Các tiến bộ kỹ thuật - Công nghệ mới sử dụng trong công nghiệp dầu khí biển

60 DẦU KHÍ - SỐ 5/2019
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ MỚI PETROVIETNAM
tối ưu hóa vị trí đặt giếng thăm dò 
- khai thác tiếp theo. Thông tin điện 
trở suất vùng xa có thể dùng để 
vẽ bản đồ các túi dầu khí nằm dọc 
theo lòng giếng nhằm xác định các 
vùng chứa sản phẩm có giá trị lớn bị 
cô lập (bypassed pay), bỏ sót trong 
quá trình khai thác do bị nước vỉa 
bao vây. Công nghệ này giúp nâng 
cao hiệu quả đánh giá tầng chứa và 
công tác phát triển mỏ. Các phương 
pháp đo điện trở suất vùng xa còn 
giúp chính xác hóa các quyết định 
khi triển khai công tác (khoan) định 
hướng phải tiến hành theo thời gian 
thực. Các kỹ sư khoan được cảnh 
báo trước khi giếng sắp đi ra ngoài 
vùng chứa sản phẩm và/hoặc các 
nguy hiểm lớn xuất hiện, để quyết 
định dừng khoan trước khi xác định 
cần phải khoan lệch/xiên để loại bỏ 
đường đi của lòng giếng đã chọn. 
Với việc cải tiến các phép đo LWD, 
các kỹ sư khoan có thể chính xác hóa 
vị trí đặt giếng khoan phía trên giới 
hạn tiếp xúc dầu/nước để tối ưu hóa 
việc phát triển và khai thác mỏ.
Halliburton cho biết EarthStar™ 
đã áp dụng thành công công nghệ 
này tại các mỏ vùng nước sâu và các 
mỏ trưởng thành. Một giếng khoan 
ở Biển Bắc khoan qua thành tạo chứa 
carbonate bị ngập nước bán phần, 
đã áp dụng phương pháp log này và 
phát hiện chính xác vùng chứa sản 
phẩm bị bỏ sót giúp tăng đáng kể 
sản lượng của mỏ.
Khoan định hướng trong mỏ dầu 
khí phiến sét
Hệ thống LWD và phương pháp 
log Accusteer của Nabors Industries 
được áp dụng thành công để khoan 
định hướng (geosteering) trong 
mỏ dầu khí phiến sét ở bồn trũng 
Permian và các bồn trũng khác của 
Bắc Mỹ.
Hệ thống OD Accusteer 4¾” là 
hệ thống/module cung cấp thông 
tin khoan thời gian thực, gồm 
thông tin về hướng khoan có giá trị 
Gamma Ray phương vị (azimuthal 
GR) quay 360o quanh thành giếng, 
góc nghiêng, áp suất vành xuyến 
giếng khoan, độ rung, sốc, độ dính 
- trượt, tải trọng lên choòng khoan. 
Các tính toán của góc được cập nhật 
liên tục giúp tăng cường khả năng 
nhận biết và kiểm soát quỹ đạo 
giếng khoan. Các phương pháp đo 
động lực (dynamics) khoan giếng 
(thường không được dùng trong 
giếng có đường kính nhỏ) được thiết 
kế để cung cấp dữ liệu thời gian thực 
về hiệu suất của động cơ bùn giúp 
giảm thiểu nguy cơ xảy ra sự cố kẹt. 
Các phương pháp đo Accusteer sử 
dụng ở các giếng khoan miền Tây 
Texas, giúp khoan ngang đạt chiều 
dài 125ft với 100% lỗ khoan nằm 
trong khu vực đối tượng khai thác 
trong thời gian 2 ngày. Các phép 
đo gamma phương vị giúp giữ 
giếng nằm trong lớp đá được khoan 
nhanh dài 4.000ft mà không phải 
CÁC TIẾN BỘ KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ MỚI 
SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ BIỂN
TẠP CHÍ DẦU KHÍ
Số 5 - 2019, trang 60 - 65
ISSN-0866-854X
Công nghệ địa vật lý giếng khoan
Địa vật lý giếng khoan (logging, 
carota, diagraphy) được sử dụng 
để nghiên cứu cấu trúc, trạng thái 
lòng giếng khoan; thành phần thạch 
học cũng như tính chất lý - hóa của 
các lớp đất đá giếng cắt ngang qua, 
các chất lưu chứa trong các lỗ hổng 
của đá... nằm lân cận lòng giếng; 
phục vụ công tác phát triển và khai 
thác mỏ dầu khí, gồm nhiều phương 
pháp thông qua phản ứng của môi 
trường địa chất đối với các trường 
vật lý đưa vào lòng giếng. Các 
phương pháp này được cải tiến liên 
tục để nâng cao độ chính xác của các 
phép đo.
Halliburton cho biết EarthStar™ 
có thể phát hiện, vẽ bản đồ tầng 
chứa và các biên của các chất lưu 
(dầu, khí, nước) nằm cách giếng 
khoan 225ft (68m), xa gấp đôi so với 
các hệ thống thiết bị đo log hiện có. 
Đây là một tổ hợp các phép đo điện 
trở suất vùng xa/sâu (deep-reading 
resistivity measurements), độ nhạy 
phương vị (azimuthal sensitivity) 
và xử lý ngược hiện đại giúp xác 
định hướng phát triển của các lớp 
trong thành tạo chứa dầu khí cùng 
thành phần và điện trở của các chất 
lưu trong thành tạo (formation) 
đó. Halliburton cũng cung cấp các 
hình ảnh 3D được dùng kết hợp với 
phần mềm geosteering (phần mềm 
khoan định hướng sử dụng cảm 
biến địa tầng) thời gian thực nhằm 
Nhiều công trình nghiên cứu, sản phẩm công nghệ mới nhất đã được trình bày tại Hội thảo kỷ niệm 50 năm triển lãm các thành 
tựu công nghệ dầu khí biển tổ chức tại NRG Park, Houston, Mỹ từ ngày 6 - 9/5/2019. Trong đó, các tiến bộ trong công nghệ địa vật lý 
giếng khoan đã giúp chính xác hóa vị trí giếng khoan, đánh giá chất lượng các thành tạo liền kề, xác định các vỉa chứa mục tiêu... từ đó 
nâng cao hiệu quả công tác tìm kiếm, thăm dò dầu khí.
61DẦU KHÍ - SỐ 5/2019 
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ MỚI PETROVIETNAM
điều chỉnh độ nghiêng của quỹ đạo 
giếng. Tập đoàn Nabors cũng cho 
biết ở Oklahoma các phương pháp 
đo gamma phương vị giúp khoan 
thẳng đứng trên đất liền tới độ sâu 
thiết kế, sau đó khoan ngang 5.200ft 
với 100% lòng giếng nằm trong khu 
vực đối tượng thăm dò - khai thác.
LWD trong điều kiện nhiệt độ cao
Weatherford International mới 
đưa vào sử dụng hệ thiết bị log 
Heat - Wave Extreme (HEX) HPHT 
LWD ở điều kiện áp suất cao, nhiệt 
độ cao (Hình 1). Tiến hành đo trong 
điều kiện nhiệt độ 200oC và áp suất 
30.000psi trong suốt 200 giờ làm 
việc, hệ thống log gồm tia gamma, 
điện trở suất, mật độ đá và neutron 
cũng như sensors đo áp suất trong 
khi khoan. Sau 9 tháng thực hiện 
đề án, Weatherford đã triển khai áp 
dụng phương pháp HEX này trên 22 
giếng có nhiệt độ cao ở thềm lục địa 
vịnh Thái Lan để thu nhận các dữ liệu 
theo thời gian thực với tổng số 1.650 
giờ, đo log trong lòng giếng có tổng 
chiều dài 45.806m và nhiệt độ ở đáy 
giếng một số nơi vượt quá 175oC mà 
không phải dùng bất kỳ biện pháp 
gì để hạ nhiệt độ lòng giếng như 
giảm vòng quay khoan cụ, kiểm soát 
tốc độ xuyên/cắt đất đá hoặc tuần 
hoàn dung dịch khoan làm mát thiết 
bị đáy giếng (BHA - bottom hole 
assembly)... 
Phương pháp LWD âm học
Weatherford đã đưa ra thị trường 
hệ thống LWD có độ phân giải hình 
ảnh cao, mang tên Ultrawave Ultra-
Sonic Imager, thiết bị có thể làm việc 
trong hệ dung dịch bùn khoan gốc 
dầu hoặc nước (Hình 2). Máy đo có 
thể ghi biểu đồ biên độ sóng siêu âm 
phản xạ từ thành giếng quay 360o 
quanh tâm lòng giếng. Bức tranh 
biên độ phản xạ thể hiện các lớp 
đá, các kẽ nứt tự nhiên, độ rỗng thứ 
sinh, kẽ nứt nhân tạo và các chỗ sụp 
lở thành giếng. Hình ảnh thời gian 
truyền sóng thể hiện nguyên nhân 
gây ra nứt nẻ và biểu đồ biến thiên 
đường kính giếng giúp nghiên cứu 
độ ổn định của trạng thái giếng nhằm 
tối ưu hóa vị trí đặt giếng trong quá 
trình khoan tại các tầng chứa dầu khí 
phi truyền thống. Phương pháp log 
này giúp xác định tính liên thông của 
mạng lưới kẽ nứt nhân tạo nhằm xử 
lý kẽ nứt dính kết nhau trong khu vực 
lân cận các giếng khoan khi xuyên 
qua các lớp sét, giúp các nhà điều 
hành có phương pháp tối ưu để xử lý 
các kẽ nứt cũng như phương án hoàn 
thiện giếng hợp lý nhất.
Phương pháp điện môi đa tần số 
Công nghệ log bằng dây cáp 
trong giếng hở tiếp tục được cải tiến 
và ngày càng phức tạp hơn với nhiều 
phương pháp đo mới thông qua 
lắp đặt thêm một chuỗi các sensors 
chuyên dụng.
Các phép đo log điện trở suất 
chuẩn dựa trên sự khác nhau về độ 
dẫn điện của dầu và nước vỉa (mặn) 
để phát hiện hydrocarbon nằm gần 
với lòng giếng. Khi nước vỉa ngọt và 
không dẫn điện thì các phương pháp 
logs không cho kết quả đáng tin cậy. 
Vì vậy khi dùng công nghệ điện môi 
đa tần số (multi-frequency dielectric) 
để đo hằng số điện môi (electric 
permittivity) có thể xác định được độ 
bão hòa dầu/khí với bất kỳ độ mặn 
nào của nước vỉa có trong lớp chứa 
sản phẩm.
Một tiến bộ kỹ thuật nổi trội của 
thiết bị log Array Dielectric Xplorer 
(ADX) của Baker Hughes trong lĩnh 
vực dầu khí so với các thiết bị dùng 
cho các ngành công nghiệp khác là 
có 4 thiết bị nhận tín hiệu đặt cách 
nhau 1” với 3 cặp thiết bị phát tín 
hiệu đối xứng với nhau ở phía trên và 
phía dưới tổ hợp thiết bị log. Thiết bị 
phát truyền sóng điện từ hoạt động Hình 1. Log Heat Wave Extreme LWD đo ở môi trường có nhiệt độ 200oC (390oF) 
62 DẦU KHÍ - SỐ 5/2019
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ MỚI PETROVIETNAM
trên 5 tần số từ 10MHz đến 1GHz với các 
khoảng xuyên sâu vào lòng đất quanh 
giếng dài ngắn khác nhau. Dựa trên tổ 
hợp thu phát tín hiệu điện từ, hệ thống 
đo có 6 mức khoảng cách. Dữ liệu thu 
được từ mỗi khoảng đo theo 5 tần số sẽ 
cung cấp giá trị điện trở suất biểu kiến và 
hằng số điện môi được hiệu chỉnh của 
các lớp đất đá xung quanh giếng. Tính 
chất cơ lý đá được rút ra từ điện trở của 
khu vực bùn khoan xâm nhập vào môi 
trường cũng như độ rỗng ngậm nước, 
độ mặn của nước vỉa và các tham số cấu 
- kiến tạo của đất đá quanh lòng giếng. 
Công nghệ mới này cho phép đo log với 
tốc độ cao hơn các công nghệ truyền 
thống và được kết hợp với các phương 
pháp log dùng dây cáp thả máy đo vào 
lòng giếng khác như FLeX thạch/khoáng 
vật học, MReX cộng hưởng từ... giúp hiểu 
và thu thập đầy đủ thông tin thạch học 
và các loại độ rỗng của tầng chứa.
Phương pháp Array Dielectric Xplorer 
đã được đưa vào ứng dụng thành công 
tại Mỹ, Trung Đông, châu Phi sau hơn 2 
năm triển khai thực hiện đề án.
Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân
Halliburton đã đưa công nghệ log 
cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) hiện đại 
vào dịch vụ Xaminer Magnetic Resonance 
Service (XMR) (Hình 3). Thay vì đánh giá 
thành phần đá tầng chứa, NMR phát hiện 
các chất lỏng trong không gian rỗng, 
cung cấp các giá trị đo về thể tích chất 
lỏng, độ rỗng và độ thấm.
Các báo cáo của Halliburton cho thấy 
XMR cung cấp độ phân giải được nâng 
cấp của các lớp/beds mỏng, giúp đánh 
giá đá phiến sét chứa vật chất hữu cơ, 
carbonate, turbidites và các tầng chứa 
khí đốt trong đá chặt sít. XMR có thể phát 
hiện và định lượng hóa trữ lượng khí đốt, 
condensate, nước và dầu nặng hoặc dầu 
nhẹ trong thành tạo chứa dầu khí.
XMR nhận được số lượng dữ liệu 
cao hơn gấp 8 lần và mức tiêu thụ năng 
Hình 3. XMR cung cấp các giá trị đo thể tích chất lỏng, độ rỗng và độ thấm
Hình 2. Kết quả đo LWD âm học 
63DẦU KHÍ - SỐ 5/2019 
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ MỚI PETROVIETNAM
lượng chỉ bằng 1/2 với các NMR sensors 
truyền thống. Ngoài ra, XMR còn cung 
cấp hình ảnh 2D và 3D và số liệu phân 
tích đủ để phân biệt các chất lỏng có thể 
dịch chuyển từ các ống mao dẫn và độ 
rỗng vi mô có chứa các lưu thể.
XMR thu được dữ liệu chỉ qua một 
lần đo và có thể kết hợp với kết quả đo 
của các sensors logging khác để có được 
sự đánh giá đúng thành tạo đang nghiên 
cứu. Qua đó, giúp cho các nhà điều hành 
xác định trữ lượng dầu khí chưa thu hồi 
trước khi quyết định đầu tư phát triển về 
sau. Halliburton cho biết log XMR đã giúp 
cho các nhà điều hành ở West Texas đánh 
giá các tầng chứa carbonate, phát hiện 
trữ lượng dầu khí chưa thu hồi và khu vực 
chứa nước vỉa (mặn), giảm giá thành khai 
thác thử.
Thử áp suất và phân tích mẫu chất lỏng
BHGE đang tiếp tục phát triển các 
phương pháp kỹ thuật tiến bộ dùng cho 
thử áp suất của các thành tạo chứa sản 
phẩm, sử dụng log thả vào lòng giếng 
bằng dây cáp cũng như lấy mẫu và phân 
tích chất lưu. Bộ phận dịch vụ thử áp suất 
của thành tạo chứa sản phẩm sử dụng 
công nghệ log FTeX để thu thập dữ liệu, 
cung cấp thông tin áp suất thông qua 
kết hợp tự động hóa ở mức rất cao các 
thiết bị đo log tích hợp được thiết kế thu 
gọn kích thước tối đa cũng như sử dụng 
công nghệ trí tuệ nhân tạo. Thiết bị log 
được đưa vào trong lỗ khoan, hoạt động 
ngay tại đối tượng nghiên cứu trong điều 
kiện tự nhiên tại chỗ. BHGE cho biết công 
nghệ mới này có thể cung cấp ngay các 
lát cắt áp suất, vị trí mặt tiếp xúc dầu - khí 
- nước, thông tin về động tính (mobility) 
của chất lưu sớm nhất trong quá trình đo 
log vì các thông tin này được trình bày 
dưới dạng tổng hợp với các kết quả đánh 
giá tầng chứa khác sẵn có. 
Các công nghệ thử vỉa truyền thống 
đang được sử dụng tại các công ty dầu 
khí thượng nguồn chủ yếu kiểm tra thủ 
công và tốn thời gian, đồng nghĩa với khả 
Hình 5. Thiết bị RCX eXceL lấy mẫu trong các thành tạo có độ thấm thấp và trong điều kiện áp suất - nhiệt độ cao 
mà không cần dùng packers trương nở
Hình 4. Thiết bị log FTeX của BHGE 
năng gia tăng rủi ro, giảm độ chính 
xác. Công nghệ mới của BHGE khắc 
phục được phần lớn nhược điểm 
trên và đã được áp dụng trong 
hoạt động thượng nguồn tại các 
mỏ ở Bắc Mỹ, Nam Mỹ, châu Á - 
Thái Bình Dương (trong đó có Việt 
Nam), Trung Đông, châu Phi, Bắc 
Cực, thời gian đo tại một điểm chỉ 
mất 6 phút, với động tính của lưu 
thể (mobility) trong tầng chứa dao 
động từ 0,1 - 1mD/cp. 
Trong thời gian gần đây, công 
nghệ FTeX được cải tiến sử dụng 
ngay trên giàn khoan cố định đo 
áp suất tầng chứa cũng như thu 
nhận nhiều loại mẫu chất lỏng 
sạch trong các loại đá chứa. Dịch 
vụ RCX gồm cả một packer section 
để có thể kiểm tra từ trên mặt giàn 
khoan mức độ thay đổi thể tích và 
hệ số giảm áp biến thiên, đánh giá 
chất lưu ngay trong lòng giếng để 
bảo đảm độ sạch của mẫu (dầu 
khí, nước) và đánh giá mức độ xê 
dịch của các thiết bị bơm. Một 
hệ thống có thể chứa được 52 
mẫu trong một lần chạy máy log. 
Thiết bị RCX eXceL (Hình 5) đã mở 
rộng khả năng lấy mẫu trên RCX 
platform trong các thành tạo có độ 
64 DẦU KHÍ - SỐ 5/2019
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ MỚI PETROVIETNAM
thấm thấp và trong điều kiện áp suất 
- nhiệt độ cao mà không cần dùng 
packers trương nở như hiện nay.
Log neutron trong giếng có chống 
ống
Đo log trong giếng có chống 
ống có thể là một giải pháp để đánh 
giá thành tạo chứa phía sau thành 
ống chống cũng như để phát hiện 
khu vực chứa dầu khí bị nước bơm 
ép cô lập, có thể bị bỏ sót trong quá 
trình khai thác mỏ.
Schlumberger mới đây đã cung 
cấp dịch vụ log neutron (pulsed 
neutron service) mới để đánh giá và 
kiểm soát các thành tạo có các giếng 
chống ống. Thiết bị quang phổ kế 
đa chức năng dạng xung Pulsar kết 
hợp các detector đa cấp với nguồn 
neutron xung rất mạnh, đáp ứng 
các yêu cầu này. Kết quả thu được 
tương đồng với các phương pháp 
log neutron dùng trong các giếng 
không có ống chống nên công nghệ 
này được sử dụng để tối ưu hóa thiết 
kế hoàn thiện giếng và trong các đề 
án gia tăng sản lượng.
Khác với công nghệ log neutron 
truyền thống, Pulsar không dựa trên 
dữ liệu đầu vào của giếng không 
chống ống để minh giải thạch học 
có độ phân giải cao và có thể tiến 
hành không phải ngừng khoan. Việc 
đo log sau khi giếng được chống 
ống cũng loại trừ được rủi ro giếng 
không ổn định thường gặp trong 
các giếng ngang và trong tầng chứa 
đá phiến sét. Chùm neutron phát 
ra và độ tinh/hiện đại của thiết bị 
nhận tín hiệu phản hồi làm tăng tốc 
độ đo log cũng như tăng độ chính 
xác của phép đo. Hệ thống này giúp 
thu được một chuỗi giá trị đo trong 
giếng truyền thống được tự bù sai 
số của các tham số đo như: sigma, 
độ rỗng, tỷ số carbon/oxygen và 
phát hiện hàng loạt các nguyên tố 
hóa học chứa trong đá, gồm cả tổng 
hàm lượng carbon hữu cơ (TOC). 
Ngoài ra, phép đo lát cắt/tiết diện 
ngang của neutron nhanh (fast 
neutron cross section - FNXS) giúp 
phân loại và định lượng hóa các 
dạng lỗ hổng chứa khí cũng như 
xác định các khu vực đá đặc sít, rắn 
chắc. Bởi vì Pulsar không phụ thuộc 
vào cách tiếp cận dựa trên điện trở 
suất quy ước trong việc xác định 
loại đá cũng như chất lưu nên công 
nghệ này có thể xác định chính xác 
độ bão hòa dầu khí trong bất kỳ độ 
mặn nào của nước vỉa. 
Pulsar có thể cung cấp thông tin 
thạch học, khoáng vật học các loại 
chất lưu trong các loại giếng thăm dò 
- khai thác thẳng đứng, khoan xiên, 
khoan ngang, nhất là thông tin về 
dầu khí trong đá chứa điện trở thấp 
giúp đánh giá tốt nhất những thành 
tạo chứa dầu khí, dự báo các khu vực 
chứa sản phẩm bị cô lập, các mỏ đã 
Hình 6. Kết quả đo log bằng công nghệ FNXS được hiệu chỉnh các yếu tố môi trường trong giếng trám xi măng nhẹ ở các độ sâu khác nhau từ 200ft đến trên 330ft trong vành khuyên ống 
chống để xác định khu vực đá chặt sít không chứa sản phẩm và các khu vực có độ rỗng chứa khí 
65DẦU KHÍ - SỐ 5/2019 
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ MỚI PETROVIETNAM
Hình 7. Một số kết quả đo log dùng thiết bị Raptor 2.0 phục vụ chương trình bắn mở vỉa trong tầng chứa có độ rỗng thấp và bị phân chia thành nhiều khối
vào giai đoạn gần cạn kiệt, nghiên 
cứu lại các giếng đã bị đóng hoặc 
chưa được đo log bằng các công 
nghệ hiện đại, liên kết địa chất các 
giếng khoan thăm dò lại các diện tích 
cũ, mở rộng các diện tích gần kề các 
mỏ cũ (Hình 6).
Thiết bị log hoạt động trong lòng 
giếng được chế tạo phù hợp cho các 
điều kiện/tính chất lý - hóa của môi 
trường khắc nghiệt, có vỏ bọc chống 
ăn mòn cao. Đường kính thiết bị chỉ 
rộng 1,72”, có thể làm việc ổn định 
khi nhiệt độ đến 175oC mà không bị 
hư hỏng.
Thiết bị log mới nhất có tên 
Raptor 2.0 của Weatherford được 
lắp một máy phát neutron xung, 4 
detectors quang phổ lanthanum 
bromide (La Br3), thiết bị quan trắc 
từ xa (telemetry cartridge), được kết 
hợp với các thiết bị log phục vụ khai 
thác và đánh giá chất lượng trám xi 
măng (Hình 7). Tập đoàn này cung 
cấp các phần mềm và dịch vụ cơ lý 
đá, giúp xác định vị trí các khu vực 
chứa dầu khí, các loại dầu thô trong 
mỏ và cả đánh giá trữ lượng mỏ. 
Công nghệ Raptor 2.0 đang được sử 
dụng ở châu Âu, Canada, Malaysia. 
Trần Ngọc Toản (theo World Oil) 
Hiệp hội Năng lượng Việt Nam