NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT BƠM ÉP KHÍ CO2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP BƠM ÉP KHÍ NƯỚC LUÂN PHIÊN ĐỂ TĂNG CƯỜNG THU HỒI DẦU MỎ SR, BỂ CỬU LONG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT VÀ DẦU KHÍ
----------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT BƠM ÉP KHÍ CO2 BẰNG
PHƯƠNG PHÁP BƠM ÉP KHÍ NƯỚC LUÂN PHIÊN ĐỂ TĂNG
CƯỜNG THU HỒI DẦU MỎ SR, BỂ CỬU LONG

SVTH: LÊ QUỐC NAM
MSSV: 31002017
CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA CHẤT DẦU KHÍ
CBHD: TSKH. NGUYỄN XUÂN HUY
KS. NGUYỄN LÂM QUỐC CƯỜNG

TP. Hồ Chí Minh tháng 12 năm 2014

SVTH: Lê Quốc Nam

1


MỤC LỤC

MỤC LỤC ....................................................................................................................... i
GIỚI THIỆU ................................................................................................................... i
1. Tính cấp thiết của đề tài ..........................................................................................iv
2. Mục đích của đề tài .................................................................................................iv
3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu ......................................................... v

4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................... v
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn..................................................................................v
5.1. Ý nghĩa khoa học ............................................................................................... v
5.2. Ý nghĩa thực tiễn................................................................................................ v
6. Các luận điểm bảo vệ ..............................................................................................vi
7. Khối lượng và cấu trúc luận văn .............................................................................vi
DANH SÁCH HÌNH ẢNH ........................................................................................... vi
DANH SÁCH BẢNG BIỂU .......................................................................................... x
DANH SÁCH CÔNG THỨC ...................................................................................... xi
DANH SÁCH VIẾT TẮT ...........................................................................................xii
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN .......................................................................... 1
1.1. Định luật Darcy .....................................................................................................1
1.2. Dòng chảy đa pha trong môi trường lỗ rỗng ......................................................... 2
1.3. Độ linh động và tỷ số linh động ............................................................................2
1.4. Hiệu suất đẩy và hiệu suất quét .............................................................................5
CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA KHÍ CO2 ................................................ 7
2.1. Tính chất vật lý chung của CO2 ............................................................................7
2.2. Độ hòa tan CO2 trong nước ...................................................................................8

SVTH: Lê Quốc Nam

i


2.3. Tỷ trọng và độ nhớt biến đổi theo nhiệt độ ........................................................... 9
2.4. Những ưu điểm và nhược điểm của khí CO2 so với các khí (N2, hydrocarbon)
trong bơm ép khí. .........................................................................................................9
2.4.1. Ưu điểm ..........................................................................................................9
2.4.2. Nhược điểm ..................................................................................................11
CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT BƠM ÉP KHÍ – PHƯƠNG PHÁP KHÍ NƯỚC LUÂN

PHIÊN (WAG) ............................................................................................................. 13
3.1. Các giai đoạn thu hồi dầu ....................................................................................13
3.1.1. Thu hồi dầu sơ cấp ........................................................................................ 13
3.1.2. Thu hồi dầu thứ cấp ...................................................................................... 13
3.1.3. Thu hồi dầu tam cấp ..................................................................................... 14
3.2. Tổng quan về bơm ép khí bằng phương pháp WAG ..........................................18
3.3. Phân loại bơm ép khí ........................................................................................... 20
3.3.1. Bơm ép khí bằng phương pháp WAG trộn lẫn (WAG miscible) .................20
3.3.2. Bơm ép khí bằng phương pháp WAG khơng trộn lẫn (WAG immiscible) ..26
3.4. Yếu tố ảnh hưởng đến hệ số thu hồi dầu trong bơm ép WAG............................ 27
3.4.1. Đặc tính của vỉa ............................................................................................ 27
3.4.2. Đặc tính của lưu chất ....................................................................................33
3.4.3. Thông số của vận hành WAG .......................................................................34
3.5. Thuận lợi và khó khăn của kỹ thuật bơm ép khí nước luân phiên (WAG) .........40
3.5.1. Thuận lợi .......................................................................................................40
3.5.2. Khó khăn .......................................................................................................41
CHƯƠNG 4: KHÁI QUÁT KHU VỰC VÀ TÌNH TRẠNG KHAI THÁC TẠI
KHU VỰC LẤY MẪU LÕI ........................................................................................ 42
4.1. Khái quát chung về mỏ SR .................................................................................42
4.2. Đặc trưng địa chất của tầng chứa mỏ SR ............................................................ 43
SVTH: Lê Quốc Nam

ii


4.3. Trữ lượng dầu khí tại chỗ và trữ lượng thu hồi...................................................43
4.4. Thực trạng khai thác tầng chứa Miocene hạ ....................................................... 43
4.5. Các phương pháp tăng cường thu hồi dầu phổ biến ở Việt Nam........................ 43
4.6. Nghiên cứu lựa chọn phương pháp tăng cường thu hồi dầu cho tầng chứa. ......44
4.7. Lựa chọn khí CO2 sử dụng trong phương pháp bơm ép WAG. .......................... 45

CHƯƠNG 5: CÔNG TÁC CHUẨN BỊ, QUY TRÌNH TIẾN HÀNH THÍ
NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TRÊN MẪU LÕI ..................................... 47
5.1. Mục tiêu ..............................................................................................................47
5.2. Chuẩn bị thí nghiệm ............................................................................................ 47
5.2.1. Chuẩn bị mẫu lõi ........................................................................................... 47
5.2.2. Chuẩn bị mẫu lưu chất ..................................................................................48
5.3. Thí nghiệm Hịa tan-Trương nở (Solubility Swelling Experiment)....................50
5.3.1. Mơ tả thiết bị thí nghiệm ..............................................................................50
5.3.2. Quy trình thí nghiệm ..................................................................................... 52
5.3.3. Kết quả thí nghiệm........................................................................................ 53
5.4. Thí nghiệm tìm hiểu áp suất trộn lẫn tối thiểu (Minimum Miscibility Pressure)
....................................................................................................................................61
5.4.1. Mơ tả thiết bị thí nghiệm ..............................................................................61
5.4.2. Quy trình thí nghiệm ..................................................................................... 63
5.4.3. Kết quả thí nghiệm........................................................................................ 64
5.5. Thí nghiệm bơm ép WAG trên mẫu lõi .............................................................. 71
5.5.1. Mơ tả thiết bị thí nghiệm ..............................................................................71
5.5.2. Quy trình thí nghiệm ..................................................................................... 77
5.5.3. Kết quả thí nghiệm........................................................................................ 84
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................. 89

SVTH: Lê Quốc Nam

iii


6.1. Kết luận ...............................................................................................................89
6.2. Kiến nghị .............................................................................................................90
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 91

SVTH: Lê Quốc Nam

iv


Giới thiệu

GIỚI THIỆU
Trong q trình khai thác mỏ dầu thơng thường, lượng dầu sót lại sau giai đoạn khai
thác sơ cấp và thứ cấp là rất lớn. Một phần đáng kể lượng dầu dư này có thể được thu
hồi đạt được lợi ích kinh tế bằng phương pháp bơm ép khí (Shahverdi, Sohrabi, và
Fatemi, 2013). Theo thống kê của Oil & Gas Journal (Guntis Moritis, 14 May 2001) cho thấy
rằng bơm ép khí CO2 đã và đang được áp dụng thành cơng tại Hoa Kỳ. Các dự án bơm

ép khí CO2 ngày càng được mở rộng về cả quy mô lẫn số lượng dự án với 80 dự án đang
được vận hành trên tổng số 160 dự án EOR (Oil and Gas Journal, 4/2002). Tính đến
năm 2002, sản lượng khai thác dầu bằng bơm ép khí CO2 chiếm 28% tổng sản lượng
thu hồi bằng các phương pháp EOR, khoảng 3.3% tổng sản lượng dầu thu hồi của Hoa
Kỳ. CO2 được xem như là một dung môi tuyệt vời cho bơm ép CO2 trộn lẫn. Nhưng nó
cũng tồn tại những ưu và nhược điểm cần được lưu ý khi sử dụng chúng trong một dự
án EOR.
Do đó, để khắc phục những nhược điểm của bơm ép khí CO2 thuần túy vốn có độ
linh động rất cao của khí CO2, kỹ thuật bơm ép khí nước luân phiên (Water Alternating
Gas) được đề xuất và áp dụng. Bơm ép khí luân phiên nước (WAG) cịn được gọi là
bơm ép kết hợp khí-nước (Combined gas and water injection: CGW) là một phương
pháp tăng cường thu hồi dầu (EOR) mà bơm ép khí-nước được thực hiện luân phiên tại
một vỉa trong một khoảng thời gian để cung cấp hiệu quả quét vi mô lẫn hiệu suất vĩ mô
và làm giảm tác động của hiện tượng phân dị trọng lực (Mahli & Scrivastava, 2012).
Thể tích bơm ép luân phiên của khí và nước làm gia tăng khả năng kiểm sốt tính linh
động và ổn định đới phía trước chuyển dịch (Stenby, Skauge, & Christensen, 2001).

Làm chuyển dịch dầu bằng bơm ép khí có hiệu suất đẩy tốt hơn chuyển dịch dầu bằng
bơm ép nước và quét dầu bằng bơm ép nước có hiệu suất quét tốt hơn qt dầu bằng
bơm ép khí. Vì vậy, việc kết hợp bơm ép khí nước luân phiên (WAG) để cải thiện thu
hồi dầu bằng cách tận dụng kết hợp ưu điểm để tăng cường hiệu quả đẩy của bơm ép
khí lẫn hiệu quả quét vĩ mô của bơm ép ngập nước (water flooding). Trao đổi thành phần
giữa dầu và khí trong q trình WAG cũng có thể dẫn đến tăng thu hồi dầu (Stenby et
al, 2001.).

SVTH: Lê Quốc Nam

i


Giới thiệu
Bơm ép khí chủ yếu được chia thành hai trường hợp trộn lẫn và khơng trộn lẫn; chất
khí sử dụng có hai loại là hydrocarbon và phi hydrocarbon. Khí hydrocarbon là các
parafin thấp phân tử (ví dụ như methane, ethane, propane và butan) và các loại khí phi
hydrocarbon là carbon dioxide và nitrogen. Tuy nhiên, trong khuôn khổ của luận văn
nghiên cứu phương pháp WAG với khí carbon dioxite (CO2) vì chúng có nhiều ưu điểm
vượt trội về tính chất hóa lý cũng như áp suất trộn lẫn tối thiểu (Minimum Miscible
Pressure) phù hợp với áp suất vỉa tại các mỏ của Việt Nam.
Nếu bơm ép khí xảy ra trên áp suất trộn lẫn tối thiểu (MMP), là quá trình WAG có
thể trộn lẫn (WAG miscible) và bơm ép khí dưới điểm MMP được gọi là WAG khơng
trộn lẫn (WAG immiscible). Cả bơm ép WAG trộn lẫn và không trộn lẫn đã được áp
dụng thành công với các loại khí khác nhau trên tồn thế giới đặc biệt là ở Mỹ, Canada,
Nga và Biển Bắc. Kết quả bơm ép WAG cải thiện thu hồi dầu trung bình trong khoảng
5% đến 10% (OOIP) nhưng khả năng thu hồi có thể tăng lên đến 20% như đã được báo
cáo trong một số mỏ (Stenby et al, 2001.). Mặc dù phương pháp bơm ép khí nước luân
phiên (WAG) đã được ứng dụng thành công rộng rãi nhưng cơ chế dịch chuyển thực tế
của dầu tham gia vào quá trình này vẫn chưa hoàn toàn được hiểu rõ (Righi et al, 2004.).

Điều này dẫn đến rất nhiều thí nghiệm, mơ hình hóa và mô phỏng số vào phương pháp
phục hồi WAG ngày càng được nghiên cứu rộng rãi.
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến bơm ép WAG là tính dính ướt của vỉa, độ bất đồng
nhất của vỉa, tính chất đá chứa, đặc tính lưu chất, kỹ thuật bơm ép và các thơng số vận
hành WAG (tỷ lệ WAG, thể tích chất lưu bơm ép, và chu kỳ) (Righi & Pascual, 2007).
Phương pháp WAG đã được áp dụng thành công cho các vỉa dầu có độ thấm cao lẫn
những vỉa có độ thấm rất thấp (Stenby et al, 2001).
Tại Việt Nam, mặc dù có rất nhiều cơng trình nghiên cứu về thu hồi dầu tăng cường
nhưng đến nay những dự án được ứng dụng vào thực tế cịn hạn chế. Tính đến hiện tại,
chỉ có một dự án bơm ép thử nghiệm khí hydrocarbon luân phiên nước tại mỏ Rạng
Đông, Việt Nam, điều hành bởi công ty Japan Vietnam Petroleum Corporation (JVPC).
Mỏ Rạng Đông bắt đầu khai thác từ tháng 8/1998 tại hai đối tượng chính là đá cát kết
tuổi Mioxen và đá móng nứt nẻ. Tính đến năm 2010, mỏ đã khai thác được khoảng 82
triệu thùng dầu và 80 triệu bộ khối khí từ tầng chứa Mioxen hạ với hệ số thu hồi dầu
SVTH: Lê Quốc Nam

ii


Giới thiệu
cuối cùng là 26,7%. Sản lượng khai thác trung bình hiện nay tại đối tượng này khoảng
16.000 thùng dầu/ngày và 15 triệu bộ khối khí ngày, độ ngập nước trung bình khoảng
55% . Bơm ép nước được tiến hành từ năm 2006 và cho đến nay mỏ đang trong giai
đoạn suy giảm sản lượng. Theo đánh giá ban đầu, hiệu quả của phương pháp bơm ép
WAG có thể làm tăng thêm thu hồi dầu tại đối tượng này khoảng 10 triệu thùng trong
giai đoạn 2011-2020, tương đương với tổng thu hồi đạt khoảng 35%. Phương pháp bơm
ép WAG đã được nghiên cứu thí nghiệm với MMP của khí đồng hành là khoảng 4800
psig (331 bar) (Phạm Đức Thắng, 2014).

SVTH: Lê Quốc Nam

iii


Giới thiệu
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, thế giới vẫn tiếp tục đặt tầm quan trọng của nguồn năng lượng hydrocarbon
lên hàng đầu. Khi nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu trên thế giới ngày càng tăng cao trong khi
các nguồn năng lượng tái tạo không thể đáp ứng được, thì cơng việc tìm kiếm các mỏ
dầu khí mới ngày càng trở nên thách thức và khó khăn hơn. Bên cạnh đó, chi phí phát
hiện mỏ mới khá cao và thường tập trung ở vùng có điều kiện tự nhiên bất lợi như vùng
nước sâu xa bờ, vùng cực,..nên cơng tác tiềm kiếm thăm dị cũng như khai thác dầu khí
địi hỏi các cơng nghệ tiên tiến hơn.
Trữ lượng dầu khí trên thế giới là có hạn và khơng có khả năng tái tạo. Vì vậy, vấn
đề đặt ra là làm thế nào để khai thác tối đá trữ lượng dầu cịn sót lại trong vỉa. Xuất phát
từ nhu cầu trên, vấn đề nghiên cứu thu hồi dầu tăng cường đã được mở ra và ngày càng
được chú trọng. Cũng giống như xu hướng chung trên thế giới thì các mỏ dầu ở Việt
Nam cũng đang trong giai đoạn suy giảm sản lượng, nên vấn đề này lại càng được quan
tâm hơn.
Cơng nghiệp dầu khí đóng một vai trị quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Việt
Nam, chiếm 30% GDP của cả nước, nên vấn đề đảm bảo duy trì sản lượng là rất cần
thiết. Vì vậy việc nghiên cứu lựa chọn các phương pháp hợp lý để tận thu dầu là rất thiết
yếu.
Bơm ép khí bằng phương pháp luân phiên khí nước (WAG) là một phương pháp khá
mới mẻ ở Việt Nam. Từ các báo cáo kết quả bơm ép WAG cải thiện thu hồi dầu trung
bình trong khoảng 5% đến 10% (OOIP) nhưng sự thu hồi tăng có thể lên đến 20% đã
được báo cáo trong một số mỏ (Stenby et al, 2001.) thì được cho là một phương pháp
có hiệu quả cao. Vì vậy, phương pháp WAG này rất cần thiết được nghiên cứu và áp
dụng tại điều kiện vỉa ở Việt Nam.
2. Mục đích của đề tài

Đánh giá khả năng trương nở của dầu tại mỏ SR khi trộn lẫn với khí CO2 trong thí
nghiệm hịa tan-trương nở (Solubility-Swelling Experiment) và tìm áp suất trộn lẫn tối
thiểu (Minimum Miscibility Pressure) phục vụ thí nghiệm bơm ép khí CO2 luân phiên
nước (WAG).

SVTH: Lê Quốc Nam

iv


Giới thiệu
Khảo sát khả năng cải thiện của hệ số thu hồi cuối cùng bằng cách sử dụng bơm ép
kết hợp khí CO2 và nước trên mẫu lõi với quy mơ phịng thí nghiệm.
Hệ số thu hồi dầu thơng qua bơm ép WAG sau bơm ép nước, bơm ép nước và bơm
ép WAG trước bơm ép nước được xác định và trình bày kết trên đồ thị thời gian.
3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng được khảo sát là mẫu lõi của mỏ SR, Bể Cửu Long.
Kỹ thuật bơm ép WAG tiến hành thí nghiệm trên mẫu lõi để đánh giá khả năng thu
hồi dầu tại những thời điểm bơm ép khác nhau (trước khi bơm ép nước thứ cấp, sau khi
bơm ép nước thứ cấp).
4. Phương pháp nghiên cứu
Tổng hợp và phân tích các tài liệu về các phương pháp thu hồi dầu tăng cường, các
thí nghiệm EOR, tài liệu lịch sử khai thác của mỏ SR, Bể Cửu Long. Tổng hợp các kết
quả thí nghiệm Hịa tan-Trương nở (Solubility Swelling Experiment), thí nghiệm tìm
MMP, thí nghiệm WAG trên mẫu lõi.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
5.1. Ý nghĩa khoa học
Luận văn nghiên cứu áp dụng kỹ thuật khai thác hợp lý nhằm tận thu dầu tầng chứa
cát kết Miocene hạ, mỏ SR từ nghiên cứu lý thuyết đến kết quả thực nghiệm trong phịng
thí nghiệm.

Luận văn chọn ra phương pháp gia tăng thu hồi dầu tối ưu dựa trên các điều kiện khai
thác thực tế và điều kiện vỉa của mỏ. Kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ góp phần kiểm
định tính hiệu quả của phương pháp khi áp dụng vào điều kiện vỉa của Việt Nam.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của luận văn rất cấp thiết và đáp ứng được yêu cầu thực tiễn khai
thác dầu khí hiện nay là nâng cao hệ số thu hồi dầu nhằm tận thu dầu tầng cát kết
Miocene hạ mỏ SR cũng như các mỏ dầu khác tại Việt Nam trong giai đoạn suy giảm
sản lượng.

SVTH: Lê Quốc Nam

v


Giới thiệu
Phương pháp bơm ép khí nước luân phiên đã được áp dụng phổ biến trên thế giới,
nhưng ở Việt Nam hiện vẫn trong giai đoạn nghiên cứu ứng dụng. Do vậy, kết quả
nghiên cứu kiểm định tính hiệu quả cũng như ưu nhược điểm của phương pháp bơm ép
WAG với khí CO2 này cũng góp phần thúc đẩy cơng việc nghiên cứu chuyên sâu về
phương pháp hơn đối với điều kiện vỉa của Việt Nam.
6. Các luận điểm bảo vệ
Hiệu quả của phương pháp WAG phụ thuộc vào loại khí được bơm ép. Do đó, qua
Thí nghiệm hịa tan trương nở dầu (Solubility Swelling Experiment) cho thấy khí CO2
làm giảm độ nhớt của dầu, ảnh hưởng trực tiếp đến độ linh động của dầu, cải thiện hiệu
suất đẩy. Qua đó, thí nghiệm này chứng minh dầu khi trộn lẫn với khí CO2 có khả năng
trương nở rất tốt.
Áp suất trộn lẫn tối thiểu (MMP) của dầu vỉa với khí CO2 của tầng Miocene hạ, mỏ
SR, bể Cửu Long là 2950 psig (203.4 bar).
Bơm ép WAG trước bơm ép nước có thể thu hồi khoảng 88.6% lượng dầu trong mẫu,
trong khi bơm ép nước chỉ đạt hiệu quả thu hồi khoảng 68,6%. Bơm ép WAG tại thời

điểm sau bơm ép nước sẽ tận thu thêm được 17,9%.
7. Khối lượng và cấu trúc luận văn
Luận văn bao gồm phần giới thiệu, danh sách hình ảnh, bảng biểu, cơng thức và danh
sách viết tắt; 6 chương nội dung và tài liệu tham khảo.

SVTH: Lê Quốc Nam

vi


Danh sách hình ảnh

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Mơ tả dịng chảy trong mơi trường lỗ rỗng của bơm ép nước và khí ..... T 2
Hình 1.2: Hiện tượng tỏa ngón tại tỷ số linh động (M) khác nhau theo Habermann
(1960)........................................................................................................................... T 4
Hình 1.3: Ảnh hưởng của tỷ số linh động lên hiệu suất thu hồi của bơm ép ngập
nước (S.M. Farouq Ali and S. Thomas, 1994) ............................................................ T 5
Hình 1.4: Hiệu suất đẩy và hiệu suất quét............................................................... T 5
Hình 2.1: Biểu đồ pha CO2 ..................................................................................... T 7
Hình 2.2: Đồ thị biểu diễn độ hòa tan CO2 vào nước theo nhiệt độ và áp suất ...... T.8
Hình 2.3: Độ hịa tan của hydrocarbon ................................................................ T. 11
Hình 3.1: Sơ đồ các phương pháp thu hồi dầu tăng cường ................................... T 16
Hình 3.2: Sơ đồ bơm ép WAG .............................................................................. T 17
Hình 3.3: Đồ thị ba thành phần ............................................................................. T 21
Hình 3.4: Biều đồ pha ba thành phần nhẹ (1), trung bình (2) và nặng (3) ............ T 22
Hình 3.5: Đồ thị pha ba thành phần cơ chế hóa hơi .............................................. T 24
Hình 3.6: Đồ thị pha ba thành phần cơ chế khí ngưng tụ ..................................... T 25
Hình 3.7: Mơ tả cơ chế bơm ép khí khơng trộn lẫn qua mơ hình kênh rỗng đơi .. T 27

Hình 3.8: (a) Đồ thị đường cong độ thấm pha khí-dầu và độ bão hịa nước; (b) Đồ
thị đường cong pha khí-dầu và độ bão hịa khí. Thành hệ dính ướt nước. ................ T 30
Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn hai q trình tháo khơ và hấp thụ của pha khí (Ole
Andreas-Knappskog, 2012) ....................................................................................... T 31
Hình 3.10: Các trường hợp có thể xảy ra khi bơm ép WAG với CO2 .................. T 34
Hình 3.11: Ảnh hưởng của tổng slug size lên hệ số thu hồi (Andrew, 1985) ....... T 36
Hình 3.12: Ảnh hưởng của tỷ số WAG lên hệ số thu hồi (Andrew, 1985) .......... T 37
SVTH: Lê Quốc Nam

vi


Danh sách hình ảnh
Hình 3.13: Ảnh hưởng của tốc độ dòng bơm ép đến hệ số thu hồi
(Blackwell, 1960) ...................................................................................................... T 39
Hình 4.1: Vị trí địa lý mỏ SR, bể Cửu Long ......................................................... T 42
Hình 5.1: Thiết bị thí nghiệm trương nở dầu ........................................................ T 50
Hình 5.2 Sơ đồ thiết bị thí nghiệm trương nở dầu ................................................ T 51
Hình 5.3: Nhớt kế từ tính điện áp suất cao (a high pressure electro magneticviscometer) ................................................................................................................ T 53
Hình 5.4: Đồ thị Áp suất bão hịa/Áp suất điểm sương với
phần mol khí bơm ép ................................................................................................ T 54
Hình 5.5: Đồ thị Thể tích trương nở với phần mol khí bơm ép ............................ T 55
Hình 5.6: Đồ thị Phần trăm thể tích chất lỏng với áp suất .................................... T 56
Hình 5.7: Đồ thị Độ nhớt tại áp suất bão hịa với phần mol khí bơm ép .............. T 57
Hình 5.8: Đồ thị Độ nhớt với áp suất tại 1960F .................................................... T 57
Hình 5.9: Đồ thị Áp suất và phần mol của khí bơm ép (% Thể tích chất lỏng trên thể
tích tại áp suất bão hịa 1960F) .................................................................................. T 58
Hình 5.10: Thiết bị thí nghiệm slimtube xác định MMP ...................................... T 62
Hình 5.11: Sơ đồ thiết bị đo áp suất trộn lẫn tối thiểu ......................................... T 62
Hình 5.12: Hệ số thu hồi dầu cộng dồn cho trường hợp bơm ép 1.2 PV (%) với áp

suất (psig) .................................................................................................................. T 65
Hình 5.13: Đồ thị biểu diễn đường thu hồi dầu tích dồn và đường tỷ số khí-dầu tại
cấp áp suất 2500 psig ................................................................................................. T 66
Hình 5.14: Đồ thị biểu diễn đường thu hồi dầu tích dồn và đường tỷ số khí-dầu tại
cấp áp suất 2650 psig ................................................................................................. T 67
Hình 5.15: Đồ thị biểu diễn đường thu hồi dầu tích dồn và đường tỷ số khí-dầu tại
cấp áp suất 2800 psig ................................................................................................. T 68

SVTH: Lê Quốc Nam

vii


Danh sách hình ảnh
Hình 5.16: Đồ thị biểu diễn đường thu hồi dầu tích dồn và đường tỷ số khí-dầu tại
cấp áp suất 2950 psig ................................................................................................. T 69
Hình 5.17: Đồ thị biểu diễn đường thu hồi dầu tích dồn và đường tỷ số khí-dầu tại
cấp áp suất 3100 psig ................................................................................................. T 70
Hình 5.18: Sơ đồ hệ thống bơm ép ngập mẫu ....................................................... T 72
Hình 5.19: Bộ đo chênh áp (A: Differential Pressure Transducer)....................... T 73
Hình 5.20: Mẫu lõi bọc nhựa dài 6ft (B: 6-ft Core with Epoxy Coating)............. T 73
Hình 5.21: Giá đỡ mẫu lõi 1 ft (B: 1ft Core holder) ............................................. T 74
Hình 5.22: Bình chứa chuyển đổi chất lưu (Fluid Transfer Vessel) (C) ............... T 74
Hình 5.23: Bơm đẩy đẳng áp Ruska (D: Ruska Positive Displacement Pump) ... T 75
Hình 5.24: Thiết bị điều chỉnh đối áp (E: Backpressure Regulator) ..................... T 75
Hình 5.25: Máy bơm rửa mẫu (F: Cleanup Centrifugal Pump) ............................ T 76
Hình 5.26: Cân điện tử (G: Electronic Balances) ................................................. T 76
Hình 5.27: Thiết bị thu thập dữ liệu
(H: Field Point Data Acquisition Hardware) ............................................................. T 76
Hình 5.28: Thiết bị đọc áp suất (I: Pressure Readout) .......................................... T 77

Hình 5.29: Máy đo sắc ký khí (J: Gas Chromatograph) ....................................... T 77
Hình 5.30: Đồ thị biểu diễn hệ số thu hồi tích dồn với thể tích lưu chất được
bơm ép ....................................................................................................................... T 85
Hình 5.31: Đồ thị biểu diễn hệ số thu hồi tích dồn và thể tích chất lưu bơm ép trong
bơm ép WAG sau bơm ép nước ................................................................................ T 86
Hình 5.32: Đồ thị biểu diễn hệ số thu hồi tích dồn và thể tích chất lưu bơm ép trong
bơm ép WAG sau bơm ép nước ................................................................................ T 86
Hình 5.33: Đồ thị biểu diễn hệ số thu hồi tích dồn theo thể tích bơm ép ............. T 87

SVTH: Lê Quốc Nam

viii


Danh sách bảng biểu

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Độ hòa tan của CO2 trong nước theo áp suất và nhiệt độ ....................... T 8
Bảng 2.2: Biến đổi tỷ trọng và độ nhớt theo áp suất, nhiệt độ ................................ T 9
Bảng 2.3: Bảng so sánh tính chất của ba khí CO2, N2, hydrocarbon .................... T 10
Bảng 4.1: So sánh điều kiện áp dụng phương pháp WAG ................................... T 45
Bảng 5.1: Thông số mẫu lõi X .............................................................................. T 47
Bảng 5.2: Bảng tính chất lưu chất đơn pha tại 1960 F .......................................... T 48
Bảng 5.3. Thành phần dầu tại mỏ SR, bể Cửu Long ............................................ T 49
Bảng 5.4: Tóm tắt dữ liệu kết quả thí nghiệm Trương nở dầu tại nhiều cấp mol khí
được bơm ép .............................................................................................................. T 53
Bảng 5.5: Kết quả thí nghiệm tại áp suất 1960F (chất lưu vỉa ban đầu) ............... T 50
Bảng 5.6: Thông số mẫu slimtube......................................................................... T 64
Bảng 5.7: Tóm tắt dữ liệu thí nghiệm Áp suất trộn lẫn tối thiểu .......................... T 64

Bảng 5.8: Các thông số áp dụng vào bơm ép WAG ............................................. T 83
Bảng 5.9: Bảng tóm tắt kết quả thí nghiệm........................................................... T 84

SVTH: Lê Quốc Nam

x


Danh sách cơng thức

DANH SÁCH CƠNG THỨC

Cơng thức 1.1: Định luật Darcy .............................................................................. T 1
Công thức 1.2: Độ linh động của dầu ..................................................................... T 2
Công thức 1.3: Độ linh động của nước ................................................................... T 2
Công thức 1.4: Tỷ số độ linh động .......................................................................... T 3
Công thức 1.5: Hiệu suất đẩy .................................................................................. T 6
Công thức 1.6: Hiệu suất quét ................................................................................. T 6
Công thức 1.7: Hiệu suất thu hồi tổng .................................................................... T 6
Cơng thức 3.1: Tỷ số linh động trong q trình bơm ép khí ................................. T 18
Cơng thức 3.2: Tỷ số trọng lực nhớt ..................................................................... T 19
Công thức 3.3: Độ rỗng ......................................................................................... T 29
Công thức 3.4: Độ thấm tương đối của dầu ......................................................... T 29
Công thức 3.5: Độ thấm tương đối của nước ........................................................ T 29
Công thức 3.6: Độ thấm tương đối của khí ........................................................... T 30
Cơng thức 3.7: Tổng độ bão hịa ........................................................................... T 32
Cơng thức 3.8: Tỷ số trọng lực nhớt ..................................................................... T 38
Cơng thức 5.1: Tiêu chí tỷ lệ của Leas và Rappaport ........................................... T 78
Công thức 5.2: Tính tốn độ thấm tuyệt đối bằng phương trình Darcy ................ T 80

SVTH: Lê Quốc Nam

xi


Danh sách viết tắt

DANH SÁCH VIẾT TẮT

WAG: Khí luân phiên nước.
OOIP: Trữ lượng tại chỗ ban đầu.
MMP: Áp suất trộn lẫn tối thiểu (psig).
PV: Thể tích lỗ rỗng (ml).
HCPV: Thể tích lỗ rỗng chứa hydrocacbon.
VGR: tỷ số giữa lực ngang trên lực đứng
IHCPV: Thể tích lỗ rỗng chứa hydrocacbon ban đầu.
GOR: tỷ số khí-dầu (scf/bbl).

SVTH: Lê Quốc Nam

xii


Chương 1: Khái niệm cơ bản

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1. Định luật Darcy
Định luật Darcy được phát triển bởi kỹ sư người Pháp Henry Darcy, là định luật nền
tảng được sử dụng để mơ tả dịng chảy lưu chất trong môi trường lỗ rỗng. Định luật mô

tả mối quan hệ giữa lưu lượng dòng chảy với chênh lệch áp suất, khi chất lưu không
chịu nén chảy qua môi trường lỗ rỗng có chiều dài L và tiết diện A. Tốc độ dịng chảy
phụ thuộc vào diện tích và chiều dài của môi trường rỗng, độ nhớt của chất lỏng chảy
và áp suất. Định luật Darcy được thể hiện bằng tốn học như sau:
Q=

k A ∆p
μ L

(Cơng thức 1.1)

Trong đó:
Q: là lưu lượng dòng chảy qua lỗ rỗng [cm3/s]
k: độ thấm [D]
µ: độ nhớt [cP]
∆p : chênh lệch áp suất trong môi trường [atm]
L, A: chiều dài của môi trường (cm) và tiết diện ngang của dòng chảy [cm2]
Định luật Darcy chỉ áp dụng trong một số điều kiện sau:


Dòng chảy tầng.



Dịng chảy ổn định.



Chất lưu khơng chịu nén.



Thành hệ đồng nhất.

Nước là chất lưu khơng chịu nén và khí là lưu chất chịu nén. Tuy nhiên khí có thể
ứng xử như chất lỏng dưới điều kiện áp suất cao và kết quả là trở thành chất lưu không
chịu nén.

SVTH: Lê Quốc Nam

1


Chương 1: Khái niệm cơ bản
1.2. Dòng chảy đa pha trong mơi trường lỗ rỗng
Dịng chảy đa pha được hiểu là dịng chảy có nhiều hơn một pha trong mơi trường lỗ
rỗng tại cùng một thời điểm. Dòng lưu chất chảy qua mơi trường lỗ rỗng có thể ổn định
hoặc khơng ổn định. Trong dịng chảy ổn định, tất cả các tính chất vĩ mơ (lưu lượng, vận
tốc,…) khơng thay đổi theo thời gian. Trong khi đó dịng chảy khơng ổn định thì những
tính chất ấy thay đổi theo thời gian. Các thơng số ảnh hưởng đến dịng chảy đa pha là:
độ bão hịa, tính dính ướt, áp suất mao dẫn, sức căng bề mặt và độ thấm tương đối.
Thông thường dòng chảy 2 pha phổ biến liên quan đến phương pháp thu hồi dầu; nó có
thể là dầu và khí, dầu và nước hoặc dầu và chất hịa tan của chất hoạt động bề mặt hoặc
polymer. Dòng chảy 3 pha thì liên quan đến dịng chảy của khí, nước, dầu trong mơi
trường rỗng.

Hình 1.1: Mơ tả dịng chảy trong mơi trường lỗ rỗng của bơm ép nước và khí
1.3. Độ linh động và tỷ số linh động
Độ linh động của lưu chất bằng độ thấm tuyệt đối của lưu chất chia cho độ nhớt của
lưu chất.(Tarek, 2001).

λo =

k o k k ro
=
μ0
μo

(Công thức 1.2)

λw =

k w k k rw
=
μw
μw

( Công thức 1.3)

SVTH: Lê Quốc Nam

2


Chương 1: Khái niệm cơ bản
Với:
λo : độ linh động của dầu [ D/cP].
λw : độ linh động của nước [D/cP].
k o , k w : độ thấm pha dầu và độ thấm pha nước [D].
k ro , k rw : độ thấm tương đối của dầu và độ thấm tương đối của nước
Độ linh động của chất lưu được bơm ép trong phương pháp WAG ảnh hưởng đến

tính ổn định của đới phía trước chuyển dịch (the stability of displacement front). Đới
này được hiểu chính là thể tích chất bơm ép được tiếp xúc với đới dầu. Kiểm soát độ
linh động thích hợp có thể làm tăng hiệu suất thu hồi dầu.
Khi một chất lưu đẩy một chất lưu khác thì tỷ số linh động (M) được định nghĩa là tỷ
số giữa độ linh động của chất lưu đẩy với độ linh động của chất bị đẩy.

M=

λChất đẩy
λChất bị đẩy

Kg
+
(λg + λW )
μg
=
=
K
(λo + λW )
( o+
μo
(

Kw
)
μw
Kw
)
μw

(Công thức 1.4)

Trong đó:
M: tỷ số linh động trong bơm ép khí nước luân phiên.
𝜆𝐶ℎấ𝑡 đẩ𝑦 : độ linh động của nước và khí.
𝜆𝐶ℎấ𝑡 𝑏ị đẩ𝑦 : độ linh động của dầu và nước.
𝐾𝑔 , 𝐾𝑤 , 𝐾𝑜 : độ thấm của khí, nước và dầu [D].
𝜇𝑔 , 𝜇𝑤 , 𝜇𝑜 : độ nhớt của khí, nước và dầu [cP].
Khi tỷ số M < 1, thì ranh giới dầu nước dịch chuyển ổn định và q trình được diễn
ra như pittơng đẩy.
Khi tỷ số M > 1, ranh giới dầu nước dịch chuyển khơng ổn định, tạo lưỡi nước và
hiện tượng tỏa ngón.

SVTH: Lê Quốc Nam

3


Chương 1: Khái niệm cơ bản
Hình 1.2 cho thấy hiện tượng tỏa ngón tại tỷ số linh động (M) khác nhau theo
Habermann (1960). Hình ảnh cho thấy hiện tượng khí đẩy dầu ở đới phía trước chuyển
dịch hình dạng giống ngón tay, hình ảnh tiêu biểu cho mơ hình bơm ép 5 điểm ở những
giá trị tỷ số linh động khác nhau. Tại tỷ số linh động là 0.15, cho thấy đới phía trước
chuyển dịch ổn định và khơng xảy ra hiện tượng phân tỏa dạng ngón. Hiệu suất quét
diện tích đạt đến 95%. Tại tỷ số linh động (M) là 1 thì đới chuyển dịch kém ổn định hơn
so với khi M=0.15, hiệu suất quét diện tích đạt 80%. Với M=71.5, hiện tượng phân tỏa
dạng ngón chiếm ưu thế, hiệu suất qt diện tích chỉ đạt 40%. Do đó, dựa vào giá trị tỷ
số linh động, sự xuất hiện của hiện tượng phân tỏa dạng ngón trong đới chuyển dịch có
thể dự báo được chính xác.

Hình 1.2: Hiện tượng tỏa ngón tại tỷ số linh động (M) khác nhau theo Habermann
(1960)
Hình 1.3 cho thấy hiệu suất phương pháp bơm ép nước phụ thuộc vào tỷ số linh động,
tỷ số linh động càng dần về 1, nước dịch chuyển ổn định, làm tăng hiệu suất quét diện
tích, dẫn đến dầu được đẩy ra nhiều hơn.

SVTH: Lê Quốc Nam

4


Chương 1: Khái niệm cơ bản

Hình 1.3: Ảnh hưởng của tỷ số linh động lên hiệu suất thu hồi của bơm ép ngập
nước (S.M. Farouq Ali and S. Thomas, 1994)
1.4. Hiệu suất đẩy và hiệu suất quét
Hiệu suất đẩy hay cịn gọi là hiệu suất với quy mơ kênh rỗng (microscopic efficiency)
và hiệu suất qt thể tích hay cịn gọi là hiệu suất với quy mơ lớn tồn mỏ (macroscopic
efficiency) được dùng để đánh giá mức độ thành công của phương pháp bơm ép (có thể
là khí, nước hoặc WAG) (Speight, 2009). Hiệu suất đẩy là tỷ lệ lượng dầu được đẩy ra
khỏi lỗ rỗng bởi chất lưu bơm ép. Hiệu suất qt thể tích là thể tích phần có thể làm
ngập của vỉa được tiếp xúc với chất lưu bơm ép (Tarek, 2001).

Hình 1.4: Hiệu suất đẩy và hiệu suất quét
SVTH: Lê Quốc Nam

5


Chương 1: Khái niệm cơ bản

Cơng thức tốn học:
𝐸𝑑 =

𝑆𝑜𝑖 − 𝑆𝑜𝑟
𝑆𝑜𝑖

𝐸𝑣 = 𝐸𝐴 × 𝐸𝐼

(𝐶ơ𝑛𝑔 𝑡ℎứ𝑐 1.5)
(𝐶ơ𝑛𝑔 𝑡ℎứ𝑐 1.6)

Trong đó:
Ed: Hiệu suất đẩy (%)
Soi: Độ bão hịa ban đầu
Sor: Độ bão hịa dầu dư
Ev: Hiệu suất qt thể tích (%)
EI: Hiệu suất quét đứng (%)
EA: Hiệu suất quét diện tích (%).
Hiệu suất quét diện tích là tỷ số của phần diện tích xâm lấn hoặc tiếp xúc bởi chất lưu
bơm ép.
Hiệu suất quét đứng là tỷ số của tổng chiều cao vỉa tiếp xúc với chất lưu bơm ép so
với tổng chiều cao của vỉa.
Tích số của hai hiệu suất quét trên (diện tích và đứng) là hiệu suất quét thể tích. Hiệu
suất quét thể tích là tỷ lệ của thể tích vỉa có thể qt được hay tiếp xúc được bằng nước
bơm ép. Hiệu suất thu hồi dầu tổng là tích số của hiệu suất đẩy Ed và hiệu suất qt thể
tích Ev (Thakur & Satter, 1998).
Cơng thức tốn học:
𝐸 = 𝐸𝑑 × 𝐸𝑣

(𝐶ơ𝑛𝑔 𝑡ℎứ𝑐 1.7)

Trong đó, E là hiệu suất thu hồi tổng (%).

SVTH: Lê Quốc Nam

6


Chương 2: Tính chất lý hóa của khí CO2

CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA KHÍ CO2

2.1. Tính chất vật lý chung của CO2
CO2 tinh khiết là chất không màu, không mùi, trơ và không cháy. Khối lượng mol tại
điều kiện tiêu chuẩn là 44.010 g/mol–nặng gấp 1.5 lần so với khơng khí. CO2 sẽ tồn tại
ở trạng thái rắn khi ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp, trạng thái của CO2 phụ thuộc
nhiều vào nhiệt độ và áp suất (hình 2.1). Ở nhiệt độ -56.60C và 75 psig, CO2 ở trạng thái
giao thoa của ba trạng thái rắn, lỏng và khí, hay cịn gọi là điểm “triple”. Bên dưới điểm
nhiệt độ tới hạn, CO2 có thể tồn tại ở cả thể lỏng lẫn thể khí trong một phạm vi biến đổi
lớn của áp suất. Bên trên điểm nhiệt độ tới hạn, CO2 sẽ tồn tại ở thể khí bất kể áp suất
nào. Tuy nhiên, tại áp suất cao hơn điểm áp suất siêu tới hạn (supercritical pressures)
CO2 tồn tại ở cả hai trạng thái lỏng và khí. Trong điều kiện áp suất cao, tỷ trọng của CO2
có thể thay đổi trong khoảng rất rộng và có thể đạt tới xấp xỉ tỷ trọng của dầu.

Hình 2.1: Biểu đồ pha CO2.
CO2 đặc biệt được quan tâm trong việc nâng cao hệ số thu hồi dầu do có tính chất lưu
biến quan trọng và mức độ hòa tan vào nước. Khi ở nhiệt độ 150C và 14.6 pisg một thể
tích nước hấp thụ 1 thể tích khí CO2. Khoảng một phần trăm khí CO2 tan vào nước tạo
thành axit cacbonic, tạo thành dung dịch có độ pH khoảng 3.2 đến 3.7. Hàm lượng CO2
hấp thụ tỷ lệ thuận với áp suất, tại nhiệt độ 150C và 58.8 psig, một thể tích nước hịa tan

được 4 thể tích CO2.
SVTH: Lê Quốc Nam

7


Chương 2: Tính chất lý hóa của khí CO2
2.2. Độ hịa tan CO2 trong nước

Hình 2.2: Đồ thị biểu diễn độ hòa tan CO2 vào nước theo nhiệt độ và áp suất
(Ram B. Gupta, 2007)
Độ hịa tan của khí CO2 từ đồ thị trên cho thấy nó tỷ lệ nghịch với nhiệt độ và tỷ lệ
thuận với áp suất. Tuy nhiên, độ hòa tan của CO2 lớn hơn độ hòa tan của hydrocarbon
(CH4 , C2, C3, C4) vốn tan ít trong nước và N2 tan rất ít trong nước.
T (0C, 0K)

500C (323.150K)

P (psig và bar)

Solubility (kg/m3)

1470 psig (101.325 bar)

0.750

2200 psig (151.988 bar)

1.790

3674 psig (253.313 bar)

2.400

1470 psig (101.325 bar)

0.650

2200 psig (151.988 bar)

1.800

2940 psig (202.650 bar)

3.020

3674 psig (253.313 bar)

3.740

800C (353.150K)

Bảng 2.1: Độ hòa tan của CO2 trong nước theo áp suất và nhiệt độ
(Ram B. Gupta, 2007)
SVTH: Lê Quốc Nam

8