Đánh giá định lượng các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hiệu chỉnh mô hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai thác (history matching) tầng mioxen dưới mỏ sóc đen
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.38 MB, 103 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
NGUYỄN PHÚC KHẢI
ĐÁNH GIÁ ĐỊNH LƢỢNG CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG
ĐẾN Q TRÌNH HIỆU CHỈNH MƠ HÌNH VỈA
PHÙ HỢP VỚI DỮ LIỆU KHAI THÁC (HISTORY
MATCHING) TẦNG MIOXEN DƢỚI MỎ SÓC ĐEN
Chuyên ngành: Địa Chất Dầu Khí Ứng Dụng
Mã số: 605351
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2012
Cơng trình được hồn thành tại: Trƣờng Đại học Bách Khoa – ĐHQG – HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. MAI CAO LÂN
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. TRẦN VĂN XUÂN
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. HOÀNG MINH HẢI
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 26 tháng 07 năm 2012.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1.
2.
3.
4.
5.
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên nghành
sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TRƢỞNG KHOA KT ĐỊA CHẤT & DẦU KHÍ
PGS.TS. NGUYỄN VIỆT KỲ
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
-------------
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN PHÚC KHẢI
MSHV: 03608728
Ngày, tháng, năm sinh: 01/ 08/ 1985
Nơi sinh: An Giang
Chuyên ngành: Địa chất dầu khí ứng dụng
Mã số: 605351
I. TÊN ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ ĐỊNH LƯỢNG CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN
QUÁ TRÌNH HIỆU CHỈNH MƠ HÌNH VỈA PHÙ HỢP VỚI DỮ LIỆU KHAI THÁC
(HISTORY MATCHING) TẦNG MIOXEN DƯỚI MỎ SÓC ĐEN
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
-
Hệ thống cơ sở lý thuyết về hiệu chỉnh mô hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai thác.
-
Khảo sát các phương pháp phân tích độ nhạy và rủi ro, từ đó xây dựng quy trình đánh
giá định lượng các yếu tố ảnh hưởng đến q trình hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với
dữ liệu khai thác.
-
Ứng dụng quy trình đánh giá định lượng cho tầng Mioxen dưới mỏ Sóc Đen.
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/2012
III. NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/2012
IV. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): Tiến sĩ MAI CAO
LÂN
Tp.HCM, ngày 06 tháng 02 năm 2012
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)
TS. TRẦN VĂN XUÂN
TS. MAI CAO LÂN
TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT & DẦU KHÍ
(Họ tên và chữ ký)
PGS.TS. NGUYỄN VIỆT KỲ
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được luận văn này, tác giả đã nhận được sự dạy dỗ nhiệt tình của các
thầy cô trong khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí, Đại học Bách Khoa Tp.HCM, sự giúp
đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy hướng dẫn, các lãnh đạo, các anh chị em đồng nghiệp
trong công ty Liên doanh điều hành dầu khí Cửu Long và đặc biệt là sự động viên các
người thân trong gia đình.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn các giảng viên thuộc hai bộ mơn Địa chất Dầu khí
và Khoan – Khai thác, trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình
giảng dạy trong suốt hai năm qua.
Đặc biệt, tác giả xin chân thành cảm ơn tiến sĩ Mai Cao Lân, giảng viên khoa Kỹ
thuật Địa chất & Dầu khí. Thầy đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tác giả định hướng đề
tài, triển khai đề cương và hoàn thành bản luận văn này trong suốt thời gian qua.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn sự ủng hộ, giúp đỡ của lãnh đạo và các anh
chị em trong công ty Cửu Long JOC đã cho phép sử dụng tài liệu; giúp đỡ và tạo điều
kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành luận văn này.
Nhân dịp này, con xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến cha mẹ, người không những đã
sinh con ra, nuôi nấng và dạy dỗ nên người mà còn dõi theo mỗi bước chân con, động
viên và giúp đỡ con trong mỗi khó khăn, đặc biệt là trong giai đoạn hoàn thành luận
văn này.
Nguyễn Phúc Khải
TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Q trình hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai thác là q trình thay đổi
các yếu tố đầu vào khơng chắc chắn sao cho kết quả đầu ra của mơ hình lặp lại gần
đúng với dữ liệu khai thác. Để đánh giá định lượng các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai thác, luận văn bao gồm các bước
chính sau.
Đầu tiên, khảo sát lý thuyết về hiệu chỉnh mơ hình vỉa: các yếu tố (thông số vỉa) ảnh
hưởng đến kết quả đầu ra của mơ hình, các yếu tố này thay đổi như thế nào để hiệu
chỉnh mơ hình vỉa, các phương pháp hiệu chỉnh mơ hình vỉa…Sau đó, các phương
pháp phân tích độ nhạy và rủi ro cũng được khảo sát ở khía cạnh ưu, nhược điểm và
cách thực hiện.
Dựa trên cơ sở lý thuyết đã được khảo sát, quy trình đánh giá định lượng các yếu tố
ảnh hưởng đến q trình hiệu chỉnh mơ hình phù hợp với dữ liệu khai thác (History
Matching) được xây dựng. Quy trình này bao gồm 4 giai đoạn chính:
-
Lựa chọn các yếu tố vỉa khơng chắc chắn và miền giá trị của nó
-
Sử dụng kết hợp phương pháp phân tích bề mặt đáp ứng với thiết kế thực
nghiệm thừa số 2 cấp để sàng lọc các yếu tố ít ảnh hưởng đến kết quả mơ hình (kết quả
mơ hình được thể hiện thơng qua hàm mục tiêu).
-
Sau khi đã loại bớt các yếu tố ít ảnh hưởng, phương pháp phân tích bề mặt đáp
ứng kết hợp với thiết kế thực nghiệm thừa số 3 cấp được sử dụng để đánh giá định
lượng các yếu tố ảnh hưởng. Trong giai đoạn này, thiết kế thực nghiệm thừa số 3 cấp
được sử dụng nhằm mục đích đánh giá những ảnh hưởng khơng tuyến tính, các ảnh
hưởng cấp 2 của các yếu tố đến kết quả mơ hình cũng như đánh giá các ảnh hưởng do
tương tác giữa các yếu tố. Đồng thời với việc sử dụng thiết kế thực nghiệm thừa số 3
cấp là số lượng các thực nghiệm (mô phỏng) tăng đáng kể. Do đó, giai đoạn sàng lọc
các yếu tố ảnh hưởng là bước cần thiết nhằm giảm thiểu thời gian thực thi các mô
phỏng cho giai đoạn đánh giá định lượng này. Bằng cách hồi quy các kết quả của các
mô phỏng được tạo ra theo kỹ thuật thiết kế thực nghiệm, phương trình bề mặt đáp ứng
được xây dựng. Các kết quả đánh giá định lượng của các yếu tố ảnh hưởng được thể
hiện trên đồ thị Pareto. Một bước nhỏ trong giai đoạn này là kiểm chứng độ tin cậy của
phương trình bề mặt đáp ứng. Thao tác kiểm chứng được thực hiện bằng cách đối chiếu
xem các kết quả hàm mục tiêu được tính từ mơ phỏng vỉa có giống với kết quả tính
tốn từ phương trình bề mặt đáp ứng (thơng qua một vài bộ số vỉa đầu vào ngẫu nhiên)
hay không.
-
Một khi đã xác định được phương trình bề mặt đáp ứng đáng tin cậy có thể đại
diện cho mơ hình vỉa. Phương pháp mô phỏng Monte Carlo được sử dụng để xác định
hàm phân bố xác suất của kết quả mơ hình (hàm mục tiêu). Dựa trên kết quả hàm phân
bố xác suất có thể xác định các trường hợp mơ hình (các bộ thông số vỉa đầu vào) thỏa
mãn sự phù hợp với dữ liệu khai thác. Tuy nhiên, các mơ hình này cần kiểm tra tính
hợp lý của các thơng số vỉa.
Quy trình đánh giá định lượng này được ứng dụng cho tầng Mioxen dưới mỏ Sóc Đen.
Ban đầu, 8 yếu tố (thông số vỉa) được xác định, thông qua quá trình sàng lọc đã loại bỏ
đi 2 yếu tố ít ảnh hưởng. Tiến hành đánh giá định lượng với 6 yếu tố cịn lại. Thơng
qua đồ thị Pareto, ranh giới dầu nước, độ rỗng và độ thấm ngang là các thông số vỉa
ảnh hưởng nhiều nhất đến kết quả đầu ra mơ hình. Sau đó, hàm phân bố xác suất được
xây dựng và đã xác định một số trường hợp mô phỏng cho kết quả tương đối phù hợp
tốt với dữ liệu khai thác.
ABSTRACT
History matching is the repetitive process of changing the high uncertainty input
parameters of the dynamic model until to have the output result which match with the
actual history data. To accelerate the history matching process, understanding how
much the effect of each input parameter to the history matching result is necessary. The
objective of this thesis is to quantify these effects. The quantifying procedure can be
divided into 4 steps:
First, reviewing theory about history matching process: the parameters which effect to
the output of the model, how these parameters changing affect to the result, the
different methods to get the good history matching... After that, some sensitivity and
risk analysis method are also reviewed on their strengths and weaknesses.
Based on the reviewed theories, the procedure to quantify the effect of the input
parameters of the history matching process was built. The procedure has 4 periods:
- Chose the input parameters and their range of uncertainty.
- Apply the response surface methods (RS) and 2-levels experimental design
(ED) to rank and remove the less effect input parameters (it is presented through the
objective function).
- After ranking and removing the less effect input parameters, the RS and 3levels ED are applied again to quantify the effect of input parameters. In this period, 3levels ED is applied to evaluated the non-linear effect, the exponential effect and the
interact effect between the input parameters. As the result of using the 3-levels ED, the
simulation runs increase significantly. Therefore, the ranking period which is on step 2
is the necessary period to reduce the running time for this quantifying period. The
simulations are run following the pattern design of a selective experimental design
method; the result of these simulations is regressed and created the response surface for
the defined objective function. A small step in this period is to verify the reliable of the
response surface equation. The verification is done by cross check the consistent of the
result calculated from simulation (actual) and from the response surface equation
(through some randomly input parameters). Based on the pattern design and the
reliable response surface equation, the quantification of the objective function is
evaluated by experimental design method and presented on the Pareto chart.
- Once the reliable response surface equation which can be represented for the
reservoir model is determined, the Monte Carlo is applied to determine the distribution
function of the output (the objective function). Based on the distribution function, the
best history match cases can be defined. However, these cases should be cross-checked
for the reasonable of the input parameters.
This quantification procedure is applied to the Miocene Sequence of the Soc Den
reservoir. Initially, 8 input parameters are selected. After ranking period, 2 less effect
parameters are removed. The remaining 6 parameters are used for quantifying
evaluation. As show on Pareto chart, the oil water contact, the horizontal porosity and
horizontal permeability are the most effect parameter to the result of the model. The
distribution function is developed and has determined some case which gives the
reasonable match with the observed data.
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “ĐÁNH GIÁ ĐỊNH LƢỢNG CÁC YẾU TỐ
ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH HIỆU CHỈNH MƠ HÌNH VỈA PHÙ HỢP VỚI
DỮ LIỆU KHAI THÁC (HISTORY MATCHING) TẦNG MIOXEN DƢỚI MỎ
SÓC ĐEN” là cơng trình nghiên cứu của cá nhân tơi. Các số liệu trong luận văn là các
số liệu trung thực.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2012
NGUYỄN PHÚC KHẢI
Chuyên ngành: Địa Chất Dầu Khí Ứng Dụng
Trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh
MỤC LỤC
Mở Đầu ............................................................................................................................ 1
Chƣơng 1. Cơ sở lý thuyết về hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai
thác................................................................................................................................... 7
1.1. Tổng quan về mô phỏng vỉa ................................................................................ 7
1.2. Lý thuyết chung về hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai thác
(History matching) ...................................................................................................... 9
1.2.1. Định nghĩa hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai thác .......... 9
1.2.2. Mục tiêu và điều kiện ràng buộc trong hiệu chỉnh mơ hình vỉa ............. 10
1.2.3. Các tiêu chuẩn về chất lƣợng hiệu chỉnh mô hình ................................... 10
1.2.4. Ngun lý chung trong hiệu chỉnh mơ hình .............................................. 11
1.2.5. Các yếu tố khơng chắc chắn (rủi ro) trong hiệu chỉnh mơ hình vỉa ....... 11
1.2.6. Các bƣớc chung trong hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai
thác .......................................................................................................................... 13
1.3. Các phƣơng pháp hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai thác ... 15
1.3.1. Hiệu chỉnh mơ hình theo phƣơng pháp truyền thống.............................. 15
1.3.1.1. Các quy mô trong hiệu chỉnh mô hình ................................................ 15
1.3.1.2. Trình tự hiệu chỉnh mơ hình ................................................................ 17
1.3.2. Hiệu chỉnh mơ hình tự động ....................................................................... 23
Chƣơng 2: Xây dựng quy trình đánh giá định lƣợng các yếu tố ảnh hƣởng đến
q trình hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai thác ............................ 29
2.1. Các phƣơng pháp phân tích độ nhạy và rủi ro ............................................... 29
2.1.1. Phƣơng pháp phân tích độ nhạy truyền thống ......................................... 29
2.1.2. Phƣơng pháp phân tích độ nhạy dạng cây (nested simulation) .............. 29
2.1.3. Phƣơng pháp phân tích rủi ro Monte Carlo ............................................. 30
2.1.4. Phƣơng pháp phân tích bề mặt đáp ứng và thiết kế thực nghiệm.......... 31
2.1.4.1. Phƣơng pháp bề mặt đáp ứng (Response Surface Method) ............. 32
2.1.4.2. Lý thuyết thiết kế thực nghiệm (Experimental Design) .................... 35
2.2. Xây dựng quy trình đánh giá định lƣợng các yếu tố ảnh hƣởng .................. 39
2.2.1. Xác định các yếu tố ảnh hƣởng và các miền giá trị của các yếu tố ......... 40
2.2.2. Quy trình sàng lọc các yếu tố ảnh hƣởng .................................................. 41
2.2.3. Quy trình đánh giá định lƣợng .................................................................. 41
2.2.4. Xây dựng hàm phân bố xác suất của kết quả đầu ra ............................... 42
Chƣơng 3: Ứng dụng mơ hình đánh giá định lƣợng cho tầng Mioxen dƣới mỏ Sóc
Đen ................................................................................................................................. 44
3.1. Giới thiệu chung về tầng Mioxen dƣới mỏ Sóc Đen ....................................... 44
3.1.1. Vị trí địa lý và lịch sử thăm dò ................................................................... 44
3.1.2. Đặc điểm chung về địa chất bồn trũng Cửu Long ................................... 45
3.1.2.1. Địa tầng chính trong khu vực nghiên cứu .......................................... 45
3.1.2.2. Cấu trúc kiến tạo chính trong khu vực nghiên cứu ........................... 49
3.1.2.3. Tầng sinh ................................................................................................ 51
3.1.2.4. Tầng chứa .............................................................................................. 52
3.1.2.5. Tầng chắn .............................................................................................. 54
3.1.3. Đặc điểm tầng chứa Tầng Mioxen dƣới mỏ Sóc Đen ............................... 55
3.1.3.1. Đá nguồn ................................................................................................ 56
3.1.3.2. Đá chắn................................................................................................... 56
3.1.3.3. Dịch chuyển dầu khí ............................................................................. 56
3.1.3.4. Bẫy dầu khí ............................................................................................ 57
3.1.3.5. Đặc điểm mơi trƣờng trầm tích ........................................................... 57
3.1.3.6. Chất lƣợng đá chứa............................................................................... 59
3.2. Giới thiệu mơ hình mỏ tầng Mioxen dƣới mỏ Sóc Đen .................................. 61
3.2.1 Hiện trạng khai thác tầng Mioxen dƣới mỏ Sóc Đen ................................ 61
3.2.2. Mơ hình thủy động lực tầng Mioxen dƣới mỏ Sóc Đen ........................... 63
3.3. Đánh giá định lƣợng các yếu tố ảnh hƣởng ..................................................... 67
3.3.1. Xác định các yếu tố ảnh hƣởng .................................................................. 67
3.3.2. Sàng lọc các yếu tố ảnh hƣởng ................................................................... 69
3.3.3. Đánh giá định lƣợng các yếu tố ảnh hƣởng đến q trình hiệu chỉnh mơ
hình vỉa ................................................................................................................... 74
3.3.4 Xây dựng hàm phân bố xác suất của sai số kết quả hiệu chỉnh mơ hình 79
Kết luận và kiến nghị ................................................................................................... 84
Tài liệu tham khảo ....................................................................................................... 88
HÌNH LUẬN VĂN
Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của một mơ hình dịng chảy
Hình 1.2 Sơ đồ mơ tả các bước chung trong q trình hiệu chỉnh mơ hình vỉa
Hình 1.3 Các quy mơ trong hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai thác
Hình 1.4 Sơ đồ mơ tả các bước hiệu chỉnh mơ hình trong giai đoạn lặp lại lịch sử áp
suất
Hình 1.5 Sơ đồ miêu tả các bước tiến hành hiệu chỉnh trong giai đoạn phù hợp độ bão
hịa
Hình 2.1 Sơ đồ mơ phỏng phương pháp phân tích dạng cây
Hình 2.2 Sơ đồ mơ phỏng phương pháp phân tích rủi ro Monte Carlo
Hình 2.3 Sơ đồ mơ tả quy trình đánh giá định lượng các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả
hiệu chỉnh mơ hình
Hình 3.1 Vị trí địa lý mỏ Sóc Đen
Hình 3.2 Bản đồ nóc tầng móng granite, Lơ 15-1, bồn trũng Cửu Long
Hình 3.3 Cột địa tầng tổng hợp bồn trũng Cửu long
Hình 3.4 Các giai đoạn hoạt động biến dạng của bể Cửu Long và Vùng phía Đơng đới
Đà Lạt
Hình 3.5 Mặt cắt địa chấn qua cấu tạo Sóc Đen
Hình 3.6 Mặt cắt địa chấn thẳng đứng của tầng chứa Mioxen dưới
Hình 3.7 Tướng trầm tích và đường Log Gamma Ray đặc trưng của đá chứa Mioxen
dưới
Hình 3.8 Độ lỗ rỗng và độ thấm của tầng chứa Mioxen dưới với các tướng tương tự
Hình 3.9 Độ rỗng và độ thấm từ mẫu lõi tầng chứa Mioxen dưới
Hình 3.10 Động thái khai thác giếng SD-1P
Hình 3.11 Động thái khai thác giếng SD-2P
Hình 3.12 Động thái khai thác giếng SD-3P
Hình 3.13 Hệ số thể tích của dầu
Hình 3.14 Tỷ số khí dầu đồng hành
Hình 3.15 Đường cong độ thấm tương đối tầng Mioxen dưới
Hình 3.16 Áp suất mao dẫn tầng Mioxen dưới
Hình 3.17 Hình ảnh tổng thể mơ hình vỉa của khu vực nghiên cứu
Hình 3.18 Các đồ thị Pareto thể hiện kết quả sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng
Hình 3.19 Đồ thị chéo thể hiện sự kiểm chứng tính chính xác bề mặt đáp ứng
Hình 3.20 Đồ thị Pareto thể hiện định lượng các yếu tố ảnh hưởng
Hình 3.21 Quy trình và kết quả phân bố xác suất của sai số hiệu chỉnh mơ hình
Hình 3.22 Kết quả mơ phỏng của giếng SD-1P
Hình 3.23 Kết quả mơ phỏng của giếng SD-2P
Hình 3.24 Kết quả mơ phỏng của giếng SD-3P
BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Danh sách các yếu tố ảnh hưởng
Bảng 3.2 Danh sách giá trị các yếu tố của các thiết kế thực nghiệm sàng lọc
Bảng 3.3 Danh sách các yếu tố ảnh hưởng sau khi thực hiện sàng lọc
Bảng 3.4 Danh sách giá trị các yếu tố của các thiết kế thực nghiệm đánh giá định lượng
Bảng 3.5 Danh sách các trường hợp mơ phỏng kiểm chứng phương trình bề mặt đáp
ứng
Bảng 3.6 Danh sách các trường hợp mô phỏng ứng với phân bố xác suất tích lũy trong
khoảng 15-20%
1
Mở Đầu
Để có chiến lược quản lý, khai thác mỏ đúng đắn và hiệu quả kinh tế cao, ngày nay hầu
hết các kỹ sư công nghệ mỏ đều sử dụng công cụ mô phỏng vỉa (mô phỏng thủy động
lực) nhằm đánh giá hiện trạng khai thác và dự đoán chế độ khai thác tối ưu cũng như
lên kế hoạch phát triển mỏ. Thế mạnh của mô phỏng vỉa là mô tả khá chính xác hình
dáng, cấu trúc, các đặc tính vỉa chứa, các động thái khai thác của mỏ, từ đó đưa ra
chiến lược quản lý và phát triển mỏ lâu dài tốt nhất trên cơ sơ tối ưu hóa khai thác và
tối đa hệ số thu hồi.
Q trình mơ phỏng vỉa bao gồm xây dựng mơ hình (building model), hiệu chỉnh mơ
hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai thác (history matching) và dự báo khai thác
(prediction). Trong đó, hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai thác là bước
tiên quyết để tiến hành dự báo khai thác. Kết quả dự báo đáng tin cậy khi và chỉ khi mơ
hình mơ phỏng vỉa lặp lại tốt lịch sử khai thác của mỏ.
Hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai thác (history matching) là q trình
hiệu chỉnh thơng số vỉa (độ thấm, độ bão hịa, thể tích và vị trí tầng nước…) để kết quả
mô phỏng vỉa phù hợp với dữ liệu khai thác thực tế (lưu lượng các pha, tỷ số khí dầu,
áp suất đáy giếng, thời gian nước hoặc khí xâm nhập vào giếng…).
Tính cấp thiết của luận văn
Tầng Mioxen dưới mỏ Sóc Đen thuộc lơ 15.1 bồn trũng Cửu Long bắt đầu khai thác từ
giữa năm 2007. Tất cả các giếng đều có động thái khai thác khá phức tạp: hiện tượng
nước xâm nhập vào giếng sớm, lưu lượng khai thác suy giảm nhanh… Vấn đề hiệu
chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai thác (history matching) gặp nhiều khó khăn
do có nhiều yếu tố khơng chắc chắn trong vỉa chứa cũng như trong tầng nước vỉa ảnh
hưởng đến đầu ra của mơ hình. Việc lựa chọn các yếu tố ảnh hưởng (thông số vỉa)
2
cũng như mức độ thay đổi của các yếu tố này đã làm tiêu tốn rất nhiều thời gian và
công sức của người kỹ sư thực hiện, tuy nhiên mức độ chính xác của kết quả dự báo
khai thác vẫn còn rất hạn chế. Để giái quyết vấn đề trên một cách thấu đáo, đánh giá
định lượng các yếu tố ảnh hưởng có ý nghĩa quan trọng trong hiệu chỉnh mơ hình vỉa.
Đề tài: “ĐÁNH GIÁ ĐỊNH LƢỢNG CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN Q
TRÌNH HIỆU CHỈNH MƠ HÌNH VỈA PHÙ HỢP VỚI DỮ LIỆU KHAI THÁC
(HISTORY MATCHING) TẦNG MIOXEN DƢỚI MỎ SÓC ĐEN” được chọn để
giải quyết các vấn đề trên.
Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu chính của luận văn là đánh giá định lượng các yếu tố ảnh hưởng
đến q trình hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai thác của tầng Mioxen
dưới mỏ Sóc Đen. Kết quả luận văn sẽ giúp xác định các thông số vỉa nào là không
chắc chắn nhất và cần được thay đổi bao nhiêu để có mơ hình vỉa được xem là phù
hợp.
Nhiệm vụ của luận văn:
Để đạt được mục đích nghiên cứu trên, nhiệm vụ của luận văn được đặt ra là:
-
Hệ thống cơ sở lý thuyết về hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai
thác.
-
Khảo sát các phương pháp phân tích độ nhạy và rủi ro, từ đó xây dựng quy trình
đánh giá định lượng các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù
hợp với dữ liệu khai thác.
-
Ứng dụng quy trình đánh giá định lượng cho tầng Mioxen dưới mỏ Sóc Đen.
Phạm vi nghiên cứu
3
Do thời gian nghiên cứu tương đối ngắn cũng như số lượng các yếu tố ảnh hưởng được
khảo sát là tương đối lớn do đó đối tượng nghiên cứu của luận văn được giới hạn trong
khu vực phía Bắc tầng Mioxen dưới mỏ Sóc Đen. Khu vực này bao gồm 3 giếng khoan
khai thác với 2 giếng bắt đầu khai thác từ giữa năm 2007, giếng còn lại mới đưa vào
khai thác từ giữa năm 2010.
Phƣơng pháp nghiên cứu
-
Khảo sát cơ sở lý thuyết của về hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai
thác (history matching), các phương pháp phân tích độ nhạy và rủi ro, từ đó đề xuất
phương pháp phân tích độ nhạy thích hợp cho quy trình đánh giá định lượng.
-
Sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng (Response Surface Method) và lý thuyết
phân tích thực nghiệm (Experimental Design) để khảo sát và đánh giá mức độ ảnh
hưởng của các thông số vỉa đến chất lượng của q trình hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù
hợp với dữ liệu khai thác tầng Mioxen dưới mỏ Sóc Đen.
-
Sử dụng phương pháp mơ phỏng Monte Carlo để xây dựng hàm phân bố xác
suất của sai số kết quả hiệu chỉnh mơ hình vỉa.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
-
Phương pháp đánh giá định lượng này chỉ ra được các yếu tố nào ảnh hưởng
nhiều đến kết quả hiệu chỉnh mơ hình cũng như kết quả dự đốn khai thác và các
nghiên cứu khác. Do đó, trong quá trình thu thập dữ liệu kế tiếp, người kỹ sư sẽ có định
hướng thu thập những dữ liệu nào nhằm tăng độ tin cậy của mơ hình vỉa.
-
Đề ra được phương pháp chung đánh giá định lượng các yếu tố ảnh hưởng đến
q trình hiệu chỉnh mơ hình, phương pháp này khơng chỉ ứng dụng cho mỏ Sóc Đen
mà cịn có thể áp dụng cho các mỏ khác.
4
-
Sử dụng được phương pháp lấy mẫu Monte Carlo vào trong mô phỏng vỉa thông
qua việc tạo nên một bề mặt đáp ứng mô tả kết quả cần đánh giá. Việc sử dụng phương
pháp Monte Carlo vào trong mô phỏng vỉa là điều không khả thi trước đây.
-
Phương pháp này có thể chuyển tính khơng chắc chắn của các yếu tố ảnh hưởng
đầu vào miền tin cậy của kết quả đầu ra.
-
Việc ứng dụng phương pháp định lượng này đã góp phần rút ngắn thời gian thực
hiện, nâng cao hiệu quả hiệu chỉnh mơ hình tầng Mioxen dưới mỏ Sóc Đen.
Cơ sở dữ liệu
Các bài báo của các tạp chí chun ngành trong và ngồi nước ví dụ như SPE, JPT,
Tạp chí dầu khí
-
Các bài báo về giải thuật tối ưu trong phù hợp hóa mơ hình vỉa với dữ liệu khai
thác (History Matching).
-
Các bài báo về phương pháp phân tích độ nhạy trong phù hợp hóa mơ hình vỉa
với dữ liệu khai thác (History Matching).
Thông số vỉa chứa và dữ liệu khai thác thực tế (của mỏ Sóc Đen) bao gồm:
-
Mơ hình địa chất, trữ lượng tại chỗ ban đầu, ranh giới khí, dầu, nước…
-
Đặc tính đá chứa: độ rỗng, độ thấm, độ bão hịa, độ nén…
-
Đặc tính chất lưu vỉa (PVT): hệ số thành hệ thể tích, độ nén chất lưu, GOR…
-
Số liệu giếng khoan: vị trí giếng khoan, quỹ đạo giếng khoan, khoảng bắn mở
vỉa…
-
Các số liệu khai thác của mỏ: áp suất đáy giếng, lưu lượng dầu, khí và nước
khai thác, tỷ số khí dầu (GOR)…
5
Cấu trúc của luận văn
Luận văn bao gồm: phần mở đầu, 3 chương báo cáo, kết luận và kiến nghị. Tồn bộ
luận văn được trình bày trong 100 trang, trong đó có 6 bảng biểu và 32 hình vẽ.
Nội dung của luận văn được tóm tắt như sau:
+ Mở đầu
Phần này sẽ giới thiệu về đề tài nghiên cứu bao gồm tính cấp thiết của đề tài, mục tiêu
và nhiệm vụ nghiên cứu; sau đó sẽ giới thiệu phạm vi, phương pháp nghiên cứu, ý
nghĩa của luận văn, cơ sở dữ liệu để thực hiện luận văn.
+ Chƣơng 1: Cơ sở lý thuyết về hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai
thác
Chương này đầu tiên sẽ giới thiệu tổng quan về mô phỏng vỉa, ý nghĩa và tầm quan
trọng của xây dựng mơ hình vỉa trong cơng tác quản lý mỏ, các giai đoạn trong xây
dựng mô hình vỉa. Sau đó luận văn sẽ khảo sát cơ sở lý thuyết về hiệu chỉnh mơ hình
vỉa phù hợp với dữ liệu khai thác bao gồm định nghĩa, mục tiêu, ngun lý, quy trình
hiệu chỉnh mơ hình… Nội dung kế tiếp sẽ diễn giải các phương pháp sử dụng trong
hiệu chỉnh mơ hình vỉa bao gồm phương pháp truyền thống và phương pháp tự động.
+ Chƣơng 2: Xây dựng quy trình đánh giá định lƣợng các yếu tố ảnh hƣởng đến
q trình hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai thác
Nội dung chương này gồm 2 phần chính:
Phần 1: Trình bày sơ lược các phương pháp phân tích độ nhạy và rủi ro, ưu và nhược
điểm của mỗi phương pháp.
6
Phần 2: Ứng dụng cơ sở lý thuyết, xây dựng quy trình đánh giá định lượng các yếu tố
ảnh hưởng đến q trình hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai thác.
+ Chƣơng 3: Ứng dụng quy trình đánh giá định lƣợng cho tầng Mioxen dƣới mỏ
Sóc Đen
Đây là chương chính của luận văn, chương này sẽ ứng dụng quy trình đánh giá định
lượng đã xây dựng ở chương 2 cho tầng Mioxen dưới mỏ Sóc Đen. Nội dung gồm 3
phần chính.
Phần 1: Tóm tắt những đặc điểm chung nhất về địa chất của vùng nghiên cứu bao gồm:
cấu trúc kiến tạo chính, các đánh giá về tầng sinh, chứa và chắn của bồn trũng Cửu
Long và đặc điểm tầng chứa của tầng Mioxen dưới.
Phần 2: Giới thiệu hiện trạng khai thác và mơ hình thủy động lực tầng Mioxen dưới mỏ
Sóc Đen.
Phần 3: Phần này sẽ ứng dụng quy trình đánh giá định lượng cho tầng Mioxen dưới mỏ
Sóc Đen bao gồm các bước:
-
Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả hiệu chỉnh mô hình.
-
Sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng, chọn ra những yếu tố ảnh hưởng mạnh đến kết
quả đánh giá để nghiên cứu cho giai đoạn tiếp theo.
-
Đánh giá định lượng các yếu tố ảnh hưởng.
-
Xây dựng hàm phân bố xác suất của sai số kết quả mơ hình.
+ Kết luận và kiến nghị
Ở phần này sẽ trình bày những nghiên cứu đạt được, những ý nghĩa của luận văn đồng
thời cũng nêu lên những hạn chế của phương pháp và đưa ra kiến nghị giải quyết.
7
Chƣơng 1. Cơ sở lý thuyết về hiệu chỉnh mô hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai
thác
1.1. Tổng quan về mơ phỏng vỉa
Mơ phỏng vỉa là một q trình kết hợp hồn hảo giữa các phương trình tốn học, các
định luật vật lý, kiến thức về công nghệ mỏ và chương trình máy tính để tạo ra một
chương trình mô phỏng (phần mềm) xác định và dự báo các đặc tính cơ bản của dầu và
khí trong vỉa chứa dưới các điều kiện hoạt động khác nhau. Chương trình mơ phỏng
này có thể cho phép ta mơ tả tồn bộ vỉa một cách bất đồng nhất, mô phỏng nhiều
giếng có đặc tính khác nhau, và nghiên cứu các cơ chế thu hồi dầu khác nhau…
Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của một mơ hình dịng chảy
Các phƣơng pháp nghiên cứu:
-
Vỉa sản phẩm được chia ra làm nhiều khối nhỏ dưới dạng ô lưới.
-
Các thông số cơ bản của vỉa được cung cấp cho mỗi khối.
-
Vị trí thực tế của các giếng khoan được đặt tương đương trong từng khối.
8
-
Các số liệu về lưu lượng khai thác được định dạng như là 1 hàm thay đổi theo
thời gian được đưa vào sử dụng trong mơ hình.
-
Các phương trình tốn học được áp dụng để tính tốn áp suất và lưu lượng dòng
chảy cho từng khối cũng như cho từng pha của từng giếng khoan dựa trên:
o Định luật Darcy và mơ hình dịng chảy trong vỉa
o Mơ hình dịng chảy trong giếng
o Mơ hình PVT
o Phương trình cân bằng vật chất
Ý nghĩa và ứng dụng của việc xây dựng mơ hình vỉa
Xây dựng mơ hình vỉa là một cơng việc khó khăn, tốn nhiều thời gian, cơng sức nhưng
sau khi xây dựng mơ hình vỉa phù hợp thì từ mơ hình vỉa ta có thể:
-
Khảo sát, đánh giá tiềm năng khai thác và động thái của tầng sản phẩm khai thác
với điều kiện suy giảm tự nhiên / bơm ép nước / bơm ép khí…
-
Đánh giá ảnh hưởng của vị trí giếng khoan, số lượng giếng khoan, mật độ giếng
khoan (bao gồm giếng khai thác và giếng bơm ép) lên khả năng khai thác của tầng sản
phẩm.
-
Đánh giá ảnh hưởng của lưu lượng khai thác lên hệ số thu hồi và lên kết quả
kinh tế, từ đó có thể nâng cao và tối đa hệ số thu hồi.
-
Tìm ra phương pháp tối ưu cho việc phát triển toàn mỏ và thiết kế hệ thống khai
thác.
-
Đánh giá sự cần thiết của các số liệu và ảnh hưởng của nó lên động thái khai
thác của vỉa sản phẩm.
9
-
Xác định khoảng hoàn thiện giếng tốt nhất cho từng giếng và xác định khoảng
khai thác của mỗi giếng trong tầng sản phẩm.
-
Đánh giá khả năng và hiệu quả của các phương pháp thu hồi tăng cường.
Q trình mơ phỏng vỉa bao gồm 3 giai đoạn chính
-
Xây dựng mơ hình vỉa.
-
Hiệu chỉnh mơ hình phù hợp với dữ liệu khai thác (history matching).
-
Sử dụng mơ hình trong dự báo khai thác và các nghiên cứu phát triển mỏ khác.
Trong đó, hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai thác là bước tiên quyết cần
được thực hiện trước khi tiến hành nghiên cứu dự báo khai thác cũng như các nghiên
cứu phát triển mỏ khác. Các kết quả này đáng tin cậy khi và chỉ khi mơ hình vỉa lặp lại
tốt lịch sử khai thác của mỏ, với lịch sử khai thác càng dài thì độ tin cậy của mơ hình
càng cao. Phần tiếp theo sẽ đề cập sâu hơn các vấn đề trong hiệu chỉnh mơ hình vỉa.
1.2. Lý thuyết chung về hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai thác
(History matching)
1.2.1. Định nghĩa hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai thác
Q trình hiệu chỉnh mơ hình vỉa phù hợp với dữ liệu khai thác là quá trình điều chỉnh
các thơng số của mơ hình vỉa sao cho các kết quả tính tốn từ mơ hình gần đúng với dữ
liệu thu thập được tại giếng khoan.
Quá trình này được thực hiện bằng cách thay đổi các yếu tố không chắc chắn của mơ
hình (địa chất, địa vật lý, đặc tính chất lưu) nhằm phù hợp kết quả mô phỏng (áp suất,
hàm lượng nước khai thác, hệ số khí dầu khai thác GOR) với các dữ liệu quan sát
tương ứng. Đây là một quá trình lặp (thử và sai) nhằm giải quyết vấn đề về tối thiểu
hóa các sai khác giữa kết quả mô phỏng và dữ liệu quan sát.
10
1.2.2. Mục tiêu và điều kiện ràng buộc trong hiệu chỉnh mơ hình vỉa
Mục tiêu chính của hiệu chỉnh mơ hình là cải thiện mơ hình vỉa sao cho nó giả lập
được vỉa thực tế. Mơ hình này có khả năng dự báo khai thác với độ tin cậy cao, cũng
như khả năng áp dụng hiệu quả cho các nghiên cứu mỏ khác như tính tốn lượng dầu
thu hồi, khảo sát các hoạt động khai thác, tìm kiếm và đánh giá các vị trí các giếng khai
thác bổ sung, đánh giá hiệu quả của các chế độ tăng cường thu hồi dầu. Ngồi ra, lặp
lại lịch sử khai thác cịn giúp so sánh các giả thuyết khác nhau của mô hình vỉa.
Điều kiện ràng buộc chính trong hiệu chỉnh mơ hình vỉa là các đặc trưng địa chất cơ
bản ban đầu cũng như các thông số thủy động lực phải được lưu giữ và bảo tồn trong
mơ hình vỉa. Tất cả các thay đổi áp dụng trong suốt quá trình hiệu chỉnh phải được
thơng số hóa sao cho bảo tồn tính phù hợp của dữ liệu. Để đảm bảo các đặc trưng địa
chất vẫn duy trì trong suốt quá trình hiệu chỉnh mơ hình, các hiệu chỉnh phải được phân
tích và lựa chọn trên quan điểm tổng hợp của nhóm các nhà địa chất, địa vật lý, công
nghệ… nhằm tránh sử dụng các hệ số biến đổi cục bộ có tác động mạnh đến các đặc
trưng bất đồng nhất trước đó.
1.2.3. Các tiêu chuẩn về chất lƣợng hiệu chỉnh mơ hình
Chất lượng hiệu chỉnh mơ hình được phân tích trên từng giếng và có thể phân loại theo
3 tiêu chuẩn sau [4]:
-
Lặp lại chấp nhận được (acceptable match): lịch sử khai thác của giếng (áp suất,
hàm lượng nước khai thác, tỷ số khí-dầu…) được phù hợp với một sai số cho phép.
-
Lặp lại kém (poor match): lịch sử khai thác của giếng không được phù hợp với
một sai số cho phép, tuy nhiên vẫn thể hiện được đặc tính cơ chế năng lượng mỏ (ví
dụ: nước xâm nhập ở đúng tầng địa chất nhưng không đúng về thời gian xâm nhập hay
không đúng về lượng xâm nhập)
