NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT BƠM ÉP KHÍ CO2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP BƠM ÉP KHÍ NƯỚC LUÂN PHIÊN ĐỂ TĂNG CƯỜNG THU HỒI DẦU MỎ SR, BỂ CỬU LONG

Trong quá trình khai thác mỏ dầu thông thường, lượng dầu sót lại sau giai đoạn khai thác sơ cấp và thứ cấp là rất lớn. Một phần đáng kể lượng dầu dư này có thể được thu hồi đạt được lợi ích kinh tế bằng phương pháp bơm ép khí (Shahverdi, Sohrabi, và Fatemi, 2013). Theo thống kê của Oil Gas Journal (Guntis Moritis, 14 May 2001 ) cho thấy rằng bơm ép khí CO2 đã và đang được áp dụng thành công tại Hoa Kỳ. Các dự án bơm ép khí CO2 ngày càng được mở rộng về cả quy mô lẫn số lượng dự án với 80 dự án đang được vận hành trên tổng số 160 dự án EOR (Oil and Gas Journal, 42002). Tính đến năm 2002, sản lượng khai thác dầu bằng bơm ép khí CO2 chiếm 28% tổng sản lượng thu hồi bằng các phương pháp EOR, khoảng 3.3% tổng sản lượng dầu thu hồi của HoaKỳ. CO2 được xem như là một dung môi tuyệt vời cho bơm ép CO2 trộn lẫn. Nhưng nó cũng tồn tại những ưu và nhược điểm cần được lưu ý khi sử dụng chúng trong một dự án EOR.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT VÀ DẦU KHÍ - - LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT BƠM ÉP KHÍ CO2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP BƠM ÉP KHÍ NƯỚC LUÂN PHIÊN ĐỂ TĂNG CƯỜNG THU HỒI DẦU MỎ SR, BỂ CỬU LONG SVTH: LÊ QUỐC NAM MSSV: 31002017 CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA CHẤT DẦU KHÍ CBHD: TSKH NGUYỄN XUÂN HUY KS NGUYỄN LÂM QUỐC CƯỜNG TP Hồ Chí Minh tháng 12 năm 2014 SVTH: Lê Quốc Nam MỤC LỤC MỤC LỤC i GIỚI THIỆU i Tính cấp thiết đề tài iv Mục đích đề tài iv Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu v Phương pháp nghiên cứu v Ý nghĩa khoa học thực tiễn v 5.1 Ý nghĩa khoa học v 5.2 Ý nghĩa thực tiễn v Các luận điểm bảo vệ vi Khối lượng cấu trúc luận văn .vi DANH SÁCH HÌNH ẢNH vi DANH SÁCH BẢNG BIỂU x DANH SÁCH CÔNG THỨC xi DANH SÁCH VIẾT TẮT xii CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Định luật Darcy .1 1.2 Dòng chảy đa pha môi trường lỗ rỗng 1.3 Độ linh động tỷ số linh động 1.4 Hiệu suất đẩy hiệu suất quét .5 CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA KHÍ CO2 2.1 Tính chất vật lý chung CO2 2.2 Độ hòa tan CO2 nước SVTH: Lê Quốc Nam i 2.3 Tỷ trọng độ nhớt biến đổi theo nhiệt độ 2.4 Những ưu điểm nhược điểm khí CO2 so với khí (N2, hydrocarbon) bơm ép khí .9 2.4.1 Ưu điểm 2.4.2 Nhược điểm 11 CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT BƠM ÉP KHÍ – PHƯƠNG PHÁP KHÍ NƯỚC LUÂN PHIÊN (WAG) 13 3.1 Các giai đoạn thu hồi dầu 13 3.1.1 Thu hồi dầu sơ cấp 13 3.1.2 Thu hồi dầu thứ cấp 13 3.1.3 Thu hồi dầu tam cấp 14 3.2 Tổng quan bơm ép khí phương pháp WAG 18 3.3 Phân loại bơm ép khí 20 3.3.1 Bơm ép khí phương pháp WAG trộn lẫn (WAG miscible) 20 3.3.2 Bơm ép khí phương pháp WAG khơng trộn lẫn (WAG immiscible) 26 3.4 Yếu tố ảnh hưởng đến hệ số thu hồi dầu bơm ép WAG 27 3.4.1 Đặc tính vỉa 27 3.4.2 Đặc tính lưu chất 33 3.4.3 Thông số vận hành WAG .34 3.5 Thuận lợi khó khăn kỹ thuật bơm ép khí nước luân phiên (WAG) 40 3.5.1 Thuận lợi .40 3.5.2 Khó khăn .41 CHƯƠNG 4: KHÁI QUÁT KHU VỰC VÀ TÌNH TRẠNG KHAI THÁC TẠI KHU VỰC LẤY MẪU LÕI 42 4.1 Khái quát chung mỏ SR 42 4.2 Đặc trưng địa chất tầng chứa mỏ SR 43 SVTH: Lê Quốc Nam ii 4.3 Trữ lượng dầu khí chỗ trữ lượng thu hồi 43 4.4 Thực trạng khai thác tầng chứa Miocene hạ 43 4.5 Các phương pháp tăng cường thu hồi dầu phổ biến Việt Nam 43 4.6 Nghiên cứu lựa chọn phương pháp tăng cường thu hồi dầu cho tầng chứa 44 4.7 Lựa chọn khí CO2 sử dụng phương pháp bơm ép WAG 45 CHƯƠNG 5: CƠNG TÁC CHUẨN BỊ, QUY TRÌNH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TRÊN MẪU LÕI 47 5.1 Mục tiêu 47 5.2 Chuẩn bị thí nghiệm 47 5.2.1 Chuẩn bị mẫu lõi 47 5.2.2 Chuẩn bị mẫu lưu chất 48 5.3 Thí nghiệm Hòa tan-Trương nở (Solubility Swelling Experiment) 50 5.3.1 Mơ tả thiết bị thí nghiệm 50 5.3.2 Quy trình thí nghiệm 52 5.3.3 Kết thí nghiệm 53 5.4 Thí nghiệm tìm hiểu áp suất trộn lẫn tối thiểu (Minimum Miscibility Pressure) 61 5.4.1 Mơ tả thiết bị thí nghiệm 61 5.4.2 Quy trình thí nghiệm 63 5.4.3 Kết thí nghiệm 64 5.5 Thí nghiệm bơm ép WAG mẫu lõi 71 5.5.1 Mơ tả thiết bị thí nghiệm 71 5.5.2 Quy trình thí nghiệm 77 5.5.3 Kết thí nghiệm 84 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89 SVTH: Lê Quốc Nam iii 6.1 Kết luận .89 6.2 Kiến nghị .90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 SVTH: Lê Quốc Nam iv Giới thiệu GIỚI THIỆU Trong q trình khai thác mỏ dầu thơng thường, lượng dầu sót lại sau giai đoạn khai thác sơ cấp thứ cấp lớn Một phần đáng kể lượng dầu dư thu hồi đạt lợi ích kinh tế phương pháp bơm ép khí (Shahverdi, Sohrabi, Fatemi, 2013) Theo thống kê Oil & Gas Journal (Guntis Moritis, 14 May 2001) cho thấy bơm ép khí CO2 áp dụng thành công Hoa Kỳ Các dự án bơm ép khí CO2 ngày mở rộng quy mô lẫn số lượng dự án với 80 dự án vận hành tổng số 160 dự án EOR (Oil and Gas Journal, 4/2002) Tính đến năm 2002, sản lượng khai thác dầu bơm ép khí CO2 chiếm 28% tổng sản lượng thu hồi phương pháp EOR, khoảng 3.3% tổng sản lượng dầu thu hồi Hoa Kỳ CO2 xem dung môi tuyệt vời cho bơm ép CO2 trộn lẫn Nhưng tồn ưu nhược điểm cần lưu ý sử dụng chúng dự án EOR Do đó, để khắc phục nhược điểm bơm ép khí CO2 túy vốn có độ linh động cao khí CO2, kỹ thuật bơm ép khí nước luân phiên (Water Alternating Gas) đề xuất áp dụng Bơm ép khí ln phiên nước (WAG) cịn gọi bơm ép kết hợp khí-nước (Combined gas and water injection: CGW) phương pháp tăng cường thu hồi dầu (EOR) mà bơm ép khí-nước thực luân phiên vỉa khoảng thời gian để cung cấp hiệu quét vi mô lẫn hiệu suất vĩ mô làm giảm tác động tượng phân dị trọng lực (Mahli & Scrivastava, 2012) Thể tích bơm ép luân phiên khí nước làm gia tăng khả kiểm sốt tính linh động ổn định đới phía trước chuyển dịch (Stenby, Skauge, & Christensen, 2001) Làm chuyển dịch dầu bơm ép khí có hiệu suất đẩy tốt chuyển dịch dầu bơm ép nước quét dầu bơm ép nước có hiệu suất qt tốt qt dầu bơm ép khí Vì vậy, việc kết hợp bơm ép khí nước luân phiên (WAG) để cải thiện thu hồi dầu cách tận dụng kết hợp ưu điểm để tăng cường hiệu đẩy bơm ép khí lẫn hiệu quét vĩ mô bơm ép ngập nước (water flooding) Trao đổi thành phần dầu khí q trình WAG dẫn đến tăng thu hồi dầu (Stenby et al, 2001.) SVTH: Lê Quốc Nam i Giới thiệu Bơm ép khí chủ yếu chia thành hai trường hợp trộn lẫn khơng trộn lẫn; chất khí sử dụng có hai loại hydrocarbon phi hydrocarbon Khí hydrocarbon parafin thấp phân tử (ví dụ methane, ethane, propane butan) loại khí phi hydrocarbon carbon dioxide nitrogen Tuy nhiên, khuôn khổ luận văn nghiên cứu phương pháp WAG với khí carbon dioxite (CO2) chúng có nhiều ưu điểm vượt trội tính chất hóa lý áp suất trộn lẫn tối thiểu (Minimum Miscible Pressure) phù hợp với áp suất vỉa mỏ Việt Nam Nếu bơm ép khí xảy áp suất trộn lẫn tối thiểu (MMP), q trình WAG trộn lẫn (WAG miscible) bơm ép khí điểm MMP gọi WAG không trộn lẫn (WAG immiscible) Cả bơm ép WAG trộn lẫn không trộn lẫn áp dụng thành cơng với loại khí khác toàn giới đặc biệt Mỹ, Canada, Nga Biển Bắc Kết bơm ép WAG cải thiện thu hồi dầu trung bình khoảng 5% đến 10% (OOIP) khả thu hồi tăng lên đến 20% báo cáo số mỏ (Stenby et al, 2001.) Mặc dù phương pháp bơm ép khí nước luân phiên (WAG) ứng dụng thành công rộng rãi chế dịch chuyển thực tế dầu tham gia vào trình chưa hồn tồn hiểu rõ (Righi et al, 2004.) Điều dẫn đến nhiều thí nghiệm, mơ hình hóa mơ số vào phương pháp phục hồi WAG ngày nghiên cứu rộng rãi Các yếu tố ảnh hưởng đến bơm ép WAG tính dính ướt vỉa, độ bất đồng vỉa, tính chất đá chứa, đặc tính lưu chất, kỹ thuật bơm ép thông số vận hành WAG (tỷ lệ WAG, thể tích chất lưu bơm ép, chu kỳ) (Righi & Pascual, 2007) Phương pháp WAG áp dụng thành công cho vỉa dầu có độ thấm cao lẫn vỉa có độ thấm thấp (Stenby et al, 2001) Tại Việt Nam, có nhiều cơng trình nghiên cứu thu hồi dầu tăng cường đến dự án ứng dụng vào thực tế hạn chế Tính đến tại, có dự án bơm ép thử nghiệm khí hydrocarbon luân phiên nước mỏ Rạng Đông, Việt Nam, điều hành công ty Japan Vietnam Petroleum Corporation (JVPC) Mỏ Rạng Đông bắt đầu khai thác từ tháng 8/1998 hai đối tượng đá cát kết tuổi Mioxen đá móng nứt nẻ Tính đến năm 2010, mỏ khai thác khoảng 82 triệu thùng dầu 80 triệu khối khí từ tầng chứa Mioxen hạ với hệ số thu hồi dầu SVTH: Lê Quốc Nam ii Giới thiệu cuối 26,7% Sản lượng khai thác trung bình đối tượng khoảng 16.000 thùng dầu/ngày 15 triệu khối khí ngày, độ ngập nước trung bình khoảng 55% Bơm ép nước tiến hành từ năm 2006 mỏ giai đoạn suy giảm sản lượng Theo đánh giá ban đầu, hiệu phương pháp bơm ép WAG làm tăng thêm thu hồi dầu đối tượng khoảng 10 triệu thùng giai đoạn 2011-2020, tương đương với tổng thu hồi đạt khoảng 35% Phương pháp bơm ép WAG nghiên cứu thí nghiệm với MMP khí đồng hành khoảng 4800 psig (331 bar) (Phạm Đức Thắng, 2014) SVTH: Lê Quốc Nam iii Giới thiệu Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, giới tiếp tục đặt tầm quan trọng nguồn lượng hydrocarbon lên hàng đầu Khi nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu giới ngày tăng cao nguồn lượng tái tạo đáp ứng được, cơng việc tìm kiếm mỏ dầu khí ngày trở nên thách thức khó khăn Bên cạnh đó, chi phí phát mỏ cao thường tập trung vùng có điều kiện tự nhiên bất lợi vùng nước sâu xa bờ, vùng cực, nên công tác tiềm kiếm thăm dị khai thác dầu khí địi hỏi công nghệ tiên tiến Trữ lượng dầu khí giới có hạn khơng có khả tái tạo Vì vậy, vấn đề đặt làm để khai thác tối đá trữ lượng dầu cịn sót lại vỉa Xuất phát từ nhu cầu trên, vấn đề nghiên cứu thu hồi dầu tăng cường mở ngày trọng Cũng giống xu hướng chung giới mỏ dầu Việt Nam giai đoạn suy giảm sản lượng, nên vấn đề lại quan tâm Công nghiệp dầu khí đóng vai trị quan trọng kinh tế quốc dân Việt Nam, chiếm 30% GDP nước, nên vấn đề đảm bảo trì sản lượng cần thiết Vì việc nghiên cứu lựa chọn phương pháp hợp lý để tận thu dầu thiết yếu Bơm ép khí phương pháp luân phiên khí nước (WAG) phương pháp mẻ Việt Nam Từ báo cáo kết bơm ép WAG cải thiện thu hồi dầu trung bình khoảng 5% đến 10% (OOIP) thu hồi tăng lên đến 20% báo cáo số mỏ (Stenby et al, 2001.) cho phương pháp có hiệu cao Vì vậy, phương pháp WAG cần thiết nghiên cứu áp dụng điều kiện vỉa Việt Nam Mục đích đề tài Đánh giá khả trương nở dầu mỏ SR trộn lẫn với khí CO2 thí nghiệm hịa tan-trương nở (Solubility-Swelling Experiment) tìm áp suất trộn lẫn tối thiểu (Minimum Miscibility Pressure) phục vụ thí nghiệm bơm ép khí CO2 luân phiên nước (WAG) SVTH: Lê Quốc Nam iv Giới thiệu Khảo sát khả cải thiện hệ số thu hồi cuối cách sử dụng bơm ép kết hợp khí CO2 nước mẫu lõi với quy mơ phịng thí nghiệm Hệ số thu hồi dầu thông qua bơm ép WAG sau bơm ép nước, bơm ép nước bơm ép WAG trước bơm ép nước xác định trình bày kết đồ thị thời gian Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu Đối tượng khảo sát mẫu lõi mỏ SR, Bể Cửu Long Kỹ thuật bơm ép WAG tiến hành thí nghiệm mẫu lõi để đánh giá khả thu hồi dầu thời điểm bơm ép khác (trước bơm ép nước thứ cấp, sau bơm ép nước thứ cấp) Phương pháp nghiên cứu Tổng hợp phân tích tài liệu phương pháp thu hồi dầu tăng cường, thí nghiệm EOR, tài liệu lịch sử khai thác mỏ SR, Bể Cửu Long Tổng hợp kết thí nghiệm Hịa tan-Trương nở (Solubility Swelling Experiment), thí nghiệm tìm MMP, thí nghiệm WAG mẫu lõi Ý nghĩa khoa học thực tiễn 5.1 Ý nghĩa khoa học Luận văn nghiên cứu áp dụng kỹ thuật khai thác hợp lý nhằm tận thu dầu tầng chứa cát kết Miocene hạ, mỏ SR từ nghiên cứu lý thuyết đến kết thực nghiệm phòng thí nghiệm Luận văn chọn phương pháp gia tăng thu hồi dầu tối ưu dựa điều kiện khai thác thực tế điều kiện vỉa mỏ Kết nghiên cứu luận văn góp phần kiểm định tính hiệu phương pháp áp dụng vào điều kiện vỉa Việt Nam 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu luận văn cấp thiết đáp ứng yêu cầu thực tiễn khai thác dầu khí nâng cao hệ số thu hồi dầu nhằm tận thu dầu tầng cát kết Miocene hạ mỏ SR mỏ dầu khác Việt Nam giai đoạn suy giảm sản lượng SVTH: Lê Quốc Nam v Chương 5: Công tác chuẩn bị, quy trình tiến hành thí nghiệm kết phân tích 5.5.2.2 Xác định độ thấm tuyệt đối Sau quy trình rửa mẫu, mẫu lõi bão hòa 100% với nước biển xác định độ thấm tuyệt đối Kiểm tra lại tính hiệu cơng việc rửa mẫu Quy trình thực theo bước sau:  Sử dụng nước biển nhân tạo để bơm ép ngập mẫu lõi lần (khoảng 1-2 cho chế độ dòng chảy) Bước cần thiết, mẫu lõi phun rửa cuối giai đoạn tẩy rửa Quá trình bơm ép ngập mẫu tiến hành với lưu lượng thấp để thiết lập trạng thái cân áp suất loại bỏ chất khí bị kẹt lại lỗ rỗng  Bơm ép ngập mẫu với nước biển tiếp tục đến đạt trạng thái áp suất giảm ổn định  Sản lượng nước biển thu hồi độ chênh áp đo lường lập bảng  Quy trình thực lặp lại lần với chế độ dòng chảy khác đến độ thấm độ chênh áp chấp nhận (Kulkarni, 2005)  Độ chênh áp lưu lượng dòng chảy tương ứng ghi nhận lại để tính tốn độ thấm tuyệt đối phương trình Darcy: k= QμL A∆P (Cơng thức 5.2) Trong đó: Q: lưu lượng dòng chảy qua lỗ rỗng (cm3/s) k: độ thấm (D) µ: độ nhớt (cP) ∆p : chênh lệch áp suất môi trường (atm) L: chiều dài môi trường (cm) A: tiết diện ngang dòng chảy (cm2) SVTH: Lê Quốc Nam 80 Chương 5: Công tác chuẩn bị, quy trình tiến hành thí nghiệm kết phân tích 5.5.2.3 Bơm ép ngập dầu để xác định độ bão hòa nước dư Đầu tiên, Oleic (n-Decane: C10H22) chuyển vào bể chứa chuyển đổi dầu (The Oil transfer Vessel) tiến hành bơm vào lõi máy bơm đẩy đẳng áp Ruska Dầu phải lọc trước tiến hành bơm ép phận lọc tuyến ( in-line oil filter)  Lõi bơm ép PV n-Decane  Thể tích nước biển, thể tích dầu thu hồi độ chênh áp suất đo đạc ghi nhận lại theo thời gian  Dầu bơm ép với lưu lượng 160 cc/giờ để đáp ứng tiêu chuẩn Leas Rappaport  Sau bơm ép PV dầu đến nước không thu hồi, lưu lượng thay đổi (100 cc 60 cc) để hệ thống đạt trạng thái ổn định tiến hành đo độ chênh áp  Độ chênh áp trạng thái ổn định đo lưu lượng dòng chảy tương ứng sử dụng để tính tốn độ thấm hiệu điểm cuối dầu phương trình Darcy  Độ bão hịa nước dư xác định thơng qua phương trình cân vật chất (Kulkarni, 2005) 5.5.2.4 Bơm ép ngập mẫu nước biển thứ cấp để xác định độ bão hịa dầu sót Hiện mẫu lõi đạt độ bão hòa dầu ban đầu độ bão hòa nước dư Bơm ép nước biển bắt đầu sau hồn thành quy trình 5.5.2.3 bên Mẫu lõi trì trạng thái ngập lõi 24 tiếng để phục hồi tính dính ướt phân bố dầu-nước tồn lỗ rỗng Bởi vì, n-Decane cho khơng ảnh hưởng ảnh hưởng đến hiệu dính ướt, nên thời gian trì trạng thái ngập mẫu tương đối ngắn xấp xỉ 24 tiếng đủ  Mẫu lõi bơm ngập mẫu nước muối tổng hợp nước biển (2 PV) sau bơm ép ngập mẫu với dầu  Thể tích nước muối, thể tích dầu thu hồi độ chêch áp đo ghi nhận lại theo thời gian  Quá trình làm ngập mẫu thực cấp lưu lượng 60 cc/giờ để đáp ứng tiêu chuẩn Leas Rappaport SVTH: Lê Quốc Nam 81 Chương 5: Cơng tác chuẩn bị, quy trình tiến hành thí nghiệm kết phân tích  Sau bơm ép PV, lưu lượng thay đổi (30 cc 10 cc) để hệ thống đạt trạng thái ổn định tiến hành đo độ chênh áp  Độ chênh áp trạng thái ổn định đo lưu lượng dịng chảy tương ứng sử dụng để tính toán độ thấm hiệu điểm cuối dầu phương trình Darcy  Phương trình cân vật chất sử dụng để tính tốn độ bão hịa dầu sót (SOR)  Tồn thể tích, khối lượng chất lưu, thể tích khí ghi nhận theo thời gian Dựa vào tỷ trọng dầu, tỷ trọng nước, hệ số thể tích dầu, tỷ số khí dầu, để tính tốn lượng dầu, khí nước thu hồi theo thời gian (Kulkarni, 2005) Dữ liệu ghi nhận lập bảng 5.5.2.5 Bơm ép khí CO2 tam cấp Bơm ép CO2 luân phiên với nước (WAG): Mẫu bơm ép CO2 luân phiên với nước sau bơm ép ngập mẫu với nước biển  Thông thường, quy trình bơm ép ngập mẫu thực tốc độ dòng chảy tương đối thấp để đảm bảo làm ngập ổn định Với lưu lượng 16.2 cc/giờ để đáp ứng tiêu chuẩn Leas Rappaport Đây bước lâu tồn thí nghiệm, cần tính tốn kỹ lưỡng theo dõi cẩn thận  Kích cỡ nút sử dụng 5% (5%/nút khí, nút khí: 40%) PV  Điều quan trọng phải trì áp suất xy lanh khí nước biển để tránh trạng thái ổn định tượng vỡ nước sớm suốt trình làm ngập mẫu Bể chứa chuyển đổi dầu nước biển nối với máy bơm để đạt trạng thái cân 24h Q trình kiểm sốt áp suất mẫu lõi bơm ép thơng qua thiết bị áp suất đầu vào (P1) đối áp đầu (P2) Đối áp (P2) đạt tối thiểu 2950 psig để đảm bảo trình trộn lẫn diễn  Sau áp suất đạt cân hai xy lanh khí nước biển, 5% PV thể tích khí bơm vào lõi Sau đó, thể tích nước biển tương tự bơm ép vào lõi Cứ sau khoảng thời gian vừa đủ bơm ép hết 5% IHCPV van chiều quay từ vị trí bơm ép khí sang bơm ép nước Tương tự với bơm ép nước, sau bơm SVTH: Lê Quốc Nam 82 Chương 5: Cơng tác chuẩn bị, quy trình tiến hành thí nghiệm kết phân tích ép đủ 5% IHCPV với thời gian bơm ép khí, van chiều lại quay lại chuyển bơm ép khí  Quá trình lặp lặp lại hết lượng khí cần bơm ép (0.4 IHCPV) tiếp tục bơm ép nước toàn thể tích bơm ép đạt 1.5 IHCPV dừng lại  Thể tích nước biển, dầu khí thu hồi xác định thiết bị đọc liệu tách chiết (The Separator Readout) máy đo lượng khí (gasometer: sử dụng cho bơm ép khí khơng thể trộn lẫn) máy đo lượng khí ẩm (wet gas meter: sử dụng cho bơm ép khí trộn lẫn) Tồn thể tích, khối lượng chất lưu, thể tích khí ghi nhận theo thời gian Dựa vào tỷ trọng dầu, tỷ trọng nước, hệ số thể tích dầu, tỷ số khí dầu, để tính tốn lượng dầu, khí nước thu hồi theo thời gian (Kulkarni, 2005) Dữ liệu ghi nhận lập bảng  Phương trình cân vật chất sử dụng để tính tốn SGC Kích cỡ nút khí 0.05 IHCPV (Thể tích dầu ban dầu) Tỷ số WAG 1:1 (1 thể tích khí bơm : thể tích nước) Tổng lượng khí bơm ép 0.4 IHCPV Tổng số nút khí Tổng số nút nước Tốc độ bơm ép 16.2 cc/giờ Áp suất trì mẫu tối thiểu 2950 psig Bảng 5.8: Các thông số áp dụng vào bơm ép WAG 5.5.2.5 Bơm ép WAG trước bơm ép nước Sau mẫu lõi tiến hành qua giai đoạn bơm ép ngập dầu để xác định độ bão nước dư (5.5.2.3), mẫu mang trực tiếp tiến hành bơm ép WAG tam cấp Quy trình bơm ép WAG tam cấp trình bày Tồn thể tích, khối lượng chất lưu, thể tích khí thu hồi ghi nhận theo thời gian Dựa vào tỷ trọng dầu, tỷ trọng nước, SVTH: Lê Quốc Nam 83 Chương 5: Cơng tác chuẩn bị, quy trình tiến hành thí nghiệm kết phân tích hệ số thể tích dầu, tỷ số khí dầu, để tính tốn lượng dầu, khí nước thu hồi theo thời gian Dữ liệu ghi nhận lập bảng 5.5.3 Kết thí nghiệm Số liệu thí nghiệm trình bày bảng sau: Tổng thể Thời điểm bơm ép tích bơm Lượng dầu thu hồi (PV) (%) Bơm ép WAG trước bơm ép nước 1.5 88.6 Bơm ép nước 1.5 68.6 Bơm ép WAG sau bơm ép nước 1.5 17.9 Bảng 5.9: Bảng tóm tắt kết thí nghiệm Kết thí nghiệm gồm bơm ép nước, bơm ép WAG sau bơm ép nước bơm ép WAG trước bơm ép nước biểu diễn đồ thị hệ số thu hồi tích dồn (%) thể tích chất lưu bơm ép (PV) SVTH: Lê Quốc Nam 84 Chương 5: Công tác chuẩn bị, quy trình tiến hành thí nghiệm kết phân tích Đồ thị biểu diễn hệ số thu hồi tích dồn với thể tích lưu chất bơm ép 80 Hệ số thu hồi dầu tích dồn (%) 70 60 50 40 30 20 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 Thể tích lưu chất bơm ép (PV) Bơm ép nước Hình 5.30: Đồ thị biểu diễn hệ số thu hồi tích dồn với thể tích lưu chất bơm ép Từ kết thí nghiệm bơm ép nước hình 5.30 cho thấy, trình bơm ép nước thực liên tục đến hết 1.5 PV nước Tuy nhiên, thể tích nước bơm từ PV đến 0.7 PV đạt tổng lượng dầu thu hồi nhiều (chiếm 54.56%) Điều giải thích rằng, ban đầu mẫu lõi bão hịa dầu (So>Sw nên Kro>Krw) nên nước bơm ép dễ dàng đẩy dầu khỏi lỗ rỗng Đến khi, thể tích nước bơm ép tăng dần từ 0.7 PV đến 1.5 PV tổng lượng dầu thu hồi sụt giảm lại (cịn 14.04%) Vì độ bão hịa nước ngày tăng cao (Sw>So), dầu trở nên khó dịch chuyển (Krw>Kro) Mặc khác, độ linh động nước cao dầu nên nước dễ dàng vượt lên trước đới dầu chặn dầu lại lỗ rỗng, gọi tượng vọt nước (water breakthough) SVTH: Lê Quốc Nam 85 Chương 5: Cơng tác chuẩn bị, quy trình tiến hành thí nghiệm kết phân tích Bơm ép WAG sau bơm ép nước Hệ số thu hồi dầu tích dồn (%) 20 18 16 14 12 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Thể tích chất lưu bơm ép (PV) Bơm ép WAG sau bơm ép nước Hình 5.31: Đồ thị biểu diễn hệ số thu hồi tích dồn thể tích chất lưu bơm ép bơm ép WAG sau bơm ép nước Bơm ép WAG trước bơm ép nước 100 Hệ số thu hồi dầu tích dồn (%) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 Thể tích bơm ép Bơm ép WAG trước bơm ép nước Hình 5.32: Đồ thị biểu diễn hệ số thu hồi tích dồn thể tích chất lưu bơm ép bơm ép WAG trước bơm ép nước SVTH: Lê Quốc Nam 86 Chương 5: Cơng tác chuẩn bị, quy trình tiến hành thí nghiệm kết phân tích Kết hình 5.31 5.32 cho thấy, lượng dầu thu hồi bơm ép khí lượng dầu thu hồi bơm ép nước Hiện tượng xảy bơm ép hai chất có độ nén khác biệt nhau, khí có độ nén cao nước có độ nén thấp Thêm vào đó, khí CO2 bơm ép với áp suất cao hịa tan vào dầu Do lượng dầu thu bơm ép khí Đồ thị biểu diễn hệ số thu hồi tích dồn thể tích lưu chất bơm ép 100 90 Hệ số thu hồi tích dồn (%) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.5 1.5 2.5 Thể tích lưu chất bơm ép (PV) Bơm ép nước WAG sau bơm ép nước WAG trước bơm ép nước Hình 5.33: Đồ thị biểu diễn hệ số thu hồi tích dồn theo thể tích bơm ép Từ kết ba thí nghiệm bơm ép hình 5.33 cho thấy, hiệu suất thu hồi dầu phương pháp bơm ép WAG cao Thời điểm bơm ép WAG trước bơm ép nước hệ SVTH: Lê Quốc Nam 87 Chương 5: Công tác chuẩn bị, quy trình tiến hành thí nghiệm kết phân tích số thu hồi dầu đạt 88.6% lớn tổng hệ số thu hồi bơm ép nước (68.6%) hệ số thu hồi bơm ép WAG sau bơm ép nước (17.9%) 2.1% Điều cho thấy, khí CO2 bơm ép vào mẫu lõi dễ dàng bị hòa tan làm dầu trương nở tốt thời điểm trước bơm ép ngập nước thứ cấp Khí CO2 tiếp xúc trực tiếp với đới dầu tạo thành đới trộn lẫn, với độ nhớt giảm xuống dẫn đến độ linh động đới dầu-CO2 tăng lên đáng kể Cơ chế làm cải thiện hiệu suất đẩy, dầu thu hồi nhiều Ngược lại bơm ép WAG sau giai đoạn bơm ép nước, để tương tác với đới dầu, khí CO2 phải di chuyển xuyên qua pha nước bị phần áp Do trường hợp này, khí CO2 gặp khó khăn để làm dầu trương nở, dẫn đến giảm hiệu suất đẩy Điều dễ dàng nhận thấy, qua kết thí nghiệm Quan sát hai đường hệ số thu hồi bơm ép nước bơm ép WAG trước bơm ép nước từ đoạn thể tích bơm ép PV đến 0.27 PV hình 5.33, cho thấy hệ số thu hồi tích dồn bơm ép nước cao hẳn so với bơm ép WAG trước bơm ép nước Điều giải thích giai đoạn bắt đầu bơm ép nước hệ số quét nước cao nên lượng dầu thu hồi nhiều Ngược lại, bơm ép WAG trước bơm ép nước với thể tích 0.27 PV có ba nút khí bơm ép, khí CO2 bơm ép với áp suất cao nên trộn lẫn làm dầu trương nở nên lượng dầu thu hồi Do đó, hệ số thu hồi dầu bơm ép WAG bơm ép nước giai đoạn Tuy nhiên, từ giai đoạn 0.27 PV lến 1.5 PV, hệ số thu hồi phương pháp WAG trước bơm ép nước (đạt ngưỡng 88.6%) cao hẳn so với hệ số thu hồi bơm ép nước (đạt 68.6%) 20% Điều giải thích dầu khí CO2 trộn lẫn vào làm giảm độ nhớt đáng kể, nên nút nước theo sau nút khí cho khả quét dầu triệt để Trong vòng đời khai thác mỏ, phương pháp bơm ép WAG cần thực từ lúc đầu để thời gian ngắn (thời gian bơm ép hết 1.5 PV chất lưu) đạt hệ số thu hồi tối ưu (88.6%) Trong đó, vịng đời mỏ sử dụng bơm ép nước thứ cấp bơm ép WAG tam cấp cần tốn nhiều thời gian bơm ép (thời gian để bơm ép hết 2.3 PV chất lưu) đạt hệ số thu hồi 86.5% Do đó, sử dụng WAG từ lúc đầu đạt lợi ích kỹ thuật lẫn kinh tế SVTH: Lê Quốc Nam 88 Chương 6: Kết luận kiến nghị CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Cơng việc thí nghiệm phịng thí nghiệm điều kiện tiên quan trọng cho việc lập kế hoạch hiệu đề xuất tiến hành khai thác phương pháp WAG quy mô toàn mỏ Sau nhận xét trọng tâm từ kết thí nghiệm 6.1 Kết luận Tại thí nghiệm trương nở dầu, khí CO2 trộn lẫn với dầu áp suất cao dẫn đến dầu trương nở tốt giảm đáng kể độ nhớt Tại cấp tỷ lệ phần mol 0.600 khí CO2 bơm ép độ nhớt giảm xuống đến lần từ 0.833 (cP) khơng bơm ép CO2 đo áp suất bão hịa 2097 psig đến 0.274 (cP) áp suất bão hòa 4092 psig Và thể tích trương nở 1.49 lần so với thể tích ban đầu dầu áp suất bão hịa Tại thí nghiệm Áp suất trộn lẫn tối thiểu (MMP), dầu lấy từ mỏ SR trộn lẫn với khí CO2 đạt áp suất trộn lẫn thấp vào khoảng 2950 psig (203.4 bar), thành phần dầu áp suất trộn lẫn tổi thiểu bơm ép hydrocacbon đạt 4800 psig (331 bar) (Phạm Đức Thắng, 2014) Cho thấy khí CO2 dễ dàng trộn lẫn làm dầu trương nở khí hydrocacbon Nhìn chung thí nghiệm bơm ép phương pháp WAG cho kết đáng ý Với kết hệ số thu hồi thí nghiệm bơm ép WAG trước bơm ép nước thứ cấp 88.6% Và lượng thu hồi bơm ép nước thứ cấp đạt 68.6%, bơm ép WAG sau bơm ép nước đạt 17.9% Điều cho thấy hệ số thu hồi dầu WAG trước bơm ép nước lớn tổng hệ số thu hồi bơm ép nước bơm ép WAG sau bơm ép nước 2.1%, cho thấy việc áp dụng phương án bơm ép WAG trước bơm ép nước đạt hiệu bơm ép nước thứ cấp WAG tam cấp sau Lợi ích vượt trội việc bơm ép WAG trước bơm ép nước so với bơm ép nước thứ cấp bơm ép WAG tam cấp, thời gian cần thiết ngắn để tận thu triệt để lượng dầu Điều đặc biệt quan trọng, xem xét đến yếu tố ảnh hưởng dòng tiền thời gian hoàn vốn SVTH: Lê Quốc Nam 89 Chương 6: Kết luận kiến nghị Vì vậy, phương pháp WAG phải thực sau giai đoạn khai thác sơ cấp để đạt hiệu kỹ thuật lẫn kinh tế 6.2 Kiến nghị Các kết thu hồi dầu thu phịng thí nghiệm thực điều kiện nhiệt độ môi trường xung quanh nên chưa đủ sở đế kết luận có hiệu với quy mơ tồn mỏ Nhưng hệ số thu hồi dầu phương pháp WAG với khí CO2 cho thấy khả quan để nghiên cứu sâu tiến hành mô quy mô mỏ với thơng số thí nghiệm đề cập Từ kết thí nghiệm trên, nhận thấy phương pháp WAG với khí CO2 hồn tồn có khả áp dụng vào điều kiện mỏ Việt Nam Và để phương pháp đạt hiệu nhất, cần phải thực từ lúc đầu, sau giai đoạn khai thác sơ cấp, vỉa chưa ngập nước Đối với vỉa ngập nước, chọn giếng bơm ép ngập nước cần thiết phải khoan thêm giếng để tiến hành bơm ép, nhẳm tạo tiếp xúc tốt khí CO2 dầu Khảo sát nguồn CO2 phù hợp, tập trung vào: (i) khí thải nhà máy (khói) cơng nghiệp nhà máy điện chạy khí, than; nhà máy xi măng; nhà máy luyện kim… thu gom vận chuyển; (ii) khí CO2 tổ hợp tách chiết CO2 khỏi khí đồng hành từ khu vực mỏ PM-3 CAA, chí từ khu vực miền Trung, miền Bắc nên cần thêm chi phí đầu tư xây dựng đường ống thu gom lắp đặt thiết bị Việc sử dụng khí CO2 bơm ép với áp suất cao, chất CO2 phản ứng với ion Ca2+ tạo kết tủa, gây tượng lấp nhét lỗ rỗng làm suy giảm độ rỗng độ thấm Do đó, cần xem xét lại hiệu vỉa có thành phần lưu chất chứa hàm lượng Ca2+ cao SVTH: Lê Quốc Nam 90 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Alam, W., & Donaldson, E C (2008) Wettability Houston: Gulf Pub Co [2] Ameida nnk, 1993 “Reservoir Engineering Study of Co2 Enhanced Oil Recovery for Nipa 100 Field, Venezuela”, SPE 23678 presented at the 1993 SPE conference [3] Archer, J S., & Wall, C G (1986) Petroleum engineering : principles and practice London: Graham and Trotman Ltd [4] Arogundade, O., Shahverdi, H., & Sohrabi, M (2013) A Study of Three Phase Relative Permeability and Hyteresis in Water Alternating Gas (WAG) Injection SPE Enhanced Oil Recovery Conference (pp 1-16) Kuala Lumpur: Society of Petroleum Engineers [5] Aurel Carcoana, Applied Enhanced Oil Recovery [6] Bezerra, M C., Rosario, F F., Rocha, A A., Franca, F P., & Sombra, C L (2004) Assessment of scaling tendency of campos basin fields based on the characterization of formation water 6th International Convention on Oil field scale (pp 1-7) Aberdeen: Society of Petroleum Engineers [7] Blackwell, R.J et.al, 1960 “Recovery of Oil by Displacements With WaterSolvent Mixtures”, Petroleum Transactions AIME No 219, pp 293-300 [8] Caudle, B H., & Dyes, A B (1958) Mproving Miscible Displacement by GasWater Injection Society of Petroleum Engineers, 1-4 [9] Desai, K., & Moore, E (1969) Equivalent Nacl Determination From Ionic Concentrations The Log Analyst, 1-10 [10] Doghaish, N M (2008) Analysis of Enhanced Oil Recovery-A Literature Review Dalhousie University Halifax: unpublish work [11] Don W Green_ G Paul Willhite ,Enhanced Oil Recovery SVTH: Lê Quốc Nam 91 Tài liệu tham khảo [12] Donaldson, E C., Chilingar, G V., & Yen, T F (1989) enhanced oil recovery, processes and operations Amsterdam; New York: Elsevier Science Publishers B.V [13] Dr Maria Antonieta Barrufet PETE 609 – Module 1, [14] Fatemi, M S., Sohrabi, M., Jamiolahmady, M., Ireland, S., & Robertson, G (2011) Experimental Investigation of Near-Miscible Water-Alternating-Gas (WAG) Injection Performance in Water-wet and mixed-wet Systems SPE Offshore Europe Oil and Gas Conference and Exhibition (pp 1-16) Aberdeen: Society of Petroleum Engineers [15] Guntis Moritis, Oil & Gas Journal 14 May 2001, page 68 and 69 [16] Helena Lucinda Morais Nangacovie (2012), Application of WAG and SWAG injection techniques into the Norne E-segment Field [17] Hoàng Thị Thu Sương, 12/2006 Nghiên cứu cấu trúc địa chất đề suất phương án phát triển tầng chứa Miocen hạ mỏ SR [18] Http://www.peacesoftware.de/einigewerte/co2_e.html [19] Hustad, O., & Holt, T (1992) Gravity Stable Displacement of Oil by Hydrocarbon Gas After Waterflooding SPE/DOE Eighth Symposium on Enhanced Oil Recovery (pp 1-16) Tulsa: Society of Petroleum Engineers Inc [20] Kulkarni, M M., & Rao, D N (2005) Experimental investigation of miscible and immiscible Water-Alternating-Gas (WAG) process performance Journal of Petroleum Science & Engineering, p 1-20 [21] Lyons, W C., & Plisga, G J (2005) Standard handbook of petroleum & natural gas engineering (2nd ed ed.) Oxford: Gulf Professional Pub [22] Madhav M Kulkarni (2003), Immiscible and miscible gas-oil displacement in porous media [23] Mahli, L., & Scrivastava, J (2012) Water-Alternating-Gas (WAG) Injection a Novel EOR Technique for Mature Light Oil Fields - A Laboratory Investigation for GS5C of Gandhar Field Biennial International Conference & Exposition on Petroleum Geophysics (pp 1-6) Hyderabad: Reservoir Field Services, IRS, ONGC, Ahmedabad SVTH: Lê Quốc Nam 92 Tài liệu tham khảo [24] Mirkalaei, S M., Hosseini, S., Masoudi, R., Demiral, b M., & Karkooti, H (2011) Investigation of Different I-WAG schemes toward Optimization of Displacement Efficiency SPE Enhanced Oil Recovery Conference (pp 1-12) Kuala Lumpur, Malaysia: Society of Petroleum Engineers [25] Nezhad, S., Mojarad, M., Paitakhti, S., Moghadas, J., & Farahmand, D (2006) Experimental Study on Applicability of Water.Alternating-CO2 injection in the Secondary and Tertiary Recovery First International Oil Conference and Exhibition in Mexico (pp 1-4) Cancun: Society of Petroleum engineers [26] Ngô Thường San Giáo án điện tử Mơn Địa chất Khai thác Dầu Khí [27] Nguyễn Mạnh Hùng (2000) The Effect Of Some Controlling Paramaters On Gravity Segregation And Viscous Fingering In WAG Process In A first Contact Miscible Displacement [28] Odd Magne Mathiassen (2003) CO2 as Injection Gas for Enhanced Oil Recovery And Estimation of the Potential on the Norwegian Continental Shelf [29] Ole Andreas Knappskog, Evaluation of WAG injection at Ekofisk ( 2012) [30] Phạm Đức Thắng (2014) Nghiên cứu giải pháp hợp lý để tận thu dầu cát kết Miocen hạ, mỏ Bạch Hổ [31] Ram B Gupta (2007) Solubility of Supercritical Carbon Dioxine [32] Ramachandran, K P., Gyani, O N., & Sur, S (2010) Immiscible Hydrocarbon WAG: Laboratory to Field SPE Oil and Gas India Conference and Exhibition (pp 111) Mumbai: Society of Petroleum Engineers [33] Righi, E F., & Pascual, M (2007) Water-Alternating-Gas Pilot in the Largest Oil Field in Argentina:Chihuido de la Sierra negra, Neuquen Basin Latin America and Caribbean Petroleum Engineering Conference (pp 1-9) Buenos Aires: Society of Petroleum Engineers [34] Righi, F E., Royo, J., Gentil, P., Castelo, R., Del Monte, A., Repsol, Y., & Bosco, S (2004) Experimental Study of Tertiary Immiscible WAG Injection SPE/DOE SVTH: Lê Quốc Nam 93 Tài liệu tham khảo Fourteenth Symposium on Improved Oil Recovery (pp 1-10) Tulsa: Society of Petroleum Engineers [35] Saikou Touray (2013), Effect of Water Alternating Gas Injection on Ultimate Oil Recovery [36] Sanchez, N L (1999) Management of Water Alternating Gas (WAG) Injection Projects Latin American and Caribbean Petroleum Engineering Conference (pp 1-8) Caracas: Society of Petroleum Engineers [37] Shahverdi, H., Sohrabi, M., & Fatemi, S (2013) Offshore Europe Oil and Gas Conference and Exhibition (pp 1-12) Aberdeen: Society of Petroleum Engineering [38] Speight, J G (2009) Enhanced recovery methods for heavy oil and tar sands Houston: Gulf Pub Co [39] Stenby, E., Skauge, A., & Christensen, J (2001) Review of WAG Field Experience SPE Reservoir Evaluation & Engineering, 1-10 [40] Tarek, A (2001) Rreservoir Engineering Handbook (2nd ed.) Houston: Gulf Professional Publishing [41] Thakur, G C., & Satter, A (1998) INTEGRATED WATERFLOOD ASSET MANAGEMENT Tulsa: PennWell [42] Tiab, D., & Donaldson, E C (2004) Petrophysics : theory and practice of measuring reservoir rock and fluid transport properties Boston: Gulf Professional Pub [43] U.S Department of Energy (2013, August) Retrieved from http://energy.gov/fe/science-innovation/oil-gas/enhanced-oil-recovery [44] William D McCain, 1990 The Properties of Petroleum Fluids [45] Zerón, L R (2012) Introduction to Enhanced Oil Recovery (EOR) Processes and Boiremediation of Oil-Contaminated Sites Rijeka: InTech SVTH: Lê Quốc Nam 94 ... (blocking) CO2 lớp có khả thấm tốt SVTH: Lê Quốc Nam 12 Chương 3: Kỹ thu? ??t bơm ép khí – phương pháp khí nước luân phiên (WAG) CHƯƠNG 3: KỸ THU? ??T BƠM ÉP KHÍ – PHƯƠNG PHÁP KHÍ NƯỚC LUÂN PHIÊN (WAG)... Hình 3.1: Sơ đồ phương pháp thu hồi dầu tăng cường SVTH: Lê Quốc Nam 16 Chương 3: Kỹ thu? ??t bơm ép khí – phương pháp khí nước luân phiên (WAG) Kể từ năm 1957, dự án bơm ép khí phương pháp WAG áp dụng... tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu Đối tượng khảo sát mẫu lõi mỏ SR, Bể Cửu Long Kỹ thu? ??t bơm ép WAG tiến hành thí nghiệm mẫu lõi để đánh giá khả thu hồi dầu thời điểm bơm ép khác (trước bơm ép nước