Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: 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

Chia sẻ: Trần Văn Gan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:160

Thêm vào BST

Báo xấu

64
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: 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

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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2019
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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS Cao Ngọc Lâm 2. TSKH Phùng Đình Thực HÀ NỘI - 2019
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất cứ công trình nào khác. Tác giả luận án Trịnh Việt Thắng
(i) MỤC LỤC Trang phụ bìa Trang Lời cam đoan Mục lục i Danh mục các ký hiệu, các đơn vị và các từ viết tắt iv Danh mục các bảng biểu v Danh mục các hình vẽ, bản đồ và đồ thị vi MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 9 1.1. Khái quát về nâng cao hệ số thu hồi dầu 9 1.2. Cơ sở lý thuyết và cơ chế nâng cao hệ số thu hồi dầu 11 1.2.1. Cấu trúc lỗ rỗng 12 1.2.2. Dòng chảy trong lỗ rỗng 13 1.2.3. Cơ chế đẩy dầu vi mô 15 1.2.4. Cơ chế đẩy dầu vĩ mô 19 1.2.5. Hiệu suất đẩy vi mô và hiệu suất đẩy vĩ mô 22 1.3. Các dự án nâng cao hệ số thu hồi dầu trên thế giới và khu vực 23 1.4. Đánh giá và lựa chọn phương pháp bơm ép luân phiên nước khí 27 1.5. Cơ sở lý thuyết của bơm ép khí cho các mỏ dầu khí 28 1.5.1. Điều kiện cho trộn lẫn/gần trộn lẫn/không trộn lẫn 30 1.5.2. Cơ chế trộn lẫn 31 1.5.3. Các phương pháp và hạn chế của việc xác định áp suất trộn lẫn tối 37 thiểu 1.5.4. Các yếu tố ảnh hưởng và thuật toán sử dụng cho mô hình mô phỏng 38 cơ chế bơm ép khí 1.6. Kết luận 49 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP NÂNG 51 CAO HỆ SỐ THU HỒI DẦU PHÙ HỢP CHO ĐỐI TƯỢNG MIOXEN SỬ TỬ ĐEN 2.1. Giới thiệu về mỏ Sư Tử Đen 51 2.2. Địa chất mỏ Sư Tử Đen Tây Nam và tầng chứa Mioxen 51
(ii) 2.3. Tính chất đá vỉa và hệ chất lưu vỉa 55 2.3.1. Tính chất đá chứa tầng Mioxen hạ 55 2.3.2. Tính chất hệ chất lưu vỉa của đối tượng Mioxen hạ 59 2.4. Trữ lượng dầu khí tại chỗ và trữ lượng dầu khí thu hồi 61 2.5. Hiện trạng khai thác của mỏ Sử Tử Đen 64 2.6. Các phương pháp gia tăng hệ số thu hồi dầu đã áp dụng 68 2.7. Tiềm năng thu hồi dầu tại tầng Mioxen mỏ Sư Tử Đen 69 2.8. Đánh giá và lựa chọn phương pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu phù 70 hợp cho Mioxen Sử Tử Đen 2.8.1. Đánh giá thông số mỏ Sử Tử Đen và biện luận lựa chọn phương 70 pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu 2.8.2. Sử dụng tiêu chí đánh giá và phần mềm chuyên ngành để lựa chọn 72 phương pháp nâng cao thu hồi dầu phù hợp cho Mioxen Sư Tử Đen 2.9. Kết luận 75 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN VÀ MÔ 76 HÌNH DỰ BÁO MMP CHO QUÁ TRÌNH BƠM ÉP KHÍ NƯỚC LUÂN PHIÊN VÀO TẦNG MIOXEN, MỎ SƯ TỬ ĐEN 3.1. Phân tích và đánh giá các kết quả thực nghiệm đo MMP cho dầu khí 76 vỉa Mioxen Sử Tử Đen 3.1.1. Thành phần khí bơm ép 76 3.1.2. Thiết bị Slimtube thực nghiệm 77 3.1.3. Hạn chế của thực nghiệm khi áp dụng điểm MMP cho toàn đối 79 tượng Mioxen Sư Tử Đen 3.2. Mô hình chất lưu PVT và mô hình mô phỏng dự báo MMP 81 3.2.1. Mô hình chất lưu PVT cho giếng SD-2X 81 3.2.2. Sử dụng phương trình trạng thái và hành trạng pha để tính toán 84 MMP cho các nguồn khí 3.2.3. Xây dựng mô hình mô phỏng lại quá trình thực nghiệm Slimtube 91 cho Mioxen Sư Tử Đen 3.3. So sánh MMP từ các phương pháp nghiên cứu 95 3.4. Lựa chọn nguồn khí và giải pháp bơm ép khí nước luân phiên cho 96 tầng Mioxen, mỏ Sư Tử Đen 3.5 Kết luận 97
(iii) CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP BƠM ÉP KHÍ NƯỚC 99 LUẬN PHIÊN CHO TẦNG MIOXEN, MỎ SƯ TỬ ĐEN TRÊN MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 4.1. Cập nhật mô hình mô phỏng và khớp lịch sử khai thác 99 4.1.1. Hiện trạng mô hình 99 4.1.2. Điều kiện ban đầu 99 4.1.3. Tính chất chất lưu và đá chứa 100 4.1.4. Phục hồi số liệu lịch sử khai thác mỏ 103 4.2. Chuyển từ mô hình black oil sang mô hình thành phần 108 4.2.1. Xây dựng mô hình PVT hệ chất lưu vỉa đại diện cho tầng Mioxen, 110 mỏ Sư Tử Đen 4.2.2. Lựa chọn mô hình thành phần 6 cấu tử để chạy dự báo đánh giá 110 4.2.3. Tái lập lịch sử khai thác với mô hình thành phần của tầng Mioxen 112 mỏ Sư Tử Đen 4.3. Các phương án bơm ép khí nước luân phiên và đánh giá độ nhạy 113 4.3.1. Đánh giá hiệu quả của 03 phương án bơm ép nước, bơm ép khí và 117 bơm ép khí nước luận phiên 4.3.2. Đánh giá và lựa chọn lưu lượng bơm ép khí nước luân phiên tối ưu 119 4.3.3. Đánh giá hiệu quả bơm ép khí nước luân phiên theo thời gian bơm 123 ép 4.3.4. Đánh giá phương pháp bơm ép khí với các cơ chế trộn lẫn, gần trộn 124 lẫn, không trộn lẫn 4.3.5. So sánh hiệu quả các phương án bơm ép khí nước luân phiên với 126 các nguồn khí bơm ép 4.3.6. Kết quả mô phỏng các phương án 127 4.4. Kết luận 128 KẾT LUẬN 131 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ x TÀI LIỆU THAM KHẢO xi
(iv) DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, ĐƠN VỊ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT NCS : Nghiên cứu sinh NKLP : Bơm ép nước-khí luân phiên (Water Alternate Gas - WAG) EOR : Gia tăng thu hồi dầu (Enhaced Oil Recovery - EOR) TR : Phương pháp thu hồi tam cấp (Tertiary Recovering –TR) TTBĐ : Thể tích ban đầu THD : Thu hồi dầu Miocen : Tầng chứa Miocen (hoặc Mioxen) APIo : Đơn vị đo tỷ trọng theo tiêu chuẩn Viện Dầu Khí Mỹ HC : Khí hydrocarbon (khí đồng hành, khí gas tự nhiên) cP : Đơn vị đo độ nhớt ft : Bộ - Đơn vị đo chiều dài (1ft=0.3048 m) o F : Đơn vị đo nhiệt độ (oF = oC*9/5 +32) PV : Toàn bộ thể tích chứa của đá (Pore Volume) HCPV : Toàn bộ thể tích chứa dầu của đá (Hydrocarbon Pore Volume) HTBM : Hoạt tính bề mặt HĐBM : Chất hoạt động bề mặt OOIP : Thể tích dầu ban đầu (Original Oil in Place) BTU : Đơn vị đo nhiệt lượng cháy của khí hydrocarbon MCF : 1000 bộ khối (đơn vị đo thể tích khí) MMP : Áp suất trộn lẫn tối thiểu (Minimum Miscibility Pressure) LPG : Khí gas hoá lỏng (Liquid Petroleum Gas) MCM : Cơ chế trộn lẫn nhiều lần (Multiple Contact Miscibility) FCM : Cơ chế trộn lẫn 1 lần (First Contact Miscibility) Bar : Đơn vị đo áp suất (1 bar = 14,5038 psi) Atm : Đơn vị đo áp suất (1 atm = 14,6959 psi)
(v) DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Bảng tổng hợp các phương pháp EOR đã thực hiện trên thế giới ......... 24 Bảng 2.1: Kết quả phân tích mẫu lõi giếng SD-2X và SD-3X .............................. 56 Bảng 2.2: Đặc tính dầu tại điều kiện vỉa ................................................................ 60 Bảng 2.3: Tính chất nước vỉa tầng Mioxen hạ ....................................................... 61 Bảng 2.4: Trữ lượng dầu tại chỗ đối của tượng Mioxen Hạ .................................. 63 Bảng 2.5: Trữ lượng khí đồng hành và tại chỗ của đối tượng Mioxen Hạ ............ 63 Bảng 2.6: Trữ lượng dầu tại chỗ bằng phần mềm Petrel ....................................... 64 Bảng 2.7: Hệ số thu hồi dầu của đối tượng Mioxen hạ..........................................64 Bảng 2.8: Trạng thái khai thác các giếng ............................................................. ..67 Bảng 2.9: Khả năng thu hồi dầu của đối tượng Mioxen Hạ .................................. 69 Bảng 2.10: Tính chất vỉa và điều kiện để áp dụng bơm ép khí tại mỏ Sư Tử Đen..73 Bảng 3.1: Thành phần của khí bơm ép cho thực nghiệm xác định MMP ............. 76 Bảng 3.2: Kết quả đo MMP theo các áp suất đẩy khí và phần trăm thu hồi dầu ... 78 Bảng 3.3: So sánh MMP thực nghiệm với phương pháp tính toán và dự báo.......93 Bảng 4.1 : Thông số áp suất, nhiệt độ vỉa của tầng Mioxen hạ ......................... ...100 Bảng 4.2: Các tính chất chất lưu, đá chứa của tầng cát kết Mioxen ................... .102 Bảng 4.3. Các hiệu chỉnh thông số giếng và khu vực .......................................... 103 Bảng 4.4: Các phương án bơm ép khí và đánh giá độ nhạy ................................ 115 Bảng 4.5: Kết quả mô phỏng các phương án bơm ép nâng cao thu hồi dầu ....... 127
(vi) DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢN ĐỒ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Tổng quan thu hồi dầu qua các giai đoạn khai thác ................................ 10 Hình 1.2 : Công thức tính các mối tương quan của các lực trong EOR ................... 11 Hình 1.3 : Tỷ lệ linh động các pha và hệ số quét ..................................................... 12 Hình 1.4 : Cấu trúc lỗ rỗng ....................................................................................... 13 Hình 1.5 : Hiện tượng phân tỏa dạng ngón trên mô hình 5 điểm ............................. 15 Hình 1.6 : Hệ số bao quét thể tích theo chiều thẳng đứng và theo diện ................... 23 Hình1.7 : Tiềm năng và xu hướng EOR tại mỏ dầu khí ngoài biển ........................ 26 Hình 1.8 : Cơ chế trộn lẫn giữa khí và dầu ............................................................... 32 Hình 1.9 : Sơ đồ mô tả các đới tiếp xúc giữa khí và dầu vỉa .................................... 33 Hình 1.10: Giản đồ cơ chế quá trình bay hơi khí ...................................................... 34 Hình 1.11: Cơ chế trộn lẫn ngưng tụ ......................................................................... 35 Hình 1.12: Giản đồ pha của quá trình không trộn lẫn ............................................... 36 Hình 1.13 Tổng hợp quá trình trộn lẫn và không trộn lẫn ........................................ 37 Hình 1.14: VGD MMP so với độ sâu của khí bơm ép C1N2 ..................................... 39 Hình 1.15: MMP theo độ sâu của khí tách từ bình tách (SepGas) được tính toán bằng trình giả lập PVT dựa trên nền tảng EOS ........................................................... 40 Hình 1.16: Đường cong thấm pha của hệ chất lưu .................................................... 41 Hình 1.17: Hiệu suất thu hồi dầu cho mô hình 1D với áp suất đẩy cao hơn điểm MMP; mô hình có số ô lưới N = 1000, ∆x = 0,61 m. ................................................. 42 Hình 1.18: Hiện tượng phân tỏa dạng ngón trong bơm ép nước khí luân phiên ....... 43 Hình 1.19: Hiện tượng phân đới tỷ trọng trong bơm ép nước khí luân phiên ........... 43 Hình 1.20: Ảnh hưởng của tốc độ bơm ép lên hiệu quả thu hồi dầu ......................... 44 Hình 1.21: Ảnh hưởng của bơm ép NKLP lên hiệu qủa thu hồi dầu ........................ 46
(vii) Hình 1.22: Dầu dư trong đất đá dính ướt nước.......................................................... 47 Hình 1.23: Ảnh hưởng của tỷ số Kv/Kh đến hiệu qủa thu hồi dầu............................. 48 Hình 1.24: Ảnh hưởng của phân lớp lên hiệu qủa thu hồi dầu .................................. 49 Hình 2.1: Bản đồ cấu trúc B10 Mioxen, mỏ Sư Tử Đen ......................................... 51 Hình 2.2: Cột địa tầng mỏ Sư Tử Đen ..................................................................... 53 Hình 2.3: Sơ đồ cấu trúc nóc tầng sản phẩm B9 ..................................................... 54 Hình 2.4: Sơ đồ cấu trúc nóc tầng sản phẩm B15 ................................................... 55 Hình 2.5: Vị trí các điểm lấy mẫu lõi phục vụ phân tích đặc biệt ........................... 57 Hình 2.6: Đường cong thầm pha dầu nước từ giếng SD-2X và SD-3X .................. 58 Hình 2.7: Đường cong thấm pha dầu nước đối tượng Mioxen hạ B10 ................... 58 Hình 2.8: Quan hệ rỗng thấm của đối tượng Mioxen .............................................. 58 Hình 2.9: Áp suất mao dẫn đối tượng Mioxen ........................................................ 59 Hình 2.10: Quan hệ rỗng thấm của đá chứa đối tượng Mioxen hạ ........................... 59 Hình 2.11: Hệ số thể tích thành hệ Bo ....................................................................... 60 Hình 2.12: Tỷ số khi hòa tan ..................................................................................... 60 Hình 2.13: Sơ đồ cấu trúc nóc tầng sản phẩm B10 - Khu vực SD-1X và SD-3X..... 62 Hình 2.14: Sơ đồ cấu trúc nóc tầng sản phẩm B10 - Khu vực SD-4X ...................... 63 Hình 2.15: Vị trí các giếng trong đối tượng Mioxen Hạ ........................................... 65 Hình 2.16: Động thái áp suất đáy giếng .................................................................... 66 Hình 2.17: Ảnh hưởng của các giếng bơm ép tới từng khu vực ............................... 66 Hình 2.18: Trạng thái khai thác giếng SD-NE-6P ..................................................... 67 Hình 2.19: Trạng thái khai thác giếng SD-15P ......................................................... 68 Hình 2.20: Trạng thái bơm ép đối tượng Mioxen hạ Sư Tử Đen Tây Nam .............. 69 Hình 2.22: Kết quả lựa chọn phương pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu từ phần mềm chuyên ngành cho Mioxen Sư Tử Đen ....................................................................... 74
(viii) Hình 2.23: Các tiêu chí để lựa chọn phương pháp nâng cao thu hồi dầu từ phần mềm chuyên ngành cho Mioxen Sử Tử Đen ....................................................................... 75 Hình 3.1: Kết quả đo MMP với các cấp áp suất đẩy khí ......................................... 78 Hình 3.2: Kết quả đo và tính toán điểm MMP cho mỏ Sư Tử Đen ......................... 78 Hình 3.3: Thành phần hydrocarbon vỉa của Mioxen Sư Tử Đen ............................ 81 Hình 3.4: Khớp tỷ trọng của dầu ............................................................................. 82 Hình 3.5: Khớp độ nhớt của dầu.............................................................................. 82 Hình 3.6: Khớp độ nhớt của khí .............................................................................. 83 Hình 3.7: Khớp tỷ số khí- dầu ................................................................................. 83 Hình 3.8: Khớp hệ số thể tích của dầu .................................................................... 83 Hình 3.9: Khớp hệ số thể tích của khí ..................................................................... 84 Hình 3.10: Giản đồ 3 cấu tử ...................................................................................... 85 Hình 3.11: Ảnh hưởng của áp suất trong sơ đồ 3 cấu tử (P1> P2> P3) .................... 86 Hình 3.12: Đẩy hòa trộn nhờ bơm khí khô ở áp suất cao (trộn lẫn bay hơi). ............ 86 Hình 3.13: Đẩy dầu ở chế độ hòa trộn bằng khí giàu (trộn lẫn ngưng tụ) . .............. 87 Hình 3.14: Trạng thái lưu thể đẩy và lưu thể vỉa không tạo thành một pha và không thể xảy ra quá trình đẩy trộn lẫn hoàn toàn. ................................................................ 87 Hình 3.15: Đẩy hòa trộn với sự tiếp xúc một lần giữa khí được bơm ép và dầu. ..... 87 Hình 3.16: Giản đồ 3 pha của dầu vỉa Mioxen Sư Tử Đen ....................................... 88 Hình 3.17: So sánh giản đồ pha của 02 mô hình 11 thành phần và 6 thành phần ..... 89 Hình 3.18: Thành phần khí khô sử dụng bơm ép ...................................................... 89 Hình 3.19: Thành phần khí bình tách cấp 2 sử dụng bơm ép .................................... 90 Hình 3.20: Thành phần khí bình tách cấp 1 sử dụng bơm ép .................................... 90 Hình 3.21: Thành phần khí trước khi vào bình tách cấp 1 sử dụng bơm ép ............. 91 Hình 3.22: Sản lượng thu hồi từ mô hình slimtube để xác định MMP với khí bơm ép là khí khô (khí thương phẩm) ...................................................................................... 92
(ix) Hình 3.23: Sản lượng thu hồi từ mô hình slimtube để xác định MMP với khí bơm ép là khí ở bình tách cấp 2 ............................................................................................... 93 Hình 3.24: Sản lượng thu hồi từ mô hình slimtube để xác định MMP với khí bơm ép là khí trước khi vào bình tách cấp 1 (hay khí được làm giàu bởi NLG và LPG) ....... 93 Hình 3.25: Dầu bão hòa của quá trình đẩy trộn lẫn ................................................... 94 Hình 3.26: Dầu tàn dư của quá trình đẩy gần trộn lẫn............................................... 94 Hình 3.27: Sản lượng thu hồi từ mô hình slimtube với quá trình không trộn lẫn ..... 95 Hình 4.1: Hiện trạng mô hình ................................................................................. 96 Hình 4.2: Đường cong thấm pha dầu nước tầng chứa cát kết Mioxen .................. 101 Hình 4.3: Đường cong thấm pha dầu nước được sử dụng trong mô hình ............. 101 Hình 4.4: Vị trí vùng ngập nước ............................................................................ 104 Hình 4.5: Phân bố độ bão hòa dầu ......................................................................... 105 Hình 4.6: Lưu lượng dầu, khí khai thác và độ ngập nước toàn mỏ ....................... 105 Hình 4.7: Kết quả phục hồi lịch sử giếng NE-6P .................................................. 105 Hình 4.8: Kết quả phục hồi lịch sử giếng SD-08PST............................................ 106 Hình 4.9: Kết quả phục hồi lịch sử giếng SD-10P ................................................ 106 Hình 4.10: Kết quả phục hồi lịch sử giếng SD-11P ................................................ 106 Hình 4.11: Kết quả phục hồi lịch sử giếng SD-14P ................................................ 107 Hình 4.12: Kết quả phục hồi lịch sử giếng SD-15P ................................................ 107 Hình 4.13: Kết quả phục hồi lịch sử giếng SD-1PS ................................................ 107 Hình 4.14: Kết quả phục hồi lịch sử giếng SD-23P ................................................. 108 Hình 4.15: Kết quả phục hồi lịch sử giếng SD-26P ................................................ 108 Hình 4.16: Thành phần của 11 cấu tử và thành phần của 6 cấu tử .......................... 111 Hình 4.17: So sánh kết quả tái lập lịch sử độ ngập nước giữa mô hình thành phần 11 cấu tử và mô hình thành phần 6 cấu tử (Độ ngập nước và sản lượng dầu)............... 111 Hình 4.18: So sánh kết quả tái lập lịch sử độ ngập nước giữa mô hình thành phần 11
(x) cấu tử và mô hình thành phần 6 cấu tử với giếng SD-10P (sản lượng dầu) ............. 111 Hình 4.19: So sánh kết quả tái lập lịch sử độ ngập nước giữa mô hình thành phần 11 cấu tử và mô hình thành phần 6 cấu tử với giếng SD-20P (độ ngập nước) .............. 112 Hình 4.20: So sánh kết quả tái lập lịch sử sản lượng dầu khai thác giữa mô hình black oil và mô hình thành phần ............................................................................... 113 Hình 4.21: So sánh kết quả tái lập lịch sử độ ngập nước giữa mô hình black oil và mô hình thành phần ................................................................................................... 113 Hình 4.22: Bão hòa dầu hiện tại và vị trí các giếng bơm ép-khai thác của Mioxen Sư Tử Đen....................................................................................................................... 114 Hình 4.23: Sản lượng dầu thu hồi toàn mỏ của PACS, TH1, TH2 ........................ 118 Hình 4.24: Độ ngập nước toàn mỏ của PACS, TH1, TH2 ...................................... 118 Hình 4.25: Sản lượng khai thác gia tăng của giếng 10P với PACS, TH2 .............. 119 Hình 4.26: Lưu lượng và tổng sản lượng dầu thu hồi của TH3a, TH3b, TH3c ...... 120 Hình 4.27: Lưu lượng và tổng sản lượng khí thu hồi của TH3a, TH3b, TH3c ....... 120 Hình 4.28 : Các trường hợp tỷ lệ nút nước khí bơm ép luân phiên .......................... 122 Hình 4.29: Ảnh hưởng của các nút nước khí đến sản lượng gia tăng tại các giếng khai thác...... .............................................................................................................. 122 Hình 4.30 : Lưu lượng và tổng sản lượng dầu thu hồi của TH4a, TH4b ................. 123 Hình 4.31: Lưu lượng và tổng sản lượng dầu thu hồi của TH5a, TH5b, TH5c ...... 125 Hình 4.32: Lưu lượng và tổng sản lượng khí thu hồi của TH5a, TH5b, TH5c ....... 125 Hình 4.33: Lưu lượng và tổng sản lượng khí thu hồi toàn mỏ của TH6a, TH6b .... 127 Hình 4.34: Lượng C7+ còn lại trong vỉa ................................................................. 129
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Dầu khí là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá, không thể tái tạo và không thể thiếu đối với mọi quốc gia, sản lượng khai thác và giá dầu mỏ luôn là vấn đề quan tâm hàng đầu đối với mọi ngành công nghiệp, đặc biệt ở các nước có nền công nghiệp phát triển. Chính vì lẽ đó mà giá dầu thế giới luôn ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự phát triển kinh tế toàn cầu, cũng là một trong những nguyên nhân chính của các mâu thuẫn, tranh dành phân chia dầu khí và chiến tranh. 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. Thậm chí, hệ số thu hồi dầu khí là một trong những điều kiện quan trọng và điều khoản bắt buộc của các hợp đồng dầu khí tại một số nước trên thế giới. 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. Trong thập niên qua, toàn thềm lục địa Việt Nam đã có thêm 25 phát hiện dầu khí, nhưng chủ yếu là các cấu tạo nhỏ, điều kiện kinh tế cận biên (trung bình mỗi phát hiện khoảng 35 triệu thùng dầu). Để phát triển khai thác được các mỏ nhỏ cần phải có công nghệ kỹ thuật tối ưu, đi kèm các điều kiện khuyến khích đầu tư, làm giảm giá thành sản xuất dầu khí để tăng lợi nhuận khi khai thác. 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
2 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 áp dụng phương pháp bơm ép nước thứ cấp sẽ không còn mang lại hiệu quả khi mỏ khai thác ở giai đoạn cuối, các giếng khai thác đã và đang bị ngập nước, vùng khai thác dịch chuyển dần lên nóc vỉa. Điều đó chứng tỏ rằng, sản lượng dầu khí có thể thu hồi tại các mỏ thuộc bể Cửu Long trước đây là những mỏ khai thác chủ lực nay đang giảm nhanh chóng, việc áp dụng các biện pháp gia tăng thu hồi dầu đang là một vấn đề cấp thiết được nêu ra. Lựa chọn chính xác phương pháp gia tăng thu hồi dầu cho các mỏ dầu khí là rất mới và đầy thách thức. 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 Hydrocarbon 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. Trong số các phương pháp gia tăng hệ số thu hồi dầu đã được nghiên cứu đến thời điểm hiện tại ở Việt Nam, bơm ép khí chỉ mới áp dụng thử nghiệm ở một mỏ duy nhất tại đối tượng trầm tích bể Cửu Long. Với lý do như vậy, 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. 2. Mục tiêu của luận án Để có thể áp dụng thành công phương pháp bơm ép luân phiên nước-khí nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu cho đối tượng trầm tích lục nguyên bể Cửu Long, nghiên cứu sinh (NCS) 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.
3 ➢ Nghiên cứu các phương pháp xác định áp suất trộn lẫn tối thiểu 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 phiên nước-khí trên mô hình của mỏ thực tế với các phương pháp khác. 3. Nội dung và nhiệm vụ nghiên cứu của luận án Để có thể nghiên cứu đánh giá cơ chế và hiệu quả của quá trình bơm ép luân phiên nước khí cho đối tượng trầm tích bể Cửu Long phải tiến hành nghiên cứu một cách chi tiết và khắc phục các điểm còn thiếu của các nghiên cứu trước đây trên thế giới và Việt Nam. Nghiên cứu phải đánh giá về cơ chế trộn lẫn/gần trộn lẫn/không trộn lẫn, xác định điểm áp suất trộn lẫn tối thiểu bằng mô phỏng trên kết quả thực nghiệm đo trong phòng thí nghiệm. Đánh giá toàn bộ các yếu tố ảnh hưởng của 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. Mô hình mô phỏng cho toàn bộ mỏ cũng được xây dựng để có thể đánh giá được hiệu quả của quá trình tối ưu bơm ép khí, bơm ép nước và tối ưu khai thác. Sản lượng dầu dự báo gia tăng khi áp dụng phương pháp bơm ép nâng cao thu hồi dầu tối ưu cho toàn mỏ được tính toán kinh tế và đánh giá tính khả thi của phương pháp. Dựa vào các nhận định trên, nội dung nghiên cứu của luận án bao gồm: ➢ Nghiên cứu, lựa chọn phương pháp bơm ép nâng cao hệ số thu hồi dầu phù hợp cho đối tượng trầm tích Mioxen, bể Cửu Long. ➢ Nghiên cứu, xây dựng tiêu chí mô phỏng bằng phần mềm để dự 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: thực nghiệm trong phòng thí nghiệm; mô phỏng bằng phần mềm PVT; mô hình mô phỏng thủy động lực học “slimtube”.
4 ➢ Nghiên cứu đánh giá và lựa chọn thành phần khí tối ưu bơm ép với điều kiện thực tế mỏ tại Việt Nam. ➢ 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 nước-khí so với các phương pháp bơm ép thông thường đang áp dụng. ➢ Đánh giá và chứng minh phương pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu bằng bơm ép luân phiên nước - khí dưới trộn lẫn (gần trộn lẫn) 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. Gia tăng thu hồi dầu cao nhất, đảm bảo cả về yếu tố kinh tế và kỹ thuật. 4. Cơ sở tài liệu và phương pháp nghiên cứu Cơ sở tài liệu Tài liệu phục vụ nghiên cứu chủ yếu là các báo cáo kết quả ứng dụng giải pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu bằng bơm ép nước khí CO2, N2 và Hydrocarbon luân phiên đã được triển khai ở nhiều khu vực mỏ, nhiều nước khác nhau. NCS đã tổng hợp các tài liệu cơ sở lý thuyết về nâng cao hệ số thu hồi dầu và các bài báo, kết quả thực nghiệm được thực hiện trong phòng thí nghiệm và ứng dụng mô phỏng cho mỏ dầu khí thực tế. Ngoài ra, còn có các tài liệu như : báo cáo nghiên cứu, tổng kết về địa chất, địa vật lý, trữ lượng, thiết kế, công nghệ mỏ và khai thác cho tầng chứa cát kết Mioxen nói riêng và mỏ Sư Tử Đen nói chung; các tài liệu báo cáo, nghiên cứu, phân tích thí nghiệm về mẫu lõi, hệ chất lưu được lấy từ các giếng khoan tầng Mioxen mỏ Sư Tử Đen và các báo cáo tổng kết hoạt động thăm dò, khai thác dầu khí ở thềm lục địa Việt Nam của Tập đoàn Dầu khí Việt Nam.
5 Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện các nội dung nêu trên, NCS đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau: ➢ Phương pháp thư mục: tổng hợp, xử lý và thống kê tài liệu của các dự án, 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, sự thay đổi áp suất và thay đổi tỷ lệ bơm ép nước-khí đến cơ chế trộn lẫn, thay thế trong tầng cát kết 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 luân phiên nước khí để tối ưu giải pháp nâng cao thu hồi dầu cho tầng Mioxen, bể Cửu Long. 5. Đối tượng và phạm vi của luận án Để nghiên cứu và có thể áp dụng giải pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu bằng phương pháp bơm ép luân phiên nước - khí, cần sự quan tâm và đầu tư thích đáng, đặc biệt là cần khuyến khích các Nhà thầu dầu khí “tiên phong” trong việc áp dụng thử nghiệm và triển khai mạnh mẽ nếu kết quả nghiên cứu thành công. Với lý do như vậy, việc nghiên cứu các điều kiện cụ thể của tầng Mioxen, bể Cửu Long với đối tượng và phạm vi áp dụng như sau: ➢ Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm ép luân phiên
6 nước khí Hydrocarbon nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu cho tầng Mioxen, mỏ Sư Tử Đen. ➢ Phạm vi: 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. 6. Tính mới và những đóng góp của luận án 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 Hydrocarbon 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 mô của giải pháp bơm ép nước-khí 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. Những luận điểm bảo vệ mới: (i) Bằng việc xây dựng mô hình mô phỏng xác định được điểm áp suất trộn lẫn tối thiểu (MMP) cho quá trình bơm ép luân phiên nước khí tại tầng Mioxen, mỏ Sư Tử Đen. (ii) 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 Hydrocarbon là phù hợp nhất với điều kiện thực tế của mỏ Sư Tử Đen. 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.
7 7. 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. Kết quả nghiên cứu chỉ ra những luận điểm khoa học tin cậy làm cơ sở cho việc lựa chọn giải pháp tối ưu để nâng cao hệ số thu hồi dầu. ➢ 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 và khả năng áp dụng thành công của phương pháp bơm ép luân phiên nước - khí cho 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 quốc tế “Khoa học trái đất và tài nguyên bền vững”. 8. 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 của tác giả và tài liệu tham khảo, phụ lục. Toàn bộ nội dung chính của luận án được trình bày trong 133 trang, trong đó có 19 bảng biểu, 108 hình vẽ, bản đồ, đồ thị và 112 tài liệu tham khảo. 9. Lời cảm ơn Quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án đã được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học rất tận tình của Tiểu ban hướng dẫn, NCS xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc và cảm ơn chân thành nhất đến PGS. TS. Cao Ngọc Lâm và TSKH. Phùng Đình Thực.