Nghiên cứu điều kiện sinh cát và thiết lập chương trình mô phỏng xuất hiện cát trong các giếng khoan khai thác dầu tầng mioxen thềm lục địa vn

Nghiên cứu điều kiện sinh cát và thiết lập chương trình mô phỏng xuất hiện cát trong các giếng khoan khai thác dầu tầng mioxen thềm lục địa vn Nghiên cứu điều kiện sinh cát và thiết lập chương trình mô phỏng xuất hiện cát trong các giếng khoan khai thác dầu tầng mioxen thềm lục địa vn Nghiên cứu điều kiện sinh cát và thiết lập chương trình mô phỏng xuất hiện cát trong các giếng khoan khai thác dầu tầng mioxen thềm lục địa vn

THÀNH ðỒN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CHƯƠNG TRÌNH VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KH-CN TRẺ BÁO CÁO NGHIỆM THU Nghiên cứu ñiều kiện sinh cát thiết lập chương trình mơ sinh cát giếng khoan khai thác dầu tầng mioxen thềm lục ñịa VN CHỦ NHIỆM ðỀ TÀI: TS Tạ Quốc Dũng Ths Hoàng Trọng Quang CƠ QUAN CHỦ TRÌ: Trung tâm phát triển KHCN trẻ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 12/ 2010 Mục lục TỔNG QUAN HIỆN TƯỢNG XUấT HIệN CÁT TRONG KHAI THÁC DẦU KHÍ 1.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH XUấT HIệN CÁT 10 2.1 LÝ THUYẾT CƠ HỌC THÀNH HỆ 10 2.1.1 Ứng suất 10 2.1.2 Biến dạng 13 2.1.3 Mối quan hệ ứng suất biến dạng 14 2.1.4 Cường độ kháng nén 15 2.1.5 Cường độ kháng kéo cường độ kháng cắt 17 2.1.6 Sự thay đổi trạng thái thành hệ 18 2.2 LÝ THUYẾT PHÁ HUỶ THÀNH HỆ 19 2.2.1 Xác định ứng suất thành hệ 20 2.2.2 Cơ học phá huỷ thành hệ 21 2.2.3 Sự phân bố ứng suất gần thành giếng thẳng 25 2.2.4 Sự phân bố ứng suất tiêu chuẩn phá huỷ giếng định hướng 34 2.2.5 Sự phân bố ứng suất xung quanh thành lỗ mở vỉa 37 2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ ĐOÁN PHÁ HUỶ CÁT 39 2.3.1 Phương pháp tương tự 39 2.3.2 Kiểm tra nghiên cứu mẫu lõi 40 2.3.3 Phân tích liệu log 41 2.3.4 Quá trình thử giếng 42 2.3.5 Kinh nghiệm thực tế 42 2.4 NGUYÊN NHÂN XUẤT HIỆN CÁT 43 2.4.1 Sự cố kết thành hệ 44 2.4.2 Sự thay đổi ứng suất gần thành giếng 45 2.4.3 Sự xâm nhập nước giếng 48 2.5 MƠ HÌNH DỰ ĐỐN SỰ XUẤT HIỆN CÁT 52 2.5.1 Mơ hình dự đốn lưu lượng cát 52 Mơ hình dự đốn áp dụng lý thuyết bifurcation 55 QUI TRÌNH TÍNH TỐN TRONG CHƯƠNG TRÌNH 58 3.1 Giếng thẳng hoàn thiện thân trần 58 3.1.1 Các số liệu cần nhập 58 3.1.2 Các cơng thức tính giá trị áp suất tới hạn lưu lượng khai thác tối đa 59 3.2 Giếng thẳng hoàn thiện mở vỉa 60 3.2.1 Các số liệu cần nhập 60 3.2.2 Các cơng thức tính giá trị áp suất tới hạn lưu lượng khai thác tối đa 61 3.3 Giếng nghiêng hoàn thiện thân trần 64 3.3.1 Các số liệu cần nhập 64 3.3.2 Các cơng thức tính giá trị áp suất tới hạn lưu lượng khai thác tối đa 68 3.4 SƠ ĐỒ XỬ LÝ TRONG CHƯƠNG TRÌNHTÍNH TỐN 70 76 PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN KHAI THÁC CÁT MỎ RUBY 77 4.1 CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT 77 4.2 ĐẶC ĐIỂM THẠCH HỌC MỎ RUBY 80 4.2.1 Tầng khai thác MI-09 (độ sâu 1710,5 m) 80 4.2.2 Tầng khai thác MI-10 (độ sâu 1733 m) 81 4.2.3 Tầng khai thác MI-20 (độ sâu 1757 m) 82 4.2.4 Tầng khai thác MI-30 (độ sâu 1778 m) 83 4.3 TÌNH HÌNH KHAI THÁC CÁT MỎ RUBY 84 4.4 THÍ NGHIỆM MẪU LÕI ĐỂ XÁC ĐỊNH VẬN TỐC TỚI HẠN 85 4.5 PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN KHAI THÁC CÁT 85 4.5.1 Nguyên nhân học 85 4.5.2 Nguyên nhân hoá học 86 4.5.3 Nguyên nhân khai thác 89 4.5.4 Nguyên nhân khác 91 4.6 ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC CÁT XUẤT HIỆN TRONG QUÁ TRÌNH KHAI THÁC CỦA GIẾNG 91 4.6.1 Ảnh hưởng đến sản lượng 92 4.6.2 Ảnh hưởng đến thiết bị 92 4.7 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KHỐNG CHẾ CÁT KHAI THÁC MỎ RUBY 92 4.7.1 LỊCH SỬ KHAI THÁC CÁC GIẾNG 92 4.7.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỐNG CHẾ CÁT 97 4.7.3 ĐỀ XUẤT TRÊN CƠ SỞ LÝ THUYẾT 101 KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 104 5.1 KẾT LUẬN 104 5.2 KIẾN NGHỊ 105 Danh sách hình Hình 1: Ứng suất pháp ứng suất trượt 10 Hình Trạng thái cân ứng suất phân tố 11 Hình Biến dạng biến dạng trượt 13 Hình Biến dạng 14 Hình Cường độ kháng nén trục 16 Hình Cường độ nén ba trục 17 Hình Biểu đồ ứng suất biến dạng 19 Hình Trạng thái ứng suất thành hệ 19 Hình Cơ học phá huỷ thành hệ 22 Hình 10 Đường bao phá huỷ trượt 23 Hình 11 Phá huỷ cố kết 24 Hình 12 Cơ học phá huỷ lỗ rỗng 25 Hình 13 Sự phân bố ứng suất gần thành giếng 26 Hình 14 Mơ hình giếng theo tiêu chuẩn độ bền Mohr 31 Hình 15 Sự phân bố ứng suất xung quanh giếng định hướng 36 Hình 16 Phá huỷ kéo phá huỷ cắt thành giếng 37 Hình 17 Ảnh hưởng góc ma sát đến lưu lượng cát 45 Hình 18 Ảnh hưởng lưu lượng khai thác đến lưu lượng cát 46 Hình 19 Tác động độ nhớt đến lưu lượng cát 46 Hình 20 Mật độ lỗ bắn tác động đến lưu lượng cát 47 Hình 21 Ảnh hưởng hình dạng lỗ mở vỉa 47 Hình 22 Đường bao phá huỷ Mohr với hai trạng thái độ bão hoà nước 48 Hình 23 Mơ hình minh hoạ lực mao dẫn 50 Hình 24 Tiêu chuẩn Mohr-Coulomb 51 Hình 25 Độ bền mao dẫn theo độ bão hoà nước 52 Hình 26 Ứng suất tiếp thành giếng 53 Hình 30 Biểu đồ quan hệ độ rỗng độ thấm 77 Abstract Nowadays, the oil industry is the energy very important of every nation Thus, finding, exploration and production oil & gas is always to have the great importance Viet Nam, the industrial nation is developing, also needs the petroleum energy to develop economy Viet Nam have reserves of petroleum major in basement rocks, the depth is very large, thus recovery cost of petroleum is great, however in the shelf of Viet Nam also have oilfields in the sedimentary rocks, the depth is relatively shallow and the recovery cost is smaller the recovery cost in the basement rocks, has reserves of petroleum relative large as Ruby field (80% petroleum in the sedimentary rocks), Rong field (about 50% petroleum in the sedimentary rocks), …Therefore, maximize petroleum recovery in the sedimentary rocks is bring economic benefit very great From the oil industry developed with the petroleum production is appearance problems to connect with production process has given many difficulty for the production industry of petroleum Once in those problems is sand production in production process of petroleum in the sedimentary rocks Annually, the oil industry was spended ever billion dollars for the research of sand production, assemble equipment to restrict sand rate and treat sand in producing well Ruby and other sedimentary fields belongs to the shelf of Viet Nam; they produce mainly petroleum in the sedimentary rocks (Miocene stage) Thus, the sand production in production process is not get away Again, the oil industry of Viet Nam is very coltish, technical degree is restrictive and concrete research about sand production at the shelf of Viet Nam was researching in theory period Therefore, the well at Ruby and other fields was give in production to be not research into sand production to realize sand control At present, the all of well, after some time production, was regular appearance sand and this was effect very great into production rate and great effective into longevity of production assembly Thus, the research of sand production is concretely and finds optimum solutions to restrict movement of sand into production well sedimentary fileds are very indispensable Tính cấp thiết đề tài Như biết, vỉa dầu khí giới chủ yếu chứa đá trầm tích Khi khai thác dầu, khí tầng này, việc xuất cát tránh khỏi vấn đề nan giải Xuất cát gây xâm thực bào mòn nhanh thiết bị khai thác lòng giếng thiết bị bề mặt Nguy hiểm hơn, xuất cát gây sụp lở thành giếng buộc phải đóng giếng làm gián đoạn q trình khai thác, gây thiệt hại lớn cho nhà đầu tư Tuy nhiên, khơng phải vỉa trầm tích bắt đầu khai thác xuất cát mà tùy thuộc vào mức độ cố kết thành hệ; yếu tố vỉa áp suất, nhiệt độ, chế độ dòng chảy; chế độ khai thác Chính thế, việc nghiên cứu đặc điểm thành hệ yếu tố vỉa nhà đầu tư quan tâm từ giai đoạn thăm dò để đưa phương thức hoàn thiện giếng chế độ khai thác hợp lý nhằm hạn chế việc xuất cát mang lại hiệu khai thác cao sau Đó lý tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu điều kiện xuất cát thiết lập chương trình mô xuất cát giếng khoan khai thác dầu tầng mioxen thềm lục địa VN” Nhiệm vụ đề tài Nhiệm vụ đề tài tập trung nghiên cứu chế xuất cát phương pháp xác định xuất cát, giới thiệu công nghệ khống chế cát cho giếng dầu khí tầng Mioxen thềm lục địa Nam Việt Nam Lựa chọn biện pháp phù hợp với tình hình thực tế Phương pháp nghiên cứu dựa mơ hình tốn học ứng dụng mơ nhằm thiết lập phần mềm mơ phỏng, tính tốn q trình xuất cát giếng dầu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đề tài chủ yếu nghiên cứu sở lý thuyết trình xuất cát, từ rút phân tích ngun nhân xuất cát Hiện tượng xuất cát chủ yếu xảy vỉa trầm tích Chính thế, đối tượng phạm vi nghiên cứu đá trầm tích chứa dầu khí Áp dụng phân tích nguyên nhân khai thác cát giếng khai thác mỏ Ruby từ đề xuất giải pháp tối ưu nhằm hạn chế cát khai thác TỔNG QUAN HIỆN TƯỢNG XUấT HIệN CÁT TRONG KHAI THÁC DẦU KHÍ 1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Xuất cát tượng xuất số lượng nhỏ hay lớn thành phần hạt rắn với dung dịch chất lưu vỉa Số lượng khác từ vài gam dung dịch Khi lượng cát sinh lớn giới hạn xuất cát (giới hạn phụ thuộc vào điều kiện mỏ qui định, ví dụ vùng mỏ Gulf Coast giới hạn xuất cát 0,1% tổng thể tích) cần phải áp dụng biện pháp khống chế cát Một số nghiên cứu quốc tế liên quan đến đề tài công bố - - - - - - - Morita, N & Whitfill, D.L & et at, Parametric Study of Sand Prduction Prediction: Analytical Approach, SPE 16990, In Annual Technical Conference & Exhibition of Society of Petroleum Engineers held in Daltas, 1987, p 561 – 575 Kessler, N & Wang, Y & Santarelli, F.J., A Simplified Pseudo 3D Model To Evaluate Sand Production Risk in Deviated Cased Holes, SPE 26541, In Annual Technical Conference & Exhibition of the Society of Petroleum Engineers held in Houston, 1993, p 332 – 342 Budiningsih, Y & Hareland, G & et at, Correct Production Rates Eliminate Sand Production in Derectional Wells, SPE 29291, In SPE Asia Paciffic Oil and Gas Conference held in Kuala Lumpur, 1995, p 337 – 384 Sanfilippo, F & Ripa, G & et at, Economical Management of Sand Production by a Methodology Validated on an Extensive Database of Field Data, SPE 30472 In Annual Technical Conference & Exhibition held in Daltas, 1995, p 227 – 240 Sanfilippo, F & Brignoli, M & et at, Sand Production: From Prediction to Management, SPE 38185, In SPE European Formation Damage Conference held in the Hague, 1997, p 389 – 398 Han, G & Dusseault , M.B., Quantitative Analysis of Mechanisms for Water – Related Sand Production, SPE 73737, In SPE International Symposium and Exhibition on Formation Damage Control held in Lafayette, 2002, 12 pages Chin, L.Y & Ramos, G.G., Predicting Volumetric Sand Production in Weak Reservoirs, SPE/ISRM 78169 In SPE/ISRM Rock Mechanics Conference held in Irving, 2002, 10 pages Các nghiên cứu rõ hậu vấn đề lớn, làm đầy cát giếng khai thác dẫn đến phải huỷ giếng, gây tượng sụp lở thành hệ dẫn đến đưa giếng vào khai thác được, gây tượng dâng cát giếng khoan 1.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam Hiện tại, việc thăm dò khai thác dầu khí thềm lục địa Việt Nam sôi động khả quan Tiêu biểu tình hình khai thác mỏ Bạch Hổ, Đại Hùng mỏ dầu thuộc bồn trũng Nam Côn Sơn Việc nghiên cứu vấn đề xuất cát khai thác dầu Việt Nam hạn chế chưa có nghiên cứu sâu vấn đề Tình hình thực tế dừng lại việc thuê thiết bị chuyên gia nước Một số nghiên cứu gần Việt Nam bao gồm - - Hoàng Nguyên Vũ, Nguyên cứu giải pháp khống chế cát áp dụng cho giếng khai thác dầu thềm lục địa Việt Nam, Đề tài Tốt Nghiệp Đại Học, Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, 2002 Nguyễn Mạnh Trí & Nguyễn Thành Dũng & et at, Đề Xuất Giải Pháp Hạn Chế Cát Mỏ Ruby, 2001 Khi xuất cát xuất giếng vấn đề sau cần phải quan tâm: - Có khả cát lấp đầy khoảng thành hệ khai thác - Những vấn đề liên quan đến thiết bị lấp đầy cát tạo - Hiện tượng mài mòn thiết bị lòng giếng khai thác thiết bị phục vụ giàn - Sự tích tụ cát bề mặt ảnh hưởng chúng đến môi trường - Khả cát làm giảm lưu lượng ảnh hưởng đến hiệu khai thác - Mài mòn ống chống, ống khai thác ống lửng làm phá huỷ thành giếng CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH XUấT HIệN CÁT 2.1 LÝ THUYẾT CƠ HỌC THÀNH HỆ 2.1.1 Ứng suất a Khái niệm Ứng suất định nghĩa lực tác động đơn vị diện tích xác định theo cơng thức: σ= F A (1) Dựa vào phương tác dụng lực người ta chia ứng suất pháp ứng suất tiếp (ứng suất trượt) (hình 1) Trạng thái nén F Trạng thái kéo F F F F σ = F/diện tích F τ = F/diện tích Hình 1: Ứng suất pháp ứng suất trượt b.Hệ phương trình cân Navie Xét phân tố hình hộp đứng có độ dài cạnh dx, dy, dz Trên mặt có thành phần ứng suất pháp hai thành phần ứng tiếp Trên mặt x = y = z = có ứng suất pháp σx; σy; σz ứng suất tiếp τyx, τzx; τxy, τzy; τxz, τyz Ứng suất mặt + dx là: σ x' = σ x + dσ x = σ x + Δσ x 10 σz + τ xz + σy ∂σ σ x + x dx ∂x ∂τ xz dz ∂z τ zx + ∂σ z dz ∂z τ yz + ∂τ yz ∂z dz τ zy + ∂τ zy ∂τ zx dx ∂x τ yx + ∂τ yx ∂x τ xy + dy ∂σ y σy + dy ∂y ∂y ∂τ xy dx ∂y dy σz Hình Trạng thái cân ứng suất phân tố Lấy vi phân tồn phần phương trình ta thu được: dσ x = ∂σ x ∂σ x ∂σ x dx + dy + dz ∂z ∂x ∂y Do hai mặt + dx có toạ độ y, z nên dy = dz = 0, cho nên: ∂σ σ x' = σ x + x dx ∂x Ứng suất tiếp mặt + dx xác định sau: ∂τ yx ' = τ + ∂τ zx dx τ 'yx = τ yx + dx τ zx zx ∂x ∂x Tương tự cho mặt + dy + dz ∂σ y σ 'y = σ y + dy ∂y ' = τ + ∂τ xy dy τ ' = τ + ∂τ zy dy τ xy xy zy zy ∂y ∂y 11 tầng Tại thời điểm ban đầu, giếng cho lưu lượng dầu thấp khoảng 300 BOPD, hàm lượng nước cao 40% Đến cuối tháng 8/1999 sau mở khai thác kết hợp tầng, giếng cho lưu lượng khoảng 3200 BOPD hàm lượng nước thấp 5% (hình 12) Từ tháng 5/2000 bắt đầu lấy mẫu dầu đầu giếng để đo hàm lượng cát khai thác lên theo dòng dầu Kết hàm lượng cát dao động từ ptb đến ptb năm 2000, đến năm 2001 hàm lượng cát tăng lên 10 ptb trì suốt năm sau giảm dần năm 2002 cịn khoảng ptb Bảng 12 Các thông số khai thác giếng RB-5P nay: Tầng khai thác MI-09/10/20 Lưu lượng dầu (bbl/d) 1000 Hàm lượng nước (%) 2,12 Áp suất đầu giếng (psi) 280 4.7.1.4 Giếng RB-7P Giếng RB-7P bắt đầu khai thác từ ngày 9/6/1999 Giếng hoàn thiện khai thác riêng tầng MI-09 MI-10 Giếng khai thác kết hợp hai tầng Tại thời điểm ban đầu giếng cho lưu lượng khoảng 2500 BOPD trì ổn định đến cuối năm 2000 Sau giảm dần đến thời điểm giếng cho lưu lượng khoảng 1400 BOPD Hàm lượng nước ban đầu thấp 2%, đến năm 2001 hàm lượng nước tăng nhanh đạt giá trị khoảng 12% (hình 13) Từ tháng 5/2000 bắt đầu lấy mẫu dầu để đo hàm lượng cát theo lưu lượng khai thác dầu Kết hàm lượng cát cao gần 20 ptb tháng 10 năm 2000 Hàm lượng cát trung bình năm 2001 khoảng 11 ptb sau giảm dần khoảng ptb Bảng 13 Các thông số khai thác giếng RB-7P nay: Tầng khai thác MI-09/10 Lưu lượng dầu (bbl/d) 1400 Hàm lượng nước (%) 12 94 Áp suất đầu giếng (psi) 285 4.7.1.5 Giếng RB-8P Giếng RB-8P bắt đầu khai thác từ ngày 16/4/1999 Giếng hoàn thiện khai thác riêng tầng MI-09, MI-10 MI-20/30 Giếng khai thác kết hợp hai tầng MI-09 MI-10 Tại thời điểm ban đầu giếng cho lưu lượng khoảng 1600 BOPD trì ổn định đến cuối năm 2001, sau giảm dần Hàm lượng nước thấp 5% Từ tháng 5/2000 bắt đầu lấy mẫu dầu để đo hàm lượng cát theo lưu lượng khai thác dầu Kết hàm lượng cát dao động từ ptb đến ptb tháng năm 2000 đến cuối năm 2000 hàm lượng cát tăng lên 13%, sau giảm dần khoảng ptb Bảng 14 Các thông số khai thác giếng RB-8P nay: Tầng khai thác MI-09/10 Lưu lượng dầu (bbl/d) 1200 Hàm lượng nước (%) Áp suất đầu giếng (psi) 330 4.7.1.6 Giếng RB-9P Giếng RB-9P bắt đầu khai thác từ ngày 8/5/1999 Giếng hoàn thiện khai thác riêng tầng MI-09, MI-10 MI-20 Giếng mở khai thác kết hợp ba tầng Tại thời điểm ban đầu, giếng cho lưu lượng khoảng 2800 BOPD sau giảm dần, đến tháng 9/2001 giếng cho lưu lượng khoảng 800 BOPD Cũng từ thời điểm hàm lượng nước tăng nhanh từ 5% lên đến 23% thời gian ngắn giếng ngừng cho dòng khai thác Hiện giếng phục hồi cho lưu lượng thấp (hình 14) Từ tháng 5/2000 bắt đầu lấy mẫu dầu đầu giếng để đo hàm lượng cát khai thác lên theo dòng dầu Kết hàm lượng cát dao động từ ptb đến ptb năm 2000 đạt giá trị cao vào tháng 1/2001 với hàm lượng 13 ptb, sau giảm dần Bảng 15 Các thông số khai thác giếng RB-9P nay: Tầng khai thác MI-09/10/20 Lưu lượng dầu (bbl/d) 500 Hàm lượng nước (%) 45 95 Áp suất đầu giếng (psi) 280 4.7.1.7 Giếng RB-11P Giếng RB-11P bắt đầu khai thác từ ngày 1/11/2000 Giếng hoàn thiện khai thác riêng tầng MI-09 MI-10 Khi bắt đầu khai thác, giếng mở khai thác tầng MI-09 lưu lượng tương đối ổn định mức 1600 BOPD Hàm lượng nước khai thác thấp (hình 15) Từ tháng 11/2000 bắt đầu lấy mẫu dầu đầu giếng để đo hàm lượng cát khai thác lên theo dòng dầu Kết hàm lượng cát dao động từ ptb đến 14 ptb năm 2000 2001, sau giảm dần năm 2002 Bảng 16 Các thơng số khai thác giếng RB-11P nay: Tầng khai thác MI-09 Lưu lượng dầu (bbl/d) 1700 Hàm lượng nước (%) 5,8 Áp suất đầu giếng (psi) 290 4.7.1.8 Giếng hoàn thiện hai tubing ngắn Các giếng hoàn thiện hai tubing ngắn bao gồm: RB-3PS, RB-4PS, RB-6PS, RB10PS, RB-12PS RB-13PS Bảng 17 Tầng hoàn thiện giếng tubing ngắn sau: Giếng RB-3PS RB-4PS RB-6PS RB-10PS RB-12PS RB-13PS Tầng hoàn thiện MI-09/10/20/30 MI-09/10/20/30 MI-09/10/20 MI-09/10/20/30 MI-09/10 MI-09/10 Bảng 18 Các thông số khai thác giếng nay: Giếng RB-3PS RB-4PS RB-6PS RB-10PS Tầng khai thác MI-09/10/20/30 MI-09/10 MI-09/10/20 MI-20/30 Lưu lượng dầu (bbl/d) 1700 2000 1950 96 Hàm lượng nước (%) 9,19 6,77 7,2 - Áp suất đầu giếng (psi) 300 350 290 - RB-12PS RB-13PS MI-09/10 MI-09/10 1072 840 3,3 620 510 Số liệu thống kê kết phân tích hàm lượng cát khai thác thực từ tháng 5/2000 cho thấy giếng có diện cát hàm lượng thống kê cho bảng 4.10 Bảng 19 Thống kê hàm lượng cát cho giếng tubing ngắn: Giếng RB-3PS RB-4PS RB-6PS RB-10PS RB-12PS RB-13PS Hàm lượng cát khai thác (ptb) Thấp Trung bình Cao 2,1 8,5 12,9 7,03 11,6 6,7 11,2 2,1 8,5 12,9 5,2 7,54 10,86 3,9 8,94 13,6 4.7.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỐNG CHẾ CÁT 4.7.2.1 Phương pháp lèn sỏi (gravel pack) Phương pháp dùng sỏi đưa từ xuống để ngăn chặn xâm nhập cát thành hệ ống lọc dùng để ngăn chặn sỏi lèn xâm nhập vào giếng Kích thước sỏi kích thước ống lọc phụ thuộc chủ yếu vào kích thước hạt cát thành hệ đồng chúng Có hai phương pháp lèn sỏi bản: lèn sỏi lèn sỏi giếng hoàn thiện thân trần lèn sỏi lèn sỏi giếng hoàn thiện chống ống Với giếng hoàn thiện đa tầng, lèn sỏi dùng có nhiều vấn đề phức tạp cần phải xem xét q trình hồn thiện Do đó, phương pháp lèn sỏi thường dùng cho giếng hoàn thiện đa tầng Với tầng hoàn thiện dài, hồn thiện lèn sỏi ngồi có lịch sử thành cơng hồn thiện lèn sỏi Tuy nhiên, phương pháp lèn ép lèn tuần hoàn cải thiện mức độ thành công đới dày áp dụng phương pháp lèn sỏi 97 Theo lý thuyết, phương pháp lèn sỏi cho số khai thác cao hơn, đặc biệt với giếng có lưu lượng khai thác lớn Ưu nhược điểm phương pháp lèn sỏi thực kiểm soát cát cho giếng khai thác: - Ưu điểm: ™ ™ ™ ™ ™ ™ - Khả thành công cao Tạo khả khai thác cao cho giếng giảm sức cản cát Khơng địi hỏi sử dụng hố chất Chi phí thấp Giảm thiểu xâm thực lên ống lọc Hiệu với giếng có tầng mở vỉa dày Nhược điểm: ™ ™ ™ ™ Sỏi ống lọc bị hạn chế kích thước Cần phải can thiệp giếng dỡ bỏ sỏi thay đổi sỏi Ống lọc dễ bị tượng xâm thực dòng chảy Rất khó thực cần khai thác riêng tầng 4.7.2.2 Phương pháp hố học Mục đích phương pháp cố kết hoá học kiểm soát cát vỉa cát cố kết yếu làm gia tăng độ bền thành hệ xung quanh thành giếng cách bơm hoá chất vào thành hệ nhằm hạn chế lực ma sát dòng khai thác giữ hệ số độ thấm ban đầu cao Phương pháp phức tạp tạo nút hoá chất gây phân bố khơng đồng hố chất thành hệ xung quanh thành giếng Hoá chất bơm vào tạo mối liên kết bề mặt tiếp xúc hạt cát, làm gia tăng độ bền thành hệ Tuy nhiên, hoá chất bơm vào phần lấp vào lỗ rỗng thành hệ làm giảm độ thấm vỉa, điều tạo độ chênh áp gia tăng làm giảm lưu lượng khai thác tiềm giếng Những điều kiện thuận lợi áp dụng phương pháp cố kết hoá học: - Khoảng hoàn thiện ngắn (thường nhỏ 12 ft) - Có thể thực qua ống khai thác - Thích hợp áp dụng cho vỉa có áp cao áp dị thường - Thích hợp cho giếng hồn thiện đa tầng 98 - Thực tốt cho thành hệ khơng nhiễm bẩn đồng - Thích hợp cho vỉa có phân bố kích thước hạt rộng - Nên thực trước có xuất cát 4.7.2.3 Phương pháp FracPac FracPac phương pháp kết hợp kích thích tạo khe nứt thuỷ lực với kỹ thuật hiệu trình bơm cát (hoặc hạt lèn) vào rãnh khe nứt với tốc độ cao áp suất cao áp suất vỡ vỉa dụng cụ đặc biệt gọi TSO (Tip ScreenOut) để kiểm soát cát thành hệ cố kết yếu, độ thấm cao Phương pháp thực với giếng hoàn thiện thành hệ có khả xuất cát hồn thiện lại với tồn đới nhiễm bẩn quanh thành giếng FracPac cung cấp khe nứt ngắn rộng qua đới nhiễm bẩn gần thành giếng Phương pháp kiểm soát lưu lượng cát giữ ổn định thành hệ tạo cầu cát trực tiếp thành hệ cho phép cát giữ lại di chuyển đến gần thành giếng Do FracPac tạo khe nứt ngắn rộng, điều mà cung cấp tập trung dòng cao tiềm khai thác cao Ngồi ra, FracPac cịn làm giảm độ giảm áp gần thành giếng, cho phép kiểm sốt dịng chảy tốt nhằm làm giảm lưu lượng cát FracPac thường dùng để làm giảm hệ số skin gây nhiễm bẩn q trình khoan, hồn thiện, khai thác trình lèn sỏi gây phá huỷ thành hệ Trước áp dụng phương pháp FracPac để xử lý cho giếng, điều kiện áp dụng phương pháp phải xem xét cẩn thận Thành hệ cố kết yếu, độ thấm cao thường đề xuất biện pháp kỹ thuật kiểm soát cát Dưới vài đặc tính giếng có khuynh hướng áp dụng phương pháp FracPac: - Vỉa với nhiễm bẩn gần thành giếng đáng kể Khe nứt thuỷ lực vượt qua vùng nhiễm bẩn liên thông giếng với vỉa để giảm ảnh hưởng hệ số skin - Vỉa cố kết yếu, xuất cát vấn đề di chuyển cát Khe nứt thuỷ lực làm giảm di chuyển cát cung cấp diện tích dịng chảy độ thấm cao lớn Sự di chuyển hạt làm giảm vận tốc dòng chảy gần thành giếng, làm giảm di chuyển hạt dẫn tới tích tụ khai thác tốt 99 - Vỉa độ thấm thấp đòi hỏi hệ thống khe nứt để cải thiện độ khai thác đới Khe nứt độ thấm cao đới độ thấm thấp làm tăng độ khai thác tạo kênh dẫn lưu đới khai thác - Thành hệ có kết yếu phá huỷ trượt suốt q trình khai thác Khe nứt dẫn cao làm giảm ứng suất gây độ giảm áp trì ổn định độ khai thác cao Ngồi ra, vài thông so sau cần phải xem xét lựa chọn phương pháp FracPac: - Sự áp dụng hiệu giếng thành hệ tương tự - Khe nứt thuỷ lực gây pha khơng mong muốn trơ thành dịng khai thác chính, hàm lượng nước cao khơng nên áp dụng phương pháp - Ảnh hưởng xâm thực dụng cụ đáy giếng đường kính nhỏ giới hạn lưu lượng bơm để tạo khe nứt thuỷ lực Đường kính ống chống nhỏ in thường đòi hỏi xử lý thuỷ lực bơm qua lỗ đục ống chống mở Phương pháp khơng thích hợp xuất tổn thất dung dịch Tuy nhiên, phát triển thiết bị đáy giếng kỹ thuật đại cho phép xử lý thuỷ lực giếng với đường kính ống chống khoảng in - Những khoảng hồn thiện dài gây khó khăn cho q trình xử lý giới hạn lưu lượng bơm Những giếng có độ nghiêng lớn gây vài vấn đề khe nứt thuỷ lực không tạo liên thông giếng dọc theo khoảng mở vỉa 4.7.2.4 Phương pháp Acid Pre-pack Phương pháp Acid Pre-pack kết hợp kích thích vỉa với thực kiểm soát cát nhằm tăng hiệu khai thác giếng khống chế xâm nhập cát vào giếng Acid Pre-pack thường phương pháp chọn cho khoảng lèn sỏi phương pháp chứng tỏ mức độ thành công, độ tin cậy hiệu xử lý giếng khắp giới Phương pháp Acid Pre-pack kết hợp lợi ích kích thích vỉa quát trình xử lý acid hydrofluoric (HF) với lợi ích kiểm sốt cát lỗ mở vỉa lèn sỏi 100 miền thành giếng Trong trình thực hiện, acid vữa cát bơm luân phiên suốt trình xử lý Acid hồ tan chất gây nhiễm bẩn cho thành hệ tạo từ dung dịch khoan, bắn mở vỉa, dung dịch hoàn thiện tổn thất vật liệu tuần hoàn Các lỗ mở vỉa phải làm với HF để lèn cát cho có liên thông lèn sau ống chống với đoạn lèn trước ống chống Với việc làm nhiễm bẩn lỗ mở vỉa thành hệ, giếng cho độ khai thác cao tổn thất áp suất qua đới khai thác thấp thời gian dài cua trình khai thác 4.7.2.5 Phương pháp HRWP Phương pháp HWRP pháp triển để khắc phục vấn đề tổn thất dung dịch cao với trình lèn nước tiêu chuẩn thành hệ thấm cao HWRP thường xử lý trước phương pháp Acid Pre-pack cho hiệu cao Phương pháp Acid Prepack với HWRP dùng thành hệ có áp cao Do q trình lèn với áp suất cao nên giếng xuất cát đủ chịu mở rộng khe nứt khuyến cáo sử dụng HWRP 4.7.2.6 Phương pháp Ex-tension Pac Phương pháp Ex-tension Pac kết hợp giải pháp để vừa kích thích vỉa giúp tăng sản lượng khai thác vừa kiểm soát cát Điểm khác biệt phương pháp so với phương pháp Acid Pre-pack với HWRP việc sử dụng loại dụng cụ đặc biệt nhằm tăng khả chèn đầy đường rãnh bắn vỉa khe nứt nhỏ tốt làm tăng hiệu khống chế cát khai thác vào giếng 4.7.3 ĐỀ XUẤT TRÊN CƠ SỞ LÝ THUYẾT Từ phân tích nguyên nhân khai thác cát cho giếng khai thác dầu mỏ Ruby cho ta ngun nhân dẫn đến khai thác có cát sau: - Khai thác dầu tầng cố kết yếu Sự xuất nước trình khai thác Lưu lượng khai thác không ổn định Theo phần giới thiệu chung phương pháp kiểm soát cát, ưu nhược điểm phương pháp kiểm sốt cát tóm tắt sau: - Phương pháp lèn sỏi: ™ Khả thành công cao 101 ™ Chi phí thấp ™ Hạn chế cho giếng hồn thiện đa tầng ™ Không cải thiện hệ số skin - Phương pháp hoá học: ™ Do giếng xuất cát nên khả áp dụng phương pháp bị hạn chế nhiều Do đó, đề nghị khơng áp dụng phương pháp cho giếng khai thác mỏ Ruby - Phương pháp FracPac: ™ Cải thiện đáng kể hệ số skin xung quanh thành giếng tạo hệ thống khe nứt ™ Kiểm soát cát tốt hàm lượng nước khai thác thấp (nhỏ 5%) ™ Cho lưu lượng khai thác cao ™ Có thể thực cho giếng hoàn thiện đa tầng - Phương pháp Ex-tension Pac: ™ Cải thiện đáng kể hệ số skin xung quanh thành giếng trình xử lý acid hoà tan chất gây nhiễm bẩn ™ Kiểm soát cát tốt hàm lượng nước khai thác cao ™ Cho lưu lượng khai thác thấp phương pháp FracPac ™ Có thể thực cho giếng hồn thiện đa tầng Từ phần tóm tắt ta đề xuất giải pháp kiểm sốt cát cho giếng khai thác mỏ Ruby sau: Giếng Giải pháp Chú thích RB-1P FracPac Do hàm lượng khai thác tiềm giếng cao hàm lượng nước khai thác cao (9%) RB-2P Ex-tension Pac Do hàm lượng nước khai thác cao (36%) lưu lượng khai thác tiềm giếng cao RB-3PS Ex-tension Pac Hàm lượng nước khai thác cao (9,19%) lưu lượng khai thác cao RB-4PS FracPac RB-5P FracPac Hàm lượng nước khai thác không cao (6,77%) lưu lượng khai thác cao Hàm lượng nước khai thác thấp (2,12%) RB-6PS Ex-tension Pac Hàm lượng nước khai thác cao (7,2%) lưu lượng khai thác cao RB-7P Ex-tension Pac Hàm lượng nước khai thác cao (18%) lưu lượng khai thác cao 102 RB-8P FracPac Hàm lượng nước khai thác thấp (3%) RB-9P Ex-tension Pac Do hàm lượng nước khai thác cao (45%) lưu lượng khai thác tiềm giếng cao RB-11P FracPac RB-12PS RB-13PS FracPac Ex-tension Pac Hàm lượng nước khai thác không cao (5,8%) lưu lượng khai thác cao ổn định Hàm lượng nước khai thác thấp (3,3%) Hàm lượng nước khai thác cao (8%) 103 KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ Trong trình đầu tư khai thác dầu khí từ ban đầu không quan tâm đến vấn đề xuất cát khai thác vỉa cát kết kết phải chấp nhận hậu nặng nề Hậu nhà đầu tư phải bỏ khoảng chi phí lớn để thay sửa chữa thiết bị xâm thực bào mòn cát Chính mà từ đầu nhà đầu tư cần quan tâm đến vấn đề này, cụ thể họ phải đánh giá khả xuất cát vỉa dầu, khí mà họ khai thác Từ việc đánh giá đưa cho họ phương thức hoàn thiện giếng đắn chế độ khai thác hợp lý nhằm mục đích ngăn hạn chế lượng cát tạo để giúp cho trình khai thác dầu khí liên tục đạt hiệu cao 5.1 KẾT LUẬN Từ nghiên cứu phân tích phần đề tài, rút kết luận sau: - Sự xuất cát tượng vật lý xảy theo hai trình: trình phá huỷ thành hệ xung quanh thành giếng theo mặt trượt gây độ bền thành hệ trạng thái ứng suất Kế tiếp tượng xâm thực q trình khai thác - Các ngun nhân gây xuất cát bao gồm: ™ Sự cố kết thành hệ ™ Sự thay đổi ứng suất gần thành giếng ™ Sự xuất nước q trình khai thác - Các ngun nhân gây tượng khai thác cát giếng khai thác mỏ Ruby bao gồm: ™ Khai thác tầng cố kết yếu ™ Sự xuất nước trình khai thác ™ Lưu lượng khai thác khơng ổn định - Các phương pháp kiểm sốt cát đề xuất theo lý thuyết cho giếng mỏ Ruby sau: ™ Giếng RB-1P: phương pháp FracPac 104 ™ Giếng RB-2P: phương pháp Ex-tension Pac ™ Giếng RB-3PS: phương pháp Ex-tension Pac ™ Giếng RB-4PS: phương pháp FracPac ™ Giếng RB-5P: phương pháp FracPac ™ Giếng RB-6PS: phương pháp Ex-tension Pac ™ Giếng RB-7P: phương pháp Ex-tension Pac ™ Giếng RB-8P: phương pháp FracPac ™ Giếng RB-9P: phương pháp Ex-tension Pac ™ Giếng RB-11P: phương pháp FracPac ™ Giếng RB-12PS: phương pháp FracPac ™ Giếng RB-13PS: phương pháp Ex-tension Pac 5.2 KIẾN NGHỊ Do vấn đề mẻ Việt Nam nên nhóm tác giả chưa thể có đầy đủ tài liệu liệu chi tiết nguyên nhân gây tượng xuất cát chưa đưa tiêu chuẩn đánh giá lựa chọn phương pháp kiểm soát cát phù hợp với thực tế mỏ Ruby Phần tính giá trị tới hạn xuất cát dừng tính tốn theo lý thuyết Do nhóm nghiên cứu có số kiến nghị sau: - Nghiên cứu phân tích chi tiết nguyên nhân gây xuất cát giếng khai thác mỏ Ruby mở rộng hướng nghiên cứu cho tầng trầm tích Mioxen thềm lục địa Nam Việt Nam - Nghiên cứu điều kiện áp dụng cơng nghệ phương pháp kiểm sốt cát nhằm đưa tiêu chuẩn đánh giá lựa chọn cho phù hợp với điều kiện thực tế mỏ Ruby thềm lục địa nam Việt Nam Ngoài đánh giá mặt kỹ thuật đánh giá mặt kinh tế mang ý nghĩa quan trọng trình lựa chọn phương pháp - Nghiên cứu lý thuyết thực tế nhằm hồn thiện chương trình tính giá trị tới hạn xuất cát cho phù hợp với điều kiện thực tế mỏ Ruby thềm lục địa nam Việt Nam - Tiếp tục nghiên cứu lý thuyết thực tế nhằm tìm cơng thức tính hàm lượng cát sinh khai thác giá trị tới hạn cho phép theo thông số liên quan 105 như: độ bền thành hệ, tập trung ứng suất gần thành giếng, suy giảm áp suất vỉa, lưu lượng khai thác, hàm lượng nước khai thác - Mơ hình hố q trình xuất cát theo điều kiện thực tế mỏ Ruby mở rộng hướng nghiên cứu cho thềm lục địa nam Việt Nam 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO Fjaer, E & Holt, R.M & Horsrud, P & Raaen, A.M., Petroleum Related Rock Mechanics, Amsterdam – London – New York – Tokyo, 1992 Nguyễn Hữu Bảng, Lý Thuyết Đàn Hồi Dẻo, 1998 Allen, T.O & Roberts, A.P., Production Operation Halliburton, Sand Control Halliburton, Sand Control Technology Richard, B & Ellis, R.C & et at, Sand Control No.43, 1997 Halliburton, Frature Completion of High – Permeability Reservoirs Halliburton, FracPac Completion Services Nguyễn Mạnh Trí & Nguyễn Thành Dũng & et at, Đề Xuất Giải Pháp Hạn Chế Cát Mỏ Ruby, 2001 10 Geomechanics of Sandstones 11 Morita, N & Whitfill, D.L & et at, Parametric Study of Sand Prduction Prediction: Analytical Approach, SPE 16990, In Annual Technical Conference & Exhibition of Society of Petroleum Engineers held in Daltas, 1987, p 561 – 575 12 Kessler, N & Wang, Y & Santarelli, F.J., A Simplified Pseudo 3D Model To Evaluate Sand Production Risk in Deviated Cased Holes, SPE 26541, In Annual Technical Conference & Exhibition of the Society of Petroleum Engineers held in Houston, 1993, p 332 – 342 13 Budiningsih, Y & Hareland, G & et at, Correct Production Rates Eliminate Sand Production in Derectional Wells, SPE 29291, In SPE Asia Paciffic Oil and Gas Conference held in Kuala Lumpur, 1995, p 337 – 384 14 Sanfilippo, F & Ripa, G & et at, Economical Management of Sand Production by a Methodology Validated on an Extensive Database of Field Data, SPE 30472 In Annual Technical Conference & Exhibition held in Daltas, 1995, p 227 – 240 15 Sanfilippo, F & Brignoli, M & et at, Sand Production: From Prediction to Management, SPE 38185, In SPE European Formation Damage Conference held in the Hague, 1997, p 389 – 398 16 Skjaerstein, A & Tronvoll, J & Santarelli, F.J., Effect of Water Breakthrough on Sand Production: Experimental and Field Evidence, SPE 38806, In Annual Technical Conference & Exhibition held in San Antonio, 1997, 11 pages 17 Tronvoll, J & Papamichos, E & et at, Sand Production in Ultra – Weak Sandstones: Is Sand Control Absolutely Necessary ?, SPE 39042, In Fifth Latin American and Caribbean Petroleum Engineers Conference & Exhibition held in Rio de Janeiro, 1997, 13 pages 107 18 Van den Hoek, P.J & Hertogh, G.M.M & et at., A New Concept of Sand Production Prediction: Theory and Laboratory Experiments, SPE, In Annual Technical Conference & Exhibition held in Denver, 2000, p 261 – 273 19 Sumsuri, A & Chuong, P.V., Minimize Sand Production by Controlling Wellbore Geometry and Flow Rate, SPE 64759, In SPE International Oil & Gas Conference and Exhibition in China held in Beijing, 2000, pages 20 El-Sayed, H & Alsughayer, A.A., A New Concept to Predicytion Sand production from Extended Rearch and Horizontal Wells, SPE 68134, In SPE Middle East Oil Show held in Bahrain, 2001 21 Han, G & Dusseault , M.B., Quantitative Analysis of Mechanisms for Water – Related Sand Production, SPE 73737, In SPE International Symposium and Exhibition on Formation Damage Control held in Lafayette, 2002, 12 pages 22 Willson, S.M & Moschovidis, Z.A & et at., New Model for Predicting the Rate of Sand Production, SPE 78168, In SPE/ISRM Rock Mechanics Conference held in Irving, 2002, pages 23 Chin, L.Y & Ramos, G.G., Predicting Volumetric Sand Production in Weak Reservoirs, SPE/ISRM 78169 In SPE/ISRM Rock Mechanics Conference held in Irving, 2002, 10 pages 24 Hoàng Nguyên Vũ, Nguyên cứu giải pháp khống chế cát áp dụng cho giếng khai thác dầu thềm lục địa Việt Nam, Luận văn Tốt Nghiệp Đại Học, Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, 2002 108