Cu thé khi áp dụng vào thực tiễn cho via khí condensat tập F, mỏ khí Hừng Đông, phương trình trạng thái Soave-Redlich-Kwong SRK3 được chọn để tién hành mô phỏng các thí nghiệm PVT, quy t
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
NGUYEN THE DUY
XÂY DUNG MO HINH UNG XU PHA CHO VIA KHÍCONDENSAT-UNG DUNG DU BAO KHAI THAC CHO MOKHI CONDENSAT HUNG DONG, BON TRUNG CUU LONG
Chuyên ngành: Dia chat dau khí ứng dungMã số: 605351
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Trang 2Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa-DHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa hOC : -G- <kk SE E23 kề 3v 3E ng ve re
Cán bộ chấm nhận Xét Ì : ¿-© 2 6 se EeESESESESESESESEeEeEekeeeeeees
Cán bộ chấm nhận Xét 2 :_ - ¿26% SE E$ESESESESESESESESEeErEekekreei
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Truong Đại học Bach Khoa, DHQG Tp.
Thành phân Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học ham, học vi của Hội đông cham bảo vệ luận văn thạc sĩ)
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 TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA
Trang 3ĐẠI HỌC QUOC GIA TP.HCM CONG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAM
TRUONG DAI HOC BACH KHOA Độc lập — Tự do — Hanh phúc
NHIEM VU LUAN VAN THAC SYHo tén hoc vién: Nguyén Thé Duy MSHV: 09360599
Ngày, thang, năm, sinh: 30/09/1984 Noi sinh: Tp HCM
Chuyên ngành: Địa chat Dau khí ứng dụng Mã số: 605351
I TÊN DE TÀI:
XÂY DỰNG MO HÌNH UNG XU PHA CHO VIA KHÍ CONDENSAT-UNG DỤNGDU BAO KHAI THAC CHO MO KHI CONDENSAT HUNG DONG, BON TRUNGCUU LONG
NHIEM VU VA NOI DUNG:
Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về ứng xử pha của các hệ Hydrocacbon từ don giản đến
phức tạp Khảo sát các đặc trưng cơ bản của khí ngưng tụ ngược, các thí nghiệm phântích PVT, các phương trình trang thái thông dụng và ứng dung của nó Dựa trên cơ sởlý thuyêt đề xác định quy trình ứng xử pha cho khí condensat tông quát.
Ứng dụng quy trình xây dựng mô hình ứng xử pha áp dụng cho trường hợp cụ thélà vỉa khí condensat (tập F) thuộc mỏ khí Hừng Đông, bồn trũng Cửu Long
Ứng dụng kết quả xây dựng mô hình ứng xử pha đã hiệu chỉnh với số liệu thựcnghiệm làm đầu vào cho mô hình thủy động lực, để dự báo khai thác cho mỏ khí
condensat Hừng Đông.H NGÀY GIAO NHIEM VỤ: 2-< s9 sư sdseEeosssssesecsssxeHI.NGÀY HOÀN THÀNH NHIEM VỤ: 2 5° 5 S2 sSsss se ssesseseIV CÁN BO HƯỚNG DAN: TS MAI CAO LAN
TP, HCM, ngày tháng năm 2012CÁN BỘ HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)
Trang 4LỜI CÁM ƠN
(œ8
Sau một thời gian học tập, nghiên cứu và làm việc một cách nghiêm túc, luận văn
cao học chuyên ngành Dia Chất Dầu Khí Ứng Dụng với dé tài nghiên cứu “XAYDUNG MÔ HÌNH UNG XU PHA CHO VIA KHÍ CONDENSAT-UNG DUNG DỰBAO KHAI THAC CHO MO KHÍ CONDENSAT HÙNG ĐÔNG, BON TRUNGCUU LONG” của học viên Nguyễn Thế Duy đã hoàn tat Dé có được thành quả nay,tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ trong việc truyền đạt kiến thức, kinh nghiệmvà tận tình chỉ bảo của các thầy cô giáo trong khoa Kỹ thuật Địa chất và Dầu khí - Đạihọc Bách Khoa TPHCM, các thầy hướng dẫn, cán bộ phản biện, lãnh đạo phòng và bạnbè đồng nghiệp trong công ty
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với sự giảng dạy đầy nhiệt huyếtcủa các thay cô giảng viên khoa Kỹ thuật Dia Chất & Dầu Khí trường Đại học BáchKhoa thành phố Hỗ Chí Minh trong suốt quá trình hoàn thành khóa cao học tại trường
Đặc biệt xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và hướng dẫn nhiệt tình, tận tâm của
cán bộ hướng dẫn: TS Mai Cao Lân đã hướng dẫn tác giả từ lúc lập đề cương và hoàn
thành bản luận văn này.
Thanh phố Hồ Chí Minh, tháng 07/2012
Nguyễn Thế Duy
Trang 5TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trước khi sử dụng mô hình thủy động lực để dự báo khai thác và đánh giá cácyếu tổ có thé tác động đến quá trình khai thác của một mỏ mới, các nghiên cứu chi tiếtvề các mặt đặc tính đá chứa và đặc tính của chất lưu trong đá chứa, phải được tiễn hànhmột cách can thận Trong đó việc nghiên cứu đặc tính chất lưu sẽ cho cái nhìn tongquan về sự biến đối giữa các pha hay còn gọi là ứng xử pha trong cùng một chất lưu,đây là yếu tô đầu vào rat quan trọng đặc biệt là trong các via khí condensat Nếu khôngnghiên cứu day đủ và cân thận cũng như không mô phỏng lại được các ứng xử pha theosự biến đổi áp suất và nhiệt độ thì sẽ không đánh giá được hết các rủi ro do sự tách phalỏng cũng như động thái của mỏ khí condensat do sự suy giảm áp suất trong quá trình
khai khác.Vì thế luận văn này được thực hiện với mục đích tìm hiểu cơ sở lý thuyết về ứng
xử pha trong các hệ dầu khí, đặc biệt là khí condensat Từ đó xác định một quy trìnhxây dựng mô hình ứng xử pha tổng quát, ứng dụng quy trình này vào thực tiễn cho đốitượng khí condensat cụ thể Quy trình xây dựng mô hình ứng xử pha tổng quát được
trình bày tại Chương 2 của luận văn.
Trong khi, quy trình cụ thé (có sự hỗ trợ của phần mềm thương mại PVTi củaSchlumberger) được áp dụng có chọn lọc và nêu lên các quan điểm cá nhân được đềcập trong Chương 3 bao gồm các bước: kiểm tra thông số đầu vào, lựa chọn các thôngsố hiệu chỉnh, cách đánh giá trọng số các thông số hiệu chỉnh, thứ tự ưu tiên lựa chọncác thông số hồi quy Cu thé khi áp dụng vào thực tiễn cho via khí condensat tập F,
mỏ khí Hừng Đông, phương trình trạng thái Soave-Redlich-Kwong (SRK3) được chọn
để tién hành mô phỏng các thí nghiệm PVT, quy trình hiệu chỉnh các thông số để phùhợp các số liệu mô phỏng với số liệu thực nghiệm được dé xuất theo nguyên tắc các giá
trị tới hạn 7, ø„ — có ảnh hưởng lớn đến kết quả hồi quy, được ưu tiên hiệu chỉnh
trước; hệ số lệch tâm ø và các hăng số Q,, Q,- là các hệ số có ảnh hưởng tương đốiđến kết quả hỗồi quy sẽ được hiệu chỉnh sau Ngoài ra trong quá trình hồi quy sẽ khônghiệu chỉnh thông số tương tác nhị phân k, để tránh lỗi không hội tụ trong bài toán môphỏng vỉa Kết quả mô phỏng các ứng xử pha bằng phương trình trạng thái SRK3 saukhi đã được hiểu chỉnh đạt độ tin cậy để ứng dụng vào mô hình thủy động lực dự báo
Trang 6khai thác và đánh giá các yếu t6 có thé ảnh hưởng đến quá trình khai thác được nêu lên
trong Chương 4 của luận văn.
Trong chương 4 kết quả dự báo khai thác đến hết năm 2028 đã chứng minh sựảnh hưởng lẫn nhau giữa các giếng khai thác là không lớn trong mỏ khí condensatHừng Đông khi khoảng cách trung bình giữa các giếng là 1km, số lượng giếng khoankhai thác tối ưu là 23 giếng Trong khi các số liệu thử vỉa chưa mang tính đại diện chocác đặc trưng của đá chứa (độ thắm, mức độ liên thông ) cả mỏ thì phương án khaithác thích hợp nhất là phương án khai thác từng giai đoạn, số liệu khai thác sớm sẽ làcơ sở để quyết định điều chỉnh phương án khai thác thích hợp Với các thông số khôngchắc chăn thì tính liên thông trong vỉa và các ảnh hưởng của biên (mức độ liên thông)ảnh hưởng đến hệ số thu hồi nhiều hơn so với yếu tố phân bố độ thấm
Cuối cùng, luận văn đã đạt được một SỐ ý nghĩa thực tiễn nhất định có thể đượctham khảo ứng dụng cho các nghiên cứu tương tự hoặc làm tài liệu tham khảo chonhững nghiên cứu có liên quan.
lil
Trang 7ABSTRACTPrior to forecasting and evaluating the effects of reservoir characteristics onproduction profile of a new reservoir by dynamic model, the rock and fluid propertiesshould be carefully studied Especially, for gas condensate reservoir, a study of fluidproperties could yield an overview of phase change, which is also known as phasebehavior If this is not sufficiently understood or the phase behavior corresponding todifferent pressure and temperature could not be simulated, the risk of phase separationas well as the change of gas condensate due to pressure drop could not be properlyevaluated (The condensed liquid phase may prevent the gas phase from penetratinginto the production well, resulting in a pressure drop)
The study presented in this thesis aims to examine the phase behavior inhydrocarbon system, especially in gas condensate system A general model of gasbehavior is then formulated and applied for specific gas condensate objects Thedevelopment of the model will be described in the chapter 2 The specific procedurewhich is based on certain assumptions and assisted with the commercial PVTi softwareof Schlumberger will be mentioned in chapter 3 It comprises the following steps:quality controlling of input data, qualifying tuning parameters as regression variables,weighting regression variables, etc When being applied for gas condensate HungDong, the Soave-Redlich-Kwong (SRK3) equation of state is selected to simulate thePVT experiments The parameter tuning process to fit the simulated date with theexperimental result is proposed based on the principle: the critical value Te, pe whichhave significant effects on regression analysis results will be tuned first; the offsetparameter @ and the Q,, (2 coefficlent which merely have moderate effects onregression analysis results will be tuned later In addition, during regression analysis,the binary interaction parameter kj is not adjusted to prevent the divergence ofsimulation results After being tuned to reach a certain reliability, the Soave-Redlich-Kwong equation of state will be applied in dynamic model to predict and evaluate thefactors influencing the exploitation, which will be depicted in the chapter 4.
The forecasted results till the end of 2028 demonstrates that there is insignificantinterference between the wells in gas condensate Hung Dong of which averagedistance of the wells is [km and the optimized well number is 23 As the reservoirtesting parameters could not fully represent the rock characteristics (such aspermeability, the transmissibility, etc.) of the entire reservoir, the most appropriateexploitation strategy is period-by-period production scheme The early-stageproduction parameters will be used to adjust the suitable production plan accordingly.For uncertain parameters, the transmissibility and the border effects (degree oftransmissibility) have stronger effect on the recovery coefficient than the permeabilityfactor does The obtained results presented in this thesis have certain practical valuethat are useful for the related studies Furthermore, this thesis is also a good referencefor future research works.
Trang 8LOI CAM DOAN CUA TÁC GIÁ
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ “XAY DỰNG MO HINH UNG XU PHA CHOVIA KHÍ CONDENSAT-UNG DUNG DỰ BAO KHAI THAC CHO MO KHÍCONDENSAT HUNG DONG, BON TRUNG CUU LONG” là công trình nghiên cứucủa cá nhân tôi Các số liệu trong luận văn là các số liệu trung thực
Thành phô Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2012
NGUYÊN THỂ DUYChuyên ngành Địa Chất Dầu Khí Ứng DụngTrường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh
Trang 9MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 5c c1 21 1 1 121111111 111121111 0151111 111111051111 011111111111 11g01 Hư XIVCHƯƠNG 1: CƠ SỞ LY THUYET -55-5+ccttéE text |1.1 Lý thuyết vé ứng XỬ pha ¿- - + 5E SE2E9EE+ESEEEEE2EEEE2115 2117115111121 l
1.1.1 Khái niệm cơ bản (C120 0261113111111 1111111111111 1111111 111 1n re l
1.1.2 Ứng xử pha của các hệ hydrocacbon - ¿+5 + x+s++x+xzevrerrererrsred l1.1.2.1 Hệ đơn Cau tử - Gv SE SE g1 1 1111110110118 |1.1.2.2 Hệ hai cẫu tử Gv SE E1 10 1101111101101 1 1xx 31.1.2.3 Hệ da cấu tử -G- cv ST SE 1 g1 1g 1011 xxx 5
1.2 Đặc trưng cơ bản của khí condensat - << <1 10 1119 ng re 8
1.2.1 Tinh chất co ban của khí condensat c.cccccccscccseeesesssesessssessssesesseseesseesesen 8
1.2.2 Đặc trưng dong chảy của khí condensat - << <5 s23 + sex 10
1.2.2.1 Ứng xử và trang thái cân bằng pha -5- 2552 se cesce2 101.2.2.2 Sự thay đổi ứng xử pha trong quá trình khai thác -. II1.2.2.3 Ứng xử dòng chảy khí condensat lân cận giếng khoan 121.2.2.4 Hiện tượng tích tụ condensat vùng cận đáy giếng ¬ 141.3 Các phương pháp lay mẫu và các thí nghiệm phân tích PVT -. - 151.3.1 Các phương pháp lẫy mẫu chất lưu ¿ - + 2+ 2 s+£+£+E+E+££szezrsree 151.3.1.1 Phương pháp lấy mẫu đáy giếng + 5-5 252+s£ceceszecxee 161.3.1.2 Phương pháp lấy mẫu bề mặt - +2 + 2 + 2£s+s2£z£xzx+zecxet 17
1.3.2 Các thí nghiệm phân tích PVT của khí condensat - -««««<+<<+ 181.3.2.1 Thí nghiệm CCE we eecescccceessnccceessneeeceessneeceessaaeeceessaeeeeeseaeeeeeees 181.3.2.2 Thí nghiệm CV Ì) - G Gv 20
Trang 101.4 Tính toán cân bang pha và phương trình trạng thái - 2-5 2 2©s2 25s z5 211.4.1 Tính toán cân bang pha cceccccccsccscsssscssesesssscsssseesssessessessseesesessesssesesseeseseeess 211.4.1.1 Ty số cân bang pha Ki cccccccccsccscssessessssesessesscsesscsessssessssessssesssseseees 211.4.1.2 Tính toán cân bằng hai pha c.cccceccscsccssessssesessessssessssesssessesesseseeseees 221.4.1.3 Tính toán ty số cân băng pha cho các thành phân nặng 23
1.4.2 Phương trình trạng tháất - G22 1E 990 ng ng rn 251.4.2.1 Phương trình trạng thái Van der WaalS «5S <sS<c+sssss 261.4.2.2 Phương trình trang thái Redlich-Kwong (RK): - 301.4.2.3 Phương trình trạng thái Soave-Redlich-Kwong (SRK) 3l1.4.2.4 Phương trình trạng thai Peng-Robinson (PR) - -««««- 35
1.4.3 Ung dụng của phương trình trạng thái - 5-5 5+s+cs+x+zscxzcscsecxee 371.4.3.1 Tính hệ số cân bằng pha Ki .- 2-5255 ©52 S222 xEcxerrrererrrred 381.4.3.2 Tính áp suất điểm sương P, - 5c 5ccc+ccxcrcrvererrrrre 391.4.3.3 Tính áp suất pha khí II 411.5 Mô tả thành phan Hydrocacbon nang c.cscsscscssesssssesssesessessssesessesesscsesscsesssseesseeees 421.5.1 Phân loại thành phan Hydrocacbon 2-5 2+ s+s+++x+zs+xz+szsecxee 421.5.2 Tính toán các giá tri tới hạn và hệ số lệch tâm 42 cv 42
1.5.2.1 Phương pháp của PederSON G1 he, 421.5.2.2 Phương pháp của Kesler và Lee - - «55+ kssssseeesessee 43
1.5.3 Hệ số tương tác nhị phân - - + - 526222 SE SE E1 E21 EE15E121 712121121 441.5.4 Nguyên tắc nhóm các thành phan nặng (lumping) . -5-: 44CHUONG 2: QUY TRINH XÂY DUNG MO HINH UNG XU PHA 462.1 Kiểm tra dit liệu đầu VàO - - E111 11219121 12111 v11 TH ng ng ng nen re 46
Vil
Trang 112.1.1 Phương pháp kiểm tra băng đồ thị - - 25 +52 <EEE+E+E£xcxerrerre 47
2.1.1 Phương pháp loại TỪ - - << + 11101 ng ng rh 48
2.2 Mô phỏng các thí nghiệm PVT bằng phương trình trạng thái - 48
2.2.1 Mô phỏng thí nghiệm CC EE, << <1 11613301011 993010 199 ng ngà 492.2.2 M6 phỏng thí nghiệm CV ÌÏ) G0 001 ng ng 50
2.3 Hiệu chỉnh phương trình trang thái dé phù hop với số liệu thực nghiệm 532.3.1 Lựa chon các thông số hiệu chỉnh trong phương trình trạng thái 542.3.2 Các bước hiệu chỉnh thông số trong phương trình trang thái 54CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ỨNG XỬ PHA CHO MỎ KHÍ CONDENSATš000/6E9090) 60112 573.1 Kiểm tra và xây dựng dữ liệu đầu vàO ¿6 S2 +E 22 SESESEEEEEEEErxerrrrrkrree 573.1.1 Kiểm tra dữ liệu đầu vàO cv SE 1 g1 g1 1xx 573.1.2 Xây dựng dữ liệu đầu vào + + - 5E SE E2EE2E 1S 1E 12115 1212 xe 583.1.2.1 Dữ liệu thành phân chất lưu ¿- - + 2 52 2+£+£z£E+xszzezrzred 58
3.1.2.2 Dữ liệu thực nghiệm từ các thí nghiệm PVÏÏ' -««<<++<2 593.2 Lua chọn phương trình trạng thát - -. 5 1230111 93 1 ng re 61
3.3 Mô phỏng thí nghiệm bằng phương trình trạng thái + - 2 552525 623.3.1 Kết quả mô phỏng trước khi hiệu chỉnh - 2552552 =s£s+sszxss+2 623.3.2 Kết quả mô phỏng sau khi hiệu chỉnh - +5 255252 5s+s+£szx+£szxss+2 673.3.2.1 Lựa chọn các thông số hiệu chỉnh trong phương trình trạng thái 673.3.2.2 Các bước hiệu chỉnh thông số trong phương trình trạng thái 683.3.2.3 Kết qua quá trình mô phỏng thí nghiệm PVT bang phương trình
trạng thái sau khi đã hiệu chỉnh - «+6 1181333391111 11 11191 811111111 ng re 70
3.3.3 Đánh giá kết quả mô phỏng cho cả hai quy trình - 55552 74
Trang 12CHƯƠNG 4: UNG DUNG MO HÌNH UNG XỬ PHA DE DỰ BAO KHAI THACCHO MO KHÍ CONDENSAT HUNG ĐÔNG -cccccrerriirriirrirrrirrrirrrrees 774.1 Tong quan về đối tượng nghiên COU weccecccccccssesscsesscssescsesssscsesscsesscsessesesscsesseseees 774.1.1 Lịch sử thăm dò và thâm lượng -+5¿ 25525222 S*2EEt‡EeErkererrrrerrees 77
4.1.1.1 VỊ trí mỏ khí condensat Hừng Đông 2 -«ĂĂSs+s<s+sss 77
4.1.1.2 Lịch sử thăm dò và thâm lượng +5 5+s+5s+x+zs+szsscsecxee 784.1.2 Sơ lược đặc điểm địa tang khu vực mỏ khí condensat Hừng Dong 79
4.1.3 Trữ lượng khí tại chỗ tập F mỏ khí Hừng Đông - -« «<< cs+<<<s S2
4.2 Mô hình thủy động lực mỏ khí Hừng Đông - 5S Ăn he vke 83
4.2.1 Tính chat đá chứa và chất lưu Via seesseseseesneesseeseeecssecseeeseesecsscenseesneesnetees 834.2.1.1 Tính chất đá chứa -ccctcsrtirrirrrrrrrrirrirrrrrrrrrrerred 834.2.1.2 Tính chất chất lưu vỉa - c+ccxcsrkrrrkrsrrrrrtrrrrrrrrrrrrrrerred 86
4.2.2 Mô hình thủy động lực - << - 1 HH re 9]
4.2.2.1 Mô hình địa chất - sex 91
4.2.2.2 MO hình thủy động LUC - << 1S 19v ve 93
4.2.3 Kết quả bài toán mô phỏng, ¿- - ¿2 2+ £+E+S£+E+EE+E+EE+xzrezxerecrereee 964.2.3.1 Hiệu chỉnh gia tri trữ lượng khí tại chỗ ban đầu - 55s: 964.2.3.2 Hiệu chỉnh mô hình phù hop với dữ liệu thử via tại giếng HD-1X
(DST#2) và giêng HD-3X (SĨ l7 Ì) G0 HH re 96
4.2.3.3 Dự báo khai thác - - - - << + 3 99019 ng 101
Kết luận kiến nghị - ¿5< 5< SE E921 S32 1211151231511 111211151111 1111 01115111110 11g 110
1X
Trang 13DANH SÁCH HÌNH VE
Hình 1.1 Biểu đồ Áp suất — Thể tích của hệ đơn cấu tử -¿- 2 +©ccs+czcszesreee 2Hình 1.2 Biểu đồ Áp suất — Nhiệt độ của hệ đơn cấu tử . ¿- 2 2©ccs+czcszesceee 3Hình 1.3 Biểu đồ Áp suất — Thể tích của hệ hai cấu tử ¿- +22 2+c+cs+xzcszrzreee 4Hình 1.4 Biểu đồ Áp suất — Nhiệt độ của hệ hai cấu tử -. ¿- 2 272 cs+czcszesceee 4Hình 1.5 Biểu đồ Áp suất — Nhiệt độ của hệ đa cấu tử ¿- 255cc sccscsrereee 5Hình 1.6 Biểu đồ pha Áp suất-Nhiệt độ của khí khô +2 2 2 2 s+£+£s+£z£sz£zcxeẻ 6Hình 1.7 Biểu đồ pha Áp suất-Nhiệt độ của khí ướt -2- 2 252 s+£z£s+£z£szeereee 6Hình 1.8 Biéu đồ pha Ấp suất-Nhiệt độ của khí ngưng TU nñgƯỢC c2 7Hình 1.9 Biểu đồ pha Áp suất-Nhiệt độ của dau tho wees 8Hình 1.10 Biéu đồ tam giác phân loại chất lưu Dầu-Khí dựa vào thành phan 9Hình 1.11 Biểu đồ pha Áp suat-Nhiét độ của vỉa khí condensat s5 se: 10Hình 1.12 Ảnh hưởng của thành phan đến đường bao pha trong quá trình giảm 4p 11Hình 1.13 Mô hình thay đổi thành phan khí condensat trong quá trình khai thác 12Hình 1.14 Biéu đồ phân chia 3 vùng ứng xử khác nhau của dòng chảy khí condensat 13Hình 1.15 Biéu đỗ minh họa sự thay đổi độ bão hòa Dau và độ linh động của từng pha
Trang 14Hình 1.22 Biéu đồ pha hệ đơn cau tử trong mối tương quan Áp suat-Thé tích 28
Hình 1.23 Sơ đồ quy trình tính tỷ số cân bằng pha Ki 2 5-52 5+5 38Hình 2.1 Quy trình xây dung mô hình ứng xử pha 5-55 + 1s seke 46Hình 2.2 biểu đồ Đẻ-cát-Logarit giữa ty lệ thành phan với khối lượng phân tử 48
Hình 2-3 Biéu đồ thực hiện mô phỏng thí nghiệm CVD băng phương trình trạng thái 51Hình 3.1 biểu đồ Dé-cat-Logarit giữa ty lệ thành phan nặng với khối lượng phân tử 57
Hình 3.2 Co sở dữ liệu về tong thành phan của khí condensat tại giếng HD-3X 59
Hình 3.3 Cơ sở dữ liệu về thí nghiệm CVD mẫu chất lưu đáy giếng HD-3X 60
Hình 3.4 Co sở dữ liệu về thí nghiệm CCE mẫu chất lưu đáy giếng HD-3X 60
Hình 3.5 Cơ sở dữ liệu về thí nghiệm xác định áp suất điểm sương - 61
Hình 3.6 Lua chọn phương trình trạng thái và phương pháp hiệu chỉnh độ nhới 62
Hình 3.7 Độ bão hòa pha lỏng trong thí nghiệm CCE chưa hiệu chỉnh - 63
Hình 3.8 Thể tích tương đối trong thí nghiệm CCE chưa hiệu chỉnh - 63
Hình 3.9 Giá trị hệ số nén pha khí trong thí nghiệm CCE chưa hiệu chỉnh 64
Hình 3.10 Khối lượng riêng pha khí trong thí nghiệm CCE chưa hiệu chỉnh 64
Hình 3.11 Độ bão hòa pha long trong thí nghiệm CVD chưa hiệu chỉnh 64
Hình 3.12 Giá trị hệ số nén pha khí trong thí nghiệm CVD chưa hiệu chỉnh 65
Hình 3.13 Giá trị hệ số nén hai pha trong thí nghiệm CVD chưa hiệu chỉnh 65
Hình 3.14 Khối lượng riêng pha khí trong thí nghiệm CVD chưa hiệu chỉnh 65
Hình 3.15 Lựa chon các thông số hồi quy trong phần mềm PVTÌï . +: 67
Hình 3.16 Định nghĩa các thành phan nặng bằng phương pháp nhóm 68
Hình 3.17 Bang phân tích độ nhạy từng thông số theo ma trận Hessian 69
Hình 3.18 Các giá trị được lựa chọn dé tiến hành hồi quy (cho mô hình E300) 70
XI
Trang 15Hình 3.19 Độ bão hòa pha long trong thí nghiệm CCE đã hiệu chỉnh 7]
Hình 3.20 Thể tích tương đối trong thí nghiệm CCE đã hiệu chỉnh 71
Hình 3.21 Giá trị hệ số nén pha khí trong thí nghiệm CCE đã hiệu chỉnh 7]
Hình 3.22 Giá tri độ nhớt pha khí trong thí nghiệm CCE đã hiệu chỉnh 72
Hình 3.23 Khối lượng riêng pha khí trong thí nghiệm CCE đã hiệu chỉnh 72
Hình 3.24 Độ bão hòa pha long trong thí nghiệm CVD đã hiệu chỉnh - 72
Hình 3.25 Giá trị hệ số nén pha khí trong thí nghiệm CVD đã hiệu chỉnh 73
Hình 3.26 Giá trị hệ số nén hai pha trong thí nghiệm CVD đã hiệu chỉnh 73
Hình 3.27 Khối lượng riêng pha khí trong thí nghiệm CVD đã hiệu chỉnh 73
Hình 3.28 Giá tri độ nhớt pha khí trong thí nghiệm CVD đã hiệu chỉnh 74
Hình 4.1 Vị trí mỏ khí condensat Hừng Đông trong bồn trũng Cửu Long TÌHình 4.2 Vị trí các giếng thăm dò và thâm lượng mỏ khí condensat Hừng Đông 79
Hình 4.3 Mặt cat dia chan qua các giếng khoan trong mỏ khí Hừng Đông 80
Hình 4.5 Quan hệ rỗng — thấm từ số liệu mẫu lõi HD-2X, HD-3X -. 84
Hình 4.6 Kết qua do độ thắm pha khi-dau các giếng HD-2X, HD-3X và HD-4X 85
Hình 4.7 Độ thâm pha khí-dầu các giếng HD-2X, HD-3X và HD-4X sau khi trung bìnhOA 85
Hình 4.8 Thanh phan mau chat lưu tập F tại giếng HD-IX và HD-3X tương đồng nhau¬ ỐỐ 90Hình 4.9 Quy trình xây dựng mô hình địa CHẤT Set 115191511151 1151 515151515151 91Hình 4.10 Dữ liệu do địa vật lý giếng khoan tại đoạn lẫy mẫu lõi -. - 92
Hình 4.11 Quan hệ độ rỗng - độ thấm từ kết quả phân tích mẫu lõi thông thường 92Hình 4.12 Bản đồ phân bó độ thắm tập F mỏ khí Hing Đông -. - 5-5: 93Hình 4.13 Giá trị độ thâm pha dau-khi cho từng bảng - - 5 55552 5s+sz 55+: 94
Trang 16Hình 4.14 Giá trị áp suất mao dẫn cho từng bảng -¿- + 2©c+c<ccvzscrrecrreee 95Hình 4.15 Bản đồ phân bố độ bão hòa khí theo tướng đá . - 555555255: 95Hình 4.16 Lựa chon thong s6 PVT cho mé hinh thủy động - Ăn 96Hình 4.17 Ban đồ phân chia các khu vực chính của mỏ khí Hừng Đông 97Hình 4.18 Mô hình thủy động cục bộ khu vực giếng HI-IX - «<< 98Hình 4.19 Kết quả phù hợp giá trị lịch sử trước khi hiệu chỉnh mô hình 99Hình 4.20 Kết quả phù hợp giá trị lịch sử cuối cùng sau khi hiệu chỉnh mô hình 99Hình 4.21 Mô hình thủy động cục bộ khu vực giếng HID-3X . -<<<+ 100Hình 4.22 Kết quả phù hợp giá trị lịch sử trước khi hiệu chỉnh mô hình 100Hình 4.23 Kết quả phù hợp giá trị lịch sử cuối cùng sau khi hiệu chỉnh mô hinh 101Hình 4.24 So sánh kết quả mô hình toàn cục và mô hình cục bộ - - «+ 102Hình 4.25 Bản đồ phân bố giếng khai thác trong trường hợp có 30 giếng khai thác 103Hình 4.26 So sánh kết quả dự báo các mô hình 30, 23 và 20 giếng khai thác 104Hình 4.27 Bản đồ phân bố giếng khai thác trong trường hợp có 23 giếng khai thác 104Hình 4.28 kết quả so sánh hai chế độ khai thác cùng thời điểm và từng giai đoạn 106Hình 4.29 Kết quả phương án khai thác có tính tới yếu tô không chắc chan về độ thắmHình 4.30 Kết quả các phương án khai thác có tính tới yếu tổ không chắc chắn về độ
TEN thong 1177 108
Xiil
Trang 17DANH SÁCH BANG BIEU
Bang 1.1 Thành phan và tính chat vật lý co bản của các chất lưu Dau-Khi (Wall, 1982)
¬ 9
Bang 2.1 Thành phan hỗn hợp sau khi nhóm các thành phan nặng - 55Bang 2.2 Ví dụ về quy trình nhóm và hồi quy theo Whitson va Brule 56Bang 2.3 Các thông số hồi quy của từng thành phân -5- - 555+5s552cs+szcxe: 56Bang 3.1 So sánh kết quả thí nghiệm CCE chưa hiệu chỉnh với số liệu thực nghiệm 66Bang 3.2 So sánh kết quả thí nghiệm CVD chưa hiệu chỉnh với số liệu thực nghiệm 66Bang 3.3 Bảng tiêu chuẩn đánh giá chất lượng hiệu chỉnh của ConocoPhillips 70Bang 3.4 So sánh kết quả thí nghiệm CVD đã hiệu chỉnh với số liệu thực nghiệm 74Bang 3.5 So sánh kết quả thí nghiệm CCE đã hiệu chỉnh với số liệu thực nghiệm 75Bảng 4.1 Trữ lượng Khí tại chỗ và Khí đồng hành theo phương pháp Monte-Carlo 83Bang 4.2 Số lượng mẫu lõi cho các mục đích phân tích RCAL - 84Bang 4.3 các thông số co ban của quá trình thử via mỏ khí Hing Đông 86Bảng 4.4 Thông số via được sử dung cho phân tích tài liệu thử via giếng 1X, tap F 88Bảng 4.5 Thông số vỉa được sử dụng cho phân tích tài liệu thử vỉa giếng 3X, tập F 88Bảng 4.6 Các loại mẫu chất lưu thu thập được trong tập E - «s2 88Bang 4.7 Tổng lượng khí thu hôi từng giếng được phân chia theo khu vực 105Bang 4.8 Sản lượng khai thác khí và condensat trong các phương án có tính tới yếu tốảnh hưởng của độ thấm . ¿5-5252 E9S2 S239 1 EE1515 1211111111511 1111 11111111 1 cy 6 109Bang 4.9 San lượng khai thác khí và condensat trong các phương án có tính tới yếu tố
ảnh hưởng của độ liên thÔIng - <5 - <5 E3 119100 190301 gu 109
Trang 18KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮTKý hiệu
y = ty trọng riêng.
@ = hệ số acentric.p = khối lượng riêng
u = độ nhớt.
@©* = hệ số dễ bay hơi của thành phan thứ i trong pha lỏng.@Ÿ = hệ số dễ bay hơi của thành phan thứ i trong pha khíQ,, Q,= các hăng số dé tính toán các hệ số a, b của phương trình trang thái.B, = hệ số thể tích thành hệ của khí
B, =hệ số thể tích thành hệ của dau.c = hệ số thứ ba trong phương trình trạng thái ba biến.C = hệ số nén đăng nhiệt của chất lưu đơn pha
f= độ dễ bay hơi của thành phan thứ ¡ trong pha lỏng.f= độ dé bay hơi của thành phan thứ ¡ trong pha khíkị = hệ số tương quan nhị phân
Kj = tỷ số cân bằng phaKw = hệ số Watson.M = khối lượng phân tử.n = số mol của hỗn hợp.ny, = số mol của pha lỏng
ny = sô mol cua pha khí.
XV
Trang 19Pa = áp suất điểm đọng sương.Pp = áp suất điểm bọt khí.R= hang số khí (hằng số vũ trụ).Ty = nhiệt độ điểm sôi.
Tc = nhiệt độ tới hạn.
Vị, = thể tích của pha lỏng.Ve = thể tích tương đối.Vat = thé tích tai áp suất bão hòa.x; = ty lệ mol của thành phan thứ ¡ trong pha lỏng.y¡ = tỷ lệ mol của thành phan thứ ¡ trong pha khí.z¡ = tỷ số mol của thành phân thứ ¡ trong hỗn hop.Z.= hệ số nén khí
Z,, = hệ số nén của pha lỏng.Z, = hệ số nén của pha khí.Các từ viết tắt
EOS = Equation of state.CCE = Constant composition expansion.CVD = Constant volume depletion.SCN = Single carbon number.MCN = Multiple carbon number.PVT = Pressure volume temperature.NTG= Net to Gross
MBO= Modified black oil.
Trang 20MỞ ĐẦU1 Tính cấp thiết của đề tài:
Mỏ khí condensat Hừng Đông là một trong những phát hiện quan trọng trong bontring Cửu Long trong năm 2003 Việc khoan thăm dò và thâm lượng đã được tiễn hànhtại câu tạo Hừng Đông với các giếng khoan HD-1X, HD-2X, HD-3X, HD-4X vào cácnăm 2003, 2005 và 2006 Từ các thông số thu được trong quá trình thăm dò và thâmlượng, việc nghiên cứu các thông số via dé xây dựng các mô hình địa chất và mô hìnhthủy động được thực hiện nham đưa ra chiến lược khai thác thích hop trong tương lai.Thông số về PVT là một trong những thông số quan trọng để xây dựng mô hình thủyđộng, đặc biệt với đối tượng là mỏ khí condensat Do đó, thông số thí nghiệm PVTđược thu thập sẽ được phân tích, kiểm tra và mô hình hóa băng các phương trình trạngthái thích hợp (được hiệu chỉnh để phù hợp với các số liệu thí nghiệm), các phươngtrình trạng thái càng chính xác càng thể hiện đúng bản chất của chất lưu trong môi
trường vỉa Vì vậy quy trình xây dựng mồ hình ứng xử pha và ứng dụng của nó trong
mô hình thủy động lực để dự báo khai thác được chọn làm đối tượng nghiên cứu chính
2 Mục đích và nhiệm vụ của luận văn:
Mục đích nghiên cứu của luận văn: nghiên cứu lý thuyết về các phương trìnhtrạng thái Ứng dụng phần mềm PVTi cùng dữ liệu thí nghiệm chất lưu PVT dé xâydựng mô hình ứng xử pha cho mỏ khí condensat Hừng Đông Ứng dụng kết quả làmdữ liệu đầu vào dé xây dựng mô hình thủy động lực cho mỏ khí condensat Hừng Đông,từ đó tiễn hành dự báo khai thác
Luận văn giải quyết các nhiệm vu sau:
+ Xây dựng cơ sở lý thuyết về ứng xử pha, lựa chọn phương trình trạng thái EOSthích hợp dé xây dựng mô hình ứng xử pha thích hợp cho đối tượng nghiên cứu
+ Ứng dụng xây dựng mô hình ứng xử pha bang phần mềm PVTi.+ Ứng dụng kết quả xây dựng mô hình ứng xử pha vào mô hình thủy động lựcđặc tính dau cải tiễn cho đối tượng nghiên cứu là mỏ khí Condensat Hừng Đông, bén
trũng Cửu Long.+ Dự báo sản lượng khai thác cho cả đời mỏ.
XIV
Trang 213 Tình hình nghiên cứu:
Trong các mô hình thủy động lực ngoài tính chất của đá chứa thì tính chất củachất lưu mà đại diện là các thông số về PVT đóng một vai trò rất quan trọng đến độchính xác của mô hình Các thông số PVT này mô tả các ứng xử pha ở điều kiện via,trong giếng và tại điều kiện bề mặt cùng với quá trình thay đối các điều kiện ban đầucủa mỏ (sự thay đôi về áp suất và nhiệt độ via) Đối với mô hình thủy động lực đặc tínhchất lưu đa thành phan (compositional model) thì số liệu PVT càng phải được xâydựng và mô phỏng bang các phương trình trạng thái (đã được phù hợp với các số liệuthực nghiệm) một cách chi tiết hơn dé thé hiện đầy đủ sự thay đổi của các thành phantrong quá trình khai thác Việc nghiên cứu các công cụ để xây dựng thông số PVT
thông qua các phương trình trạng thái và tương quan thực nghiệm đã được thực hiện cả
trong va ngoài nước với các bài báo và báo cáo cụ thể sau:3.1 Nguyễn Vi Hùng, Hoàng Mạnh Tan, Dự đoán tính chất vật lý Dầu mỏbằng các tương quan thực nghiệm PVT, Tuyển tập báo cáo hội nghị khoa họccông nghệ “ Viện Dầu Khí Việt Nam: 25 năm xây dựng và trưởng thành”
Các tác giả đã xây dựng các tương quan phù hợp (phương trình thực nghiệm) cho
việc dự đoán tính chất PVT của dầu mỏ thêm lục địa Việt Nam qua việc phần tích hàngtrăm mẫu dau từ hai bể Cửu Long và Nam Côn Sơn (được phân tích tại phòng thinghiệm PVT của Viện Dầu Khí-VPI và Viện NCKH-TK Vietsovpetro) Dong thoithông qua các thực nghiệm được xây dựng bang cách sử dung phân tích hồi quy tuyếntính để dự báo áp suất bảo hòa, tỷ suất dầu-khí, hệ số thể tích, tỷ trọng, hệ số nén và độnhớt của dau với sai số nhỏ so với số liệu thực nghiệm tác giả cho rằng đã khắc phụcđược những nhược điểm của các nghiên cứu trước đây khi sử dụng các tương quanthông dụng như Standing, Glaso hay Vasquez va Beggs Cuối cùng các tác giả còn duara nhận định có thê sử dụng các phương trình thực nghiệm mới trong việc tính toán cácthông số PVT của chất lưu (như tính toán áp suất bảo hòa của dầu mỏ trong trường hợpkhông lay được mau ) cho các khu vực khác trên thêm lục địa Việt Nam
3.2 Nguyễn Minh Viễn, Hiện tượng tích tụ condensat vùng cận đáy giếng và chiến
lược nâng cao kha năng khai thác mo khi-condensat Trường DH Bach Khoa
ĐHQG Tp.HCM.Tác giả đã nêu được nguyên nhân hình thành condensat trong khu vực lân cận
giếng khoan do suy giảm áp suất dưới áp suất điểm sương trong quá trình khai thác và
Trang 22hậu quả của nó tác động như thế nào đến hệ số thu hồi của mỏ khí-condensat Đồngthời tác giả dé xuất sử dung mô hình số học của Wheaton va Zang (2000) để mô phỏngsự hình thành condensat trong mỏ chứa, trong mô hình này cho biết sự hình thànhcondensat hay sự thay đổi của tổng phan mole của thành phan i do áp suất thay đối làhàm số của thời gian t và không gian r Từ những biện luận của mình tác giả đi tới việcxác lập mô hình thủy động lực cho mỏ khí Bạch Kim với kết luận “Việc duy trì chế độkhai thác với áp suất đáy giếng cao hay với chế độ kéo dài thời gian suy giảm áp suấtmỏ sẽ làm nhẹ bớt những ảnh hưởng của tích tụ condensat đến quá trình khai thác cũngnhư giảm đi một lượng đáng kế thành phân nặng tích tụ nam lại trong thành hệ Mặcdù, sản lượng khai thác có giảm nhưng chỉ số khai thác của các giếng được duy trì tốtcho đến cuối khoảng thời gian khai thác, góp phan làm duy trì sản lượng ổn định và
3.4 D.I.Oˆ Reilly, University of Adelaide, Comparative PVT Simulation: Anapplication to Australasian Fluid Samples, SPE-129517.
Bài báo nêu lên kết quả so sánh độ chính xác của các phương trình trang thái(EOS) trong các thí nghiệm PVT, về mô phỏng các ứng xử pha và thể tích pha của các
XVI
Trang 23mẫu chất lưu khác nhau được thu thập tại các khu vực của nước Úc Các phương trìnhtrạng thái được sử dụng để so sánh bao gồm 9 phương trình trạng thái: Soave-Redlich-
Kwong (SRK), Peng-Robinson (PR), Adachi-Lu (AL), Patel-Teja (PT), Wenzel (SW), Esmaeilzadeh-Roshanfekr (ER), ngoài 6 phương trình trang thai thông
Schmidt-dung trén 3 phuong trinh SPR, PR va ER cai tién duoc hiéu chinh bang phan mémMATLAB được sử dụng trong mô phỏng Kết quả so sánh độ chính xác của từngphương trình trạng thái khi mô phỏng các trạng thái và thể tích pha của các mẫu chấtlưu khác nhau được kết luận:
- Đối với khí condensat các phương trình trạng thái Peng-Robinson (PR), Redlich-Kwong (SRK), Esmaeilzadeh-Roshanfekr (ER), Patel-Teja (PT) cho kết quảtương đồng với kết quả thực nghiệm Trong đó phương trình trạng thái Esmaeilzadeh-Roshanfekr (ER) với 4 biến có hiệu chỉnh cho kết quả gần với kết quả thực nghiệm
- Đối với dầu nhẹ có tính chất vừa của pha lỏng vừa của pha khí nên trạng tháipha của nó được mô phỏng qua các phương trình trạng thái khác nhau cho những kếtquả khác nhau như: Esmaeilzadeh-Roshanfekr (ER) 4 biến cho kết quả matching tốtnhất với thông số thể tích trong thí nghiệm CVD trong khi đó phương trình Peng-Robinson cải tiễn lại cho kết quả hệ số nén khí Z với sai số nhỏ nhất
3.5 A.H El-Banbi, K.A Fattah and M.H Sayyouh: New Modified Black-OilCorrelations for Gas Condensat and Volatile Oil Fluids, SPE 102240.
Bài báo nêu lên việc phát triển các công thức tương quan mới từ mô hình đặc tínhdầu cải tiến (MBO-modified black oil) và ứng dụng của nó cho các mô hình mỏ khícondensat và dầu nhẹ (ban đầu phương pháp MBO được sử dụng để mô phỏng mỏchứa với 3 thành phan chủ yếu là: khí khô, dau và nước) Trong báo cáo có 4 thông sốPVT được quan tâm khảo sát chính là tỷ số dầu-khí (Rv), tỷ số khí hòa tan-dau (Rs), hệ
Trang 24số thành hệ thé tích của Dau (Bo) và hệ số thành hệ thé tích của khí (Bg), trong đó hệsố dau-khi, thông số quan trọng trong các tính toán cân bằng vật chất và mô hình thủyđộng lực đa thành phần E300, không thể tính toán bằng các tương quan thông thườngtrong mô hình đặc tính dầu mà phải được tính thông qua các thí nghiệm trong phònglab kết hợp với các phương trình trạng thái được tính toán tỉ mỉ Đề xây dựng được các
tương quan mới (công thức thực nghiệm) các tác giả đã sử dụng phương pháp Whitson
& Torp kết hợp với 1850 giá trị từ kết quả phân tích PVT của 8 mẫu khí condensat,1180 giá trị từ kết quả phân tích 6 mẫu dầu nhẹ) để xây dựng các thông số PVT (cácthông số này phải phù hợp với kết quả thực nghiệm và phương trình trạng thái của chấtlưu) Kết quả các tương quan mới giúp cho việc tính toán 4 thông số PVT tỷ số dau-khi(Rv), tỷ số khí hòa tan-dau (Rs), hệ số thành hệ thé tích của Dau (Bo) và hệ số thành hệthể tích của khí (Bg), trở nên chính xác hơn trong các mô hình mỏ khí-condensat và
dâu nhẹ.4 Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp nghiên cứu của đề tài là dựa trên cơ sở lý thuyết về tính chất củachất lưu, các thí nghiệm PVT và các phương trình trạng thái EOS để xây dựng mô hìnhứng xử pha, ứng dụng cho đối tượng nghiên cứu là mỏ khí Condensat Hừng Đông.Ngoài ra, các công cụ có thé hỗ trợ cho việc xây dựng mô hình ứng xử pha là công cụPVTi Trong thời gian nghiên cứu dé tài, phan mềm ECLIPSE được sử dung dé phụcvụ cho quá trình xây dựng mô hình thủy động lực đặc tính dầu cải tiễn và hiệu chỉnh lạimô hình cho phù hợp với số liệu thực nghiệm
5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
Phân tích, kiểm tra dữ liệu đầu vào, nêu lên quy trình cụ thé dé xây dựng mô hìnhứng xử pha cho khí condensat với đối tượng nghiên cứu là chất lưu thu thập từ mỏ khícondensat Hừng Đông Đây là một trong những thông tin đầu vào quan trọng trong quy
trình xây dựng mô hình thủy động lực, đặc biệt với mô hình mô hình thủy động đặc
tính dầu cải tiễn.Ứng dụng kết quả xây dựng mô hình ứng xử pha làm đầu vào xây dựng mô hìnhthủy động lực đặc tính dầu cải tiễn (MBO) cho mỏ khí condensat Hừng Đông, là mộtmỏ hoàn toàn mới chưa có các thông số khai thác thực tế để đánh giá được tất cả cácrủi ro có thể gặp trong quá trình khai thác Kết quả mô phỏng bằng mô hình thủy dộnglực khi sử dụng thông số đầu vào đặc tính PVT của chất lưu được xây dựng ở trên sẽ là
XVII
Trang 25cơ sở dé dự báo khai thác từ đó đưa ra phương án khai thác sơ bộ hợp ly, đánh giá tiềmnăng khai thác của mỏ (ảnh hưởng của số lượng giếng khoan, và ảnh hưởng của cácthông số không chắc chắn đến hệ số thu hỏi).
6 Cau trúc của luận van:
Luận văn bao gồm mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung chính gồm 4 chươngva phan kết luận kiến nghị sau đây:
Chương 1: là chương cơ sở lý thuyết cho luận văn Trong chương này sẽ trình bày cácứng xử pha của các hệ hydrocacbon từ đơn giản đến phức tạp, tập trung vào ứng xửpha của khí ngưng tụ ngược và các đặc trưng của nó Ngoài ra còn dé cập đến quy trìnhlay mẫu chất lưu, các thí nghiệm PVT áp dụng cho khí condensat, các tính toán cânbằng pha, giới thiệu các phương trình trạng thái (EOS) thông dụng và các ứng dụng
của nó.
Chương 2: nêu lên quy trình xây dựng mô hình ứng xử pha một cách tổng quát.Chương 3: ứng dụng quy trình xây dựng mô hình ứng xử pha ở Chương 2 để áp dụngcho 1 đối tượng cụ thé là chất lưu mỏ khí condensat Hừng Đông, bổn trũng Cửu Long.Chương 4: ứng dung mô hình ứng xử pha từ chương 3 làm cơ sở dữ liệu đầu vào chomô hình thủy động lực đặc tính dau cải tiến (MBO) để dự báo khai thác mỏ khí
condensat Hừng Đông.
Kết luận và kiến nghị:
Trang 26CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LY THUYET
Chương 1 sẽ trình bày các ứng xử pha của các hệ hydrocacbon từ đơn giản đến
phức tạp, tập trung vào ứng xử pha của khí ngưng tụ ngược và các đặc trưng của nó.
Ngoài ra còn dé cập đến quy trình lấy mẫu chất lưu, các thí nghiệm PVT áp dụng chokhí condensat, các tính toán cân bằng pha, giới thiệu các phương trình trạng thái (EOS)
thông dụng và các ứng dụng của nó.
1.1 Lý thuyết về ứng xử pha
1.1.1 Khái niệm cơ bảnPha là các phan có cùng câu trúc, cùng trang thái, có tính chat cơ — lý — hóa xácđịnh và các pha phân cách nhau bởi các ranh giới phần chia.
Ứng xử pha là sự thay đổi pha (pha ran — lỏng — khí) dưới tác động của điều kiệnnhiệt độ và áp suất nhất định, như tỉnh thể đá (pha rắn) sẽ chuyển thành nước (phalỏng) khi nhiệt độ tăng, nếu tiếp tục gia tăng về áp suất thì nước sẽ chuyển thành hơi
1.1.2.1 Hệ đơn cau tửHệ đơn cấu tử là hệ hydrocacbon đơn giản nhất, chỉ chứa một loại nguyên tử hayphân tử (hệ sạch) Hiểu rõ mối quan hệ giữa áp suất, nhiệt độ và thể tích của hệ đơncau tử là nền tang dé nghiên cứu ứng xử pha các hệ hydrocacbon phức tap
Theo quy tắc pha, đối với hệ đơn cau tử, hai pha chỉ cần sử dụng một thông sốnhiệt độ hay áp suất dé mô tả trạng thái nhiệt động học của hệ thống Khảo sát anhhưởng của áp suất và thể tích đến ứng xử pha của hệ đơn cau tử được biểu diễn ở biểuđồ pha, hình 1.1:
Với: p,, 4p suất tới hạn
Trang 277, , nhiệt độ tới han
V,, thể tích tới hạn
=0 tại điểm tới hạn
| =0 tại điểm tới hạn
Áp 1ịST1;<1;:<1,<1u
suất Pe Điểm tới han
Hình 1.1 Biéu đồ Áp suất — Thể tích của hệ đơn cấu tửVùng bên trong của biéu dé được giới hạn bởi hai đường áp suất bão hòa BC(đường áp suất điểm bọt khí, đại diện chất lỏng bão hòa) và CA (đường áp suất điểmđọng sương, đại diện thành phân hơi bão hòa) là vùng hai pha Lỏng + Khí Vùng bêntrái của biểu đỗ là pha lỏng và bên phải là pha khí Điểm C là điểm tới hạn, tại đây tinhchất vật lý của pha lỏng và pha khí giống nhau, với áp suất và nhiệt độ tương ứng là ápsuất tới hạn p, và thể tích tới hạn V
Khảo sát hệ đơn cau tử trên biểu đồ Áp suất — Nhiệt độ (p/7 ), ta có biểu đồ pha,
hình 1.2:
Trang 281.1.2.2 Hệ hai cầu tửĐặc trưng cơ bản của hệ hai cau tử là đồng thời với sự thay đổi thành phan cấu tửthì các tính chất nhiệt động lực và tính chat vật lý sẽ có sự thay đổi tương ứng Vì théđối với hệ hai cau tử cần thiết phải xác định tỷ phần mol và khối lượng từng thànhphan trong hệ Thi nghiệm nén đăng nhiệt, sử dung piston nén một lượng xác định chấtlưu chứa hai thành phan (hai cấu tử) trong xylanh với ton thất ma sát không đáng kểnhư trên ta có biểu đồ Áp suất-Thể tích, hình 1.3:
Trang 29Thê tích >
Hình 1.3 Biểu đồ Áp suất — Thể tích của hệ hai cấu tửTiếp tục khảo sát hệ hai cấu tử trên biểu đồ Áp suất — Nhiệt độ (p/7 ), ta có biểuđồ pha, hình 1.4:
Hình 1.4 Biểu đồ Áp suất — Nhiệt độ của hệ hai cau tử
Trang 30pha có thể cùng tồn tại ở áp suất và nhiệt độ lớn hơn áp suất và nhiệt độ tới hạn Ápsuất cao nhất mà hai pha có thể cùng tồn tại là áp suất ngưng tới hạn,p,,(cricondenbar-trén giá trị áp suất này thé khí không thé tôn tại ở bat kỳ nhiệt độnào) Nhiệt độ cao nhất mà hai pha có thể cùng ton tại gọi là nhiệt độ ngưng tớihan,7.,(cricondentherm-trén giá tri nhiệt độ nay thể lỏng không thé tồn tại ở bat kỳ ápsuất nào) Nhu vậy điểm khác biệt chính giữa hệ đơn cau tử và hệ hai cau tử là điểm tới
hạn không xác định sự mở rộng của vùng hai pha.
1.1.2.3 Hệ đa cau tửHệ đa cau tử là hệ đặc trưng cho các chất lưu Dau-Khi (phần lớn là các cau tửhydrocacbon) Ung xử pha của hệ đa cau tử hydrocacbon đơn giản tương tự như ứngxử pha của hệ hai cấu tử Tuy nhiên, các hệ đa cau tử phức tạp hơn với nhiều thànhphan khác nhau thì ứng xử pha của hệ này rất nhạy cảm với sự thay đổi của áp suất vanhiệt độ Ứng xử pha của hệ đa cầu tử được biéu diễn qua biểu dé Ấp suất — Nhiệt độ
% 2100 ⁄ Pa A \ SS
“@ 2000 h ` | 5 |
a Vùng hai pha "4 [| eb e21900 2 | | 51800 A / 54O%eT “a „⁄ ị IE
Trang 31Khí Khảo sát một vài biểu đồ pha đặc trưng cho từng loại chất lưu Dau-Khi cơ bản
thái một pha khí, như hình 1.7:
Trang 32trạng thái hai pha (ở điều kiện via khí ướt ton tại dưới dạng pha khí, ở điều kiện bìnhtách một phân pha khí ngưng tụ thành pha lỏng), hình 1.8:
Đường thay đôi áp suất via
ngưng tụ ngược Cuối cùng, tại điều kiện bình tach, khí ngưng tu ngược ton tại 6 trangthai hai pha long va khi, nhu hinh 1.9:
Trang 33Pha khíĐường thay đổi | Diém
ap suat via ¡ Tới han
1.2 Đặc trưng cơ bản cua khí condensat
Đối tượng nghiên cứu của luận văn này là khí condensat, hệ chất lưu Dau-Khi cóứng xử pha và đặc trưng dòng chảy biến đổi phức tạp theo sự suy giảm của áp suất, dođó cần thiết phải nghiên cứu đánh giá các tính chất vật lý của nó một cách can thận
1.2.1 Tính chất cơ bản của khí condensatChat lưu Dau-Khi ton tại đa dang trong các thể chứa, nó có thé là khí khô (khôngchứa bat kỳ thành phan lỏng nào) cho đến chất lỏng, chất ran (nhựa đường, bitum )
Chất lưu Dầu-Khí được phân loại dựa trên màu sắc, tỷ trọng, tỷ số Khí-Dầu GOR và
Trang 34> Khí Condensate
> Dau nhe+ Dau trung bình
Hình 1.10 Biéu đồ tam giác phân loại chất lưu Dau-Khi dựa vào thành phanBang 1.1 Thành phan và tính chất vật lý co bản của các chất lưu Dau-Khi (Wall, 1982)
` x Dau nang- x ,Thanh phan trung binh Dau nhe Khi
Mêtan 48.83 64.36 95.85
Êtan 2.75 752 2.67
Propan 1.93 4.74 0.34
Butan 1.60 4.12 0.52Pentan 1.15 2.97 0.08
Hécxan 1.59 1.38 0.12C7+ 42.15 14.9] 0.42
Khối lượng phân tử C7+ 225 181 157Ty số Khi-Dau (Scf/Bbl) 625 2,000 105.000Tỷ số Lỏng-Khí 1,600 500 9.5
(Bbl/MMScf)
Ty trong API <34.3 50.1 54.7
Mau sac Xanh/den | Nâu/phớt do Không màu
Trang 35Khí condensat đặc trưng bởi tỷ số condensat-khí (CGR) từ 30 đến 300 thùng phalỏng (condensat ngưng tụ) trên một triệu bộ khối khí tại điều kiện chuẩn Độ sâu hầuhết của các vỉa khí condensat vào khoảng 5,000-10,000ft, áp suất vỉa từ 3 000-8 ,000
psi và nhiệt độ via khoảng 200-400°F.
1.2.2 Đặc trưng dòng cháy của khí condensat
1.2.2.1 Ứng xử và trạng thái cân bằng phaỨng xử pha của hệ đa cau tử khí condensat phụ thuộc vào biểu đỗ pha và điềukiện vỉa chứa Khao sát biểu đồ pha Áp suất-Nhiệt độ tiêu biểu của via khí condensat ,
Via chỉ tôn tại pha khí: tại điểm A (hình 1.11) áp suất vỉa giảm đăng nhiệt theo
đường A-A’, nhiệt độ vỉa lớn hơn nhiệt độ ngưng tới hạn (cricondentherm) nên via
không tôn tại hai pha với bat kỳ áp suất nao (pha khí không ngưng tụ thành pha lỏng)
Trang 36Via tồn tại hai pha (khí ngưng tụ ngược): tại điểm B, áp suất vỉa giảm đăng nhiệttheo đường B-B1-B2-B3, nhiệt độ via nhỏ hơn nhiệt độ ngưng tới han, áp suất via gầnvới đường đọng sương Trong quá trình giảm áp, B-BI chỉ tồn tại 1 pha khí, tại BI khíbắt đầu ngưng đọng thành pha lỏng Quá trình giảm áp tiếp tục dưới giá trị áp suấtđiểm đọng sương (BI) tỷ lệ pha lỏng tăng dan tới (B2), tại đây ty lệ pha lỏng đạt cựcđại Áp suất tiếp tục giảm từ B2 đến B3, pha lỏng hóa hơi ngược trở lại thành pha khí
(tỷ lệ pha lỏng giảm), đây chính là đặc trưng cơ bản của khí ngưng tụ ngược.
1.2.2.2 Sự thay đối ứng xử pha trong quá trình khai thácThực tế tại môi trường vỉa, quá trình giảm áp khi khí condensat được khai thác(thay đối từ trạng thái tĩnh sang trạng thái động) đã dẫn đến sự thay đổi về thành phanvà các tính chất vật lý của hệ từ đó ảnh hưởng đến đường bao pha như trong hình 1.12:
x8
Áp suât
Hình 1.12 Ảnh hưởng của thành phân đến đường bao pha trong quá trình giảm ápNguyên nhân sự thay đổi thành phan hệ (dẫn tới sự thay đối các tính chất vật lý)của khí condensat có thể được minh họa bởi hình 1.13:
II
Trang 37Giá trị tĩnh tại ô 2 cairn i Giátritnhtaiôl |
Độ bảo hoa
À
Chiều dòng chảy của hệ
C1c4C10
Hình 1.13 Mô hình thay đối thành phan khí condensat trong quá trình khai thácMô hình diễn tả sự thay đổi trong quá trình khí condensat di chuyển từ vị trí ô 1sang vị trí ô 2 cạnh nhau (mô phỏng quá trình khai thác trong môi trường vỉa) Phầntrên của mô hình thé hiện giá trị độ bão hòa dau và khí, phan dưới thé hiện tổng thànhphân của hệ (C1, C4, C10) Trong quá trình mô phỏng dòng chảy khí condensat từ vịtri ô 1 sang vị trí ô 2 chỉ phan lớn pha khí thay đối hay bị khai thác (vì tính linh độngcủa pha khí lớn hơn nhiều lần độ linh động của pha lỏng) Tuy nhiên, giá trị tĩnh ô 2 cótỷ lệ của pha lỏng và thành phan nặng (C4, C10) tăng so với giá trị tinh ban đầu nguyênnhân chính là do sự suy giảm áp suất nhiều hơn 6 1 (điều kiện cần có dé hỗn hợp dichuyển từ ô 1 sang 6 2) Chính sự thay đổi về độ bão hòa và thành phan này dẫn tới sựthay đôi về ty trọng, độ nhớt, GOR của hệ
1.2.2.3 Ứng xử dòng chảy khí condensat lân cận giếng khoanTheo Fevang (1995), có thể chia dòng chảy của khí condensat từ vỉa vào giếng
khoan thành 3 vùng cơ bản:
Trang 38- Vùng 2 (khu vực tỷ lệ pha lỏng tăng dan theo sự suy giảm của áp suất) trongkhu vực này pha khí ngưng đọng thành pha lỏng cùng với sự suy giảm của áp suất dướiáp suất điểm sương Tuy nhiên, độ bão hòa pha lỏng chưa đạt đến mức dé hình thànhdòng chảy do đó trong quá trình khai thác chỉ có pha khí tham gia vào dòng sản phẩm
- Vùng | (khu vực lân cận giếng khoan) khu vực áp suất suy giảm nhanh, độ bãohòa pha lỏng tăng cao đến giá trị ngưỡng, một phần pha lỏng bắt đầu tham gia vàodòng chảy khai thác làm suy giảm tỷ phần dòng chảy của pha khí (hình 1.15) Trongkhu vực nay cả pha khí và pha lỏng cùng tham gia vào dòng sản phầm
Trong từng khu vực sự thay đổi về áp suất vỉa cũng như thành phân của hệ trongquá trình khai thác dẫn tới sự thay đổi về độ bão hòa dau và độ linh động của các phaKhí — Long như minh họa theo biéu đỗ sau:
13
Trang 39os Vung 1 : Vùng 2 ' Vùng 3
= : o
„0-8 ‘Khu vực lân cận giếng khoan! Khu vực tỷ lệ | Khu vực đơn pha khí
Š pha lỏng gia tăng,
Ban kinh (fi) |
= 02+ ye “NI | 410 =
rot : oy ey | <O
-E- D6 linh động của Dau LẦN | x— Dé linh đông của Khí0 L L pu LtrÌ L L LÔ Lai] | THẺ icp Lm tBH—=—n eee BO Saget 0
1.2.2.4 Hiện tượng tích tụ condensat vùng cận đáy giếngTrong vùng cận giếng khoan (vùng 1) độ suy giảm nhanh của áp suất dẫn tới sựngưng tụ pha lỏng (sự tích tụ của các thành phần nặng) ngày càng nhiều của khícondensat trong các không gian lỗ rỗng của thành hệ Sự tích tụ này (có thể chiếm mộtphân hay hoàn toàn không gian rỗng) gây nên sự cản trở dòng chảy đối với các thànhphan nhẹ (pha kh, làm giảm độ linh động cua pha khí (hình 1.15) anh hưởng đến hệsố thu hồi sản phẩm của vỉa, hiện tượng này được gọi là hiện tượng tích tụ condenatetại vùng lân cận đáy giếng khoan
Trang 40r3 eud uop Sun, P
13 eyd uop Sun,
LO
“h Ấh Ah 46 4l WB SN dh lo ẲR 9 dc ch WB 20 4l 46 99 906 HERE RAR DH- * 17.5;
Hình 1.16 Biểu đồ mô tả sự hình thành condensat tích tụ vùng cận đáy giếngSự hiểu biết về quá trình tích tụ condensat trong các vỉa khí condensat, đặc biệt làcác vỉa có hệ thông độ thắm trung bình kém, giá trị áp suất điểm sương gan với áp suấtvỉa sẽ giúp nhà quản lý có thể đưa ra được các kế hoạch khai thác phù hợp nhăm hạnchế sự suy giảm hệ số thu hồi sản phẩm do hiện tượng nay gây ra
Nhu vay, sự hiệu biét một cách cơ bản các ứng xử pha trong cùng | chat lưu, đặcbiệt tại khu vực lân cận giêng khoan và các rủi ro của nó là điều rat quan trọng can lưuý, trước khi tìm hiệu sâu thêm vê những biên đôi này băng các thí nghiệm PVT.
1.3 Các phương pháp lay mẫu và các thí nghiệm phân tích PVT1.3.1 Các phương pháp lấy mẫu chất lưu
Mẫu chất lưu (được xem là đại diện của chất lưu via) là dit liệu đầu vào quantrọng nhất của các thí nghiệm phân tích PVT và phân tích thành phan Do đó quy trìnhvà kế hoạch lay mẫu hợp lý cho từng loại chất lưu, cùng với điều kiện thiết bi phù hợp
sẽ mang lại thông tin chính xác và đáng tin cậy hơn.
Có hai phương pháp lẫy mẫu chất lưu cơ bản: phương pháp lẫy mẫu đáy giếng vàphương pháp lay mẫu bề mặt Việc lựa chọn phương pháp lấy mẫu phù hop sẽ phụthuộc vào các yếu tố sau:
- Dung tích mâu cân lây.- Loại chât lưu vỉa cân lây mâu.- Mức độ suy giảm áp suât vỉa.
15