Với mục tiêu xử lý bài toán nâng caohiệu quả khai thác bằng công cụ mô hình hóa trên cơ sở phân tích hệ thống khaithác tích hợp, nghiên cứu này đã xây dựng mô hình khai thác cụm giếng mỏ
Các phương pháp có thé áp dụng dé nâng cao hiệu quả khai thác với mỏ X 9
Phương pháp tác động vào vỉa và giếng - ¿55 5s+c+csccezeccee 9
Nhóm phương pháp nay chủ yếu là thu hồi dầu tăng cường (EOR), đặc trưng là tăng cường hiệu suất quét hoặc đây hoặc ca hai nhằm bố sung năng lượng via, tăng điều kiện thu hồi nhờ sự tác động vào chất lưu vỉa (Hình 2.1) Trong đó một số phương pháp sau được áp dụng phổ biến.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Phương pháp này đã được ứng dụng khá rộng rãi cho việc nâng cao hiệu quả khai thác và duy trì thời gian khai thác đối với các mỏ trưởng thành Mục tiêu chính của phương pháp này là duy trì tỷ số thay thé (voidage replacement ratio VRR) lớn hơn 1, dé giữ cho áp suất vỉa lớn hơn áp suất điểm bọt khí (Bubble point pressure), tối ưu hiệu suất của bơm ép nước Đề làm được vậy, việc việc xem xét thiết kế sơ đồ vị trí bơm ép , quan lý theo dõi lưu lượng nước bơm ép va việc kiểm tra sự thay đối của dòng chất lưu khai thác được là rất quan trọng.
Hiệu quả của phương pháp này đã được kiểm chứng cụ thể đối với mỏ ở Gulf — Thailand (hình 2.2), sản lượng dầu gia tăng chiếm khoảng 10% tổng lượng dầu khai thác và đóng một vai trò quan trọng trong việc giảm hệ số suy giảm sản lượng khai thác hang năm từ 37% xuống còn 13% trong năm 2011 1.
Tăng độ nhét cia nudc |= at ằ Bơm ộp hơi nước
Tăng cường hiệu suất quét ác
Giảm độ nhớt của dầu ⁄ Đốt tại chỗ Ì — Bơm ép CO,
) Sử dụng chất lưu đẩy có / khả năng trộn lẫn ờng hi i ⁄“ II Giảm sức căng bề mat
Tăng cường hiệu suất đẩy — cita cac chat liu
\` tính bể mặt Ý Thay đổi tính dính ướt của đá via
DS Dùng các chất kiểm
Hình 2 1 Các phương pháp tác động vào via để nâng cao hiệu quả khai thác !°!!
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
PMIWB/E/G Waterflood Producers Daily Allocated Performance
= = —— : : = = + wi ỡ ô ss vt wt oe vộ ô â’ cŠ â” ‹Ê về ve” AS c NG v _ o +
GR |- = re mental we ~ — — Tote Primary
Total ir-vection Rate Total Welle Water Frocuction Rate
Hình 2 2 Hiệu quả của phương pháp bơm ép nước đổi với mỏ Gulf — Thailand !* Ưu điểm: Hệ số thu hồi dầu cao, thời gian khai thác được kéo dài nhờ việc bổ sung nguôn năng lượng cho vỉa.
Nhược điểm: Phương pháp này đòi hỏi sự đầu tư nghiên cứu nếu không dễ bị hiện tượng hình thành lưỡi nước, gây tác động ngược đến hiệu quả khai thác Ngoài ra, chỉ phí đầu tư cho dự án bơm ép nước rất lớn so với các phương pháp khác.
Phương pháp này được áp dụng đối với các via có mũ khí, dau có độ nhớt nhỏ, nguồn khí có san tại chỗ, và việc áp dung bơm ép nước là không khả thi (Hình 2.3) Có hai phương pháp bơm ép khí là: bơm ép khí trong via (Internal gas injection) và bơm ép khí ngoài vỉa (External gas injection) tùy thuộc vào điều kiện và đặc điêm cua via.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết oil producing well gas injection well
= > a wv oil Ưu điểm: Tăng hệ số thu hồi dầu, kéo dai thời gian khai thác nhờ việc bé sung nguôn năng lượng cho vỉa.
Nhược điềm: Phụ thuộc vào nguôn khí có săn cũng như công suât hữu hạn của máy nén khí Chi phí dau tư lớn.
2.1.1.3Phương pháp can thiệp vào giếng (Non-rig intervention) 1;
Phương pháp này chủ yếu can thiệp giếng hoặc sữa chữa giếng (Workover) như phương pháp nứt via thủy lực hoặc “wireline operation” nhằm mục dich cải thiện một số tính chất của vỉa như cải thiện hệ số nhiễm ban thành hệ, độ thấm, , ; hoặc thay đổi một số đặc điểm thiết kế của giếng như thay đổi vị trí đặt van sâu gaslift, thay đối tang san phâm được khai thác, băn mở vỉa các tâng sản phâm khác
Phương pháp nứt vỉa thủy lực ứng dụng đối với ba (3) giếng mỏ Kitina từ 3/2007 đến tháng 6/2007 nhằm cải thiên độ thắm của vỉa, kết quả thu được là sản lượng khai thác đã tăng 2-3 lần so với trước khi áp dụng.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Phương pháp không tác động vào vỉa và giếng - 5+: 13
Đặc trưng của phương pháp này là không tác động vao via làm thay đối tinh chất của via cũng như chất lưu Băng việc áp dụng các biện pháp về kỹ thuật, công nghệ dé nâng cao hiệu quả khai thác của mỏ. Đối với mỏ X, phương pháp phô biến hiện nay có thé áp dụng là làm giảm chênh lệch áp suất giữa via va đáy giếng, kích thích và gia tăng dòng chất lưu chảy vao giếng, qua ống khai thác và lên bề mặt Có hai biện pháp chính: bơm điện chìm và hệ thông giảm áp suất bề mặt.
2.1.2.1Bơm điện chim ESP TM!:
Bom điện chìm (hinh 2.4) là một thiết bị bao gồm một mô tơ điện gắn liền với một bơm và các thiết bị bảo vệ của nó, toàn bộ được đưa xuống giếng thông qua ống khai thác Chức năng của nó là bố sung năng lượng dé đưa dòng chất lưu từ via lên bề mặt, gia tăng chỉ số khai thác (Production Index PI) Tùy thuộc vào điều kiện hoạt động của từng giếng bao gồm áp suất, nhiệt độ, GOR, mà ta có thé tính toán lựa chọn kích cỡ, kha năng hoạt động của bơm điện chìm phù hợp Hình 2.5 là đường cong về khả năng hoạt động của bơm điện chìm điên hình.
Dé vận hành bơm điện chìm, ngoài các bộ phận chính ở lòng giéng, cần có một hệ thống thiết bị bề mặt tương ứng (Hình 2.6) và một số thiết bị khác.
Bơm điện chìm thường được áp dụng đối với các giếng có sản lượng khai thác lớn (thường lớn hơn 500 thùng / ngày đêm) Ngoài ra, bơm điện chìm thường được lắp đặt trên vùng ban mở via dé tránh sự ảnh hưởng của vận tốc dòng chất lưu đến bơm (Hình 2.7) Việc xem xét độ sâu đặt bom, nhiệt do, điều kiện hoạt động của bơm ứng với những điều kiện lưu lượng dòng chảy khác nhau là rất quan trọng khi tính toán thiết kế bơm điện chìm.
Hiệu quả của việc áp dụng bơm điện chìm được minh họa trong hình 2.8.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết duper Dee Sutace Power Pag
7tằ) Cota Pueet) Hole Check Velve a > TM~
Hình 2 4 Hệ thong bom điện chìm điền hình !“
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
GN7000 60 Hz / 3500 RPM Pump Performance Curve 540 Series * - 1 Stage(s) - Sp Gr 1.00
REDA Production Systems Nionina)ieuoine Ceamesor es he ARAN Brake Horsepower 's=t = ma Owength anole
Shatt Diameter 1.000 inches Housing Burst Pressure Limit Standard 9000 psi Shalt Cross Sectional Area 9788 sq.Ín uttress 6000 psi
Rev A Minimum Casing Size 6625 inches Welded 6000 ps!
Feet Saas Ba B.E.P Hp Eff
Qs89 H1.64 P=2.59 ae “ (v.v v.v E = 66.55 ó5 0% as a ets fA | | No Sàn
Hình 2 5 Đường cong biểu hiện khả năng hoạt động của bơm điện chim điển hình !“
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Hình 2 7 Sự áp dụng bom đện chìm !*Ì
Ja+z3 N1 ô Jang? Jamgg Jzr Jz-6 Jan-05
Hình 2 8 Biểu đô minh hoa hiệu quả của việc áp dụng bơm điện !“
Chương 2: Cơ sở lý thuyết Ưu điểm: e Có thé áp dụng ở áp suất đáy giếng thấp e Có thé áp dụng đối với các giếng xiên, định hướng e Có thé áp dụng trong những điều kiện không thuận lợi như ăn mòn, scale băng các vật liệu thích hợp
Nhược điểm: Hạn chế lớn nhất đối với bơm điện chìm là điều kiện nhiệt độ, cụ thé: e Nhiệt độ giới hạn cua cáp điện phải được xác định và cân nhac trước. e Su có săn của hệ thong năng lượng cung cap e Khi vận hành bơm ở một tốc độ 6n định sẽ giới hạn sự linh động lưu lượng dòng sản phầm e Han chê về hàm lượng khí, chat ran dén công suat bom và các thiệt bi của bơm e Chi phí đầu tư cao so với phương pháp giảm áp suất bề mặt
2.1.2.2Giam áp suất bề mặt bang hệ thống thiết bị bề mặt phụ trợ #
Như ta đã biết, giảm áp suất bề mặt sẽ làm giảm áp suất chênh lệch giữa vỉa và giếng, kích thích làm tăng dòng chất lưu chảy vào giếng Tuy nhiên dé làm được điều đó, cần có sự hỗ trợ từ hệ thống thiết bị bề mặt với một loạt các tính toán thiết kế đảm bảo sự hoạt động ồn định của toàn bộ hệ thống từ via (khả năng sinh cát do tăng chênh lệch áp suất giữa via và đáy giếng), hệ thống ống khai thác, hệ thông gaslift nếu có, khả năng đáp ứng của hệ thống thiết bị bề mặt.
Hệ thống thiết bị bề mặt có thể là: Low Pressure System (LPS) bao gồm một bình tách hai pha hai (2) pha lỏng — khí, một máy bơm ly tâm, một máy nén khí (Hình 2.6) hoặc bom ly tâm đa pha (Hình 2.7)
Phương pháp nay được áp dụng khi áp suất ngược (Back-Pressure) của hệ thong thu gom bề mặt (Trunkline Pressure) lớn hơn áp suất của bề mặt tại đầu giếng (Tubing Head
Pressure) Luc này các giêng sẽ được đưa vào hệ thông ho trợ giảm áp suât bê mặt, khí từ
Chương 2: Cơ sở lý thuyết các giếng có thể được thu hồi và tái sử dụng cho hệ thống gaslift, mà không ảnh hưởng đến hệ thống thiết bị khai thác hiện hữu. Ưu điểm: Hệ thống thiết bị bị mặt có tính linh động cao, dễ lắp đặt và chỉ phí đầu tư không lớn và đặc biệt không ảnh hưởng đến hệ thông khai thác hiện hữu.
Nhược điểm: Hệ số thu hồi không quá cao so với các phương pháp tác động vào vila.
Hình 2 10 Bơm ly tâm đa pha điển hình [Nguôn: http://indusoag.com/index.php/2015/11/10/eistritz-supporting-the-oil-and-gas-industry-across-the-gcc/]
2.1.2.3Giới thiệu sơ lược về hệ thống LPS:
Cau tao và chức năng: Hệ thống LPS là một hệ thống thiết bị bề mặt có tính linh động cao, được áp dụng cho mục đích gia tăng sản lượng dòng vào của chất lưu băng cách tạo sự chênh lệch áp suất lớn hơn, kích thích dòng chất lưu chảy vào hệ thống Hệ thống LPS bao gồm bình tách, máy nén khí, và bơm, sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ thong LPS được minh họa trong hình sau:
Pha Khí Đa pha Đa pha
Hình 2 11 Sơ đồ hệ thong LPS
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Nguyên lý hoạt động: Dòng chất lưu đa pha vào hệ thống LPS, trước tiên sẽ tập trung tại bình tách 2 pha, tại đây pha lỏng (dầu và nước) và pha khí sẽ được tách ra, pha lỏng sẽ được bơm bơm thắng vào hệ thống đường ống thu gom, pha khí đi qua máy nén khí và được nén lên áp suất đủ lớn, sau đó hòa chung với pha lỏng đi vào hệ thống đường ống thug gom.
Phương pháp phân tích hệ thống khai thác - esses 20
Giới thiệu chung về phương pháp Ít: lÕÌ, 2s s+s+ +s+s+E+£E+Ez£z£xzxrcee 20
Phương pháp mô phỏng hệ thống khai thác tích hợp, hay còn gọi tắt là mô phỏng tích hợp, là một công cụ để mô phỏng hệ thống khai thác từ vỉa lên đến bé mặt (Subsurface to surface), cho biết được sự tương tác giữa via, giếng, hệ thống các thiết bị bề mặt trong cùng một môi trường tích hợp Từ đó, sẽ giúp ta có thé khảo sát, phân tích hoạt động của hệ thông.
Việc xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống khai thác tích hợp bao gồm các yếu tô như sau: e M6 hình vỉa hay còn gọi mồ hình dòng chảy trong via e Giếng và hệ thống thiết bị bề mặt giúp xác định tốn hao áp suất trong quá trình chất lưu chảy qua các thiết bị bé mặt (Đường ống, côn khai thác, bình tách, ). Thực chất của việc xác định này là xác định động thái của dòng chảy chất lưu trong giếng và hệ thống thiết bị bề mặt
Từ các mô hình đó (Mô hình via, giếng, hệ thống bề mặt) sẽ được tích hợp với nhau và được giải nhằm xác đỉnh được sự cân bằng của toàn hệ thống từ vỉa đến bề mặt Ngoài ra, hệ thống khai thác tích hop còn có thé mở rộng để xem xét ảnh hưởng của các yếu tô khác như các thiết bị bề mặt xử lý các thành phân riêng lẻ dau, khí, nước, ảnh hưởng của các mỏ lân cận.
Một số lý do cho việc áp dụng phương pháp mô phỏng hệ thống khai thác tích hợp trong thực tế như sau: e Phản ánh được tác động thủy lực của các thiết bị khai thác trên bề mặt lên kha năng khai thác của vỉa e M6 tả được ảnh hưởng của việc bơm ép gaslift, bom, máy nén va cả côn khai thác lên via e_ Có thể xác minh được một số van đề có thé xảy ra với đường ống như tích tụ wax hay sự hình thành hydrate trong quá trình khai thác
Chương 2: Cơ sở lý thuyết e Xem xét tương tác của một hệ thông nhiéu vỉa khai thác chung trong một hệ thống thiết bị bề mặt
Hình 2.8 mô phỏng một hệ thống khai thác tích hợp điển hình từ vỉa, giếng và hệ thống thiết bị bé mặt.
Hình 2 12 Hệ thong khai thác tích hop từ via lên đến bê mặt
Các đặc điểm của mô phỏng hệ thống khai thác
Mô phỏng hệ thống khai thác tích hợp nghiên cứu dòng chảy của chất lưu từ vỉa vào giếng, dòng chảy trong giếng và hệ thống thiết bị bề mặt Phương pháp phân tích điểm nút được sử dụng cho việc phân tích dòng chảy trong hệ thông khai thác tích hợp Đầu vào của nút bao gồm các bộ phận trước nút (via hoặc vỉa - hệ thống ống khai thác), đầu ra của nút bao gom các bộ phận sau nút (ông khai thác - hệ thống thiết bị bề mặt hoặc chỉ có hệ thống thiết bị bề mặt) Các bộ phận trước nút và sau nút khác có thé khác nhau tùy thuộc vào vi trí nút được chọn trong hệ thống (Hình 2.9) Mối liên hệ giữa lưu lượng và áp suất trong từng bộ phận của hệ thống khai thác tích hợp hay tại mỗi nút là hoàn toàn xác định Mối liên hệ này phải thỏa mãn các điều kiện sau: e Tại một điểm nút xác định thì lưu lượng vào phải bằng lưu lượng ra e Tại một điểm nút xác định thi chỉ tồn tại một và chỉ một giá tri ap suất
Như vậy, tại một điểm nút xác định sẽ tôn tai dong vào nút và dong ra nút, điểm giao nhau của đường dòng vào và đường dòng ra chính là điểm làm việc của hệ thông khai thác tích hợp và quá trình xác định điểm làm việc này chính là quá trình xác định trạng thái cân băng của hệ thống tích hợp.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết kK AP,= (Pwh 7 Pep) —|
> 0 No = : v 5, AP3= Pwe - Pwh Loss across completion
Lựa chọn điểm nút trong hệ thống khai thác tích hợp
Hai vị trí điểm nút thường được xem xét lựa chọn cho việc phân tích hệ thống khai thác tích hợp là ở đầu giếng (Pwh) và ở đáy (Pwf) (Hình 2.9).
Trong trường hợp điểm nút tại đầu giếng, vỉa và hệ thống khai thác tạo ra đường dòng vào nút Tuy nhiên, mô hình dòng chảy trong vỉa chỉ xác định được dòng chảy trong vỉa và từ vỉa vào giếng Mô hình dòng chảy từ đáy giếng lên điểm nút ở đầu giếng cần phải sử dụng thêm các bảng VLP (Vertical Lift Performance) thể hiện dòng chảy trong ống và khi đó việc sử dụng mô hình dòng chảy trong giếng dé tính toán tốn hao áp suất của dòng chảy từ đáy giếng lên bề mặt sẽ bị loại bỏ Còn đường dòng ra nút sẽ được tính toán bằng mô hình dòng chảy trong hệ thống thiết bị bề mặt Tuy nhiên, việc sử dụng các bảng VLP đối với từng giếng cụ thé chỉ mang tính tương đối va độ chính xác không cao bởi vì điều kiện khai thác sẽ không giống nhau trong suốt đời mỏ, tính chất chất lưu trong ông khai thác cũng thay đối đáng kể trong suốt đời mỏ. Đối với điểm nút là ở đáy giếng, dòng vào nút được hình thành chỉ bởi dòng chảy trong via và từ vỉa vào giếng Còn dong ra nút là dòng chảy trong giếng và trong hệ thống thiết bị bề mặt Khi đó, ta sẽ sử dụng mô hình dòng chảy trong giếng để mô ta dòng chảy trong ống khai thác, việc sử dụng các bảng VLP sẽ được bỏ qua Do đó, sẽ hạn chế được các nhược điểm khi điểm nút là ở đầu giếng Thêm vào đó, khi chọn điểm nút là đáy giếng, những van dé của dòng chảy trong ống khai thác có thé được xác định và dự báo như hiện tượng sinh wax, sự thay đổi các chế độ dòng chảy trong ống khai thác.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Nhu đã dé cập ở trên, đối với dòng chảy trong via sẽ được giải bằng phương trình dòng chảy chất lưu đa pha trong via hay phương pháp mô phỏng số (Numberical simulation) Còn mô hình dòng chảy trong giếng và trong hệ thống thiết bị bề mặt thì được đại diện bằng các phương trình dòng chảy trong ống thông qua các công thức thực nghiệm.
Trong luận văn, với mục đích là đánh giá ứng xử của vỉa giêng đôi với việc thay đôi áp suât bê mặt, từ đó đánh giá lựa chọn biện pháp nâng cao hiệu quả khai thác, tác giả sẽ chọn điêm nút là “đáy giêng”.
Hoạt động của một giếng được đánh giá thông qua hai yếu to:
* Kha năng cung cấp của via hay còn gọi là đặc tính dòng vào (Inflow
Performance Relationship — IPR) v Khả năng khai thác san phẩm của hệ thong khai thác từ giéng lên bề mặt hay còn gọi đặc tính dòng ra (Outflow Performance Relatiónhip — TPR or Vertical Lift Performance — VLP) Điểm chung của hai yếu tổ trên sẽ cho ta biết hoạt động của giếng như đã dé cập ở trên.(Hình 2.11)
BOTTOM HOLE PRESSURE AS A FUNCTION OF FLOWRATE
PRODUCTION POTENTIAL AS A FUNCTION OF PRODUCTION RATE seen les PRESSURE ee ——
Hình 2 14 Hoạt động của giếng với điểm mit là đáy giếng ©!
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.2.4 Đường đặc tính dòng vào IPR °t 8
Mô hình dòng chảy trong vỉa hay còn gọi là mô phỏng vỉa là một sự kết hợp giữa các phương trình toán học, các định luật vật lý, kiến thức về công nghệ mỏ và chương trình máy tính để tạo ra một công cụ phan mềm nhằm xác định hoạt động và đưa ra các dự báo dưới các điều kiện khác nhau.
Các thông số can thiết cho quá trình mô phỏng via bao gồm: các tinh chất của via và các tính chất PVT của chất lưu vỉa Các loại chất lưu trong vỉa thường được phân loại dựa vào hệ số nén đăng nhiệt và gom 3 loại: chất lưu không nén được, chất lưu ít nén và chất lưu chịu nén.
Các chế độ dòng chảy trong vỉa thường được dé cập bao gồm: dòng chảy 6n định, dòng chảy không 6n định, và dòng chảy giả 6n định Dựa vào thành phan chất lưu trong via, dòng chảy có thé là đơn pha (dau, khí hoặc nước); hai pha (dầu-nước, dau-khi, khi- nước) va đa pha (dầu-khí-nước) (Hình 2.1 1).
Dry Gas Ỳ Pas T; i Gas Condensate C
Hình 2 15 Giản dé pha của các loại chất lưu 2.2.4.1Các phương trình co ban 7!
Phương trình Darcy là một phương trình tương quan quan thực nghiệm thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng dòng chảy trong môi trường lỗ rỗng và có sự chênh lệch áp suất (Hình 2.12) Đối với dòng chảy đơn pha, phương trình Darcy được biểu diễn dưới phương trình vi phân:
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Trong đó: q : lưu lượng k : độ thâm
A : tiết điện mặt cắt ngang dòng chảy dp/dL : gradient áp suất
LU : độ nhớt của chat lưu
Hình 2 16 Hình minh họa cho công thức Darcy
> Phương trình liên tục Đây là một dạng của phương trình cân bằng vật chất và tuân theo định luật bảo toàn khói lượng được ứng dụng cho việc tính toán một lượng chất lưu đối với một nút xác định bao gom luong chat luu di vao, lượng chất lưu đi ra và lượng chất lưu còn lại trong vỉa
Mi, Mo : lần lượt là khối lượng dòng vào va dòng ra tại nút dang xét m; khối lượng từ dòng vào giếng bơm ép, hay dòng ra giếng khai thác mạ : khối lượng chất lưu còn lại tại nút đang xét
> Phương trình trạng thái vật chất
Biểu hiện của đá chứa cũng như chất lưu trong suốt quá trình khai thác thường được thé hiện thông qua các phương trình trạng thái.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết Đôi với đá chứa: sự biên đôi của đá chứa theo áp suât thê hiện qua định nghĩa sự nén chặt của thành hệ.
“ |) (29) Đối với chat lưu là pha long: sự biến đổi của chất lưu theo áp suất cũng được thé hiện qua định nghĩa độ nén của chất lưu Chất lưu là pha lỏng có thể là dầu hoặc nước.
_ lye _ ơ aed (2-4) Đối với chat lưu là khí: phương trình trạng thái khí sẽ được sử dụng.
Hình 2 17 Phân loại chất lưu 2.2.4.2Các yếu tổ anh hưởng đến đường IPR ®! a) Cơ chế khai thác
Nguồn năng lượng để đưa dòng lưu chat từ vỉa vào giếng có vai trò đặc biệt quan trọng đến khả năng cung cấp của vỉa, và các biện pháp nâng cao hiệu quả khai thác về sau được áp dụng Có ba cơ chế tự nhiên chính là cơ ché khí hòa tan, cơ chế mũ khí và cơ chế tầng nước đáy Trong nhiều trường hop, cơ chế khai thác một vỉa có thé là sự kết hợp của hai hay nhiều cơ chế năng lượng trên.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết b) Chênh áp giữa vỉa và giếng
Với áp suất vỉa dưới điểm bọt khí, drawdown hay lưu lượng khai thác càng lớn thì độ dốc của đường IPR sẽ càng lớn (hay chỉ số khai thác PI), cụ thé là độ nhớt pha dau giảm do tỷ số khí hòa tan trong dau giảm. c) Hiệu ứng skin
Hiệu ứng skin mặc dù chỉ ảnh hưởng bời một bán kính rất nhỏ ở vùng cận đáy giếng nhưng lại có ảnh hưởng rat lớn đến đường dòng vào IPR Trường hợp nhiễm ban thành hệ (S>0), lưu lượng khai thác giảm đáng kế với cùng drawdown so với trường hợp thành hệ không nhiễm ban (S=0) Trường hop các giải pháp kích thích và xử lý vùng cận đáy giếng được áp dụng (S 9000 ft | Nghiêng >70% 1000-5000 Mukhajee Brill, Begg & Brill
Thang < 1000 Mukhajee Brill, Hagedorn Brown
00 | aang |30%-70% [ 1000-5000 Okiszewski Độ sau Tuong quan tot nhat
Tuy nhiên, do luận văn sé áp dụng phan mềm chuyên ngành IPM — PROSPER để xây dựng đường đặc tính dòng ra của giếng, nên việc xây dựng đường TPR/VLP sẽ dựa trên các công thức tương quan áp dụng đối với dòng đa pha trong cơ sở lý thuyết ứng dụng của IPM.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.2.5.1Các chế độ dòng chảy trong ống khai thác 8Ì
Chế độ dòng chảy trong đường ống là cơ sở tất yếu đối với việc dự đoán tôn hao áp suất trong đường ống Khác với dòng đơn pha, chế độ dòng chảy chỉ đơn giản là chảy tầng (Laminar Flow) hoặc chảy rồi (Turbulent Flow), chế độ dòng chảy đối đa pha phức tạp hon, có thé là chảy trong ống thăng đứng hoặc chảy trong ống nam ngang Đối tượng nghiên cứu mỏ X, gôm các giếng thăng đứng nên các tương quan dùng cho việc tính toán đối với ống nằm ngang sẽ không được dé cập đến.
Flow Patterns in Vertical Upward Flow
Hình 2 22 Chế độ dòng chảy trong đường ong đứng |!
Flow Patterns in Horizontal (pipe) Flow
Hình 2 23 Chế độ dòng chảy trong ống ngang '°!
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.2.5.2Các tương quan dòng chảy trong ống khai thác ! a) Phương pháp Hagedorn Brown
Phương pháp này đã được phát triển dựa trên các dữ liệu thực nghiệm tốn that áp suất và lưu lượng từ các giếng có độ sâu 1500 ft với đường kính ngoài từ 1-1/4” đến 2- 7/8” Một khoảng rộng lưu lượng lỏng và ty lệ khí-lỏng được tổng hop và thay đổi độ nhớt pha lỏng với hai thành phan dầu nước đã được nghiên cứu Tỷ lệ lỏng hold up Hi được tính băng một tương quan trong đó hệ số ma sát dòng hai pha được xác định băng giản đồ Moody và số Reynold dòng hai pha Các bước xác định Hi như sau:
2 Ước tính giá trị ban đầu cho H;
3 Tính số Reynold và xác định hệ số ma sát dòng hai pha bằng giản đồ Moody dP _ (dP
4 Tinh (=) va (=) dL/f adL/ Acl dP AP dP dP dP\ g- dL 2EI AL dL7 aL/ Aci dL/EI g
6 Tớnh H; = (0s — ỉ;)/(0„ — Pg) và so sỏnh với Hz, lặp lại từ bước hai đến khi kết quả hội tụ.
Phương pháp Hagedorn Brown là một trong những phương pháp được chọn sử dụng rộng rãi nhất đối với dòng chảy của giếng với ống thang đứng. b) Phương pháp Duns & Ros
Phương pháp này được phát triển dựa trên các kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm ở điều kiện áp suất thấp với lưu chất khí/dầu/nước cho dòng chảy hai pha trong ống thăng đứng dài 10m đường kính 1.26” — 3.15” Ba chế độ chảy được định nghĩa và một giản đồ chế độ dòng chảy đã được xây dựng dựa trên các giá tri vận tốc bề mặt
(superficial velocity) pha long va pha khí với như sau (Hình 2.23): e Ving I - Chế độ bọt khí: Pha lỏng là pha liên tục, pha khí di chuyển gián đoạn ở dạng bọt khí hay nút khí. e Vùng II — Chế độ chảy gián đoạn (slug flow): cả hai pha lỏng và khí đều là pha
Chương 2: Cơ sở lý thuyết gián đoạn e Vùng III- Chế độ sương mù (Mist flow): pha khí là pha liên tục, pha lỏng di chuyển dưới dạng các giọt phân tán hay các màng lỏng quanh đường kính trong ông.
Phương pháp Duns & Ros được ứng dụng cố độ tin cậy cao trong trường hợp dòng chảy có tỷ lệ nước thấp.
Duns & Ros Flow Regime Map
01 PLUG FLOW HEADING As /u, Increases, heading / ấn Tá HA
, AZ regime may range up to FÁ MIST FLOW.
RN = Dimensionless Gas Velocity Number
FN = Dimensionless Liquid Velocity Number
Hình 2 24 Giản đô chế độ dòng chảy theo Duns & Ros c) Phương pháp Orkiszewski
Orkiszewski đề xuất sử dụng phương pháp Duns và Ros cho chế độ chảy dạng sương mù (Mist flow) trong khi lý thuyết Griffith —Wallis áp dụng cho dòng chảy dạng bọt khí và chảy gián đoạn Chế độ dòng chảy trong giếng thăng đứng được chia thành bôn dạng với các điêu kiện biên tương ứng như sau:
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Bang 2 2 Điêu kiện biên các chế độ chảy Orkiszewski
Chế độ chảy Mô tả trạng thái Điều kiện biên
Sui bọt Pha lỏng liờn tục với bọt khớ phõn tan qg/qt< ỉ qg/q:> ỉ
Nut (Slug) Nut long va nút khí, không pha nào liên tục
RN,, > (50 + 36N,,) Chuyén tiếp Pha lỏng liên tục dan dan bị gián đoạn
RN,, < (75 + 84Nÿ.”°) lv Sương (Mist) | Pha khí liên tục với các giọt long dạng sương | RNjy > (75 + 84N,."°)
2.2.5.3Xác định ton hao ap suất trong ống khai thác PÌ
> Liquid holdup Đối với dòng chảy đa pha trong đường ống khai thác, sự phân bố mỗi pha trong đường ống thường khác nhau do sự chênh lệch tỷ trọng giữa chúng Đặc trưng cho đặc tính này là “liquid holdup”, được xác định bởi công thức:
Hệ số không trượt (No — slip fraction) cua mỗi pha có thể xác định khi biết được lưu lượng mỗi pha như sau:
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Hình 2 1 Các phương pháp tác động vào via để nâng cao hiệu quả khai thác !91
Hình 3 1 VỊ trÍ 10 ÄỶ ĂĂ cccc 27 Q11 112011111111 H TK TK nà cu 48
Hình 3 2 Kết quả khảo sát PLTT 5c se SE E211 11 1121111112121 111 1d 52 Hình 3 3 Kết quả khảo sát LFA - 5-5 < tSESS E1 1111111112122 11 1g 52 Hình 3 4 Bản đô cấu trúc của tầng MI-9.2 và jMI-9 3 - - Sc SE 2E2E2EErrrrke 54 Hình 3 5 Gradient áp suất Của MO ÄÝ - 5-52 SE SE SE E211 12111 11111111111 re 55 Hình 3 6 Kết quả khảo sát thành phần sét X-North 3X.ST - 5c csetsrersrsrreksree 56 Hình 3 7 Kết quả thành phần phân loại sét X-North 3X '%T - c5 ccccsrersrsrreksree 56
Hình 3 8 Hiện trạng Khai thác CUA MO ÄY Ă SH tk ke 57
Hỡnh 3 99 So đồ hoàn thiện giếng X-1P[]2ẽ -s+kskskE11111511121112111111111121E121111101 110gr 61 Hình 3 1010 Sơ đô hoàn thiện giếng X-2PU7) oo occcccceccccsceessssssesescsssesessessssssesesvsesesseseeees 62 Hình 3 111 Sơ đồ hoàn thiện giếng X-3P[12Ì - sec E1 1121111111111 1111111 111tr 63 Hình 3 122 Sơ đồ hoàn thiện giếng X-3P[1?Ì - c+kckecEk 11 1511111112111 1111111111 re 64
Hình 3 133 Giao diện chính của PRO.SPEN TQ LH SH HH HH TT cu 65
144 Giao diện nhập thông 86 CỦA VỈMA Scc TS TS E51 E212111111212 ko 66
155 Giao diện nhập thụng số PVT của Chất ẽHM c5: ccccceeterercrrrkrkeesree 66
16 Nhập thông số của giẾHg cecccececccceccscccssssessssssssessesesessesesesessessssscsescsessssesesesseseaees 67
17 Nhập thông số của thiết bị bỀ Mat 5 SE SE SE E51 EEEE211111151 21 re 67
18 Khúp tớnh chất PVT của Chất ẽWi - 5-55 sec tt E2 tr 68
19 Kết quả khúp tớnh chất PVT của Chất ẽWM ôs5 S< Set EcteEeEEEEErrkrkersree 69
20 Giao diện cho biết PVT của chất lưu đã được khớp c5 ccccccccccccs2 70
21 Gradient áp suất và nhiệt độ trước khi hiệu chỉnh - 5c cscscererrred 71
22 Gradient áp suất và nhiệt độ sau khi hiệu chỉnh ccccccccccccsccccscsecscsccscsecscscseesesees 71
23 Nhập liệu kết quả thử giếng dé khớp c5 5c tt TH rreg 72
24 Lựa chọn các tương quan cần so sánÌh 5-55 Se St SE 2E EEEEErtersret 72
25 So sánh các tương quan tương ứng với kết quả thử giếng - 73
26 Hoạt động hiện tại của giếng X-]P ST E5 1211 1t rreg 74
27 Hoạt động hiện tại của giếng X-2ÌP - - cSSEStEE T12 2111 1kg 74
28 Hoạt động hiện tại của giếng X-3ÌP 5S St E211 1kg 75
29 Hoạt động hiện tại của giếng X-4P c ST HE H111 1t rreg 75
30 Các bước phân tích hệ thong khai thác tích hợp -cccccccseerererrsred S0
31 Thanh công cụ trong GAÁTP HH ng ngu 81
32 Gdn mô hình cua Prosper vào mô hình giếng ở GAP c-cccecec52 81
33 Nhập liệu cho hệ thong đường Ong Dé MEE occcecececcccccccsssesessese ees sesstseeeseseeeeee 82
34 Nhập liệu cho Dinh tach - - c1 2109109100901 0v0v0 v0 re 82
35 Nhập liệu cho máy nén KÍ - - - < c0 ng ngu 83
36 NhGp VG CHO BOM 0808nẺẼẽ ốố 83
37 Nhập liệu ChO CAC VIVE 9199109100 101010101 re S4
38 Xây dựng đường IPR của hệ thong khai thác mỏ Ä 5-5 c5 cscscessssd 85
39 Xây dựng đường VLP cho hệ thống khai thác mỏ Ä - 5s cscscessse2 85
Hình 3.40 Mô hình hệ thong khai thác tích hop mỏ X (Không có và có LPS) S6 Hình 3 41 Chạy mô hình hệ thong khai thác mỏ X - - 5c 5S SE 87 Hình 3 42 Kết quả chạy mô hình tích hop bằng GAP wicccscscscscssscscscssesssessesssesessssesssssseseees 87
Hình 3 43 Dự báo sản lượng gia tang cua mo X khi áp dụng phương pháp - 90
Hình 3 44 Hiệu quả kinh tế khi áp dụng phương pháp giảm áp suất bê mặt - 90
Bang 2 1 Tương quan chế độ dòng chảy trong ống khai thác tương ứng với độ sâu ©! 32 Bảng 2 2 Điều kiện biên các chế độ l2/1⁄86/044AY142.01 I ec tai 36 Bang 2 3 Xác định hệ số ảnh hưởng của pha lONg 5-55: SccSSecteteretsrererererered Al Bảng 2 4 Các hệ số dòng chảy qua côn khai thác veccccccecscscssesesescssssesesesessssesesssvesssssseseees 43 CHƯƠNG 3
Bang 3 1 Khảo sát đối với giếng X-1X 5c St TT 1 121 121111 11111 49 Bảng 3 2 Khảo sát đối với giếng X-North 1Ầ S5 c cctt EETEH E11 re 49 Bảng 3 3 Khảo sát đối với giếng X-NOrNt 2X St tt TT 11112111 50 Bảng 3 4 Khảo sát đối với giếng X-Norhf 3X St tt TH H1 tre 50 Bảng 3 5 Khảo sát đối với giếng X-Norht 3X ST] c St tt E1 1115111 rxe 50 Bảng 3 6 Kết quả khảo sát MI-07, MI-O8, Mi-9.3 and Mi-9.2 - 555cc ccssscscee 53 Bang 3 7 Các tang sản phẩm trong MI-07, MI-08, Mi-9.3 and Mi-9.2 5- 5e: 53 Bảng 3 8 Thông số Của MO Ä 55c SE E1 111111 1111111111212 re 58 Bang 3 9 Thông số của Chất WU MO X veececccsccccscsccssscssssessesesessesssesessesssesessessssssesesesessessaveeees 58 Bang 3 10 Vị trí và da điểm của van gaslift ở mỗi giỄng 255555 cccccccsecccre2 59 Bang 3 11 Thụng số của khớ bơm ộp gdsèifẽ 5-5-5 cScE SE E3 E111 re 59 Bang 3 12 Hoạt động hiện tại cua các giống mỏ X theo số liệu khai thác từ thực tế 59 Bang 3 13 Kết quả tương quan tốt nhất được lựa chọn cho các giéng mỏ Ä 73 Bang 3 14 Kết quả phân tích X- lPP 5+ S a | MPEM | Vent tip
HL Di liệu nghiên cứu
Y Dữ liệu địa chất khu vực nghiên cứu mỏ X v_ Về dữ liệu, các thông số vùng cận đáy giếng, chỉ số khai khác, dữ liệu PVT, hoàn thiện giếng, các dữ liệu về áp suất cũng như các kết quả thử giếng sẽ được sử dụng trong nghiên cứu này.
IV Mục tiêu cúa luận văn
Luận văn nhắm đến mục tiêu nghiên cứu phương pháp nâng cao hiệu quả khai thác bằng phương pháp phân tích hệ thống khai thác tích hợp đối với một mỏ dau khí cụ thé.
V Nội dung nghiên cứu cua luận văn
Dé đạt được kêt quả nghiên cứu nêu trên, luận văn sẽ tập trung vào giải quyét những nội dung như sau:
* Xây dựng mô hình từng giếng (well model) từ các dữ liệu cận đáy giếng, ống khai thác, độ mở côn (choke size), PVT data.
Y Khớp (matching) mô hình từng giếng với các kết quả thử giếng: o Kết quả thử giếng o Dữ liệu PVT của dòng chất lưu mỗi giếng o Các tương quan thực nghiệm dòng chảy đa pha v Xác định áp suất bề mặt tối ưu bang mô hình từng giếng và sơ đồ hoàn thiện giếng. ¥ Xây dựng mô hình toàn hệ thống (net work model) bao gồm mô hình các giếng, hệ thống thu gom bề mặt.
