Công nghệ mỏ - Nguyễn Hải An

186 BÁCH KHOA THƯ ĐIA CHÁT<br /> — __________________ I_________________<br /> ■ .................................. - -<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Dake, L.P., 1994.The Fundamental of Reservoir Engineering. Calhoun J.c ., 1963. A Deíinition of Petroleum Engineering,<br /> Elsevier. 438 pgs. Ịour, Pet, Tech 15. No. 7.<br /> Chierici G.L., 1994.Principles of Petroleum Reservoir Lincoln E., 1964. Some Important Precepts in the Practice of<br /> Engineering. Springer Verỉgag. Volume 1, 421 pgs. Reservoir Engineering. SPE Distinguished Lecture Series.<br /> Archer J. s. and YVall c. G., 1986. Petroleum Engineering Lake L.YV., Holstein E.D., Petroleum Engineering Hanđbook -<br /> Principles and Practise. Graham and Trotman. 362 pgs. Volume v_ Reservoir Engineering and Petrophysic. Society of<br /> Petroleum Ettgineers.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Công nghệ mỏ<br /> Nguyễn Hải An. Tồng Công ty thăm dò Khai thác Dầu khí.<br /> <br /> Nguyễn Hoàng Đức. Tồng Công ty thăm dò Khai thác Dầu khí.<br /> <br /> <br /> <br /> Giới thiệu<br /> C ông nghệ Mò phát triển nhanh ch ón g trong giỏi và n h ù n g ngư ời làm việc không hiệu quà xảy ra<br /> khoảng chục năm lại đây. N gành công n ghiệp dầu từ n hừ n g vấn đ ể nhỏ là sự khác biệt v ề kiến thức cơ<br /> khí đang khoan râ't nhiểu giến g với mật độ thưa hơn, bản cho đến n hữ n g vân đ ể lớn v ể việc nhân m ạnh<br /> thu hổi được nhiều dầu hơn. Kỹ thuật tốt hơn, công đâu là y ếu tố quan trọng. M ột s ố công ty hoặc nhỏm<br /> cụ tốt hơn và kiến thức cơ bản v ề vỉa chứa cũng làm việc nhân m ạnh v ể quy trình tính toán và cơ c h ế<br /> được cải thiện hơn. Bên cạnh các tiến bộ chung trên, vỉa, n hư n g lại ít chú ý đến các vấn đ ề địa châ't. M ột<br /> cũng còn nhiều vỉa chứa hiện nay đang đư ợc phát SỐ khác lại nhấn m ạnh v ể vấn đ ể địa chât và c ố g ắn g<br /> triến và quản lý m ột cách kém hiệu quả, n hiều yếu tố xác định đư ợc các via chứa riêng biệt từ đ ó su y ra<br /> kỹ thuật cốt yếu bị xem nhẹ hoặc bỏ qua, dẫn đến được đ ộn g thái m ỏ trong quá trình phát triến m ỏ<br /> các kết quả hoạt đ ộng còn kém hơn cả chục năm hoặc trong thời gian khai thác sớm . H ọ sử d ụn g các<br /> trước. Các kỷ sư công n ghệ m ó thường không có sự p hư ơng trình côn g nghệ m ò và các q u y trình tính<br /> nhất trí với nhau trong việc m inh giải các đ ộn g thái toán sơ bộ như là các công cụ bô sung ch o việc hiểu<br /> mỏ. Thường hai kỹ sư sẽ có hai quan điểm hoàn toàn rõ được đ ộn g thái m ỏ. Các cách tiếp cận của nhóm<br /> trái ngược nhau trước khi có m ột cuộc thỏa thuận. công ty này thường thành công.<br /> Việc bất đ ổn g ý kiến này sẽ gây nên bối rối và khó Sự khác biệt trong hoạt đ ộn g thực t ế cho thây<br /> khăn cho việc quản lý của lãnh đạo công ty, những rầng râ't nhiều người, bao gồm các nhà quàn lý, điểu<br /> người không có chuyên m ôn sâu v ể lĩnh vự c này. hành m ỏ, các nhà khoa học và các kỹ sư côn g nghệ<br /> Liệu họ dám nhận trách nhiệm trong khi h ọ còn m ỏ không hiểu hết được phạm v i cùa n gành công<br /> nhừng câu hòi v ề sự bất đ ổn g kỹ thuật giữa các n ghệ m ỏ hoặc k hông hiểu làm th ế n à o có th ế sử<br /> thành viên trong nhóm kỹ thuật, những ngư ời mà dụn g các kỹ sư côn g n ghệ m ỏ m ột cách hiệu quà<br /> bản thân họ không có sự thống nhât với nhau? nhâ't. Đ ê giải quyết được vân đ ề này cẩn phải hiếu rô<br /> Luôn luôn có sự khác biệt trong khi xem xét các đư ợc v ị trí [H .l] và các chức năng cơ bản của công<br /> vấn đ ể công n ghệ m ỏ giửa các đ ội ngũ kỹ sư của các n ghệ m ỏ cùng với đó là cách đ ể n ó có thê hoạt đ ộn g<br /> công ty khác nhau. Sự khác biệt giữa ngư ời kỹ sư hiệu quả nhât.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Vị trí của Công nghệ mỏ trong mối quan hệ giữa các hoạt động dầu khí.<br />  DẦU KHÍ 187<br /> <br /> <br /> <br /> Mục đích của công nghệ mỏ các chất lưu trong đ ó có thê đ ư ợc xem n hư là một<br /> hệ thống vỉa chứa.<br /> Mục tiêu ch u ng của công n ghệ là sự tối ưu. D o<br /> vậy mà m ụ c tiêu của công n ghệ m ò là đưa ra được<br /> Các công việc của công nghệ mỏ<br /> các nhận biết thực sự vê' m ỏ, các thông tin và kiến<br /> thức cẩn thiết đ ế kiểm soát các hoạt đ ộn g nhằm đạt N gư ời kỹ sư công nghệ m ỏ phải d ù n g kiến thức<br /> được hệ s ố thu hổi cao nhất với chi phí thâp nhất có tống quát v ề đ ộn g thái via áp d ụ n g cho từng trường<br /> thế. Vì hệ s ố thu hổi tối đa thường không đạt được hợp m ỏ cụ thế. Hệ thống vỉa chứa dầu khí thực tế<br /> với chi phí thâp nhât, người kỹ sư cần phải tìm được thường phức tạp, bao gồm nhiều via chứa riêng lẻ,<br /> sự tối ưu giừ a các vấn đ ể thu hổi, chi phí và các yếu các biên của d òn g chảy, hệ thống đứt gãy và sự phân<br /> t ố lợi ích khác. Khái niệm "tối ưu" phụ thuộc vào các b ố k hông theo quy luật của các tính chất vật lý. Có<br /> chính sách của các nhà điều hành và khó có th ể diễn được các hiểu biết chính xác v ể hệ thống dầu khí là<br /> giải chính xác hoặc cụ th ể hóa. cực kỳ khó khăn. C húng ta không th ể áp d ụ n g cho<br /> Theo quan đ iểm của nhà điểu hành, bất cứ m ột các hệ thổng vỉa chứa cụ th ể nếu như chúng ta chưa<br /> quy trình h ay m ột quá trình hoạt đ ộn g nào mà kết có được các hiểu biết đẩy đủ v ể tùng thành phần của<br /> quả thu đ ư ợ c m ột sự tối un v ề lợi nhuận cho công ty chúng. T h ế nhưng m ọi người hầu như đều quên<br /> thì đ ó là côn g n ghệ hiệu quả, còn ngược lại thì điều này. Hầu hết đểu đưa ra nhũ ng điểu kiện lý<br /> không. Có hai lý do mà tại sao các công ty thường tưởng v ể tính đ ổn g nhất, liên tục, chiều dày vỉa và<br /> không có đ ư ợ c các công n ghệ hiệu quả. Đ ó là các kỹ các yếu tố khác. Rồi sau đó áp d ụ n g các phương<br /> sư không đ ư ợ c đào tạo đẩy đủ và k hông làm đ ún g trình tông quát và thu được lời giải tổng quát cho<br /> nhiệm vụ của m ình. C ho dù công ty có thể thuê các m ột vỉa chứa lý tường. Đ ây không được gọi là công<br /> kỹ sư giòi và có được các sự hiệu quả của họ, như ng nghệ mỏ. C ông n ghệ m ỏ thực sự là ta phải tìm được<br /> công ty đ ó vân làm việc kém hiệu quả v ể m ặt công các lòi giải cụ th ể cho từng hệ thống vỉa chứa cụ thế.<br /> nghệ mò. Ví d ụ như m ột kỹ sư có thê làm tốt công<br /> việc bơm ép nước vào vỉa, th ế nhưng công ty còn có Đánh giá hệ thống vỉa chứa<br /> thê thu đ ư ợ c lợi ích lớn han nếu như thực hiện<br /> Đ iều xem xét đẩu tiên và chức n ăng cơ bản của<br /> chương trình bơm ép nước từ năm năm trước đó, do<br /> kỹ sư côn g n g h ệ m ỏ là xác đ ịnh và đánh giá hệ<br /> vậy m ỏ đã k h ôn g được điều hành hiệu quả. Đ ể thu<br /> thốn g via chứa [H.2]. "Xác định" có n ghĩa là chỉ rõ<br /> được lợi ích tối ưu, tất cả các hoạt đ ộn g phải được<br /> đư ợc d iện tích, chiểu dày, độ d ốc vỉa, giới hạn khai<br /> tiến hành đ ủ n g thời điểm . D o vậy, công n ghệ m ỏ<br /> thác và m ôi trường địa chât của từ ng tập vỉa riêng<br /> hiệu quà là phải sớm đưa ra được các nhận biết đúng<br /> biệt trong h ệ thốn g via chứa. "Đánh giá" có nghĩa<br /> đắn v ể m ỏ đ ê có thể kiểm soát m ỏ hiệu quả nhất.<br /> là chỉ rõ đ ư ợc các tính chất vật lý của từ ng tập via<br /> riêng biệt và các chất lưu trong đó, sự biến đ ổi tính<br /> Hệ thống kỹ thuật dầu khí<br /> chất vật lý trong su ốt hệ thống, các bâ't đ ổ n g nhất,<br /> Có thê m ô tả m ột hệ thống kỹ thuật dầu khí cơ bản đ ứ t gãy, biên chắn, v .v ..., n hừ n g cái ảnh h ư ở n g đến<br /> gồm 3 hộ thốn g thành phẩn sau: (1) việc hình thành và d ò n g chảy. Chỉ khi các giới hạn và tính chất của<br /> hoạt đ ộn g của các giếng khoan, (2) hệ thống xử lý các từ ng tập vỉa riêng biệt đư ợc xác đ ịnh đủ thì người<br /> chất lun d ư ới via, (3) các chât lưu và động thái của kỹ sư m ới đủ h iểu biết v ề hệ thốn g vỉa đ ể có được<br /> chúng ờ d ư ới vỉa. Hai hệ thống đầu phụ thuộc vào cái n h ữ n g su y luận chính xác v ể đ ộ n g thái của m ỏ<br /> cuối cùng. Tính chât tự nhiên của via chứa và chất lun trong tư ơng lai.<br /> sẽ quyết đ ịn h cẩn bao nhiêu giếng khoan, vị trí khoan,<br /> cách hoàn thiện giếng và khai thác, các thiết bị xử lý<br /> cẩn thiết đ ể có được lợi nhuận tối ưu. Đ ê đạt được<br /> hiệu quả v ề m ặt công nghệ mỏ, các hệ thống trên<br /> không được tách rời nhau, chúng phải được xem như<br /> là các thành phẩn liên kết trong m ột th ế thống nhất.<br /> Kỹ thuật dẩu khí là sự áp d ụn g cho toàn bộ hệ thống<br /> còn công n g h ệ m ỏ chỉ áp d ụng cho m ột hệ thống<br /> thành phần. Tuy nhiên việc kiếm soát toàn bộ hệ<br /> thống chi thực hiện được khi ta kiếm soát được động<br /> thái mó, d o vậy sự khác biệt giữa kỹ thuật dầu khí và<br /> côn g n g h ệ m ỏ là k hôn g lớn.<br /> N g ư ờ i kỹ sư côn g n g h ệ m ỏ cần n gh iên cứu v ề<br /> các chât lư u trong vỉa và đ ộ n g thái của ch ú ng trên<br /> Hình 2. Hệ thống vỉa chửa dầu khí.<br /> cơ sở kết h ợ p với các n gh iên cứu địa chất, m ôi<br /> trường thàn h tạo và đặc tính của từ ng vỉa chứa. Đ ể Hầu hết các kỹ sư công nghệ m ỏ đểu đ ổn g ý v ể<br /> đơn giản h óa thi các vỉa chứa riêng biệt cù n g với sự cẩn thiết phải xác định và đánh giá hệ thống via<br /> 188 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT<br /> <br /> <br /> <br /> chứa. T h ế nhưng, rất ít người thực sự c ố gắng làm hóa. M ô hình cung câp cho ta các thông tin có giá trị<br /> điểu này. Thông thường họ chỉ dựa vào bản đ ổ cấu v ề tính châ't tự nhiên của m ỏ và đ ộn g thái d ò n g chảy,<br /> trúc và các bản đ ổ đẳng dày. Bản đ ổ đ ẳng dày có thể từ m ô hình ta cũng đánh giá được các cơ c h ế khai<br /> có ích cho việc đánh giá trừ lượng tại chỗ n hư ng nó thác của mỏ.<br /> ít có giá trị trong việc đánh giá các đ ộng thái m ỏ nếu<br /> Với sự tiến bộ của công n ghệ m áy tính, hiện nay<br /> hệ thống via chứa có nhiều tập vỉa con.<br /> có th ể xây d ự n g và giải đư ợc các m ô hình toán học<br /> cho d òn g chảy đa pha, đa chiểu trong vỉa chứa [H.4].<br /> Áp dụng các cơ chế thu hồi dầu khí<br /> Các m ô hình này sẽ sớm m ô p hỏn g được đ ú n g thực<br /> Cơ c h ế thu hổi [H.3] đ óng vai trò cực kỳ quan tế của vỉa chứa và bô su ng thêm cho việc đánh giá<br /> trọng và đểu được các kỹ sư công n ghệ m ỏ quan đ ộn g thái mỏ. Đ ây là công cụ mới của các nhà công<br /> tâm. T h ế nhưng trong thực t ế râ't nhiểu ngư ời chi nghệ m ỏ và nó có tính ưu việt so với các p hư ơn g<br /> đánh giá các đ ư ờng cong khai thác và dựa vào đó đ ế pháp khác. Tuy nhiên cũng không đư ợc quên rằng<br /> dự báo đ ộng thái mỏ. Phương pháp này chỉ đúng đó cũng chi là m ột m ô hình vỉa chứa đư ợc đơn giản<br /> khi thời gian khai thác là đủ đê các đ ộng thái của m ỏ hóa, và nó cũng không đưa ra đư ợc các câu trả lời<br /> xảy ra. N ó cho đ ộ chính xác cao, tuy nhiên rất khó sử chính xác nêu các thông tin đẩu vào bị sai.<br /> dụng đ ể tối ưu mỏ. N ghiên cứu các cơ c h ế thu hổi<br /> của m ỏ sẽ đưa ra được nhiều phương pháp đánh giá Khó khăn của công nghệ mò<br /> và dự báo, do vậy sè d ễ d àng khai thác tối đa và tối<br /> Việc có đư ợc hiếu biết đẩy đủ v ể h ệ thống via<br /> ưu được lợi nhuận.<br /> chứa là điều k hông thế. N gư ờ i kỹ sư công n ghệ m ỏ<br /> luôn luôn gặp các khó khăn do tính thiếu chính xác<br /> Tính quan trọng của thời điếm<br /> của hầu hết các s ố liệu cẩn thiết. S ố liệu khai thác của<br /> Vấn đ ể tối ưu yêu cầu phải xem xét đến yếu tổ nước và khí thường không chính xác, s ố liệu áp suâ't<br /> thời gian. Thông thường, thời điếm đ ế thực hiện m ột có th ể k hông ổn định, các phằn tích thu đư ợc từ mẫu<br /> hoạt đ ộn g quan trọng hơn là cái hoạt đ ộn g phải làm chât lưu có thê không đại d iện cho chất lưu trong<br /> đó. M ọi người cũng đang bắt đẩu đ ể ý đến vấn đ ề vỉa. D o vậy ta không thế m ong đợi m ột lời giải chính<br /> thời điểm và xem đó là nhân tố quan trọng của công xác của các tính toán cho dù đã sử d ụn g các phư ơng<br /> nghệ m ỏ. Vấn đ ể tìm ra thời điếm đ ú n g đắn cho trình chính xác. Đ iều đ ó không có nghĩa là các<br /> tìm g trường hợp m ỏ cụ th ể là vân đ ể khó khăn. Tuy p hư ơng trình sử d ụn g là sai. N ó có nghĩa ta cẩn phải<br /> nhiên với sự quan tâm và đẩu tư của các nhà công cân nhắc các tính toán và xem đ ó là định h ư ớng cho<br /> nghệ m ỏ thi việc tìm ra đ ú n g thời điếm đ ể áp dụng việc đánh giá xu th ế đ ộng thái mỏ.<br /> các hoạt đ ộng công nghệ m ỏ sẽ sớm được thực hiện.<br /> Yêu cầu về kiến thức cơ bản<br /> Sử dụng các mô hình<br /> D o tính đa d ạng v ề chức năng và nhiệm vụ,<br /> D o tính phức tạp của vỉa chứa, ta không th ể xây ngư ời kỹ sư công nghệ m ỏ thực sự làm m ột công<br /> d ự ng m ột m ô hình đ ú n g như thực tế vỉa. Tất cả m ồ việc râ't khó khăn. Trong giai đoạn khoan và phát<br /> hình mà ta sử d ụn g đểu là hệ thống m ỏ đơn giản triển mỏ, phải đưa ra được chư ơng trình đánh giá<br /> <br /> Ệĩ Thu hòi sơ cáp Ị<br /> <br /> <br /> b n g chày tự n lỂ Ị H<br /> I P đ ộ n ir a c v ậ n d ®<br /> 1<br /> B k h a i thác cơ<br /> <br /> <br /> Thu hòi thử cáp<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> BỊII I PpỊơm ép nước m Đơm ép Khỉ k h ô ^ Ị Ị Ị<br /> <br /> <br /> Thu hồi tam cáp<br /> <br /> r [--■■■■ ị<br /> <br /> p p nhiệt Ị 1 p p khí trộn lản 1 pp hf ph^ à các<br /> <br /> <br /> Đổt nóng vỉa HC Chát hoạt động bề mặt<br /> Ngâm nhiệt 0 0 Polyme<br /> Vận động dòng nhiệt Ni {ị Vi sinh vật<br /> Vận động dòng nước nóng Ị ^ ị ttrái<br /> Trường vật lý<br /> <br /> <br /> Hình 3. Các cơ chế thu hồi dầu.<br />  DẦU KHÍ 189<br /> <br /> <br /> <br /> via chứa, thiết k ế được sơ đ ổ giếng cẩn thiết, m inh tập via đư ợc m ở trong m ỗi giếng, đ ộn g thái khai<br /> giải các đ ư ờng log địa vặt lý giến g khoan, tính toán thác của từng giếng. N gư ời kỹ sư công nghệ m ỏ<br /> trừ lượng thu hổi, xây d ự ng chương trình thử via, đ ổn g thời cũng là m ột nhà kinh tế, k ế toán, chuyên<br /> đưa ra các kiên nghị v ề duy trì áp suất via, ra k ế gia đàm phán và phải có kiến thức v ể luật, thuế.<br /> hoạch khai thác thứ câp, v.v... C huyên gia công nghệ m ỏ là m ột nhà tổng hợp chứ<br /> không phải làm việc chuyên sâu.<br /> Mỗ hình toán học<br /> Mỏ hinh mô phóng<br /> khai thác Tài liệu tham khảo<br /> <br /> Dake L. p., 1994. The Fundamental of Reservoir Engineering.<br /> Elsevier.<br /> Chierici G. L., 1994. Principles of Petroleum Reservoir<br /> Engineering. Springer Verlgag .Volưme 1.<br /> Hình 4. Mô hình mô phỏng khai thác trên máy tính. Archer J. s and Wall c. G., 1986. Petroleum Engineering<br /> <br /> Đ ể thành công, kỹ sư công n ghệ m ỏ cần phải Principles and Practise. Grahatn and Trotman.<br /> Calhoun J. c , 1963. A Deíinition of Petroleum Engineering,<br /> phát triển các kiến thức địa chất, kiến thức hóa lý v ề<br /> Jour, Pet, Tech 15. No. 7.<br /> tính châ't các châ't lưu trong via chứa và đ ộn g thái<br /> Lincoln E., 1964. Some Important Precepts in the Practice of<br /> pha của chúng, hiểu được d òn g chảy các chất lưu<br /> Reservoir Engineering. SPE Distinguished Lecture Series.<br /> trong m ôi trường rỗng và các kiến thức toán học v ề<br /> Lake L.YV., Holstein E.D., Petroleum Engineering Handbook -<br /> giải tích và p hư ơng pháp số. Thêm vào đ ó cũng phải<br /> Volum e v _ Reservoir Engineering and Petrophysic. Society of<br /> có sự hiểu biết v ể các hoạt đ ộn g lịch sử khai thác của<br /> Petroleum Engineers.<br /> m ỏ và công tác hoàn thiện giến g như có bao nhiêu<br />