XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC MỎ X TẦNG MIOCEN HẠ BỒN TRŨNG CỬU LONG

Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

Chương 1: Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình thủy động lực
1.1 Tổng quan về mô hình thủy động lực
Xây dựng mô hình thủy động lực (mô hình dòng chảy) nhằm mô tả chính xác
hình dáng, cấu trúc, các đặc tính thông số và động thai khai thác của tầng Mioxen hạ
mỏ X nhằm đánh giá hệ số thu hồi và trữ lượng thu hồi đồng thời đưa ra chiến lược
quản lý và phát triển mỏ lâu dài tốt nhất nhằm tối ưu hóa khai thác và tối đa hệ số thu
hồi.

Hình 1.1 Hình ảnh từ mô hình thực tế đến mô hình dòng chảy.

1.2 Cơ sở lý thuyết
1.2.1 Cơ sở dữ liệu
 Tài liệu địa chất
-

Các tài liệu cấu trúc địa chất, địa tầng, địa mạo của bồn trũng.

-

Các kết quả nghiên cứu đứt gãy và khe nứt ở các điểm lộ.

 Tài liệu giếng khoan của các giếng thăm dò và thẩm lượng.

1


Chương 1

-

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

Tài liệu phân tích địa vật lý, số liệu log, phân tích mẫu lõi, phân tích mẫu
đặc biệt.

-

Tài liệu thử vỉa.

 Tài liệu từ các giếng khai thác.
-

Khoảng mở vỉa.

-

Vị trí và quỹ đạo của giếng.

-

Số liệu thực tế thu được: Áp suất, nhiệt độ, lưu lượng dầu, khí nước, tỉ số
khí dầu.

1.2.2 Phương pháp nghiên cứu trong mô hình
Phương pháp nghiên cứu của đề tài là dựa trên cơ sở tìm hiểu nền tảng lý thuyết
về thủy động lực học trong môi trường rỗng của vỉa cũng như phân tích số liệu khảo
sát địa chất kết hợp với việc sử dụng các công cụ phần mềm chuyên ngành để xây

dựng mô hình thủy động lực. Mô hình thủy động lực chính là hình ảnh của tầng sản
phẩm trong lòng đất với đầy đủ các đặc tính của vỉa cũng như sự dịch chuyển của dầu,
khí và nước. Mô hình này được định dạng như một hình khối mà ở đó các số liệu đầu
vào là các thông số đặc trưng cho tính chất của tầng sản phẩm. Các phương trình dòng
chảy được định dạng như các phương trình toán học sau đó được sử dụng trong mô
hình. Đầu ra của mô hình là nghiệm số của các phương trình dòng chảy cho từng pha.
Những nghiệm số này chính là áp suất và lưu lượng dòng chảy cho từng khối cũng như
cho từng pha của từng giếng.
Các bước thực hiện trong mô hình được mô tả như sau:

2


Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

Hình 1.2 Các bước thực hiện trong mô hình.
Mô hình được xây dựng dựa trên nguyên tắc sau:
 Vỉa sản phẩm đươc chia ra làm nhiều khối dưới dạng ô lưới.
 Các thông số cơ bản của vỉa đươc cung cấp cho mỗi khối.
 Vị trí thực tế của các giếng khoan được đặt tương đương trong từng khối.
 Các số liệu về lưu lượng khai thác đươc định dạng như là 1 hàm thay đổi
theo thời gian được đưa vào sử dụng trong mô hình.
 Các phương trình toán học được áp dụng để tính toán áp suất và lưu lượng
dòng chảy cho từng khối cũng như cho từng pha của từng giếng khoan
dựa trên:
-

Định luật Darcy.

-

Mô hình dòng chảy trong giếng.

-

Mô hình PVT.

-

Thể tích.

-

Phương trình cân bằng vật chất.

-

Sự thay thế chất lỏng.

Mô hình thủy động lực với ba pha dầu, nước và khí chảy bên trong được gọi là
mô hình cho dầu. Mô hình này bao gồm ba thành phần chất lưu là dầu, nước và khí tại
điều kiện tiêu chuẩn và được phân bố thành ba pha phân biệt: pha dầu, pha nước và
pha khí. Trong khi pha dầu và pha nước là không thể trộn lẫn thì pha khí có thể tồn tại
như là khí tự do hoặc khí đồng hành. Nhiệt độ trong tầng sản phẩm được giả thiết là
không thay đổi và các chất lưu chảy qua nó là cân bằng về nhiệt. Thông thường nước
được coi là pha ướt, khí được coi là pha khô và dầu được coi là pha trung gian. Các

3

Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

phương trình dòng chảy cho các pha dầu, nước và khí trong mô hình được thể hiện
trong các phương trình sau:
kro  po
kro  po
kro  po
Vb   So 

Z  

Z  

Z  

  qosc
 c k x Ax
   o   y   c k z Az
   o   x   c k y Ay
   o   z 
x 
o Bo  x
x  
y 
o Bo  y
y  

z 
o Bo  z
z  
ac t  Bo 

Phương trình 1: Phương trình dòng chảy cho pha dầu trong mô hình
krw  pw
krw  pw
krw  pw
Vb   Sw 

Z 

Z  

Z  

  qwsc
 c k x Ax
   w   y   c k z Az
   w  x   c k y Ay
   w   z 
x 
w Bw  x
x 
y 
w Bw  y
y  
z 
w Bw  z

z  
ac t  Bw 

Phương trình 2: Phương trình dòng chảy cho pha nước trong mô hình
krg  Pg
kro Rs  po
 
Z 
Z  
g
o
  c k x Ax

   c kc Ax

  x 
x 
 g Bg  x
x 
o Bo  x
x  
krg  pg
kro Rs  po
 
Z 
Z  
g
o
 Bc k y Ay


  Bc k y Ay

  y 
y 
 g Bg  y
y 
o Bo  y
y  
krg  Pg
kro Rs  po
Vb   S g Rs So
 
Z 
Z  
g
o


  c k z Az

   c kc Az

  z 
z 
 g Bg  z
z 
o Bo  z
z  
ac t  Bg
Bo


  qgsc


Phương trình 3: Phương trình dòng chảy cho pha khí trong mô hình
Thêm vào đó các phương trình liên quan đến độ bão hòa và áp suất mao dẫn cho
các chất lưu dầu, nước và khí cũng được bổ xung cho các phương trình dòng chảy nói
trên và được thể hiện trong các phương trình sau;

So  S w  S g  1
Pcow  Po  Pw  f ( S w )
Pcgo  Pg  Po  f ( S g )
Phương trình 4: Phương trình cho độ bão hòa / áp suất mao dẫn trong mô hình

4


Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

Việc chạy mô hình thủy động lực chính là việc giải phương trình dòng chảy cho
các pha dầu, nước và khí trong mô hình. Các nghiệm số của phương trình tìm được
chính là áp suất và lưu lượng dòng chảy cho từng khối cũng như cho từng pha của
từng giếng.

Hình 1.3 Phương pháp nghiên cứu trong mô hình.
Sau khi xây dựng, mô hình sẽ được sử dụng cho việc dự báo khả năng khai thác
của tầng sản phẩm. Độ tin cậy của kết quả dự báo từ mô hình sẽ được kiểm chứng dựa

trên nguyên tắc:
 Mức độ phù hợp với số liệu khai thác trong quá khứ của mô hình đã được
hiệu chỉnh.
 Sử dụng mô hình đã hiệu chỉnh để dự báo khả năng khai thác cho tầng sản
phẩm.
 Sử dụng số liệu khai thác thực tế từ thời điểm hiệu chỉnh mô hình cho tới
hiện tại để đối chiếu với kết quả dự báo từ mô hình nêu ở trên.

5


Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

1.2.3 Ý nghĩa của việc xây dựng mô hình
 Khảo sát, đánh giá tiềm năng khai thác của tầng sản phẩm khai thác với
điều kiện suy giảm tự nhiên / bơm ép nước / bơm ép khí.
 Đánh giá ảnh hưởng của vị trí giếng khoan, số lượng giếng khoan, mật độ
giếng khoan (bao gồm giếng khai thác và giếng bơm ép) lên khả năng khai
thác của tầng sản phẩm.
 Đánh giá ảnh hưởng của lưu lượng khai thác lên hê số thu hồi và lên kết
quả kinh tế, từ đó có thể nâng cao và tối đa hệ số thu hồi.
 Tìm ra phương pháp tối ưu cho việc phát triển toàn mỏ và thiết kế hệ
thống khai thác.
 Đánh giá sự cần thiết của các số liệu và ảnh hưởng của nó lên động thái
khai thác của vỉa sản phẩm.

1.3 Phương trình dòng chảy
1.3.1 Các bước cơ bản thành lập phương trình dòng chảy

Các phương trình dòng chảy cho chất lưu trong môi trường lỗ rỗng dựa vào hệ
các phương trình bảo toàn khối lượng, động lượng và năng lượng, và các phương trình
cấu thành của chất lưu và thành hệ. Để đơn giản hóa, chúng ta sẽ giả thiết các điều
kiện đẳng nhiệt, với mục đích không xét đến phương trình bảo toàn năng lượng. Tuy
nhiên, trong trường hợp thay đổi nhiệt độ vỉa, chẳng hạn như bơm ép nước có nhiệt độ
thấp vào vỉa có nhiệt độ cao hơn, thì điều kiện nhiệt độ cần được tính đến.
Các phương trình được mô tả cho hệ thống tuyến tính, một chiều, nhưng có thể
mở rộng hai và ba chiều, và các hệ tọa độ khác được lần lượt trình bày dưới đây.
Xét một thanh ngang đơn giản của vật liệu lỗ rỗng, nơi ban đầu áp suất ở mọi
điểm là P0, và ở thời điểm zero, áp suất bên trái (ở x = 0) là PL trong khi áp suất bên
phải (ở x = L) được giữ ở PR = P0. Hệ thống được thể hiện trên hình sau:

6


Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

Hình 1.4 Hệ thống tuyến tính, một chiều

1.3.1.1 Bảo toàn khối lượng
Sự bảo toàn khối lượng có thể được hình thành thông qua 1 phần tử kiểm tra với
một chất lưu có tỷ trọng p, chảy qua nó ở vận tốc u:

Hình 1.5 Phần tử kiểm tra
Cân bằng vật chất cho phần tử kiểm tra được viết thành:
{Khối lượng đi vào phần tử x} - {Khối lượng đi ra phần tử tại x + ∆x} = {Tốc độ
thay đổi khối lượng trong phần tử}
Hoặc

Khi ∆x tiến đến 0, chúng ta có phương trình liên tục:

Đối với diện tích mặt cắt ngang là hằng số, phương trình liên tục đơn giản
thành:

1.3.1.2 Bảo toàn động lượng
Bảo toàn động lượng bị chi phối bởi phương trình Navier-Stokes, nhưng thường
7


Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

được đơn giản hóa cho dòng chảy vận tốc thấp trong vật liệu lỗ rỗng để mô tả bởi
phương trình bán thực nghiệm Darcy, cho dòng chảy nằm ngang, một chiều:

Một dạng khác là phương trình Forchheimer, cho dòng chảy vận tốc cao:

Trong đó n được Muscat đề xuất là 2, là phương trình Brinkman, ứng dụng cho
cả môi trường lỗ rỗng và phi lỗ rỗng:

Phương trình Brinkman trở thành phương trình Darcy cho dòng chảy trong môi
trường lỗ rỗng, khi số hạng cuối không đáng kể.

1.3.1.3 Các phương trình cấu thành
Phương trình cấu thành cho vật liệu lỗ rỗng
Độ rỗng của đất đá có mối quan hệ với áp suất, được thể hiện qua phương trình
của độ nén đất đá:
Nếu nhiệt độ là hằng số, phương trình trở thành:

Phương trình cấu thành cho chất lưu
Cho mọi chất lưu ở nhiệt độ không đổi, hệ số nén được định nghĩa như sau:

Đối với khí lý tưởng, ta có phương trình khí:
Đối với khí thực thì bao gồm hệ số lệch khí, Z:
Tỷ trọng khí có thể được biểu diễn:
8


Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

Trong đó chỉ số S biểu thị điều kiện bề mặt (chuẩn). Các phương trình này
thường được sử dụng trong các ứng dụng của kỹ thuật mỏ. Tuy nhiên, đối với mục
đích mô phỏng vỉa, chúng ta thường sử dụng các mô hình mô tả chất lưu là Black Oil
và Compositional.
Mô hình Black Oil chuẩn bao gồm hệ số thể tích thành hệ, B, cho mỗi chất lưu,
và hệ số khí-dầu, Rso, cho khí hòa tan trong dầu, ngoài ra còn độ nhớt và tỷ trọng cho
mỗi chất lưu. Các mô hình cải tiến có thể bao gồm hệ số ngậm khí của dầu, rs, và độ
hòa tan của khí trong nước, Rsw. Các định nghĩa của hệ số thể tích thành hệ và tỷ số
khí-dầu hòa tan là:

Tỷ trọng của dầu ở điều kiện vỉa

Sự phụ thuộc áp suất của các thông số trong mô hình Black Oil chuẩn là:

Hình 1.6 Mô hình Black Oil
9

Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

1.3.1.4 Các mô hình chất lưu
Thuật ngữ đơn pha áp dụng cho bất kỳ hệ thống nào chỉ có một pha chất lưu hiện
diện trong vỉa. Bằng cách xem nước không di chuyển như một phần của lỗ rỗng, nó có
thể được tính toán bằng việc giảm độ rỗng và hiệu chỉnh độ nén của đá tương ứng.
Thông thường, trong mô phỏng vỉa một pha chúng ta sẽ chia thành các hệ thống
chất lưu sau:
1. Đơn pha khí
2. Đơn pha nước
3. Đơn pha dầu

Trước khi đến với các phương trình dòng chảy, chúng ta sẽ định nghĩa tóm tắt
các mô hình chất lưu cho các hệ thống này.
Đơn pha khí
Ứng xử chất lưu được chi phối bởi mô hình Black Oil, tỷ trọng khí là:

Đơn pha nước
Đơn pha nước, nói một cách chặt chẽ có nghĩa là áp suất vỉa cao hơn áp suất bão
hòa nước trong trường hợp khí bị hòa tan trong đó, có tỷ trọng được miêu tả bởi:

Đơn pha dầu
Để dầu đơn pha trong vỉa, nó phải chưa bão hòa, có nghĩa là áp suất bão hòa phải
cao hơn áp suất điểm bọt. Trong mô hình Black Oil, tỷ trọng dầu được miêu tả bởi:

Đối với dầu chưa bão hòa, Rso là hằng số, và tỷ trọng dầu được viết thành:
10

Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

Dạng chung
Khi đó, cho tất cả ba hệ thống chất lưu, tỷ trọng đơn pha có thể được biểu diễn
như sau:
Dạng biểu diễn trên sẽ được sử dụng để mô tả chất lưu trong các phương trình
dòng chảy đơn pha dưới đây.
Kết hợp phương trình liên tục, phương trình động lượng và mô hình chất lưu ta
có phương trình dòng chảy đơn pha trong hệ thống nằm ngang, một chiều, với giả thiết
diện tích mặt cắt ngang là hằng số:

1.3.2 Điều kiện biên và điều kiện ban đầu
1.3.2.1 Điều kiện biên
Về cơ bản chúng ta có hai loại điều kiện biên: điều kiện áp suất (điều kiện
Dirichlet) và điều kiện lưu lượng (điều kiện Neumann). Các điều kiện biên thông dụng
nhất trong vỉa được thảo luận dưới đây:
- Biên Dirichlet: Giá trị áp suất tại biên là hằng số

Đối với dòng chảy đơn pha 1 chiều, điều kiện biên Dirichlet là các áp suất tại
biên của vỉa, chẳng hạn như sau:
p (x = 0, t > 0) = pL (áp suất tại biên trái)
p (x = l, t > 0) = pR (áp suất tại biên phải)
Điều kiện áp suất thông thường được xác định là áp suất đáy của giếng khai thác
hoặc giếng bơm ép, tại một vài vị trí của vỉa.
- Biên Neumann: Lưu lượng dòng chảy là hằng số

Trong điều kiện biên Neumann, lưu lượng dòng chảy ở mặt cuối của hệ thống
được xác định. Sử dụng phương trình Darcy, các điều kiện trở thành:
11


Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

Đối với dòng chảy vỉa, điều kiện về lưu lượng được xem như lưu lượng khai thác
hoặc bơm ép của giếng, ở một vài vị trí của vỉa, hoặc được xem như zero dọc theo biên
hở hoặc đứt gãy, hay giữa các lớp không liên thông.

1.3.2.2 Điều kiện ban đầu
Điều kiện ban đầu được xem như trạng thái ban đầu của các biến cơ bản của hệ
thống. Trong trường hợp đơn giản, áp suất ban đầu không đổi được xác định như sau:
p (x, t = 0) = Po
Áp suất ban đầu có thể là hàm của vị trí. Đối với hệ thống không nằm ngang, sự
cân bằng áp suất thủy tĩnh thường được tính dựa vào áp suất tham chiếu và tỷ trọng
chất lưu:
p (z, t = 0) = pref + (z - zref)ρg

1.3.3 Lời giải số của phương trình dòng chảy
1.3.3.1 Sự rời rạc hóa
Xét phương trình dòng chảy vi phân riêng tuyến tính, một chiều, nằm ngang, một
pha cho chất lưu, giả thiết độ thấm, độ nhớt và độ nén là hằng số:

Khi đó phương trình dòng chảy tuyến tính được giải bởi phương pháp số bằng
cách sử dụng các xấp xỉ sai phân hữu hạn chuẩn cho các đạo hàm

cụ thể như

sau:
Đầu tiên, trục x phải được phân chia nhỏ thành các ô lưới rời rạc, và trục thời
gian được phân chia thành các bước thời gian rời rạc. Đối với thanh một chiều, nằm
12


Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

ngang đơn giản, chúng ta định nghĩa hệ thống ô lưới dưới đây với N ô lưới, mỗi ô lưới
có chiều dài ∆x
Các ô lưới được biểu thị bằng chỉ số, i, ứng với điểm giữa của mỗi ô, đại diện
cho thuộc tính trung bình của ô.

Hình 1.7 Hệ thống ô lưới rời rạc

1.3.3.2 Các công thức sai phân
Các xấp xỉ sai phân hữu hạn của các đạo hàm riêng trong phương trình dòng chảy
có thể thu được từ khai triển chuỗi Taylor.
Công thức hiện (Explicit formulation)
Ở đây, chúng ta sử dụng xấp xỉ tiến của đạo hàm thời gian ở thời điểm t. Khi đó,
vế trái cũng ở thời điểm t, chúng ta có thể giải áp suất:

Công thức này có độ ổn định kém, và do đó ít khi được sử dụng.
Công thức ẩn (Implicit formulation)
Ở đây, chúng ta sử dụng xấp xỉ lùi của đạo hàm thời gian ở thời điểm t + ∆t, khi
đó vế trái cũng ở thời điểm t + ∆t

13


Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

Như vậy một tập hợp N phương trình với N ẩn, phải được giải một cách đồng
thời cho đối tượng bằng cách sử dụng phép khử Gauss. Công thức này có độ ổn định
rất cao.
Công thức Crank-Nicholson (Crank-Nicholson formulation)
Cuối cùng, bằng cách sử dụng xấp xỉ trung tâm của đạo hàm thời gian ở thời
điểm t +∆t , và khi đó vế trái cũng ở thời điểm t +∆t:

Kết quả là tập hợp các phương trình tuyến tính được giải một cách đồng thời như
trường hợp công thức ẩn.

1.4 Giải phương trình dòng chảy
1.4.1 Giải phương trình dòng chảy một pha
Xét phương trình dòng chảy 1 pha 3 chiều đối với vỉa nằm ngang như sau:
Các đại lượng sử dụng trong phương trình được cho trong bảng dưới đây.
Bảng 0-1: Bảng ký hiệu và hệ đơn vị các đại lượng trong phương trình dòng chảy
Các hệ đơn vị
Đại lượng

Ký hiệu

Chiều dài

x, y, z, r

Diện tích
Độ thấm
Độ nhớt pha

Hệ thông
dụng

Hệ SPE

Hệ trong phòng
thí nghiệm

ft

m

cm

A, Ax, Ay, Az, Ar, Ae

ft2

m2

cm2

k, kx, ky, kz, kr, ke

md

^o, ^w, ^g

darcy

cp

mPa.s

c

P

Hệ số thể tích
thành hệ khí

B, Bg

RB/scf

m3/std m3

cm3/std cm3

Hệ số thể tích
thành hệ chất lưu

B, Bo, Bw

RB/STB

m3/std m3

cm3/std cm3

14


Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

std m33/std std cm3/std cm3
m

Tỷ số khí dầu hòa
tan

Rs

scf/STB

Áp suất pha

p, Po, Pw, Pg

psia

kPa

atm

Lưu lượng dòng
chảy khí

qsc, qgsc

scf/d

std m3/d

std cm3/sec

Lưu lượng dòng
chảy dầu

qsc, qosc

STB/d

std m3/d

std cm3/sec

Lưu lượng dòng
chảy nước

qsc, qwsc

B/d

std m3/d

std cm3/sec

Thể tích khối

Vb

ft3

m3

cm3

Độ nén

c co, cɸ

psi-1

kPa-1

atm-1

Hệ số nén

z

không thứ
nguyên

không thứ
nguyên

không thứ
nguyên

Nhiệt độ

T

0

R

K

K

Độ rỗng

ɸ

%

%

%

Độ bão hòa pha

S, So, Sw, Sg

%

%

%

Độ thấm tương đối

Kro, krw, krg

%

%

%

Gia tốc trọng
trường

g

32.1742
ft/sec

9.806635

m/s2

980.6635
cm/sec2

Thời gian

t, ∆t

ngày

ngày

giây

Góc

θ

rad

rad

rad

Hệ số dẫn truyền
chuyển đổi

c

0.001127

0.0864

1

Hệ số trọng lượng
chuyển đổi

ϒc

0.21584.10-3

0.001

0.986923.10-6

Hệ số thể tích
chuyển đổi

ac

5.614583

1

1

15

Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

Để giải phương trình dòng chảy, sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn như sau:
-

Rời rạc hóa không gian:

Rời rạc hóa biểu thức vế trái

Trong đó:

Khi đó:

Độ truyền dẫn:

- Rời rạc hóa thời gian
+ Phương pháp hiện

+ Phương pháp ẩn

+ Phương pháp bán ẩn (0<φ<1)

16


Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

- Điều kiện biên
+ Điều kiện biên Newmann:

+ Điều kiện biên Dirichlet:

Biên trái:

Biên phải:

1.4.2 Giải phương trình dòng chảy nhiều pha
Phương trình dòng chảy cho mỗi pha chất lưu:

Phương trình động lượng cho mỗi pha:

Xét phương trình dòng chảy 2 pha dầu nước theo phương x:
17


Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

Khi đó phương trình dòng chảy 2 pha trở thành:

Độ thấm tương đối dầu-nước và áp suất mao dẫn là hàm của độ bão hòa nước
trong khi đó các hệ số thể tích thành hệ, độ nhớt và độ rỗng là hàm của áp suất.
Cả hai đường cong drainage và imbibition đều cần thiết cho sự mô phỏng của hệ
thống dầu-khí, phụ thuộc vào quá trình được xem xét. Hầu hết các quá trình liên quan

đến sự dịch chuyển của dầu bởi nước, hay ngược lại có thể là những phần của vỉa liên
quan đến ảnh hưởng hình học, hoặc sự thay đổi lưu lượng bơm ép và khai thác. Ngoài
ra, sự hiện diện độ bão hòa ban đầu trong đá thường là kết quả của quá trình drainage
ở thời điểm tích tụ dầu khí. Do đó, để khởi tạo độ bão hòa, các đường cong áp suất
mao dẫn drainage là cần thiết.
Quá trình đẩy pha dính ướt (nước) bằng pha không dính ướt (dầu) gọi là quá trình
drainage. Quá trình này mô phỏng lại trạng thái ban đầu của vỉa. Lúc đầu trong đá
chứa chỉ có nước đồng sinh, sau đó dầu di cư vào và đẩy nước đồng sinh đi.
Bắt đầu với lỗ rỗng của đá được lấp đầy bởi nước, và bị thay thế bởi dầu, các
đường cong áp suất mao dẫn và độ thấm tương đối drainage sẽ được xác định.
Quá trình này mô phỏng cho hiện tượng dầu di cư và nạp vào bẫy:

18


Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

Hình 1.8 Quá trình drainage
Quá trình đẩy pha không dính ướt (dầu) bởi pha dính ướt (nước) gọi là quá trình
imbibition. Quá trình này mô phỏng cho hiện tượng nước xâm nhập hay bơm ép nước.

Hình 1.9 Quá trình imbibition
Rời rạc hóa phương trình dòng chảy

19


Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

Hình 1.10 Mô hình dòng chảy 2 pha
Trong đó, độ dẫn truyền và độ linh động pha được xác định như sau:

Bởi vì độ bão hòa phụ thuộc đáng kể vào độ linh động hai pha, lời giải của
phương trình sẽ bị ảnh hưởng nhiều hơn bởi số hạng này so với trường hợp dòng chảy
một pha. Nhắc lại lời giải Buckley-Leverett đối với vấn đề sự dịch chuyển dầu bởi
nước trong hệ thống một chiều, chúng ta sẽ sử dụng nó để minh họa ảnh hưởng của độ
linh động đến lời giải độ bão hòa:

Hình 1.11 Sự dịch chuyển của nước qua môi trường lỗ rỗng.
20


Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

Ơ đây, đối với áp suất mao dẫn không đáng kể, nước sẽ di chuyển qua môi
trường lỗ rỗng một cách không liên tục về phía trước được minh họa ở hình 1.11.
Trong việc mô phỏng quá trình này, sử dụng hệ thống các ô lưới rời rạc, chúng ta nhận
thấy rằng kết quả phụ thuộc rất nhiều vào cách thức số hạng độ linh động được xấp xỉ.
Hai trường hợp được xem xét sử dụng dòng chảy của dầu giữa ô i và i + 1 là một ví
dụ:
-

Lựa chọn độ linh động upstream:

-

Lựa chọn độ linh động trung bình trọng lượng:

Các kết quả của hai lựa chọn này tính toán bởi chương trình mô phỏng được
minh họa trên hình 1.12. Khi số lượng nước giống nhau được bơm ép trong ba trường
hợp, các diện tích theo ba đường cong phải bằng nhau, và chỉ duy nhất vị trí chất lưu
phía trước bị thay đổi, cũng như độ lớn của độ bão hòa. Đối với dòng chảy giữa ô i và i
+ 1, độ thấm tương đối của ô i sẽ được xác định khi dòng chảy dừng lại (chẳng hạn ô
đạt đến độ bão hòa dầu dư). Nếu lựa chọn độ linh động là trung bình trọng lượng, ô i
trên thực tế có thể đạt tới độ bão hòa dầu dư, trong khi độ linh động của ô i +1 vẫn lớn
hơn 0. Do đó, dòng chảy ra ngoài ô i sẽ không dừng lại trước khi độ thấm tương đối
của ô i + 1 cũng có giá trị là 0. Mặt khác, đối với các kích cỡ ô lưới nhỏ, sai số có thể
không lớn, nhưng đối với các ô lưới có kích cỡ thực tế, nó trở thành một vấn đề quan
trọng.

Hình 1.12 Lựa chọn độ linh động

21


Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

Vì vậy, trong mô phỏng vỉa, lựa chọn độ linh động upstream thường được sử
dụng.
Lựa chọn độ linh động upstream:

Rời rạc hóa phương trình cho pha dầu

Ở vế phải:

trong đó phần thứ hai:

và phần thứ nhất:

Khi đó:

Với:

Và:
Rời rạc hóa phương trình cho pha nước

Ở vế phải:

22


Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

Trong đó phần thứ hai:

Với:

Và:
Rời rạc hóa phương trình dòng chảy cho hai pha dầu nước:

Lời giải phương trình dòng chảy cho hai pha dầu nước:

Lời giải áp suất:
trong đó:

23


Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

Lời giải độ bão hòa:

1.5 . Giới thiệu phần mềm Eclipse
Khi xây dựng mô hình số thủy động ở vùng mỏ có diện tích rộng lớn, đòi hỏi một
khối lượng tính toán đồ sộ. Điều này dẫn đến sự ra đời của các phần mềm kỹ thuật
nhằm đáp ứng nhu cầu tính toán trên. Hiện nay có khá nhiều phần mềm dùng để xây
dựng mô hình thủy động lực như ECLIPSE, CMG, RMS, T-Navigator. Trong giới hạn
đề tài của đồ án, tác giả sử dụng phần mềm ECLIPSE của Schlumberger (cụ thể là
ECLIPSE 100 cho mô hình Black Oil) để xây dựng mô hình số thủy động. ECLIPSE
100 được sử dụng để mô phỏng cho mô hình Black Oil, tức là mô hình giả định rằng
thành phần của các pha nước, dầu, khí đều được cấu tạo từ bởi cấu tử. Tất nhiên, trong
thực tế mỗi pha được cấu tạo từ rất nhiều cấu tử (Vd, pha khí có thành phần từ C1, C2,
C3, C4, CO2, H2S….), việc xây dựng mô hình như vậy rất phức tạp dựa trên ECLIPSE
300 (compositional model).
Để dự đoán chính xác sản lượng khai thác, mô hình mô phỏng phải khớp với lưu
lượng khai thác lịch sử. Sự hiểu biết về dữ liệu, kết hợp tính bất định và tỷ lệ ô lưới là
cần thiết cho việc xây dựng mô hình.
Một trong những phần quan trọng nhất của một nghiên cứu mô phỏng là phải thu
thập và đánh giá độ tin cậy dữ liệu đầu, dữ liệu phải đại diện chính xác đặc điểm khu

vực vỉa được nghiên cứu. Các giếng khai thác cung cấp thông tin bên trong vùng dẫn
lưu của giếng và một số thông tin tổng quát về đắc điểm khu vực xung quanh giếng.
Dữ liệu địa chấn cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc. Các thông tin địa chất khác
được suy luận hoặc ngoại suy.
Tất cả mô hình mô hình mô phỏng của vỉa và giếng được chọn dựa trên những
“điểm giá trị” trong mỗi ô lưới. Những điểm này đại diện cho những đối tượng lớn và
24


Chương 1

GVHD: Th.S Thái Bá Ngọc

phức tạp thông qua quá trình lấy trung bình hay làm thưa lưới (scale-up). Đó là quá
trình tập hợp các giá trị số học rời rạc thành một hệ thống liên tục. Cho nên, một số mô
hình có tính bất đồng nhất cao thì sẽ gây ra sự sai lệch đáng kể.
Chương trình được thiết kế để sử dụng file ASCII, có đuôi *.DATA. Các file
*.DATA được chia thành các module: RUNSPEC, GRID, EDIT, PROPS, REGIONS,
SOLUTION, SUMMARY, SCHEDULE. Trong mỗi module, sử dụng các từ khóa để
nhận dạng dữ liệu đầu vào, quy định dữ liệu đầu ra và định rõ điều kiện.
Bảng 0-2 Các module trong ECLIPSE
RUNSPEC

Miêu tả thông tin tổng quát của mô hình

GRID

Hình dạng lưới và các đặc tính cơ bản của đá chứa

EDIT

Hiệu chỉnh việc xử lý dữ liệu lưới (GRID)

PROPS

Các thuộc tính PVT và SCAL

REGIONS

Xác định thuộc tính của vỉa ở những khu vực khác nhau

SOLUTION

Xác định các giá trị ở điều kiện ban đầu

SUMMARY

Chọn giá trị để xuất ra kết quả
Các thông số liên quan đến giếng như vị trí, loại giếng,
lưu lượng, tình trạng khai thác (bơm ép), thông tin liên quan

SCHEDULE

đến thiết bị bề mặt.

1.5.1 . Xây dựng mô hình thủy động bằng mô hình ECLIPSE
ECLIPSE là chương trình hậu xử lý (post-processor) của các phần mềm để xây
dựng mô hình địa chất trước đó như Petrel, Roxar… Người dùng tạo một file đơn đầu
vào, chứa đầy đủ những mô tả về mô hình, bao gồm những thông tin về cấu trúc mỏ,
đặc tính chất lưu, đá chứa, điều kiện ban đầu, giếng và lưu lượng pha trong giếng và

các thiết bị bề mặt.
25