Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật khai thác và công nghệ dầu khí: Xây dựng mô hình tích hợp hệ thống khai thác mỏ Gấu Vàng - bồn trũng Cửu Long

NHIEM VU VA NOI DUNG:- _ Xây dựng mô hình tích hợp hệ thống khai thác mỏ Gấu Vàng với việc ứng dung cơ sở lý thuyết về phương trình cân băng vật chất theo phương pháp Tarner, phương pháp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Mai Cao Lân — Chủ nhiệm bộ môn Khoan Khai Thác Dau Khí

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, DHQG TP HCM

luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HOI DONG TRƯỞNG KHOA

NHIEM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYEN HUNG MSHV: 10370647

Ngày, thang, năm sinh: 09/11/1986 Nơi sinh: Bạc Liêu

Chuyên ngành: Kỹ thuật Khoan Khai Thác và Công nghệ Dầu KhíTEN DE TÀI: XÂY DUNG MÔ HÌNH TÍCH HỢP HE THONG KHAI THÁC MOGAU VÀNG - BON TRŨNG CUU LONG

I NHIEM VU VA NOI DUNG:- _ Xây dựng mô hình tích hợp hệ thống khai thác mỏ Gấu Vàng với việc ứng dung cơ sở lý

thuyết về phương trình cân băng vật chất theo phương pháp Tarner, phương pháp phân tíchđiểm nút, mô hình dòng chảy và phần mềm kỹ thuât IPM dựa trên số liệu thực tế và thínghiệm thu thập từ mỏ Gấu Vàng

- M6 hình tích hợp hệ thông khai thác mỏ Gâu Vàng đã được xây dựng và phù hợp sẽ tiễnhành dự báo sản lượng khai thác trong tương lai và kết hợp với mô hình kinh tế nhằm lựachọn phương án khai thác hiệu quả nhất cả về kỹ thuật lẫn kinh tế cho mỏ Gâu Vàng

II NGÀY GIAO NHIỆM VU : 06/02/2012HH NGÀY HOÀN THÀNH NHIEM VU: 30/06/2012IV.CÁN BO HƯỚNG DAN : TS Mai Cao Lân — Chủ nhiệm Bộ Môn Khoan Khai Thác, Khoa

Kỹ thuật Địa chất & Dâu khí, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM

Tp HCM, ngay tháng năm 2012

CÁN BỘ HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT & DẦU KHÍ

Luận văn được hoàn thành tại trường Dai hoc Bach Khoa TP Hồ Chí Minh dướisự hướng dẫn khoa học của TS Mai Cao Lân — Chủ nhiệm Bộ môn Khoan Khai thác,khoa Kỹ thuật Địa Chất & Dầu Khí, Trường Đại học Bách Khoa TP Hỗ Chí Minh.

Xin chân thành cảm ơn TS Mai Cao Lân đã dành thời gian, công sức hướng dẫntận tình, chu đáo tôi trong suốt quá trình làm Luận văn tốt nghiệp cũng như khoảng thời

gian tôi học chương trình đại học và cao học tại trường Đại học Bách Khoa.

Trong quá trình làm luận văn, tôi đã nhận được sự đóng góp ý kiến, giúp đỡ nhiệttình của các giảng viên, cán bộ Khoa Kỹ thuật Dia chất & Dau khí, Phòng Đào tạo sauđại học trường Dai học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Tôn xin bày tỏ lòng biết ơn chânthành đối với sự giúp đỡ quý báo đó.

Luận văn này sẽ không thể hoàn thành nếu không có sự động viên, khích lệ củagia đình, các bạn bè, đồng nghiệp cũng như các học viên cao học khoá 2010 chuyênngành Kỹ thuật Khoan khai thác và Công nghệ Dầu Khí Tôi chân thành cảm ơn các anhchị đồng nghiệp tại Tổng công ty Thăm Dò Khai Thác Dầu Khí — PVEP đã hỗ trợ tài liệutham khảo và góp ý nhiệt tình trong suốt quá trình thực hiện luận văn.

Mặc dù đã cô găng rất nhiều, song chắc chăn luận văn van còn thiếu sót, tôi mongnhận được sự góp ý để bản luận văn được hoàn chỉnh và có hiệu quả thực tiễn tốt hơn.

Xin cảm on!

TP.HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2012

Nguyễn Hùng

TOM TAT LUẬN VĂN

Ngày nay, dầu khí đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế mỗi nước, từ nguồn

năng lượng này đã giúp đất nước ta phát triển đi lên Tuy nhiên, trữ lượng dau khí có hạn nên

việc tiễn hành khai thác và vận hành mỏ để đạt được mục tiêu trữ lượng thu hồi dầu cao nhất vàthời gian khai thác lâu nhất là một van dé mà các nhà quản lý mỏ quan tâm trong giai đoạn khai

thác hiện nay.

Nhăm mục đích có thể quản lí và khai thác mỏ hợp lí cần phải xây dựng mô hình hệthống khai thác phản ánh được hiện trạng khai thác hiện tại của mỏ dé từ đó có thé lựa chon cácphương pháp khai thác hợp lí Do vậy, xây dựng mô hình hóa mô hình hệ thống khai thác mỏGấu Vàng đã được thực hiện trong luận văn dựa trên số liệu thu thập từ thực tế và thí nghiệm của

mỏ Gấu Vàng, cơ sở lý thuyết về phương trình cân băng vật chat, dòng chảy trong giéng, phương

pháp phân tích điểm nút cùng với ứng dung phần mém kỹ thuật dé đạt được mục tiêu cuối cùnglà mô hình hệ thống khai thác xây dựng được phải phản anh được hiện trạng khai thác hiện tại

của mỏ Gâu Vàng và kết quả đạt được sẽ dự báo sản lượng khai thác của mỏ

Cơ sở lý thuyết về mô hình dòng chảy cùng với phương pháp phân tích điểm nút vàphương trình cân băng vật chất theo phương pháp Tarner kết hợp với phần mềm kỹ thuật đượcứng dụng vào luận văn dé mô hình hóa mô hình via, mô hình dòng chảy trong giếng lên đếnthiết bị khai thác bề mặt tại những giá tri áp suất vỉa khác nhau

Những số liệu PVT, DST, quỹ đạo giếng khoan của giéng, trữ lượng tại chỗ và thu hồi,sản lượng khai thác thực tế thu thập của mỏ Gấu Vàng được áp dụng vào cơ sở lý thuyết cùngvới phần mềm kỹ thuật để xây dựng mô hình hóa mô hình via, giéng và hệ thống thiết bị bề mặtphù hợp với các số liệu thực tế Kết quả mô hình hóa mô hình vỉa, giếng sau khi phù hợp với cácsố liệu từ thực tế, thí nghiệm và kết quả mô hình số từ việc áp dụng cơ sở lý thuyết; kết quả đạtđược từ mô hình hệ thống tích hợp sẽ chứng tỏ mô hình hóa xây dựng được đã phản ánh đượcmô hình khai thác hiện tại của mỏ Gấu Vàng và hoàn toàn có thể áp dụng mô hình này vào cáctính toán hoặc dự báo tiếp theo cho mỏ trong tương lai

Việc xây dựng và phù hợp được mô hình hóa hệ thống khai thác phản ánh được thực

trạng của mỏ Gâu Vàng, với mục tiêu đặt ra cho các nhà điều hành trong giai đoạn khai thác hiện

nay là tối đa hóa lợi nhuận đạt được cùng với việc duy trì được sản lượng khai thác của mỏ nênHVTH: Nguyễn Hùng 1

luận văn đã ứng dụng sự kết hợp giữa việc đánh giá kỹ thuật cùng với đánh giá kinh tế để lựa

chọn phương án khai thác cho mỏ Gâu Vàng trong tương lai Từ kết quả đạt được của mô hình

hóa hệ thống khai thác của mỏ đã được xây dựng và phù hợp thì luận văn đã xây dựng nhiềutrường hợp khác nhau để dự báo sản lượng khai thác trong tương lai của mỏ trong các trườnghợp thay đổi áp suất của hệ thống thiết bị bề mặt, lượng khí nén cung cấp kết hợp với mô hìnhkinh tế của mỏ Gâu Vàng Việc kết hợp giữa kỹ thuật và kinh tế sẽ đánh giá kết hợp tác độngqua lại giữa các chỉ số kỹ thuật như áp suất của hệ thống thiết bị hoặc lưu lượng khí nén cungcấp đến chỉ số kinh tế của dự án dé từ đó có thé lựa chọn phương án khai thác tôi ưu nhất cho mỏ- kinh té hiệu quả nhất và khả thi về mặt kỹ thuật nhat

HVTH: Nguyễn Hùng 2

MỤC LỤC

00708)/09097 100000017 -4 ,ÔỎ 7CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE MO GAU VÀNG - BON TRŨNG CUU LONG 10

1.1 GiGi thiệu tong quan về mỏ Gấu Vàng -¿-¿- 52222221 22122121211 112121 21111121 te 101.2 Lịch sử khai thác và đặc trưng khai thác của các giếng - 2-5 2++cczxzxec: 101.2.1 Đặc tính của mỏ Gấu Vàng ¿- 5:2 21222121 212122121111121212111 21121 re 101.2.2 Đặc điểm hoàn thiện giếng của mỏ Gấu Vàng o ccececccccccescssessesessesesssessssesteseeeesen 13

1.2.3 Lịch sử khai thác c€Ủa M0 - 5-2 2 9211111111118 1113113353 15111119 rkt 14

13 Hé thống thiết bị khai thác của mỏ Gấu Vàng - 22-52 2xS2t2E2E2xczzxerrrree 1413.1 Hệ thống thết bị của mỎ -¿- 525522 S212E52121212182121112121212111 211121 e6 1413.2 Hệ thống thiết bị chính trên giàn công nghệ trung tâm mỏ Gâu Vàng 15

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LY THUYET CHO PHƯƠNG PHÁP XÂY DUNG MÔ HINH TÍCHHỢP HỆ THONG KHAI THÁC MO GAU VÀNG càng l6

2.1 Cơ sở lý thuyết về phương pháp mô phỏng - - ¿+ 2x52 +2+E+£££E+£+xzzvzxzzee: 162.1.1 Mô hình hóa dòng chảy tir Via vào giếng ¿5 c2 222 221212112 162.1.2 Lý thuyết dòng chảy từ via vào giéng (IPR) c.ceccccsccscssesessesssscssssesesscsessesesesseeesn 262.13 Lý thuyết dòng chảy trong giếng khai thác (TPR) ¿- 52 ©5+s+2z2xczzzszzczx2 292.2 Xây dựng hệ thống dự đoán khai thác trong tương lai - 2-5-5255 z2++zcz+zsec: 392.2.1 Sản lượng dau trong suốt giai đoạn chảy chuyển tiếp - 52555552 392.2.2 Sản lượng dau trong suốt giai đoạn chảy giả 6n định - ¿52-55255552 40

2.3 Xây dựng mô hình tính toán tích hợp - - + 11391111199 1 11 vn, 42

CHUONG 3: XÂY DUNG MÔ HÌNH TICH HỢP HE THONG KHAI THAC MO GAU VÀNG

—BON TRUNG CUU LONG - - + 2+ HE TH HH HH Hà nh 453.1 _ Xây dựng mô hình tích hợp cho mỏ Gấu Vàng ¿2 2© 2++E£++xc£zxezzrxee 453.1.1 Cơ sở dữ liệu đầu vào mô hình tích hợp hệ thống khai thác -: - 453.1.2 Xây dựng mô hình hệ thông khai thác - 2 52+ +E+££E+xe£zxezzxerrrxd 46

3.2 Ung dụng phan mềm kỹ thuật xây dựng mô hình tích hợp hệ thống khai thác 54

3.2.1 _ Xây dưng mô hình giéng cceccccccccscscsscsessesessescssssesessesessssesessesecssstsessessssesneeeees 55

3.2.2 Xây dựng mô hình vỉ a - - - + <1 92110199 ng re 59

3.243 Xây dựng mô hình hệ thông khai thác - 2 52+ ++E+££E+Ee£zxezzxerrrxd 613.2.4 Xây dựng mô hình tương quan kỹ thuật và kinh tÉ - ¿2 5255 52+s+<+>+2 63HVTH: Nguyễn Hùng 3

CHƯƠNG 4: UNG DUNG MÔ HÌNH TÍCH HỢP DE TOI UU HÓA HE THONG KHAI

P9 66

4.1 Đánh giá các thông số của mô hình tích hợp hệ thống khai thác mỏ Gau Vàng 66

4.2 Tối ưu hóa sản lượng khai thác của mỏ Gấu VAN - - ¿5 2222 ++xc£zxvzzzxee 684.2.1 Xem xét thay đổi áp suất của điểm nhận (bình tách cao áp) - :5¿ 684.2.2 Xem xét thay đổi lượng cung cấp khí nâng cho mỏ Gau Vàng - 70

4.243 Kết hợp xem xét thay đổi giữa các thông số kỹ thuật và mô hình kinh tế 7

'4518009/.)0001077 74

IP.)00)708957.) 08.4.0001 76

HVTH: Nguyễn Hùng 4

DANH SÁCH CÁC HÌNH VE

Hình 1 1: Bản đồ bồn trũng Cửu Long ¿- 5: S52 S22E‡222E93E2121212121212121221 211.21 xe 10Hình 1 2: Quỹ đạo giếng khoan của mỏ Gấu Vàng - 2-5: 5222222232 22212212121 21212 xe 13Hình 1 3: Sơ đồ hoàn thiện của mỏ Gấu Vàng o cccccceccccscssesessesessesesseseseesssessssesessessssestsessesnesees 13

Hình 2 1: Ong khai thác chiều dài ÌL + 25 5E9S£+ESE2E£2EEEEEEEEEEEE212111217121121 1.21 xe 30

Hình 2 2: Sơ đồ hệ số ma sát Darcy - Wiesbach i5: c5 12t 22122121211 212101121011 112 te 31Hình 2 3: Các cơ chế dòng chảy - ¿6-52 22192121 31212112121212121212111121111210111111 11 1 y0 32Hình 2 4: Sơ đồ tính toán tích hợp cho MO -¿- 5265222 SE2EEEE2EEEEEE232 2521212121212 2 xe 43Hình 3 1: Hình dòng vào của giếng khai thác mỏ Gâu Vàng -¿- 5 ¿+s+2z+x+zzcszxvzxez 47Hình 3 2: Kết quả dòng vào và dòng ra của mỏ Gaul Vàng ¿- ¿2+5 22xv22xcxcerereee 51Hình 3 3: Kết quả dòng vào và dòng ra tại 1 thời điểm áp suất - 52 ccccccxszczxcxee, 52

Hình 3 4: Phù hợp giá trị PVT trong mô hình Prosper - 5 556 22 E21 E335 EEssseered 56

Hình 3 5: Xây dựng mô hình giếng trong mô hình Prosper -¿- + 25+ 2+x+2z£x+zzzxzxvzxez 57

Hình 3 6: IPR trong mô hình Prospet (E201 8113931111999 111 ng ng re 57

Hình 3 7: Số liệu thu thập thực tế dùng để hiệu chỉnh mô hình trong Prosper - 57

Hình 3 8: Lựa chọn phương pháp hiệu chỉnh trong mô hình Prosper - - - «+ +s<s<+ 52 58

Hình 3 9: Kết quả dòng vào và dòng ra giữa số liệu thực tế và tính toán . : : 58Hình 3 10: Phù hop số liệu PVT o.c.ccccccccccccscscssesessssessssesssscsucscsucsesessssessssesessssesssstsissesesseseseseesesees 60Hình 3 11: Thiết lập mô hình via trong MBALL :-¿- ¿52-5522 S22E222EE2EEE22EE2E2E2E21222E xe, 60Hình 3 12: Phù hợp lịch sử khai thác giữa số liệu thực tế và tính toán từ mô hình (áp suất) 6 ÍHình 3 13: Phù hợp lịch sử khai thác giữa số liệu thực tế và tính toán từ mô hình (lưu lượng) 61

¬ 68

Hình 4 4: So sánh kết qua dự báo sản lượng khai thác khi thay đổi áp suất bình tách cao áp 69Hình 4 5: So sánh kết quả dự báo sản lượng khai thác khi thay đổi lưu lượng khí bơm ép 70Hình 4 6: Kết qua dự báo sản lượng khai thác khi kết hợp các phương pháp 71Hình 4 7: So sánh kết quả kinh tế giữa các phương AN c.cccccccccccssscssesessesessssesseseseesesessssteseseeees 72

HVTH: Nguyễn Hùng 5

DANH SÁCH CAC BANG

Bảng 1 1: Tóm tắt tính chat và điều kiện ban đầu của vỉa ¿+ 5225 S22xczcxcscerereee 12Bang 1 2: Tóm tắt kết quả thử vỉa của mỏ Gấu Vàng -¿- -522t+22 SE 322212212121 21 22212 xe 12Bảng 1.3: Công suất xử lý của giàn công nghệ trung tâm Gâu Vàng -¿-+ + 5x25: 14Bang 1 4: Hệ thong đường ông nội mỏ của mỏ Gấu Vàng ¿25252252222 2EEcxererxee 15Bang 2 1: Bảng hệ số nén đăng nhiệt (CDp) ¿- - 52 52213 212E21212212122121211 2121112112121 1 xe 17Bảng 2 2: Các thông số tham gia vào phương trình cân bằng vật chất tổng quát 18Bang 3 1: Thong 86 Via d4 45Bang 3 2: Kết quả tính toán dòng vào giếng khai thác mỏ Gấu Vàng -¿ - ¿+55 46

Bang 3 3: Dữ liệu tính toán cho mô hình - - - 5 + E911 1999311 1 999311 99 11v ng ng ven 47

Bảng 3 4: Kết quả tính toán dòng ra của mỏ Gấu Vàng -¿ - ¿2+2 ++x22E£E2EErxrrrreee 51Bảng 3 5: Kết quả tinh toán mô hình phù hợp lich sử va dự báo sản lượng khai thác 54Bang 3 6: Số liệu PVT thực tế thu thập c cccccccccscsscscsssscssssesesesssscsssesesssscssssesssssessssneesseeess 59Bảng 3 7: Mô hình kinh tẾ - ¿5-52 5£ SE 222192121935 21E321212121212122111111121110111 11211 g1 64Bang 3 8: Kết quả mô hình kinh tế trong mô hình Resolve - + 25: 2+x+2z£xzszcszzvzxez 65

Bang 4 1: Bảng so sánh kết quả dự báo sản lượng khai thác giữa mô hình va Production Profile

¬ 67

Bang 4 2: Kết qua dự báo sản lượng khai thác khi thay đổi áp suất bình tách cao áp 69Bang 4 3: Kết qua dự báo sản lượng khai thác khi thay đôi lưu lượng khí bơm ép 70Bang 4 4: Kết qua dự báo sản lượng khai thác khi kết hop các phương pháp 71Bảng 4 5: Kết quả kinh tế của các phương án o.cececcccccccccscscssesessesessescssssesessssessssessssesssseseessseeseaee 72Bang 4 6: Lựa chọn phương án khai thác tối ưu nhất - - 2-22 2 S22E+E£E££E2E+E££zxzEererxred 72

HVTH: Nguyễn Hùng 6

PHAN MỞ DAU

1 Giới thiệu dé tài và tinh cấp thiết

Dau khí đóng một vai trò quan trọng trong sự phát trién về mọi mặt của cuộc sống và cácngành công nghiệp trọng yêu Hang năm ngành công nghiệp dau khí đóng góp hang ty USD vàongân sách nhà nước Dầu khí vừa là nguồn tài nguyên quan trọng đối với đất nước và cả nền kinhté Tuy nhiên, trữ lượng dau khí có hạn và giá dau trên thế giới được các nước trên thế giới quantâm nhiều nhất hiện nay; vì vậy, việc khai thác tối ưu nguồn tài nguyên dâu khí như thế nào dénhằm đảm bảo lợi ích nhiều nhất về kỹ thuật, kinh tế đang được các nước quan tâm nhất hiệnnay; việc đưa ra những giải pháp kịp thời nhằm khai thác ổn định và kéo dài đời mỏ là một van

đề được chú trọng đặt biệt của các nhà điều hành trong giai đoạn khai thác hiện nay

Hiện nay, các mỏ đang cập nhật dự báo khai thác dựa theo tình hình khai thác hiện tại và

it đưa ra những giải pháp nhăm tối ưu hóa quá trình khai thác trong thời gian dài nên dẫn đến

tình trạng khai thác với lưu lượng cao hơn so với khả năng phục hồi của vỉa dẫn đến tình trạngcác giếng ngập nước hoặc sản lượng giảm nhanh hơn so dự kiến ban dau Chính vì vậy, van déđặt ra đối với các nhà điều hành là làm thé nào dé khai thác với lưu lượng hop lý mà vẫn duy trì

mỏ trong thời gian dài?2 Mục đích và nội dung nghiên cứu

Việc khảo sát, phân tích hệ thống khai thác dựa trên dự báo sản lượng khai thác để có thê

đưa ra các giải pháp kịp thời nhằm tối ưu hóa quá trình khai thác và tăng hệ số thu hồi dầu đangđược các nhà điều hành quan tâm rất nhiều trong giai đoạn khai thác hiện nay

Cơ sở lý thuyết và mô hình ứng dụng được ứng dụng trong luận văn sẽ xây dựng trạngthái và sự thay đổi của vỉa băng việc ứng dụng lý thuyết phương trình cân bằng vật chất, môhình dòng chảy trong giếng dé mô hình trạng thái khai thác của các giếng cùng với hệ thống thiếtbị bề mặt Từ các yêu tố trên sẽ xây dựng mối tương quan giữa vỉa, giếng, hệ thống thiết bị bềmặt dé thiết lập sự đồng nhất giữa vỉa — giéng — hệ thống thiết bị bề mặt, kết quả dat được trongmô hình sẽ mô tả gần như chính xác tất cả các thay đổi của dòng chảy từ vỉa vào giếng và lênthiết bị bề mặt; vì vậy, việc phù hợp lịch sử khai thác của mỏ và dự báo sản lượng khai thác của

mỏ trong tương lai sẽ có mức độ tin cậy cao hơn.

Co sở dữ liệu từ thực tế/thí nghiệm của mỏ Gấu Vàng như thông sé độ rỗng độ thấm, độnhớt, áp suất và nhiệt độ, lịch sử khai thác được ứng dụng vào cơ sở lý thuyết, phân mềm kỹHVTH: Nguyễn Hùng 7

thuật nhăm xây dựng mô hình tích hợp hệ thông khai thác bao gồm mô hình via, các giếng khaithác, hệ thông thiết bị bề mặt (đến bình tách cao áp).

3 Phương pháp nghiên cứu

Dựa trên thông ké số liệu trong thực tế và thí nghiệm như áp suất via, độ thấm, độ rỗng,lưu lượng dâu-khí-nước, hệ số skin, các thông sô thiết bị lòng giếng, ông khai thác, hệ thống khaithác bê mặt vào cơ sở lý thuyết cùng với phan mém ứng dung sẽ được tiễn hành và xây dung

trong luận văn theo các phương pháp như sau:

e Ap dụng phương pháp tổng hợp, thống kê số liệu liên quan đến mỏ Gấu Vàng ápdụng cho việc xây dựng mô hình tích hợp hệ thống khai thác

e Bộ số liệu thông kê thu thập được từ thực tế và thí nghiệm sẽ được áp dụng vàoluận văn qua cơ sở lý thuyết về phương trình cân băng vật chất theo phương phápTarner, phương pháp phân tích điểm nút và mô hình dòng chảy với phương phápxây dựng mô hình số mô hình via, giếng và hệ thống thiết bị bề mat; mô hình hệthong khai thác sẽ được xây dựng và phù hợp với số liệu thực tế

e - Ngoài ra, phương pháp mô hình hóa sẽ được áp dụng thông qua phan mêm kỹ thuậtứng dụng IPM để xây dựng các mô hình via, giếng và hệ thông thiết bị bề mặt vớisố liệu thực tế, thí nghiệm của mỏ Gau Vàng Kết quả xây dựng mô hình hóa cácmô hình trên được tiến hành so sánh với kết quả của mô hình số và số liệu thực tếđể phù hợp và phản ánh được hệ thông khai thác hiện tại và dự báo sản lượng khaithác và tìm phương án khai thác hiệu quả và tối ưu nhất cả về kỹ thuật lẫn kinh tế.4 Y nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Phương pháp xây dựng mô hình tích hợp hệ thông khai thác từ via lên hệ thống khai thácnhăm dự báo sản lượng khai thác và tối ưu hóa các chỉ số khai thác với mức độ xác suất chínhxác cao nhăm cho các nhà dau tư làm đâu bài cho tính toán kinh tế cho dự án — đối với các dự ánđang phát triển và nhà điều hành điều chỉnh các chỉ số khai thác của hệ thông phù hợp với thựcté dé tôi ưu hóa khai thác — đối với các dự án khai thác

Phương pháp xây dựng mô hình tích hợp hệ thống khai thác giải quyết được các van dé

như sau:

e Mô hình tích hợp hệ thông khai thác sẽ cho kết quả dự báo sản lượng khai thác

trong tương lai của các mỏ

HVTH: Nguyên Hùng 8

e Xây dựng mô phỏng các mô hình via, giéng chi tiết và được kết nỗi trong một môhình chung sẽ cho kết quả với độ chính xác cao

e M6 hình tích hop sẽ mô tả chi tiết tất cả các mô hình thành phân nên bat cứ thayđối theo thời gian sẽ được cập nhật ngay lập tức vào mô hình Vì vậy, kết quả củamô hình sẽ giúp nhà điều hành dua ra các giải pháp như: lưu lượng bơm øaslift,bơm ép nước, điều chỉnh thông số hệ thống khai thác kịp thời để can thiệp vàoquá trình khai thác nhăm cải thiện sản lượng khai thác để tối ưu hóa hệ thông khai

thác hiện tại.

e Két quả đạt được sẽ giúp nhà điều hành có thé tiễn hành khai thác và quan lý mỏhiệu quả và tốt hơn

Cầu trúc của luận văn

Luận văn bao gôm 4 chương chính như sau:

Chương 1 sẽ giới thiệu tổng quan về mỏ Gau Vàng như vị trí địa lý, các thông số của via,câu trúc mỏ, hệ thông thiết bị khai thác bề mặt theo thiết kế và sản lượng của mỏ

Chương 2 xây dựng cơ sở lý thuyết ứng dụng vào luận văn như phương trình cân băngvật chất, mô hình hóa dòng chảy trong via, từ via vào giéng va dòng chảy từ giếng lên đến bê

mặt và xây dựng mô hình dòng chảy trong từng giai đoạn khai thác của mỏ.

Chương 3 ứng dung cơ sở lý thuyết và phần mềm kỹ thuật nhăm xây dựng mô hình tíchhợp hệ thong khai thác như mô hình via, mô hình hệ thông các giéng và dựa vào các dữ liệu dođược từ thực tế và từ thí nghiệm như các thông số PVT, DST, sản lượng khai thác dựa trên sốliệu của mỏ Gấu Vàng sẽ tiễn hành hiệu chỉnh mô hình nhăm đạt được mô hình phản ánh đượcthực tế sản xuất; từ mô hình chuẩn sẽ tiên hành dự báo sản lượng khai thác trong tương lai củamỏ, và kết hợp với mô hình kinh tế nhăm tính kinh tế của dự án dựa trên kết quả dự báo sản

lượng.

Chương 4 áp dụng mô hình tích hợp hệ thông khai thác đã được xây dựng và hiệu chỉnhsẽ tiến hành đánh giá các yếu tố sẽ tác động đến mô hình tích hợp Từ những đánh giá các yếu tốcó thé tác động đến mô hình tích hợp khai thác cộng với việc đánh giá yêu tố kinh tế sẽ đưa ralựa chọn phương pháp khai thác hiệu qua cả về kỹ thuật lẫn kinh tế cho mỏ Gấu Vàng

HVTH: Nguyên Hùng ọ

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE MO GAU VÀNG - BON

TRUNG CUU LONG

1.1.Giới thiệu tổng quan về mồ Gau Vàng

Diện tích ban đầu của Lô là 4634 km2 Kết thúc giai đoạn thăm dò, thâm lượng thành công

kéo đài trong 7 năm, tính đến ngày 25/10/2005, nhà thầu hoàn trả khoảng 85% diện tích của Lô ,

chỉ giữ lại 17% cho phan diện tích phát triển của LôBồn trũng Cửu Long bao gồm nhiều mỏ đang khai thác như: Bạch Hồ, Rang Đông, Ruby va

mỏ Gấu Vàng (Hình 1.1)

` bw hoe © cies CÁ ;

củ Ps +, a des Ne sex

- S1 y cac XxY ce¬ af ơ

v5cỡ

Hình 1 1: Ban đồ bồn trũng Cửu Long

1.2.Lịch sử khai thác và đặc trưng khai thác của các giếng1.2.1 Đặc tính của mồ Gấu Vàng

Các cau trúc của mỏ năm ở phan Đông Bac của Lô là các câu trúc lớn nhất Đây là mộtchuỗi móng cổ nhô cao dang bậc thang, hoặc có thé coi như các “đồi chôn vùi” được thành taotrong thời kì tách giãn của bôn trũng trước Oligocene hạ va Miocene giữa Bồn trũng Cứu Longvà câu trúc chính của nó có hướng Đông Bac — Tây Nam trong khi các cấu trúc của mỏ Gâu

Vàng cũng có hướng tương tự, được tạo nên bởi các đứt gãy thuận (trượt theo hướng đồ của đứtgãy) Hau hết các đứt gãy đồ về hướng Đông Tây tạo ra các bán địa hào với sự phát triển các

nhịp địa tầng thuộc Oligocene trên, E, D và một phân C có liên quan tới sự dịch chuyển xoay cáckhối đứt gãy Có các dâu hiệu cho thay có hoạt động đứt gãy theo hướng Đông Tây vào thời gianHVTH: Nguyễn Hùng 10

sau ở bé thứ cấp này tuy nhiên không mạnh mẽ Hau hết các đứt gãy xác định câu trúc đều kếtthúc hoạt động trong thời gian Oligocene sớm trong khi các câu trúc Gấu Vàng được hình thànhsớm trong quá trình lắng dong trầm tích tạo nên tập sét D tuổi Oligocene Tuy nhiên, vẫn có các

hoạt động đứt gãy yếu trong thời kì Miocene muộn

Đới nâng trong phần móng của mỏ Gấu Vàng có chiều cao lớn nhất khoảng 1,500m, cóđiểm tràn của cấu tạo ở chiều sâu khoảng 4,000mTVDss với tổng thé tích khối nâng khoảng 83triệu arce-ft trong phạm vi 150 km2 Thanh phân thạch học của đá móng trong mỏ Gau Vang chuyêu là Granite, thành phần thạch học thứ yếu là quartz, monzonite, quartz monzodiorite,monzodiorite, diorite và các thé xâm nhập Hiện nay, dầu tại khu vực Gau Vang chu yêu được

khai thác trong đá móng nứt nẻ cũng như các mỏ lân cận như mỏ Bạch Hồ, Ruby và Rạng Đông

Đá móng bị dập vỡ do nén ép và tách giãn, ảnh hưởng của những lực này chủ yếu tậpchung trong phân đỉnh của cấu tạo Ngoài ra, sự nén ép và tách giãm cùng với các quá trình biénđổi thứ sinh có thé làm biến đổi thành phan thạch học

Móng nứt nẻ được coi như hình thành bởi phan khung đá và phan đá nứt né, nói chung độrỗng của phân khung đá rat nhỏ, phan nứt nẻ chiếm gầm 100% độ rỗng va độ thâm của đá móng.Kết quả địa vật lý giếng khoan cũng như nghiên cứu các điểm lộ cho thấy tính chất thâm chứa

của đá móng nứt nẻ giảm theo chiều sâu tính từ nóc móng

Những nhân tố quan trọng cho sự hình thành và phát triển đá móng Gấu Vàng bao gồm:+ Quá trình hình thành các hệ thống nứt nẻ ban đầu theo 3 hướng chính là Tay Bac —Đông Nam, Đông Bắc — Tây Nam và Đông — Tây

+ Quá trình nén ép sau đó làm tái hoạt động và tạo ra mạng lưới nứt nẻ

+ Quá trình kết nối và thay đổi hệ thống các đới nứt nẻ bởi quá trình bién đổi thứ sinhTrong cau tạo móng nứt nẻ tôn tại rất nhiều khối nhỏ, ranh giới giữa các khối này chủ yếudo hoạt động kiến tạo mà có biểu hiện của quá trình dịch chuyển ngang, thông thường hình thànhnên các khối nâng và đồng thời có thể tạo ra các vật liệu thứ sinh làm thay đổi tính chất lưuthông thuỷ động lực giữa các khối

Tang sét móng được bao bởi tập sét D dày cả chiều đứng lẫn phương ngang từ 340 —600m sét năm trực tiếp ngay trên mặt đá móng nứt nẻ và phong hoá

Dựa trên kết quả phân tích PVT và số liệu áp suất thu thập được trong thời gian qua chothay trong móng khu vực phía Tay Nam của cấu tao thì dau có tính chất tương đối đồng nhất

HVTH: Nguyễn Hùng lãi

Trong khi đó tính chất dầu của khu vực phía Đông Bắc có sự thay đổi rất lớn, độ bão hoà khí vàáp suất bão hoà của dau cao hơn han so với khu vực phía Tây Nam (Bang 1.1)

Bảng 1 1: Tóm tat tính chat và điều kiện ban dau của vỉa

Mỏ Tây |Mỏ Đông |Mỏ Gau

Đặc tính , Miocene hạ | Oligocene

Bac Nam Vang

Chê độ năng lượng khai thác Năng lượng tự nhiên và bơm ép nướcTỷ trọng dâu API 35-36 35 36-37 35 26-37Áp suat bão hòa (psi0 1130-1465 1715-4055 1040-1285 | 1060-1375 677-3075

Đối với đá móng nứt nẻ do đặc tính phức tạp của chúng rất khí có thé lây mẫu lõi đại diệncho vỉa; tuy nhiên, giá tri trung bình hệ số nén của đá móng đã được tính dựa vào sự thay đổi ápsuất vỉa theo thuỷ triều đã thu thập được trước khi đưa mỏ vào khai thác (B ảng 1.2)

Bảng 1 2: Tóm tắt kết qua thử via của mỏ Gấu Vàng

Khả năng cho

69,680 — 116,587 | 17,640-66,000 150,000-894,000 | 32,000-81,000dong (md-ft)

Hệ sô skin 5 -2.7 12 3.2

1.2.2 Đặc điểm hoàn thiện giếng của mồ Gau Vang

Quỹ đạo giéng khoan của mỏ Gâu Vàng (Hình 1.2)

Single Wellhead System [Dual Wellhead System |

Hình 1 2: Quy đạo giếng khoan của mỏ Gấu Vàng

So đồ hoàn thiện giéng của mỏ Gấu Vàng (Hình 1 3)

''

<©S-|-: P-T DHG

9-4/8" Production Packer3.688" DB-G Nippie4-1/2" Perforated Tubing

al Self atigning Shoe

sa" ower Packer~ 9-5/8" Flapper Vaive

x-over

i 5-1/2" Tubing

‘

Sticing Steeve #1Pault #1

4-1/2" Swell Packer #1Stiding Steeve #34-1/2" Swell Packer #2

về bờ và nước sau khi được xử lý đạt chuẩn được thải trực tiếp ra biển Các giếng trên mỏ được

cung cấp gaslift từ cum máy nén trên giàn Gau Vàng, ngoài ra, trong tương lai sẽ cung cap nước

bơm ép cho mỏ.

Ngoài ra, giàn công nghệ trung tâm Gâu Vàng còn đảm nhận xử lý sản phẩm, cung cấp

khí nén và nước bơm ép cho các mỏ khác

San lượng khai thác của mỏ hiện nay đạt 10,000 thung/ngay

1.3.Hệ thống thiết bị khai thác của mồ Gấu Vàng1.3.1.Hệ thống thết bị của mồ

Hệ thống thiết bị chính trên mỏ Gấu Vàng bao gồm giàn công nghệ xử lý trung tâm GấuVàng và một tàu chứa dâu (FSO) Giàn công nghệ xử lý trung tâm Gau Vang đảm nhận xử lýsản phẩm khai thác của mỏ Gấu Vang và một phan sản phẩm của các mỏ khác chuyển về Dầusau khi được xử lý được vận chuyển về tàu chứa FSO thông qua hệ thống đường ống nội mỏ

Công suất thiết kế xử lý của giàn công nghệ trung tâm mỏ Gấu Vàng như sau:

Bảng 1 3: Công suất xử lý của giàn công nghệ trung tâm Gấu Vàng

Hệ thông Công suất thiết kêDâu khai thác (thùng/ngày) 100,000Tông lượng chat lỏng khai thác (thùng/ngày) 175,000

Nước khai thác (thung/ngay) 130,000Nước bơm ép (thùng/ngày) 225.000

Hệ thông nén khí (triệu bộ khí/ngày) 160

Xử lý khí (triệu bộ khi/ngay) 160

Hệ thông nén khí thap áp (triệu bộ khí/ngày) 10.6Hệ thông chuyên dâu thành phâm (thùng/ngày) 95,000

HVTH: Nguyễn Hùng 14

Hệ thông đường ông nội mỏ của mỏ Gâu Vàng như sau:

Bảng 1 4: Hệ thống đường ống nội mỏ của mỏ Gấu Vàng

Mô ta Đường kính Chiêu đài

(inches) (km)

Đường ông vận chuyên 3 pha từ các mỏ khác 24 14Đường ông bơm ép nước l6 7Đường ông cung cap khí nén 10 14Đường ông vận chuyên dâu thành phẩm sang tàu chứa (FSO) 12 2Đường ông cung cap khí nhiên liệu cho tau chứa (FSO) 4 2Đường ông xuất khí về bờ 16 -1.3.2.Hệ thống thiết bị chính trên giàn công nghệ trung tâm mồ Gau Vàng

Hệ thống xử lý dầuSản phẩm khai thác được từ mỏ Gấu Vàng và từ các mỏ khác được vận chuyên đến giàn

công nghệ trung tâm xử lý Sản phẩm khai thác sẽ đi theo đường như sau qua hệ thông xử lý dau

dé đạt được mức dau thành phẩm dé chuyển qua tàu chứa FSO: bình tách cao áp, bình tách trung

áp, bình tách thập áp và bình tách tĩnh điện; dầu sau khi ra khỏi bình tách tĩnh điện sẽ đạt chuẩndé xuất qua tàu chứa thông qua hệ thông bơm chuyển dau

Hệ thống xử lý khíSản phẩm dau khí nước sau khi đi qua bình tách cao áp thì được tách thành dau, khí và

nước Khí sau khi được tách ra từ bình tách cao áp sẽ được đi qua hệ thống xử lý khí để đạtchuẩn làm khí nén, khí nhiên liệu và khí xuất Hệ thống xử lý khí như sau: hệ thống làm mát khí,hệ thống máy nén tăng áp, hệ thống làm mát và hệ thống làm khô khí Khí sau khi đi qua hệthống làm khô khí sẽ được chia theo các đường như sau:

+ Dùng làm khí nén cung cap cho các giếng của mỏ Gấu Vang và các mỏ khác+ Dùng làm khí nhiên liệu cung cấp cho hệ thông máy chạy bằng khí trên giàn công nghệtrung tâm Gâu Vàng

+ Lượng khí dư còn lại sẽ được xuất về bờ

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYÉT CHO PHƯƠNG PHÁP

XÂY DUNG MÔ HÌNH TÍCH HỢP HE THONG KHAI

THAC MO GAU VÀNG

Chat lưu có sự thay đổi trong suốt quá trình di chuyển từ via lên bề mặt: trong via thì

dòng chảy của chất lưu sẽ khác với chất lưu di chuyển trong hệ thống ông khai thác Chính vìvậy, việc am hiểu tính chất và dòng chảy của chất lưu trong quá trình khai thác sẽ giúp chochúng ta mô hình hóa dòng chảy của chất lưu chính xác hơn; từ việc mô hình hóa dòng chảy sẽgiúp đưa ra những lựa chọn chính xác các mô hình dòng chảy cần áp dụng

2.1 Cơ sở lý thuyết về phương pháp mô phỏng2.1.1 Mô hình hóa dòng chảy từ vỉa vào giếng

2.1.1.1 Phương trình cân bang vật chat tong quát

Phương trình cân băng vật chất tổng quát được giới thiệu đâu tiên bởi Schithuis vào năm1936, việc am hiểu công thức tính toán của Schithius sẽ là một công cụ hữu ích cho người kỹ sưmỏ va địa chất Theo sự bắt nguồn của phương trình cân băng vật chất và cách thức sử dungphương trình cân băng vật chất trong tính toán vỉa được thể hiện bởi Havlena và Odeh

Phương trình cân bằng vật chat tong quát diễn tả sự cân bằng thể tích đá và chất lưu trongvia: vì thé tích via (được giới hạn bởi các biên ban đâu của nó) là hăng số nên tổng đại số củanhững thay đổi thể tích của dầu, khí tự do, nước và đá trong vỉa phải bằng không

Dâu, khí và thường có một lượng nước nào đó được khai thác thì khi áp suất vỉa giảm

làm cho một phan dau, khí còn lại trong vỉa giãn nỡ chiếm đây thể tích (phan rỗng) do phan dau,khí bị lay đi Nêu các tầng chứa dau khí được liên thông với các tang chứa nước về mặt thủy lựcthì khi lượng dâu, khí khai thác thì sẽ có nước xâm nhập vào vỉa chứa dau, khí làm cho thé tíchgiãn nở của dâu, khí sẽ giảm nên làm chậm sự suy giãn của áp suất vỉa

Khi nhiệt độ vỉa về cơ bản được xem như không đỗi trong quá trình khai thác thì mức độgiãn nở của phan dau, khí còn lại phụ thuộc vào áp suất via Băng việc nói tại đáy giéng là cùngmột loại chất lưu và chúng ta có thé liên hệ sự thay đổi của thể tích với áp suất băng việc dotrong phòng thí nghiệm; tại phòng thí nghiệm với việc cho nhiệt độ vỉa là hăng số và những giátrị áp suất vỉa khác nhau chúng ta có thé dự đoán được ứng xử của chất lưu trong vỉa với sự suy

giảm của áp suât

HVTH: Nguyễn Hùng 1ó

Hệ sô nén đăng nhiệt của đá, nước, dâu, khí:

Bảng 2 1: Bảng hệ số nén đăng nhiệt (Cp)

Đá (2-10) x 10° (psi”) Khi 6 1000 psia (900 — 1300) x 10°

Nuoc (2-4) x 10° (psi”) Khi 6 5000 psia (50 — 200) x 10°

Dâu chưa bão hoa (5-100) x 10° (psi”)

Phương trình cân băng vật chất tong quát diễn tả mối quan hệ giữa các thông số nhưlượng dau, khí, nước được khai thác, áp suất vỉa trung bình, lượng nước từ tang chứa xâm nhậpvào via, lượng dau và khí còn lại trong via Dé thiết lập phương trình vật chat thì cần có nhữngthông số về tính chất đất đá và chất lưu trong via, cùng với những thông số như:

Áp suất via ban đâu, áp suất vỉa trung bình ở những thời điểm khai thác kế tiếp nhau saukhi bắt đầu khai thác

Lượng dầu khai thác (stb) ở điều kiện chuẩn (14.7 psi và 60°F) ở bất kỳ thời điểm nào

hay trong khoảng thời gian khai thác nào

Tổng lượng khí khai thác (scf) Trong trường hợp khai thác băng øaslift, lượng khí này sẽlà hiệu số giữa tông lượng khí khai thác và lượng khí bơm ép

Hệ số mũ khí m, giá trị m được xác định trong địa vật lý giêng khoan, dữ liệu hoàn thiện

giêng nhăm giúp xác định ranh giới dâu nước và dâu khí

Hệ số thể tích thành hệ dâu, khí và các tỉ số khí — dầu hòa tan

Lượng nước xâm nhập vào vỉa từ tâng nước đáy

Lượng nước khai thác đồng hành

Bang 2 2: Các thông số tham gia vào phương trình cân bang vật chất tong quát

Loại vật chât Kí hiệu Thông sô Don vịDâu N Thé tich dau ban dau trong via Stb

Np Thể tích dâu khai thác cộng đôn StbBai Hệ số thé tích thành hệ dau ban dau | Bbl/stbB, Hệ sô thé tích thành hệ dâu ở áp | Bbl/stb

suất đang xétKhí G Thể tích khí tự do ban đâu trong via | Scf

G, Thể tích khí tự do trong via ở áp | Scf

suất đang xétGp Thể tích khí khai thác cộng dôn ScfBai Hệ số thé tích thành hệ khí ban dau | Bbl/scfBg Hệ sô thé tích thành hệ khí ở áp | Bbl/scf

suất đang xétDâu - khí Ryo Tỉ sô hòa tan khí — dâu ban đâu Scf/stb

Ryo Ti sô hòa tan khí — dâu ở áp suất | Scf/stb

đang xét

R, = Gp/Np Ti số khi— dâu khai thác cộng dồn | Scf/stbM=GB,/NB,¿ Hệ sô mũ khí

Nước W Thể tích nước ban dau trong via Bbl

Wp Thể tích nước khai thác cộngdôn | StbW Thể tích nước xâm nhập vào via BblBy Hệ số thé tích thành hệ nước Bbl/stbCy Hé s6 nén dang nhiệt của nước Psi!Swi Độ bão hòa nước ban đâu

Đá Vị Thé tích rỗng ban đâu Bbl

Cr Hé s6 nén dang nhiệt của da Psi!

HVTH: Nguyễn Hùng

Thiết lập phương trình cân băng vật chất tổng quát

a Sự thay đổi thé tích của dau:

Thể tích dau ban dau trong via: N Boi (bbl)Thé tich dau trong via thời điểm t và áp suất P: (N — Np).B„¡ (bbl)

Sự thay đổi thé tích dầu: NB,i — (N — Np) Bo (2.1)b Sự thay đổi thé tích khí tự do

Low , GBgj Rae „ À >

Từ hệ sô mũ khí m= Ms => thê tích khí tự do ban dau trong via: GBg; = nNBạ¡Khí tự do ở thời điểm t hay áp suất P = khí tự do và khí hòa tan ban dau (scf) — khí khai thác(scf) — khí còn hòa tan trong hỗn hợp dau khí (scf)

f=

Bgi

Thé tích khí tự do ở áp suất P: P = GB, (bbl)Sự thay đổi the tích khí tự do: GBg; — G;B„ (bbl) (22)

Thể tích nước tăng do giảm áp suất: WẲŒ„AP (bbl)

Thể tích nước trong vỉa ở áp suất P: W + M, +WC,AP — ByW, (bbl)

Sự thay đổi thé tích nước:W — (W + W, + WC,AP — B„W,) = —W; — WCyAP + B,,W, (bbl)

Thé tích rỗng ở áp suất P: Vp — V;C;APSự thay đôi thê tích réng:V; — |W; — V;Œ;AP] = ;C;APSự thay đổi thé tích đá = - sự thay đối thể tích rỗng =—V;C,;AP (24)Vì tong thay đối thé tích của dau, khí, nước va đá băng 0 nên:

(Sự thay đổi thé tích dầu + kh?) = - (Sự thay đổi thé tích nước + đá)Thay các biểu thức trên vào đăng thức trên ta có:

|NBạ¡ — (N — N,)B,| + |ŒB„¡ — GrB„] = [—W, — WC, AP + B„W,| + [—V;ŒAP] (25)ThayGBg; = MNB,j, biểu thức (2.5), sau đó thêm bớt số hang Ny BgRsoi vào về trái của phương

e SỐ hang (1), và (2): sự giãn nở cua vung dầu hay khí trong vỉae S6 hạng (3): sự giãn nở của nước hay đá

e SỐ hạng (4): thể tích nước xâm nhập vào vỉae SỐ hang (5): thé tich dau hay khi khai thac duoce S6 hạng (6): thé tích nước khai thác đồng hành2.1.1.2 Phương trình cân bang vật chất đối với via dau chưa bão hòa

Via dầu chưa bão hòa là via dau ban dau chỉ chứa hỗn hợp dau khí Trong quá trình khaithác thì áp suất via sẽ giảm xuống dưới áp suất điểm bọt khí thì khí được giải phóng khỏi hỗnhợp khí Phương trình cân băng vật chất đối với vỉa dầu chưa bão hòa (trường hợp có nước xâmnhập từ tang nước đáy)

CwSw¡+C

HVTH: Nguyên Hùng 20

a Áp suất vỉa lớn hơn áp suất điểm bọt khí (P>P,)

Khi đó chỉ có dau trong vỉa vì khí tồn tại trong via ở trạng thái khí đồng hành Khi khíkhai thác đến áp suất điểm bọt khí thì khí khai thác trên bề mặt chỉ là khí thoát trong hỗn hợp dầu

khí Nên ta có: Rp = Rgo = Reoi

Thay đăng thức trên vào phương trình cân bang vat chat tổng quát của via dầu chưa bão

Thay biểu thức trên vào số hang đầu của phương trình trên vào phương trình cân băng vậtchat của via dau chưa bão hòa ta có:

NB„C,AP + NBy; TT HIÁP + We = N„B, + ByW, (2.12)

Khi vỉa dầu chưa bão hòa thi P>P, thì chỉ có dầu và nên nên độ bão hòa của dầu S, = 1 —Swis biéu thức tinh hé số nén trở thành:

CoSo Coo

So ~ T= Swi

Co =HVTH: Nguyễn Hùng 21

Thay biểu thức trên vào phương trình cân băng vật chat ta có:

Đối với via dau loại thé tích thì W = Wp = 0 nên:

Phuong trinh (2.14) tro thanh:

Suy ra: C,B,;AP = Bị — By; (2.17)Thay biểu thức (2.16), (2.17) vào ta được:

N=N,—"

” Bị — Bei

HVTH: Nguyễn Hùng 22

Trong trường hợp này thì hệ số thu hôi dau là:

Từ phương trình cân băng vật chất tính cho vỉa dầu chưa bão hòa ta có:

_ Np [By + (Ry _ Rsoi) Bg — We + By Wp

CwSwi + G1— S¡

Đôi với via dâu loại thê tích, W = Wp = O nên:

Np [By + (Ry 7 Rsoi)Bạ]

Các via dầu bảo hòa là những via dau có mũ khí phía trên tang dâu Tôn tại các chếđộ năng lượng khai thác; nguôn năng lượng cạn kiệt của vỉa dầu bão hòa là: năng lượng khí

Trong phương trình dau bão hòa thì sự giãn nở của nước va đá nhỏ hon sự giãn nởcủa dâu và khí nên trong phương trình cân bang vật chất tong quát thì số hạng này thườngđược bỏ qua và ta có phương trình cân bang vật chất đôi với via dau bão hòa:

CwSwi + Cr1 — SựMN Bi;

(By — Bri) + Boi (B, a Bại)

a Dạng phương trình can bang vật chat đôi với via dau bão hòa do Prison đề nghịChuyên sô hạng ByW, ở về phải của phương trình cân băng vật chat đôi với via dâubão hòa về vệ trái roi chia 2 về cho vê phải, ta được:

Np [By + (Rp 7 R soi) Ba| Np [Be + (Rp 7 Rso¡)Bạ] Np [By + (Rp 7 Rso¡)Bạ] 1

Hay: DDI + SDI +WDI = ]VOL:

e DDI: là chỉ số truyền động do áp suất via giảme SDI: là chỉ số truyền động do sự giãn nở của mũ khíe WDI: là chỉ số truên động do tang nước đáy

e Tirso của DDI biểu thi sự giãn nở của vùng dau ban dau© - Tử số của SDI biểu thị sự giãn no của khí ban đầuse - Tử số của WDI biểu thị thé tích nước xâm nhập vào vỉae Mau sô của ba số hạng trên biểu thị thé tích dau và khí khai thác cộng dồnPhương trình Prison thường dùng để xem xét mức độ quan trọng của mỗi cơ chế nănglượng trong quá trình khai thác via dau

HVTH: Nguyên Hùng 24

b Dạng phương trình cân bang vật chất đối với via dau bão hòa do Havlena vàOdeh đề nghị

e Truong hợp tông quát

Đặt:

F = N;|B; + (Rp — Rsoi)| + B„W,họ = Bị — Bei

Có 3 cách áp dụng công thức trên như sau:

e Cách 1: (biết m, tinh N) khi đó ta hoàn toàn có thé xác định E và F ở từng thờiđiểm khai thác Đường biéu diễn của phương trình là một đường thang qua gốctọa độ và có độ dốc băng N trong hệ trục (E,F)

HVTH: Nguyên Hùng 25

e Cach 2: (biét N, tính m) phương trình trên có thé viết lại như sau:

Trong hé truc (= ¬ =) phương trình nên được biêu diễn bang một đường thang có độ dôcgi Eo Eo

mN, cat truc tung tại điểm có tung độ N2.1.2 Lý thuyết dòng chảy từ vỉa vào giếng (IPR)

Chỉ số khai thác J là thông số phản ánh lưu lượng khai thác và mức độ giảm áp, ta có

nhưng điều này khó thực hiện vì vậy người ta đã đưa ra phương pháp thực nghiệm để xây dựngđường đặc tính dòng vào cho giếng Một trong những phương pháp thực nghiệm là phương pháp

Vogel, Vogel đã xây dựng đường dòng vào không thứ nguyên dựa trên mối quan hệ giữa áp suất

không thứ nguyên và lưu lượng không thứ nguyên; áp suất không thứ nguyên là tỳ số áp suấtdòng chảy vào giếng và áp suất vỉa trung bình, lưu lượng không thứ nguyên là tỷ số giữa lưulượng dòng chảy vào giếng ứng với áp suất Py và lưu lượng dòng chảy vào giếng ứng với ápsuất P„r = 0

Công thức liên hệ giữa lưu lượng không thứ nguyên và áp suất không thứ nguyên theo

0.5

MƑ _ 1.226 — | — 0.125PR

Đường IPR được xây dựng băng cách tìm các giá tri Pur tương ứng với các giá tri qo

b Trường hợp vỉa chưa bão hòa

Để xây dựng đường IPR trong trường hợp vỉa chưa bão hòa thì ta cần tiễn hành 2 lầnkhảo sat Khảo sát thứ 1 được tiễn hành khi áp suất đáy giếng lớn hơn áp suất điểm bot khí, lầnkhảo sát thứ 2 được tiến hành khi áp suất đáy giéng nhỏ hon áp suất điểm bọt khí Trong lần

khảo sát dau thì chỉ số khai thác được xem như là không đổi, trong lần khảo sát thứ 2 thì chỉ sốkhai thác được tính theo phương pháp Vogel Đường IPR giả sử là liên tục và giao điểm của 2

đoạn IPR khảo sát là (Pp, qn)

Nếu tiến hành khảo sát trong trường hợp áp suất đáy gién nhỏ hơn áp suất đáy giếng nhỏ

hơn áp suất điểm bọt khí thì ta có:

đo 4b _—1_—02-"_gg (= ?)

do(max) — 4b DA R P R

HVTH: Nguyễn Hùng 27

Độ dốc đường IPR tại điểm Pwr = Pp:

_ đqo _ (đo(maz) — qp)(0.2 + 1.6) = 1.8(đo(naz) — qp)

dP wr P, P,

dP _pgcos9 ƒpw7 + pudu

dL —s gg’ 29-d g-dLPs = puH, + pg(1 — H,)

JPpdo = Ap + P P 2

e - Bước 1: tính J theo phương trình trên

e - Bước 2: tinh qy băng phương trình qp = J (Pr — Pp)

e - Bước 3: xây dựng đường IPR khi Py; < Pp từ phương trình tinh qo

Nếu tiễn hành khảo sát trong trường hợp áp suất đáy giếng nhỏ hơn áp suất điểm bọt khí:Lúc này vì không biết giá trị q, nên việc tinh J theo công thức:

do = te (2.20)2

Py Pwf Pwƒ

Pn—Pb tis 1~0.27-08( 77)

Từ giá tri qụ từ phương trình gp = J (Pr — Pp)

Xây dựng đường IPR khi áp suất đáy giếng nhỏ hơn áp suất điểm bọt khí; khi ay đườngIPR là đường thang xác định từ phương trình qo = J (Pr— Pwr)

2.1.3 Lý thuyết dòng chảy trong giéng khai thác (TPR)

Đường dòng chảy trong IPR mô tả khả nang cho dòng của vỉa Tuy nhiên, lưu lượng khai

thác dau thu được từ một giếng lại được xác định từ đầu giéng và động thái dòng chảy của chuỗiông khai thác: ông khai thác, ông chống khai thác hoặc cả hai Động thái dòng chảy của ống khaithác phụ thuộc vào dạng hình học của chuỗi ông khai thác và đặc tính của chất lưu đưa ra Chatlưu trong giéng dau bao gdm dau, khí và nước Phân tích động thái thân giéng bao gồm thiết lậpHVTH: Nguyên Hùng 29

mối liên hệ giữa kích thước cỡ ống khai thác, áp suất đầu giếng, đặc tính chat lưu và lưu lượngkhai thác Sự hiểu biết về động thái dòng chảy trong thân giếng là cực kỳ quan trọng cho việcthiết kế giếng dâu và tôi ưu hóa các điều kiện khai thác.

Dau có thể khai thác qua ống khai thác, ống chống khai thác hoặc cả hai trong một giếngdau phụ thuộc vào tinh trạng của dòng chảy trong giếng Quá trình khai thác dầu qua ống khaithác là lựa chọn trong hầu hết các trường hợp do sự thuận lợi trong thiết kế hệ thống khí nâng(gaslift) Đường cong TPR cho dòng chảy trong ống khai thác được thiết lập cho cả dòng chảy

đơn pha và dòng chảy đa pha trong các công thức toán.

2.1.3.1 Dòng chảy chất lưu đơn pha

Dòng chảy chất lưu đơn pha chỉ tồn tại trong giếng dau chỉ khi áp suất đầu giếng là trênáp suất điểm bọt khí của dầu, điều này rất ít xảy ra Tuy nhiên, theo khái niệm dòng chảy đượcthiết lập cho chất lưu và là bước tính tiếp theo cho dòng chảy đa pha

Xem xét một chat lưu chảy từ điểm 1 đến điểm 2 trong chuỗi ống khai thác có chiều dàiL và chiều cao Az Định luật dau tiên của nhiệt động học đưa ra phương trình suy giảm áp suất:

2

Ge 20w geD

Với AP = ton that áp suất, lb,/ft’, P¡ = áp suất tại điểm 1 1b,/ft’, P; = áp suất tại điểm 2 Ib/ff

Hình 2 1: Ong khai thác chiều dài L

Biểu thức thứ nhất, thứ hai và thứ ba là đại diện cho sự tôn that áp suất vì sự thay đổi độ

cao, động năng và ma sát Hệ sô ma sát f¢ có thê đánh giá dựa trên sô Reynolds va độ nhám.

HVTH: Nguyễn Hùng 30

Công thức tính số Reynold:

_ 1.48qpNạẹ = “TC (2.22)

Đối với dòng chảy lớp mỏng Npe < 2000, hệ số ma sát f; là ty lệ nghịch với hệ số Reynold

16

fr =x (2.23)

Đối với dòng chảy rối Nre > 2100, hệ số ma sát fe sử dụng phương pháp tương quan kinh

nghiệm Hàm tương quan của Chen (1979)

1 E 5.0452 c11098 — /71a4g\0.8981

Vir —4 x log bốn — ÑWpẹ log | + (==) | (2.24)Hệ số ma sát fp cũng có thé thu được dựa trên hệ số ma sát Darcy — Wiesbach Hệ số masát Darcy — Wiesbach cũng liên quan đến hệ số ma sat Moody fy; như biểu thức:

HVTH: Nguyễn Hùng 31

2.1.3.2 Dòng chảy đa pha trong giếng dầu

Trong giếng khai thác có cả dầu, nước và khí thì phương trình dòng chảy đơn pha làkhông thích hợp cho giếng này Đặc tính TPR được phân tích chặt chẽ dựa trên mô hình dòng

chảy đa pha Mô hình dòng chảy đa pha phân tích phức tạp hơn so với dòng chảy đơn pha do sự

biến đổi của cơ chế dòng chảy Sự phân bố chất lưu thay đổi nhiều trong các cơ chế dòng chảykhác biệt, điều này ảnh hưởng mạnh trên sự biến đổi áp suất trong ông khai thác

a Cơ chế dòng chảy

Cơ chế dòng chảy trong ống khai thác bao gồm: dòng chảy dạng bọt, dạng nút, dạng rốivà dạng hình vành khuyên Cơ chế dòng chảy xuất hiện tương ứng với sự tăng lưu lượng khí sovới lưu lượng dau Trong dòng chảy dạng bot, pha khí phân tán thành các bọt nhỏ liên tục trongpha dầu Trong dòng chảy dạng nút thì các bọt khí kết thành một khối bọt khí lớn, sau đó làchiêm đầu một đoạn trong thân giếng Giữa các bọt lớn là dạng nút của chất lưu chứa đựng cácbọt khí nhỏ Trong dòng chảy dạng rối thì dòng chảy của cả pha khí và pha chất lưu bị rỗi tungva phân tán Trong dòng chảy dạng vành xuyén thì khí trở thành pha liên tục với chất lưu đangchảy trong vành xuyên bao phủ bề mặt của ống dẫn và với các giọt nhỏ trong pha khí (Hình 2.3)

Flow Direction

AnnularMist(Véaterdispersed)

x— 999 9 0o*3/20748đ10%ITs aie ủy)

b Sự lưu giữ chất lưu (Hold Up)

Trong dòng chảy nhiều pha, | pha chiếm giữ lượng lớn thể tích trong ống dẫn của tổngthê tích lưu lượng dòng chảy Điều này xảy ra vì mật độ khác nhau giữa các pha Mật độ khácbiệt khiến pha nặng trượt dưới các pha khác (điều này có nghĩa là pha nhẹ hơn sẽ di chuyểnnhanh hơn pha nặng) Vì vậy, tý lệ thể tích của pha nặng sẽ lớn hơn tỷ lệ thể tích đưa vào củapha nặng (điều này có nghĩa là pha nặng bị giữ lại trong ống dẫn so với pha nhẹ hơn) Vì thế chat

lưu bi lưu giữ được định nghĩa băng công thức:

VL

YLT

Chat luu bi luu giữ phụ thuộc vào cơ chế dòng chảy, tính chất chất lưu, kích cỡ và hình

dạng của ông chống Số lượng của chất lưu bị giữ có thể xác định lượng chỉ thông qua các phép

đo kinh nghiệm.c Mô hình đường đặc tính đường dòng TPR

Nhiều mô hình TPR đã được phát triển dé phân tích dòng chảy đa pha trong ống dẫnhướng Brown (1997) là đại diện một trong những mô hình đó Mô hình TPR cho giếng chảy đapha phân ra hai loại: (1) mô hình dòng chảy đồng nhất và (2) mô hình dòng chảy tách biệt Môhình đồng nhất xử lý đa pha giống như một hỗn hợp đồng nhất và không quan tâm đến ảnh

hưởng của chất lưu bị lưu giữ (giả định không trượt) Do đó, các mô hình đó thường ít chính xác

và thường được hiệu chỉnh với điều kiện hoạt động cục bộ trong sự ứng dụng cho mỏ Sự thuận

lợi trong các mô hình đó là sự tính chất cơ chế hóa của chúng Chúng có thể kiểm soát hệ thống

bap ha khí-dâu-nước, nó rat dễ dé mã hóa các mô hình cơ chế đó trong các chương trình máy

tính.

Mô hình dòng chảy tách biệt thực té hơn mô hình dòng chảy đồng nhất Chúng thường

được đưa ra trong các dạng tương quan kinh nghiệm Các ảnh hưởng của sự lưu giữ chất lưu vàcơ chế dòng chảy được đưa vào Sự không thuận lợi chính của mô hình dòng chảy tách biệt là rấtkhó dé mã hóa chúng trong các chương trình máy tinh tại vì hau hết các tương quan kinh nghiệm

là biểu diễn băng dạng hình ảnh

Mô hình dòng chảy đồng nhất

Giả sử không có hiện tượng trượt của pha chất lưu và bỏ qua gia tốc, tổn that áp suất sẽ

có công thức:

HVTH: Nguyễn Hùng 33

AP =(p+*)= (2.26)

Voi:

Ap: gia số áp suất, psiP: mật độ hỗn hợp trung bình, Ib/ftAh: gia số độ sâu, ft

Ea:: hệ số ma sát fanning cho dòng chảy 2 pha

Q.: lưu lượng dau khai thác, stbd

M: tổng khối lượng kết hợp với 1 thùng dầu

D: đường kính trong ống khai thácMật độ hỗn hợp trung bình p có thé tính toán bởi:

Với

M = 350.17y, + WORYy + G0RpairT

V,, = 5.615B, + WORB, + GOR — R, (=) (=) (=) (2.30)

Và với

Yo: ty trọng riêng cua dau, nước tinh khiết =1

WOR: tỷ số nước dau khai thác, bbl/stb

Yw: ty trọng riêng của nước, nước tinh khiết =1HVTH: Nguyễn Hùng 34

GOR: tỷ số khí dầu khai thác, scf/stb

Pair mật độ của không khí, Ib/ft

Yq: ty trọng riêng của khí, không khí = |

Vim: thể tích của hỗn hợp kết hợp 1 thùng (stb), ft

Bo: hệ số thé tích thành hệ của dau , rb/stbBw: hệ số thé tích thành hệ của nước, rb/bblRs: tỷ số khí dầu hòa tan

P: áp suất ngay tại một thời điểm, psia

T: nhiệt độ ngay tại thời điểm, °R

Z: hệ số lệch khí tại p và TNếu không có số liệu đo trực tiếp, tỷ số khí hòa tan và hệ số thé tích thành hệ có thé tíchthành hệ có thể đánh giá dựa trên công thức tương quan sau:

p 100.00125API 1.2048

Rs = ¥q |1 tanaamar | 231)

0.5 1.2

B, = 0.0759 + 0.00012 lễ (2) + 1.254] (2.32)

Với t(°F) là nhiệt độ ngay tại chỗ Hệ số ma sát 2 pha frp có thé đánh giá từ biểu đồ của

Poettmann — Carpenter (1952) Cho chương trình máy tính, Guo và Ghalambor đã phát triển

công thức tương quan sau:

hog — 101:444-2.5logDyv (2.33)

Với

1.4737X10”°Mqo

Dyy = — (234)

Tai bì mô hình Poettmann — Carpenter đưa ra dang sai phân hữu hạn, mô hình này chính

xác cho vài độ sâu nhỏ Ah Cho các giếng sâu, mô hình này sẽ sử dụng trong các phân đoạnnhỏ của ống khai thác của giếng

Mô hình dòng chảy tách biệt

Một số mô hình dòng chảy tách biệt là có thể dùng trong tính toán IPR Một trong số

phương pháp đó là tương quan Hagedorn — Brown có dạng công thức sau:

d - mM? _ Aue

1442 — p4—_kt indz 7.413x1010D55 29cAz (235)

HVTH: Nguyễn Hùng 35

M:: tổng khối lượng chảy, Ib„/d

p:mật độ trung bình ngay tại chỗ, Ib„/ftUm: vận tốc hỗn hợp, ft/s

Và

B = up, + 1— yupe (236)Um = Us, + Usg (2.37)

chảy của các pha đã được phân chia bởi diện tích mặt cắt ngang đối với dòng chảy Biểu thức

bên phải trong phương trình trên đại diện cho sự thay đôi áp suất vì động năng thay đổi, đốivới giéng dau thì biểu thức đó không áp dụng

Rõ ràng, sự xác định gia tri của chất lưu bị lưu giữ y¡là cân thiết cho tính toán áp suất Sự

tương quan mH-B sử dụng sự lưu giữ chất lưu từ sự sử dụng 3 biéu đồ các biến không thứ

nguyên như sau:Sô vận tôc chat lưu, Nyy: