Trong bối cảnh giá dầu đang ở mức thấp, các công ty dầu khí ngày càng tập trung vào việc thu thập dữ liệu tầng sâu với chất lượng cao hơn, tốc độ nhanh hơn và chi  phí hiệu quả hơn. Hiệu quả chi phí được đề cập ở đây là cải thiện cơ hội phát hiện các trữ lượng hydrocarbon có tính thương mại, sử dụng dịch vụ dầu khí với chi phí thấp nhất  hay thu thập và tích hợp mọi thông tin về tầng sâu trong giới hạn ngân sách thăm dò có sẵn? 

Việc tối đa hóa giá trị đầu tư có nghĩa là sử dụng đúng công nghệ trong môi trường thích hợp và từ đó nâng cao cơ hội thành công.

Công nghệ địa vật lý sẽ cung cấp thông tin bổ sung về tầng sâu cho phép tác động mạnh đến các quyết định cấp giấy phép, thăm dò và khoan giếng. Mới đây, Petroleum  Geo-Services (PGS) đã tiến hành các nghiên cứu tính  khả thi của phương pháp điện từ 3D có nguồn kiểm soát (controlled-source electromagnetic - CSEM) trước khi thu thập dữ liệu nhằm giúp các công ty dầu khí giải quyết các khó khăn cụ thể trong lĩnh vực địa vật lý (Hình 1).

Từ năm 2014 - 2015, dự án thu thập dữ liệu điện từ (EM) 3D sử dụng hệ thống băng thông rộng kết hợp đầu thu lai dắt đã được đầu tư với quy mô lớn. Các công ty  dầu khí đã sử dụng dữ liệu này cho những giai đoạn khác nhau trong vòng cấp phép thứ 23 của Na Uy (Hình 2). Kết quả được công bố vào tháng 5/2016 với 10 giấy phép khai  thác mới được trao cho 13 công ty. Giá trị của công nghệ EM cũng được minh chứng trong vòng cấp phép năm 2016 cho những khu vực đã xác định trước: 10 trong số  những giấy phép được cấp năm 2016 có đề cập đến công nghệ EM trong chu trình công việc so với một giấy phép trong năm 2012, còn các năm 2013 và 2014 thì không có giấy phép nào đề cập đến công nghệ này. Như vậy, dữ liệu EM 3D multi-client đã hỗ trợ các công ty dầu khí trong  công tác ra quyết định trước và trong các vòng cấp giấy phép cho khu vực ngoài khơi Na Uy.

Dữ liệu điện từ có nguồn kiểm soát (CSEM) được sử dụng hiệu quả nhất khi minh giải và tích hợp với các dữ liệu địa chấn cùng các thông tin địa vật lý khác. Từ việc cùng hiển thị một tài liệu địa chấn và điện trở cho tới việc xử lý nghịch đảo địa chấn và thậm chí là các công tác đánh  giá mức độ tầng chứa như: ước tính độ bão hòa và trữ lượng hydrocarbon tại chỗ, dữ liệu EM đã cải thiện đáng kể hiểu biết về tầng sâu trước khi đưa ra các quyết định  đầu tư. Việc bổ sung thông tin địa chất về các tầng sâu này có thể cung cấp cho các công ty dầu khí lợi thế cạnh tranh khi tham gia đấu thầu, hay khoan giếng thăm dò, thậm chí tối ưu hóa việc phát triển mỏ và khai thác.  

Trong 3 năm qua, PGS đã đầu tư thu thập dữ liệu EM tại biển Barents, cung cấp các thông tin quan trọng, hỗ trợ các công ty dầu khí trong việc ra các quyết định đấu thầu  và khoan một cách hiệu quả hơn so với việc chỉ sử dụng tài liệu địa chấn thông thường. Việc đầu tư này không chỉ  mang lại lợi ích cho ngành dầu khí mà còn cho cả các cơ quan chịu trách nhiệm về quy định, cấp phép và quản lý tài nguyên.

Một khía cạnh khác bổ sung cho tích hợp tài liệu địa chấn và điện trở suất là thu thập đồng thời dữ liệu EM và tài liệu địa chấn băng thông rộng GeoStreamer 2D (Hình 3).

Ngoài dịch vụ thu thập đồng thời dữ liệu CSEM và địa chấn, dịch vụ thu nổ dữ liệu điện từ riêng biệt cũng sẵn sàng được cung cấp. Theo đó, để thu được giá trị tối đa từ  tài liệu điện trở, cần minh giải tài liệu này cùng với tài liệu địa chấn và các thông tin địa vật lý khác. Việc thu nổ riêng tài liệu điện từ được tiến hành trong các khu vực đã có sẵn  tài liệu địa chấn, thường là tài liệu địa chấn 3D. Trong suốt dự án thu thập dữ liệu EM năm 2014, một kỷ lục về tốc độ thu nổ đã được thiết lập với việc thu nổ hơn 200km2 địa chấn trong 24 giờ tại biển Barents. Tốc độ thu nổ cao như  vậy được thực hiện nhờ việc kéo đầu thu điện từ với vận tốc 4 - 5 hải lý/giờ và thu nổ dữ liệu CSEM 3D mật độ dày với bước lưới 1km. 

Chiều dài tiêu chuẩn của dải đầu thu EM là 8.700m. Cấu hình của thiết bị có thể điều chỉnh được. Trong trường hợp ưu tiên ghi lại hình ảnh cấu trúc lòng đất ở độ sâu lớn hơn, thiết bị có thể tăng chiều dài dải đầu thu tới 10.000m.

Ngược lại, nếu mục tiêu của việc khảo sát là đối tượng khí nông phân bố phía trên của một mỏ khai thác thì chiều dài dải đầu thu điện từ có thể co ngắn lại để giảm thiểu rủi ro vận hành trong quá trình sử dụng. Đầu thu điện từ  được kéo ở độ sâu tới 100m và có thể được co ngắn hơn ở khu vực nước nông. Như trường hợp khảo sát ở biển Celtic năm 2013, tài liệu được thu với dải đầu thu điện từ ở độ sâu 50m và hệ thống địa chấn biển băng thông rộng được kéo ở độ sâu 25m.  

Khác với thiết bị thu địa chấn, cả thiết bị điện từ 2D và 3D đều thu với một đầu thu điện từ đơn. Bước lưới nhỏ  hơn 1,5km cho phép nghịch đảo bất đẳng hướng của các mặt cắt điện trở 2D cũng như một khối điện trở 3D. Những khảo sát sử dụng bước lưới lớn hơn 1,5km được xem là tài  liệu 2D với mặt cắt điện trở được tạo ra bằng phép xử lý nghịch đảo tài liệu 2,5D.

Đầu thu điện từ sử dụng 72 cặp offset, chiều dài từ 200m đối với offset gần, tới 1.100m đối với offset xa. Điều  này cung cấp dữ liệu điện trở đặc biệt dày trên cả miền khoảng cách và miền tần số. Bộ tài liệu này cho phép tối ưu hóa các tài liệu được lựa chọn để tiến hành xử lý  nghịch đảo. Các thông số này có thể được đánh giá trong giai đoạn nghiên cứu tính khả thi của dự án, đảm bảo việc lựa chọn tần số và khoảng cách phù hợp nhất để hiển thị rõ đối tượng cần xác minh. Tài liệu mật độ dày mang  đến độ phân giải cao hơn trong lát cắt điện trở 2D và 3D, cho phép ứng dụng vào quy trình cải thiện chất lượng vỉa chứa ở mức độ chi tiết.

Việc thu nổ đồng thời dữ liệu Geostreamer và điện từ đầu thu lai dắt giúp tiết kiệm chi phí và nâng cao độ phân   giải của dữ liệu điện trở. Các chỉ tiêu về Sức khỏe, An toàn, Môi trường và Chất lượng cũng được cải thiện đáng kể, vì 2 dữ liệu được thu nổ trên cùng một tàu, lượng nhiên liệu tiêu thụ ít hơn, thời gian thu nổ được rút ngắn so với việc thu nổ bằng 2 dự án khảo sát riêng biệt. Ở góc độ vận hành, việc kết hợp thu nổ EM vào một khảo sát địa chấn  biển 2D băng thông rộng chỉ cần bổ sung một lượng nhân sự tối thiểu. Thiết bị được sử dụng và vận hành bởi một nhóm chuyên gia địa chấn tiêu chuẩn cùng với một hoặc hai kỹ sư thực địa về điện từ.  

Từ trước đến nay, phương pháp điện từ thường chỉ được sử dụng như một công cụ nhằm giảm thiểu rủi ro, một phần do sự khuếch tán tự nhiên của năng lượng điện từ dẫn đến độ phân giải tương đối thấp so với tài liệu địa chấn. Nhưng với sự ra đời của công nghệ thu thập dữ liệu điện từ sử dụng đầu thu lai dắt kết hợp đo mật độ dày, độ phân giải cao, tập trung, tài liệu địa chấn tích hợp điện trở đã cho phép tính toán độ bão hòa hydrocarbon, có thể được áp dụng trong việc giảm bớt các rủi ro khoan cũng như tối ưu hóa phát triển mỏ; đồng thời mở ra tiềm năng được áp dụng vào công nghệ 4D ở môi trường thích hợp. 

Hiện nay, việc thăm dò tại các khu vực lân cận mỏ đang được quan tâm đặc biệt. Nếu khảo sát được thiết kế tối ưu hóa dựa vào kết quả nghiên cứu tính khả thi của một dự án cụ thể thì dữ liệu EM đầu thu lai dắt có thể xác  định các rủi ro khi khoan cũng như được sử dụng để xác minh tiềm năng chứa dầu khí ở khu vực xung quanh mỏ.  Với sự tích hợp tài liệu địa chấn, điện trở và tài liệu địa vật lý giếng khoan, công tác xác định đặc trưng tầng chứa và quy trình thẩm lượng được xây dựng, cho phép tính toán trữ lượng hydrocarbon tại chỗ.

Hệ thống thu thập dữ liệu EM sử dụng đầu thu đầu thu lai dắt đã thay đổi hiệu quả thu nổ CSEM, cùng với việc cải thiện đáng kể mật độ lấy mẫu. Sự cải tiến này đã mở rộng phạm vi ứng dụng của công nghệ từ thăm dò khu  vực tới chi tiết hóa cấu trúc và đặc trưng tầng chứa.

Nguyễn Anh Tuấn (theo Offshore, 9/2016)