn làm các thân dầu và khí tách riêng.
lực của tầng chứa nước, trong đó tốc độ dòng nước nhỏ thuận lợi cho việc bảo
vệ mỏ.
Trong các bồn dầu khí có chế độ nước vận động thì các giọt dầu hay
giọt khí sẽ nổi lên do lực đẩy Acsimet, đồng thời chúng chịu áp lực thuỷ động
lôi cuốn đi theo phương ngang. Nếu tốc độ vận động của nước càng lớn chênh
lệch tỷ trọng của chất lỏng và nước càng nhỏ thì khả năng nổi lên tích tụ càng
kém.
Lực đẩy ngang có thể xác định theo gradien áp lực:
6
10013,1

×∆×
≤
Trong đó:
ω
max
– tốc độ thấm lớn nhất của nước để dầu, khí có thể nổi lên.
K – hệ số thấm qua.
∆l – độ chênh tỷ trọng của nước và dầu.
α – góc nghiêng của tầng di dưỡng.
μ – độ nhớt của dầu hoặc khí.
K
2
(σa) – tính thấm tương đối của dầu, khí so với nước.
Như vậy trong một điều kiện thuỷ động lực nhất định thế nằm mặt tiếp
xúc giữa dầu (khí) và nước nghiêng nhiều hay ít là tuỳ thuộc vào tỷ trọng của
dầu, còn sự vận động của nước tuỳ thuộc vào tính thấm của đất đá và độ
chênh áp lực của bồn.
13
H 11. độ rỗng của đất đá ảnh hưởng đến độ thấm
Sự di chuyển của dầu, khí tuỳ thuộc vào sự di chuyển của nước trong bồn, sự
di chuyển này dẫn đến sự phân bố lại các tích tụ dầu khí trong bồn. còn mặt
tiếp xúc giữa dầu – nước và khí - nước là mặt nghiêng và nghiêng theo hướng
vận động của nước. (hình vẽ 12).
H 12. Mặt tiếp xúc giữa dầu - nước, khí - nước là mặt nghiêng
Như đã nói ở trên, do tác dụng của dòng nước nên mặt tiếp xúc giữa dầu và
nước sẽ nghiêng theo hướng vận động của dầu và nước. nếu góc nghiêng nhỏ
14
thì dầu vẫn có khả nặng được bảo tồn – giư lại. Nếu góc nghiêng lớn hơn góc
nghiêng của tầng chứa thì rõ ràng dầu – khí sẽ di chuyển đi.
Góc nghiêng φ của mặt tiếp xúc dầu – nước được xác định :

nước.
như vậy dầu khí
sẽ được bảo tồn
tai vĩa khi φ nhỏ
hơn góc dốc của
tầng chắn
Hình 13. Sự vận
động của nước
làm mặt tiếp xúc
của dầu và nước
nghiêng theo
chiều vận động
của nước.
15
2. Mức độ đóng kín của các cấu trúc ĐCTV, các bẫy thạch học các cấu trúc
này có thể đóng kín, bán kín hoăc hở. Mức độ đóng kín phụ thuộc vào bề dày,
thành phần thạch học của lớp đá chắn. Mức độ đóng kín càng nhiều thì càng
tăng triển vọng bảo tồn dầu khí. Vì vậy khi nghiên cứu cấu trúc địa chất cần
thiết phải nghiên cứu đến tầng nứt nẻ vì nó làm tăng khả năng vận động của
nước và như vậy nó ảnh hưởng đến sự bảo tồn mõ đã thành tạo.

Việc đánh giá mức độ kín – hở vẫn chưa rỏ ràng, một số tác giả đề
nghị sử dụng bề dầy và chiều sâu của lớp sét phủ đơn vị chứa nước làm
chỉ tiêu mức độ đóng kín. V.A Krôtva, Gatans M.A xác định hệ số đóng
kín cấu trúc ĐCTV xác định:
100
×
×
=
c

4. Chỉ tiêu thuỷ địa hoá ( thành phần hoá học trong nước).
- Tổng khoáng hoá của nước: nước mỏ dầu khí thường có độ tổng khoang
hoá khá lớn(30 – 300g/l). Nhiều số liệu cho thấy ở các tầng sản phẩm có độ
kháng hoá tăng rất nhiếu so với nước ngầm ( nước trên dầu). Nhiều tác giả đề
nghị sử dụng nó như chỉ tiêu bảo vệ mỏ, những vùng có tổng khoáng hoá lớn
thì mỏ càng được bảo vệ tốt.
- Các ion chủ yếu : trong các ion nay đăc biệt quan tam đến ion SO
4
2-
do
tác dụng khử sunfat nên hàm lượng SO
4
2-
càng nhỏ càng có lợi cho việc bảo
tồn dầu và khí.
- Trong nước có khả năng hoà tan các chất oxi hoá va cac vi khuẩn có tác
dung phá huỷ dàu khí nên nếu nước mang càng ít hàm lượng chất oxi hoá
càng thuận lợi cho việc bảo vệ mỏ dầu khí.
18
IV. Điều kiện địa chất thuỷ văn để phá huỷ các vỉa dầu hay khí.
 Sự hình thành và sự phá huỷ của vỉa dầu khí liên quan đến nhiều yếu tố khác
nhau như sự phá huỷ do các hoạt động kiến tạo, hoạt động thăng trầm. Nhưng thực
chất của vấn đề cơ bản nhất là các yếu tố đó điều dẫn đến sự hoạt động của nước
mỏ hay nói một cách khác: yếu tố có tính chất quyết định nhất đến sự hình thành
và phá huỷ mỏ dầu khí là hoạt động của nước. Sự phá huỷ cũng như bảo tồn các
vỉa dầu khí diễn ra trong môi trường nước, còn bản thân nước thạch quyển cùng
với vài chất hoà tan trong nó là nhân tố chính phá huỷ vỉa…
 Khi điều kiện địa chất thuỷ văn thay đổi làm cho các quá trình lý hoá, sinh
hoá, địa hóa thay đổi, nước sẽ tấn công vào mỏ dầu, khí hoặc lôi kéo nó đi (phá
huỷ cơ học) hoặc kéo hẳn dầu khí nhập vào nước (bằng con đường hoà tan hỗn

luật của mình. Ngoài ra, các quá trình này chỉ đặc trưng đối với các vỉa dầu và khí.
1) Phá huỷ cơ học:
• Phá huỷ cơ học ( thuỷ lực ) các vỉa dầu khí bởi nước bắt đầu khi hình thành
độ dốc của mặt tiếp xúc dầu - nước hay khí - nước. Trạng thái nằm ngang
của các mặt tiếp xúc này chỉ là trường hợp cá biệt và chỉ có thể tồn tại khi
nước hoàn toàn không vận động.
Ví dụ: do hoạt động nâng lên làm cho nước ngấm vào trong vỉa mạnh hơn và
građien thuỷ lực tăng lên. Mặt khác, khi građien thuỷ lực tăng lên làm cho mặt tiếp
xúc giữa dầu - nước tăng lên và khi vượt quá góc dốc của tầng chứa sẽ phá huỷ
mỏ. Hoặc do hiện tượng phá huỷ kiến tạo, hiện tượng bóc mòn làm cho sự liên hệ
giữa các tầng thay đôi hướng, thay đổi tốc độ vận động của nước trong bồn làm
phá huỷ mỏ đã được thành tạo.
• Theo M. Habbert, sự phụ thuộc của độ dốc bề mặt tiếp xúc dầu nước hay
khí nước vào độ dốc thuỷ tỉnh được biểu diễn bằng biểu thức sau:
Tgα=βn/(βn-βd)* dh/dx=dz/dl
Trong đó:
θ - góc giữa bề mặt tiếp xúc dầu - nước và mặt phẳng ngang.
dz/dl - độ nghiêng của bề mặt tiếp xúc dầu - nước.
dh/dx - độ nghiêng của bề mặt áp lực (độ nghiếng thuỷ lực ).
βn - mật độ nước.
βd - mật độ dầu ( thay vào βd là βk ta có biểu thức cho khí).
Biểu thức trên có thể thay thế bằng biểu thức sau:
Tgα=βn/(βn-βd)*i
Trong đó: i - độ dốc thủy lực.
Như vậy, độ dốc bề mặt tiếp xúc dầu - nước ( khí - nước ) tỷ lệ thuận với độ dốc
thuỷ lực và phụ thuộc vào tương quan mật độ của các chất lỏng tiếp xúc nhau ( cái
gọi là hệ số tăng cường ).
21
H. 17. Biểu đồ quan hệ của bề mặt tiếp xúc dầu nước với góc dốc của bề mặ áp lực và tỷ trọng
dầu.

ra bằng cách hoà tan đống vai trò khá khiêm tốn. Có thể cho rằng, nó cũng
diễn ra khi hoà tan có lựa chọn từng hợp phần riêng của dầu.
23
 Dầu khí chỉ tồn tại trong môi trường khử cho nên chỉ được bảo tồn trong
môi trường khử, còn trong điều kiên oxy hoá chúng sẽ bị phá huỷ.
3) Phá huỷ hoá học:
 Phá huỷ hoá học các vỉa dầu và khí bằng còn đường oxi hoá cabuahydro
bởi oxy và sunfat hoà tan trong nước vỉa có ý nghĩa lớn và đã được lưu ý từ
lâu.
 Phá huỷ hoá học không những phá huỷ các mỏ dầu khí mà còn phá huỷ
chính dầu và khí nữa. Nó làm cho dầu khí không còn giữ nguyên tính chất
hoá học của chúng.
 Quá trình này thường liên quan chặt chẽ với quá trình phá huỷ sinh hoá.
Phá huỷ sinh hoá là các cacbuahydro bị vi khuẩn ăn hết. Cả hai dạng phá
huỷ vỉa dầu và khí cần phải xét chung.
 Khi nước ở trên ngấm xuống mang theo các thành phần có khả năng oxi
hoá cacbuahydro và phá huỷ nó (H. 19), theo sơ đồ phản ứng sau:
C
n
H
2n+2
+ O
2
 CO
2
+H
2
O
CH
4

− Các nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng như: nhiệt độ, áp suất, vi
sinh vật và các yếu tố khác…
Người ta lập biểu thức để xác định thời gian phá huỷ một mỏ dầu khí do tác
dụng của sulfat:
T
ox
= 6*K
ox
*Q
k
/U
n
*F*m
ox
Trong đó:
− K - Hệ số oxi hoá của phản ứng ( phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, dạng mỏ,
loại dầu của từng mỏ ).
− U
n
- Tốc độ vận động của nước.
− F - Diện tích tiếp xúc dầu nước.
25