Đồ án: Nghiên cứu tìm hiểu phương pháp bơm ép nước duy trì áp suất vỉa block X mỏ Đại Hùng

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM
KHOA DẦU KHÍ
------------

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ MỎ
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP BƠM ÉP NƯỚC ĐỂ
DUY TRÌ ÁP SUẤT VỈA CHO BLOCK X MỎ ĐẠI HÙNG

SINH VIÊN THỰC HIỆN:
Phan Thanh Nhân
MSSV: 04PET110013
Lê Minh Trường
MSSV: 04PET110019
Lớp: K4KKT
Khóa: 2014-2019
Người hướng dẫn: Ths. Nguyễn Hữu Trường

Bà Rịa, Tháng 12/2018


TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM
KHOA DẦU KHÍ
------------

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ MỎ
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP BƠM ÉP NƯỚC ĐỂ
DUY TRÌ ÁP SUẤT VỈA CHO BLOCK X MỎ ĐẠI HÙNG

SINH VIÊN THỰC HIỆN:

Phan Thanh Nhân
MSSV: 04PET110013
Lê Minh Trường
MSSV: 04PET110019
Lớp: K4KKT
Khóa: 2014-2019
Người hướng dẫn: Ths. Nguyễn Hữu Trường

Bà Rịa, Tháng 12/2018


ĐỒ ÁN ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM

Người hướng dẫn chính:..............................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị)

Người hướng dẫn phụ (nếu có):...................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị)

Người chấm phản biện:............................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị)

Đồ án được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM ĐỒ ÁN MÔN HỌC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM
Ngày ... tháng ... năm …..

i

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA DẦU KHÍ

ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Họ và tên SV: Phan Thanh Nhân

MSSV: 04PET110013

Lê Minh Trường

MSSV: 04PET110019

Ngành: Kỹ thuật dầu khí

Lớp: K4KKT

1. Tên đồ án môn học: Nghiên cứu phương pháp bơm ép nước để duy trì áp suất
vỉa cho Block X mỏ Đại Hùng
2. Nhiệm vụ (Nội dung và số liệu ban đầu):
Tìm hiểu các công nghệ bơm ép nước và xử lý nước hiện nay. Tìm hiểu lý
thuyết tính toán các thông số vận hành hệ thống bơm ép. Áp dụng cơ sở lý thuyết để
lựa chọn công nghệ và tính toán các thông số vận hành hệ thống bơm ép cho một mỏ
dầu khí X cụ thể.
Số liệu ban đầu:

Nội dung đồ án: Chương 1: Cơ sở lý thuyết Bơm ép nước.
Chương 2: Tính toán vận hành các thông số bơm ép nước
theo phương pháp CGM.
Chương 3: Mô phỏng Eclipse và đánh giá hiệu quả các
phương án bơm ép nước Block X mỏ Đại
Hùng
3. Ngày giao đồ án môn học: 20/9/2018.
4. Ngày hoàn thành đồ án môn học: 17/12/2018.
5. Họ tên người hướng dẫn: Ths. Nguyễn Hữu Trường.
Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày….tháng….năm….
HIỆU TRƯỞNG
(Ký, ghi rõ họ tên)

TRƯỞNG PHÒNG ĐÀO TẠO
(Ký, ghĩ rõ họ tên)

ii

NGƯỜI HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)


LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi xin cam đoan những kết quả nghiên cứu được trình bày trong đồ án này
là hoàn toàn trung thực, không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ và pháp
luật Việt Nam. Nếu sai, chúng tôi sẽ hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật.
ĐẠI DIỆN TÁC GIẢ ĐỒ ÁN
(Ký và ghi rõ họ tên)

Phan Thanh Nhân

iii


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến các thầy cô thuộc Khoa Dầu Khí –
Trường Đại học Dầu khí Việt Nam lời cảm ơn chân thành vì đã đem tri thức và tâm
huyết của mình để truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý báu, những kinh
nghiệm bổ ích cùng những bài học quan trọng về cuộc sống để chúng em có đầy đủ tri
thức và kỹ năng để phục vụ cho công việc trong tương lai.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ths. Nguyễn Hữu Trường, giảng viên trường Đại
học Dầu khí Việt Nam, người đã tận tâm truyền dạy những kiến thức bổ ích cho chúng
em trên giảng đường và cũng là người hướng dẫn, giúp đỡ, giải đáp những thắc mắc
trong quá trình thực hiện đồ án này.
Qua đồ án này, em đã có thêm nhiều kinh nghiệm bước đầu và thực sự có thêm sự
tự tin để sau này tiếp tục phát huy những gì đã học được và trau dồi thêm những kiến
thức mới. Do đây là lần đầu tiên thực hiện, kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh
khỏi nhiều điều sai sót. Kính mong quý thầy, cô đóng góp ý kiến thêm để em có thể phát
triển tốt đề tài này.
ĐẠI DIỆN TÁC GIẢ ĐỒ ÁN
(Ký và ghi rõ họ tên)

Phan Thanh Nhân

iv


MỞ ĐẦU
Dầu khí là nguồn tài nguyên có tính chất chiến lược, đóng vai trò quan trọng trong
gia tăng ngân sách quốc gia, ảnh hưởng tới tất cả các ngành kinh tế khác, đồng thời nó

còn có vai trò điều tiết các quan hệ chính trị quốc tế. Chính vì thế tầm quan trọng của
dầu khí trong mỗi quốc gia là không thể phủ nhận được.
Ở Việt Nam, công nghiệp dầu khí còn đóng góp 20-30 % vào ngân sách Nhà Nước
hằng năm. Tuy nhiên, trong những năm trở lại đây, chúng ta đang phải đương đầu với
một số thách thức như: Trữ lượng dầu mỏ đang giảm xuống do tốc độ khai thác cao hơn
so với tốc độ tìm kiếm- thăm dò, điều kiện địa chất đặc thù của mỏ gây khó khăn cho
quá trình khoan- khai thác, khủng hoảng giá dầu khiến công nghiệp khoan- khai thác
dầu khí điêu đứng, các mỏ dầu khí lớn ở Việt Nam đang rơi vào giai đoạn khai thác thứ
cấp.
Trong quá trình khai thác dầu, thông thường sau giai đoạn khai thác sơ cấp và thứ
cấp còn một lượng dầu rất lớn, từ 2/3 đến 4/5 trữ lượng bị giữ lại trong các cấu trúc xốp,
vi nứt nẻ của đá vỉa rất khó khai thác. Ngày nay chúng ta đã sử dụng rất nhiều phương
pháp để tăng cường thu hồi một phần nào đó lượng dầu này, tùy thuộc vào điều kiện
thực tế của từng mỏ mà ta sử dụng các phương pháp: Phương pháp nhiệt, phương pháp
bơm ép nước và khí, phương pháp hóa học. Trong đó phương pháp đang được sử dụng
nhiều nhất là phương pháp bơm ép nước để duy trì áp suất vỉa và tăng sản lượng khai
thác.

v


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ iv
MỞ ĐẦU..................................................................................................................... v
MỤC LỤC .................................................................................................................. vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ ix
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................... x
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ................................................................. xi

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT BƠM ÉP NƯỚC ................................................ 14
1.1.

Tổng quan về bơm ép nước duy trì áp suất vỉa và vai trò của nó ................... 14

1.1.1.

Tầm quan trọng và ý nghĩa thực tế ......................................................... 14

1.1.2.

Vai trò của công tác duy trì áp suất vỉa bằng bơm ép nước .................... 14

1.2.

Các phương pháp bơm ép ............................................................................. 15

1.2.1.

Bơm ép nước liên tục ............................................................................. 15

1.2.2.

Bơm ép nước theo chu kỳ ....................................................................... 15

1.3.

Vị trí thiết kế giếng bơm ép .......................................................................... 16

1.3.1.

Bơm ép nước ngoài ranh giới vùng chứa dầu ......................................... 16

1.3.2.

Bơm ép nước tại ranh giới vùng chứa dầu.............................................. 17

1.3.3.

Bơm ép nước trong ranh giới vùng chứa dầu ......................................... 18

1.4.

Xử lý nước bơm ép ....................................................................................... 21

1.4.1.

Nguồn nước ........................................................................................... 21

1.4.2.

Yêu cầu chung của nước bơm ép ............................................................ 23

1.4.3.

Nguyên tắc chung khi xử lý nước bơm ép ............................................... 25

1.4.4.

Xử lý nước bơm ép ................................................................................. 27

1.5.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bơm ép nước ........................................ 37

1.5.1.

Phương pháp xử lý nước bơm ép ............................................................ 38

1.5.2.

Phương pháp bơm ép ............................................................................. 38

1.5.3.

Điều kiện địa chất mỏ ............................................................................ 38

1.6.

Lựa chọn lưu lượng và áp suất bơm ép nước................................................. 39
vi


1.6.1.

Lựa chọn lưu lượng bơm ........................................................................ 40

1.6.2.

Lựa chọn áp suất bơm ............................................................................ 45

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ VẬN HÀNH BƠM ÉP THEO
PHƯƠNG PHÁP CGM ............................................................................................. 48
2.1.

Các giả thuyết ............................................................................................... 48

2.2.

Các quá trình ................................................................................................ 48

2.2.1.

Start – Interference ................................................................................ 48

2.2.2.

Interference – Fill up ............................................................................. 49

2.2.3.

Fill up – Water breakthrough ................................................................. 50

2.2.4.

Water breakthrough – End of the Project ............................................... 50

2.3.

Các bước tính toán ........................................................................................ 51

2.3.1.

Các thông số đầu vào ............................................................................. 51

2.3.2.

Tính toán sơ bộ ...................................................................................... 52

2.3.3.

Tính toán trong giai đoạn Star – Interference ........................................ 53

2.3.4.

Tính toán trong giai đoạn Interference – Fill up .................................... 54

2.3.5.

Tính toán trong giai đoạn Fill up – Water breakthrough ........................ 55

2.3.6.

Tính toán trong giai đoạn Water breakthrough – End of the Project ...... 55

2.4.

Kết quả xử lý số liệu excel ............................................................................ 59

CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG ECLIPSE VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÁC

PHƯƠNG ÁN BƠM ÉP NƯỚC BLOCK X MỎ ĐẠI HÙNG ................................... 62
3.1. Đặc điểm địa lý, địa chất của khu vực nghiên cứu ........................................... 62
3.1.1. Đặc điểm vị trí địa lí ................................................................................. 62
3.1.2. Đặc điểm địa chất khu vực ........................................................................ 64
3.2. Giới thiệu về phần mềm Eclipse mô tả sơ bộ ứng dụng của phần mềm ............ 67
3.3. Cấu trúc của một bộ dữ liệu trong Eclipse........................................................ 67
3.4. History Matching ............................................................................................. 69
3.5. Các thông số đầu vào ....................................................................................... 70
3.6. Đánh giá hiệu quả bơm ép dựa và lựa chọn thông số cho phương án bơm ép ... 70
3.6.1. Lựa chọn phương pháp bơm ép ................................................................. 70
3.6.2. Lựa chọn vị trí bơm ép .............................................................................. 73
3.6.3. Lựa chọn số lượng giếng bơm ép ............................................................... 75
3.6.4. Lựa chọn lưu lượng bơm ép....................................................................... 77
vii


3.6.5. Lựa chọn thời điểm bơm ép ....................................................................... 80
3.7. Giới thiệu kết quả ............................................................................................ 82
3.8. Phân tích kết quả và nhận xét so sánh với các số liệu thực tế tại mỏ................. 83
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 86
KIẾN NGHỊ .............................................................................................................. 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 88

viii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Thông số trạng thái vỉa và chất lưu vỉa....................................................... 51
Bảng 2.2. Độ bão hòa nước tại những thời điểm khác nhau trong quá trình bơm ép ... 52
Bảng 2.3. QiQiBT theo mỗi giá trị EABT ..................................................................... 56

Bảng 2.4. Bơm ép giai đoạn 1 .................................................................................... 59
Bảng 2.5. Bơm ép giai đoạn 2 .................................................................................... 59
Bảng 2.6. Bơm ép giai đoạn 3 .................................................................................... 59
Bảng 2.7. Bơm ép giai đoạn 4 .................................................................................... 60
Bảng 3.1. Thành phần của 1 bộ dữ liệu trong eclip .................................................... 67
Bảng 3.2. Hiệu quả của các phương pháp bơm ép ...................................................... 75
Bảng 3.3. Hiệu quả của các phương án bơm ép dựa theo số lượng giếng bơm ép ....... 76
Bảng 3.4. Sản lượng dầu cộng dồn theo từng lưu lượng bơm ép ................................ 78
Bảng 3.5. Hệ số hiệu quả của từng phương án bơm ép theo lưu lượng nước bơm ép .. 79
Bảng 3.6. Sản lượng dầu cộng dồn theo thời gian bắt đầu bơm ép ............................. 81
Bảng 3.7. Hiệu quả của phương án bơm ép đối với khu vực lô X của mỏ Đại Hùng .. 83
Bảng 3.8. Lợi nhuận của phương pháp bơm ép tối ưu ................................................ 83
Bảng 3.9. Chi phí đầu tư và hoạt động của phương án ............................................... 83
Bảng 3.10. Công suất xử lý nước bơm ép ở Đại Hùng .............................................. 84

ix


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Sơ đồ bố trí giếng bơm ép ngoài ranh giới dầu - nước [1] ........................... 16
Hình 1.2. Sơ đồ bố trí giếng bơm ép tại ranh giới dầu - nước [1] ............................... 18
Hình 1.3. Sơ đồ bơm ép nước trong ranh giới dầu - nước [1] ..................................... 19
Hình 1.4. Sơ đồ bơm ép 2,3,4,5,7,9 điểm [2].............................................................. 20
Hình 1.5. Sơ đồ phân bố giếng trong bơm ép trên toàn bộ bề mặt diện tích vỉa [1] ..... 20
Hình 1.6. Các nguồn nước dùng để bơm ép [3] .......................................................... 22
Hình 1.7. Hệ thống xử lý kín...................................................................................... 28
Hình 1.8. Hệ thống xử lý hở ...................................................................................... 28
Hình 1.9. Sơ đồ hệ thống xử lý nước Fateh, Dubai..................................................... 29
Hình 1.10. Sơ đồ hệ thống xử lý nước của Meleiha .................................................... 29
Hình 1.11. Sơ đồ cấu tạo tháp khử ôxy chân không ................................................... 30

Hình 1.12. Tháp tách ôxy bằng phương pháp sục khí ................................................. 32
Hình 1.13. Tháp tách ôxy bằng phương pháp thổi khí ngược dòng............................. 33
Hình 1.14. Thiết kế bồn chứa skimmer và sedimentation ........................................... 34
Hình 1.15. Cấu tạo thiết bị lọc ngược......................................................................... 35
Hình 1.16. Thiết bị lọc xuôi nằm ngan ....................................................................... 36
Hình 1.17. Bán kính ảnh hưởng của giếng bơm ép ..................................................... 42
Hình 1.18. Biểu đồ mối quan hệ tỷ số độ dẫn, tỷ số độ linh động và hệ số quét diện tích
.................................................................................................................................. 44
Hình 1.19. Xác định fracturing pressure từ kết quả leak off test ................................. 45
Hình 2.1. Quá trình star - interference ........................................................................ 49
Hình 2.2. Quá trình interference - fill up .................................................................... 49
Hình 2.3. Quá trình fill up - water breakthough.......................................................... 50
Hình 2.4. Các giai đoạn của quá trình bơm ép nước ................................................... 51
Hình 2.5. Conductance ratio cho mô hình bơm ép nước 5 điểm ................................. 55
Hình 2.0.6. Đường cong đạo hàm theo Sw .................................................................. 57
Hình 2.7. Biểu đồ thể hiện các thông số bơm ép ........................................................ 61
Hình 3.1. Bể Nam Côn Sơn[4] ................................................................................... 62
Hình 3.2. Vị trí mỏ Đại Hùng .................................................................................... 63
Hình 3.3. Sơ đồ đứt gãy Đại Hùng[4] ........................................................................ 64
x


Hình 3.4. Mô hình Block X mỏ Đại Hùng.................................................................. 69
Hình 3.5. Mô hình Block X sau khi cắm giếng bơm ép .............................................. 71
Hình 3.6. Biểu đồ dự báo sản lượng khai thác cộng dồn sau khi đặt giếng bơm ép..... 72
Hình 3.7. Biểu đồ dự báo sản lượng sau khi đặt giếng ở ngoài ranh giới dầu nước ..... 73
Hình 3.8. Vị trí đặt giếng ngoài ranh giới dầu nước ................................................... 74
Hình 3.9. Vị trí đặt giếng tại ranh giới dầu nước ........................................................ 74
Hình 3.10. Vị trí đặt giếng trong ranh giới dầu nước .................................................. 75
Hình 3.11. Biểu đồ sản lượng cộng dồn của phương án bơm ép theo số lượng giếng

bơm ép....................................................................................................................... 76
Hình 3.12. Biểu đồ sản lượng dầu khai thác cộng dồn theo lưu lượng bơm ép ........... 78
Hình 3.13. Sản lượng dầu cộng dồn của từng phương án bơm bơm ép theo thời gian
bắt đầu ....................................................................................................................... 81
Hình 3.14. Tổng lượng dầu cộng dồn theo thời gian của phương án bơm ép tối ưu .... 82

xi


DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Swbt
Swavg
fwbt
Sorw
a
d
FOE
FOPT
FOPR
FWIT
FLPR
FLPT
Pr
FWCT

:
:
:
:
:

:
:
:
:
:
:
:
:
:

Độ bão hòa nước tại điểm breakthrough.
Độ bão hòa nước trung bình.
Tỉ lệ phần nước tại điểm breakthrough.
Độ bão hòa dầu dư trong hệ thống dầu-nước.
Khoảng cách giữa các giếng khai thác hoặc bơm ép.
Khoảng cách giữa giếng khai thác và giếng bơm ép.
Hệ số thu hồi dầu.
Tổng lượng dầu khai thác cộng dồn.
Lưu lượng khai thác của vỉa.
Tổng lượng nước bơm ép.
Tỷ lệ khai thác pha lỏng.
Tổng lưu lượng pha lỏng thu được.
Áp suất vỉa.
Hàm lượng nước.

xii


xiii

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT BƠM ÉP NƯỚC
1.1.

Tổng quan về bơm ép nước duy trì áp suất vỉa và vai trò của nó

1.1.1. Tầm quan trọng và ý nghĩa thực tế
Công nghiệp khai thác dầu khí đang bắt đầu dịch chuyển sang giai đoạn phát triển trên
các mỏ cũ nhờ các phương pháp thu hồi dầu tăng cường. Trên Trái Đất có khoảng 35000
mỏ dầu, 11 % trong số đó đang thuộc đối tượng thu hồi tăng cường. Tính toán sơ bộ cho
thấy số mỏ là đối tượng thu hồi tăng cường có thể lên đến 50% tổng số mỏ. Công nghệ
thu hồi dầu tăng cường bắt đầu phát triển từ thập kỷ 50 của thế kỷ trước, ngày nay công
nghệ này đang được mọi quốc gia sở hữu mỏ đặc biệt quan tâm vì nhu cầu năng lượng
đang gia tăng, trong khi sản lượng dầu ở nhiều nước đang sụt giảm với tốc độ nhanh
chóng là 2-8%, thậm chí hơn 15%.
Bơm ép nước là một phương pháp rất hiệu quả để duy trì áp suất vỉa, tăng lượng dầu thu
hồi cho mỏ dầu khí. Hiện tại ở Việt Nam thì phương pháp này đang được sử dụng rất
rộng rãi và mang lại nhiều hiệu quả rất tích cực, giúp tăng lượng dầu thu hồi đáng kể,
mang lại một nguồn lợi lớn cho các công ty dầu khí. Việc nghiên cứu về đề tài nhằm
giải quyết một vấn đề rất thực tế về việc đưa bơm ép nước vào thực tế ở một khu vực
mỏ. Trong giai đoạn thu hồi sơ cấp, ta chỉ có thể thu được 11 - 18% OOIP, trong khai
thác thứ cấp từ tầng Mioxen, Oligoxen và tầng Móng ta có thể thu được 27,8%, 24,4%
và 37,6% OOIP tương ứng còn khai thác tam cấp mới chuẩn bị được áp dụng.
1.1.2. Vai trò của công tác duy trì áp suất vỉa bằng bơm ép nước
Công nghệ bơm ép nước duy trì áp suất vỉa được áp dụng ở nhiều mỏ khai thác dầu từ
sau những năm 40 của thế kỷ XX, giúp gia tăng hệ số thu hồi rõ rệt và được xem là một
trong những phương pháp phổ biến trong quá trình khai thác của đa số các mỏ dầu trên
thế giới. Đối với các mỏ dầu hoạt động khai thác trong đá Móng nứt nẻ, ở chế độ tự
nhiên, hệ số thu hồi dầu chỉ đạt khoảng 18% trữ lượng ban đầu. Giải pháp bơm ép nước
giúp tăng hệ số thu hồi dầu từ 8% đến 37.6% so với trường hợp không duy trì năng

lượng bằng bơm ép, đặc biệt với trường hợp dầu có áp suất bão hòa cao, giải pháp bơm
ép có thể tăng hệ số thu hồi dầu từ 55% đến 74% so với trường hợp khai thác sơ cấp.
14


1.2.

Các phương pháp bơm ép

1.2.1. Bơm ép nước liên tục
Phương pháp bơm ép nước liên tục được xây dựng trên nguyên tắc các giếng bơm ép
tiếp nhận khối lượng nước như nhau, không tạo nên sự chênh áp đột biến giữa các giếng
bơm ép và giếng khai thác, tạo mặt ranh giới dầu - nước tương đối phẳng.
Phương pháp bơm ép nước liên tục có thể được thực hiện khi đã hình thành vùng bơm
ép nước và vùng khai thác tương đối rõ ràng, ranh giới dầu – nước đã được dâng lên đến
một mức xác định nào đó. Với giếng bơm ép có độ tiếp nhận lớn sẽ điều chỉnh giảm
khối lượng nước. Với giếng bơm ép có độ tiếp nhận không cao, cần bắn vỉa để tạo thêm
khoảng làm việc mới của giếng, tăng khối lượng nước bơm mà không ảnh hưởng đến
các giếng khai thác vì ranh giới dầu – nước đã dâng cao hơn khoảng bắn mở vỉa.
1.2.2. Bơm ép nước theo chu kỳ
Phương pháp bơm ép nước theo chu kỳ lần đầu tiên được Viện Dầu toàn liên bang (Liên
Xô) đề xuất năm 1964 và áp dụng lần đầu ở mỏ Pacrovski. Công nghệ bơm ép nước chu
kỳ dựa trên nguyên lý thay đổi lượng nước bơm ép hay khai thác chất lưu theo chu kỳ
bằng cách dịch chuyển các pha dao động của áp suất ở từng nhóm giếng, làm thay đổi
hướng dòng thấm.
Bản chất vật lý của quá trình dịch chuyển các pha dao động là nâng cao áp suất trong
vỉa ở nửa đầu của chu kỳ và giảm áp suất ở nửa sau chu kỳ, tạo ra xung áp lực, ép đẩy
dầu còn tồn đọng tham gia vào quá trình chuyển động của chất lưu tới giếng khai thác.
Thời gian bơm ép của một chu kỳ vào khoản từ 4 – 10 ngày và có thể lên tới 75 – 80
ngày.

Để bơm ép nước theo chu kỳ đạt hiệu quả, vỉa dầu cần có đặc điểm: vỉa bất đồng nhất,
phân lớp hay dầu trong đá móng nứt nẻ, có lượng dầu dư trong vỉa cao, có khả năng về
kỹ thuật và công nghệ để tạo các dao động áp suất với biên độ lớn, có khả năng bù khai
thác bằng bơm ép chu kỳ.

15


1.3.

Vị trí thiết kế giếng bơm ép

1.3.1. Bơm ép nước ngoài ranh giới vùng chứa dầu
Để xây dựng hệ thống giếng bơm ép bố trí bên ngoài vùng chứa dầu, trước tiên ta cần
xác định đường biên của ranh giới dầu – nước. Tùy theo đặc điểm của vỉa dầu, các giếng
bơm ép thường được bố trí cách ranh giới vỉa từ 800- 1500 m với mục đích tác dụng đều
lên vỉa, tránh sự hình thành lưới nước. Do việc xác định ranh giới dầu nước chính xác
là rất khó nên thông thường ở một mỏ ta xác định ranh giới trong của vùng chứa dầu và
ranh giới ngoài của vùng chứa dầu, ở giữa 2 ranh giới này ta khoan các giếng quan trắc
để thu thập số liệu địa chất, số liệu về mỏ. Các giếng bơm ép được bố trí cách ranh giới
ngoài của vùng chứa dầu từ 300- 800 m để tạo nên tác dụng đồng đều lên vỉa tránh hình
thành lưỡi nước.
Sơ đồ bố trí này phù hợp cho những vỉa dầu được tạo thành từ đất đá đồng nhất và có
độ thấm cao, không bị đứt gãy hay phá hủy kiến tạo, có mối liên hệ thủy động lực tốt,
kích thước trung bình. Việc bơm ép theo sơ đồ này đối với những vỉa có thành tạo
cacbonat không phải lúc nào cũng cho kết quả tốt bởi vì trong những vỉa này có những
khe rãnh lớn ảnh hưởng tới quá trình lưu thông của nước. Đối với những vỉa dầu có độ
nhớt cao việc bơm ép nước tỏ ra kém hiệu quả vì độ nhớt của nước thấp hơn dầu nên nó
rất linh động và nhanh chóng di chuyển đến các giếng khai thác làm cho các giếng khai
thác bị ngập nước.

Hình 1.1. Sơ đồ bố trí giếng bơm ép ngoài ranh giới dầu - nước [1]
16


Thực tế cho thấy, các giếng bơm ép nước có bán kính tác động không lớn lắm, nó chỉ
tác động mạnh lên 2-3 dãy giếng khai thác gần nhất vì vậy khi khai thác các mỏ dầu có
sử dụng sơ đồ bơm ép nước ở ngoài vùng chứa dầu, người ta khoan trước 3-4 dãy giếng
khai thác ngoài cùng còn vùng trung tâm vỉa thì khoan ở giai đoạn sau. Tuy nhiên việc
bơm ép nước theo sơ đồ này có một số nhược điểm sau:


Tổn thất năng lượng trên 1 tấn dầu khai thác cao dẫn đến chi phí năng lượng để

bơm ép lớn, bởi vì khoảng cách từ giếng bơm ép đến giếng khai thác lớn;


Cũng chính bởi khoảng cách khá lớn nên sự tác động của nước bơm ép lên vỉa bị

chậm;


Tổn thất nước bơm ép rất lớn do bị mất vào vùng ngoài ranh giới chứa dầu, hay

là vùng vỉa không chứa dầu;


Các giếng ở vùng trung tâm mỏ bị đóng quá lâu do áp dụng trình tự khai thác các

giếng từ ngoài vào trong nhằm tận dụng tối đa hiệu quả bơm ép và đưa dần những giếng

khai thác đã ngập nước vùng ngoài làm giếng bơm ép.
1.3.2. Bơm ép nước tại ranh giới vùng chứa dầu
Để tăng nhanh hiệu quả tác động của các giếng bơm ép lên vỉa dầu, các giếng bơm ép
cần được bố trí ngay trên ranh giới dầu- nước. Khi đó khoảng cách từ giếng bơm ép tới
các giếng khai thác được rút ngắn lại nên sự tác động từ các giếng bơm ép xảy ra nhanh
hơn.
Sơ đồ bố trí này thường được áp dụng trong các điều kiện của vỉa như:


Mối liên hệ thủy động lực học giữa vỉa và vùng ngoài ranh giới kém;



Kích thước của vỉa dầu tương đối nhỏ so với vỉa được áp dụng bơm ép nước

ngoài ranh giới vùng chứa dầu;


Tăng cường quá trình khai thác dầu từ vỉa nghĩa là mức cản trở quá trình chảy

thấm của lưu chất vào giếng khai thác bị giảm do khoảng cách từ giếng bơm ép tới giếng
khai thác ngắn hơn.

17


Hình 1.2. Sơ đồ bố trí giếng bơm ép tại ranh giới dầu - nước [1]
Tuy nhiên, một số nhược điểm lớn của sơ đồ bố trí tại ranh giới dầu nước là dễ hình
thành những lưỡi nước tại đáy giếng khai thác và tổn thất nước ra ngoài ranh giới lớn.
1.3.3. Bơm ép nước trong ranh giới vùng chứa dầu

Ở phương pháp này các giếng bơm ép được phân bố theo các sơ đồ khác nhau trong
vùng vỉa chứa dầu. Hệ thống này có tác động mạnh mẽ trực tiếp lên vỉa dầu, cho phép
tăng nhịp độ, giảm thời gian khai thác mỏ dầu và thu hồi dầu nhanh nhất. Cách bố trí
này phụ thuộc vào điều kiện địa chất cụ thể, vốn đầu tư và thời hạn khai thác mỏ mang
lại hiểu quả kinh tế tốt nhất.
Điều kiện để sử dụng phương pháp bơm ép nước trong ranh giới vùng chứa dầu cho hiệu
quả tốt là:


Ranh giới dầu- nước và các thông số về vỉa được xác định chính xác.



Mối liên hệ thủy động lực học của vỉa kém.



Kích thước vỉa dầu lớn.



Trong vỉa còn lại lượng dầu đáng kể.



Vỉa thoải và không có những đường nứt nẻ kiến tạo lớn.



Đồng nhất về thành phần đất đá và khả năng thẩm thấu của vỉa tốt.



Dầu có độ nhớt không lớn.
18


Hình 1.3. Sơ đồ bơm ép nước trong ranh giới dầu - nước [1]
Trong đó:
1: Giếng bơm ép.
2: Giếng khai thác.
a: Các giếng bơm ép phân bố theo hàng.
b: Các giếng bơm ép phân bố theo trục trung tâm.
c: Các giếng khai thác phân bố theo hình xuyến vùng trung tâm.
Để khai thác dầu ổn định và đạt hiệu quả kinh tế ban đầu người ta chỉ bơm ép các giếng
ở giữa, còn các giếng bơm ép xung quanh trước hết làm nhiệm vụ như giếng khai thác,
sau khi khai thác một thời gian các giếng này có hiện tượng ngập nước quá mức cho
phép thì bắt đầu sử dụng chúng làm giếng bơm ép.
Bố trí theo cụm: Sơ đồ hệ thống bơm ép theo cụm được áp dụng cho những vùng mỏ
lớn với trữ lượng công nghiệp xác định. Ở giai đoạn phát triển mỏ, các giếng bơm ép
được bố trí theo từng cụm riêng biệt so với các giếng khai thác. Các giếng khai thác
trong mỗi block được bố trí theo từng dãy với số lượng và mật độ phụ thuộc vào điều
kiện thủy động lực của vỉa và sản lượng khai thác yêu cầu.
19


Bố trí theo nguồn: Đây được xem như là phương pháp điều chỉnh khai thác, có thể được
sử dụng độc lập trong mọi giai đoạn khai thác với yêu cầu cấu trúc địa chất vỉa đã được
nghiên cứu chi tiết. Phương pháp này thường được sử dụng kết hợp với một sơ đồ bơm
ép bất kỳ nhằm mở rộng vùng ảnh hưởng của quá trình bơm ép để khai thác dầu từ các

vỉa không được tác động nhờ bơm ép như vùng trì trệ và vùng chứa dầu dạng thấu kính.
Bố trí theo diện tích: Bơm ép nước trải đều trên bề mặt diện tích vỉa dầu là phương pháp
tác động cao nhất lên toàn bộ vỉa, đảm bảo mức độ khai thác tốt nhất. Các giếng bơm
ép và khai thác trong hệ thống này được bố trí theo từng block hình học dạng lưới đối
xứng: 2, 3, 4, 5, 6, 7 hoặc 9 điểm tương đương với tỷ lệ giữa giếng bơm ép và giếng khai
thác là 1:1, 1:2, 1:3, 1:4.

Hình 1.4. Sơ đồ bơm ép 2,3,4,5,7,9 điểm [2]

Hình 1.5. Sơ đồ phân bố giếng trong bơm ép trên toàn bộ bề mặt diện tích vỉa [1]
a: Hệ thống 5 điểm.

b: Hệ thống 7 điểm.

c: Hệ thống 9 điểm.

Hệ thống bơm ép theo diện tích cho năng suất cao, nhưng nguy cơ xuất hiện lưỡi nước
quanh giếng khai thác cũng rất cao. Riêng sơ đồ phân bố 9 điểm, tỷ số giữa tổng các
giếng bơm ép và tổng các giếng khai thác là nhỏ nhất so với các sơ đồ phân bố khác,
20


mặt khác các giếng bơm ép không cho dòng sản phẩm nên sơ đồ phân bố chín điểm có
thể cho hiệu quả kinh tế hơn cả. Hơn thế nữa, cường độ tác động lên vỉa theo sơ đồ này
nhỏ hơn so với các sơ đồ phân bố khác, nên việc thành tạo lưỡi nước quanh vỉa được
hạn chế, dầu chuyển động đều và ổn định hơn đến các giếng khai thác. Thực tế cho thấy
hệ thống bơm ép nước trên toàn bộ bề mặt diện tích vỉa dầu được sử dụng tương đối
rộng rãi ở các giai đoạn khai thác cuối cùng của mỏ bởi vì ở giai đoạn khai thác ban đầu
áp suất vỉa chưa giảm nhiều.
1.4.

Xử lý nước bơm ép

1.4.1. Nguồn nước
Các kỹ sư bơm ép nước cần phải xác định sớm các nguồn nước có thể chấp nhận được
trong quá trình lập kế hoạch, các nguồn nước là nước bề mặt, nước ngầm, nước ngọt,
nước mặn. Xét về mặt kỹ thuật hầu hết các loại nước đều có thể làm nguyên liệu cho
quá trình bơm ép sau khi đã xử lý, nhưng vì các nguồn nước ngọt có vai trò quan trọng
đối với con người, động vật và nông nghiệp nên trong những năm gần đây người ta dùng
nước biển và nước đồng hành để phục vụ cho quá trình bơm ép. Đối với nguồn nước
ngầm chúng ta cần xem xét, đánh giá cẩn thận vì nó có liên quan đến cơ chế năng lượng
vỉa, nếu chúng ta khai thác nước ngầm để bơm ép có thể làm năng lượng vỉa suy yếu
dẫn tới khai thác dầu khó khăn.
1.4.1.1.

Nước đồng hành

Do một số quy định về môi trường mà nhiều nhà điều hành sử dụng nước đồng hành cho
nhu cầu bơm ép nước và nguồn nước này được xem xét đầu tiên. Thông thường hoạt
động của các giếng bơm ép bắt đầu từ các nguồn nước bên ngoài và dần dần thay thế
bởi nguồn nước đồng hành khi mà các giếng khai thác bị ngập nước 100%. Điều này đã
làm giảm tổng lượng nước cần thiết để cân bằng sản xuất giúp tiết kiệm một phần đáng
kể về kinh tế cho bơm ép, cũng chính vì thế nguồn nước đồng hành được sử dụng vào
cuối đời dự án. Tuy nhiên nó cũng có một số nhược điểm như nước đồng hành không
tương thích với sản phẩm trong vỉa hay các nguồn nước khác đang sử dụng sẽ gây ra
hiện tượng kết tủa có quy mô, nó còn chứa dầu gây nên khó khăn trong quá trình bơm
ép. Hơn thế nữa, nước được xử lý trong khai thác và hệ thống thiết bị làm nó thay đổi
21

về tính chất vật lý cũng như hóa học. Các biến đổi vật lý bao gồm sự thay đổi nhiệt độ,
áp suất, hình thành nhũ tương và thay đổi thành phần hạt rắn như cát, kim loại. Các biến
đổi về mặt hóa học gồm: giảm áp lực khí thoát ra khỏi dung dịch, xuất hiện các sản
phẩm ăn mòn trong nước, tác động của oxy trong nước, hình thành kết tủa, sự thay đổi
hóa chất xử lý vấn đề ăn mòn, hạn chế nhũ tương, vi khuẩn.
Để giải quyết những hạn chế trên chúng ta cần có những thiết bị cần thiết nhằm xử lý
nước đồng hành đạt tiêu chuẩn bơm ép. Những vùng không tương thích có thể được xử
lý bằng cách bơm ép một cách riêng biệt.
1.4.1.2.

Nước bề mặt

Nước ngọt bề mặt được lấy từ ao, hồ, sông, đây là những nguồn nước thay đổi theo mùa,
chất lượng không đảm bảo, chứa một lượng tạp chất hữu cơ và vô cơ khác nhau. Vì
nguồn nước này tiếp xúc trực tiếp với không khí nên chúng bão hòa oxy và CO2, các khí
hòa tan sẽ thay đổi theo nhiệt độ môi trường cũng như hoạt động mưa gần đó. Mặt khác
nước bề mặt có thể là đại dương, biển đây là nguồn nước mặn dồi dào nhất trên Trái Đất
chiếm 71% diện tích bề mặt. Nước biển thường bão hòa oxy, có tính ăn mòn cao và có
các tính chất sau:


Các hạt rắn lơ lửng và tạp chất hữu cơ hàm lượng phụ thuộc vào độ sâu.



Các loại vi khuẩn ưa khí và vi khuẩn khử sunfat.



Các vi sinh vật.



Có khả năng tạo kết tủa muối sunfat nếu nước vỉa có chứa Ba2+, Ca2+, Sr2+ với

hàm lượng đáng kể.

Hình 1.6. Các nguồn nước dùng để bơm ép [3]
1.4.1.3.

Nước ngầm
22


Nước từ sông suối và những cơn mưa phần lớn được đổ ra biển, một phần khác được
lọc qua các tầng phù sa trên bề mặt đất sau đó giữ lại ở tầng cát sỏi phía dưới tạo nên
các nguồn nước ngầm ở gần bề mặt, chúng được khai thác bằng các giếng nông chi phí
thấp. Các giếng thường có độ sâu nhỏ hơn 91 m và được cách ly với bề mặt bằng một
tầng phù sa nên dù mùa khô hay mùa mưa thì nước ngầm vẫn tồn tại. Theo độ sâu phân
bố, có thể chia nước ngầm thành nước ngầm tầng mặt và nước ngầm tầng sâu. Nước
ngầm tầng sâu thường có độ sâu lớn hơn 300m, thậm chí một số nguồn nước ngầm có
độ sâu lớn hơn 600 m. Nước ngầm tầng mặt thường không có lớp ngăn cách với địa hình
bề mặt. Do vậy, thành phần và mực nước biến đổi nhiều, phụ thuộc vào trạng thái của
nước mặt. Loại nước ngầm tầng mặt rất dễ bị ô nhiễm. Nước ngầm tầng sâu thường nằm
trong lớp đất đá xốp được ngăn cách bên trên và phía dưới bởi các lớp không thấm nước.
Nguồn nước ngầm thường có hàm lượng oxy cao, nhưng vấn đề cần quan tâm nhất là
tính tương thích và mức độ nhạy nước của thành hệ.
1.4.2. Yêu cầu chung của nước bơm ép
Quá trình xử lý nước rất cần thiết để cung cấp loại nước phù hợp để bơm ép xuống vỉa,
sự thiếu lượng nước phù hợp có thể làm giảm ảnh hưởng của việc bơm ép nước, ngoài

ra nước có chất lượng kém cũng mang đến nhiều tác hại to lớn đối với việc bơm ép nước
duy trì năng lượng vỉa.
Tiêu chuẩn của nước bơm ép:


Không có hạt rắn lơ lửng;



Không hòa tan những chất rắn có thể tạo scale hoặc gây ăn mòn;



Không còn khí hòa tan;



Không có sinh vật gây hại;



Không gây ra ảnh hưởng không mong muốn lên thành hệ (trương nở sét);



Không gây hại khi trộn lẫn với những chất lưu thành hệ, vỉa;



Không dẫn điện hoặc dẫn điện kém để tránh gây ăn mòn điện hóa.

Bởi vì những chất lưu tự nhiên hầu như không thể nào đáp ứng được tất cả những tiêu
chuẩn như trên nên người kĩ sư phải cố gắng tạo ra được loại nước bơm ép phù hợp nhất.

23