Bài giảng điện tử công nghệ mỏ ts lê phước hảo

Thiết lập phương trình cân bằng vật chất PTCBVC tổng quát của các loại vỉa dầu khí khí một pha, khí ngưng tụ, dầu chưa bão hoà và dầu bão hoà.. Nhiệm vụ của Kỹ sư vỉa Am hiểu về sự tươn

Trang 1

BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ

CÔNG NGHỆ MỎ

Tác giả : PGS TS Lê Phước Hảo

Bộ môn : Khoan & Khai thác dầu khí

GIỚI THIỆU

Trang 2

Ngành: Khoan và khai thác dầu khí

Môn học trước: Thủy địa cơ học

THÔNG TIN CHUNG

Trang 3

Nhắc lại các tính chất của môi trường rỗng (đá)

và của chất lưu (khí, dầu và nước) Thiết lập phương trình cân bằng vật chất (PTCBVC) tổng quát của các loại vỉa dầu khí (khí một pha, khí ngưng tụ, dầu chưa bão hoà và dầu bão hoà) Áp dụng phương pháp cân bằng vật chất và phương pháp thể tích để tính toán các thông số của vỉa Tính toán lượng nước xâm nhập vào vỉa Nghiên cứu sự chuyển dịch của dầu và khí bằng mô hình dòng thấm hai pha Các phương pháp thu hồi dầu Công nghệ thử vỉa và các thông số mô phỏng vỉa.

NỘI DUNG MÔN HỌC

Trang 4

Kiểm tra thường kỳ (10%), giữa kỳ (20%), và cuối

kỳ (50%).

Bài tập về nhà (10%): nộp bài trước khi kiểm tra giữa kỳ và thi cuối kỳ

chủ đề (nâng cao, mở rộng phần lý thuyết có trong chương trình, hay ứng dụng thực tế ), đăng ký vào đầu học kỳ, nhận tài liệu và chuẩn bị báo cáo trước lớp (10 phút) và trả lời các câu hỏi

HÌNH THỨC ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC

Trang 5

TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH

[1] Huỳnh Thanh Sơn, Lê Phước Hảo, Công nghệ mỏ ứng dụng, NXB ĐHQG Tp HCM, 2003.

[2] CRAFT B C., HAWKINS M F and TERRY R E (1991) Applied Petroleum Reservoir Engineering Prentice-Hall Inc., New Jersey.

[3] MIAN M A (1992) Petroleum Engineering Handbook for the Practicing Engineer, Vol I PennWell Publishing

Company, Oklahoma.

[4] TIMMERMAN E.H Practical Reservoir Engineering, Vol I and Vol II.

Trang 8

KỸ SƯ VỈA

Trang 9

NỘI DUNG

Nhiệm vụ của Kỹ sư vỉa

Yêu cầu đối với kỹ sư vỉa

Công việc của kỹ sư vỉa

Ví dụ minh hoạ đề án phát triển mỏ

Trang 10

Nhiệm vụ của Kỹ sư vỉa

Am hiểu về sự tương tác giữa đất đá và chất lưu trong vỉa

Am hiểu về quá trình dịch chuyển phức tạp của chất lưu trong vỉa

Thiết lập mô hình vỉa phù hợp từ dữ liệu về địa chất, đặc tính của đất đá và chất lưu vỉa đo được hoặc đã có trước đó

Dự đoán khả năng thu hồi trong tương lai

Xây dựng qui trình và phương pháp nâng cao khả

Trang 11

Yêu cầu đối với kỹ sư vỉa

Hiểu biết về địa chất học và các quá trình địa chất xảy ra trong vỉa

Am hiểu về cơ học chất lỏng và các phương pháp toán học để giải quyết những vấn đề liên quan

đến dòng chảy

Am hiểu về nhiệt động lực học cơ bản

Có những kỹ năng về máy tính, điện tử, cơ khí, hoá học, vật liệu

Quan trọng nhất là phải biết áp dụng những kiến thức liên ngành

Trang 12

Công việc của kỹ sư vỉa

Xác định các tính chất của đất đá trong vỉa

Kết hợp với các nhà địa chất, địa vật lý để xác định ranh giới vỉa

Sử dụng phương trình cân bằng vật chất để xác định cơ chế vận động của vỉa, của hydrocarbon

Mô phỏng dòng chảy trong vỉa

Đưa ra các phương án quản lý vỉa

Thiết kế và phân tích các quy trình nâng cao khả năng thu hồi dầu

Trang 13

Ví dụ minh hoạ đề án phát triển mỏ

Mục tiêu chính: Vạch ra biên của vỉa và đề xuất chiến lược tối ưu cho công tác tìm kiếm thăm dò

Mô tả vỉa: cát kết thạch anh, độ hạt từ mịn đến trung bình

Độ sâu vỉa: 10,000 ft

Độ thấm: 152 mD – 1 Darcy

Độ bão hoà nước đồng hành < 2% (oil wet rock)

Sự giảm độ rỗng và độ thấm trong vỉa (phụ thuộc vào quá trình hình thành trầm tích và ximăng

canxit)

Trang 14

Dữ liệu

Trang 15

định tầng thấm : < 8ft

Trang 16

Đặc tính chung

Trang 17

Đặc tính chung

Trang 18

Mô hình vỉa

Trang 19

5 Mô phỏng vỉa (dùng các mô hình địa chất cơ bản,

sự biến đổi về độ thấm, ước lượng tỷ lệ thu hồi dầu có bơm ép) vào khoảng 66%

Trang 20

Những công việc chính của kỹ sư vỉa

1 Tổng hợp báo cáo về viả.

2 Thiết lập mô hình vỉa và dự đoán chương trình khai thác.

3 Kiểm soát vỉa và lập báo cáo thường kì về những thay đổi của vỉa dựa trên những thông số khoan và hoàn thiện

Trang 22

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

Dầu thô, khí thiên nhiên và nước gọi chung là chất lưu

Phân chia các chất lưu thành các pha lỏng và khí phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất

Từ 1928, thiết bị đo những dữ liệu cận đáy (áp kế đo sâu) đầu tiên

đã được chế tạo để đo áp suất vỉa

Từ 1933, nghiên cứu về vật lý vỉa như độ rỗng, độ thấm, suất dẫn điện, cấu trúc khe rỗng, dòng chảy hai pha và ba pha

Từ 1935, phương pháp đo các quan hệ về áp suất - thể tích - nhiệt

độ (PVT), sự bão hoà hay áp suất điểm bọt khí, tổng lượng khí hoà tan trong dầu, lượng khí được phóng thích dưới những điều kiện nhiệt độ và áp suất khác nhau

Từ 1936, Schilthuis đã thiết lập phương trình cân bằng vật chất, cho phép tính toán thể tích và khối lượng của chất lưu ban đầu,

Trang 23

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

Vào những năm 1960, thuật ngữ “Mô phỏng số vỉa dầu

khí” và “Mô hình toán vỉa dầu khí” đã trở nên phổ biến,

nhờ sử dụng các phương trình toán học và vật lý để mô phỏng động thái của vỉa dầu khí nhằm dự đoán hiệu suất khai thác của chúng Cùng với sự phát triển nhanh chóng của các máy tính tốc độ cao, quy mô lớn và các phương pháp tính số phức tạp (sai phân hữu hạn, phần tử hữu hạn), cho đến ngày nay việc mô phỏng vỉa dầu khí đã có nhiều tiến bộ đáng kể.

Kỹ thuật tính toán vỉa dầu khí có thể được định nghĩa như là

sự áp dụng các nguyên lý khoa học vào những bài toán khai thác chất lưu từ vỉa và bơm ép chất lưu vào vỉa trong quá trình khai thác dầu khí nhằm mục đích nâng cao hệ số thu hồi dầu.

Trang 24

Các nguồn dữ liệu vỉa (Reservoir Engineering Data Sources)

Trang 25

VỈA DẦU KHÍ VÀ QUÁ TRÌNH KHAI THÁC

Trang 26

h Vỉa dầu khí

¬ một phần của bẫy dầu, có chứa dầu và/hay khí, tạo nên một hệ thống liên thông về mặt thủy lực Trong trường hợp toàn bộ bẫy chứa đầy dầu và khí, thì hai khái niệm bẫy và vỉa sẽ trùng nhau

h Tầng thấm nước

¬ tầng chứa nước có mối liên kết về mặt thủy lực với vỉa dầu khí Khi nhiều vỉa có chung một tầng thấm nước thì việc khai thác dầu từ vỉa này sẽ làm giảm áp trong những vỉa khác do sự lưu thông của chất lưu

Trang 27

Bộ môn : Khoan & Khai thác dầu khí

ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ

Trang 28

h Trạng thái hai pha

¬ Pha khí trong mũ khí nằm trên vùng chứa dầu, cần ước tính 4 loại trữ lượng: khí tự do hay liên kết, khí hoà tan, dầu trong vùng dầu, chất lỏng ngưng tụ từ khí trong mũ khí

h Trữ lượng

• Định nghĩa của Hiệp hội Kỹ sư dầu khí: trữ lượng là thể tích được ước

tính của dầu thô, khí ngưng tụ, khí thiên nhiên, chất lỏng do ngưng tụ khí

thiên nhiên và những sản phẩm có ích khác, có khả năng thu hồi và tiêu thụ được về mặt thương mại tại một thời điểm xác định của vỉa (mỏ) trong

những điều kiện kỹ thuật-kinh tế hiện có và theo những qui định của chính phủ hiện hữu

• Trữ lượng được tính toán dựa trên những dữ liệu địa chất và kỹ thuật có

thể có được Việc đánh giá trữ lượng được cập nhập hoá trong quá trình

Trang 29

h Các giai đoạn khai thác mỏ dầu khí:

¬ Giai đoạn khai thác sơ cấp: dùng năng lượng vỉa thiên nhiên

để khai thác

¬ Giai đoạn khai thác thứ cấp: bơm khí hay nước vào vỉa để duy

trì áp suất vỉa

¬ Giai đoạn khai thác tam cấp (hay thu hồi tăng cường): được

dùng khi giai đoạn khai thác thứ cấp không còn hiệu quả, nhằm mục đính nâng cao hiệu suất thu hồi

) Trong thời gian khai thác, mỏ có thể được chuyển từ giai đoạn khai thác này sang giai đoạn khác một cách tự nhiên hay theo hoạch định

Trang 30

Thông số Bristish Engineering System (BES)

→ SI

System International (SI)

→ BES

1 in (inch) = 0,0254 m 1 m = 39,37 in Chiều dài

1 ft (foot) = 12 in = 0,3048 m 1m = 3,281 ft Lực 1 lb (pound) = 4,448 N 1 N = 0,2248 lb

1 lbm(lb.s2/32,2 ft) = 0,4536 kg 1 kg = 2,2 lbm Khối lượng

1 slug (lb.s2/ft) = 14,59 kg 1 kg = 0,06854 slug Thời gian 1 sec = 1 s 1 s = 1 sec

°R (Rankine) = °F + 460 °K (Kelvin) = °C + 273

CÁC HỆ THỐNG ĐƠN VỊ

Trang 31

• Một số qui đổi đơn vị khác

Trang 32

Một số tính chất của đá và chất lưu

Trang 33

Cf = − ⋅

⇒ C f diễn tả sự thay đổi thể tích của vật chất khi thay đổi áp suất Nếu V là thể tích rỗng thì C ≡ C f, hệ số nén thể tích rỗng Đơn vị: psi -1

Tính chất:

¬ Sự thay đổi độ rỗng đối với một loại đá chỉ phụ thuộc vào sự

khác biệt áp suất trong (của chất lưu) và ngoài (của khối đá) mà không phụ thuộc vào giá trị tuyệt đối của các áp suất đó

MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA ĐÁ

Trang 34

¬ Khi áp suất trong của chất lưu giảm 1000 psi thì độ rỗng của đá

55 1

10 32 97

φ +

48 2 1

854 0

6

φ +

Độ bão hoà của chất lưu trong đá

(1.4)

MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA ĐÁ

Trang 35

h Mole: Lượng vật chất (số nguyên tử hoặc phân tử) có khối lượng bằng trọng

lượng nguyên tử hoặc phân tử của vật chất đó

¬ Không khí: M = 28,97 lbm/lb-mol = 28,97 kg/kmol

¬ Ethane: M = 30,07 lbm/lb-mol = 30,07 kg/kmol

¬ Oxygen: M = 32 lbm/lb-mol = 32 kg/kmol

h Thể tích khí tiêu chuẩn: Thể tích mà 1 lb-mol choán chỗ ở những điều kiện

chuẩn về áp suất (14,7 psia = 1 atm = 760 mmHg) và nhiệt độ (60°F = 15,5

°C = 520 °R)

SCF4

3797

14

5207310

1P

TRn

,

.,.'

¬ Một lượng khí ròng có thể được biểu diễn theo ft3 (ở một nhiệt độ và á p suất nhất định), theo số mole, số pound hay số phân tử

MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ

Trang 36

Ví dụ 1.1: Tính lượng khí ethane trong bồn chứa theo số mole, pound, số

phân tử và SCF Cho biết V = 1000 ft3 ở á p suất p = 100 psia và nhiệt độ T = 100 °F

Giải:

¬ Giả sử định luật khí lý tưởng được thỏa mãn: PV = nR’T ) Số mole: 1664 lb-moles

5607310

1000

100T

R

PV

.,

Trang 37

M

=

=ρ

tíchThể

lượngKhối

(1.7)

⇒

TR

pM'

MT

R

9728

=

γ (khơng phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ) (1.10)

Ví dụ 1.2: Tỷ trọng của một chất khí là γg = 0,75 thì khối lượng mole của nĩ

là: M = 28,97γg = 28,97×0.75 = 21,7 lbm/lb-mole

Trang 38

2 1

1 a 1 2

1 2

2 a2

1

1 1

a1

1

V p

T T

V

p z

z n.R.T

z .V p

.n.R.T z

.V p

Trang 39

h Phương pháp 2

¬ Ước tính z từ tỷ trọng γg của chất khí (theo Sutton):

) Tí nh áp suất và nhiệt độ giả tới hạn theo công thức (1.14) và

(1.15)

) Tính áp suất và nhiệt độ giả giảm theo công thức (1.16) và (1.17) ) Tra z nhờ đồ thị của Standing & Beggs (H.1.2)

¬ Áp suất giả tới hạn: ppc = 756,8 - 131,0γg - 3,6γg2 (0,57 < γg < 1,68)

¬ Nhiệt độ giả tới hạn: Tpc = 169,2 + 349,5γg - 74γg2 (0,57 < γg < 1,68)

¬ Áp suất giả giảm: ppr = p/ppc

¬ Nhiệt độ giả giảm: Tpr = T/Tpc

¬ Dùng đồ thị của Standing & Katz (ppr, Tpr, z) ⇒ z

Trang 40

Ví dụ 1.4: Chất khí trong vỉa có γg= 0,665, p = 3250 psia, T = 213 °F Tính z?

p874668

Trang 41

Ví dụ 1.5: Tính z của một chất khí từ các thành phần của nó ở 3250 psia và 213 °F

Thành phần khí (1)

Tỉ lệ mole (2)

Mo

(3)

Áp suất tới hạn p c

(4)

Nhiệt độ tới hạn T c

(5)

M g (2) x (3) (6)

p pc (2) x (4) (7)

T pc (2) x (5) (8)

213460

Trang 42

h Chú ý:

¬ Đường cong hệ số lệch khí là

đường quan hệ (p, z)

¬ Nhiệt độ tới hạn là nhiệt độ mà

trên nó, trạng thái khí không thể

chuyển thành trạng thái lỏng dù

có tăng áp suất Ví dụ : nước ở

374 °C, CO 2 ở 31,1 °C …

¬ Áp suất tới hạn là á p suất cần

phải đạt được để chất khí ngưng

tụ thành lỏng ở nhiệt độ tới hạn.

Trang 43

znR Tp

z nR Tp

zT

pV

V

sc sc

pB

Trang 44

Ví dụ 1.6: Chất khí trong vỉa ở p = 3250 psia và T = 213 °F, có z =

0,91 Tính hệ số thể tích thành hệ khí Bg?

3250

460213

910028290

⇒ Suy ra 1 SCF thể tích khí ở điều kiện chuẩn trên bề mặt sẽ chiếm

thể tích Va = 0,00533 ft3 trong vỉa ở 3250 psia và 213 ° F 1000 ft3thể tích khí trong vỉa ở 3250psia và 213 ° F sẽ tương ứng với thể tích:

005330

1000, =188000SCF= 188MSCF ở điều kiện chuẩn

Trang 45

¬ Tính khối lượng riêng của khí trong vỉa:

) Số mole khí chứa trong V = 1 ft3 của vỉa:

TzR

pT

zR

pVn

'

=

) Khối lượng mol của 1 mol khí: M = 28,97γg

) Khối lượng riêng của khí trong vỉa:

TzR

p9728

=

=ρ

7310910

3250665

097

28

)(

,

.,

Trang 46

Hệ số nén đẳng nhiệt

)

p

zTnRp

TznR

)

p

1dp

dzz

1dp

dVV

i

p

1p

T

znRdp

dzz

1p

T

znRp

T

znRdp

dzp

T

nRdp

1p

0dp

Trang 47

14500

1

,

Trang 48

pr t

dzz

ip

p

1dp

dzz

1p

1C

)

pr

T pc pr

pc g

dzz

1p

1

C = = = − xác định từ đồ thị (ppr, Tpr, z) của Standing & Katz

Trang 49

Trang 50

Ví dụ 1.9: Khí có γg = 0,72, tính Cg ở 2000 psia và 140 °F trong trường hợp: Khí

lý tưởng và khí thực

Giải: 1- Khí lý tưởng:

psia 6 660 87

1 3 94 8 756 72

0 6 3 72 0 131 8

600 T

03 3 6 660

2000

, ,

1 03

pr

g 546 10 psi p

C

636

2680 p

p p

58 1 424

460

212 T

T

Tpr = = + = , ; pr = = = ,

Trang 51

Đơn vị: centipoise (cp) = 0,001 Pa.s = 0,01 g/ cm.s = 0,01 poise

¬ Cách xác định μg: đồ thị củ a Carr, Kobayashi và Burrows để ước tính μg từ áp suất giả giảm ppr và nhiệt độ giả giảm Tpr (H.1.4c)

) Hệ số nhớt động lực μ1’ ở áp suất 1 atm và nhiệt độ vỉa phụ thuộc nhiệt độ vỉa T và tỉ trọng khí γg (H.1.4a)

) Các giản đồ ở H.1.4b giúp hiệu chỉnh hệ số nhớt μ1’ ở áp suất 1 atm khi chất khí có chứa N2, CO2 và/hay H2S

Trang 52

Trang 53

Hình 1.4 Các đồ thị Carr, Kobayashi & Burrows dùng để tính hệ số nhớt

động lực của chất khí

Trang 54

Ví dụ 1.10: Dùng các đồ thị trên H.1.4 để ướ c tính μg Biết áp suất vỉa = 2680

psia, nhiệt độ vỉa = 212 °F, γg = 0,9, Tpc = 424 °R, ppc = 636 psia, hàmlượng CO2 = 5%mol

=μμ

¬ Từ H.1.4c, với Tpr = 1,58 và ppr = 4,21

12002500

337

567dp

Trang 55

Tỷ số hoà tan khí - dầu R so

¬ Nhiệt độ không đổi, áp suất tăng ⇒ V giảm ⇒ ρ tăng ⇒ lượng khí hoà tan tăng

¬ Áp suất không đổi, nhiệt độ tăng ⇒ V tăng ⇒ ρ giả m ⇒ lượng khí hoà tan giảm

¬ Áp suất và nhiệt độ bất kỳ ⇒ lượng khí hoà tan tăng đối với khí có tỷ trọng cao và dầu có tỷ trọng thấp

h Dầu thô ở trạng thái bão hoà khí ở bất kỳ nhiệt độ và áp suất nào khi giảm nhẹ áp suất thì có một lượng khí được phóng thích khỏi dung dịch Dầu thô ở trạng thái chưa bão hoà khí thì ngược lại

(Stock Tank Barrel) của dầu ở á p suất và nhiệt độ nhất định, Rso

thường được xác định bằng thực nghiệm và có đơn vị: là SCF/STB

MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA DẦU THÔ

Trang 56

Ví dụ 1.11: Quan hệ giữa áp suất và Rso ở nhiệt độ T = 160 °F của dầu trong vỉa

được trình bày trên đồ thị thực nghiệm H.1.5 Hãy đọc các tương quan

MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA DẦU THÔ

Trang 57

Giải:

¬ Áp suất vỉa ban đầu p = 3500 psia, Rso = 567 SCF/STB

¬ Áp suất vỉa giảm còn p = 2500 psia, Rso không đổi → dầu chưa bão hoà

¬ Áp suất vỉa giảm < 2500 psia, Rso giảm

¬ Áp suất pb = 2500 psia gọi là áp suất điểm bọt khí (bubble point pressure) vì ở áp suất này các bóng khí tự do bắt đầu xuất hiện

¬ Áp suất vỉa p = 1200 psia ⇒ Rso = 337 SCF/STB

¬ Khả năng hoà tan trung bình:

i SCF/STB/ps 177

0 1200 2500

337

567 dp

Trang 58

h Xác định R so : bằng biểu thức tương quan của Standing và Beggs khi không

có dữ liệu thực nghiệm:

2048 1 Y g

1018

pR

với:Yg = 0,00091T−0,0125ρo,API ; T (°F) ; p (psia) ; p ≤ pb

¬ Phạm vi sử dụng: 130 < p (psia) < 7000; 100 < T (°F) < 258; 20 < Rso(SCF/STB) < 1425; 0,59 < γg < 0,95; 1,024 < Bo (bbl/STB) < 2,05; 16,5 < ρo,API(°API) < 63,8

Ghi chú: ) °API (American Petroleum Institute): tỷ trọng API

) Đối với chất lỏng nhẹ hơn nước: API 1415 1315

o

,

, −γ

Định dạng
Số trang	442
Dung lượng	18,88 MB