Xây dựng mô hình ứng xử pha cho mỏ khí condensat – ứng dụng dự báo khai thác cho mỏ khí hừng đông, bồn trũng cửu long

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----------------

NGUYỄN THẾ DUY

XÂY DỰNG MƠ HÌNH ỨNG XỬ PHA CHO MỎ KHÍ
CONDENSAT–ỨNG DỤNG DỰ BÁO KHAI THÁC CHO MỎ
KHÍ HỪNG ĐƠNG, BỒN TRŨNG CỬU LONG

Chuyên ngành: Địa chất dầu khí ứng dụng
Mã số học viên: 09360599

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2012


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa-ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : ......................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 1 : ...........................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2 : ...........................................................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. ................................................................
2. ................................................................

3. ................................................................
4. ................................................................
5. ................................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA...................


LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian học tập, nghiên cứu và làm việc một cách nghiêm túc, luận văn
cao học chuyên ngành Điạ Chất Dầu Khí Ứng Dụng với đề tài nghiên cứu “XÂY
DỰNG MƠ HÌNH ỨNG XỬ PHA CHO MỎ KHÍ CONDENSAT-ỨNG DỤNG DỰ
BÁO KHAI THÁC CHO MỎ KHÍ HỪNG ĐÔNG, BỒN TRŨNG CỬU LONG” của
học viên Nguyễn Thế Duy đã hồn tất. Để có được thành quả này, tác giả đã nhận được
rất nhiều sự giúp đỡ trong việc truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm và tận tình chỉ bảo
của các thầy cô giáo trong khoa Kỹ thuật Địa chất và Dầu khí - Đại học Bách Khoa
TPHCM, các thầy hướng dẫn, cán bộ phản biện, lãnh đạo phịng và bạn bè đồng nghiệp
trong cơng ty.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với sự giảng dạy đầy nhiệt huyết
của các thầy cô giảng viên khoa Kỹ thuật Địa Chất & Dầu Khí trường Đại học Bách
Khoa thành phố Hồ Chí Minh trong suốt quá trình hồn thành khóa cao học tại trường.
Đặc biệt xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và hướng dẫn nhiệt tình, tận tâm của
cán bộ hướng dẫn: TS Mai Cao Lân đã hướng dẫn tác giả từ lúc lập đề cương và hồn
thành bản luận văn này.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 07/2012.
Nguyễn Thế Duy

i


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Trước khi có thể sử dụng mơ hình thủy động lực để dự báo khai thác và đánh giá
các yếu tố có thể tác động đến quá trình khai thác của một mỏ mới, các nghiên cứu chi
tiết về các mặt đặc tính đá chứa và đặc tính của chất lưu trong đá chứa, phải được tiến
hành một cách cẩn thận. Trong đó việc nghiên cứu các đặc tính chất lưu sẽ cho cái nhìn
tổng quan về sự biến đổi giữa các pha hay còn gọi là ứng xử pha trong cùng một chất
lưu, là yếu tố đầu vào rất quan trọng đặc biệt là trong các vỉa khí condensat. Nếu khơng
nghiên cứu đầy đủ và cẩn thận cũng như không mô phỏng lại được các ứng xử pha theo
sự biến đổi áp suất và nhiệt độ thì sẽ khơng đánh giá được hết các rủi ro do sự tách pha
lỏng cũng như động thái của mỏ khí condensat do sự suy giảm áp suất trong quá trình
khai khác.
Vì thế luận văn này được thực hiện với mục đích tìm hiểu cơ sở lý thuyết, từ đó
ứng dụng vào thực tiễn xây dựng mơ hình ứng xử pha bằng phương trình trạng thái phù
hợp cho đối tượng khí condensat cụ thể. Trong đó quy trình xây dựng mơ hình ứng xử
pha tổng qt được trình bày tại Chương 2 của luận văn. Quy trình cụ thể được áp dụng
có chọn lọc và nêu lên quan điểm cá nhân được nêu lên trong Chương 3, khi áp dụng
vào thực tiễn để xây dựng mơ hình ứng xử pha cho mỏ khí condensat Hừng Đơng. Kết
quả mơ phỏng các ứng xử pha bằng phương trình trạng thái sau khi đã được hiểu chỉnh
và đạt độ tin cậy sẽ được ứng dụng vào mơ hình thủy động lực đặc tính dầu cải tiến để
dự báo khai thác và đánh giá các yếu tố có thể ảnh hưởng đến q trình khai thác được
nêu lên trong Chương 4 của luận văn.
Ý nghĩa thực tiễn của luận văn là đã nêu lên được quy trình xây dựng mơ hình
ứng xử pha áp dụng cho khí condensat (có sự hỗ trợ của phần mềm thương mại PVTi
của Schlumberger), từ cách kiểm tra thông số đầu vào, lựa chọn các thông số hiệu
chỉnh, cách đánh giá trọng số các thông số hiệu chỉnh, thứ tự hiệu chỉnh… Đồng thời
khi ứng dụng kết quả mô phỏng các ứng xử pha vào mơ hình thủy động lực tập F mỏ
khí condensat Hừng Đơng, sau khi đã hiệu chỉnh phù hợp với số liệu thử vỉa DST, để

dự báo khai thác cho mỏ đã đưa ra được một số nhận định về số lượng giếng khai thác
tối ưu, chế độ khai thác phù hợp với mức độ tin cậy của số liệu hiện tại, đánh giá mức
độ ảnh hưởng của các yếu tố không chắc chắn đến hệ số thu hồi…

ii


Tuy nhiên, luận văn vẫn còn một số hạn chế do nguyên nhân khách quan: thiếu
thông tin dự báo về nhu cầu sử dụng khí trong suốt q trình dự báo khai thác (đóng
vai trị là yếu tố kiểm sốt về mặt kinh tế); chưa đánh giá được các yếu tố không chắc
chắn ảnh hưởng đến hệ số thu hồi trên biên độ khảo sát rộng (do giới hạn về thời gian
thực hiện đề tài); về mặt thực tiễn của mơ hình cịn thiếu sự đóng góp của tập E mỏ khí
Hừng Đơng (khơng được khảo sát trong luận văn này), tuy vai trị của tập E trong mỏ
khí Hùng Đông chỉ chiếm một phần ba về mặt trữ lượng khí tại chỗ, nhưng trong q
trình khai thác nếu có thể đánh giá thêm tác động của tập E thì mức độ thực tiễn đóng
góp sẽ cao hơn mức độ dự báo hiện tại.
Cuối cùng, luận văn đã đạt được một số ý nghĩa thực tiễn nhất định có thể được
tham khảo ứng dụng cho các nghiên cứu tương tự hoặc làm tài liệu tham khảo cho
những nghiên cứu có liên quan.

iii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................xiv
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................ 1
1.1 Lý thuyết về ứng xử pha .......................................................................................... 1
1.1.1 Khái niệm cơ bản ............................................................................................ 1
1.1.2 Ứng xử pha của các hệ hydrocacbon.............................................................. 1
1.1.2.1 Hệ đơn cấu tử ...................................................................................... 1

1.1.2.2 Hệ hai cấu tử ....................................................................................... 3
1.1.2.3 Hệ đa cấu tử ........................................................................................ 5
1.2 Đặc trưng cơ bản của khí condensat........................................................................ 8
1.2.1 Tính chất cơ bản của khí condensat ............................................................... 8
1.2.2 Đặc trưng dịng chảy của khí condensat ....................................................... 10
1.2.2.1 Ứng xử và trạng thái cân bằng pha ................................................... 10
1.2.2.2 Sự thay đổi ứng xử pha trong quá trình khai thác ............................ 11
1.2.2.3 Ứng xử dịng chảy khí condensat lân cận giếng khoan .................... 12
1.2.2.4 Hiện tượng tích tụ condensat vùng cận đáy giếng ............................ 14
1.3 Các phương pháp lấy mẫu và các thí nghiệm phân tích PVT ............................... 15
1.3.1 Các phương pháp lấy mẫu chất lưu .............................................................. 15
1.3.1.1 Phương pháp lấy mẫu đáy giếng ...................................................... 16
1.3.1.2 Phương pháp lấy mẫu bề mặt ........................................................... 17
1.3.2 Các thí nghiệm phân tích PVT của khí condensat ....................................... 18
1.3.2.1 Thí nghiệm CCE ............................................................................... 18
1.3.2.2 Thí nghiệm CVD .............................................................................. 20
iv


1.4 Tính tốn cân bằng pha và phương trình trạng thái .............................................. 21
1.4.1 Tính tốn cân bằng pha ................................................................................ 21
1.4.1.1 Tỷ số cân bằng pha Ki ...................................................................... 21
1.4.1.2 Tính tốn cân bằng hai pha ............................................................... 22
1.4.1.3 Tính tốn tỷ số cân bằng pha cho các thành phần nặng ................... 24
1.4.2 Phương trình trạng thái ................................................................................. 25
1.4.2.1 Phương trình trạng thái Van der Waals ............................................ 26
1.4.2.2 Phương trình trạng thái Redlich-Kwong (RK): ................................ 30
1.4.2.3 Phương trình trạng thái Soave-Redlich-Kwong (SRK) .................... 31
1.4.2.4 Phương trình trạng thái Peng-Robinson (PR) ................................... 35
1.4.3 Ứng dụng của phương trình trạng thái ......................................................... 38

1.4.3.1 Tính hệ số cân bằng pha Ki .............................................................. 38
1.4.3.2 Tính áp suất điểm sương Pd ............................................................. 39
1.4.3.3 Tính áp suất pha khí pv .................................................................... 41
1.5 Mô tả thành phần Hydrocacbon nặng ................................................................... 42
1.5.1 Phân loại thành phần Hydrocacbon .............................................................. 42
1.5.2 Tính tốn các giá trị tới hạn và hệ số lệch tâm ω ......................................... 42
1.5.2.1 Phương pháp của Pederson ............................................................... 43
1.5.2.2 Phương pháp của Kesler và Lee ....................................................... 43
1.5.3 Hệ số tương tác nhị phân .............................................................................. 44
1.5.4 Nguyên tắc nhóm các thành phần nặng (lumping) ....................................... 44
2.1 Kiểm tra dữ liệu đầu vào ....................................................................................... 46
2.1.1 Phương pháp kiểm tra bằng đồ thị ............................................................... 47
v


2.1.1 Phương pháp loại trừ .................................................................................... 48
2.2 Mô phỏng các thí nghiệm PVT bằng phương trình trạng thái .............................. 48
2.2.1 Mơ phỏng thí nghiệm CCE .......................................................................... 49
2.2.2 Mơ phỏng thí nghiệm CVD .......................................................................... 50
2.3 Hiệu chỉnh phương trình trạng thái để phù hợp với số liệu thực nghiệm ............. 53
2.3.1 Lựa chọn các thơng số hiệu chỉnh trong phương trình trạng thái ................ 54
2.3.2 Các bước hiệu chỉnh thông số trong phương trình trạng thái....................... 54
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH ỨNG XỬ PHA CHO MỎ KHÍ CONDENSAT
HỪNG ĐƠNG ............................................................................................................... 57
3.1 Kiểm tra và xây dựng dữ liệu đầu vào .................................................................. 57
3.1.1 Kiểm tra dữ liệu đầu vào .............................................................................. 57
3.1.2 Xây dựng dữ liệu đầu vào ............................................................................ 58
3.1.2.1 Dữ liệu thành phần chất lưu.............................................................. 58
3.1.2.2 Dữ liệu thực nghiệm từ các thí nghiệm PVT .................................... 59
3.2 Lựa chọn phương trình trạng thái .......................................................................... 61

3.3 Mơ phỏng thí nghiệm bằng phương trình trạng thái ............................................. 62
3.3.1 Kết quả mơ phỏng trước khi hiệu chỉnh ....................................................... 63
3.3.2 Kết quả mô phỏng sau khi hiệu chỉnh .......................................................... 67
3.3.2.1 Lựa chọn các thông số hiệu chỉnh trong phương trình trạng thái..... 67
3.3.2.2 Các bước hiệu chỉnh thơng số trong phương trình trạng thái ........... 68
3.3.2.3 Kết quả q trình mơ phỏng thí nghiệm PVT bằng phương trình
trạng thái sau khi đã hiệu chỉnh...................................................................................... 70
3.3.3 Đánh giá kết quả mô phỏng .......................................................................... 74

vi


CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG MƠ HÌNH ỨNG XỬ PHA ĐỂ DỰ BÁO KHAI THÁC
CHO MỎ KHÍ CONDENSAT HỪNG ĐƠNG ............................................................. 77
4.1 Tổng quan về đối tượng nghiên cứu...................................................................... 77
4.1.1 Lịch sử thăm dị và thẩm lượng .................................................................... 77
4.1.1.1 Vị trí mỏ khí condensat Hừng Đơng ................................................ 77
4.1.1.2 Lịch sử thăm dò và thẩm lượng ........................................................ 78
4.1.2 Sơ lược đặc điểm địa tầng khu vực mỏ khí condensat Hừng Đơng ............. 79
4.1.3 Trữ lượng khí tại chỗ tập F mỏ khí Hừng Đơng .......................................... 82
4.2 Mơ hình thủy động lực mỏ khí Hừng Đơng .......................................................... 83
4.2.1 Tính chất đá chứa và chất lưu vỉa ................................................................. 83
4.2.1.1 Tính chất đá chứa.............................................................................. 83
4.2.1.2 Tính chất chất lưu vỉa ....................................................................... 86
4.2.2 Mơ hình thủy động lực ................................................................................. 91
4.2.2.1 Mơ hình địa chất ............................................................................... 91
4.2.2.2 Mơ hình thủy động lực ..................................................................... 94
4.2.3 Kết quả bài tốn mơ phỏng........................................................................... 97
4.2.3.1 Hiệu chỉnh giá trị trữ lượng khí tại chỗ ban đầu............................... 97
4.2.3.2 Hiệu chỉnh mơ hình phù hợp với dữ liệu thử vỉa tại giếng HD-1X

(DST#2) và giếng HD-3X (DST#1)............................................................................... 97
4.2.3.3 Dự báo khai thác ............................................................................. 102
Kết luận kiến nghị ........................................................................................................ 110

vii


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1 Biểu đồ Áp suất – Thể tích của hệ đơn cấu tử .................................................. 2
Hình 1.2 Biểu đồ Áp suất – Nhiệt độ của hệ đơn cấu tử.................................................. 3
Hình 1.3 Biểu đồ Áp suất – Thể tích của hệ hai cấu tử ................................................... 4
Hình 1.4 Biểu đồ Áp suất – Nhiệt độ của hệ hai cấu tử ................................................... 4
Hình 1.5 Biểu đồ Áp suất – Nhiệt độ của hệ đa cấu tử .................................................... 5
Hình 1.6 Biểu đồ pha Áp suất-Nhiệt độ của khí khơ ....................................................... 6
Hình 1.7 Biểu đồ pha Áp suất-Nhiệt độ của khí ướt ........................................................ 6
Hình 1.8 Biểu đồ pha Áp suất-Nhiệt độ của khí ngưng tụ ngược .................................... 7
Hình 1.9 Biểu đồ pha Áp suất-Nhiệt độ của dầu thơ ....................................................... 8
Hình 1.10 Biểu đồ tam giác phân loại chất lưu Dầu-Khí dựa vào thành phần ................ 9
Hình 1.11 Biểu đồ pha Áp suất-Nhiệt độ của vỉa khí condensat ................................... 10
Hình 1.12 Ảnh hưởng của thành phần đến đường bao pha trong quá trình giảm áp ..... 11
Hình 1.13 Mơ hình thay đổi thành phần khí condensat trong q trình khai thác ......... 12
Hình 1.14 Biểu đồ phân chia 3 vùng ứng xử khác nhau của dịng chảy khí condensat . 13
Hình 1.15 Biểu đồ minh họa sự thay đổi độ bão hòa Dầu và độ linh động của từng pha
theo vùng ........................................................................................................................ 14
Hình 1.16 Biểu đồ mơ tả sự hình thành condensat tích tụ vùng cận đáy giếng ............. 15
Hình 1.17 Biểu đồ phân bố áp suất theo độ sâu mô tả ranh giới Khí-Dầu và Dầu-Nước
........................................................................................................................................ 17
Hình 1.18 Sơ đồ thiết bị bề mặt trong phương pháp lấy mẫu bề mặt ............................ 18
Hình 1.19 Biểu đồ minh họa thí nghiệm CCE đối với khí Condensat ........................... 19
Hình 1.20 Biểu đồ minh họa thí nghiệm CVD đối với khí Condensat .......................... 20

Hình 1.21 Biểu đồ minh họa giá trị hiệu chỉnh hệ số..................................................... 25
viii


Hình 1.22 Biểu đồ pha hệ đơn cấu tử trong mối tương quan Áp suất-Thể tích ............. 28
Hình 1.23 Sơ đồ quy trình tính tỷ số cân bằng pha Ki ................................................... 38
Hình 2.1 Quy trình xây dựng mơ hình ứng xử pha ........................................................ 46
Hình 2.2 biểu đồ Đề-cát-Logarit giữa tỷ lệ thành phần với khối lượng phân tử ........... 48
Hình 2-3 Biểu đồ thực hiện mơ phỏng thí nghiệm CVD bằng phương trình trạng thái 51
Hình 3.1 biểu đồ Đề-cát-Logarit giữa tỷ lệ thành phần nặng với khối lượng phân tử... 57
Hình 3.2 Cơ sở dữ liệu về tổng thành phần của khí condensat tại giếng HD-3X .......... 59
Hình 3.3 Cơ sở dữ liệu về thí nghiệm CVD mẫu chất lưu đáy giếng HD-3X ............... 60
Hình 3.4 Cơ sở dữ liệu về thí nghiệm CCE mẫu chất lưu đáy giếng HD-3X................ 60
Hình 3.5 Cơ sở dữ liệu về thí nghiệm xác định áp suất điểm sương ............................. 61
Hình 3.6 Lựa chọn phương trình trạng thái và phương pháp hiệu chỉnh độ nhớt ......... 62
Hình 3.7 Độ bão hịa pha lỏng trong thí nghiệm CCE chưa hiệu chỉnh ........................ 63
Hình 3.8 Thể tích tương đối trong thí nghiệm CCE chưa hiệu chỉnh ............................ 63
Hình 3.9 Giá trị hệ số nén pha khí trong thí nghiệm CCE chưa hiệu chỉnh .................. 64
Hình 3.10 Khối lượng riêng pha khí trong thí nghiệm CCE chưa hiệu chỉnh ............... 64
Hình 3.11 Độ bão hịa pha lỏng trong thí nghiệm CVD chưa hiệu chỉnh ...................... 64
Hình 3.12 Giá trị hệ số nén pha khí trong thí nghiệm CVD chưa hiệu chỉnh................ 65
Hình 3.13 Giá trị hệ số nén hai pha trong thí nghiệm CVD chưa hiệu chỉnh ................ 65
Hình 3.14 Khối lượng riêng pha khí trong thí nghiệm CVD chưa hiệu chỉnh .............. 65
Hình 3.15 Lựa chọn các thông số hồi quy trong phần mềm PVTi ................................ 67
Hình 3.16 Định nghĩa các thành phần nặng bằng phương pháp nhóm .......................... 68
Hình 3.17 Bảng phân tích độ nhạy từng thơng số theo ma trận Hessian ....................... 69
Hình 3.18 Các thông số được lựa chọn để tiến hành hồi quy ........................................ 70

ix

Hình 3.19 Độ bão hịa pha lỏng trong thí nghiệm CCE đã hiệu chỉnh .......................... 71
Hình 3.20 Thể tích tương đối trong thí nghiệm CCE đã hiệu chỉnh .............................. 71
Hình 3.21 Giá trị hệ số nén pha khí trong thí nghiệm CCE đã hiệu chỉnh .................... 72
Hình 3.22 Giá trị độ nhớt pha khí trong thí nghiệm CCE đã hiệu chỉnh ....................... 72
Hình 3.23 Khối lượng riêng pha khí trong thí nghiệm CCE đã hiệu chỉnh ................... 72
Hình 3.24 Độ bão hịa pha lỏng trong thí nghiệm CVD đã hiệu chỉnh.......................... 73
Hình 3.25 Giá trị hệ số nén pha khí trong thí nghiệm CVD đã hiệu chỉnh.................... 73
Hình 3.26 Giá trị hệ số nén hai pha trong thí nghiệm CVD đã hiệu chỉnh .................... 73
Hình 3.27 Khối lượng riêng pha khí trong thí nghiệm CVD đã hiệu chỉnh .................. 74
Hình 3.28 Giá trị độ nhớt pha khí trong thí nghiệm CVD đã hiệu chỉnh ...................... 74
Hình 4.1 Vị trí mỏ khí condensat Hừng Đơng trong bồn trũng Cửu Long.................... 77
Hình 4.2 Vị trí các giếng thăm dị và thẩm lượng mỏ khí condensat Hừng Đơng ........ 79
Hình 4.3 Mặt cắt địa chấn qua các giếng khoan trong mỏ khí Hừng Đơng................... 80
Hình 4.5 Quan hệ rỗng – thấm từ số liệu mẫu lõi HD-2X, HD-3X ............................... 84
Hình 4.6 Kết quả đo độ thấm pha khí-dầu các giếng HD-2X, HD-3X và HD-4X ........ 85
Hình 4.7 Độ thấm pha khí-dầu các giếng HD-2X, HD-3X và HD-4X sau khi hiệu chỉnh
........................................................................................................................................ 85
Hình 4.8 Thành phần mẫu chất lưu tập F tại giếng HD-1X và HD-3X tương đồng nhau
........................................................................................................................................ 90
Hình 4.9 Quy trình xây dựng mơ hình địa chất ............................................................. 91
Hình 4.10 Dữ liệu đo địa vật lý giếng khoan tại đoạn lấy mẫu lõi ................................ 92
Hình 4.11 Quan hệ độ rỗng - độ thấm từ kết quả phân tích mẫu lõi thơng thường ....... 93
Hình 4.12 Bản đồ phân bố độ thấm tập F mỏ khí Hừng Đơng ...................................... 93
Hình 4.13 Giá trị độ thấm pha dầu-khí cho từng bảng .................................................. 95
x


Hình 4.14 Giá trị áp suất mao dẫn cho từng bảng .......................................................... 95
Hình 4.15 Bản đồ phân bố độ bão hịa khí theo tướng đá .............................................. 96

Hình 4.16 Lựa chọn thơng số PVT cho mơ hình thủy động .......................................... 96
Hình 4.17 Bản đồ phân chia các khu vực chính của mỏ khí Hừng Đơng ...................... 97
Hình 4.18 Mơ hình thủy động cục bộ khu vực giếng HD-1X ....................................... 98
Hình 4.19 Kết quả phù hợp giá trị lịch sử trước khi hiệu chỉnh mơ hình ...................... 99
Hình 4.20 Kết quả phù hợp giá trị lịch sử cuối cùng sau khi hiệu chỉnh mơ hình....... 100
Hình 4.21 Mơ hình thủy động cục bộ khu vực giếng HD-3X ..................................... 100
Hình 4.22 Kết quả phù hợp giá trị lịch sử trước khi hiệu chỉnh mơ hình .................... 101
Hình 4.23 Kết quả phù hợp giá trị lịch sử cuối cùng sau khi hiệu chỉnh mô hình....... 102
Hình 4.24 So sánh kết quả mơ hình tồn cục và mơ hình cục bộ ................................ 103
Hình 4.25 Bản đồ phân bố giếng khai thác trong trường hợp có 30 giếng khai thác .. 104
Hình 4.26 So sánh kết quả dự báo các mơ hình 30, 23 và 20 giếng khai thác ............. 104
Hình 4.27 Bản đồ phân bố giếng khai thác trong trường hợp có 23 giếng khai thác .. 105
Hình 4.28 kết quả so sánh hai chế độ khai thác cùng thời điểm và từng giai đoạn ..... 106
Hình 4.29 Kết quả các phương án khai thác có tính tới yếu tố khơng chắc chắn về độ
thấm .............................................................................................................................. 107
Hình 4.30 Kết quả các phương án khai thác có tính tới yếu tố khơng chắc chắn về độ
liên thông ...................................................................................................................... 108

xi


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Thành phần và tính chất vật lý cơ bản của các chất lưu Dầu-Khí (Wall, 1982)
.......................................................................................................................................... 9
Bảng 2.1 Thành phần hỗn hợp sau khi nhóm các thành phần nặng ............................... 55
Bảng 2.2 Ví dụ về quy trình nhóm và hồi quy theo Whitson và Brule .......................... 55
Bảng 2.3 Các thông số hồi quy của từng thành phần ..................................................... 56
Bảng 3.1 So sánh kết quả thí nghiệm CCE chưa hiệu chỉnh với số liệu thực nghiệm .. 66
Bảng 3.2 So sánh kết quả thí nghiệm CVD chưa hiệu chỉnh với số liệu thực nghiệm .. 66
Bảng 3.3 Bảng tiêu chuẩn đánh giá chất lượng hiệu chỉnh của ConocoPhillips ........... 70

Bảng 3.4 So sánh kết quả thí nghiệm CVD đã hiệu chỉnh với số liệu thực nghiệm ...... 74
Bảng 3.5 So sánh kết quả thí nghiệm CCE đã hiệu chỉnh với số liệu thực nghiệm ...... 75
Bảng 4.1 Trữ lượng Khí tại chỗ và Khí đồng hành theo phương pháp Monte-Carlo .... 83
Bảng 4.2 Số lượng mẫu lõi cho các mục đích phân tích RCAL .................................... 84
Bảng 4.3 các thơng số cơ bản của q trình thử vỉa mỏ khí Hừng Đơng ...................... 86
Bảng 4.4 Thơng số vỉa được sử dụng cho phân tích tài liệu thử vỉa giếng 1X, tập F ... 88
Bảng 4.5 Thông số vỉa được sử dụng cho phân tích tài liệu thử vỉa giếng 3X, tập F ... 88
Bảng 4.6 Các loại mẫu chất lưu thu thập được trong tập F............................................ 88
Bảng 4.7 Sản lượng khai thác khí và condensat trong các phương án có tính tới yếu tố
ảnh hưởng của độ thấm. ............................................................................................... 108
Bảng 4.8 Sản lượng khai thác khí và condensat trong các phương án có tính tới yếu tố
ảnh hưởng của độ liên thông. ....................................................................................... 109

xii


KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu
γ = tỷ trọng riêng.
ω = hệ số acentric.
ρ = khối lượng riêng.
µ = độ nhớt.
Φ iL = hệ số dễ bay hơi của thành phần thứ i trong pha lỏng.
ΦVi = hệ số dễ bay hơi của thành phần thứ i trong pha khí

Ω a , Ωb = các hằng số để tính tốn các hệ số a, b của phương trình trạng thái.

Bg = hệ số thể tích thành hệ của khí.
Bo =hệ số thể tích thành hệ của dầu.
c = hệ số thứ ba trong phương trình trạng thái ba biến.

C = hệ số nén đẳng nhiệt của chất lưu đơn pha.
f i L = độ dễ bay hơi của thành phần thứ i trong pha lỏng.
f i v = độ dễ bay hơi của thành phần thứ i trong pha khí

kij = hệ số tương quan nhị phân.
Ki = tỷ số cân bằng pha
Kw = hệ số Watson.
M = khối lượng phân tử.
n = số mol của hỗn hợp.
nL = số mol của pha lỏng.
nv = số mol của pha khí.

xiii


pd = áp suất điểm đọng sương.
pb = áp suất điểm bọt khí.
R = hằng số khí (hằng số vũ trụ).
Tb = nhiệt độ điểm sôi.
Tc = nhiệt độ tới hạn.
VL = thể tích của pha lỏng.
Vrel = thể tích tương đối.
Vsat = thể tích tại áp suất bão hịa.
xi = tỷ lệ mol của thành phần thứ i trong pha lỏng.
yi = tỷ lệ mol của thành phần thứ i trong pha khí.
zi = tỷ số mol của thành phần thứ i trong hỗn hợp.
Z = hệ số nén khí.
ZL = hệ số nén của pha lỏng.
Zv = hệ số nén của pha khí.
Các từ viết tắt

EOS = Equation of state.
CCE = Constant composition expansion.
CVD = Constant volume depletion.
SCN = Single carbon number.
MCN = Multiple carbon number.
PVT = Pressure volume temperature.
NTG= Net to Gross
MBO= Modified black oil.

xiv


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Mỏ khí condensat Hừng Đông là một trong những phát hiện quan trọng trong bồn
trũng Cửu Long trong năm 2003. Việc khoan thăm dò và thẩm lượng đã được tiến hành
tại cấu tạo Hừng Đông với các giếng khoan HD-1X, HD-2X, HD-3, HD-4X vào các
năm 2003, 2005 và 2006. Từ các thông số thu được trong q trình thăm dị và thẩm
lượng, việc nghiên cứu các thông số vỉa để xây dựng các mơ hình địa chất và mơ hình
thủy động được thực hiện nhằm đưa ra chiến lược khai thác thích hợp trong tương lai.
Thông số về PVT là một trong những thơng số quan trọng để xây dựng mơ hình thủy
động, đặc biệt với đối tượng là mỏ khí condensat. Do đó, thơng số thí nghiệm PVT
được thu thập sẽ được phân tích, kiểm tra và mơ hình hóa bằng các phương trình trạng
thái thích hợp (được hiệu chỉnh để phù hợp với các số liệu thí nghiệm), các phương
trình trạng thái càng chính xác càng thể hiện đúng bản chất của chất lưu trong mơi
trường vỉa. Vì vậy quy trình xây dựng mơ hình ứng xử pha và ứng dụng của nó trong
mơ hình thủy động lực để dự báo khai thác được chọn làm đối tượng nghiên cứu chính.
2. Mục đích và nhiệm vụ của luận văn:
Mục đích nghiên cứu của luận văn: nghiên cứu lý thuyết về các phương trình
trạng thái. Ứng dụng phần mềm PVTi cùng dữ liệu thí nghiệm chất lưu PVT để xây

dựng mơ hình ứng xử pha cho mỏ khí condensat Hừng Đơng. Ứng dụng kết quả làm
dữ liệu đầu vào để xây dựng mơ hình thủy động lực cho mỏ khí condensat Hừng Đơng,
từ đó tiến hành dự báo khai thác.
Luận văn giải quyết các nhiệm vụ sau:
Xây dựng cơ sở lý thuyết về ứng xử pha, lựa chọn phương trình trạng thái EOS
thích hợp để xây dựng mơ hình ứng xử pha thích hợp cho đối tượng nghiên cứu.
Ứng dụng xây dựng mơ hình ứng xử pha bằng phần mềm PVTi.
Ứng dụng kết quả xây dựng mơ hình ứng xử pha vào mơ hình thủy động lực đặc
tính dầu cải tiến cho đối tượng nghiên cứu là mỏ khí Condensat Hừng Đơng, bồn trũng
Cửu Long.
Dự báo sản lượng khai thác cho cả đời mỏ.

xiv


3. Tình hình nghiên cứu:
Trong các mơ hình thủy động lực ngồi tính chất của đá chứa thì tính chất của
chất lưu mà đại diện là các thông số về PVT đóng một vai trị rất quan trọng đến độ
chính xác của mơ hình. Các thơng số PVT này mơ tả các ứng xử pha ở điều kiện vỉa,
trong giếng và tại điều kiện bề mặt cùng với quá trình thay đổi các điều kiện ban đầu
của mỏ (sự thay đổi về áp suất và nhiệt độ vỉa). Đối với mơ hình thủy động lực đặc tính
chất lưu đa thành phần (compositional model) thì số liệu PVT càng phải được xây
dựng và mơ phỏng bằng các phương trình trạng thái (đã được phù hợp với các số liệu
thực nghiệm) một cách chi tiết hơn để thể hiện đầy đủ sự thay đổi của các thành phần
trong quá trình khai thác. Việc nghiên cứu các công cụ để xây dựng thông số PVT
thơng qua các phương trình trạng thái và tương quan thực nghiệm đã được thực hiện
cả trong và ngoài nước với các bài báo và báo cáo cụ thể sau:
3.1. Nguyễn Vi Hùng, Hồng Mạnh Tấn, Dự đốn tính chất vật lý Dầu mỏ
bằng các tương quan thực nghiệm PVT, Tuyển tập báo cáo hội nghị khoa học
công nghệ “ Viện Dầu Khí Việt Nam: 25 năm xây dựng và trưởng thành”

Các tác giả đã xây dựng các tương quan phù hợp (phương trình thực nghiệm) cho
việc dự đốn tính chất PVT của dầu mỏ thềm lục địa Việt Nam qua việc phân tích hàng
trăm mẫu dầu từ hai bể Cửu Long và Nam Cơn Sơn (được phân tích tại phịng thí
nghiệm PVT của Viện Dầu Khí-VPI và Viện NCKH-TK Vietsovpetro). Đồng thời
thông qua các thực nghiệm được xây dựng bằng cách sử dụng phân tích hồi quy tuyến
tính để dự báo áp suất bảo hịa, tỷ suất dầu-khí, hệ số thể tích, tỷ trọng, hệ số nén và độ
nhớt của mỏ dầu… với sai số nhỏ so với số liệu thực nghiệm tác giả cho rằng đã khắc
phục được những nhược điểm của các nghiên cứu trước đây khi sử dụng các tương
quan thông dụng như Standing, Glaso hay Vasquez và Beggs. Cuối cùng các tác giả
còn đưa ra nhận định có thể sử dụng các phương trình thực nghiệm mới trong việc tính
tốn các thơng số PVT của chất lưu (như tính tốn áp suất bảo hịa của dầu mỏ trong
trường hợp không lấy được mẫu…) cho các khu vực khác trên thềm lục địa Việt Nam.
3.2. Nguyễn Minh Viễn, Hiện tượng tích tụ condensat vùng cận đáy giếng và
chiến lượt nâng cao khả năng khai thác mỏ khí-condensat
Tác giả đã nêu được ngun nhân hình thành condensat trong khu vực lân cận
giếng khoan do suy giảm áp suất dưới áp suất điểm sương trong quá trình khai thác và
hậu quả của nó tác động như thế nào đến hệ số thu hồi của mỏ khí-condensat. Đồng

xv


thời tác giả đề xuất sử dụng mơ hình số học của Wheaton và Zang (2000) để mơ phỏng
sự hình thành condensat trong mỏ chứa, trong mơ hình này cho biết sự hình thành
condensat hay sự thay đổi của tổng phần mole của thành phần i do áp suất thay đổi là
hàm số của thời gian t và không gian r. Từ những biện luận của mình tác giả đi tới việc
xác lập mơ hình thủy động lực cho mỏ khí Bạch Kim với kết luận “Việc duy trì chế độ
khai thác với áp suất đáy giếng cao hay với chế độ kéo dài thời gian suy giảm áp suất
mỏ sẽ làm nhẹ bớt những ảnh hưởng của tích tụ condensat đến quá trình khai thác cũng
như giảm đi một lượng đáng kể thành phần nặng tích tụ nằm lại trong thành hệ. Mặc
dù, sản lượng khai thác có giảm nhưng chỉ số khai thác của các giếng được duy trì tốt

cho đến cuối khoảng thời gian khai thác, góp phần làm duy trì sản lượng ổn định và
kéo dài”.
3.3. Nguyễn Hồng Long, Xây dựng mơ hình ứng xử pha cho các ứng dụng
mơ phỏng mỏ dầu khí đa thành phần.
Tác giả nhấn mạnh ý nghĩa của phương trình trạng thái trong việc mô phỏng sự
thay đổi của các thành phần pha khi áp suất và nhiệt độ thay đổi sẽ dẫn tới các chất lưu
như khí ngưng tụ, dầu mất dần các thành phần nhẹ… khi đó tỷ lệ mol của từng thành
phần trong mỗi pha biến động rất lớn, dẫn đến làm thay đổi tỷ lệ cân bằng pha khí-lỏng
và ứng xử pha. Tuy nhiên việc xây dựng phương trình trạng thái tốn rất nhiều thời gian
và theo tác giả cần phải hiểu rõ các thơng số có độ tin cậy khơng cao ảnh hưởng nhiều
đến q trình hồi qui để hiệu chỉnh, giúp cải thiện sự phù hợp giữa các dữ liệu thực
nghiệm và dữ liệu tính tốn từ phương trình trạng thái bằng phần mềm PVTi. Bằng
cách đưa ra ví dụ cụ thể tác giả đã đưa ra được nhận định một cách tổng quát về mức
độ ảnh hưởng của từng thơng số có độ tin cậy khơng cao, từ đó đưa ra các đề xuất về
các bước hiệu chỉnh cũng như gợi ý về các lựa chọn tối ưu cho các nhóm biến hồi quy
và quy trình hiệu chỉnh cho từng biến. Mặc dù đạt được những kết quả khả quan nhưng
tác giả cũng kiến nghị nên phân tích thêm ảnh hưởng của các mơ hình nhóm thành
phần hydrocacbon đến q trình hiệu chỉnh mơ hình ứng xử pha khi có thêm điều kiện
về thời gian.
3.4. D.l.O’Reilly, University of Adelaide, Comparative PVT Simulation: An
application to Australasian Fluid Samples, SPE-129517.
Bài báo nêu lên kết quả so sánh độ chính xác của các phương trình trạng thái
(EOS) trong các thí nghiệm PVT, về mơ phỏng các ứng xử pha và thể tích pha của các
mẫu chất lưu khác nhau được thu thập tại các khu vực của nước Úc. Các phương trình
xvi


trạng thái được sử dụng để so sánh bao gồm 9 phương trình trạng thái: Soave-RedlichKwong (SRK), Peng-Robinson (PR), Adachi-Lu (AL), Patel-Teja (PT), SchmidtWenzel (SW), Esmaeilzadeh-Roshanfekr (ER), ngoài 6 phương trình trạng thái thơng
dụng trên 3 phương trình SPR, PR và ER cải tiến được hiệu chỉnh bằng phần mềm
MATLAB được sử dụng trong mô phỏng. Kết quả so sánh độ chính xác của từng

phương trình trạng thái khi mơ phỏng các trạng thái và thể tích pha của các mẫu chất
lưu khác nhau được kết luận:
- Đối với khí condensat các phương trình trạng thái Peng-Robinson (PR), SoaveRedlich-Kwong (SRK), Esmaeilzadeh-Roshanfekr (ER), Patel-Teja (PT)… cho kết quả
tương đồng với kết quả thực nghiệm. Trong đó phương trình trạng thái EsmaeilzadehRoshanfekr (ER) với 4 biến có hiệu chỉnh cho kết quả gần với kết quả thực nghiệm
nhất.
- Đối với dầu thông thường các phương trình trạng thái 3 biến mang tính đại diện
nhất là các phương trình Patel-Teja (PT), Schmidt-Wenzel (SW) và EsmaeilzadehRoshanfekr (ER).
- Đối với dầu có áp suất bảo hòa thấp với thành phần chủ yếu là các thành phần
trung bình thì kết quả mơ phỏng bằng các phương trình trạng thái đều cho kết quả gần
giống với kết quả thực nghiệm và sai khác ở các phương trình trạng thái khác nhau là
không nhiều.
- Đối với dầu nhẹ có tính chất vừa của pha lỏng vừa của pha khí nên trạng thái
pha của nó được mơ phỏng qua các phương trình trạng thái khác nhau cho những kết
quả khác nhau như: Esmaeilzadeh-Roshanfekr (ER) 4 biến cho kết quả matching tốt
nhất với thơng số thể tích trong thí nghiệm CVD trong khi đó phương trình PengRobinson cải tiến lại cho kết quả hệ số nén khí Z với sai số nhỏ nhất…
3.5. A.H. El-Banbi, K.A. Fattah and M.H. Sayyouh: New Modified Black-Oil
Correlations for Gas Condensat and Volatile Oil Fluids, SPE 102240.
Bài báo nêu lên việc phát triển các công thức tương quan mới từ mơ hình đặc tính
dầu cải tiến (MBO-modified black oil) và ứng dụng của nó cho các mơ hình mỏ khí
condensat và dầu nhẹ (ban đầu phương pháp MBO được sử dụng để mô phỏng mỏ
chứa với 3 thành phần chủ yếu là: khí khơ, dầu và nước). Trong báo cáo có 4 thơng số
PVT được quan tâm khảo sát chính là tỷ số dầu-khí (Rv), tỷ số khí hịa tan-dầu (Rs), hệ
số thành hệ thể tích của Dầu (Bo) và hệ số thành hệ thể tích của khí (Bg), trong đó hệ
xvii


số dầu-khí, thơng số quan trọng trong các tính tốn cân bằng vật chất và mơ hình thủy
động lực đa thành phần E300, khơng thể tính tốn bằng các tương quan thơng thường
trong mơ hình đặc tính dầu mà phải được tính thơng qua các thí nghiệm trong phịng
lab kết hợp với các phương trình trạng thái được tính tốn tỉ mỉ. Để xây dựng được các

tương quan mới (công thức thực nghiệm) các tác giả đã sử dụng phương pháp Whitson
& Torp kết hợp với 1850 giá trị từ kết quả phân tích PVT của 8 mẫu khí condensat,
1180 giá trị từ kết quả phân tích 6 mẫu dầu nhẹ) để xây dựng các thông số PVT (các
thông số này phải phù hợp với kết quả thực nghiệm và phương trình trạng thái của chất
lưu). Kết quả các tương quan mới giúp cho việc tính tốn 4 thơng số PVT tỷ số dầu-khí
(Rv), tỷ số khí hịa tan-dầu (Rs), hệ số thành hệ thể tích của Dầu (Bo) và hệ số thành hệ
thể tích của khí (Bg), trở nên chính xác hơn trong các mơ hình mỏ khí-condensat và
dầu nhẹ.
4. Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp nghiên cứu của đề tài là dựa trên cơ sở lý thuyết về tính chất của
chất lưu, các thí nghiệm PVT và các phương trình trạng thái EOS để xây dựng mơ hình
ứng xử pha, ứng dụng cho đối tượng nghiên cứu là mỏ khí Condensat Hừng Đơng.
Ngồi ra, các cơng cụ có thể hỗ trợ cho việc xây dựng mơ hình ứng xử pha là công cụ
PVTi. Trong thời gian nghiên cứu đề tài, phần mềm ECLIPSE được sử dụng để phục
vụ cho q trình xây dựng mơ hình thủy động lực đặc tính dầu cải tiến và hiệu chỉnh lại
mơ hình cho phù hợp với số liệu thực nghiệm.
5. Ý Nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
Phân tích, kiểm tra dữ liệu đầu vào, nêu lên quy trình cụ thể để xây dựng mơ hình
ứng xử pha cho khí condensat với đối tượng nghiên cứu là chất lưu thu thập từ mỏ khí
condensat Hừng Đơng. Đay là một trong những thơng tin đầu vào quan trọng trong quy
trình xây dựng mơ hình thủy động lực, đặc biệt với mơ hình mơ hình thủy động đặc
tính dầu cải tiến.
Ứng dụng kết quả xây dựng mơ hình ứng xử pha làm đầu vào xây dựng mơ hình
thủy động lực đặc tính dầu cải tiến (MBO) cho mỏ khí condensat Hừng Đơng, là một
mỏ hồn tồn mới chưa có các thơng số khai thác thực tế để đánh giá được tất cả các
rủi ro có thể gặp trong q trình khai thác. Kết quả mơ phỏng bằng mơ hình thủy dộng
lực khi sử dụng thơng số đầu vào đặc tính PVT của chất lưu được xây dựng ở trên sẽ là
cơ sở để dự báo khai thác từ đó đưa ra phương án khai thác sơ bộ hợp lý, đánh giá tiềm

xviii

năng khai thác của mỏ (ảnh hưởng của số lượng giếng khoan, và ảnh hưởng của các
thông số không chắc chắn đến hệ số thu hồi).
6. Cấu trúc của luận văn:
Luận văn bao gồm mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung chính gồm 4 chương
và phần kết luận kiến nghị sau đây:
Chương 1: là chương cơ sở lý thuyết cho luận văn. Trong chương trình sẽ trình bày
các ứng xử pha của các hệ Hydrocacbon từ đơn giản đến phức tạp, tập trung vào ứng
xử pha của khí ngưng tụ ngược và các đặc trưng của nó. Ngồi ra cịn đề cập đến quy
trình lấy mẫu chất lưu, các thí nghiệm PVT áp dụng cho khí condensat, các tính tốn
cân bằng pha, giới thiệu các phương trình trạng thái (EOS) thơng dụng và các ứng
dụng của nó.
Chương 2: nêu lên quy trình xây dựng mơ hình ứng xử pha một cách tổng quát.
Chương 3: ứng dụng quy trình xây dựng mơ hình ứng xử pha ở Chương 2 để áp dụng
cho 1 đối tượng cụ thể là chất lưu mỏ khí condensat Hừng Đơng, bồn trũng Cửu Long.
Chương 4: ứng dụng mơ hình ứng xử pha từ chương 3 làm cơ sở dữ liệu đầu vào cho
mơ hình thủy động lực đặc tính dầu cải tiến (MBO) để dự báo khai thác mỏ khí
condensat Hừng Đơng.
Phần Kết luận và kiến nghị:

xix


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương 1 sẽ trình bày các ứng xử pha của các hệ Hydrocacbon từ đơn giản đến
phức tạp, tập trung vào ứng xử pha của khí ngưng tụ ngược và các đặc trưng của nó, là
đối tượng nghiên cứu chính của luận văn này. Ngồi ra cịn đề cập đến quy trình lấy
mẫu chất lưu, các thí nghiệm PVT áp dụng cho khí condensat, các tính tốn cân bằng
pha, giới thiệu các phương trình trạng thái (EOS) thơng dụng và các ứng dụng của nó.

1.1 Lý thuyết về ứng xử pha
1.1.1 Khái niệm cơ bản
Pha là các phần có cùng cấu trúc, cùng trạng thái, có tính chất cơ – lý – hóa xác
định và các pha phân cách nhau bởi các ranh giới phân chia.
Ứng xử pha là sự thay đổi pha (pha rắn – lỏng – khí) dưới tác động của điều kiện
nhiệt độ và áp suất nhất định, như tinh thể đá (pha rắn) sẽ chuyển thành nước (pha
lỏng) khi nhiệt độ tăng, nếu tiếp tục gia tăng về áp suất thì nước sẽ chuyển thành hơi
(pha khí).
Những biểu đồ tốn học hay thực nghiệm thể hiện các điều kiện vật lý liên quan
đến sự biến đổi của các pha được gọi là biểu đồ pha.
1.1.2 Ứng xử pha của các hệ hydrocacbon
Dầu-khí thơng thường là hỗn hợp của nhiều cấu tử, để hiểu được ứng xử pha của
hỗn hợp này ta khảo sát lần lượt ứng xử pha các hệ cấu tử từ đơn giản đến phức tạp:
1.1.2.1 Hệ đơn cấu tử
Hệ đơn cấu tử là hệ hydrocacbon đơn giản nhất, chỉ chứa một loại nguyên tử hay
phân tử (hệ sạch). Hiểu rõ mối quan hệ giữa áp suất, nhiệt độ và thể tích của hệ đơn
cấu tử là nền tảng để nghiên cứu ứng xử pha các hệ hydrocacbon phức tạp.
Theo quy tắc pha, đối với hệ đơn cấu tử, hai pha chỉ cần sử dụng một thông số
nhiệt độ hay áp suất để mô tả trạng thái nhiệt động học của hệ thống. Khảo sát ảnh
hưởng của áp suất và thể tích đến ứng xử pha của hệ đơn cấu tử được biểu diễn ở biểu
đồ pha, hình 1.1:
Với: pc , áp suất tới hạn
1


Tc , nhiệt độ tới hạn
Vc , thể tích tới hạn

Hình 1.1 Biểu đồ Áp suất – Thể tích của hệ đơn cấu tử
Vùng bên trong của biểu đồ được giới hạn bởi hai đường áp suất bão hòa BC

(đường áp suất điểm bọt khí, đại diện chất lỏng bão hòa) và CA (đường áp suất điểm
đọng sương, đại diện thành phần hơi bão hòa) là vùng hai pha Lỏng + Khí. Vùng bên
trái của biểu đồ là pha lỏng và bên phải là pha khí. Điểm C là điểm tới hạn, tại đây tính
chất vật lý của pha lỏng và pha khí giống nhau, với áp suất và nhiệt độ tương ứng là áp
suất tới hạn pc và thể tích tới hạn Vc .
Khảo sát hệ đơn cấu tử trên biểu đồ Áp suất – Nhiệt độ ( p / T ), ta có biểu đồ pha,
hình 1.2:

2


Hình 1.2 Biểu đồ Áp suất – Nhiệt độ của hệ đơn cấu tử
Biểu đồ p / T đặc trưng cho hệ đơn cấu tử với đường liền nét thể hiện ranh giới
giữa các pha riêng biệt: đường liền nét BA chỉ sự cùng tồn tại hai pha Rắn + Khí ở
trạng thái cân bằng, tương tự AD chỉ sự cùng tồn tại hai pha Rắn + Lỏng, AC (đường
cong áp suất hóa hơi hay đường cơng điểm sơi) tồn tại hai pha Khí + Lỏng và kết thúc
tại điểm tới hạn C. Ứng với điểm tới hạn C, nhiệt độ tới hạn TC là nhiệt độ mà trên giá
trị này, hỗn hợp Lỏng - Khí khơng thể tồn tại cùng nhau bất kể giá trị áp suất. Tương
tự, áp suất tới hạn PC là áp suất mà trên giá trị này, hai pha Lỏng - Khí cũng khơng thể
tồn tại cùng nhau bất kể nhiệt độ nào.
1.1.2.2 Hệ hai cấu tử
Đặc trưng cơ bản của hệ hai cấu tử là đồng thời với sự thay đổi thành phần cấu tử
thì các tính chất nhiệt động lực và tính chất vật lý sẽ có sự thay đổi tương ứng. Vì thế
đối với hệ hai cấu tử cần thiết phải xác định tỷ phần mol và khối lượng từng thành
phần trong hệ. Thí nghiệm nén đẳng nhiệt, sử dụng piston nén một lượng xác định chất
lưu chứa hai thành phần (hai cấu tử) trong xylanh với tổn thất ma sát không đáng kể
như trên ta có biểu đồ Áp suất-Thể tích, hình 1.3:

3