(LUẬN án TIẾN sĩ) ghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm ép luân phiên nước khí hydrocacbon nhằm nâng cao hệ số thu dầu tại tầng miocene bể cửu long
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.75 MB, 160 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT
TRỊNH VIỆT THẮNG
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
BƠM ÉP LUÂN PHIÊN NƯỚC - KHÍ
HYDROCACBON NHẰM NÂNG CAO HỆ SỐ
THU HỒI DẦU TẠI TẦNG MIOCEN, BỂ
CỬU LONG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2019
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT
TRỊNH VIỆT THẮNG
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
BƠM ÉP LUÂN PHIÊN NƯỚC - KHÍ
HYDROCACBON NHẰM NÂNG CAO HỆ SỐ
THU HỒI DẦU TẠI TẦNG MIOCEN, BỂ
CỬU LONG
Ngành: Kỹ thuật Dầu khí
Mã số: 9520604
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS Cao Ngọc Lâm
2. TSKH Phùng Đình Thực
HÀ NỘI - 2019
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng được cơng bố trong bất cứ cơng
trình nào khác.
Tác giả luận án
Trịnh Việt Thắng
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
(i)
MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Trang
Lời cam đoan
Mục lục
i
Danh mục các ký hiệu, các đơn vị và các từ viết tắt
iv
Danh mục các bảng biểu
Danh mục các hình vẽ, bản đồ và đồ thị
v
vi
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1
9
1.1.
Khái quát về nâng cao hệ số thu hồi dầu
1.2.
Cơ sở lý thuyết và cơ chế nâng cao hệ số thu hồi dầu
9
11
1.2.1. Cấu trúc lỗ rỗng
12
1.2.2. Dòng chảy trong lỗ rỗng
13
1.2.3. Cơ chế đẩy dầu vi mô
15
1.2.4. Cơ chế đẩy dầu vĩ mô
1.2.5. Hiệu suất đẩy vi mô và hiệu suất đẩy vĩ mô
19
22
1.3.
Các dự án nâng cao hệ số thu hồi dầu trên thế giới và khu vực
23
1.4.
Đánh giá và lựa chọn phương pháp bơm ép luân phiên nước khí
27
1.5.
Cơ sở lý thuyết của bơm ép khí cho các mỏ dầu khí
28
1.5.1. Điều kiện cho trộn lẫn/gần trộn lẫn/không trộn lẫn
30
1.5.2. Cơ chế trộn lẫn
31
1.5.3. Các phương pháp và hạn chế của việc xác định áp suất trộn lẫn tối
thiểu
37
1.5.4. Các yếu tố ảnh hưởng và thuật tốn sử dụng cho mơ hình mơ phỏng
cơ chế bơm ép khí
38
1.6.
49
Kết luận
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP NÂNG
CAO HỆ SỐ THU HỒI DẦU PHÙ HỢP CHO ĐỐI
TƯỢNG MIOXEN SỬ TỬ ĐEN
51
2.1.
Giới thiệu về mỏ Sư Tử Đen
51
2.2.
Địa chất mỏ Sư Tử Đen Tây Nam và tầng chứa Mioxen
51
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
(ii)
Tính chất đá vỉa và hệ chất lưu vỉa
55
2.3.1. Tính chất đá chứa tầng Mioxen hạ
55
2.3.2. Tính chất hệ chất lưu vỉa của đối tượng Mioxen hạ
59
2.3.
2.4.
Trữ lượng dầu khí tại chỗ và trữ lượng dầu khí thu hồi
61
2.5.
Hiện trạng khai thác của mỏ Sử Tử Đen
64
2.6.
Các phương pháp gia tăng hệ số thu hồi dầu đã áp dụng
68
2.7.
Tiềm năng thu hồi dầu tại tầng Mioxen mỏ Sư Tử Đen
69
2.8.
Đánh giá và lựa chọn phương pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu phù
hợp cho Mioxen Sử Tử Đen
70
2.8.1. Đánh giá thông số mỏ Sử Tử Đen và biện luận lựa chọn phương
pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu
70
2.8.2. Sử dụng tiêu chí đánh giá và phần mềm chuyên ngành để lựa chọn
phương pháp nâng cao thu hồi dầu phù hợp cho Mioxen Sư Tử Đen
2.9. Kết luận
72
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN VÀ MƠ
HÌNH DỰ BÁO MMP CHO Q TRÌNH BƠM ÉP
KHÍ NƯỚC LN PHIÊN VÀO TẦNG MIOXEN, MỎ
SƯ TỬ ĐEN
76
Phân tích và đánh giá các kết quả thực nghiệm đo MMP cho dầu khí
vỉa Mioxen Sử Tử Đen
76
3.1.
75
3.1.1. Thành phần khí bơm ép
76
3.1.2. Thiết bị Slimtube thực nghiệm
77
3.1.3. Hạn chế của thực nghiệm khi áp dụng điểm MMP cho tồn đối
tượng Mioxen Sư Tử Đen
79
3.2.
Mơ hình chất lưu PVT và mơ hình mơ phỏng dự báo MMP
81
3.2.1. Mơ hình chất lưu PVT cho giếng SD-2X
81
3.2.2. Sử dụng phương trình trạng thái và hành trạng pha để tính tốn
MMP cho các nguồn khí
84
3.2.3. Xây dựng mơ hình mơ phỏng lại q trình thực nghiệm Slimtube
cho Mioxen Sư Tử Đen
91
3.3.
So sánh MMP từ các phương pháp nghiên cứu
95
3.4.
Lựa chọn nguồn khí và giải pháp bơm ép khí nước luân phiên cho
tầng Mioxen, mỏ Sư Tử Đen
Kết luận
96
3.5
97
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
(iii)
CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP BƠM ÉP KHÍ NƯỚC
LUẬN PHIÊN CHO TẦNG MIOXEN, MỎ SƯ TỬ
ĐEN TRÊN MƠ HÌNH MƠ PHỎNG
4.1.
Cập nhật mơ hình mơ phỏng và khớp lịch sử khai thác
99
99
4.1.1. Hiện trạng mơ hình
99
4.1.2. Điều kiện ban đầu
99
4.1.3. Tính chất chất lưu và đá chứa
100
4.1.4. Phục hồi số liệu lịch sử khai thác mỏ
103
4.2.
Chuyển từ mơ hình black oil sang mơ hình thành phần
108
4.2.1. Xây dựng mơ hình PVT hệ chất lưu vỉa đại diện cho tầng Mioxen,
mỏ Sư Tử Đen
110
4.2.2. Lựa chọn mơ hình thành phần 6 cấu tử để chạy dự báo đánh giá
110
4.2.3. Tái lập lịch sử khai thác với mơ hình thành phần của tầng Mioxen
mỏ Sư Tử Đen
112
4.3.
Các phương án bơm ép khí nước luân phiên và đánh giá độ nhạy
113
4.3.1. Đánh giá hiệu quả của 03 phương án bơm ép nước, bơm ép khí và
bơm ép khí nước luận phiên
117
4.3.2. Đánh giá và lựa chọn lưu lượng bơm ép khí nước luân phiên tối ưu
119
4.3.3. Đánh giá hiệu quả bơm ép khí nước luân phiên theo thời gian bơm
ép
123
4.3.4. Đánh giá phương pháp bơm ép khí với các cơ chế trộn lẫn, gần trộn
lẫn, không trộn lẫn
124
4.3.5. So sánh hiệu quả các phương án bơm ép khí nước luân phiên với
các nguồn khí bơm ép
4.3.6. Kết quả mơ phỏng các phương án
126
4.4.
128
Kết luận
KẾT LUẬN
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
127
131
x
xi
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
(iv)
DANH MỤC
CÁC KÝ HIỆU, ĐƠN VỊ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT
NCS
: Nghiên cứu sinh
NKLP
: Bơm ép nước-khí luân phiên (Water Alternate Gas - WAG)
EOR
: Gia tăng thu hồi dầu (Enhaced Oil Recovery - EOR)
TR
: Phương pháp thu hồi tam cấp (Tertiary Recovering –TR)
TTBĐ
: Thể tích ban đầu
THD
: Thu hồi dầu
Miocen
: Tầng chứa Miocen (hoặc Mioxen)
APIo
: Đơn vị đo tỷ trọng theo tiêu chuẩn Viện Dầu Khí Mỹ
HC
: Khí hydrocarbon (khí đồng hành, khí gas tự nhiên)
cP
: Đơn vị đo độ nhớt
ft
: Bộ - Đơn vị đo chiều dài (1ft=0.3048 m)
o
: Đơn vị đo nhiệt độ (oF = oC*9/5 +32)
PV
: Toàn bộ thể tích chứa của đá (Pore Volume)
HCPV
: Tồn bộ thể tích chứa dầu của đá (Hydrocarbon Pore Volume)
HTBM
: Hoạt tính bề mặt
HĐBM
: Chất hoạt động bề mặt
OOIP
: Thể tích dầu ban đầu (Original Oil in Place)
BTU
: Đơn vị đo nhiệt lượng cháy của khí hydrocarbon
MCF
: 1000 bộ khối (đơn vị đo thể tích khí)
MMP
: Áp suất trộn lẫn tối thiểu (Minimum Miscibility Pressure)
LPG
: Khí gas hố lỏng (Liquid Petroleum Gas)
MCM
: Cơ chế trộn lẫn nhiều lần (Multiple Contact Miscibility)
FCM
: Cơ chế trộn lẫn 1 lần (First Contact Miscibility)
Bar
: Đơn vị đo áp suất (1 bar = 14,5038 psi)
Atm
: Đơn vị đo áp suất (1 atm = 14,6959 psi)
F
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
(v)
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1:
Bảng tổng hợp các phương pháp EOR đã thực hiện trên thế giới ......... 24
Bảng 2.1:
Kết quả phân tích mẫu lõi giếng SD-2X và SD-3X .............................. 56
Bảng 2.2:
Đặc tính dầu tại điều kiện vỉa ................................................................ 60
Bảng 2.3:
Tính chất nước vỉa tầng Mioxen hạ ....................................................... 61
Bảng 2.4:
Trữ lượng dầu tại chỗ đối của tượng Mioxen Hạ .................................. 63
Bảng 2.5:
Trữ lượng khí đồng hành và tại chỗ của đối tượng Mioxen Hạ ............ 63
Bảng 2.6:
Trữ lượng dầu tại chỗ bằng phần mềm Petrel ....................................... 64
Bảng 2.7:
Hệ số thu hồi dầu của đối tượng Mioxen hạ..........................................64
Bảng 2.8:
Trạng thái khai thác các giếng ............................................................. ..67
Bảng 2.9:
Khả năng thu hồi dầu của đối tượng Mioxen Hạ .................................. 69
Bảng 2.10: Tính chất vỉa và điều kiện để áp dụng bơm ép khí tại mỏ Sư Tử Đen..73
Bảng 3.1:
Thành phần của khí bơm ép cho thực nghiệm xác định MMP ............. 76
Bảng 3.2:
Kết quả đo MMP theo các áp suất đẩy khí và phần trăm thu hồi dầu ... 78
Bảng 3.3:
So sánh MMP thực nghiệm với phương pháp tính tốn và dự báo.......93
Bảng 4.1 : Thông số áp suất, nhiệt độ vỉa của tầng Mioxen hạ ......................... ...100
Bảng 4.2:
Các tính chất chất lưu, đá chứa của tầng cát kết Mioxen ................... .102
Bảng 4.3.
Các hiệu chỉnh thông số giếng và khu vực .......................................... 103
Bảng 4.4:
Các phương án bơm ép khí và đánh giá độ nhạy ................................ 115
Bảng 4.5:
Kết quả mô phỏng các phương án bơm ép nâng cao thu hồi dầu ....... 127
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
(vi)
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢN ĐỒ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1:
Tổng quan thu hồi dầu qua các giai đoạn khai thác ................................ 10
Hình 1.2 : Cơng thức tính các mối tương quan của các lực trong EOR ................... 11
Hình 1.3 : Tỷ lệ linh động các pha và hệ số quét ..................................................... 12
Hình 1.4 : Cấu trúc lỗ rỗng ....................................................................................... 13
Hình 1.5 : Hiện tượng phân tỏa dạng ngón trên mơ hình 5 điểm ............................. 15
Hình 1.6 : Hệ số bao quét thể tích theo chiều thẳng đứng và theo diện ................... 23
Hình1.7 :
Tiềm năng và xu hướng EOR tại mỏ dầu khí ngồi biển ........................ 26
Hình 1.8 : Cơ chế trộn lẫn giữa khí và dầu ............................................................... 32
Hình 1.9 : Sơ đồ mô tả các đới tiếp xúc giữa khí và dầu vỉa .................................... 33
Hình 1.10: Giản đồ cơ chế q trình bay hơi khí ...................................................... 34
Hình 1.11: Cơ chế trộn lẫn ngưng tụ ......................................................................... 35
Hình 1.12: Giản đồ pha của q trình khơng trộn lẫn ............................................... 36
Hình 1.13 Tổng hợp q trình trộn lẫn và khơng trộn lẫn ........................................ 37
Hình 1.14: VGD MMP so với độ sâu của khí bơm ép C1N2 ..................................... 39
Hình 1.15: MMP theo độ sâu của khí tách từ bình tách (SepGas) được tính tốn
bằng trình giả lập PVT dựa trên nền tảng EOS ........................................................... 40
Hình 1.16: Đường cong thấm pha của hệ chất lưu .................................................... 41
Hình 1.17: Hiệu suất thu hồi dầu cho mơ hình 1D với áp suất đẩy cao hơn điểm
MMP; mơ hình có số ơ lưới N = 1000, ∆x = 0,61 m. ................................................. 42
Hình 1.18: Hiện tượng phân tỏa dạng ngón trong bơm ép nước khí luân phiên ....... 43
Hình 1.19: Hiện tượng phân đới tỷ trọng trong bơm ép nước khí ln phiên ........... 43
Hình 1.20: Ảnh hưởng của tốc độ bơm ép lên hiệu quả thu hồi dầu ......................... 44
Hình 1.21: Ảnh hưởng của bơm ép NKLP lên hiệu qủa thu hồi dầu ........................ 46
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
(vii)
Hình 1.22: Dầu dư trong đất đá dính ướt nước.......................................................... 47
Hình 1.23: Ảnh hưởng của tỷ số Kv/Kh đến hiệu qủa thu hồi dầu............................. 48
Hình 1.24: Ảnh hưởng của phân lớp lên hiệu qủa thu hồi dầu .................................. 49
Hình 2.1:
Bản đồ cấu trúc B10 Mioxen, mỏ Sư Tử Đen ......................................... 51
Hình 2.2:
Cột địa tầng mỏ Sư Tử Đen ..................................................................... 53
Hình 2.3:
Sơ đồ cấu trúc nóc tầng sản phẩm B9 ..................................................... 54
Hình 2.4:
Sơ đồ cấu trúc nóc tầng sản phẩm B15 ................................................... 55
Hình 2.5:
Vị trí các điểm lấy mẫu lõi phục vụ phân tích đặc biệt ........................... 57
Hình 2.6:
Đường cong thầm pha dầu nước từ giếng SD-2X và SD-3X .................. 58
Hình 2.7:
Đường cong thấm pha dầu nước đối tượng Mioxen hạ B10 ................... 58
Hình 2.8:
Quan hệ rỗng thấm của đối tượng Mioxen .............................................. 58
Hình 2.9:
Áp suất mao dẫn đối tượng Mioxen ........................................................ 59
Hình 2.10: Quan hệ rỗng thấm của đá chứa đối tượng Mioxen hạ ........................... 59
Hình 2.11: Hệ số thể tích thành hệ Bo ....................................................................... 60
Hình 2.12: Tỷ số khi hịa tan ..................................................................................... 60
Hình 2.13: Sơ đồ cấu trúc nóc tầng sản phẩm B10 - Khu vực SD-1X và SD-3X..... 62
Hình 2.14: Sơ đồ cấu trúc nóc tầng sản phẩm B10 - Khu vực SD-4X ...................... 63
Hình 2.15: Vị trí các giếng trong đối tượng Mioxen Hạ ........................................... 65
Hình 2.16: Động thái áp suất đáy giếng .................................................................... 66
Hình 2.17: Ảnh hưởng của các giếng bơm ép tới từng khu vực ............................... 66
Hình 2.18: Trạng thái khai thác giếng SD-NE-6P ..................................................... 67
Hình 2.19: Trạng thái khai thác giếng SD-15P ......................................................... 68
Hình 2.20: Trạng thái bơm ép đối tượng Mioxen hạ Sư Tử Đen Tây Nam .............. 69
Hình 2.22: Kết quả lựa chọn phương pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu từ phần mềm
chuyên ngành cho Mioxen Sư Tử Đen ....................................................................... 74
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
(viii)
Hình 2.23: Các tiêu chí để lựa chọn phương pháp nâng cao thu hồi dầu từ phần mềm
chuyên ngành cho Mioxen Sử Tử Đen ....................................................................... 75
Hình 3.1:
Kết quả đo MMP với các cấp áp suất đẩy khí ......................................... 78
Hình 3.2:
Kết quả đo và tính tốn điểm MMP cho mỏ Sư Tử Đen ......................... 78
Hình 3.3:
Thành phần hydrocarbon vỉa của Mioxen Sư Tử Đen ............................ 81
Hình 3.4:
Khớp tỷ trọng của dầu ............................................................................. 82
Hình 3.5:
Khớp độ nhớt của dầu.............................................................................. 82
Hình 3.6:
Khớp độ nhớt của khí .............................................................................. 83
Hình 3.7:
Khớp tỷ số khí- dầu ................................................................................. 83
Hình 3.8:
Khớp hệ số thể tích của dầu .................................................................... 83
Hình 3.9:
Khớp hệ số thể tích của khí ..................................................................... 84
Hình 3.10: Giản đồ 3 cấu tử ...................................................................................... 85
Hình 3.11: Ảnh hưởng của áp suất trong sơ đồ 3 cấu tử (P1> P2> P3) .................... 86
Hình 3.12: Đẩy hịa trộn nhờ bơm khí khơ ở áp suất cao (trộn lẫn bay hơi). ............ 86
Hình 3.13: Đẩy dầu ở chế độ hịa trộn bằng khí giàu (trộn lẫn ngưng tụ) . .............. 87
Hình 3.14: Trạng thái lưu thể đẩy và lưu thể vỉa không tạo thành một pha và không
thể xảy ra q trình đẩy trộn lẫn hồn tồn. ................................................................ 87
Hình 3.15: Đẩy hòa trộn với sự tiếp xúc một lần giữa khí được bơm ép và dầu. ..... 87
Hình 3.16: Giản đồ 3 pha của dầu vỉa Mioxen Sư Tử Đen ....................................... 88
Hình 3.17: So sánh giản đồ pha của 02 mơ hình 11 thành phần và 6 thành phần ..... 89
Hình 3.18: Thành phần khí khơ sử dụng bơm ép ...................................................... 89
Hình 3.19: Thành phần khí bình tách cấp 2 sử dụng bơm ép .................................... 90
Hình 3.20: Thành phần khí bình tách cấp 1 sử dụng bơm ép .................................... 90
Hình 3.21: Thành phần khí trước khi vào bình tách cấp 1 sử dụng bơm ép ............. 91
Hình 3.22: Sản lượng thu hồi từ mơ hình slimtube để xác định MMP với khí bơm ép
là khí khơ (khí thương phẩm) ...................................................................................... 92
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
(ix)
Hình 3.23: Sản lượng thu hồi từ mơ hình slimtube để xác định MMP với khí bơm ép
là khí ở bình tách cấp 2 ............................................................................................... 93
Hình 3.24: Sản lượng thu hồi từ mơ hình slimtube để xác định MMP với khí bơm ép
là khí trước khi vào bình tách cấp 1 (hay khí được làm giàu bởi NLG và LPG) ....... 93
Hình 3.25: Dầu bão hịa của q trình đẩy trộn lẫn ................................................... 94
Hình 3.26: Dầu tàn dư của quá trình đẩy gần trộn lẫn............................................... 94
Hình 3.27: Sản lượng thu hồi từ mơ hình slimtube với q trình khơng trộn lẫn ..... 95
Hình 4.1:
Hiện trạng mơ hình ................................................................................. 96
Hình 4.2:
Đường cong thấm pha dầu nước tầng chứa cát kết Mioxen .................. 101
Hình 4.3:
Đường cong thấm pha dầu nước được sử dụng trong mơ hình ............. 101
Hình 4.4:
Vị trí vùng ngập nước ............................................................................ 104
Hình 4.5:
Phân bố độ bão hịa dầu ......................................................................... 105
Hình 4.6:
Lưu lượng dầu, khí khai thác và độ ngập nước tồn mỏ ....................... 105
Hình 4.7:
Kết quả phục hồi lịch sử giếng NE-6P .................................................. 105
Hình 4.8:
Kết quả phục hồi lịch sử giếng SD-08PST............................................ 106
Hình 4.9:
Kết quả phục hồi lịch sử giếng SD-10P ................................................ 106
Hình 4.10: Kết quả phục hồi lịch sử giếng SD-11P ................................................ 106
Hình 4.11: Kết quả phục hồi lịch sử giếng SD-14P ................................................ 107
Hình 4.12: Kết quả phục hồi lịch sử giếng SD-15P ................................................ 107
Hình 4.13: Kết quả phục hồi lịch sử giếng SD-1PS ................................................ 107
Hình 4.14: Kết quả phục hồi lịch sử giếng SD-23P ................................................. 108
Hình 4.15: Kết quả phục hồi lịch sử giếng SD-26P ................................................ 108
Hình 4.16: Thành phần của 11 cấu tử và thành phần của 6 cấu tử .......................... 111
Hình 4.17: So sánh kết quả tái lập lịch sử độ ngập nước giữa mô hình thành phần 11
cấu tử và mơ hình thành phần 6 cấu tử (Độ ngập nước và sản lượng dầu)............... 111
Hình 4.18: So sánh kết quả tái lập lịch sử độ ngập nước giữa mơ hình thành phần 11
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
(x)
cấu tử và mơ hình thành phần 6 cấu tử với giếng SD-10P (sản lượng dầu) ............. 111
Hình 4.19: So sánh kết quả tái lập lịch sử độ ngập nước giữa mơ hình thành phần 11
cấu tử và mơ hình thành phần 6 cấu tử với giếng SD-20P (độ ngập nước) .............. 112
Hình 4.20: So sánh kết quả tái lập lịch sử sản lượng dầu khai thác giữa mơ hình
black oil và mơ hình thành phần ............................................................................... 113
Hình 4.21: So sánh kết quả tái lập lịch sử độ ngập nước giữa mơ hình black oil và
mơ hình thành phần ................................................................................................... 113
Hình 4.22: Bão hịa dầu hiện tại và vị trí các giếng bơm ép-khai thác của Mioxen Sư
Tử Đen....................................................................................................................... 114
Hình 4.23: Sản lượng dầu thu hồi toàn mỏ của PACS, TH1, TH2 ........................ 118
Hình 4.24: Độ ngập nước tồn mỏ của PACS, TH1, TH2 ...................................... 118
Hình 4.25: Sản lượng khai thác gia tăng của giếng 10P với PACS, TH2 .............. 119
Hình 4.26: Lưu lượng và tổng sản lượng dầu thu hồi của TH3a, TH3b, TH3c ...... 120
Hình 4.27: Lưu lượng và tổng sản lượng khí thu hồi của TH3a, TH3b, TH3c ....... 120
Hình 4.28 : Các trường hợp tỷ lệ nút nước khí bơm ép ln phiên .......................... 122
Hình 4.29: Ảnh hưởng của các nút nước khí đến sản lượng gia tăng tại các giếng
khai thác...... .............................................................................................................. 122
Hình 4.30 : Lưu lượng và tổng sản lượng dầu thu hồi của TH4a, TH4b ................. 123
Hình 4.31: Lưu lượng và tổng sản lượng dầu thu hồi của TH5a, TH5b, TH5c ...... 125
Hình 4.32: Lưu lượng và tổng sản lượng khí thu hồi của TH5a, TH5b, TH5c ....... 125
Hình 4.33: Lưu lượng và tổng sản lượng khí thu hồi tồn mỏ của TH6a, TH6b .... 127
Hình 4.34: Lượng C7+ cịn lại trong vỉa ................................................................. 129
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
1
MỞ ĐẦU
1.
Tính cấp thiết của luận án
Dầu khí là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá, không thể tái tạo và không thể
thiếu đối với mọi quốc gia, sản lượng khai thác và giá dầu mỏ luôn là vấn đề quan
tâm hàng đầu đối với mọi ngành công nghiệp, đặc biệt ở các nước có nền công nghiệp
phát triển. Chính vì lẽ đó mà giá dầu thế giới luôn ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự phát
triển kinh tế toàn cầu, cũng là một trong những nguyên nhân chính của các mâu thuẫn,
tranh dành phân chia dầu khí và chiến tranh. Cho đến nay, số lượng các mỏ dầu khí
mới, đặc biệt là các mỏ có trữ lượng lớn được phát hiện ngày một giảm dần, trong
khi đó số lượng mỏ dầu khai thác sang giai đoạn cạn kiệt ngày càng gia tăng. Do đó,
vấn đề nâng cao hệ số thu hồi dầu (Enhanced Oil Recovery - EOR) ngày càng được
nhiều nước, nhiều công ty đa quốc gia tập trung nghiên cứu và ứng dụng. Thậm chí,
hệ số thu hồi dầu khí là một trong những điều kiện quan trọng và điều khoản bắt buộc
của các hợp đồng dầu khí tại một số nước trên thế giới.
Việt Nam là quốc gia có sản lượng khai thác dầu không lớn, chủ yếu được
khai thác từ các mỏ thuộc bể Cửu Long. Đối tượng khai thác dầu chính là thân dầu
móng Granite nứt nẻ và tầng Mioxen, chiếm 90% sản lượng dầu khai thác hàng năm.
Trong thập niên qua, toàn thềm lục địa Việt Nam đã có thêm 25 phát hiện dầu khí,
nhưng chủ yếu là các cấu tạo nhỏ, điều kiện kinh tế cận biên (trung bình mỗi phát
hiện khoảng 35 triệu thùng dầu). Để phát triển khai thác được các mỏ nhỏ cần phải
có công nghệ kỹ thuật tối ưu, đi kèm các điều kiện khuyến khích đầu tư, làm giảm
giá thành sản xuất dầu khí để tăng lợi nhuận khi khai thác.
Sau khi đã trải qua các thời kỳ tự phun và duy trì áp suất bằng bơm ép nước
hay các giải pháp khai thác thứ cấp hệ số thu hồi dầu trung bình hiện nay của các mỏ
trong khoảng 20 - 32% dầu tại chỗ. Hơn hai phần ba (2/3) lượng dầu đã phát hiện
vẫn chưa thể khai thác. Như vậy, lượng dầu chưa được khai thác chiếm tới 70% và
là tiềm năng cho các giải pháp kỹ thuật nhằm tận thu hồi lượng dầu còn lại này. Việc
áp dụng các biện pháp gia tăng thu hồi dầu (EOR) nhằm tận thu lượng dầu còn lại tại
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
2
các vỉa chứa chính là nhiệm vụ chính, cấp thiết trong những năm tới khi mà nguồn
năng lượng tự nhiên ngày một hạn chế.
Việc áp dụng phương pháp bơm ép nước thứ cấp sẽ khơng cịn mang lại hiệu
quả khi mỏ khai thác ở giai đoạn cuối, các giếng khai thác đã và đang bị ngập nước,
vùng khai thác dịch chuyển dần lên nóc vỉa. Điều đó chứng tỏ rằng, sản lượng dầu
khí có thể thu hồi tại các mỏ thuộc bể Cửu Long trước đây là những mỏ khai thác
chủ lực nay đang giảm nhanh chóng, việc áp dụng các biện pháp gia tăng thu hồi dầu
đang là một vấn đề cấp thiết được nêu ra. Lựa chọn chính xác phương pháp gia tăng
thu hồi dầu cho các mỏ dầu khí là rất mới và đầy thách thức. Việc gia tăng 1-2% hệ
số thu hồi dầu với các mỏ có trữ lượng lớn sẽ tương tự như phát hiện ra một mỏ nhỏ,
đặc biệt là sản lượng khai thác của đối tượng của Mioxen đang giảm dần nên cần
nghiên cứu áp dụng phương pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu cho tầng Mioxen. Chính
vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm ép luân phiên nước - khí
Hydrocarbon nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu tại tầng Mioxen, Bể Cửu Long” mang
tính cấp thiết, cần được quan tâm và ưu tiên nghiên cứu. Trong số các phương pháp
gia tăng hệ số thu hồi dầu đã được nghiên cứu đến thời điểm hiện tại ở Việt Nam,
bơm ép khí chỉ mới áp dụng thử nghiệm ở một mỏ duy nhất tại đối tượng trầm tích
bể Cửu Long. Với lý do như vậy, việc đẩy nhanh công tác nghiên cứu kỹ các điều
kiện của tầng Mioxen, bể Cửu Long nhằm tìm ra giải pháp gia tăng thu hồi dầu hiệu
quả và áp dụng thực tế là mục tiêu nghiên cứu của đề tài.
2.
Mục tiêu của luận án
Để có thể áp dụng thành công phương pháp bơm ép luân phiên nước-khí nhằm
nâng cao hệ số thu hồi dầu cho đối tượng trầm tích lục nguyên bể Cửu Long, nghiên
cứu sinh (NCS) tập trung nghiên cứu:
➢ Từ các kết quả nghiên cứu về cơ chế bơm ép hệ chất lưu nâng cao thu hồi dầu
và các dự án đã áp dụng trên thế giới, xem xét khả năng áp dụng giải pháp kỹ thuật
phù hợp với tính chất địa chất, tính chất đá chứa, tính chất lưu thể và điều kiện khai
thác của các mỏ dầu khí ở Việt Nam, đặc biệt là đối tượng trầm tích lục nguyên.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
3
➢ Nghiên cứu các phương pháp xác định áp suất trộn lẫn tối thiểu và làm rõ cơ
chế trộn lẫn, gần trộn lẫn và không trộn lẫn cho đối tượng trầm tích ở Việt Nam.
➢ Nghiên cứu các yếu tố, thông số của vỉa chứa ảnh hưởng đến khả năng áp
dụng phương pháp bơm ép luân phiên nước-khí để nâng cao hệ số thu hồi dầu.
➢ Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả nâng cao hệ số thu hồi dầu của phương pháp
bơm ép luân phiên nước-khí trên mô hình của mỏ thực tế với các phương pháp khác.
3.
Nội dung và nhiệm vụ nghiên cứu của luận án
Để có thể nghiên cứu đánh giá cơ chế và hiệu quả của quá trình bơm ép luân
phiên nước khí cho đối tượng trầm tích bể Cửu Long phải tiến hành nghiên cứu một
cách chi tiết và khắc phục các điểm còn thiếu của các nghiên cứu trước đây trên thế
giới và Việt Nam. Nghiên cứu phải đánh giá về cơ chế trộn lẫn/gần trộn lẫn/không
trộn lẫn, xác định điểm áp suất trộn lẫn tối thiểu bằng mô phỏng trên kết quả thực
nghiệm đo trong phòng thí nghiệm. Đánh giá toàn bộ các yếu tố ảnh hưởng của cấu
trúc địa chất, độ sâu vỉa, áp suất - nhiệt độ vỉa, tính chất chất lưu vỉa, tính chất khí
bơm ép, cơ chế dòng chảy thực tế trong vỉa, tối ưu quy trình bơm ép và thành phần
khí bơm ép v.v. lên hiệu quả bơm ép khí nâng cao thu hồi dầu. Mô hình mô phỏng
cho toàn bộ mỏ cũng được xây dựng để có thể đánh giá được hiệu quả của quá trình
tối ưu bơm ép khí, bơm ép nước và tối ưu khai thác. Sản lượng dầu dự báo gia tăng
khi áp dụng phương pháp bơm ép nâng cao thu hồi dầu tối ưu cho toàn mỏ được tính
toán kinh tế và đánh giá tính khả thi của phương pháp. Dựa vào các nhận định trên,
nội dung nghiên cứu của luận án bao gồm:
➢ Nghiên cứu, lựa chọn phương pháp bơm ép nâng cao hệ số thu hồi dầu phù
hợp cho đối tượng trầm tích Mioxen, bể Cửu Long.
➢ Nghiên cứu, xây dựng tiêu chí mô phỏng bằng phần mềm để dự báo chính xác
điểm áp suất trộn lẫn tối thiểu (MMP) cho quá trình bơm ép khí từ kết quả thực
nghiệm trong phòng thí nghiệm. So sánh độ chính xác của các phương pháp để xác
định MMP: thực nghiệm trong phòng thí nghiệm; mô phỏng bằng phần mềm PVT;
mô hình mô phỏng thủy động lực học “slimtube”.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
4
➢ Nghiên cứu đánh giá và lựa chọn thành phần khí tối ưu bơm ép với điều kiện
thực tế mỏ tại Việt Nam.
➢ Nghiên cứu và xây dựng mô hình thành phần cho toàn mỏ và đánh giá cơ chế
trộn lẫn/gần trộn lần/không trộn lẫn tại mỏ thực tế với các yếu tố ảnh hưởng như tính
bất đồng nhất trong vỉa, bão hòa dầu/khí/nước trong vỉa, thay đổi áp suất - nhiệt độ
vỉa trong quá trình khai thác, thay đổi thành phần hệ chất lưu trong quá trình khai
thác và bơm ép để nâng cao hệ số thu hồi dầu.
➢ Xây dựng các phương án bơm ép để nâng cao hệ số thu hồi dầu và tối ưu khai
thác để đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của phương pháp bơm ép nước-khí so
với các phương pháp bơm ép thông thường đang áp dụng.
➢ Đánh giá và chứng minh phương pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu bằng bơm
ép luân phiên nước - khí dưới trộn lẫn (gần trộn lẫn) phù hợp với cấu trúc vỉa chứa,
tính chất lưu thể vỉa và tính chất đá vỉa của tầng Mioxen, mỏ Sư Tử Đen trên mô
hình mô phỏng. Gia tăng thu hồi dầu cao nhất, đảm bảo cả về yếu tố kinh tế và kỹ
thuật.
4.
Cơ sở tài liệu và phương pháp nghiên cứu
Cơ sở tài liệu
Tài liệu phục vụ nghiên cứu chủ yếu là các báo cáo kết quả ứng dụng giải
pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu bằng bơm ép nước khí CO2, N2 và Hydrocarbon
luân phiên đã được triển khai ở nhiều khu vực mỏ, nhiều nước khác nhau. NCS đã
tổng hợp các tài liệu cơ sở lý thuyết về nâng cao hệ số thu hồi dầu và các bài báo, kết
quả thực nghiệm được thực hiện trong phịng thí nghiệm và ứng dụng mơ phỏng cho
mỏ dầu khí thực tế. Ngoài ra, còn có các tài liệu như : báo cáo nghiên cứu, tổng kết
về địa chất, địa vật lý, trữ lượng, thiết kế, công nghệ mỏ và khai thác cho tầng chứa
cát kết Mioxen nói riêng và mỏ Sư Tử Đen nói chung; các tài liệu báo cáo, nghiên
cứu, phân tích thí nghiệm về mẫu lõi, hệ chất lưu được lấy từ các giếng khoan tầng
Mioxen mỏ Sư Tử Đen và các báo cáo tổng kết hoạt động thăm dò, khai thác dầu khí
ở thềm lục địa Việt Nam của Tập đoàn Dầu khí Việt Nam.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
5
Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện các nội dung nêu trên, NCS đã sử dụng các phương pháp nghiên
cứu sau:
➢ Phương pháp thư mục: tổng hợp, xử lý và thống kê tài liệu của các dự án, sản
xuất để đánh giá các khó khăn và phức tạp ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình khai
thác, các phương pháp xử lý đối với giếng khai thác và so sánh cụ thể.
➢ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các phương pháp đã thực hiện
trên thế giới, đánh giá khả năng áp dụng vào mỏ Sư Tử Đen. Tập trung giải qút
bài tốn cơ chế trộn lẫn/gần trộn lần/khơng trộn lẫn và phân toả của các nút nướckhí, sự thay đổi áp suất và thay đổi tỷ lệ bơm ép nước-khí đến cơ chế trộn lẫn, thay
thế trong tầng cát kết Mioxen.
➢ Phương pháp nghiên cứu thí nghiệm: Sử dụng kết quả thí nghiệm xác định áp
suất trộn lẫn tối thiểu (MMP) trên thiết bị “slimtube” trên mẫu dầu và khí của tầng
Mioxen, bể Cửu Long.
➢ Phương pháp mô phỏng: mô phỏng số liệu trên phần mềm máy tính để tìm ra
quy luật thay đổi, so sánh với các thí nghiệm trên mẫu lõi để xác định MMP. Mô
phỏng thủy động lực học cho toàn bộ đối tượng nghiên cứu với các phương án bơm
ép khí, các phương án bơm ép luân phiên nước khí để tối ưu giải pháp nâng cao thu
hồi dầu cho tầng Mioxen, bể Cửu Long.
5.
Đối tượng và phạm vi của luận án
Để nghiên cứu và có thể áp dụng giải pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu bằng
phương pháp bơm ép luân phiên nước - khí, cần sự quan tâm và đầu tư thích đáng,
đặc biệt là cần khuyến khích các Nhà thầu dầu khí “tiên phong” trong việc áp dụng
thử nghiệm và triển khai mạnh mẽ nếu kết quả nghiên cứu thành công. Với lý do như
vậy, việc nghiên cứu các điều kiện cụ thể của tầng Mioxen, bể Cửu Long với đối
tượng và phạm vi áp dụng như sau:
➢ Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm ép luân phiên
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
6
nước khí Hydrocarbon nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu cho tầng Mioxen, mỏ Sư Tử
Đen.
➢ Phạm vi: tầng Mioxen, mỏ Sư Tử Đen, Hợp đồng Dầu khí Lô 15-1, bể Cửu
Long thuộc thềm lục địa Việt Nam, do cơng ty Điều hành chung Cửu Long điều hành.
6.
Tính mới và những đóng góp của luận án
Ý nghĩa khoa học của luận án
Đề tài nghiên cứu cơ chế và giải pháp bơm ép luân phiên nước-khí sử dụng
khí Hydrocarbon nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu là lĩnh vực nghiên cứu mới tại
Việt Nam. Bằng nghiên cứu này, NCS giải qút được bài tốn về cơ chế dịng chảy
với các đối tượng khai thác có tính chất vỉa chứa bất đồng nhất, cơ chế tác động khí
nước đối với dầu, cơ chế thay thế của nước và trộn lẫn của khí khi bơm ép xuống vỉa
chứa dầu khí, cơ chế đẩy và quét vi mô hoặc vĩ mô của giải pháp bơm ép nước-khí
luân phiên. Đánh giá được hiệu quả nâng cao hệ số thu hồi dầu của giải pháp bơm
ép luân phiên nước - khí trên một đối tượng cụ thể. Đồng thời, đề xuất các giải pháp
công nghệ áp dụng trong điều kiện các mỏ dầu thực tế tại Việt Nam.
Những luận điểm bảo vệ mới:
(i)
Bằng việc xây dựng mô hình mô phỏng xác định được điểm áp suất trộn lẫn
tối thiểu (MMP) cho quá trình bơm ép luân phiên nước khí tại tầng Mioxen,
mỏ Sư Tử Đen.
(ii)
Trên cơ sở 9 tiêu chí đánh giá đã chứng minh giải pháp nâng cao hệ số thu hồi
dầu bằng bơm ép luân phiên nước-khí Hydrocarbon là phù hợp nhất với điều
kiện thực tế của mỏ Sư Tử Đen.
Ý nghĩa thực tiễn của luận án
Kết quả nghiên cứu của Luận án là cơ sở để lựa chọn phương pháp bơm ép
luân phiên nước - khí để nâng cao hệ số thu hồi dầu cho tầng Mioxen hạ, bể Cửu
Long và cơ sở khoa học để triển khai áp dụng bơm ép thử nghiệm cho khu vực Tây
Nam của Mioxen mỏ Sư Tử Đen.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
7
Kết quả nghiên cứu
7.
Nghiên cứu xuất phát từ yêu cầu của thực tế khai thác dầu khí của Việt Nam,
kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao hiệu quả thu hồi dầu của các mỏ dầu khí,
đặc biệt là đối với tầng chứa Mioxen. Kết quả nghiên cứu chỉ ra những luận điểm
khoa học tin cậy làm cơ sở cho việc lựa chọn giải pháp tối ưu để nâng cao hệ số thu
hồi dầu.
➢ Xác định được phương pháp tối ưu và dự báo chính xác áp suất trộn lẫn tối
thiểu và làm rõ được cơ chế trộn lẫn, gần trộn lẫn và không trộn lẫn cho đối tượng
trầm tích ở Việt Nam.
➢ Đánh giá được ảnh hưởng của các thông số của vỉa chứa từ cấu trúc vỉa, địa
chất, công nghệ mỏ đến công nghệ khai thác và khả năng áp dụng thành công của
phương pháp bơm ép luân phiên nước - khí cho đối tượng trầm tích.
➢ Đánh giá được hiệu quả nâng cao hệ số thu hồi dầu của phương pháp bơm ép
luân phiên nước - khí trên mô hình của mỏ thực tế với các phương pháp khác.
➢ Kết quả nghiên cứu được trình bày và công bố tại Hội thảo quốc tế “Khoa học
trái đất và tài nguyên bền vững”.
8.
Khối lượng và cấu trúc của luận án
Luận án gồm phần mở đầu, 4 chương nội dung nghiên cứu và phần kết luận,
kiến nghị, danh mục các công trình của tác giả và tài liệu tham khảo, phụ lục. Toàn
bộ nội dung chính của luận án được trình bày trong 133 trang, trong đó có 19 bảng
biểu, 108 hình vẽ, bản đồ, đồ thị và 112 tài liệu tham khảo.
9.
Lời cảm ơn
Quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án đã được thực hiện dưới sự hướng
dẫn khoa học rất tận tình của Tiểu ban hướng dẫn, NCS xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc
và cảm ơn chân thành nhất đến PGS. TS. Cao Ngọc Lâm và TSKH. Phùng Đình
Thực.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
8
Để hoàn thành tốt luận án này, NCS chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình
của Ban Giám hiệu, các thầy cô giáo của Khoa Dầu khí, Khoa Sau đại học, Trường
Đại học Mỏ Địa chất: PGS.TS. Triệu Hùng Trường; PGS.TS Trần Đình Kiên;
PGS.TS Lê Hải An; PGS. TS Lương Quang Khang; PGS. TS. Lê Xuân Lân; PGS.
TS. Nguyễn Thế Vinh; PGS. TS. Lê Quang Duyến; PGS. TS. Hoàng Dung; Ths.
Nguyễn Văn Nam; Ths. Vũ Thiết Thạch; TS. Phạm Đức Thiên; TS. Hoàng Anh
Dũng... Ban Lãnh đạo và các đồng nghiệp thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PVN):
TS. Phan Ngọc Trung; TS. Nguyễn Quốc Thập; Ths. Nguyễn Ngọc Hoàn; TS. Phan
Tiến Viễn; Ths. Phạm Gia Minh; Ths. Đinh Mạnh Quân, Ths. Phạm Thị Thu Huyền....
Tổng Công ty Thăm dò và Khai thác Dầu khí (PVEP): TS. Trần Hồng Nam, Ths.
Bùi Thiều Sơn, Ths. Trương Tuấn Anh, Ths. Nguyễn Mạnh Tuấn, TS. Nguyễn Hải
An... Viện Dầu khí Việt Nam (VPI): Ths. Hoàng Long; Ths. Lê Thế Hùng; Ths. Đinh
Đức Huy; Ths. Trần Xuân Quý; Ths. Nguyễn Minh Quý; TS. Nguyễn Anh Đức và
Công ty Điều hành chung Cửu Long: KS. Nguyễn Văn Quế; TS. Hoàng Ngọc Đông;
Ths. Trần Hà Minh... Viện nghiên cứu thiết kế (NIPI), Xí nghiệp liên doanh
Vietsovpetro (VSP): TS. Tống Cảnh Sơn; Ths. Nguyễn Lâm Anh; TS. Trần Lê
Phương... Hội Dầu khí Việt Nam: TS. Nguyễn Văn Minh, TS. Nguyễn Xuân Hòa;
Đại học Tulsa: TS. Đỗ Thành Sỹ v.v. và nhiều đồng nghiệp khác mà NCS không thể
liệt kê đầy đủ đã khích lệ và tạo điều kiện thuận lợi về thời gian và phương tiện trong
quá trình nghiên cứu của NCS. Nhân dịp này, NCS xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc
đới với tất cả sự hỗ trợ và giúp đỡ vô cùng quý báu đó.
Ći cùng, NCS xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong
gia đình đã dành cho NCS tất cả sự động viên, ủng hộ, khích lệ to lớn cả về vật chất
lẫn tinh thần giúp NCS hoàn thành tốt bản luận án này.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Khái quát về nâng cao hệ số thu hồi dầu
Trước đây nâng cao hệ số thu hồi dầu (EOR) được định nghĩa chung là lượng
dầu thu hồi gia tăng so với quá trình khai thác thông thường chỉ sử dụng năng lượng
vỉa tự nhiên của của mỏ dầu khí. Với định nghĩa rất rộng này, EOR bao gồm rất nhiều
các giải pháp khác nhau như bơm ép nước, bơm ép kiềm, bơm ép hợp chất
hydrocarbon, bơm ép khí CO2, bơm ép hỗn hợp mixen (micellar)-polyme và các
phương pháp nhiệt khác. Trong đó điển hình là việc áp dụng rộng rãi giải pháp bơm
ép nước để gia tăng sản lượng [27]. Hiện nay các đánh giá EOR được xem xét trên
nhiều khía cạnh: nguyên lý gia tăng thu hồi, tính kinh tế và giai đoạn áp dụng trong
đời mỏ thì giải pháp bơm ép nước và bơm ép khí để duy trì năng lượng vỉa đã được
tách ra khỏi định nghĩa về các giải pháp nâng cao thu hồi dầu. Quá trình bơm ép
nước, bơm ép khí nhằm mục đích duy trì năng lượng vỉa được định nghĩa là quá trình
thu hồi thứ cấp. Phương pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu là giải pháp tam cấp (ći
cùng) và đóng vai trị quan trọng để gia tăng lợi nhuận tối đa cho khai thác mỏ dầu
khí. Nâng cao hệ số thu hồi dầu được chia thành các loại: Giải pháp hoá học, giải
pháp khí, giải pháp nhiệt và giải pháp khác (vi sinh, acoustic, điện từ) [49,32,69].
Trong đó các áp dụng trên thế giới tập trung chủ yếu trong 3 giải pháp hóa, khí và
nhiệt (Hình 1.1).
➢ Giai đoạn thu hồi sơ cấp: là giai đoạn đầu tiên của đời mỏ dầu khí với việc sử
dụng năng lượng tự nhiên của vỉa chứa để dịch chuyển dầu khí từ vỉa vào giếng và
nâng chất lưu khai thác lên bề mặt. Ngoài ra, còn có sự hỗ trợ năng lượng từ cơ chế
giãn nở của các thành phần nhẹ hoặc có sử dụng thiết bị bơm điện ngầm, gaslift trong
các giếng khai thác. Khi năng lượng tự nhiên dần bị suy kiệt hoặc không đủ cung cấp
với sản lượng khai thác ngày càng tăng theo kế hoạch phát triển mỏ và kịch bản khai
thác thì giai đoạn khai thác thứ cấp sẽ được áp dụng [5,7].
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
10
Hình 1.1: Tổng quan thu hồi dầu qua các giai đoạn khai thác
➢ Giai đoạn thứ cấp: là giai đoạn mà thông thường áp dụng bằng quá trình khai
thác kết hợp với bơm ép nước hoặc bơm ép khí với mục đích duy trì năng lượng vỉa
[37]. Sau một thời gian bơm ép, nước sẽ xâm nhập và chiếm tỷ phần chủ yếu trong
các giếng khai thác gây cản trở dòng dầu từ vỉa chứa vào giếng khai thác. Một số mỏ
dầu khí không được tối ưu cho bơm ép thường có hiện tượng ngập nước sớm hoặc
hiện tượng lưỡi nước trong vỉa do dòng nước bơm ép dịch chuyển nhanh dẫn đến
dịng dầu khơng đến được giếng khai thác. Trong giai đoạn thu hồi dầu thứ cấp, bơm
ép nước không có khả năng đẩy toàn bộ dầu ra khỏi đá chứa, do lực mao dẫn làm
một phần dầu bị giữ lại. Mức độ dầu bị giữ lại ít nhất trong đá chứa có tính dính ướt
nước. Độ bão hòa dầu dư (Sor) tới hạn phụ thuộc vào tính chất giữa pha đẩy-chất lưu
tại chỗ và đặc trưng đá chứa, được hiểu là giới hạn cuối cùng của thu hồi dầu thứ cấp
[19, 21]. Độ bão hòa này phụ thuộc vào tính chất cấu trúc đá chứa, phân bố lỗ rỗng,
tính chất lưu thể vỉa liên quan trực tiếp đến cơ chế vi mô của bẫy chứa, do vậy sẽ
quyết định khả năng thu hồi dầu của quá trình bơm ép nước [22]. Do đó, kể cả những
vỉa chứa có độ rỗng, độ thấm tốt, tính đồng nhất cao được phản ánh qua độ quét
tương đối tốt thì độ bão hoà dầu dư (Sor) vẫn còn khoảng từ 15 - 40% trên tổng lượng
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
11
dầu trong đá chứa. Giảm độ bão hoà dầu dư và gia tăng hệ số quét của chất lưu bơm
ép là mục tiêu quan trọng đối với thu hồi dầu tam cấp [32].
➢ Giai đoạn tam cấp chính là giai đoạn nâng cao hệ số thu hồi dầu với các giải
pháp chính là giải pháp hoá, giải pháp khí và giải pháp nhiệt. Các phương pháp nâng
cao hệ số thu hồi dầu đều tuân theo nguyên lý cơ bản là nhằm gia tăng hệ số đẩy và
hệ số quét của tác nhân bơm ép, nguyên lý xây dựng trên tương quan của độ nhớt hệ
chất lưu vỉa - chất lưu bơm ép, trọng trường và áp suất mao dẫn [49].
Cơ sở lý thuyết và cơ chế nâng cao hệ số thu hồi dầu
Các phương pháp nâng cao hệ số thu hồi đều tuân theo nguyên lý cơ bản là
gia tăng hệ số đẩy và hệ số quét của tác nhân bơm ép [50], nguyên lý xây dựng trên
tương quan của độ nhớt hệ chất lưu vỉa - chất lưu bơm ép, trọng trường và áp suất
mao dẫn thể hiện qua các cơng thức cơ bản sau:
Hình 1.2: Cơng thức tính các mối tương quan của các lực trong EOR
Tăng hệ số đẩy dầu giúp khai thác thêm một phần dầu bị giữ trong các bẫy
mao dẫn hoặc dầu dư còn lại trên bề mặt đá chứa ưa dầu. Hiệu quả đẩy dầu phụ thuộc
lực nhớt, lực mao dẫn và lực trọng trường (hình 1.2).
Tăng hệ số quét của chất lưu bơm ép giúp gia tăng khai thác dầu tại các vùng
ít/không chịu ảnh hưởng của quá trình bơm ép nước thông thường (hình 1.3).
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
12
Hình 1.3: Tỷ lệ linh động các pha và hệ số quét
Cơ chế nâng cao hệ số thu hồi dầu được thể hiện qua quá trình đẩy dầu ra khỏi
lỗ rỗng và đẩy dầu tại các vùng mà nước bơm ép chưa bao quát được bằng các hệ
chất lưu đẩy hoặc bằng cách thay đổi tính chất của dầu tại chỗ. Cơ chế của các
phương pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu được định nghĩa bằng 02 quá trình cơ chế
đẩy dầu vi mô và cơ chế đẩy dầu vĩ mô. Cơ chế đẩy dầu vi mô và vĩ mô đều chịu ảnh
hưởng của cấu trúc lỗ rỗng của đá, tính chất lưu thể vỉa, tính chất lưu thể bơm đẩy
để nâng cao hệ số thu hồi dầu, cơ chế dòng chảy trong vỉa.
1.2.1. Cấu trúc lỗ rỗng
Mọi cơ giải pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu đều liên quan đến cấu trúc lỗ
rỗng của vỉa chứa. Hệ số đẩy và hệ số quét của tác nhân bơm ép/chất lưu bơm ép
nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu đều phụ thuộc vào áp suất mao dẫn và độ linh động
của chất lưu, các yếu tố này đều chịu ảnh hưởng và chi phối của cấu trúc lỗ rỗng.
Cấu trúc lỗ rỗng gồm đường kính của các lỗ rỗng, hình thái của lỗ rỗng, cổ lỗ rỗng
và phân bố các lỗ rỗng trong cấu trúc [20]. Chi tiết cấu trúc lỗ rỗng có thể được kiểm
tra thông qua kính hiển vi điện tử (Wardlaw, 1976 [95]; Gardner, 1980 [54]). Trong
những năm gần đây, ưu điểm quan trọng của mô hình môi trường rỗng sử dụng ứng
dụng học thuyết thẩm thấu (Levine et al., 1977; Larson et al., 1981) Các nghiên cứu
trên thế giới về gia tăng thu hồi dầu đã được tiến hành nhiều với mẫu lõi đá cát kết
của mỏ Berea bởi vì nó sẵn có [20]. Quy trình thử nghiệm thiết kế trên các vỉa cụ thể,
tuy nhiên các thử nghiệm với mẫu lõi chỉ tiến hành trong khu vực thử nghiệm [90].
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
