Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật dầu khí: Giải quyết vấn đề khai thác dầu có xuất hiện cát tại mỏ Đại Hùng

Đề xuất phương án theo dõi sinh cát đối với những giếng ngầmđang khai thác trong tầng Miocene dưới tại mỏ Đại Hùng bằng phương pháp phân tích hiện trường.. Chính vì vậy với trách nhiệm l

ĐẠI HỌC QUOC GIA THÀNH PHO HO CHÍ MINH

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

NGUYEN ANH TU

GIAI QUYET VAN DE KHAI THAC DAU CO XUAT HIEN CAT

TAI MO DAI HUNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật dầu khíMã số ngành: 60520604

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành Phố Hỗ Chí Minh - Tháng 06- 2016

Cán bộ hướng dẫn khoa học : 5-5 se +E+E£E+E+EeEeEekeeeerersesed

(Ghi rõ ho, tên, học ham, học vi và chữ ky)

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa

quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCHHỘI ĐÓNG TRƯỞNGKHOA

NHIEM VU LUẬN VAN THAC SĨ

Ho tên học viên: NGUYEN ANH TU MSHV: 7140315Ngày, tháng, năm sinh: 14/11/1987 Nơi sinh: HAI PHÒNGChuyên ngành: Kỹ thuật dau khí Mã số : 60520604I TÊN ĐÈ TÀI

GIẢI QUYẾT VAN DE KHAI THAC DAU CÓ XUẤT HIEN CAT TẠI MO ĐẠI HÙNGH NHIỆM VU VA NOI DUNG

Tìm hiểu đặc điểm địa chất, tiềm năng dầu khí của vùng mỏ Dai Hùng và công nghệkhai thác dầu khí đang được sử dụng

Nghiên cứu cơ chế sinh cát và các yếu tố chính ảnh hưởng đến lượng cát sinh ra trongquá trình khai thác dầu khí tại mỏ Đại Hùng

Thảo luận các phương pháp dự đoán, theo dõi, kiểm soát cát đang sử dụng tại ViệtNam và trên thế giới Đề xuất phương án theo dõi sinh cát đối với những giếng ngầmđang khai thác trong tầng Miocene dưới tại mỏ Đại Hùng bằng phương pháp phân tích

hiện trường.

HI NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :(Ghi theo trong QD giao đề tai) 01/2016IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIEM VU: (Ghi theo trong QD giao dé tài) 06/2016V.CÁN BO HƯỚNG DAN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên):

TS Đỗ Quang Khánh.TS Nguyễn Hữu Nhân

Tp HCM, ngày tháng nămCÁN BỘ HƯỚNG DÂN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký}

TRUONG KHOA

(Họ tên và chữ ký)

Đề hoàn thành luận văn Thạc sỹ này em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thayTiến sỹ Đỗ Quang Khánh, Tiến sỹ Nguyễn Hữu Nhân đã luôn ở bên giúp đỡ emtrong suốt thời gian qua Đặc biệt trong quãng thời gian hoàn thiện luận văn, nhữnggóp ý của các thay đã giúp em bố sung hàm lượng khoa học của nghiên cứu nay.

Ngoài ra em cũng muốn gửi lời cảm ơn tới các chú, các anh đồng nghiệp ở giànĐại Hùng cũng như công ty PVEP-POC đã tạo rất nhiều thuận lợi cho em trong suốt

quá trình đi học vừa qua.

Khoảng thời gian một năm để hoàn thiện đề cương và thực hiện luận văn làkhông dài, chính vì vậy luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rấtmong mỏi sẽ có những đóng góp của các thầy và các bạn để luận văn được hoàn

chỉnh hơn.

Học viên cao học

Nguyễn Anh Tú

sinh cát Đặc biệt đối với những giếng có thời gian khai thác nhiều năm, áp suất vỉasuy giảm mạnh thì việc xuất hiện cát trong sản phẩm là điều các nhà điều hành canphải lưu tâm Mỏ Đại Hùng đã có thời gian khai thác hơn 20 năm, trong đó có rấtnhiều giếng ngầm vẫn còn đang tiếp tục khai thác đến ngày hôm nay, chủ yếu là cácgiếng đang khai thác trong tập cát kết thuộc trầm tích lục nguyên Miocene dưới.Thực tế tại mỏ Đại Hùng đã xuất hiện cát tại các giếng đang khai thác trong tangMiocene dưới, gây thiệt hại về kinh tế cho nhà điều hành Dé thực hiện các biệnpháp dự báo, phòng chống và kiểm soát cát cần chỉ phí lớn, trong khí hệ số thu hồidầu của các giếng ngầm tại mỏ Đại Hùng là không cao Đặc biệt công tác can thiệpvào lòng giếng dé đo kiểm tra thử khai thác cũng như đánh giá nguy cơ sinh cát củagiếng ngầm phải thuê giản khoan với giá thành cao Trong tình hình kinh tế thế giớikhó khăn và giá dầu giảm sâu như hiện nay, việc áp dụng những biện pháp canthiệp vào giếng để giải quyết vẫn đề sinh cát là không phù hợp với tiêu chí của nhàđiều hành Chính vì vậy với trách nhiệm là một người vận hành hệ thống khai tháctrên giàn Đại Hùng 01, có sự am hiểu về hệ thống khai thác của giàn cũng như có

điều kiện tiếp xúc với những tài liệu về lịch sử khai thác, hoàn thiện của các giếng,

tác giả đề xuất sử dụng phương pháp phân tích hiện trường để giải quyết vấn đềsinh cát cho những giếng ngầm tại mỏ Đại Hùng Đối với những đầu giếng khô tạikhu vực khai thác phía Nam, do đặc điểm hoàn thiện giếng chỉ cân dùng công nghệcáp toi là có thé can thiệp vào lòng giếng dé đóng mở các tang khai thác với chi phíphù hop, tác giả sẽ không dé xuất sử dụng phương pháp phân tích hiện trườngđể đánh giá về nguy cơ sinh cát của các giếng khô

Bang phương pháp phân tích hiện trường dựa trên lịch sử khai thác, hoàn thiệncủa những giếng ngầm, tác giả sẽ đề xuất cơ chế hư hỏng trội và các yếu tố chínhảnh hưởng tới khai thác dầu khí lẫn cát tại mỏ Đại Hùng, từ đó đề xuất hiệu chỉnhcác thông số khai thác bề mặt thông qua một phương trình thực nghiệm Đây là mộtcách tiết kiệm chi phí và hoan toàn phù hợp với điều kiện lao động sản xuất thực tế

đảm bảo điều kiện vận hành an toàn là một vẫn đề luôn phải đặt ra cho các nhà điềuhành Tương lai khi các dự án phát triển mỏ như Đại Hùng Nam, Kình Ngư Trắngđược tiếp tục triển khai nên xem xét các phương pháp khoan, hoàn thiện giếng phùhợp để phòng tránh nguy cơ sinh cát Đặc biệt khi đưa các giếng mới vào khai tháccần hạn chế sự suy giảm áp suất vỉa để duy trì thời gian khai thác cũng như đảm bảo

vận hành an toàn Những kinh nghiệm phân tích hiện trường được nêu lên trong

luận văn sẽ là một tai liệu tham khảo hữu ich cho những giếng được khai thác tạikhu vực Đại Hùng Nam, có đặc điểm địa chất gân tương tự với những giếng ở Đại

Hùng 01 và Dai Hung 02.Luận văn sẽ được trình bày thành 4 chương riêng biệt với mục đích là giải

quyết vẫn đề sinh cát đối với những giếng ngầm đang khai thác trong tầng Miocene

dưới tại mỏ Dai Hung.

Phần tổng quan mỏ Đại Hùng, tác giả trình bày vị trí địa lý, đặc điểm địa chấtvà tiềm năng dầu khí của mỏ Đại Hùng Chương này sẽ giúp người đọc hiểu hơn về

vùng mỏ sẽ được nghiên cứu ở những chương sau.

Phần cơ sở lý thuyết tác giả sẽ khái quát về cơ chế phá hủy đất đá, cùng với đólà các nguyên nhân sinh cát trong công nghiệp khai thác dầu khí Đồng thời luận

văn sẽ phân tích về tình hình kiêm soát cát tại một sô mỏ tại Việt Nam.

Hai chương cuối trong luận văn sẽ trực tiếp phân tích và giải quyết van dé sinhcát tại mỏ Dai Hùng Dé giải quyết van dé luận văn sẽ đưa ra những nguyên nhânxuất hiện cát trong sản phẩm khai thác, hậu quả và những cách khắc phục của nhàđiều hành Phân tích những khía cạnh đã làm và chưa làm được trong vấn đề kiếmsoát sinh cát tại mỏ Dai Hùng Từ đó tác giả dé xuất mô hình nghiên cứu của luậnvăn bằng phương pháp phân tích hiện trường Cơ sở của mô hình nghiên cứu là đềxuất cơ chế hư hỏng trội của đất đá và các yếu tô chính ảnh hưởng đến sinh cát tại

mỏ Đại Hùng: chê độ côn khai thác và áp suât làm việc, áp suât đóng giêng, lưu

hiệu chỉnh chế độ khai thác phù hợp cho các giếng ngầm tại mỏ Đại Hùng bằng mộtphương trình thực nghiệm xây dựng từ các thông số ảnh hưởng đến khai thác dầu

khí lẫn cát

luận văn là trung thực và chưa được công bố trong một công trình nào khác Cáctrích dẫn tài liệu tham khảo là hoàn toàn trung thực, chính xác tên tác giả Tôi xin

chịu mọi trách nhiệm về lời cam kết này.

Tp Hỗ Chí Minh, ngày tháng năm 2016

Tác giả

Nguyễn Anh Tú

1 Tính cấp thiết của để tài -¿- 5:56 12121 3 E23 1211212111 211111111 11111111111 ke 7

2 Nội dung và phạm Vi nghiÊn CỨU << 999000 gọn ke 83 Phương pháp nghiÊn CỨU - << 1991101011119 00001 vn 8

4 Ý nghĩa của luận VAN oeececcccccscsscsescecsssscscscscsssscsescscsssscsescsssssscscscssssssssessssssseseeseess 8Chương 1 Nghiên cứu tổng quann - + 2-5-5 S2 S2 SE E‡ESEEEEErkrkererrrersred 101.1.Tình hình một số nghiên cứu liên quan - + +5 + 2+s+s££+s+xe£e+x+xerscxee 101.2 Một số phương pháp dự báo sinh cát ¿-¿- 5+ 2522 EE£EEEEEEEErkrkrrrvee 141.2.1 Phương pháp SỐ c- S5 Set TS E1 121 1111112111111 11g ty 14

1.2.1 Phương pháp Sidi tich c0 vn 141.2.3 Phương pháp thực HghiÄỆTH cv, 14

Chương 2 Cơ sở lí thuryet 5-5 S2 BS S* S3 3 1212111715151 11111 11 1 tk l62.1 Lý thuyết về sinh cát trong vỉa dầu Khí -¿- + 2+2 ++x+x£xcxerererrrrrrerree l62.1.1 Cơ chế phá hủy - c1 rrrkg l62.1.2 Trạng thái ứng suất của thành hỆ - + + c©c+c+csEeSe‡kctseerrkrereeree, l62.2 Nguyên nhân sinh cát trong công nghệ khai thác dầu khí - 172.2.1 Sự thay đổi ứng xuất của đất đá xung quanh giễng .- 5-5-5255 5555¿ 172.2.2 Ảnh hưởng của nước xâm nhhẬp - + Set tt EkEvEEEErrkrkerrrrkrrred 182.2.3 Cấu trúc giếng khái NGC +55 SE SE SEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrkrkrrrrerred 192.2.4 Sự suy giảm lực cô kết của thành hệ ceccecececesesessscssssssssssssssssssesssssssssesveseeees 202.3 Thảo luận các phương pháp khống chế cát -. - + 22 52£+£+£££+E£E+Ez£zrerx¿ 21

2.3.3 Hiệu chỉnh chế độ khai thác e-csccscsteerketrttrttrrrtrirtrirrrkerrrerrieo 272.4 Tình trạng khai thác lẫn cát tại một số mỏ tại Việt Nam se sec sex: 28

2.4.1 Mỏ RANG DONQ - cọ 28

2.4.2.Mỏ Sông DOC - + +55 E413 131151 111111121111111111.1111111111 21111111 grkg 29Chương 3: Van dé sinh cát tại mỏ Đại Hùng 5-5 55555 sec 303.1 Tổng quan mỏ Đại Hùng ¿- 5522252223932 23321231 11211111211 303.1.1 Vị trí địa lí, đặc điểm khí NGU cecceccccccccscscccscsccseseescseeseseesessescseeseseessseescseeseesesees 303.1.2 Đặc điểm địa Chất 5c hư 313.1.3 Công nghệ khai thác dầu khí mỏ Đại Hùng - 55s +c+esesrsrsrereee 393.2 Hậu quả của khai thác dầu khí lẫn cát tại mỏ Đại Hùng -<<5 413.2.1 Phá hủy thiết bị ĐỀ IHẶT -. 5-5 5S SE SE E9 211111111111 11111 rk 443.2.2 Khó khăn trong việc xu lí lượng cát ở hệ thông TAU OTH «555 << SsS2 453.2.3 Đối diện nguy cơ đóng giỄngg : 5: Set E111 1111111111 xe 463.3 Tình hình kiểm soát cát tại mỏ Đại Hùng ng 46

3.3.1.Nhitng giải pháp xứ li hIỆH TIAIV SG S0 47

3.3.2 Những vấn dé còn 16N đQIIg - + c5 SE E111 re 493.3.3.Mô hình khai thác lân cát tại mỏ Đại Hùng 5-5 ccccccstsesesrereree, 50Chương 4 Giải quyết van đề khai thác dau lẫn cát tại mỏ Dai Hùng 514.1 Phân tích nguyên nhân xuất hiện cát trong khai thác dau khí tai mỏ Dai

4.1.3 Thiếu nguồn năng lượng bồ SUNG - «c5 SeSeSE+k+keeteteEsrsrererees 52

4.1.4 Gia tăng hàm lượng nu Khai tha ĂĂĂS Ăn vn 53

4.1.5 Kiểu hoàn thiện giếng với nhiễu tang sản phẩm trong cùng ống KT 534.2 Các thông số chính anh hưởng đến sinh cát đối với những giếng ngầm tại mỏ

4.3.3 Lựa chọn phương trình thực nghÄỆTH cv xu 64

44 Đánh giá các giếng ngầm đang khai thác trong tang Miocene dưới 674.4.1 Giéng DH-ỊP Ă St SĐT 11kg 694.4.2 Giếng DH-4X S HS TS TT 11112111111 rrrkg 714.4.3 Giêng DH-S8P veccecccccsccccccscsssssssssssssessesessssssssssesssssssscsesssvsssscscscsssescscsesssseees 75KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, 2-5-5 S223 SE EE SE EEEEEEEkrkerkrkrrkd 79

Hình 2.1 Các phương pháp CHEN SỐI ccc c0 99113111 1111111111111 vn v1 332 22

Hình 2.2 Ong lọc trong lòng giỄng ¿-c-ck+k+k+k‡ESESEKEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrkeerree 23

Hình 2.3 Lưới lọc cát đường kính siêu ThhỎ <1 131 EEEEEtesseeesssse 24

Hình 2.4 Thiết bị coil tIÏHB - cv EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEETEEEEEEkrkrkrerree 24Hình 2.5 Thiết bị tách cát bÊ mặt cc-cccccttsrterisrtrrrrtrrrtrrrrrrirrrrrrrrrrrrrred 24

Hình 2.6 Nhựa eDOXY VÀ PHO S111 1111 1111111111 rrr 27Hình 3.1 VỊ trí mo Đại HÙng KT 31

Hinh 3.2 Cot dia tang khu vực MO Đại HÙng «<< cc c se 32

Hình 3.3 Các ditt gãy chính tại MO Đại HÙng - c c << cc 1 vkkksseessssse 34Hình 3.4 Các khu vực khai thác tai MO Đại Hùng ààccccceeeeeeeeeeeres 36

Hình 3.5 Sơ đồ phân bo thiết bị khai thác tại mỏ Đại Hùng csc<c<cs: 40

Hình 3.6 Côn khai thác giéng DH-14P bị hư hỏng do cát phá hủy - 45

Hình 3.7 Các vị trí cát lang đọng trên hệ thông thu gom tại giàn Đại Hùng 01 46

Hình 3.8 Quá trình thu thập số liệu và mô hình nghiên cứu cua luận văn 51

Hình 4.1 Ảnh hưởng của kích cỡ côn khai tHuắC - «set +t+k+tekeeeeeeseee 55Hình 4.2 Mỗi tương quan áp suất via và độ suy giảm áp suất tới hạn DH-3P 55

Hình 4.3 Sự thay đổi áp suất đóng giếng DH-3P theo năm khai thắc 57

Hình 4.4 Thay doi lưu lượng khai thác của giéng DH-3P theo từng năm 57

Hình 4.5 Thay đổi ham lượng nước khai thác giếng DH-3P 59Hình 4.6 Mỗi tương quan giữa các thông số ảnh hưởng tới sinh cát và phương

trình thực nghiỆM eek cà cà cà tee cee tee eee KH tee tee xi sát sec tees cá OO

Hình 4.9 Lich sử khai thác giếng DH-4X -ck+kststsESEkEkEEEEEEkrkrkekrkrkeerree 71Hình 4.10 Mỗi twong quan suy giảm áp suất via và độ giảm áp tới han DH-4X 72Hình 4.11 Lịch sử khai thác giếng DH-SP - -csctststEEkEEEEEErkrkrkrkrkeerree 72

Bang 3.1 Tinh trạng các via khai thác giếng DH-14tP -cSccese+tstseereeesree 47Bang 4.1 Các thông số khai thác trong thời gian giếng DH-3P sinh cát 61Bang 4.2 So sánh số liệu thực tế va phương trình thực nghiệm ham mũ e 63

Bang 4.4 Bang so sánh thông số output của hai PTTÌN -cscceseseseseseseseee ó5Bang 4.5 Phân tích hôi quy giữa 2 phương trình thực nghiệm -cs: ó5Bang 4.6 Sơ đồ các khoảng hoàn thiện giếng DH-ÏP - -s+s+k+e+t+tskeereseseee 61Bang 4.7 Sơ đồ các khoảng hoàn thiện giếng DH-4X - sex sesesesesree 64Bang 4.10 Sơ đồ các khoảng hoàn thiện giếng DH-§P -cccc+eseseseseseee 71Bang 4.11 Tinh hình các giếng ngâm khai thác trong tang Miocene đưới 6]

1 Tinh cấp thiết của dé tàiMỏ Đại Hùng thuộc lô 05.1a ở phía Đông Bắc bồn trũng Nam Côn Sơn cách thànhphố Vũng Tàu 250km về phía Đông Nam Mỏ khai thác ở mực nước sâu 110 mét vớimột giàn trung tâm là Đại Hùng 01 và một giàn dau giếng là Dai Hùng 02 Mỏ DaiHùng được xí nghiệp Vietsovpetro thăm dò từ năm 1989 và được điều hành khai tháclần lượt bởi các nhà điều hành BP, Petronas, Vietsovpetro Hiện nay PVEP-POC đanglà nhà điều hành mỏ Đại Hùng.Hầu hết các giếng của mỏ Dai Hùng hiện đang khaithác trong tầng Miocene dưới là các trầm tích lục nguyên gồm các tập cát kết, sét kết

xen kẽ với các lớp than Khả năng sinh cát trong quá trình khai thác đã được các kỹ su

thiết kế hoàn thiện giếng quan tâm, tuy nhiên trong những năm đầu khai thác hiệntượng sinh cát đã không xuất hiện tại mỏ Đại Hùng Chính vì vậy các giếng được hoànthiện và đưa vào khai thác sau này không được lắp đặt những thiết bị kiểm soát cát.Saunhiều năm khai thác ngoài việc sản lượng khai thác sụt giảm thì việc kiểm soát cáttrong giếng cũng là một khó khăn đối với các kỹ sư vận hành, gây nguy hại trực tiếpđến thiết bị lòng giếng cũng như thiết bị trên bề mặt Là một người trực tiếp vận hànhhệ thong khai thác trên giàn Dai Hùng 01, em nhận thay những van dé thật sự bức thiếttrong việc kiểm soát cát tại mỏ Đại Hùng Tuy nhiên trong hoàn cảnh giá dầu giảm sâu,cần phải tiết kiệm mọi chỉ phí liên quan đến vận hành khai thác thì việc đầu tư dự báovà xử lí sinh cát là một vấn đề cần phải lưu tâm, đặc biệt là những giếng ngầm có chỉphí bảo dưỡng rất lớn Chính vì vậy em đã quyết định chọn dé tài:

“GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ KHAI THÁC DẦU CÓ XUẤT HIỆN CÁT TẠI MỎĐẠI HÙNG”

để làm luân văn tốt nghiệp thạc sỹ

khai thác dầu khí cũng như thống kê các phương pháp xử lí cát hiện nay được sử dụngở Việt Nam và thế giới Bên cạnh đó luận văn sẽ tập trung nghiên cứu các nguyên nhânsinh cát, cơ chế hư hỏng và các yếu tô chính ảnh hưởng đến khai thác dầu khí lẫn cáttại mỏ Dai Hùng Từ các yếu tố chính ảnh hưởng chính đến sinh cát, nghiên cứu sẽ dé

xuất xây dựng một phương trình thực nghiệm để có thể hiệu chỉnh các thông số khai

thác nhăm hạn chê nguy cơ sinh cát của các giêng ngâm.3 Phương pháp nghiên cứu

- Tác giả dùng phương pháp suy luận tương tự khi tham chiếu các vùng mỏ cócùng đặc điểm địa chất là Miocene dưới cũng xảy ra hiện tượng khai thác lẫn cát trongsản phẩm, dé tìm hiểu những nguyên nhân sinh cát trong quá trình khai thác

- Sử dụng phương pháp thống kê dé tổng hợp lịch sử khai thác và hoàn thiệngiếngcủa các giếng ngầm mỏ Dai Hùng

- Bang những biện pháp phân tích hiện trường, tác giả đánh giá nguy cơ sinh cátcủa các giếng ngầm đang khai thác trong tầng Miocene dưới tại mỏ Đại Hùng bằngviệc đánh giá các yếu tố chính ảnh hưởng đến khai thác dầu khí có xuất hiện cát Từnhững yếu tố ảnh hưởng này sẽ xây dựng một phương trình thực nghiệm để đánh giánguy cơ sinh cát của các giếng ngầm khai thác trong tầng Miocene dưới

4 Ý nghĩa của luận vănTrong hoàn cảnh việc can thiệp vào những giếng ngầm khai thác để kiểm soát vàphòng chống sinh cát là không khả thi, luận văn đã trình bày được phương pháp kiểm

soát sinh cát thông qua một phương trình thực nghiệm được xây dựng từ dữ liệu của

giếng ngầm đã xuất hiện cát Đây là một cách tiết kiệm chi phí trong hoàn cảnh nềnkinh tế thế giới đang gặp khó khăn và điều kiện thực tế là giá dầu giảm sâu Những vấn

đề được nghiên cứu ở luận văn có thê áp dụng vào thực tê tại mỏ Đại Hùng dé nâng

có tuôi đời khai thác trên 20 năm mà vẫn đảm bảo chế độ khai thác an toàn cho thiết bịlà một van dé rất đáng lưu ý Bởi ngoài yếu tố về kinh tế thì mỏ Đại Hùng còn có ýnghĩa rất lớn về chính trị khi mà tình hình biển Đông ngay cảng trở nên phức tạp.

Trong tương laikhi gia dầu hồi phục, các dự án phát triển mỏ được tiếp tục triỀnkhai nên xem xét các phương pháp khoan, hoàn thiện giếng và chế độ khai thác phùhợp đối với những giếng ở mỏ Đại Hùng Nam để phòng tránh nguy cơ sinh cát

Chương 1 Nghiên cứu tổng quan

Trên thế giới hiện nay dau khí được khai thác chủ yếu từ trong đá trầm tích và mộttrong những van dé nghiêm trọng nhất của khai thác dau khí trong đá trầm tích chính làvấn đề sinh cát Tại Việt Nam dầu khí năm trong trầm tích trẻ Miocene, Oliocene nênhiện tượng xuất hiện cát trong sản phẩm xảy ra ở không ít mỏ Cát trong sản phẩm chủyếu có kích thước từ thô đến mịn, kích thước không đều và độ mai tròn kém, xi mănggan kết chủ yếu là xi măng sét với hàm lượng nhỏ Chính vì vậy quá trình không chếcát tại các mỏ tại Việt Nam là phức tạp và tốn kém Sau đây tác giả xin đưa ra một sỐnhận xét về những đề tài, công trình nghiên cứu về kiểm soát cát trong khai thác dầukhí tiêu biểu hiện nay

1.1 Tình hình một số nghiên cứu liên quan© Mô hình dự báo thời điểm sinh cát của BP

Nổi tiếng nhất trong vai năm trở lại đây là mô hình dự báo thời điểm sinh cát“Onset of sanding prediction” của BP — một trong những nhà cung cấp dịch vụ dau khíhang dau thế giới °! Dựa vào mô hình ứng suất của đất đá mà công ty BP đưa ra đượckhả năng sinh cát của từng giếng Phương pháp này chia giai đoạn sinh cát thành 3phân riêng biệt:

- Giai đoạn bắt đầu sinh cát

- Giai đoạn cát xuât hiện bât thường với sô lượng lớn.- Giai đoạn cát xâm nhập với lưu lượng ôn định.

Phương pháp này dựa trên nền tang tính toán mô hình ứng suất đất đá thông quaphá hủy cắt xung quanh khu vực bắn mở vỉa Các giá trị cần phải đưa vào mô hình tính

toán gôm có:

- Thu thập kết quả thí nghiệm mẫu lõi thành dày (TWC) từ phòng thi nghiệm, kếtqua well logs, mô hình dia cơ, và khảo sát dia chan từ quá trình thăm dò đến khoankhai thác Giá trị TWC liên quan trực tiếp đến điểm tới hạn sinh cát.

- Phân tích điểm thấp nhất của độ bền nén 1 trục(UCS) từ kết quả do log.- So sánh giá tri ứng suất tiếp tuyến lớn nhất ở vùng ban mở via với kết quả UCSđể kết luận cát có sinh ra hay không?

Tuy nhiên để áp dụng phương pháp này đối với những giếng ngầm tại mỏ ĐạiHùng là không khả thi bởi lượng dữ liệu thông tin của các giếng ngầm đã trên 20 năm.Mặt thủy động lực của giếng đã thay đổi khá nhiễu, trong khi không có những kết quảđo kiểm tra thử khai thác được thực hiện do chi phí lớn Vì vậy không thể dùng phươngpháp này dự báo nguy cơ sinh cát đối với những giếng ngầm tại mỏ Đại Hùng

e Mô hình nghiên cứu của M.S Asadi về vùng mỏ Su Tử ( Cửu Long JOC)!”Trong nghiên cứu tác giả đã để xuất những giả định về trường hợp xuất hiện cát tại

mỏ Sư Tử Nâu Từ đó tác giả đưa ra mô hình dự báo sinh cát chomỏ Sư Tử Nâu dựa

trên những thông số khoan khai thác: ứng suất tại chỗ, đặc tính đất đá, quỹ đạo giếng,áp suất vỉa và sự suy giảm áp suất via dé đánh giá nguy cơ sinh cát của giếng Cáckết quả do DST trong quá trình khoan sẽ được dùng dé hiệu chỉnh mô hình dự báo sinhcát trong trường hợp cat sinh ra từ thành hệ của khu vực bắn mở vỉa Cuối cùng sự suygiảm áp suất vỉa, sự gia tăng của hàm lượng nước xâm nhập là những yếu tố chính ảnh

hưởng đền mô hình sinh cát cua tác giả.

Từ những giả thuyết được đặt ra trong nghiên cứuthìphương pháp của Asadi đã chohiệu quả nhất định cho việc dự báo sinh cát tại khu vực bổn trũng Cửu Long, tuy nhiênviệc áp dụng phương pháp này can dữ liệu liên quan đến vỉa chứa Hiện tại các giếngngầm tại mỏ Đại Hùng không thé theo dõi sự suy giảm áp suất via bởi các thiết bi đođặt tại đáy giếng đã bị hư hại theo thời gian Việc theo dõi giếng hoàn toàn dựa vàonhững thông số bề mặt Bên cạnh đó các kết quả đo log các giếng khoan cũ dùng

phương pháp do RFT chứ không phải DST như trong nghiên cứu này Dac biệt nghiên

cứu đánh giá khả năng sinh cát trong từng via sản phẩm, trong khi các giếng ngầm mỏĐại Hùng hoàn thiện nhiều vỉa và mở cùng vào một ống khai thác Vì vậy việc áp dụngphương pháp số như tại mỏ Sư Tử Nâu là không phù hợp với điều kiện các giếng ngầm

tại mỏ Đại Hùng.

e Nghiên cứu cua Sunday Isehunwa tại vung mo Nigie — châu Phí”

Dựa vào dữ liệu khai thác và hoàn thiện giếng của 50 giếng khoan tại 22 vỉa chứadầu khí, tác giả đã đề xuất được cơ chế hư hỏng trội, là nguyên nhân chính dẫn đếnsinh cát tại các giếng khai thác ở mỏ Nigie Ngoài ra từ bằng việc tong hop lịch sử khaithác của 16 giếng khoan có thời gian khai thác từ 5 đến 37 năm, tác giả đã đánh giáđược các yếu tố ảnh hưởng đến khai thác dau khí có xuất hiện cát

Những thông số đánh giá ảnh hưởng đến xuất hiện cát trong nghiên cứu đều lànhững thông số khai thác bề mặt như: chế độ côn khai thác, tỉ số khí dầu, hàm lượngnước khai thác Ngoài ra sự suy giảm áp suất vỉa cũng được kết luận là không ảnhhưởng đến việc xuất hiện cát trong những giếng khai thác tại mỏ Nigie

Nghiên cứu đã có một cách nhìn rất khác biệt về việc đánh giá nguy cơ sinh cat củacác giếng khai thác Trong hoàn cảnh các nghiên cứu hiện nay trên thế giới đều tậptrung vào cơ chế hư hỏng kéo, cắt và thiết lập vùng sinh cát, thì việc đánh giá các yếutố chính ảnh hưởng đến khai thác dầu khí lẫn cát dựa trên dữ liệu khai thác là một cáchnhìn mới mẻ Đặc biệt tại các giếng khai thác tại mỏ đã có thời gian khai thác nhiềunăm với các thông số vỉa chứa thay đổi rất nhiều Tuy nhiên nghiên cứu có những hạnchế nhất định khi chưa đề xuất được phương pháp kiểm soát cát phù hợp cho các giếngkhai thác Ngoài ra việc đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến khai thác dau khí lẫn cát tại

mỏ vần còn mang nhiêu yêu tô chủ quan.Tu 3 nghiên cứu ở trên cùng với những công trình liên quan dén van đê sinh cát,tác giả xin đưa ra một sô nhận xét tông quan về những công trình dự đoán và kiêm soát

cát trong công nghiệp khai thác dầu khí hiện nay Từ đó dan đến quyết định lựa chonphương pháp dự đoán và kiểm soát cát cho những giếng ngầm tại mỏ Đại Hùng.

e© Uudiém- Các công trình nghiên cứu đã cung cấp day đủ thông tin vé địa chat, địa tầng về

vùng mỏ đang nghiên cứu.

- Các dé tài nghiên cứu đều có cơ sở lý thuyết đầy đủ về cơ chế của quá trình sinhcát trong via dau khí

- Đã xuất hiện những công trình nghiên cứu có dé xuất những phương pháp mớikhác với những phương pháp xử lý truyền thống

- Các tác giả đã đánh giá chính xác về những thiệt hại do quá trình khai thác daukhí lẫn cát, đưa ra cảnh báo kịp thời cho các nhà điều hành khai thác dầu khí

- Bằng cách chạy các mô phỏng kết hợp với số liệu thực tế thì một số luận văn đãđưa những dé xuất áp dụng vào thực tiễn để giải quyết những van dé đang tồn đọng ở

những mỏ khai thác lẫn cát

e© Nhược điểm- Hầu hết các công trình nghiên cứu, đặc biệt do các sinh viên, học viên tại ViệtNam thực hiện mới chi dựa trên lí thuyết, số lượng mau lay thường không cao, tần xuấtthì không đồng đều nên kết quả tính toán thu được chỉ ở mức tương đối

- Các bài báo cáo về tình hình khai thác của từng công ty dau khí thường rất khótiếp cận tới người đọc, hoặc nếu có chỉ dừng ở mức tổng quát và không bao gồm sốliệu nghiên cứu thực tế Chính vì vậy việc thu thập thông tin để làm nghiên cứu đối vớicác tác giả tại Việt Nam gặp không ít khó khăn Hàng năm có rất nhiều công trìnhnghiên cứu về van dé sinh cát trong khai thác dầu khí nhưng giá trị của nó với các nhàđiều hành là không cao

Việc đánh giá những ưu nhược điểm của các nghiên cứu về vấn đề sinh cát tại ViệtNam và trên thế giới, tác giả đã đi đến quyết định lựa chọn phương pháp luận cho

nghiên cứu tai mỏ Đại Hung Điêu kiện thực tê tại mỏ Dai Hùng là một mỏ nhỏ cận

biên, các giếng ngầm khai thác đã có tuổi đời trên 20 năm, việc lựa chọn phương phápphân tích hiện trường để đánh giá van dé sinh cát tại mỏ Dai Hùng là hoàn toàn phùhợp Việc lựa chọn phương pháp phân tích hiện trường sẽ giải quyết được vấn đề sốliệu bởi tác giả là người trực tiếp vận hành hệ thống khai thác trên mỏ Đại Hùng Ngoàira với kết quả của phương pháp là hiệu chỉnh các thông số khai thác bề mặt thông quamột phương trình thực nghiệm, việc áp dụng nghiên cứu vào thực tế là hoàn toàn khả

thi, phù hợp với tiêu chí và cách vận hành mỏ hiện nay của nhà điêu hành.

1.2 Một số phương pháp dự báo sinh cátMột số phương pháp dự báo sinh cát hiện nay đang được áp dụng dé nghiên cứu tạiViệt Nam và thế giới

1.2.1 Phương pháp sốPhương pháp số hóa có thể giải đáp được những thông số phức tạp của vỉa chứadầu khí, kế cả về mặt không gian cũng như thời gian Tuy nhiên nhược điểm củaphương pháp này là cần bộ số liệu đủ lớn, đặc biệt rất nhiều biến số đòi hỏi cần phải cómột sự đầu tư về cả mặt tiền bạc và nhân lực nghiên cứu Đối với những cá nhân muốnthực hiện phương pháp số sẽ gặp phải trở ngại lớn về bộ số liệu

1.2.2 Phương pháp giải tích

Đã có rất nhiều dé tài được công bố trên toàn thế giới sử dụng phương pháp nay.Dựa trên hai mô hình phá hủy kéo và phá hủy cắt để tìm ra giá trị áp suất suy giảm tớihạn — là thời điểm diễn ra sự phá vỡ cầu trúc đất đá trong thành hệ Uu điểm củaphương pháp này là tiết kiệm chi phí, giải quyết nhanh được bài toán của nhà dau tư.Tuy nhiên do bộ số liệu không day đủ cũng có thé dẫn đến những giả thuyết sai, từ đó

có đánh giá chủ quan, không chính xác, ảnh hưởng tới việc kiêm soát nguy cơ sinh cát.1.2.3 Phương pháp thực nghiệm

Phuong pháp này yêu cau những thông số hiện trường, đặc biệt số mau phải đủ lớnđể xây dựng một mô hình chính xác Trong bối cảnh giá dầu giảm sâu khiến cho lợinhuận của các nhà điều hành giảm, chi phí sửa giếng dat đỏ sẽ là một trở ngại lớn đểthực hiện các phương pháp đánh giá và kiểm tra giếng Vì vậy đối với những mỏ dầuđã khai thác trong nhiều năm, với một lượng thông tin về lịch sử khai thác đủ lớn thìviệc áp dụng phương pháp thực nghiệm sẽ tiết kiệm chi phí rất nhiều Trong luận vănnày tác giả đã sử dụng phương pháp phân tích hiện trường để đánh giá khả năng sinhcát trong quá trình khai thác của một số giếng ngầm tại mỏ Đại Hùng.

Chương 2 Cơ sở lí thuyết

2.1 Lý thuyết về sinh cát trong vỉa dầu khí2.1.1 Cơ chế phá hủy

e Phá hủy kéo

Phá hủy kéo (tensile failure mechanism) xảy ra khi ứng suất kéo tác động lên đấtđá vượt quá ứng suất kéo giới hạn Đây là một đặc tính quan trọng trong việc đánh giáđộ bền của đất đá Hầu hết đất đá trầm tích đều có giới hạn chịu kéo thấp, chỉ nhỏ hơnvài Mpa Thực tế ở một vai nơi áp dụng thì khả năng chịu kéo của một số mẫu đất đá làbăng 0 Nguyên nhân gây ra hiện tượng phá hủy kéo là do dòng chảy từ vỉa vào giếngthang được giới hạn kéo của đất đái”

e Phá hủy cắtPhá hủy cắt (shear failure mechanism)xay ra khi có sự chệnh lệch áp suất đáygiếng và áp suất vỉa Quy ước giá trị độ bền cắt của thành hệ là độ giảm áp tới hạn(drawdown) Khi giá trị drawdown càng lớn và vượt qua độ bên cat của thành hệ thìđất đá sẽ bị phá hủy "I

2 cơ chế phá hủy chính này sé làm suy giảm lực cô kết của đất đá và là nguyênnhân chính của quá trình sinh cát trong thành hệ Để xác định nguy cơ phá hủy của đấtđá người ta thường dùng các tiêu chuẩn: Tresca (theo ứng suất kéo thành hệ), VonMises (theo năng lượng biến dạng), còn trong công nghiệp khai thác dầu khí thường ápdụng tiêu chuẩn phá hủy của Mohr — Coulumb vì các thành hệ có độ cứng cao

2.1.2 Trạng thái ứng suất của thành hệe Ứng suất tại chỗ

Tai các điểm năm dưới bé mặt đất đá đều chịu sự tác động khác nhau từ các ứngsuất: ứng suất thăng đứng (do sức nặng của lớp đất đá phía trên tác dụng) , và 2 giá trịứng suất ngang Tùy vào điều kiện địa chất mà ứng suất thăng đứng có thể lớn hoặcnhỏ hơn giá trị của 2 ứng suất ngang Việc tính toán giá trị của ứng suất lớp phủ có thểthông qua các phương pháp đo log, trong khi các ứng suất ngang cần xác định bằng hệ

kK ` na: J3

số Poision va BiotP!.e Ứng suất hiệu dụngLà yếu tố quyết định đến sự 6n định của thành hệ Giữa các lỗ rỗng khe hở của đấtđá ton tai chất lưu và chính áp suất chất lưu trong lỗ rỗng đóng góp vao ứng suất tổngtác dụng lên đất đá

2.2 Nguyên nhân sinh cát trong công nghệ khai thác dầu khí2.2.1 Sự thay đổi ứng xuất cua dat đá xung quanh giếng

a Lưu lượng khai thác

Đối với những giếng chưa sinh cát thì lưu lượng khai thác lớn đồng nghĩa vớilượng chất lưu được lấy ra khỏi via lớn, sẽ làm mất tính 6n định của thành hệ Ngoài rakhai thác với lưu lượng lớn sẽ dẫn đến độ giảm áp tới hạn tăng, tác động đến khu vựcban mở via Đặc biệt đối với những giếng đã sinh cát thì lưu lượng khai thác lớn sẽ lànguồn năng lượng thế năng lớn để vận chuyển cát lên bề mặt, gây hư hại hệ thống thu

gom xử lý.b Độ nhớt của dung dịch

Bằng các thí nghiệm đã chứng minh được ảnh hưởng to lớn của độ nhớt tới lượngcát thu được trong quá trình khai thác dau khí Rõ ràng giá trị độ nhớt cao gây ra nhữngma sát lớn trong quá trình dòng chất lưu chảy từ vỉa vào giếng Độ nhớt lớn thường xảyra đối với những dầu nặng, hàm lượng parafin lớn Ở Việt Nam hiện nay đa phần dầu

đều có độ nhớt thấp va trung bình nên nguyên nhân sinh cát từ việc độ nhớt lớn làkhông đáng kê.

c Chế độ dòng chảyDòng chảy từ via vào giếng là tác nhân trực tiếp gây phá hủy đất đá Nếu chất lưu ởchế độ chảy tang thì thành hệ sẽ bị phá hủy ít Trái lại nếu dòng chảy từ vỉa vào giếnglà chảy rối thì hiện tượng ma sát giữa chất lưu và thành hệ là lớn Đây là nguyên nhândẫn đến đất đá sẽ bị xói mòn, hư hỏng roi bị phá hủy Dòng chảy sản phẩm sinh ra khixuất hiện chênh áp giữa áp suất vỉa và áp suất đáy giếng Vì vậy cần giữ cho độ giảmáp tới hạn giữa vỉa và đáy giếng ở giá trị phù hợp để cho dòng chất lưu ở chế độ chảytầng dé đảm bao sự 6n định của thành hệ Hiện nay tại một số mỏ có áp dụng nhữngloại Ống lọc có kha năng giữ cho dòng chảy luôn ở chế độ chảy tầng 6n định và hạn chếnguy cơ chảy rối trong giếng

d Sự suy giảm áp suất vỉaÁp suất vỉa suy giảm là hiện tượng xảy ra tất yêu đối với những giếng khai thác dầukhí Nếu via được cung cấp nguồn năng lượng bồ sung kịp thời và giếng có chế độ khaithác phù hợp thì sự suy giảm áp suất vỉa sẽ diễn ra chậm Trái lại sự suy giảm áp suấtvỉa quá nhanh sẽ dẫn đến sụt lún của bề mặt phía trên vỉa do sự gia tăng ứng suất lêncác hạt Đây chính là nguy cơ chính xảy ra đối với những giếng khai thác dầu khí vớichế độ côn khai thác lớn ngay từ lúc bat đầu khai thác

2.2.2 Anh hưởng của nước xâm nhậpa Thay đổi sức căng bề mặt và lực mao dẫn giữa các hạt

Lực mao dẫn giữa các hạt xuất hiện là do sức căng bề mặt giữa dung dịch có tínhdính ướt là nước và dung dịch không có tính dính ướt là dầu Đây chính là một trongnhững lực tạo ra sự cô kết trong thành hệ Sau một thời gian khai thác, dầu không cótính dính ướt nên đất đá không giữ dau lại và day dau ra khỏi lỗ rỗngdi chuyển vào

trong giếng Nguôn năng lượng nước bồ sung (có thé là nước ria hoặc là nước bơm ép)xâm nhập vào lỗ rỗng làm thay đổi tính dính ướt, dẫn đến làm giảm luc mao dẫn giữacác hạt, gây ra suy giảm lực cô kết của thành hệ Đây chính là nguyên nhân sâu xa dẫnđến hiện tượng sinh cát.

b Tác động hóa học khi nước xâm nhập

Nước xâm nhập có thé là nước bơm ép từ hệ thống phụ trợ trên giàn khai thác hoặclà nước vỉa xâm nhập vào giếng Nước trong via thường có thành phan chủ yếu là NaClcùng với các cation: K*, Ca“*, Mg2 và các anion: SO4°-, CO3” Khi nước vỉa chưaxâm nhập thì trạng thái của nước thành hệ là cân băng hóa học Tuy nhiên khi nước vớithành phần hóa học khác xâm nhập vào thành hệ sẽ xảy ra hiện tượng thay đổi cânbăng hóa học Các phản ứng hóa học sẽ xảy ra để cân bằng sự có mặt của các cation vàanion trong thảnh hệ Kết quả của quá trình này là sự hòa tan và phá vỡ các cấu trúcphân tử, làm mat tính 6n định thành hệ Hiện tượng này xảy ra chủ yếu với thành hệ xi

mang carbonate.

Đối với thành hệ xi măng sét thì hiện tượng trương nở xuất hiện khi có mặt của cáccation và anion trong nước xâm nhập Quá trình này gây ra hiện tượng giảm độ thamcủa thành hệ làm giảm hiệu suất khai thác, và gia tăng gradient áp suất cục bộ làm suyyếu thành hệ

2.2.3 Cầu trúc giếng khai thácMột giếng khai thác khi hoàn thiện cần quan tâm đến những thông số sau: đườngkính, chiều dài, các thông số băn mở vỉa, Các thông số này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đếnviệc có hay việc xuất hiện cát trong quá trình khai thác ”!

a Giéng định hướngĐối với quá trình khoan định hướng xuyên qua một tầng vỉa để làm gia tăng khảnăng khai thác của một giếng thì nguy cơ sinh cát sẽ lớn hơn nhiều lần một giếng thăngđứng Nguyên nhân là do ứng suất tác động lên các phần tử của thành hệ của giếngđịnh hướng là lớn gấp nhiều lần so với giếng thang đứng Vì vậy trước khi quyết định

khoan một giếng định hướng cần có những đánh giá về nguy cơ sinh cát để đảm bảo antoàn và hiệu quả kinh tế.

b Mật độ và hình dạng lỗ bắn mở vỉaĐối với những giếng thân trần thì nguy co này bị loại bỏ hoàn toan, còn đối vớinhững giếng hoàn thiện bằng ống chống suốt và thực hiện các phương pháp bắn mở vỉadé tạo kênh lưu thông sản phẩm thì ảnh hưởng của mật độ lỗ băn mở vỉa đến nguy cơsinh cát là một vấn đề cần lưu tâm Một số thí nghiệm đã chứng minh rằng mật độ lỗban mở vỉa lớn dẫn đến nguy cơ sinh cát cao trong giếng Giải thích cho hiện tượngnày là sự gia tăng ứng suất phân bố xung quanh khu vực bắn mở vỉa Khi mật độ banmở vỉa cao, dòng chất lưu chảy vào trong giếng sẽ nhiều gây ra ma sát cục bộ tại vị tríban mở vỉa Nếu mật độ bắn mở via không phù hợp sẽ làm giá trị suy giảm áp suất tớihạn tang, dẫn đến tình trạng phân bồ lại ứng suất trong giếng, gây ra mat 6n định thànhhệ Vì vậy cần lựa chọn phương pháp hoàn thiện giếng phù hợp để đảm bảo hiệu quảkhai thác của giếng, tránh nguy cơ vì ưu tiên thu hồi sản lượng mà làm giảm tuổi thọcũng như độ an toàn của giếng khai thác

2.2.4 Sự suy giảm lực cô kết của thành hệNhư đã đề cập trong mục 2.1.1 thì sự suy giảm lực cô kết của thành hệ là do 2thành phần phá hủy kéo và phá hủy cắt gây nên Quá trình sinh cát trong một vỉa dầukhí cho đến khi cát xuất hiện trong sản phẩm tại hệ thong thu gom được chia làm 2 giaiđoạn '“Í.Giai đoạn I là sự xuất hiện của những phá hủy tại chỗ, gây ra sự suy yếu thànhhệ Trong đó 2 cơ chế phá hủy thành hệ chính là cơ chế phá hủy kéo và cơ chế phá hủynén Giai đoạn II là quá trình vận chuyển hạt cát tự do lên trên bề mặt Đối với nhữngthành hệ cố kết thì kiểm soát tốt giai đoạn I thì việc xuất hiện cát ở trong giai đoạn IIgan như được loại bỏ Trái lại với những thành hệ không có kết thì nguy cơ sinh cát đãxuất hiện ngay từ khi tiến hành khai thác Vì vậy cần phải xem xét những phương ánkiểm soát cát ngay từ trong quá trình hoàn thiện giếng

Đối với những giếng khai thác bi ngập nước sẽ dẫn đến trường hợp thay đối độ bãohòa chất lưu trong khe hở đất đá, dẫn đến thay đổi tính dính ướt và độ bên liên kết giữacác hạt Đặc biệt nước có ảnh hưởng rất lớn đến thành phần xi măng gắn kết, làmtrương nở vật liệu sét dẫn đến tăng độ chênh áp cục bộ, làm suy yếu thành hệ!! Hiệntượng suy yếu thành hệ cũng xảy ra với những giếng sau nhiều năm khai thác tận thu,nguồn năng lượng via bị suy giảm nhưng không được bổ sung kịp thời nguồn nănglượng nhân tạo khác Lượng chất lưu được khai thác lên không được thay thế bởinhững chất lưu khác, dẫn đến sự mắt ôn định của thành hệ.

Như vậy sự suy giảm lực có kết thành hệ có thé diễn ra ở cả trong thành hệ có kếthoặc không cô kết, đặc biệt sẽ xảy ra mạnh ở những giếng khai thác bị ngập nước hoặcsau nhiều năm khai thác tận thu

2.3 Thao luận các phương pháp khống chế cátTrong nghiên cứu của M.N.J Al-Awad năm 2003 về cơ chế sinh cát đã chia khaithác dầu khí lẫn cát thành 3 kiểu saul”:

- Cát sinh trong thời điểm tức thời: thường xảy ra trong quá trình rửa giếng saukhi ban mở via và xử lí acid, hoặc xảy ra trong trường hợp nước xâm nhập khi thựchiện các biện pháp gia tăng hệ số thu dồi dầu Thông thường lượng cát trong trườnghợp này sẽ giảm déu theo thời gian nếu giữ nguyên lưu lượng khai thác trong một thời

Nam cũng như trên thế giới đã có nhiều phương pháp để đối phó với cả ba kiểu sinh cátnhư trên,

2.3.1 Phương pháp cơ họca Phương pháp chèn sỏi

Đây là phương pháp kết hợp sử dụng vật liệu nhân tạo cùng với lưới lọc để kiểmsoát lượng cát sinh ra trong giếng Nguyên lý của phương pháp là tạo ra vùng cận đáygiếng có độ thấm 6n định, đảm bảo lưu lượng và tránh nguy cơ làm gia tăng hệ số skin.Quan trọng nhất đối với phương pháp này là lựa chọn kích cỡ sỏi phù hợp và cách chènsỏi Đối với từng kiểu hoàn thiện giếng mà có 2 cách chèn sỏi là : chèn sỏi cho giếng

thân trần và chèn soi cho giêng có ông chồng băn mở vỉa.

GRAVEL PACKOperation

Sliding Side DoorPerforated tubing

Paker with _ Ni = Hydraulic

OperationaltoolSliding Side

Door Sealing tool —_ Sealing tool —_

Universal sealing West pipes Universal sealing

J ¬ Uper Tell Taleconnector

——- Uper Tell Tale E Ba— (control filter)

(control filter)

Main filter 5 sand —— | pe Main filter

Filter Shoe Filter Shoe—| Filter Shoe—}

Bottom Bottom ~

xBefore After

GRAVEL PACK GRAVEL PACK

Hình 2.1 Các phương pháp chèn sỏi "”

Đôi với những giêng có ông chông sau khi hoàn thiện giêng và chông ông suôt,thực hiện băn mở vỉa dé mở những kênh rãnh sản phâm, người ta ép soi vào trongnhững kênh dẫn đó sao khoảng cách giữa khe sỏi bé hơn kích thước hạt cát

Còn đối với những giếng thân tran thì ống lọc sỏi được treo ở cuối ống khai thácnhư là một dạng ống chống lửng Vẻ lí thuyết thì phương pháp này cho hiệu suất khaithác khá tốt, phù hợp với những giếng có lưu lượng khai thác lớn Tuy nhiên phươngpháp này chỉ nên áp dụng với giếng khai thác trong những thành hệ bên vững.

b Phương pháp dùng hệ thống lọcĐặc trưng của phương pháp này là sử dụng những đoạn ống có đục lỗ có tác dụng

như những phin lọc cát Sau một thời gian khai thác, những hạt cát có đường kính lớn

hơn lưới lọc sẽ được giữ lại, có tác dụng như một lưới lọc tự nhiên xung quanh ống lọc

]

Ưu điểm của phương pháp này là chi phí rẻ, dé dàng lắp đặt, và đảm bảo lưu lượngkhai thác 6n định trong thời gian đầu Tuy nhiên nhược điểm là không kiểm soát được

những hạt cát mịn, đường kính nhỏ Ngày nay khi công nghệ vật liệu ngày càng phát

triển, việc chế tạo những lưới lọc cát có đường kính siêu nhỏ : 0.0001 inch

FittrationPipe base layers

Hình 2.3 Lưới lọc cát đường kính siêu nhớ!”

c Tiến hành sửa giếng bằng phương pháp coil tubing

Đôi với kiêu sinh cát thứ II nêu ở mục 2.2.4 thì việc tiên hành sửa giêng sau một

thời gian khai thác bi ngập cát là việc cần phải áp dụng để đảm bảo vận hành an toàn

Phương pháp can thiệp vào lòng giếng này sẽ hết sức tốn kém khi cần có sự có mặtcủa giản khoan dé thôi toàn bộ lượng cát lang đọng trong lòng giếng Khi áp dụngphương pháp coil tubing nghĩa là đã chấp nhận việc sinh cát lớn trong suốt quá trình

khai thác của giếng Phương pháp này có thể áp dụng cho đến khi hiệu quả khai tháccủa giếng lớn hơn chỉ phí sửa giếng.

d Các phương pháp xử lí cát trên bề mặtỞ Việt Nam nói riêng và thế giới hiện nay áp dụng khá nhiều phương pháp kiểmsoát cát trên bề mặt Phương pháp này đồng nghĩa với việc không can thiệp vào lònggiếng và chấp nhận việc sinh cát trong dòng sản phẩm Các biện pháp kiểm soát cát sẽđược tiến hành ở hệ thống thu gom Thông thường có 2 cách để kiểm soát cát trên bémặt phố biến như sau : sử dụng thiết bị tách cát (desander) lắp đặt trước bình tách bapha và bẫy cát (sand trap) dé tách cát trong bình tách BỊ,

Đối với phương pháp dùng bẫy cátđược lắp trong các bình tách thì việc tiến hành

xử lí lượng cát khai thác được thực hiện bởi người vận hành khai thác Mọi công việcthông qua các van xả cát dưới đáy bình được vận hành bởi những công nhân trên giàn.

Còn đối với thiết bị tách cát bang nguyên lí ly tâm thì cát sẽ lang đọng ở dưới đáybình, còn dòng sản phẩm không chứa cát sẽ đi vào các bình tách Ưu điểm của phươngpháp này là tiết kiệm thời gian và công sức của người vận hành, đảm bảo hệ thống thu

gom là hoàn toàn khép kín Tuy nhiên với lượng cát khai thác lớn thì áp dụng phương

pháp bay cát đem lại nhiều hiệu quả bởi khả năng chứa cát của các bình tách là rất lớnhơn nhiều so với thiết bị tách cát

Việc xem xét lắp đặt hệ thống xử lí cát trên bề mặt hiện nay ở Việt Nam mới chỉđược áp dụng tại mỏ Rạng Đông Sau một thời gian đầu cho hiệu quả tách cát tốt thìhiện nay các thiết bị tách lọc cát trên giàn đã không thế kiểm soát hết lượng cát đi vàohệ thống thu gom Nguyên nhân chủ yếu vẫn là do ảnh hưởng của cát làm giảm hiệu

suât làm việc của thiệt bị.

2.3.2 Phương pháp hóa học

Bản chất của phương pháp nay là dùng vật chat hóa hoc có độ gan kết tốt bơm vàogiếng để gia tăng sự cô kết đối với những thành hệ yếu Phố biến trong các phươngpháp hiện nay là sử dụng các chất kết dính nhân tạo dạng nhựa tổng hợp: phenol-

foocmandehit, Epoxy.

OH OH OH

CH: se Hz O)-on

Hình 2.6 Nhựa epoxy và phenol"9!Các hóa chất này sau khi được bơm vào thành hệ sẽ tạo ra sự kết dính giữa các hạtđất đá với nhau, tăng sức kháng kéo, kháng cắt và tăng độ bên của thành hệ Ưu điểmcủa phương pháp nay là cách thực hiện đơn giản, có thé tiễn hành sau khi đã đưa giếngvào khai thác Đặc biệt không can thiệp vào tình trạng của lòng giếng nên không cầnnhững chi phí tốn kém liên quan Tuy nhiên trong một vài trường hợp thì những chấthóa học xâm nhập sẽ làm giảm độ thắm của những via đang khai thác tốt Bản thân hóachất được bơm vào sẽ giảm hiệu quả theo thời gian nhanh hơn là các biện pháp cơ họckhác Chính vì vậy việc áp dụng phương pháp hóa học để giảm nguy cơ sinh cát tạiViệt Nam đã được các nhà nghiên cứu dé cập đến nhưng tới nay vẫn chưa có công tyđiều hành nào ứng dụng phương pháp này.

2.3.3 Hiệu chỉnh chế độ khai thácTrong hoàn cảnh giá dầu giảm sâu, mọi chi phí liên quan đến việc can thiệp vàogiếng đều cắt giảm, việc áp dụng những phương pháp thực nghiệm với yêu cầu tối giảnchi phí sửa chữa bảo dưỡng giếng được đặt lên hàng dau Với những số liệu khai thácthực tế, cùng với kết quả phân tích mẫu thu được trên bề mặt để đưa ra chế độ khaithác cho từng giếng là một phương pháp phù hợp được áp dụng Các thông số thườngđược hiệu chỉnh là chế độ côn khai thác và áp suất làm việc của bình tách Trong phạmvi dé tài này tác giả sẽ sử dụng phương pháp phân tích hiện trường dé phân tích đánh

giá nguy co sinh cát của các giếng ngầm khai thác tại mỏ Đại Hùng từ lich sử khai thácvà một phương trình thực nghiệm xây dựng từ các một giếng khai thác ngầm đã xuất

Đặc điểm địa chất của tầng Miocene dưới mỏ Rạng Đông là dầu tích tụ trong 3phân đoạn X, Y, Z phân bố từ trên xuống dưới Kết quả phân tích khai thác lẫn cát tạimỏ Rạng Đông cho kết quả sơ bộ như sau

5 giếng khoan ngang hoàn thiện chống ống lửng và lưới lọc đều không có cát trongquá trình khai thác Ngoài ra các giếng được bắn mở vỉa quá cân băng không có hiệntượng sinh cát Trái lại thì các giếng bắn mở via dưới cân băng và một số giếng hoànthiện không có lưới lọc cát đều gây ra hậu quả sinh cát nghiêm trọng Bên cạnh đóthìcác giếng có góc nghiêng lớn đều có nguy cơ sinh cát cao hơn những giếng gócnghiêng nhỏ!”

Đây chính là hậu quả của việc rút ngắn quá trình nghiên cứu, tiết kiệm chi phí gây

nên những nguyên nhân sinh cát tại mỏ Rang Đông Ngoài ra những nguyên nhân khác

như chế độ khai thác chưa phù hợp, nước xâm nhập vào vỉa cũng là nguyên nhân khiếncho các giếng khai thác tại mỏ Rạng Động có xuất hiện cát Việc này làm tăng chỉ phíxử lí hậu quả sinh cát, khấu hao cho sản phẩm tăng, làm giảm doanh thu của nhà điều

hành.

Hiện nay mỏ Rạng Đông đang sử dụng thiết bị tách cát dạng ly tâm với chỉ mộtônglót (liner) có khả năng thu hồi 80% lượng cát trong dâu Ngoài ra nhà điều hành JVPCcòn thiết kế lại bình tách cao áp dé thu hồi cát bang sa lang ngay trong quá trình khaithác Tuy nhiên phương pháp này hiệu quả không cao vì cát phá hủy các van cầu trongthời gian ngăn, làm cho van không kín, phải thay thế van thường xuyên Phương phápnày gân như chỉ là một giải pháp phụ trợ cho phương pháp lắp thiết bị tách cát Cuốicùng dé đảm bảo an toàn cho vận hành khai thác, nhà điều hành JVPC tiến hành phóngthoi định kì dé làm sạch cát trong đường ống mềm.

Ngoài ra nhà điều hành JVPC sử dụng quy trình phân tích sàng ray phân tủ(Sieve)để đánh giá quá trình khai thác lẫn cát Tuy nhiên tất cả phương pháp trên chỉ là thụđộng để xử lí ở mức tạm thời, hiệu quả về mặt kinh tế vẫn được nhà điều hành đặt trên

những chỉ tiêu kỹ thuật.

2.4.2 Mo Sông ĐốcMỏ Sông Đốc nam tại khu vực bổn tring Malai — Thổ Chu hiện nay đang gặp tìnhtrạng giếng khai thác lẫn cát, ngập nước, và tình trạng lang dong can (scale) trén bémặtnghiêm trong'''! M6 Sông Đốc nam cách mũi Cà Mau khoảng 205 km về phía

Nam Lúc bắt đầu khai thác, mỏ được vận hành bởi tổ hợp các nhà thầu, bao gồm:

Tổng công ty Thăm dò khai thác Dau khí (PVEP) nam giữ 40%, Petronas CarogaliOverseas (Malaysia) năm giữ 30% và Talisman Vietnam nam giữ 30% Dự án do Côngty Điều hành chung Trường Sơn JOC điều hành Trường Sơn JOC đã đưa mỏ SôngĐốc vào khai thác và cho dòng dầu đầu tiên vào ngày 24/11/2008 với lưu lượng banđầu đạt đỉnh khoảng 23.000 thùng dâu/ngày Cuối năm 2013, Tập đoàn Dầu khí ViệtNam đã giao nhiệm vụ cho PVEP tiếp nhận mỏ và vận hành mỏ Sông Đốc khi sảnlượng khai thác chỉ con hơn 2000 thùng dau/ ngày

Vé đặc diễm địa chất Mỏ Sông Đốc đang khai thác chủ yếu trong các trầm tíchMiocene dưới, chủ yếu trong các tập cát kết I, J Các giếng khai thác tại khu vực mỏ

Sông Đốc được hoàn thiện theo dạng “slim hole”, đường kính tubing 2-3/8” với lướilọc cát trong ông, và thiết kế cho giếng khai thác tối đa 1200 thùng/ngày Mặc dù đã ápdụng biện pháp kiểm soát cát ngay từ khi hoàn thiện giếng nhưng cát hiện nay đượcphát hiện trong hầu hết các giếng khai thác, trong đó có 3 giếng nhiều cát hơn cả vớihàm lượng cát từ 3-30 pound/1000 thùng, một số giếng còn lại có ham lượng cát nhỏhơn 3 pound/1000 thùng!'“! Những hậu quảcủa vấn dé sinh cát cũng đã hiện hữu nhưviệc phá hủy côn tiết lưu, các van và thiết bị bề mặt gây thiệt hại lớn cho nhà điềuhành Ngoài ra để kiểm soát lượng cát xuất sang bên tàu FPSO (Floating ProductionStorage Offloading)thì nhà điều hành sử dụngđầu dò cát (sand probe) trên ống mềmkhai thác để phát hiện cát Ngoài ra khi dầu thô được xuất sang bên tàu FPSO tiếp tụcđược tách cát bang cum thiét bi tach cat bé mat lap dat sau binh tach

Hiện tại tong lượng dau thu hồi trên toàn mỏ là hon 15 triệu thùng với hệ số thu hồikhoảng 17% Nguyên nhân của việc xuất hiện cát tại mỏ Sông Đốc gồm có nhiều lí do,nhưng chủ yếu là từ chế độ khai thác không phù hợp dẫn đến việc suy giảm áp suất vỉanhanh và các giếng bị ngập nước sớm Ngoài ra do đặc điểm địa chất phức tạp của vùngmỏ Sông Đốc cũng như chưa có mô hình nghiên cứu sinh cát phù hợp đã dẫn đến tìnhtrạng sinh cát tại 11/15 giếng khai thác tai mỏ

Chương 3: Van dé sinh cát tại mé Dai Hùng

3.1 Tong quan mỏ Đại Hùng3.1.1 Vi trí địa li, đặc điểm khi hậuMỏ Đại Hùng nam ở lô 05.1a thuộc bồn tring Nam Côn Sơn cách bờ biến thànhphố Vũng Tàu 250 km về phía đông nam với độ sâu khai thác khoảng 110m nước

đến 30°C Còn ở dưới mực nước biển thì nhiệt độ thấp hơn : dao động từ 26-27°C vào

mùa khô và từ 28-29°C vào mùa mưa Độ ẩm trung bình trên toàn vùng mỏ là khoảng

60% Hai hướng gió chính tại mỏ Dai Hung là hướng Đông Nam va Nam vào tháng

1-4, còn hướng Tây va Tây Nam vào tháng 6-10 Chế độ sóng cũng chia làm 2 mùa Mùamưa từ tháng 5 đến tháng 10, sóng theo hướng Tây và Tây Nam Mùa khô từ tháng 11đến tháng 3, sóng hướng Đông và Đông Bắc Đặc biệt sóng lớn trong khoảng thời giantháng 11 đến tháng 1 : sóng có chiều cao trên 5m là mùa gió chướng tai mỏ |"),

3.1.2 Đặc điểm địa chất3.1.2.1 Địa tầng

Mặt cat địa tầng của mỏ Dai Hùng bao gồm hai tang cau trúc: tang cau trúc móng

granit trước Kainozoi và tang câu trúc tram tích lục nguyên có tuôi Miocene đên hiện

nay Theo phụ lục 2.4.2 - báo cáo phát triển Mỏ Dai Hùng năm 2006 |"*! thi dia tangcủa mỏ Đại Hùng được chia làm 2 đối tượng chính là móng Macma trước Đệ Tam vàđịa tầng trầm tích tuổi từ Đệ Tam đến Dé Tứ Cột địa tầng khu vực mỏ Đại Hùng được

biêu diễn như sau:

Hình 3.2 Cột địa tang khu vực mo Dai Hùng