ghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm ép luân phiên nước khí hydrocacbon nhằm nâng cao hệ số thu dầu tại tầng miocene bể cửu long tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

TRỊNH VIỆT THẮNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
BƠM ÉP LUÂN PHIÊN NƯỚC - KHÍ HYDROCACBON
NHẰM NÂNG CAO HỆ SỐ THU HỒI DẦU TẠI TẦNG
MIOCEN, BỂ CỬU LONG

Ngành: Kỹ thuật Dầu khí
Mã số: 9520604

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2019


Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Khoan - Khai thác, Khoa Dầu khí,
Trường Đại học Mỏ-Địa Chất

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS Cao Ngọc Lâm
2. TSKH Phùng Đình Thực

Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Thế Vinh

Phản biện 2: TS Nguyễn Hải An

Phản biện 3: TS Phạm Xuân Toàn

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp tại
Trường Đại học Mỏ - Địa chất vào hồi …. ngày … tháng… năm 2019

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội hoặc Thư
viện Trường đại học Mỏ - Địa chất.


1

MỞ ĐẦU
1.

Mục tiêu nghiên cứu

Dầu khí là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá, không thể tái tạo và không thể thiếu đối với
mọi quốc gia và là vấn đề quan tâm hàng đầu đối với mọi ngành công nghiệp, đặc biệt ở các nước
có nền công nghiệp phát triển. Cho đến nay, số lượng các mỏ dầu khí mới, đặc biệt là các mỏ có
trữ lượng lớn được phát hiện ngày một giảm dần, trong khi đó số lượng mỏ dầu khai thác sang
giai đoạn cạn kiệt ngày càng gia tăng. Do đó, vấn đề nâng cao hệ số thu hồi dầu (Enhanced Oil
Recovery - EOR) ngày càng được nhiều nước, nhiều công ty đa quốc gia tập trung nghiên cứu và
ứng dụng.
Việt Nam là quốc gia có sản lượng khai thác dầu không lớn, chủ yếu được khai thác từ các
mỏ thuộc bể Cửu Long. Đối tượng khai thác dầu chính là thân dầu móng Granite nứt nẻ và tầng
Mioxen, chiếm 90% sản lượng dầu khai thác hàng năm. Sau khi đã trải qua các thời kỳ tự phun
và duy trì áp suất bằng bơm ép nước hay các giải pháp khai thác thứ cấp hệ số thu hồi dầu trung
bình hiện nay của các mỏ trong khoảng 20 - 32% dầu tại chỗ. Hơn hai phần ba (2/3) lượng dầu
đã phát hiện vẫn chưa thể khai thác. Như vậy, lượng dầu chưa được khai thác chiếm tới 70% và
là tiềm năng cho các giải pháp kỹ thuật nhằm tận thu hồi lượng dầu còn lại này. Việc áp dụng các
biện pháp gia tăng thu hồi dầu (EOR) nhằm tận thu lượng dầu còn lại tại các vỉa chứa chính là
nhiệm vụ chính, cấp thiết trong những năm tới khi mà nguồn năng lượng tự nhiên ngày một hạn

chế. Việc gia tăng 1-2% hệ số thu hồi dầu với các mỏ có trữ lượng lớn sẽ tương tự như phát hiện
ra một mỏ nhỏ, đặc biệt là sản lượng khai thác của đối tượng của Mioxen đang giảm dần nên cần
nghiên cứu áp dụng phương pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu cho tầng Mioxen. Chính vì vậy, đề
tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm ép luân phiên nước - khí Hydrocacbon nhằm nâng cao
hệ số thu hồi dầu tại tầng Mioxen, Bể Cửu Long” mang tính cấp thiết, cần được quan tâm và ưu
tiên nghiên cứu. Việc đẩy nhanh công tác nghiên cứu kỹ các điều kiện của tầng Mioxen, bể Cửu
Long nhằm tìm ra giải pháp gia tăng thu hồi dầu hiệu quả và áp dụng thực tế là mục tiêu nghiên
cứu của đề tài.
Để có thể áp dụng thành công phương pháp bơm ép luân phiên nước - khí nâng cao hệ số
thu hồi dầu cho đối tượng trầm tích lục nguyên bể Cửu Long, NCS cần tập trung nghiên cứu:
➢ Từ các kết quả nghiên cứu về cơ chế bơm ép hệ chất lưu nâng cao thu hồi dầu và các dự án
đã áp dụng trên thế giới, xem xét khả năng áp dụng giải pháp kỹ thuật phù hợp với tính chất địa
chất, tính chất đá chứa, tính chất lưu thể và điều kiện khai thác của các mỏ dầu khí ở Việt Nam,
đặc biệt là đối tượng trầm tích lục nguyên.
➢ Nghiên cứu các phương pháp xác định áp suất trộn lẫn tối thiểu (MMP) và làm rõ cơ chế
trộn lẫn, gần trộn lẫn và không trộn lẫn cho đối tượng trầm tích ở Việt Nam.
➢ Nghiên cứu các yếu tố, thông số của vỉa chứa ảnh hưởng đến khả năng áp dụng phương
pháp bơm ép luân phiên nước-khí để nâng cao hệ số thu hồi dầu.
➢ Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả nâng cao hệ số thu hồi dầu của phương pháp bơm ép luân


2

phiên nước - khí trên mô hình của mỏ thực tế với các phương pháp khác.
2.

Phương pháp nghiên cứu
➢ Phương pháp thư mục: tổng hợp, xử lý và thống kê tài liệu sản xuất để đánh giá các khó

khăn và phức tạp ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình khai thác, các phương pháp xử lý đối với

giếng khai thác và so sánh cụ thể.
➢ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các phương pháp đã thực hiện trên thế giới,
đánh giá khả năng áp dụng vào mỏ Sư Tử Đen. Tập trung giải quyết bài toán cơ chế trộn lẫn/gần
trộn lần/không trộn lẫn và phân toả của các nút nước-khí, thay đổi áp suất dẫn đến thay đổi tỷ lệ
trộn lẫn, thay thế trong tầng Mioxen.
➢ Phương pháp nghiên cứu thí nghiệm: Sử dụng kết quả thí nghiệm xác định áp suất trộn lẫn
tối thiểu (MMP) trên thiết bị “slimtube” trên mẫu dầu và khí của tầng Mioxen, bể Cửu Long.
➢ Phương pháp mô phỏng: mô phỏng số liệu trên phần mềm máy tính để tìm ra quy luật thay
đổi, so sánh với các thí nghiệm trên mẫu lõi để xác định MMP. Mô phỏng thủy động lực học cho
toàn bộ đối tượng nghiên cứu với các phương án bơm ép khí, các phương án bơm ép nước khí
luân phiên để tối ưu giải pháp nâng cao thu hồi dầu cho tầng Mioxen, bể Cửu Long.
3.

Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm ép luân phiên nước khí Hydrocacbon nhằm nâng cao

hệ số thu hồi dầu cho tầng Mioxen, mỏ Sư Tử Đen.
4.

Phạm vi nghiên cứu
Tầng Mioxen, mỏ Sư Tử Đen, Hợp đồng Dầu khí Lô 15-1, bể Cửu Long thuộc thềm lục địa

Việt Nam, do công ty Điều hành chung Cửu Long điều hành.
5.

Các luận điểm bảo vệ
Luận điểm 1: Bằng việc xây dựng mô hình mô phỏng xác định được điểm áp suất trộn lẫn

tối thiểu (MMP) cho quá trình bơm ép nước khí luân phiên tại tầng Mioxen, mỏ Sư Tử Đen.
Luận điểm 2: Trên cơ sở 9 tiêu chí đánh giá đã chứng minh giải pháp nâng cao hệ số thu

hồi dầu bằng bơm ép luân phiên nước - khí Hydrocacbon là phù hợp nhất với điều kiện thực tế
của mỏ Sư Tử Đen.
6.

Ý nghĩa khoa học của luận án
Đề tài nghiên cứu cơ chế và giải pháp bơm ép luân phiên nước - khí sử dụng khí

Hydrocacbon nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu là lĩnh vực nghiên cứu mới tại Việt Nam. Bằng
nghiên cứu này, NCS giải quyết được bài toán về cơ chế dòng chảy với các đối tượng khai thác
có tính chất vỉa chứa bất đồng nhất, cơ chế tác động khí nước đối với dầu, cơ chế thay thế của
nước và trộn lẫn của khí khi bơm ép xuống vỉa chứa dầu khí, cơ chế đẩy và quét vi mô hoặc vĩ


3

mô của giải pháp bơm ép khí nước luân phiên. Đánh giá được hiệu quả nâng cao hệ số thu hồi
dầu của giải pháp bơm ép luân phiên nước-khí trên một đối tượng cụ thể. Đồng thời, đề xuất các
giải pháp công nghệ áp dụng trong điều kiện các mỏ dầu thực tế tại Việt Nam.
7.

Ý nghĩa thực tiễn của luận án
Kết quả nghiên cứu của Luận án là cơ sở để lựa chọn phương pháp bơm ép luân phiên nước-

khí để nâng cao hệ số thu hồi dầu cho tầng Mioxen hạ, bể Cửu Long và cơ sở khoa học để triển
khai áp dụng bơm ép thử nghiệm cho khu vực Tây Nam của Mioxen mỏ Sư Tử Đen.
8.

Kết quả nghiên cứu
Nghiên cứu xuất phát từ yêu cầu của thực tế khai thác dầu khí của Việt Nam, kết quả nghiên

cứu sẽ góp phần nâng cao hiệu quả thu hồi dầu của các mỏ dầu khí, đặc biệt là đối với tầng chứa
Mioxen.
➢ Xác định được phương pháp tối ưu và dự báo chính xác áp suất trộn lẫn tối thiểu và làm rõ
được cơ chế trộn lẫn, gần trộn lẫn và không trộn lẫn cho đối tượng trầm tích ở Việt Nam.
➢ Đánh giá được ảnh hưởng của các thông số của vỉa chứa từ cấu trúc vỉa, địa chất, công nghệ
mỏ đến công nghệ khai thác đến khả năng áp dụng thành công của phương pháp bơm ép luân
phiên nước-khícho đối tượng trầm tích.
➢ Đánh giá được hiệu quả nâng cao hệ số thu hồi dầu của phương pháp bơm ép luân phiên
nước-khí trên mô hình của mỏ thực tế với các phương pháp khác.
➢ Kết quả nghiên cứu được trình bày và công bố tại Hội thảo “Khoa học trái đất và tài nguyên
bền vững”.
9.

Khối lượng và cấu trúc của luận án
Luận án gồm phần mở đầu, 4 chương nội dung nghiên cứu và phần kết luận, kiến nghị, danh

mục các công trình công bố của NCS và danh mục tài liệu tham khảo. Toàn bộ nội dung của luận
án được trình bày trong 133 trang, trong đó có 16 biểu bảng, 103 đồ thị, hình vẽ và 112 tài liệu
tham khảo.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Nâng cao hệ số thu hồi dầu
Các phương pháp nâng cao hệ số thu hồi đều tuân theo nguyên lý cơ bản là nhằm gia tăng
hệ số đẩy và hệ số quét của tác nhân bơm ép, nguyên lý xây dựng trên tương quan của độ nhớt hệ
chất lưu vỉa - chất lưu bơm ép, trọng trường và áp suất mao dẫn thể hiện qua các công thức cơ
bản sau:


4

Hình 1.1: Công thức tính các mối tương quan của các lực trong EOR
Tăng hệ số đẩy dầu giúp khai thác thêm một phần dầu bị giữ trong các bẫy mao dẫn hoặc
dầu dư còn lại trên bề mặt đá chứa ưa dầu, nghĩa là giảm hệ số dầu dư trong vỉa. Hiệu quả đẩy
dầu phụ thuộc lực nhớt, lực mao dẫn và lực trọng trường (Hình 1.1). Tăng hệ số quét của chất lưu
bơm ép giúp gia tăng khai thác dầu tại các vùng ít/không chịu ảnh hưởng của quá trình bơm ép
nước thông thường.
Cơ chế nâng cao hệ số thu hồi dầu được thể hiện qua quá trình đẩy dầu ra khỏi lỗ rỗng và
đẩy dầu tại các vùng mà nước bơm ép chưa bao quát được bằng các hệ chất lưu đẩy hoặc bằng
cách thay đổi tính chất của dầu tại chỗ. Cơ chế của các phương pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu
được định nghĩa bằng 02 quá trình cơ chế đẩy dầu vi mô và cơ chế đẩy dầu vĩ mô. Cơ chế đẩy
dầu vi mô và vĩ mô đều chịu ảnh hưởng của cấu trúc lỗ rỗng của đá, tính chất lưu thể vỉa, tính
chất lưu thể bơm đẩy để nâng cao hệ số thu hồi dầu, cơ chế dòng chảy trong vỉa.
Dòng chảy trong lỗ rỗng
Theo Stalkup (1983) công thức để tính toán tỷ số linh động cho bơm ép nước khí luân phiên
khi có sự hiện diện của nước trong dầu vỉa công thức dưới đây:

M=

Chat −day
Chat −bi −day

 Kg Kw 


+
(
g + w )   g  w  Swavg
=
=
(o + w )  K o K w 



+
  o  w  Sowavg

Trong đó:
M: Tỷ số linh động trong bơm ép nước khí luân
phiên.
λchat-day: Độ linh động của nước và khí.
λ chat-bi-day: Độ linh động của nước và dầu.

(

Kw, Kg, Ko: độ thấm pha hiệu dụng của nước,
1.2)
khí và dầu (mD).
µw, µg, µo: Độ nhớt của nước, khí, dầu (cP).
Hiệu suất đẩy vi mô và hiệu suất đẩy vĩ mô
Phương pháp thu hồi dầu (EOR) bao gồm rất nhiều hiện tượng và vấn đề sẽ được thảo luận.
Các hiện tượng này chủ yếu dựa vào dòng chảy chậm qua vật trung gian có lỗ rỗng và gần với
vật rắn hoặc vật lỏng gần đấy, quyết định tốc độ của dòng chảy. Do tất cả các vỉa dầu đều chứa
nước và dầu, nghiên cứu về việc chảy hai pha rất quan trọng và tập trung nghiên cứu. Hai dòng


5

lỏng này và các tác động lẫn nhau của nó với đá ảnh hưởng lớn đến lượng dòng lỏng tồn dư còn
lại cũng như sự thay đổi thành phần trong quá trình thu hồi dầu. Các cách thu hồi dầu khác nhau
theo cấp vi mô bao gồm chất không trộn lẫn, bán trộn lẫn và trộn lẫn. Đối với chất đầu tiên, lực
mao dẫn nhỏ có ảnh hưởng lớn nhất trong các bề mặt lỏng-lỏng và chịu trách nhiệm chính về các

pha vi mô và vĩ mô trong dòng chảy và thu hồi.
Phần dầu được lấy ra từ các lỗ rỗng do bơm ép được gọi là hiệu suất đẩy dầu vi mô (Ed).
Ngược lại, hiệu suất đẩy vĩ mô hay hiệu quả bao quét theo thể tích là thể tích của phần chất lưu
bị đẩy ra khỏi đá chứa được tiếp xúc với chất lưu bơm ép. Hệ số bao quét theo thể tích Ev được
cấu thành bởi hai yếu tố: (i) Hiệu quả bao quét theo diện, EA và (ii) hiệu quả bao quét theo phương
thẳng đứng.
Soi – Sor
Ed =

EA = Ev x EI

Soi

Hệ số bao quét theo diện EA là tỷ số giữa diện tích tiếp xúc với với tác nhân đẩy quét trên
diện tích toàn phần của vỉa chứa.
Các phương pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu
Dựa trên kết quả đánh giá hàng ngàn dự án EOR đã áp dụng trên thế giới được phân loại
theo các thông số vỉa, điều kiện khai thác (trong đất liền, ngoài biển) và hiệu quả áp dụng của giải
pháp cho thấy hai phương pháp bơm ép khí và bơm ép hóa phẩm là phù hợp với địa chất, tính
chất đá chứa, tính chất lưu thể, điều kiện khai thác của các mỏ dầu khí ở Việt Nam. Giải hóa học
được áp dụng chủ yếu cho đối tượng trầm tích và các mỏ dầu khí khai thác có vị trí trên đất liền.
Bơm ép hóa phẩm có hạn chế là rất khó để áp dụng tại các mỏ có độ sâu lớn (nhiệt độ cao, áp suất
cao), khai thác ngoài biển do chế tạo các hóa phẩm chịu được nhiệt độ trên 80oC và chịu được độ
khoáng hóa cao của nước biển và nước vỉa là rất khó. Nên phương pháp bơm ép khí, đặc biệt là
giải pháp bơm ép luân phiên khí-nước để nâng cao nâng cao hệ số thu hồi là khả thi nhất.
Cơ sở lý thuyết của bơm ép khí các cho mỏ dầu khí
Để xác định cơ chế trộn lẫn thì cần phải hiểu về các khái niệm cũng như các điều kiện trộn
lẫn và cơ chế trộn lẫn phổ biến nhất thường gặp trong các hoạt động tại mỏ. Một đánh giá ngắn
gọn về việc xác định MMP sẽ được trình bày trong hình 1.2. Khi nghiên cứu được thực hiện cho
một hệ thống dầu - khí như các mỏ ở Việt Nam, NCS nhận thấy cần phải trình bày các đặc điểm

cho hệ thống dầu khí điển hình và phù hợp với các mỏ dầu khí ở Việt Nam. Thành phần chất lưu
biến đổi theo độ sâu và điều kiện áp suất vỉa chứa cao hơn áp suất bão hòa. Các thay đổi về điểm
MMP với độ sâu là hệ quả của sự thay đổi thành phần chất lưu vỉa theo độ sâu và theo diện, cũng
như áp suất vỉa thay đổi. Đối với các loại khí bơm ép khác nhau, các thay đổi của MMP ban đầu
với các cơ chế độ sâu và khả năng trộn lẫn có thể khác nhau.


6

Hình 1.2: Tổng hợp quá trình trộn lẫn và không trộn lẫn
Cơ chế tăng thu hồi dầu lúc này các yếu tố: bay hơi và ngưng tụ một phần khí; giảm độ nhớt
dầu vỉa; tăng lượng khí hòa tan khi áp suất vỉa giảm; giảm sức căng giữa pha. Hiệu quả các yếu
tố này thể hiện qua: độ hòa tan của khí bơm ép trong dầu vỉa theo áp suất; hệ số trương nở thể
tích dầu khi khí bơm ép hòa tan thêm vào trong dầu; và giảm độ nhớt dầu vỉa khi có thêm khí
bơm ép hòa tan. Một số phương pháp để xác định MMP trên thế giới gồm hai loại chính: xác định
MMP bằng phương pháp thực nghiệm slimtube trong phòng thí nghiệm dựa trên hệ số thu hồi
thông qua bơm ép, xác định MMP bằng các phần mềm mô phỏng tính toán.
Kết luận
Hệ thống thực nghiệm xác định MMP trong phòng thí nghiệm được xây dựng trên điều kiện
nhiệt độ và áp suất vỉa nhưng khi tiến hành thực nghiệm thì dòng chảy trong slimtube thực nghiệm
chỉ chịu ảnh hưởng của các thông số vỉa cố định trong toàn bộ quá trình tiến hành thực nghiệm.
Thiết bị này không mô phỏng đầy đủ sự thay đổi về quá trình trộn lẫn/gần trộn lẫn/không trộn lẫn
theo diện và theo chiều dài của slimtube. Đơn thuần là xác định MMP qua việc xác định hệ số
thu hồi dầu từ thực nghiệm và lượng dầu/khí nhận được của quá trình đã xảy ra hiện tượng trộn
lẫn và không trộn lẫn. Ngoài ra, thành phần của hệ chất lưu vỉa và thành phần phần khí bơm ép
cũng cố định trong suốt quá trình tiến hành thực nghiệm nên sự thay đổi thành phần chất lưu trong
thiết bị slimtube cũng không thể đại diện cho quá trình thay đổi chất lưu của vỉa chứa.
Để khắc phục các vấn đề này, NCS đã xây dựng một quy trình để mô phỏng dự báo MMP
trên phần mềm cho kết quả MMP chính xác và phù hợp với đối tượng nghiên cứu trầm tích của
Bể Cửu Long. Dựa trên thống kê các dự án nâng cao hệ số thu hồi dầu trên thế và các đánh giá

yếu tố ảnh hưởng và cơ chế của các quá trình bơm ép nâng cao thu hồi dầu ở trên cho thấy phương
pháp bơm ép luân phiên nước-khí là phù hợp với tính chất địa chất, tính chất đá chứa, tính chất
lưu thể, điều kiện khai thác ngoài biển của các mỏ dầu khí ở Việt Nam và có thể đem lại hiệu quả
nâng cao hệ số thu hồi dầu cao nhất. Để khắc phục các vấn đề còn thiếu hoặc chưa hoàn chỉnh
của các nghiên cứu trước đây trên thế giới và ở Việt Nam, NCS đưa ra mục tiêu nghiên cứu:
➢ Nghiên cứu và lựa chọn phương pháp bơm ép nâng cao hệ số thu hồi dầu phù hợp cho đối
tượng trầm tích Mioxen, mỏ Sử Tử Đen, Bể Cửu Long.
➢ Nghiên cứu, xây dựng phương pháp luận và mô hình mô phỏng bằng phần mềm để dự


7

báo chính xác điểm áp suất trộn lẫn tối thiểu (MMP) cho quá trình bơm ép khí từ kết quả thực
nghiệm trong phòng thí nghiệm. So sánh độ chính xác của các phương pháp để xác định MMP
trong phòng thí nghiệm; mô phỏng bằng phần mềm PVT và mô hình mô phỏng thủy động lực
học “slimtube”.
➢ Nghiên cứu đánh giá và lựa chọn thành phần khí tối ưu cho phương pháp bơm ép khí nước
luận phiên với điều kiện thực tế mỏ.
➢ Nghiên cứu và xây dựng mô hình thành phần cho toàn mỏ và đánh giá cơ chế trộn lẫn/gần
trộn lần/không trộn lẫn tại mỏ thực tế với các yếu tố ảnh hưởng như tính bất đồng nhất trong vỉa,
bão hòa dầu/khí/nước trong vỉa, thay đổi áp suất-nhiệt độ vỉa trong quá trình khai thác, thay đổi
thành phần hệ chất lưu trong quá trình khai thác và bơm ép để nâng cao hệ số thu hồi dầu.
➢ Xây dựng các phương án bơm ép để nâng cao hệ số thu hồi dầu và tối ưu khai thác để
đánh giá hiệu quả kinh tế-kỹ thuật của phương pháp bơm ép luân phiên nước-khí so với các
phương pháp bơm ép thông thường đang áp dụng.
➢ Đánh giá và chứng minh có thể áp dụng các phương pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu bằng
bơm ép khí dưới trộn lẫn (gần trộn lẫn) và giải pháp bơm ép luân phiên nước-khí rất phù hợp với
cấu trúc vỉa chứa, tính chất lưu thể vỉa và tính chất đá vỉa của tầng Mioxen, mỏ Sư Tử Đen trên
mô hình mô phỏng thành phần.

➢ Chứng minh trên mô hình thành phần, giải pháp bơm ép luân phiên nước-khí có thể gia
tăng thu hồi dầu cao nhất và phù hợp nhất với đối tượng Mioxen hạ của mỏ Sư Tử Đen cả yếu tố
kinh tế và kỹ thuật.

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP
NÂNG CAO HỆ SỐ THU HỒI DẦU PHÙ HỢP
CHO ĐỐI TƯỢNG MIOXEN SỬ TỬ ĐEN
Địa chất của tầng chứa Mioxen
Mỏ Sư Tử Đen có 3 loại vỉa chứa chính bao gồm: đá móng nứt nẻ trước kỷ Đệ Tam, vỉa
trầm tích Mioxen hạ B10, B9, B15 và Oligoxen trên C30. Trong đó, tầng cát kết B9 đối tượng
Mioxen hạ bao gồm các tập cát mỏng, độ hạt từ mịn tới trung bình, môi trường thành tạo là sự
mở rộng các khe nứt đầm phá ven sông (Hình 2.1).
Tầng cát kết B10 được phát hiện tại các giếng SD - 1X, SD - 2X, SD -3X, SD - 4X, SD 5X, SD - 6X. Chiều dày tầng sản phẩm từ 10-16m, được xác định từ kết quả đo địa vật ký giếng
khoan và kết quả minh giải từ quá trình đo DST. Tập B10 được đánh giá là có tiềm năng nhất
trong đối tượng Mioxen hạ, mỏ Sử Tử Đen Tây Nam.


8

Hình 2.1: Bản đồ cấu trúc B10 Mioxen,
mỏ Sư Tử Đen

Hình 2.2: Đường cong thấm pha dầu
nước đối tượng Mioxen hạ B10

Tính chất đá vỉa và hệ chất lưu vỉa
2.2.1. Tính chất đá chứa tầng Mioxen hạ
Kết quả phân tích độ dính ướt, độ thấm tương đối dầu nước và độ nén của đất đá cho thấy
tính chất vỉa chứa tương đối tốt (độ rỗng khoảng 30%, độ thấm trung bình 7.000mD). Chỉ số dính
ướt nước 0,180 và 0,28 lần lượt trong giếng SD-2X và SD-3X. Hệ số nén của đá được tổng hợp

và xây dựng từ 23 mẫu. Theo kết quả phân tích, giá trị tiêu biểu của hệ số nén đá từ 4,5 tới 11,9xE6

(psi-1) (tương ứng với áp suất đo lớn nhất từ 4.000 tới 5.000 psi NOB), giá trị độ nén trung bình

khoảng 9,89 E-6 (psi-1). Đường cong thấm tương đối của nước và độ bão hòa dầu dư thấp cho
thấy tập cát là đối tượng tốt để tiến hành bơm ép nước (Hình 2.2).
2.2.2. Tính chất hệ chất lưu vỉa của đối tượng Mioxen hạ
Trong quá trình thử vỉa DST, mẫu chất lưu ở trạng thái một pha được lấy từ đáy các giếng
khoan SD-1X, SD-2X và SD-3X cùng với mẫu chất lưu khí, dầu từ bình tách. Các thông số chính
của dầu vỉa Mioxen hạ được trình bày trong bảng 2.1:
Bảng 2.1: Đặc tính dầu tại điều kiện vỉa
Tính chất
Tỷ trọng API
Áp suất điểm bọt (psia)
GOR (scf/stb)
Hệ số thể tích dầu thành hệ Boi tại áp suất vỉa
Pr = 2.500 psi
Độ nhớt dầu tại điều kiện vỉa (cP)

SD-1X
34,7
1.155
364

SD-2X
35,5
1.275
364

SD-3X

35,4
1.060
314

1,24

1,27

1,23

0,907

0,825

0,88

Trữ lượng dầu khí tại chỗ và trữ lượng dầu khí thu hồi
Đánh giá trữ lượng dầu khí tại chỗ và phân cấp trữ lượng của các vỉa chứa trầm tích được
xác định bằng phương pháp thể tích, dựa vào phương trình tính trữ lượng thông thường và kết
hợp với phương pháp mô phỏng Monte-Carlo.


9

Bảng 2.2: Trữ lượng dầu tại chỗ đối tượng Mioxen Hạ
Khu vực

Cấp trữ lượng

3X-6X

P1
P1
P2
2P

SD-1X
Tổng

Trữ lượng dầu tại chỗ (triệu thùng)
P90
P50
P10
29
33
37
147
159,1
171,8
37,9
44,5
51,8
213,9
236,6
260,6

Hiện trạng khai thác của mỏ Sử Tử Đen
Đối tượng Mioxen hạ bao gồm ba vùng khai thác chính: Vùng phía Tây, vùng khai thác
chính tại Trung tâm (MPA) và vùng Tây Nam. Tính đến thời điểm làm luận án, mỏ đang khai
thác tại 12 giếng: SD-10P, 11P, 14P, 15P, 20P, 23P, 26P, 1PST, 12PST và 8PST, SD-28P, SDNE6P và 3 giếng bơm ép SD-NE13I, SD-27I và SD-16IST, các giếng SD-8PST và SD-1PST đều

đang khai thác với độ ngập nước cao (Hình 2.3).

Hình 2.3: Động thái áp suất đáy giếng

Hình 2.4: Trạng thái bơm ép đối tượng
Mioxen hạ Sư Tử Đen Tây Nam

Các phương pháp gia tăng hệ số thu hồi dầu đã áp dụng
Hiện tại, Cửu Long JOC đang tiến hành bơm ép nước cho đối tượng Mioxen hạ Sư Tử Đen.
3 giếng bơm ép SD-NE13I, SD-27I và SD-16IST lần lượt được đưa vào trong các năm 2011 và
2012. Hiện tại giếng bơm ép SD-NE13I đã đóng do không còn hiệu quả trong việc duy trì năng
lượng vỉa (Hình 2.4).
Sản lượng khai thác dầu sẽ tiếp tục suy giảm nhanh do giới hạn thu hồi của phương pháp
truyền thống bơm ép nước. Phương pháp bơm ép gaslift cũng không phù hợp với các giếng có độ
ngập nước cao. Như vậy, vấn đề cấp bách ở đây là cần phải tìm phương pháp gia tăng hệ số thu
hồi dầu phù hợp trong tình hình hiệu quả các giếng bơm ép nước giảm nhanh.
Đánh giá thông số mỏ và lựa chọn phương pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu
Căn cứ vào điều kiện vỉa và thực trạng khai thác tại tầng chứa cát kết Mioxen hạ, mỏ Sử Tử
Đen, ta thấy rằng phương pháp bơm ép khí là phù hợp nhất và có thể áp dụng phương pháp tăng
cường thu hồi dầu bằng bơm ép khí hydrocarbon.


10

➢ Cấu trúc vỉa chứa và tính lên thông của vỉa chứa
Đặc trưng cấu trúc vỉa chứa của đối tượng Mioxen hạ mỏ Sư Tử Đen được thể hiện bởi tính
chất phân tập sản phẩm và được phân tách thành các khu vực khép kín, cấu tạo có dạng đóng 3
chiều bị chặn bởi các đứt gãy. Cấu trúc khép kín là một thuận lợi cho giải pháp bơm ép khí. Thể
tích khí bơm ép sẽ theo định luật trọng lực đi lên trên đỉnh của cấu tạo và được giữ tại đó không
bị mất và sẽ phát huy cơ chế dãn nở của mũ khí. Giếng bơm ép khí có thể thiết kế được cho cả 2

trường hợp là dưới ranh giới dầu-nước và trên ranh giới khí-dầu.
➢ Tính chất rỗng-thấm của đá chứa
Đá chứa của đối tượng Mioxen Sư Tử Đen có tính chất tương đối tốt, độ rỗng trung bình
25 tới 30%, độ thấm trung bình khoảng 7.000 mD là yếu tố thuận lợi cho việc áp dụng bơm ép
khí, đặc biệt là giải pháp bơm ép khí nước luân phiên. Khi bơm ép khí sau bơm ép nước, khí sẽ
có khuynh hướng tìm chỗ mà dầu không bị quét bởi nước.
➢ Tính chất hệ chất lưu vỉa và hiện trạng khai thác
Một trong những yếu tố mang tính quyết định đối với việc xem xét khả năng bơm ép nâng
cao hệ số thu hồi dầu là tính chất của hệ chất lưu vỉa. Khi bơm ép khí đẩy dầu xảy ra quá trình
trộn lẫn/gần trộn lẫn/không trộn lẫn giữa khí đẩy và dầu vỉa. Quá trình này làm giảm độ nhớt của
dầu, giảm khả năng dính ướt của dầu, tăng hiệu suất quét và đẩy dầu, giảm hiện tượng phân tỏa
dạng ngón bằng cách duy trì độ linh động và phân dị trọng lực giữa các chất lưu tương tác. Hiện
trạng khai thác cho thấy quá trình bơm ép nước đang áp dụng không còn gia tăng được dầu thu
hồi mà còn gây hiện tượng ngập nước tại các giếng khai thác. So sánh lượng dầu thu hồi và lượng
dầu tại chỗ, đánh giá phân bố dầu bão hòa còn lại trong vỉa thì việc áp dụng phương pháp nâng
cao thu hồi dầu còn có thể nâng cao được thu hồi thêm 2-5% so với bơm ép nước đang áp dụng.
Sử dụng tiêu chí đánh giá và phần mềm chuyên ngành để lựa chọn phương pháp nâng
cao thu hồi dầu phù hợp cho Mioxen Sư Tử Đen
Dựa trên các công trình nghiên cứu về các dự án EOR trên thế giới và các bài báo thống kê
của Tabek cũng như các đánh giá về tính chất của đá vỉa, hệ chất lưu vỉa của Mioxen Sử Tử Đen,
NCS đã xây dựng được 9 tiêu chí đánh giá để chứng minh giải pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu
bằng bơm ép luân phiên nước - khí Hydrocacbon là phù hợp nhất với điều kiện thực tế của mỏ
Sư Tử Đen (Bảng 2.3).
Bảng 2.3. Tính chất vỉa và điều kiện để áp dụng bơm ép khí cho tầng chứa cát kết Mioxen hạ,
mỏ Sư Tử Đen Tây Nam
STT
1
2
3

Tính chất vỉa
Tỷ trọng dầu (oAPI)
Áp suất vỉa (psia)
Nhiệt độ vỉa (C)

Mioxen hạ, Sư Tử Đen
Tây Nam
35,4
2.495
100

Tiêu chí để áp dụng bơm
ép khí
> 31
> 1.030
> 32

Đánh
giá
Đạt
Đạt
Đạt


11

4
5
6
7

8
9

Độ sâu (m)
Độ nhớt (cP)
Độ bão hòa dầu (%)
Độ thấm (mD)
Cấu trúc vỉa chứa
Hệ thống khai thác

1.700-1.745
0,75-0,77
30
7.000
Khép kín
Hệ thống tách và xử lý khí

> 650
> 0,1
> 25
>5
Khép kín
Hệ thống tách và xử lý khí

Đạt
Đạt
Đạt
Đạt
Đạt
Đạt

Ngoải ra, các tính chất vỉa chứa và đặc thù của mỏ Sử Tử Đen cũng được đưa vào phần
mềm chuyên ngành để xếp hạng các trọng số của từng yếu tố ảnh hưởng và lựa chọn phương pháp
tối ưu. Kết quả lựa chọn từ phần mềm được đưa ra trong hình 2.5 và bảng 2.6. Kết quả chỉ ra rằng
giải pháp hóa học và giải pháp khí là phù hợp. Phương pháp bơm ép khí không trộn lẫn tính khả
thi khi áp dụng lên đến trên 83%, phương pháp hóa phẩm (Surfactant, ASP, Micellar) lên đến gần
100%. Tuy nhiên, như đã biện luận trong các phần trên, giải pháp hóa sẽ rất khó khăn khi triển
khai do vỉa chứa Mioxen Sử Tử Đen có nhiệt độ-áp suất vỉa cao và độ khoáng hóa của nước
vỉa/nước bơm ép cao nên giá thành để thực hiện áp dụng sẽ cao và rủi ro hóa phẩm không không
chịu được nhiệt độ cao/độ khoáng hóa cao cũng rất lớn. Hình 2.6 cũng chỉ rõ với nhiệt độ vỉa trên
200oF (93oC) thì phương pháp bơm ép hóa phẩm sẽ rất rủi ro. Đối tượng Mioxen Sử Tử Đen có
nhiệt độ vỉa trung bình là 184oF (84oC) có những tập cát có nhiệt độ lên đến gần 200oF do độ dày
vỉa khá lớn (gần 40m vỉa) nên rủi ro về phương pháp bơm ép hóa phẩm là khá cao. Ngoài ra, mỏ
Sư Tử Đen là mỏ khai thác ngoài biển nên để vận chuyển hóa phẩm hàng ngày cung cấp cho bơm
ép là vấn đề rất khó. Đặc biệt khi bơm ép polymer/surfactant cần thời gian bơm ép liên tục trong
thời gian rất dài.

Hình 2.5: Kết quả lựa chọn EOR từ phần
mềm chuyên ngành cho Mioxen Sư Tử Đen

Hình 2.6: Các tiêu chí để lựa EOR từ phần
mềm chuyên ngành cho Mioxen Sử Tử Đen

Từ kết quả nghiên cứu trên cho thấy giải pháp bơm ép nước khí hydrocacbon luân phiên là
phù hợp nhất với tầng Mioxen, mỏ Sử Tử Đen trong giai đoạn hiện nay. Nguồn khí sẽ được sử
dụng từ nguồn khí đồng hành của mỏ Sư Tử Đen hoặc khí đồng hành của cụm mỏ Sư Tử. Một
trong những thuận lợi cho việc bơm ép luân phiên nước-khí là nguồn khí tự nhiên và đồng hành
của mỏ Sư Tử Đen và Sư Tử Trắng rất lớn. Hệ thống khai thác kết nối giữa các mỏ đều do một
nhà thầu CLJOC quản lý nên có thể điều phối nguồn khí để thực hiện dự án bơm ép luân phiên
nước-khí cho đối tượng Mioxen, mỏ Sư Tử Đen.

12

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN
VÀ MÔ HÌNH DỰ BÁO CHO QUÁ TRÌNH BƠM ÉP LUÂN PHIÊN NƯỚC KHÍ
VÀO TẦNG MIOXEN, MỎ SƯ TỬ ĐEN
Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm đo MMP cho dầu khí vỉa Mioxen STĐ
Thành phần khí bơm ép lấy từ giếng SDSW và thiết bị slimtube thực nghiệm được thiết kế
như sau:
- Độ dài cột cát sand-packed (m): 12,19;
- Đường kính trong (mm): 3.68;
- Vật liệu cát nhồi: Quartz; Độ rỗng của
cột slimtube: 37,10;
- Tổng thể thích của lỗ rỗng (PV, cm3):
80,41;
- Độ thấm (mD): 6.000 mD.
- Áp suất bơm ép: 8.000 psia; 7.000 psia;
6.000 psia; 5.000 psia; 4.000 psia;
3.000 psia.
- Tổng thể tích bơm ép khí qua cột Hình 3.1: Kết quả đo MMP với các cấp áp suất
đẩy khí
slimtube là 1,4 PV.
Kết quả phân tích và đánh giá đã chỉ ra với áp suất trên 5.300 psia thì quá trình bơm ép khí
là quá trình trộn lẫn, dưới 5.300 psia thì là quá trình gần trộn lẫn và không trộn lẫn.
Thiết bị này không thể mô phỏng được sự thay đổi về quá trình trộn lẫn/gần trộn lẫn/không
trộn lẫn theo diện và theo chiều dài của slimtube. Sự thay đổi thành phần chất lưu trong thiết bị
slimtube cũng không thể đại diện cho quá trình thay đổi chất lưu của vỉa chứa và dòng chảy chất
lưu trong slimtube cũng không thể đại diện cho dòng chảy trong vỉa. Độ rỗng và độ thấm của thiết
bị slimtube thực nghiệm là lý tưởng và được xây dựng chủ yếu trên thành phần hạt cát Quazt

không đại diện cho tính chất đá vỉa nên điểm MMP từ thực nghiệm khi áp dụng vào mỏ thông
thường không chính xác. Để khắc phục các vấn đề này, nghiên cứu sinh đã xây dựng một quy
trình để mô phỏng dự báo MMP trên phần mềm cho kết quả MMP chính xác và phù hợp với đối
tượng nghiên cứu trầm tích của Bể Cửu Long.
1. Xây dựng mô hình PVT cho hệ chất lưu vỉa và khí bơm ép của giếng SD-2X;
2. Kết hợp các thuật toán của phương trình trạng thái (EOS) và hành trạng pha của chất lưu
vỉa và khí bơm ép trên thành phần phân tích của giếng SD-2X để dự báo điểm MMP trên phần
mềm chuyên dụng;
3. Xây dựng mô hình mô phỏng lại quá trình thực nghiệm Slimtube cho Mioxen Sư Tử Đen;
4. Tái lập lại kết quả thực nghiệm xác định điểm MMP để hiệu chỉnh mô hình chuẩn;
5. Chạy mô hình slimtube để kiểm chứng kết quả của tính toán trên với các điểm MMP trên


13

mô hình slimtube;
6. Chạy mô hình slimtube và sử dụng mô hình mô phỏng hệ chất lưu PVT để đánh giá các
điểm MMP của các nguồn khí theo các cấp áp suất bơm đẩy khí;
7. Lựa chọn thành phần các nguồn khí và áp suất bơm đẩy để đánh giá hiệu quả trên mô hình
toàn đối tượng Mioxen Sử Tử Đen.
Mô hình chất lưu PVT và mô hình mô phỏng dự báo MMP
3.2.1. Mô hình chất lưu PVT cho giếng SD-2X
Mô hình PVT được tiến hành quá trình tái lập lại các kết quả thực nghiệm đo với các điều
kiện nhiệt độ, áp suất và thể tích. Quá trình này sử dụng phương trình trạng thái để tính toán và
hiệu chỉnh các tính chất lý hóa để khớp với kết quả thực nghiệm đo đạc được.
3.2.2. Sử dụng phương trình trạng thái pha để tính toán MMP cho các nguồn khí
Cơ chế trộn lẫn hai lưu thể được chia thành nhiều giai đoạn đẩy dầu và trộn lẫn. Điều kiện
trộn lẫn hoàn toàn được xác định thông qua giản đồ 3 cấu tử với giả định rằng các tính chất của 3
thành phần ảo của dầu khí hoàn toàn không thay đổi trong quá trình trộn lẫn. Giả định trên là
điểm yếu lớn nhất của các nghiên cứu tiến hành dựa trên giản đồ 3 cấu tử (Hình 3.3).

Hình 3.3: Giản đồ 3 cấu tử

Hình 3.4 : Giản đồ 3 pha của dầu vỉa
Mioxen Sư Tử Đen

Sử dụng mô hình mô phỏng chất lưu vỉa PVT cho Mioxen STĐ và phương trình trạng thái,
hành trạng pha của chất lưu vỉa và khí bơm ép để tính toán và xác định điểm MMP (Minimum
Miscible Pressure) hoặc điểm FCM (First Contact Miscible) và MCM (Multiple Contact
Miscible). Giản đồ 3 pha của dầu vỉa Mioxen STĐ được thể hiện trong hình 3.4, điểm chấm là
điều kiện áp suất và nhiệt độ của vỉa hiện tại.
➢ Trường hợp 1: Sử dụng khí bơm ép là khí khô hay khí thương phẩm và kết quả mô phỏng
tính điểm FCM là 7.340 và MCM là 7.305 psia.
➢ Trường hợp 2: Sử dụng khí bơm ép là khí bình tách cấp 2 và kết quả mô phỏng tính điểm
FCM là 5.838 và MCM là 5.542 psia.
➢ Trường hợp 3: Sử dụng khí bơm ép là khí bình tách cấp 1 và kết quả mô phỏng tính điểm


14

FCM là 4.758 và MCM là 4.510 psia.
➢ Trường hợp 4: Sử dụng khí bơm ép là khí trước khi vào bình tách cấp và kết quả mô phỏng
tính điểm FCM là 3.991 và MCM là 2.004 psia.
➢ Trường hợp 5: Sử dụng khí bơm ép là khí trơ N2, CO2 và kết quả mô phỏng cũng chỉ ra
không có quá trình trộn lẫn khí trơ N2 với dầu vỉa trong bất kỳ áp suất nào.
3.2.3. Xây dựng mô hình mô phỏng quá trình thực nghiệm Slimtube cho Mioxen STĐ
Mô hình Slimtube được xây dựng các ô lưới để mô phỏng lại quá trình bơm ép khí vào
trong vỉa dầu. Mô hình được thiết kế với các thông số tương tự với thông số của Slimtube thực
nghiệm. Điều kiện ban đầu của các ô lưới mô phỏng được đặt trong điều kiện nhiệt độ vỉa và áp
suất vỉa. Hỗn hợp dầu và khí trong ô lưới đầu tiên sẽ di chuyển, thay đổi sang trạng thái và thành

phần khác. Quá trình được lặp lại với pha đã dịch chuyển, pha đã dịch chuyển tiếp tục trộn lẫn
với dầu tại ô lưới thứ hai để hình thành hỗn hợp mới và lặp lại trên suốt quãng đường đi từ giếng
bơm ép đến giếng khai thác. Với quá trình mô phỏng biến đổi liên tục sẽ khắc phục được các hạn
chế của thực nghiệm cũng như có thể dự báo được chính xác điểm MMP cho Mioxen STĐ với
các nguồn khí bơm ép khác nhau và các cấp bơm đẩy khác nhau.
Kết quả mô hình mô phỏng Slimtube
Các cấp áp suất bơm ép được thực hiện mô phỏng từ 1.000 psia đến 7.000 psia tại nhiệt độ
vỉa 184oF.
➢ Trường hợp 1 (TH1): Sử dụng khí bơm ép là khí khô hay khí thương phẩm và kết quả mô
phỏng cho sản lượng thu hồi và dự báo điểm tính điểm MMP khoảng 6000 psia.
➢ Trường hợp 2 (TH2): Sử dụng khí bơm ép là khí bơm ép là khí ở bình tách cấp 2 và kết quả
mô phỏng cho sản lượng thu hồi và dự báo điểm tính điểm MMP khoảng 4500 psia.
➢ Trường hợp 3 (TH3): Sử dụng khí bơm ép là khí trước khi vào bình tách cấp 1 và kết quả
mô phỏng cho sản lượng thu hồi và dự báo điểm tính điểm MMP khoảng 2500 psia. Điểm MMP
này gần sát với điểm áp suất vỉa đang khai thác.

Hình 3.5: Sản lượng thu hồi
từ mô hình slimtube để xác
định MMP của TH1

Hình 3.6: Sản lượng thu hồi
từ mô hình slimtube để xác
định MMP của TH2

Hình 3.7: Sản lượng thu hồi
từ mô hình slimtube để xác
định MMP của TH3


15

Quá trình mô phỏng slimtube đã chỉ rõ được cơ chế trộn lẫn và gần trộn lẫn, từ đó có thể
tính toán chính xác được điểm MMP khi có dòng chảy và biến đổi thành phần theo chiều dài của
slimtube. Tại giá trị cuối cùng của quá trình đẩy có thể nhận thấy với quá trình đẩy trộn lẫn thì
dầu tàn dư trong slimtube gần bằng 0, còn với quá trình đẩy không trộn lẫn thì lượng dầu tàn dư
trong slimtube khoảng 0,2.
➢ Trường hợp 4: Sử dụng khí bơm ép là khí trơ N2 và CO2. Kết quả mô phỏng cũng chỉ ra
không có quá trình trộn lẫn N2 với dầu vỉa trong bất kỳ áp suất nào, quá trình bơm ép N2 vào vỉa
sẽ là quá trình không trộn lẫn.
So sánh MMP từ các phương pháp nghiên cứu
Bảng 3.1 Sai khác trong tính toán MMP tính toán
MMP thực nghiệm
MMP từ mô hình PVT
Mô hình 1-D slimtube
5.300 psia
7.350 psia
6.000 psia
Sai lệch
38,6 %
13,2 %
Tính toán dựa trên thiết bị
thực nghiệm với độ rỗng
37,8% và thành phần dầu
vỉa và khí bơm ép của
giếng SDSW-23P

1. Sai lệch do phương trình
trạng thái tại điều kiện tiếp
xúc tĩnh giữa bề mặt hai pha.
2. Sử dụng thành phần dầukhí đại diện cho vỉa (SD-2X)

1. Sai lệch do đã hiệu chỉnh lại
độ rỗng của mô hình slimtube
về với điều kiện thực tế mỏ,
trung bình 30%
2. Sử dụng thành phần dầu-khí
đại diện cho vỉa (SD-2X)

Kết quả đánh giá sai số của phương pháp xác định MMP đã chứng minh việc sử dụng mô
hình mô phỏng thủy động lực học slimtube có thể tính toán và dự báo chính xác được điểm MMP
với các điều kiện thực tế của mỏ. Kết quả cũng chứng minh hiệu quả nâng cao hệ số thu hồi dầu
của cơ chế bơm ép trộn lẫn với các cơ chế bơm ép gần trộn lần và không trộn lẫn.
Kết quả cũng chỉ ra các hạn chế của việc tính toán MMP chỉ sử dụng mô hình PVT. Quan
trọng hơn, nghiên cứu đã xây dựng được quy trình mô phỏng và khẳng định tính đúng đắn về
phương pháp luận, các thuật toán tính toán mô phỏng mô hình slimtube để dự báo điểm MMP
cho các mỏ dầu khí với các nguồn khí bơm ép khác nhau, đặc biệt có thể áp dụng được cho
Mioxen Sư Tử Đen.
Lựa chọn nguồn khí và giải pháp bơm ép khí cho Mioxen Sư Tử Đen
Từ các kết quả chạy mô phỏng slimtube để xác định điểm MMP và hiệu quả bơm ép các
nguồn khí trong các cơ chế trộn lẫn, gần trộn lẫn và không trộn lẫn có thể chọn lựa được các
phương án sử dụng nguồn khí phù hợp để tiến hành bơm ép. Đánh giá gradient áp suất của Mioxen
hiện tại theo độ sâu 2.000-2.500 psia, phân bố rỗng thấm thực tế mỏ và kết quả mô phỏng slimtube
để dự báo MMP thì có thể nhận thấy với trường hợp bơm ép khí hydrocarbon thông thường (khí
khô, khí làm giàu) sẽ không đạt đến trạng thái trộn lẫn hoàn toàn mà chỉ đạt trạng thái gần trộn
lẫn. Để tăng hiệu quả của quá trình bơm ép khí cho Mioxen, giải pháp bơm ép khí nước luân
phiên (WAG) cần được áp dụng. Bơm ép khí nước luân phiên sẽ nâng áp suất đáy giếng của giếng
bơm ép lên cao làm các nút khí bơm ép xuống vỉa tiệm cần hơn với quá trình gần trộn lẫn. Ngoài


16

ra, bơm ép nước trước và sau khí còn hạn chế bớt quá trình chảy quá nhanh của dòng khí bơm ép
do độ linh động của khí, quá trình này sẽ gia tăng hệ số quét cho quá trình bơm ép khí.
Kết luận
Nghiên cứu đã chỉ ra sự khác nhau giữa kết quả MMP thực nghiệm với kết quả tính toán
dựa trên phương trình trạng thái và tình trạng pha bởi mô hình chất lưu PVT và với kết quả MMP
bởi phần mềm mô phỏng. Các ưu điểm và nhược điểm của phương pháp xác định MMP bằng
thực nghiệm được đánh giá chi tiết như thành phần của hệ chất lưu vỉa và thành phần phần khí
bơm ép cũng cố định trong suốt quá trình tiến hành thực nghiệm nên sự thay đổi thành phần chất
lưu trong thiết bị slimtube cũng không thể đại diện cho quá trình thay đổi chất lưu của vỉa chứa.
Các kết quả đã chứng minh việc sử dụng mô hình mô phỏng thủy động lực học slimtube có thể
tính toán và dự báo chính xác được MMP với tính chất của vỉa chứa và điều kiện khai thác thực
tế của mỏ. Ngoài ra, luận án đã xây dựng được quy trình mô phỏng và khẳng định tính đúng đắn
về phương pháp luận, các thuật toán tính toán về dòng chảy trong mô phỏng mô hình slimtube để
dự báo điểm MMP cho các mỏ dầu khí với nguồn khí bơm ép khác nhau, đặc biệt có thể áp dụng
cho các đối tượng trầm tích của bể Cửu Long ở Việt Nam.

CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP BƠM ÉP NƯỚC KHÍ
LUÂN PHIÊN CHO MIOXEN SƯ TỬ ĐEN TRÊN MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
Cập nhật mô hình mô phỏng và khớp lịch sử khai thác
Mô hình thuỷ động của tầng chứa cát kết Mioxen, mỏ Sư Tử Đen có tổng số ô lưới được
đưa vào tính toán là 114.626 ô, cập nhật đến ngày 1/1/2015. Kết quả phục hồi lịch sử mô hình
khai thác cho thấy các giếng đã được phục hồi tốt, đáp ứng được các tiêu chí đề ra trong yêu cầu
kỹ thuật đối với việc xây dựng mô hình khai thác. Kết quả phục hồi lịch sử khai thác đối tượng
Mioxen, mỏ Sư Tử Đen đã được thể hiện trên hình 4.1.

Hình 4.1: Phân bố bão hòa dầu và kết quả khớp lịch sử
Kết quả phục hồi lịch sử mô hình thành phần cho thấy mô hình đã đảm bảo đủ tin cậy để
tiến hành nghiên cứu chuyển đổi sang mô hình thành phần để có thể đánh giá hiệu quả các phương

17

án bơm ép khí nước luân phiên theo các phương án khai thác.
Chuyển từ mô hình “black oil” sang mô hình thành phần
Quá trình bơm ép khí để nâng cao hệ số thu hồi thì việc sử dụng mô hình black oil không
thể mô tả sự thay đổi thành phần các cấu từ trong quá trình dịch chuyển từ ô lưới này sang ô lưới
khác trong quãng đường từ giếng bơm ép đến giếng khai thác. Sự thay đổi thành phần trong vỉa
hệ chất lưu vỉa và khí bơm ép sẽ quyết định cơ chế trộn lẫn, gần trộn lẫn và không trộn lẫn. Mô
hình thành phần cũng mô phỏng được sự thay đổi trạng thái pha của các cấu tử Hydrocacbon gồm
dầu vỉa và khí bơm ép, từ đó quyết định các tính chất của hệ chất lưu hỗn hợp và cơ chế của dòng
chảy. Kết quả tái lập lịch sử của mô hình được thể hiện trong hình, trữ lượng dầu tại chỗ của mô
hình “black oil” và mô hình thành phần sai khác < 3%.
Các phương án bơm ép khí và đánh giá độ nhạy
Dựa trên thực trạng hiện nay, giếng SD-16I có vị trí phù hợp nhất trong các giếng bơm ép
để tiến hành thử nghiệm bơm ép khí và dự báo sản lượng gia tăng của khu vực trung tâm của đối
tượng.
Để có thể đánh giá được cơ chế trộn lẫn, gần trộn lẫn, không trộn lẫn và hiệu quả của phương
pháp bơm ép khí cũng như chỉ ra được các ảnh hưởng của tính chất địa chất, chất lưu vỉa, vị trí
giếng bơm ép lên hiệu quả thu hồi dầu thì các phương án bơm ép, tối ưu khai thác cần được đưa
ra và chạy dự báo. Các phương án được xây dựng và trình bày trong bảng 4.1.


18

Bảng 4.1: Các phương án bơm ép khí và đánh giá độ nhạy
Giếng
bơm ép
nước
Phương án Cơ sở bơm ép nước :

bơm ép nước tại hai giếng 27I và
16I
Trường hợp 1
Phương án bơm ép khí : bơm ép
nước tại giếng 27I; bơm ép khí
tại giếng 16I
Trường hợp 2
Phương án bơm ép luân phiên
nước-khí(WAG): bơm ép nước
tại giếng 27I và bơm ép luân
phiên khí-nước tại giếng 16I
Trường hợp 3
Phương án bơm ép WAG 5 triệu
Mscf/day tại giếng 16I, giếng
27I bơm ép nước
Phương án bơm ép WAG 10
triệu Mscf/day tại giếng 16I,
giếng 27I bơm ép nước
Phương án bơm ép WAG 15
triệu Mscf/day tại giếng 16I,
giếng 27I bơm ép nước
Trường hợp 4

Giếng
bơm ép
khí

27I 16I

Thời

gian
bơm ép

Lưu lương
bơm ép

Bơm
ép dưới
OWC

Bơm
ép
nước

Áp
suất

2023

Vỉa

14000 bbl/day

X

X

Bơm
ép khí
CO2

Bơm
ép khí
N2

Bơm
ép khí
khô

27I

16I

2023

Vỉa

5MMscf/day

X

X

X

27I

16I

2023

Vỉa

5MMscf/day

X

X

X

27I

16I

3 năm

Vỉa

5MMscf/day

X

X

X

27I

16I

3 năm

Vỉa

10MMscf/day

X

X

X

27I

16I

3 năm

Vỉa

15MMscf/day

X

X

X

Bơm

ép khí
đã làm
giàu


19

Phương án bơm ép WAG trong
2 năm (5MMscf/day) tại giếng
16I, giếng 27I bơm ép nước

27I

16I

2 năm

Vỉa

5MMscf/day

X

X

X

Phương án bơm ép WAG trong
3 năm (5MMscf/day) tại giếng
16I, giếng 27I bơm ép nước

27I

16I

3 năm

Vỉa

5MMscf/day

X

X

X

Phương án bơm ép WAG
5MMscf/day CO2 tại giếng 16I,
giếng 27I bơm ép nước

27I

16I

3 năm

Vỉa

5MMscf/day

X

X

Phương án bơm ép WAG
5MMscf/day khí N2 tại giếng
16I, giếng 27I bơm ép nước

27I

16I

3 năm

Vỉa

5MMscf/day

X

X

Phương án bơm ép WAG
5MMscf/day khí khô tại giếng
16I, giếng 27I bơm ép nước

27I

16I

3 năm

Vỉa

5MMscf/day

X

X

Phương án bơm ép WAG
5MMscf/day khí đã được làm
giàu tại giếng 16I, giếng 27I
bơm ép nước

27I

16I

3 năm

Vỉa

5MMscf/day

X

X

Trường hợp 5
X

X

Trường hợp 6
X

X


20

4.3.1. Đánh giá hiệu quả phương án bơm ép nước, bơm ép khí và khí nước luân phiên
- Phương án cơ sở bơm ép nước (PACS): bơm ép nước duy trì áp suất mỏ của 02 giếng SD16I và SD-27I với lưu lượng bơm ép 14.000 thùng/ngày.
- Trường hợp 1 (TH1): Bơm ép khí cả đời mỏ của giếng SD-16I với lưu lượng bơm ép 5 triệu
bộ khối khí/ngày.
- Trường hợp 2 (TH2): Bơm ép khí nước luân phiên với giếng SD-16I với chu kỳ 3 tháng bơm
khí (lưu lượng 5 triệu bộ khối khí /ngày) và 3 tháng bơm nước (4000 thùng/ngày).
Các kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả nâng cao hệ số thu hồi dầu của phương pháp bơm
ép khí nước luận phiên (TH2) là tốt nhất, sau đó là bơm ép khí và cuối cùng là bơm ép nước.

Hình 4.2: Sản lượng dầu thu hồi
toàn mỏ của PACS, TH1, TH2

Hình 4.3: Lưu lượng và tổng sản lượng khí
thu hồi toàn mỏ của TH3a, TH3b, TH3c

4.3.2. Đánh giá và lựa chọn lưu lượng bơm ép khí nước luân phiên tối ưu
- TH3a: Phương án bơm ép WAG với lưu lượng khí 5 triệu bộ khối/ngày;

- TH3b: Phương án bơm ép WAG với lưu lượng khí 10 triệu bộ khối/ngày;
- TH3c: Phương án bơm ép WAG với lưu lượng khí 15 triệu bộ khối/ngày.
Kết quả mô phỏng cho thấy với lưu lượng bơm ép khí khô 5 triệu bộ khối/ngày cho kết quả
thu hồi dầu cao nhất mặc dù lưu lượng bơm ép là thấp nhất. Điều này có thể giải thích do cơ chế
bơm ép WAG hiện tại đang là cơ chế bơm ép khí gần trộn lẫn nên khi tăng tốc độ bơm ép khí lên
quá cao 10 triệu bộ khối/ngày và 15 triệu bộ khối/ngày thì dòng khí bơm ép với vận tốc rất lớn
được đẩy vào vỉa gần như không đủ thời gian để tiếp xúc với pha dầu. Hiện tượng đánh thủng của
dòng khí bơm đẩy rất rõ ràng, lưu lượng khí thu được tại giếng khai thác tăng đột biết theo các chu
kỳ bơm ép khí cũng như tác động lên vỉa rất nhanh. Lưu lương bơm ép 5 triệu bộ khối/ngày, thời
gian 1 năm lượng khí mới đến giếng khai thác và một phần đã trộn lẫn với dầu vỉa làm hiệu quả
trộn lẫn để giai tăng được sản lượng dầu cao hơn các trường hợp lưu lượng khí bơm ép lớn hơn.
4.3.3. Đánh giá hiệu quả bơm ép khí nước luân phiên theo thời gian bơm ép
- TH4a: Phương án bơm ép WAG với lưu lượng 5 triệu Mscf/ngày với thời gian bơm ép WAG
trong 2 năm.


21

- TH4b: Phương án bơm ép WAG với lưu lượng 5 triệu Mscf/ngày với thời gian bơm ép WAG
trong 3 năm.
Kết quả mô phỏng cho thấy thời gian bơm ép càng dài thì hiệu quả thu hồi càng cao và
phương án TH4b là có hiệu quả nên được áp dụng cho giếng SD-16I.

Hình 4.4: Lưu lượng và tổng sản lượng dầu
thu hồi toàn mỏ của TH4a, TH4b

Hình 4.5: Lưu lượng và tổng sản lượng dầu
thu hồi toàn mỏ của TH5a, TH5b, TH5c

4.3.4. Đánh giá phương pháp bơm ép khí với các cơ chế trộn lẫn, gần trộn lẫn, không trộn

lẫn
- TH5a: Phương án bơm ép WAG với nguồn khí là khí hydrocarbon khô;
- TH5b: Phương án bơm ép WAG với nguồn khí là khí CO2;
- TH5c: Phương án bơm ép WAG với nguồn khí là khí trơ N2;
Kết quả mô phỏng được thể hiện trong hình 4.7 cho thấy bơm ép khí khô (Drygas) là hiệu
quả nhất, bơm ép khí N2 và khí CO2 có hiệu quả gần như nhau. Nhưng cơ chế không trộn lẫn của
N2 thể hiện rất rõ trong hiệu quả khi bơm ép.
4.3.5. So sánh hiệu quả các phương án bơm ép khí với các nguồn khí bơm ép
- TH6a: Phương án bơm ép WAG với lưu lượng khí 5 triệu bộ khối/ngày với nguồn khí là khí
hydrocarbon khô;
- TH6b: Phương án bơm ép WAG với lưu lượng khí 5 triệu bộ khối/ngày với nguồn khí là khí
đã được làm giàu;
Kết quả mô phỏng cho thấy bơm ép khí được làm giàu có hiệu quả thu hồi dầu cao hơn so
với bơm ép khí khô. Kết quả thu hồi tại giếng bơm ép cũng cho thấy hiệu quả đẩy của nút khí đã
làm giàu tốt hơn so với nút khí khô trong cùng hệ chất lưu vỉa. Như vậy, hiệu quả của quá trình
trộn lẫn, mặc dù trong cả hai phương án đều bơm ép ở áp suất dưới áp suất trộn lẫn.


22

Hình 4.6: Lưu lượng và tổng sản lượng khí thu hồi toàn mỏ của TH6a, TH6b
Kết luận
12 phương án bơm ép khí, bơm ép khí nước luân phiên, bơm ép khí với các lưu lượng bơm
ép hoặc với các nguồn khí khác nhau đã được so sánh với phương pháp bơm ép nước thông thường.
Phương án bơm ép nước cũng cho kết quả thu hồi dầu khá tốt với 34,4 % thu hồi dầu (tại thời điểm
tháng 02/2014 thì bơm ép nước đã thu hồi được 26,5%) và hệ số quét khá tốt. Kết quả mô hình mô
phỏng toàn đối tượng khai thác Mioxen Sư Tử Đen đã chứng minh rằng có thể áp dụng các phương
pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu bằng bơm ép khí dưới trộn lẫn (gần trộn lẫn) và giải pháp bơm ép
luân phiên nước-khí rất phù hợp với cấu trúc vỉa chứa, tính chất lưu thể vỉa và tính chất đá vỉa của
Mioxen Sư Tử Đen. Giải pháp bơm ép luân phiên nước-khí đem lại hiệu quả nâng cao thu hồi cao

nhất hơn 36 % thu hồi dầu, có thể gia tăng thu hồi lên 2-5% so với bơm ép nước, sản lượng gia
tăng khoảng hơn 2-5 triệu thùng (tùy thuộc vào trữ lượng ban đầu của mỏ). Ngoài ra, còn giảm độ
ngập nước của các giếng khai thác do quá trình bơm ép nước gián đoạn, giảm thiểu được rủi ro
chết giếng khai thác do độ ngập nước cao.
Một trong các nguyên nhân làm giảm khả năng nâng cao hệ số thu hồi dầu của phương pháp
bơm ép khí và bơm ép luân phiên nước-khí khi áp dụng cho đối tượng Mioxen, mỏ Sư Tử Đen là
do quỹ giếng bơm ép hiện tại. Để có thể gia tăng tối đa lượng dầu thu hồi cho đối tượng Mioxen
STĐ thì nên chuyển đổi một giếng khai thác sang bơm ép luân phiên nước-khí hoặc khoan thêm
giếng bơm ép thông minh vào khu vực này.
Kết quả mô hình mô phỏng trên toàn bộ đối tượng Mioxen Sư Tử Đen cũng đã chứng minh
hiệu quả trộn lẫn một phần của quá trình bơm ép khí vào trong vỉa chứa có áp suất dưới áp suất
trộn lẫn tối thiểu. Kết quả tối ưu lưu lượng bơm ép luân phiên nước-khí cũng chứng minh với lưu
lượng bơm ép khí là 5 triệu bộ khối/ngày có thể gia tăng thu hồi dầu tốt nhất. Kết quả nghiên cứu
và đánh giá trên mô hình đã chứng minh phương pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu bằng giải pháp
bơm ép luân phiên nước-khí là phù hợp nhất với đối tượng Mioxen, mỏ Sư Tử Đen về cả kinh tế
và kỹ thuật.


23

KẾT LUẬN
Luận án đã làm rõ và sáng tỏ cũng như đánh giá được khả năng áp dụng bơm ép luân phiên
nước-khí vào trong vỉa chứa mỏ Sư Tử Đen theo cơ chế gần trộn lẫn. Làm rõ các cơ chế nâng cao
hệ số thu hồi và chứng minh được phương pháp bơm ép luân phiên nước-khí là phù hợp nhất với
trầm tích mỏ Sư Tử Đen và có thể gia tăng thu hồi từ 2-5% thu hồi dầu so với các phương pháp
thông thường khác như bơm ép nước. Từ các kết quả nghiên cứu, NCS đưa ra những kết luận sau:
1.

Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm và hệ thống thiết bị xác định áp suất trộn lẫn tối thiểu

MMP trong phòng thí nghiệm với điều kiện nhiệt độ và áp suất vỉa cũng đã được xem xét và đánh
giá. Khắc phục các nhược điểm của phương pháp xác định áp suất trộn lẫn tối thiểu bằng thực
nghiệm và tính toán trên giản đồ pha cấu tử của chất lưu vỉa, xây dựng quy trình để mô phỏng tính
toán và dự báo áp suất trộn lẫn tối thiểu trên phần mềm phù hợp với đối tượng nghiên cứu trầm
tích của bể Cửu Long.
Nghiên cứu đã chỉ ra sự sai khác giữa kết quả MMP thực nghiệm phòng thí nghiệm với kết
quả tính toán dựa trên phương trình trạng thái và hành trạng pha bởi mô hình chất lưu PVT và với
kết quả MMP nhận được từ mô hình mô phỏng slimtube bởi phần mềm mô phỏng chuyên ngành.
Các kết quả đã đã khẳng định tính đúng đắn về phương pháp, các thuật toán tính toán để dự báo
chính xác điểm MMP cho các mỏ dầu khí với các nguồn khí bơm ép khác nhau, tính chất của vỉa
chứa và điều kiện khai thác thực tế của mỏ. Phương pháp này cũng hạn chế được sai số của kết
quả tính toán MMP bằng sử dụng phương trình trạng thái và hành trạng pha thông qua mô hình
PVT.
2.

Nghiên cứu đã đánh giá toàn bộ những ảnh hưởng từ cấu trúc địa chất, độ sâu vỉa, áp suất-

nhiệt độ vỉa, tính chất chất lưu vỉa, tính chất khí bơm ép, cơ chế dòng chảy thực tế trong vỉa, tối
ưu quy trình bơm ép và thành phần khí bơm ép v.v. lên hiệu quả bơm ép khí nâng cao thu hồi dầu.
Kết hợp đánh giá chi tiết điều kiện vỉa và thực trạng khai thác của đối tượng Mioxen, mỏ Sử Tử
Đen Tây Nam. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng phương pháp bơm ép khí, đặc biệt là bơm ép
luân phiên nước-khí là phù hợp nhất và có thể áp dụng để nâng cao hệ số thu hồi dầu cho đối tượng
Mioxen, mỏ Sư Tử Đen.
Dựa trên các kết quả phân tích, đánh giá các dự án trên thế giới và đặc thù của đối tượng
nghiên cứu, NCS đã xây dựng được bảng gồm 9 tiêu chí cho tầng Mioxen Sử Tử Đen để đánh giá
và lựa chọn phương pháp bơm ép luân phiên nước-khí nhằm nâng cao thu hồi dầu. Tính chất vỉa
chứa và hiện trạng khai thác của Mioxen Sư Tử Đen đều phù hợp với các tiêu chí và phương pháp
bơm ép luân phiên nước-khí và có thể áp dụng thành công.
3.

Nghiên cứu đã thực hiện xây dựng mô hình thành phần để làm rõ cơ chế bơm ép trộn lẫn,

không trộn lẫn và gần trộn lẫn của quá trình bơm ép khí hydrocarbon khô, khí hydrocarbon đã
được làm giàu, khí CO2, khí trơ N2 đã chứng minh giải pháp bơm ép luân phiên nước-khí là giải
pháp tối ưu và gia tăng hệ số thu hồi dầu cao nhất.