Nâng cao hiệu quả khai thác mỏ x bằng phương pháp phân tích hệ thống khai thác tích hợp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

LÊ BỬU HÓA

NÂNG CAO HIỆU QUẢ KHAI THÁC MỎ X BẰNG
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HỆ THỐNG KHAI THÁC
TÍCH HỢP
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Dầu Khí
Mã số: 60 52 06 04

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2016

i


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học :
1. TS Tạ Quốc Dũng
2. TS. Phùng Văn Hải
Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày 22 tháng 6 năm 2016
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. ..............................................................
2. ..............................................................
3. ..............................................................
4. ..............................................................
5. ..............................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA

ii


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: LÊ BỬU HÓA ................................................ MSHV: 13411088 ..........
Ngày, tháng, năm sinh: 06/03/1988 ........................................... Nơi sinh: Huế ..................
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Dầu Khí ............................................ Mã số : 60520604 ..........
TÊN ĐỀ TÀI:

I.

NÂNG CAO HIỆU QUẢ KHAI THÁC MỎ X BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN

TÍCH HỆ THỐNG KHAI THÁC TÍCH HỢP
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

II.
-

Khảo sát cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp mô phỏng hệ thống khai thác tích
hợp

-

Xây dựng mơ hình khai thác tích hợp đối với mỏ X, ứng dụng phần mềm
IPM phân tích và đánh giá hoạt động của mỏ X

-

Đƣa ra biện pháp nâng cao hiệu quả khai thác đối với mỏ X

III.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 01/2016

IV.

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/2016

V.

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN :
-

TS. Tạ Quốc Dũng, Trƣởng Khoa Kỹ Thuật Địa Chất và Dầu Khí, Trƣờng
Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh

-

TS. Phùng Văn Hải, Phó Ban Cơng Nghệ Mỏ, Cơng Ty Điều Hành Dầu Khí
PVEP

Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20....
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TRƢỞNG KHOA KT. ĐC-DK
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CÁM ƠN
Tác giả xin gửi lời tri ân sâu sắt sự hướng dẫn tận tình và sát sao của TS. Tạ
Quốc Dũng, Trưởng Khoa Kỹ Thuật Địa Chất và Dầu Khí, Trường Đại Học Bách
Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh và TS. Phùng Văn Hải, Phó Trưởng Ban Cơng Nghệ
Mỏ, Cơng Ty Điều Hành Dầu Khí PVEP, đã giúp tác giả đi đúng phương hướng,
giải quyết các vấn đề trong quá trình thực hiện luận văn.
Tác giả cũng xin gửi lời cám ơn đến quý thầy cô trong khoa Kỹ Thuật Địa
Chất và Dầu khí, trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là
các thầy cơ thuộc bộ mơn Khoan và Khai Thác Dầu Khí đã giảng dạy, truyền đạt
kiến thức và kinh nghiệm trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.

Xin gửi lời tri ân đến gia đình đã ln chăm lo, động viên, cảm ơn các người
bạn đã giúp đỡ, góp ý giúp tác giả hồn thiện luận văn thạc sĩ hơn.

LÊ BỬU HÓA

iv


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Mỏ X là mỏ dầu khí đã và đang trong giai đoạn suy giảm năng lượng vỉa. Đối
với mỏ này, một mặt là tình trạng suy giảm năng lượng của vỉa, mặt khác là sự phụ
thuộc rất lớn của sản lượng dầu khai thác vào công nghệ nâng hỗ trợ, tiêu biểu như
gas lift. Nhiều nghiên cứu đã cho thấy có nhiều phương pháp khác nhau có thể áp
dụng đối với các mỏ tương tự nhằm nâng cao hiệu quả khai thác như các phương
pháp tác động vào vỉa (Bơm ép nước, khí, …) hoặc các phương pháp khơng tác
động vào vỉa (Tối ưu hóa sự quản lý các thiết bị khai thác, giảm áp suất bề mặt, …).
Tuy nhiên, do đã đi vào giai đoạn cuối đời mỏ, nên tính linh động và khả thi về mặt
kinh tế, phù hợp với điều kiện thực tế của mỏ luôn luôn cân nhắc và xem xét trước
khi áp dụng.
Phương pháp giảm áp suất bề mặt để nâng cao hiệu quả khai thác với sự hỗ trợ
của hệ thống thiết bị bề mặt là một trong các phương pháp khá đơn giản, tính linh
động cao và chi phí đầu tư không quá lớn so với các phương pháp khác như bơm ép
nước, khí hoặc các phương pháp thu hồi dầu tăng cường. Đối với mỏ X, sản lượng
dầu khai thác của bốn (4) giếng khai thác gaslift bị hạn chế nhiều do áp suất cản từ
hệ thống đường ống thu gom bề mặt quá lớn. Với mục tiêu xử lý bài tốn nâng cao
hiệu quả khai thác bằng cơng cụ mơ hình hóa trên cơ sở phân tích hệ thống khai
thác tích hợp, nghiên cứu này đã xây dựng mơ hình khai thác cụm giếng mỏ X, từ
đáy giếng đến hệ thống đường ống thu gom bề mặt, khớp với các thông số khai thác
thực tế tin cậy của toàn hệ thống sử dụng phần mềm IPM. Hoạt động của cụm giếng
mỏ X được phân tích nhằm xác định sự ảnh hưởng của áp suất cản từ hệ thống thu

gom bề mặt hiện tại, từ đó đề xuất hệ thống hỗ trợ bề mặt (Low Pressure System) để
đáp ứng áp suất bề mặt được giảm sau khi đã phân tích. Giải pháp này đã giúp tăng
15% sản lượng khai thác toàn cụm giếng mỏ X so với sản lượng hiện tại bằng cách
giảm áp suất bề mặt nhờ hệ thống thiết bị hỗ trợ bề mặt từ 210 psig xuống còn 70
psig, phương pháp này mang lại hiệu quả kinh tế sau khoảng bảy (7) tháng sau khi
được áp dụng, đáp ứng được nhu cầu cấp thiết đối với mỏ X.

v


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan những kết quả tính tốn, phân tích thể hiện trong luận văn “Nâng
cao hiệu quả khai thác Mỏ X bằng phương pháp phân tích hệ thống khai thác
tích hợp” do chính tơi thực hiện, không sao chép từ các nghiên cứu khác.

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2016
LÊ BỬU HĨA

vi


MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN ......................................................................................................... iv
TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................. v
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... vi
MỤC LỤC

........................................................................................................ vii

DANH SÁCH BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ .............................................................. ix

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................... xv
MỞ ĐẦU

...................................................................................................... xvii

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ................................. 1

CHƯƠNG 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT..................................................................... 9

2.1

Các phương pháp có thể áp dụng để nâng cao hiệu quả khai thác với mỏ X 9

2.1.1

Phương pháp tác động vào vỉa và giếng .................................................9

2.1.2

Phương pháp không tác động vào vỉa và giếng ....................................13

2.2

Phương pháp phân tích hệ thống khai thác.................................................. 20

2.2.1

Giới thiệu chung về phương pháp [4], [5] ................................................20

2.2.2

Các đặc điểm của mô phỏng hệ thống khai thác ..................................21

2.2.3

Lựa chọn điểm nút trong hệ thống khai thác tích hợp ..........................22

2.2.4

Đường đặc tính dịng vào IPR [3], [8] ......................................................24

2.2.5

Đường đặc tính dịng ra (TPR/VLP) [8].................................................30

2.2.6

Tương quan dịng chảy qua cơn khai thác [9] ........................................42

2.3

Lý thuyết tích hợp hệ thống khai thác bao gồm nhiều giếng [5] .................. 44

2.4

Tổng quan về phần mềm IPM được sử dụng để phân tích [1] ...................... 45

CHƯƠNG 3:
3.1

ỨNG DỤNG ĐỐI VỚI MỎ X [11], [12] ......................................... 47

Tổng quan về mỏ X ..................................................................................... 47

3.1.1

Vị trí và điều kiện tự nhiên ...................................................................47

3.1.2

Hoạt động tìm kiếm và thăm dò ...........................................................47

3.1.3

Đặc trưng địa chất .................................................................................49

3.1.4

Hoạt động khai thác Mỏ X....................................................................57

3.1.5

Nhu cầu cấp thiết đối với mỏ X ............................................................58

vii

3.2

Ứng dụng IPM để phân tích hệ thống khai thác tích hợp mỏ X .................. 58

3.2.1

Dữ liệu đầu vào .....................................................................................58

3.2.2

Xây dựng mơ hình bằng phần mềm IPM..............................................65

3.2.3

Kết quả phân tích bằng phần mềm IPM ...............................................73

CHƯƠNG 4:

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................... 91

PHỤ LỤC

........................................................................................................ 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 98

viii

DANH SÁCH BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ
DANH SÁCH HÌNH VẼ
CHƯƠNG 1
Hình 1. 1 Tiềm năng nâng cao hiệu quả và kéo dài thời gian khai thác một mỏ trưởng
thành ứng với 2 nhóm phương pháp ...................................................................................... 4
Hình 1. 2 Hiệu quả của sự áp dụng ESP ............................................................................... 5
Hình 1. 3 Chiến lược quản lý hiệu quả đối với các dự án đầu tư phát triển mỏ ................... 5

CHƯƠNG 2
Hình 2. 1 Các phương pháp tác động vào vỉa để nâng cao hiệu quả khai thác [01] ............ 10
Hình 2. 2 Hiệu quả của phương pháp bơm ép nước đối với mỏ Gulf – Thailand [4]........... 11
Hình 2. 3 Sự áp dụng phương pháp bơm ép khí [11] ............................................................ 12
Hình 2. 4 Hệ thống bơm điện chìm điển hình [4].................................................................. 14
Hình 2. 5 Đường cong biểu hiện khả năng hoạt động của bơm điện chìm điển hình [4] ..... 15
Hình 2. 6 Hệ thống thiết bị phụ trợ bề mặt của bơm điện chìm điển hình [4] ...................... 15
Hình 2. 7 Sự áp dụng bơm đện chìm [4] ............................................................................... 16
Hình 2. 8 Biểu đồ minh họa hiệu quả của việc áp dụng bơm điện [4].................................. 16
Hình 2. 9 Hệ thống LPS điển hình [2]................................................................................... 18
Hình 2. 10 Bơm ly tâm đa pha điển hình ............................................................................. 19
Hình 2. 11 Sơ đồ hệ thống LPS ............................................................................................ 19
Hình 2. 12 Hệ thống khai thác tích hợp từ vỉa lên đến bề mặt ............................................ 21
Hình 2. 13 Minh họa các điểm nút trong hệ thống khai thác .............................................. 22
Hình 2. 14 Hoạt động của giếng với điểm nút là đáy giếng [3]............................................ 23
Hình 2. 15 Giản đồ pha của các loại chất lưu ..................................................................... 24
Hình 2. 16 Hình minh họa cho cơng thức Darcy ................................................................. 25
Hình 2. 17 Phân loại chất lưu.............................................................................................. 26

ix

Hình 2. 18 Mơ hình dịng chảy của giếng đứng (a) Hình chiếu đứng (b) Hình chiếu bằng 28
Hình 2. 19 Quan hệ đường đặc tính dịng vào [8] ................................................................ 29
Hình 2. 20 Tổn hao áp suất trong một giếng điển hình [8]................................................... 31
Hình 2. 21 Minh họa tỉ lệ các tổn hao áp suất ở các điểm hệ thống khai thác [8] ............... 31
Hình 2. 22 Chế độ dịng chảy trong đường ống đứng [8] ..................................................... 33
Hình 2. 23 Chế độ dịng chảy trong ống ngang [8] .............................................................. 33
Hình 2. 24 Giản đồ chế độ dòng chảy theo Duns & Ros ..................................................... 35
Hình 2. 25 Các mối tương quan được áp dụng trong Petroleum Expert Correlations ....... 39
Hình 2. 26 Biên giữa các chế độ dòng chảy khác nhau....................................................... 40
Hình 2. 27 Sơ đồ minh họa dịng chảy qua cơn khai thác ................................................... 42
Hình 2. 28 Quan hệ lưu lượng-áp suất dịng qua cơn khai thác (choke) ............................ 43
Hình 2. 29 Minh họa phương pháp giải bài tốn tích hợp .................................................. 45

CHƯƠNG 3
Hình 3. 1 Vị trí mỏ X ............................................................................................................ 48
Hình 3. 2 Kết quả khảo sát PLT........................................................................................... 52
Hình 3. 3 Kết quả khảo sát LFA .......................................................................................... 52
Hình 3. 4 Bản đồ cấu trúc của tầng MI-9.2 và MI-9.3 ........................................................ 54
Hình 3. 5 Gradient áp suất của mỏ X .................................................................................. 55
Hình 3. 6 Kết quả khảo sát thành phần sét X-North 3XST .................................................. 56
Hình 3. 7 Kết quả thành phần phân loại sét X-North 3XST ................................................ 56
Hình 3. 8 Hiện trạng khai thác của mỏ X ............................................................................ 57
Hình 3. 99 Sơ đồ hồn thiện giếng X-1P[12] ........................................................................ 61
Hình 3. 1010 Sơ đồ hồn thiện giếng X-2P[12] .................................................................... 62
Hình 3. 111 Sơ đồ hồn thiện giếng X-3P[12] ...................................................................... 63
Hình 3. 122 Sơ đồ hồn thiện giếng X-3P[12] ...................................................................... 64
Hình 3. 133 Giao diện chính của PROSPER ....................................................................... 65

x

Hình 3. 144 Giao diện nhập thơng số của vỉa ..................................................................... 66
Hình 3. 155 Giao diện nhập thơng số PVT của chất lưu ..................................................... 66
Hình 3. 16 Nhập thơng số của giếng ................................................................................... 67
Hình 3. 17 Nhập thơng số của thiết bị bề mặt ..................................................................... 67
Hình 3. 18 Khớp tính chất PVT của chất lưu ...................................................................... 68
Hình 3. 19 Kết quả khớp tính chất PVT của chất lưu .......................................................... 69
Hình 3. 20 Giao diện cho biết PVT của chất lưu đã được khớp .......................................... 70
Hình 3. 21 Gradient áp suất và nhiệt độ trước khi hiệu chỉnh ............................................ 71
Hình 3. 22 Gradient áp suất và nhiệt độ sau khi hiệu chỉnh ............................................... 71
Hình 3. 23 Nhập liệu kết quả thử giếng để khớp ................................................................. 72
Hình 3. 24 Lựa chọn các tương quan cần so sánh .............................................................. 72
Hình 3. 25 So sánh các tương quan tương ứng với kết quả thử giếng ................................ 73
Hình 3. 26 Hoạt động hiện tại của giếng X-1P ................................................................... 74
Hình 3. 27 Hoạt động hiện tại của giếng X-2P ................................................................... 74
Hình 3. 28 Hoạt động hiện tại của giếng X-3P ................................................................... 75
Hình 3. 29 Hoạt động hiện tại của giếng X-4P ................................................................... 75
Hình 3. 30 Các bước phân tích hệ thống khai thác tích hợp ............................................... 80
Hình 3. 31 Thanh cơng cụ trong GAP ................................................................................. 81
Hình 3. 32 Gán mơ hình của Prosper vào mơ hình giếng ở GAP ....................................... 81
Hình 3. 33 Nhập liệu cho hệ thống đường ống bề mặt ........................................................ 82
Hình 3. 34 Nhập liệu cho bình tách ..................................................................................... 82
Hình 3. 35 Nhập liệu cho máy nén khí ................................................................................. 83
Hình 3. 36 Nhập liệu cho bơm ............................................................................................. 83
Hình 3. 37 Nhập liệu cho các valve ..................................................................................... 84
Hình 3. 38 Xây dựng đường IPR của hệ thống khai thác mỏ X ........................................... 85
Hình 3. 39 Xây dựng đường VLP cho hệ thống khai thác mỏ X .......................................... 85

xi

Hình 3. 40

Mơ hình hệ thống khai thác tích hợp mỏ X (Khơng có và có LPS)................ 86

Hình 3. 41 Chạy mơ hình hệ thống khai thác mỏ X ............................................................. 87
Hình 3. 42 Kết quả chạy mơ hình tích hợp bằng GAP ........................................................ 87
Hình 3. 43 Dự báo sản lượng gia tăng của mỏ X khi áp dụng phương pháp ...................... 90
Hình 3. 44 Hiệu quả kinh tế khi áp dụng phương pháp giảm áp suất bề mặt ..................... 90

xii


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
CHƯƠNG 1
CHƯƠNG 2
Bảng 2. 1 Tương quan chế độ dòng chảy trong ống khai thác tương ứng với độ sâu [6] .... 32
Bảng 2. 2 Điều kiện biên các chế độ chảy Orkiszewski ....................................................... 36
Bảng 2. 3 Xác định hệ số ảnh hưởng của pha lỏng ............................................................. 41
Bảng 2. 4 Các hệ số dịng chảy qua cơn khai thác .............................................................. 43

CHƯƠNG 3
Bảng 3. 1 Khảo sát đối với giếng X-1X ............................................................................... 49
Bảng 3. 2 Khảo sát đối với giếng X-North 1X ..................................................................... 49
Bảng 3. 3 Khảo sát đối với giếng X-Norht 2X ..................................................................... 50
Bảng 3. 4 Khảo sát đối với giếng X-Norht 3X ..................................................................... 50
Bảng 3. 5 Khảo sát đối với giếng X-Norht 3XST1 ............................................................... 50
Bảng 3. 6 Kết quả khảo sát MI-07, MI-08, Mi-9.3 and Mi-9.2 ........................................... 53
Bảng 3. 7 Các tầng sản phẩm trong MI-07, MI-08, Mi-9.3 and Mi-9.2 .............................. 53
Bảng 3. 8 Thông số của mỏ X .............................................................................................. 58

Bảng 3. 9 Thông số của chất lưu mỏ X ................................................................................ 58
Bảng 3. 10 Vị trí và đạ điểm của van gaslift ở mỗi giếng ................................................... 59
Bảng 3. 11 Thơng số của khí bơm ép gaslift ........................................................................ 59
Bảng 3. 12 Hoạt động hiện tại của các giếng mỏ X theo số liệu khai thác từ thực tế ......... 59
Bảng 3. 13 Kết quả tương quan tốt nhất được lựa chọn cho các giếng mỏ X ..................... 73
Bảng 3. 14 Kết quả phân tích X-1P ..................................................................................... 76
Bảng 3. 15 Kết quả phân tích X-2P ..................................................................................... 76
Bảng 3. 16 Kết quả phân tích X-3P ..................................................................................... 77

xiii


Bảng 3. 17 Kết quả phân tích X-4P ..................................................................................... 77
Bảng 3. 18 Các trường hợp của việc giảm áp suất bề mặt được nghiên cứu ...................... 78
Bảng 3. 19 So sánh việc áp dụng hệ thống LPS và bơm đa pha .......................................... 79
Bảng 3. 20 Sự áp dụng mơ hình giếng đơn lẻ và mơ hình hệ thống tích hợp ...................... 80
Bảng 3. 21 Kết quả sản lượng gia tăng đối với High Case ................................................. 88
Bảng 3. 22 Kết quả sản lượng gia tăng đối với Base Case ................................................. 88
Bảng 3. 23 Kết quả sản lượng gia tăng đối với Low Case .................................................. 88
Bảng 3. 24 Tính hệ số suy giảm sản lượng hàng năm các giếng mỏ X ............................... 89

xiv


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
CHỮ VIẾT TẮT
GOC

: Gas Oil Contact (Ranh giới dầu - khí)

OWC : Oil Water Contact (Ranh giới nước – dầu)
PI

: Production Index (Chỉ số khai thác)

FOPR : Field Oil Production Rate (Lưu lượng dầu khai thác của mỏ)
GOR

: Gas Oil Ratio (Tỉ số khí – dầu trong vỉa)

LPS

: Low Pressure System

KÝ HIỆU
µo

: Hệ số nhớt của dầu (cp)

µw

: Hệ số nhớt của nước (cp)

A

: Diện tích mặt cắt ngang (ft2)

Bo

: Hệ số thể tích thành hệ dầu (STB/bbl)

Bw

: Hệ số thể tích thành hệ nước bơm ép (STB/bbl)

cđ

: Hệ số nén của đất đá

h

: Chiều dày của vỉa (ft)

ko

: Hệ số thấm pha dầu (md)

kro

: Hệ số thấm tương đối của dầu (md)

krw

: Hệ số thấm tương đối của nước

kw

: Hệ số thấm pha nước

Pb

: Áp suất điểm bọt khí (psi)

Pr

: Áp suất vỉa (psi)

Pi

: Áp suất vỉa ban đầu (psi)

xv


Pwf

: Áp suất đáy giếng (psi)

Qo

: Lượng dầu khai thác (STB)

Qo (max): Lưu lượng dầu khai thác cực đại (bbl)
re

: Bán kính ảnh hưởng (ft)

rw

: Bán kính giếng (ft)

So

: Độ bão hòa dầu (%)

Soi

: Độ bão hòa dầu ban đầu (%)

Sw

: Độ bão hòa nước (%)

Swi

: Độ bão hòa nước ban đầu (%)

t

: Thời gian (ngày)

Φ

: Hệ số rỗng của đất đá (%)

xvi


MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài

Có thể nói sản lượng khai thác dầu khí hiện nay đóng vai trị vơ cùng quan trọng
trong sự phát triển của các cơng ty dầu khí nói riêng và ngành năng lượng quốc gia
nói chung. Các cơng ty khai thác dầu khí hiện nay không ngừng nghiên cứu, áp
dụng các biện pháp khoa học công nghệ tiên tiến để nâng cao hiệu quả khai thác
dầu khí, đảm bảo sự phát triển tồn diện và bền vững của mình.
Như ta đã biết, đối với các mỏ dầu khí đã và đang khai thác, sản lượng dầu khí
khai thác sẽ giảm đáng kể theo thời gian cùng với sự suy giảm năng lượng, áp suất
của vỉa. Bên cạnh đó, việc áp dụng các phương pháp duy trì năng lượng vỉa (Bơm
ép nước, bơm ép khí, v.v…) đối với các mỏ dầu khí tốn một chi phí đầu tư khá lớn
và có thể sẽ khơng mang lại hiệu quả kinh tế khi áp dụng do việc phải bổ sung thêm
các hệ thống thiết bị phụ trợ (Hệ thống bơm ép nước/khí, hệ thống cung cấp năng
lượng, v.v…). Các chọn lựa trở nên nhạy cảm hơn giữa chi phí và hiệu quả, giữa
yêu cầu sản lượng khai thác ngắn hạn do ràng buộc về thời hạn hợp đồng khai thác
giữa cơng ty dầu khí và nước chủ nhà. Tất cả các yếu tố này đòi hỏi một cách tiếp
cận tồn diện, kịp thời có giải pháp vừa đảm bảo về công nghệ kỹ thuật, vừa đảm
bảo về hiệu quả kinh tế khi đầu tư. Phân tích hệ thống khai thác tích hợp, sử dụng
các cơng cụ phần mềm tin cậy để mô phỏng một phần hay toàn bộ hệ thống nhằm
đưa ra biện pháp tối ưu để nâng cao hiệu quả khai thác do vậy đã trở thành yêu cầu
cấp thiết tại nhiều công ty khai thác dầu khí tại Việt Nam.
Xuất phát từ yêu cầu trên, tác giả đã quyết định chọn đề tài sau làm luận văn
tốt nghiệp: “NÂNG CAO HIỆU QUẢ KHAI THÁC MỎ X BẰNG PHƯƠNG
PHÁP PHÂN TÍCH HỆ THỐNG KHAI THÁC TÍCH HỢP”
II. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn
 Mục tiêu:
Phân tích hệ thống khai thác tích hợp từ đáy giếng đến hệ thống bề mặt để

xvii


phân tích hoạt động của cụm giếng khai thác, giải quyết các vấn đề thực tế của

hệ thống này. Từ đó đề xuất biện pháp để nâng cao hiệu quả khai thác cho mỏ
X.
 Đối tượng:
Mỏ X được khai thác ở tầng MIOCENE hạ bởi giàn giàn Y. Giàn Y được thiết
kế sáu giếng, trong đó bốn giếng khai thác gaslift đã được đưa vào khai thác
kinh tế từ năm 2011. Ngoài hệ thống năng lượng và các hệ thống phụ trợ khác
(Hệ thống báo khói và cháy, hệ thống khí điều khiển, …), giàn Y chỉ được
trang bị hệ thống đường ống thu gom dầu khí từ các đầu giếng (Production
Header), sau đó được gia nhiệt bởi hệ thống CHU (Crude Heater Unit) trước
khi dẫn vào đường ống thug om về tàu chứa dầu. Sau một thời gian khai, sản
lượng các giếng suy giảm đáng kể do áp suất vỉa suy giảm trong khi áp suất
cản tại bề mặt lớn do tác động ngược từ tàu chứa dầu. Thêm vào đó, thời gian
cịn lại của hợp đồng khai thác đối với mỏ X là tương đối hạn chế - 2 năm. Vì
vậy, một yêu cầu cấp thiết được đặt ra là tìm biện pháp gia tăng sản lượng khai
thác để duy trì tính khai thác ổn định và tồn diện trong hoàn cảnh và điều
kiện thực tế của mỏ X.
 Phạm vi:
Mơ hình được xây dựng và phân tích bao gồm các giếng, côn khai thác
(choke), hệ thống đường ống thu gom bề mặt, được minh họa trong hình sau.

xviii


III. Dữ liệu nghiên cứu
 Dữ liệu địa chất khu vực nghiên cứu mỏ X
 Về dữ liệu, các thông số vùng cận đáy giếng, chỉ số khai khác, dữ liệu PVT,
hoàn thiện giếng, các dữ liệu về áp suất cũng như các kết quả thử giếng sẽ
được sử dụng trong nghiên cứu này.
IV. Mục tiêu của luận văn
Luận văn nhắm đến mục tiêu nghiên cứu phương pháp nâng cao hiệu quả khai

thác bằng phương pháp phân tích hệ thống khai thác tích hợp đối với một mỏ dầu
khí cụ thể.
V. Nội dung nghiên cứu của luận văn
Để đạt được kết quả nghiên cứu nêu trên, luận văn sẽ tập trung vào giải quyết
những nội dung như sau:
 Xây dựng mơ hình từng giếng (well model) từ các dữ liệu cận đáy giếng, ống
khai thác, độ mở côn (choke size), PVT data.
 Khớp (matching) mơ hình từng giếng với các kết quả thử giếng:
o Kết quả thử giếng
o Dữ liệu PVT của dòng chất lưu mỗi giếng
o Các tương quan thực nghiệm dòng chảy đa pha
 Xác định áp suất bề mặt tối ưu bằng mơ hình từng giếng và sơ đồ hồn thiện
giếng.
 Xây dựng mơ hình tồn hệ thống (net work model) bao gồm mơ hình các
giếng, hệ thống thu gom bề mặt.
 Tối ưu hóa khai thác tồn cụm giếng bằng mơ hình tồn hệ thống, tập trung
vào các mục tiêu xem xét ảnh hưởng tác động ngược của áp suất bề mặt trở lại
các giếng.
 Đề xuất phương pháp giảm áp suất bề mặt với hệ thống thiết bị bề mặt tương
ứng được áp dụng.

xix


VI. Phương pháp nghiên cứu
Cách thức thực hiện nội dung nghiên cứu gồm có:
 Mơ hình hóa, mơ phỏng: sử dụng cơng cụ phần mềm IPM với cơng cụ
chính là PROSPER để xây dựng mơ hình khai thác, chạy mơ phỏng các giếng
khai thác.
 Phân tích tổng hợp: phân tích định lượng dữ liệu toàn bộ các giếng khai

thác gồm dữ liệu vỉa, đặc tính lưu chất, hồn thiện giếng, hệ thống đường ống
thu gom bề mặt…Phân tích độ nhạy để tìm các thơng số quan trọng nhất cần
giải quyết.
 Phương pháp lý thuyết: nghiên cứu các mơ hình dịng chảy đa pha, các
phương trình sử dụng trong các tương quan dòng chảy đa pha, nghiên cứu giải
thuật tối ưu hóa khai thác.
 Phương pháp so sánh: Dựa vào yếu tố kinh tế, so sánh để xác định phương
pháp được lựa chọn.
VII. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
Ý nghĩa khoa học:
 Luận văn là cơng trình nghiên cứu, đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả
khai thác bằng phương pháp mơ phỏng hệ thống khai thác tích hợp, từ
nghiên cứu lý thuyết đến chạy mô phỏng. Xác định tương quan dịng
chảy trong hệ thống đường ống thích hợp cũng như phương pháp xây
dựng mơ hình hệ thống, hiệu chỉnh mơ hình phù hợp với kết quả khảo
sát thực tế của đối với mỏ X.
 Luận văn đưa ra phương pháp phân tích hoạt động của vỉa và giếng, từ
đó đề xuất phương pháp giảm áp suất bề mặt mặt với sự hỗ trợ của hệ
thống thiết bị bề mặt tương ứng dựa trên điều kiện thực tế của mỏ X. Kết
quả nghiên cứu sẽ làm cho thấy tính hiệu quả của phương pháp, làm cơ
sở để nghiên cứu và áp dụng cho các mỏ tương tự về sau.

xx


Ý nghĩa thực tiễn:
 Kết quả nghiên cứu là cấp thiết cho việc đề xuất biện pháp nâng cao hiệu
quả khai thác đối với mỏ X.
 Kết quả nghiên cứu của luận văn đóng góp cho sự nghiên cứu phát triển
các phương pháp nhằm nâng cao hiệu quả khai thác đối với các mỏ dầu

khí, đặc biệt là các mỏ đang trong giai đoạn suy giảm áp suất vỉa và có
sự hạn chế về việc áp dụng các biện pháp bơm ép nước hoặc khí truyền
thống do sự ảnh hưởng của yếu tố kinh tế.
VIII. Cấu trúc dự kiến của đề tài
Chương 1: Nghiên cứu Tổng quan.
Tổng hợp nội dung các đề tài nghiên cứu tương tự ở trong nước vào ngoài
nước liên quan tới đề tài đang làm, từ đó tìm hướng mới có ý nghĩa về lý
thuyết và ứng dụng của đề tài.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
Tổng quan một số phương pháp có thể áp dụng để nâng cao hiệu quả khai thác
Nghiên cứu các phương trình dịng chảy trong ống khai thác, qua cơn và
đường ống thu gom phù hợp với thành phần, đặc tính, tỷ lệ, lưu lượng…dòng
chảy của đối tượng nghiên cứu.
Nghiên cứu các tương quan thực nghiệm về dịng chảy, các thơng số chính tác
động đến tính tốn thủy lực.
Cơ sở lý thuyết của phương pháp phân tích hệ thống tích hợp áp dụng phần
mềm IPM
Chương 3: Ứng dụng phân tích đối với mỏ X
Mô tả địa chất khu vực nghiên cứu. Mô tả cấu hình giếng và hệ thống khai
thác.
Tổng hợp, chọn lọc dữ liệu phù hợp với hệ thống khai thác cần nghiên cứu.
Ứng dụng phần mềm IPM (PROSPER & GAP) để phân tích
 Xây dựng và khớp mơ hình cho từng giếng từ vỉa đến đầu ra côn, phân

xxi


tích và đề ra áp suất bề mặt tối ưu
 Xây dựng mơ hình tồn hệ thống, xác định sự ảnh hưởng qua lại giữa
các giếng và hệ thống thiết bị bề mặt

Chương 4: Kết luận và kiến nghị.
Đưa ra giải pháp để nâng cao hiệu quả khai thác thông qua sự phân tích ảnh
hưởng của tác động ngược của bề mặt đến hoạt động của các giếng.
Xác định sự hiệu quả của phương pháp được áp dụng thông qua sự gia tăng
sản lượng khai thác trước và sau khi áp dụng giải pháp.
Tổng hợp các đóng góp lý thuyết của đề tài.
Xác định được các hạn chế của mô hình và đưa ra các kiến nghị, đề xuất.
IX.

Tổng quan về tình hình nghiên cứu
Nâng cao hiệu quả khai thác bằng phương pháp giảm áp suất bề mặt dựa trên cơ
sở phân tích tồn bộ hệ thống khai thác từ vỉa, giếng đến các thiết bị bề mặt, hay
còn gọi là hệ thống khai thác tích hợp. Phương pháp này khơng ngừng phát triển,
hồn thiện và được ứng dụng rộng rãi trong các dự án khai thác và phát triển mỏ
trên thế giới.
Dưới đây là một số cơng trình nghiên cứu điển hình, chương 1 sẽ nói rõ hơn chi
tiết của các cơng trình nghiên cứu này:
 Umut Ozdogan, James F.Keating, Mark Knobles, Adwait Chawathe,
Doruk Seren, 2008, “RECENT ADVANCES AND PRACTICAL
APPLICATIONS OF INTERGRATED PRODUCTION MODELING
AT JACK ASSET IN DEEPWATER GULF OF MEXICO”, SPE
113904
 Production Testers International, 2009, “LOW PRESSURE SYSTEM:
A PRODUCTION ENHANCEMENT INITIATIVE”, SPE 124276
 Nguyễn Hùng, 2012, “NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH TÍCH HỢP HỆ
THỐNG KHAI THÁC CHO MỎ GẤU VÀNG”, luận văn tốt nghiệp.
 Z. Khatib, Smart Energy Engineering Consultancy, LLC, J.M. Walsh,

xxii

CETCO Energy Services, 2014 “EXTENDING THE LIFE OF
MATURE ASSETS: HOW INTEGRATING SUBSURFACE &
SURFACE

KNOWLEDGE

AND

BEST

PRACTICES

CAN

INCREASE PRODUCTION AND MAINTAIN INTEGRITY”, SPE170804-MS
 Phạm Ngọc Đăng Khoa, 2015, “ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MƠ
HÌNH HĨA HỆ THỐNG KHAI THÁC TÍCH HỢP NHẰM TỐI ƯU
KHAI THÁC CHO MỎ X”, luận văn thạc sĩ
 Mohamed. A. Abd El Moniem, Ahmed H. El-Banbi, 2015, “PROPER
SELECTION OF MULTIPHASE FLOW CORRELATIONS”, SPE175805-MS
X.

Cơ sở dữ liệu của luận văn
Về dữ liệu, các thông số vùng cận đáy giếng, chỉ số khai khác, dữ liệu
PVT, hoàn thiện giếng, các dữ liệu về áp suất cũng như các kết quả thử
giếng sẽ được sử dụng trong nghiên cứu này.
Một số tài liệu kỹ thuật, tài liệu khai thác của cơng ty dầu khí A được
ứng dụng cho việc nghiên cứu này.
Phần mềm chuyên ngành IPM được tác giả áp dụng để chạy mơ hình và

xuất ra các kết quả phục vụ cho quá trình nghiên cứu.
Ngoài ra, tác giả tham khảo các sách chuyên ngành và một số bài báo
SPE, tạp chí liên quan để tổng hợp kiến thức về cơ sở lý thuyết và
phương pháp được sử dụng để nghiên cứu.

xxiii


Chương 1: Tổng Quan tình hình nghiên cứu

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

Chương này sẽ tập trung phân tích các nghiên cứu liên quan đến các phương pháp
được áp dụng cho việc nâng cao hiệu quả khai thác đối với các mỏ dầu trưởng thành. Từ
đó đánh giá, so sánh với đối tượng nghiên cứu đề tài của tác giả để tìm ra các đặc thù
riêng của đối tượng và hướng nghiên cứu mới cho đề tài. Bên cạnh đó, các nghiên cứu
chuyên sâu liên quan đến việc chọn lựa các yếu tố quyết định của bài toán phân tích hệ
thống tích hợp như quan hệ IPR (Inflow Performance Relationship), TPR (Tubing
Performance Relationship), cũng được phân tích, đánh giá và so sánh với đối tượng
nghiên cứu để tìm ra những tương đồng và khác biệt, vừa hỗ trợ cho việc xây dựng mơ
hình, mơ phỏng vừa xác định những đóng góp mới từ kết quả nghiên cứu của tác giả ứng
với đối tượng đặc thù – mỏ X. Dưới đây là chi tiết các cơng trình nghiên cứu liên quan.
1.1

Umut Ozdogan, James F.Keating, Mark Knobles, Adwait Chawathe, Doruk
Seren, 2008, “Recent Advances and Practical Applications of Intergrated
Production Modeling at Jack Asset in Deepwater Gulf of Mexico”, SPE 113904
Bài báo đã giới thiệu việc ứng dụng các công cụ phần mềm PROSPER, GAP,

RESOLVE kết hợp với phần mềm mô phỏng vỉa CHEARS để xây dựng một hệ thống
khai thác tích hợp nhằm đưa ra các dự báo về sản lượng khai thác cho các kịch bản phát
triển như: đánh giá các phương pháp khai thác nhân tạo cho giếng (Artificial lift), hay
như đưa ra các thông số quyết định cho việc lựa chọn phương pháp khai thác, hay đưa ra
các biện pháp thiết kế hệ thống bơm ép nước giúp thu hồi dầu.
Bài báo định hướng cho tác giả các công cụ của phần mềm IPM ứng dụng cho việc
xây dựng mơ hình để phân tích và đánh giá hệ thống khai thác. Tuy nhiên, bài báo chưa
nêu cơ sở lý thuyết cho việc áp dụng phần mềm đối với việc phân tích hệ thống khai thác
tích hợp. Trong nghiên cứu của mình, tác giả sẽ tổng hợp cơ sở lý thuyết của việc xây
dựng mơ hình bằng cơng cụ của phần mềm IPM.
1.2

Production Testers International, 2009, “Low Pressure System: A Production
Enhancement Initiative”, SPE 124276
Bài báo nêu lên hiện trạng thực tế đối với một số mỏ dầu khí trưởng thành, các

giếng khơng cịn khả năng tự chảy được hoặc sản lượng khai thác tuy có nhưng rất hạn
Lê Bửu Hóa

1


Chương 1: Tổng Quan tình hình nghiên cứu
chế (Idle or producing with very little oil), vấn đề này không phải do sản lượng chất lưu
trong vỉa khơng có mà là do áp suất vỉa đã suy giảm đáng kể. Cụ thể là hơn 60 % các mỏ
dầu khí ở Malaysia, ước tính đã khai thác thương mại được trên 30 năm. Chính vì vậy,
những nỗ lực nghiên cứu phương pháp để tối ưu và tối đa sản lượng có thể thu hồi từ các
mỏ này luôn được thúc đẩy không ngừng. PETRONAS – tập đồn dầu khí quốc gia
Malaysia đã giới thiệu một dự án nâng cao hiệu quả khai thác ngắn hạn (Short Term

Production Enhancement – STPE), dự án được nghiên cứu trong hai (2) tháng áp dụng
cho mười (10) mỏ trưởng thành. Rất nhiều các biện pháp đã được cân nhắc, đánh giá và
thực hiện như là kết quả nghiên cứu của dự án STPE. Một trong số đó được đề xuất áp
dụng thực hiện là hệ thống LPS (Low Pressure System) bởi do tính đơn giản và linh động
của hệ thống này. Hệ thống này hoạt động dựa vào lý thuyết của dòng chảy, việc giảm áp
suất bề mặt của các giếng (the well test unloading concept) sẽ kích thích các giếng có thể
chảy lại hoặc chảy tốt hơn. Mặt dù lý thuyết này là cũ và khá đơn giản, nhưng việc áp
dụng nó địi hỏi sự tiếp cận và nghiên cứu một cách toàn diện.
Bài báo cũng giới thiệu sơ lược về hệ thống LPS và nguyên tắc hoạt động của hệ
thống khi được lắp đặt trên các giàn khai thác. Phương pháp này được áp dụng khi áp
suất ngược (Back-Pressure) của hệ thống thu gom bề mặt (Trunkline Pressure) lớn hơn áp
suất của bề mặt tại đầu giếng (Tubing Head Pressure). Lúc này các giếng sẽ được đưa
vào hệ thống LPS, khí từ các giếng có thể được thu hồi và tái sử dụng cho hệ thống
gaslift, mà không ảnh hưởng đến hệ thống thiết bị khai thác hiện hữu. Phương pháp này
đã áp dụng thành công đối với hai mỏ dầu cụ thể ở Malaysia, kết quả cho thấy sản lượng
dầu thu hồi được là phù hợp và khả thi. Bên cạnh đó, bài báo cũng nêu lên những lợi ích
của hệ thống LPS so với các phương pháp khác như: sự triển khai dự án ngắn (12-16
tuần), chi phí đầu tư thấp (chi phí sẽ được khấu trừ vào sự khai thác sau khi áp dụng), có
hiệu quả tức thì, khơng cần can thiệp vào giếng và vỉa, và đặc biệt là phù hợp cho mục
đích áp dụng trong thời gian ngắn.
Bài báo đã mang lại định hướng nghiên cứu đối với đối tượng mỏ X của tác giả.
Tuy nhiên, bài báo chưa nêu bật được cơ sở lý thuyết trước khi đánh giá áp dụng hệ
thống LPS. Tác giả sẽ đi sâu nghiên cứu vào cơ sở lý thuyết để phân tích hệ thống khai
thác mỏ X, từ đó làm cơ sở để xem xét đề xuất áp dụng hệ thống LPS đối với mỏ X.

Lê Bửu Hóa

2