Nghiên cứu, đánh giá hiện tượng ngưng tụ lỏng và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xảy ra trong lòng giếng khai thác mỏ Hải Thạch

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ QUỐC GIA VIỆT NAM VIỆN DẦU KHÍ VIỆT NAM - TIỂU LUẬN Luận án tiến sĩ kỹ thuật "Nghiên cứu, đánh giá tượng ngưng tụ lỏng yếu tố ảnh hưởng đến trình xảy lòng giếng khai thác mỏ Hải Thạch" Chuyên ngành: Kỹ thuật dầu khí Mã số: 62.52.06.04 Họ tên NCS: Nguyễn Minh Quý Người hướng dẫn 1: TS Phan Ngọc Trung Người hướng dẫn 2: TS Nguyễn Hữu Trung Hà Nội, năm 2017 MỤC LỤC TỔNG QUAN NGƯNG TỤ LỎNG TRONG GIẾNG KHAI THÁC 1.1 Hiện tượng ngưng tụ lỏng giếng khai thác 1.2 Nội dung nghiên cứu 11 NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG NGƯNG TỤ LỎNG BẰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ 12 2.1 Hệ thống thực nghiệm 12 2.2 Kết thực nghiệm 16 2.2.1 Giếng thẳng đứng 16 2.2.2 Đánh giá ảnh hưởng góc nghiêng đến liquid loading 18 ĐÁNH GIÁ HIỆN TƯỢNG NGƯNG TỤ LỎNG TRONG GIẾNG BẰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG LÒNG GIẾNG 21 3.1 Xây dựng mô giếng HT-3P 21 3.2 Đánh giá tượng liquid loading mô hình mô 27 3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình liquid loading giếng HT-3P 33 3.3.1 Ảnh hưởng tỷ số lỏng-khí (CGR) 34 3.3.2 Ảnh hưởng quỹ đạo giếng 35 3.3.3 Ảnh hưởng đường kính ống khai thác 37 3.3.4 Ảnh hưởng độ ngập nước 37 KẾT LUẬN 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 1 TỔNG QUAN NGƯNG TỤ LỎNG TRONG GIẾNG KHAI THÁC 1.1 Hiện tượng ngưng tụ lỏng giếng khai thác Trong khai thác mỏ khí, thành phần chất lưu từ giếng di chuyển lên bề mặt có lượng định pha lỏng, bao gồm HC lỏng ngưng tụ áp suất suy giảm thấp áp suất ngưng tụ hoặc/và nước vỉa có sẵn Chuyển động pha lỏng giếng khai thác khí tượng phức tạp Khi đưa giếng vào khai thác, chênh áp lớn nên vận tốc dòng khí đủ lớn để nâng hạt lỏng dạng sương (kích thước hạt lỏng nhỏ) lên bề mặt Tuy nhiên, sau thời gian khai thác, áp suất vỉa suy giảm vận tốc chuyển động dòng khí bị giảm theo Khi vận tốc chuyển động dòng khí thấp giá trị tới hạn định (phụ thuộc tính chất chất lưu mỏ), hạt lỏng không cung cấp đủ để chuyển động theo dòng khí bắt đầu rơi ngược trở lại lực trọng trường tích tụ đáy giếng (Liquid Loading) Khi tượng bắt đầu xảy ra, chế độ chảy dòng chảy bị thay đổi, trình ngưng tụ giếng diễn nhanh đẩy mạnh trình tích tụ pha lỏng đáy giếng Quá trình tích tụ pha lỏng phát triển làm thay đổi chế độ dòng chảy, tạo nút pha lỏng đáy giếng ngăn cản dòng khí từ vỉa vào dẫn đến dừng hoạt động khai thác giếng Hiện tượng ngưng tụ lỏng giếng khai thác phụ thuộc vào tốc độ lưu thể ống khai thác chế độ dòng chảy đa pha ống (vành khuyên, nút, bọt), quỹ đạo giếng (góc nghiêng), kiểu thiết kế hoàn thiện giếng, vật liệu chế tạo ống khai thác Các dạng dòng chảy pha giếng minh họa hình đây: Dòng chảy sương Dòng chuyển tiếp Dòng chảy nút khí Dòng chảy bọt khí Lưu lượng khí giảm Hình 1: Các dạng dòng chảy hai pha khí-lỏng giếng đường ống Hiện tượng ngưng tụ condensate vùng cận đáy giếng hệ thống khai thác nguyên nhân gây sụt giảm sản lượng khí condensate, giảm hiệu kinh tế khí thành phần nặng khai thác mỏ khí-condensate Một số mỏ lớn giới ví dụ mỏ Arun Indonesia báo cáo tới 45% sản lượng tượng ngưng tụ lỏng Đã có nhiều nghiên cứu tượng liquid loading công bố Tuy nhiên, phương pháp dự báo tượng liquid loading nhiều quan điểm khác chưa đánh giá đầy đủ yếu tố ảnh hưởng Các nghiên cứu liquid loading tập trung vào yếu tố vật lý dòng chảy hai pha, liên hệ vận tốc chuyển động dòng khí với yếu tố chế độ chảy, kích thước hạt lỏng, tỷ lệ pha khí pha lỏng, lực tương tác lên hạt lỏng chuyển động Turner [1] đưa phương pháp dự báo tốc độ tới hạn dòng khí dựa tính toán cân lực nâng trọng lực tác dụng lên hạt lỏng có kích thước tối đa Giá trị cực đại số Weber cho phép xác định kích thước lớn hạt lỏng, theo mối quan hệ sau Trong đó: 𝜌𝑣 𝑑 𝜌𝑣 𝑑 𝑊𝑒 = 𝑊𝑒 = 𝜎 𝜎 ρ-tỷ trọng pha lỏng (kg/m3); v-vận tốc chuyển động (m/s); d- đường kính hạt lỏng (m); σ-sức căng bề mặt hạt lỏng (N/m) Theo Turner, hai yếu tố để xác định hình thành trình liquid loading là: tượng liquid loading bắt đầu diễn kích thước hạt lỏng ngưng tụ đủ lớn để dòng khí chuyển động không đủ khả mang theo hạt lỏng bắt đầu rơi ngược xuống đáy giếng tác dụng trọng lực; thứ hai tính ổn định lớp film lỏng bám dọc theo thành ống Turner xây dựng mô hình: (1) Chuyển động lớp màng vành xuyến pha lỏng dọc theo thành ống (2) chuyển động hạt pha lỏng theo dòng khí chuyển động không gian bên vành xuyến Khi so sánh hai mô hình với liệu thực tế sản xuất, mô hình (2) cho phép dự báo liquid loading tốt Theo lý thuyết, phương trình tính toán vận tốc tới hạn dòng khí để nâng hạt lỏng chuyển động theo sau: 1/4 𝑣𝑡 = 1,593𝜎 1/4 (𝜌𝑙 − 𝜌𝑔 ) √𝜌𝑔 (𝑓𝑡/𝑔𝑖â𝑦) Phương trình Turner có hệ số điều chỉnh lên đến 20% cho phù hợp với liệu thực tế Cụ thể phương trình tính toán vận tốc tới hạn hiệu chỉnh dành cho nước 𝑣𝑐,𝑤 condensate trình bày sau 𝑣𝑐,𝑤 = 5,304(67 − 0,0031𝑃)1/4 𝑣𝑐,𝑐𝑜𝑛𝑑 = √0,0031𝑃 4,03(45 − 0,0031𝑃)1/4 √0,0031𝑃 Mô hình sử dụng phổ biến sản suất nhiều thập kỷ thông số đo dễ dàng đầu giếng Tuy nhiên, mô hình Turner giả thiết tượng liquid loading không phụ thuộc vào đường kính ống khai thác Bằng loạt nghiên cứu mình, Coleman [2] cải biến mô hình Turner để tính toán cho mỏ nông có áp suất đầu giếng không 500 psia, kết cho thấy mô hình dự báo liquid loading xác mà không cần hệ số hiệu chỉnh lên tới 20% Sau này, mô hình Turner tiếp tục phát triển với nhiều quan điểm Li Sun [3] mô hình Turner Coleman chưa tính đến biến dạng giọt pha lỏng trình rơi xuống tác dụng dòng khí chuyển động lên Theo đó, hạt chất lỏng dạng hình cầu mà có dạng hình trám dẹt tác dụng áp lực khác phần đầu phần cuối giọt lỏng Hạt chất lỏng hình cầu có diện tích hiệu dụng nhỏ so với hạt hình trám dẹt, cần vận tốc dòng khí lớn để nâng hạt lỏng hình cầu lên, hay nói cách khác, hạt có hình trám dẹt có diện tích hiệu dụng lớn cần vận tốc dòng khí nhỏ để nâng lên bề mặt Phương trình mô hình Li tính toán vận tốc tới hạn lưu lượng dòng khí sau: 1/4 𝑣𝑐 = 2,5 𝜎 1/4 (𝜌𝑙 − 𝜌𝑔 ) (đơ𝑛 𝑛𝑔𝑢𝑦ê𝑛 𝑆𝐼 ) √𝜌𝑔 𝑄𝑔 = 2,5 105 𝑃𝑣𝑒 𝐴 (𝑇)𝑍 Tiếp theo, nghiên cứu Veeken [4] cho trình liquid loading cần xem xét mô hình có tính đến chuyển động dòng chảy pha lỏng dạng film (màng) dọc theo thành ống Veeken chứng minh thực nghiệm vật liệu sơn phủ kỵ nước giúp giảm vận tốc tới hạn trình liquid loading ống Trong nghiên cứu Veeken cho tượng liquid loading bao gồm 05 giai đoạn liên tục diễn giếng khai thác sau: - Giai đoạn 1: Cả hai pha khí lỏng chuyển động lên bề mặt - Giai đoạn 2: Vận tốc dòng khí giảm thấp đến mức không đủ khả năng đẩy hạt pha lỏng lên bề mặt Dòng chất lỏng chảy ngược trở lại đáy giếng bắt đầu tích tụ - Giai đoạn 3: Lớp chất lỏng tích tụ đáy giếng làm tăng áp suất thủy tĩnh đáy giếng, điều làm giảm lưu lượng dòng khí từ vỉa vào giếng, trình tiếp tục dòng khí vào giếng dừng hẳn - Giai đoạn 4: Lượng chất lỏng tích tụ đáy giếng sau bị ép trở lại vỉa áp suất đáy giếng cao áp suất vỉa vùng cận đáy giếng Trong trình ép ngược lại đó, áp suất vùng cận đáy giếng bổ sung (từ lượng vỉa) - Giai đoạn 5: Áp suất vùng cận đáy giếng bổ sung đủ để nâng cột chất lưu (hai pha khí-lỏng) giếng khai thác lên bề mặt, dòng chảy giếng hoạt động trở lại Các trình mô tả theo hình đây, lặp lại vỉa bổ sung áp suất cho vùng cận đáy giếng đạt áp suất cần thiết để tiếp tục nâng cột lưu chất giếng lên Lúc giếng bị dừng hoạt động hoàn toàn Hình 2: Các giai đoạn dòng chảy giếng khai thác khí xảy liquid loading Van Gool [5] tiến hành đo kích thước hạt lỏng thấy kích thước thực tế hạt lỏng dòng chảy xảy liquid loading nhỏ so với kích thước tính toán để đạt cân vận tốc Từ tác giả kết luận tượng liquid loading phụ thuộc vào độ không ổn định lớp màng chất lỏng đường ống dẫn cân lực tác dụng lên hạt lỏng Guo [6] đưa mô hình để dự báo tượng liquid loading Theo Guo bên cạnh yếu tố vận tốc dòng khí, lượng pha lỏng hỗn hợp chất lưu (liquid gas ratio) yếu tố đóng vai trò quan trọng tượng Tồn giá trị ngưỡng tỷ số lỏng-khí hỗn hợp lưu chất, tỷ số lỏng khí cao giá trị ngưỡng này, tượng liquid loading xảy vận tốc dòng khí cao vận tốc tới hạn theo mô hình Turner Công thức tính toán vận tốc tới hạn mô hình Guo sau: 1/4 𝑣𝑐𝑟𝑖−𝑁 = 𝑣𝑇 = 1,593𝜎 1/4 (𝜌𝑙 − 𝜌𝑔 ) √𝜌𝑔 𝑣𝑐𝑟𝑖−𝑁 = 𝑣𝑐𝑟𝑖−𝑁 + ln 𝑓𝑜𝑟 𝐻𝐿 ≤ 𝛽 𝐻𝐿 + 𝛼 𝑓𝑜𝑟 𝐻𝐿 > 𝛽 𝛽 Trong đó: α- Hệ số hiệu chỉnh HL- Hệ số lỏng khí (Liquid holdup or liquid droplet concentration) β- giá trị ngưỡng hệ số lỏng-khí Yashaswini [7] số mỏ khí có áp suất thấp tượng liquid loading vận tốc dòng khí thấp so với vận tốc tới hạn tính theo mô hình Turner Coleman Yashaswini dựa vào mô hình Guo [6] có tính toán đến ảnh hưởng chuyển động lăn hạt chất lỏng ống, đại diện hệ số tổn thất S để tính đến tổn thất lượng dòng khí Phương trình tính toán vận tốc tới hạn Yashaswini có tính đến hệ số tổn thất S sau: 𝑣𝑐𝑟𝑖−𝑆 = 𝑣𝑐𝑟𝑖−𝐿 + 𝑆(𝑣𝑐𝑟𝑖−𝑇 − 𝑣𝑐𝑟𝑖−𝐿 ) Trong đó: 𝑣𝑐𝑟𝑖−𝑆 – vận tốc tới hạn có tính đến hệ số tổn thất S; 𝑣𝑐𝑟𝑖−𝐿 - vận tốc tới hạn theo mô hình Guo; 𝑣𝑐𝑟𝑖−𝑇 - vận tốc tới hạn theo mô hình Turner Được công bố năm 2012, M Daas [8]và cộng giới thiệu mô hình động học dòng chảy đa pha hiệu chỉnh Mô hình Daas chứng minh với điều kiện hệ lưu chất có hệ số LGR nhỏ trung bình, mô hình Turner Guo thường cho dự báo vận tốc tới hạn thấp thực tế, trường hợp áp suất đầu giếng cao Daas cho mô hình chưa tính đến ảnh hưởng gia tăng số liquid holdup dòng khí Hiện tượng liquid loading diễn đồng thời với trình chuyển đổi chế độ chảy hỗn hợp lưu chất từ annular flow sang churn/slug flow Mô hình động học Daas xem công cụ để dự đoán tốt vận tốc tới hạn liquid loading việc kết hợp sử dụng mô hình trạng thái bền (của Guo) có tính thêm ảnh hưởng thông số liquid holdup từ mô tạm thời Việc nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng tubing tượng liquid loading đặc biệt ý Tuy nhiều tranh luận khác kết nghiên cứu cho thấy quỹ đạo giếng hay nói cách khác góc lệch tubing yếu tố bỏ qua việc dự báo liquid loading giếng khai thác khí Flores- Avila [9] thực nghiệm dòng chảy hai pha khí-lỏng với hỗn hợp không khí nước với hệ thống đường ống có góc nghiêng khác Kết cho thấy giá trị vận tốc tới hạn tăng góc nghiêng đường ống tăng theo phương trình sau 𝑣𝑠𝑔 𝜎(𝜌𝐿 − 𝜌𝑔 ) = 4,452 ⌊ ⌋ 𝐶𝑑 cos 𝜃𝜌𝑔2 0,25 Trong đó: 𝑣𝑠𝑔 – vận tốc tới hạn σ – sức căng bề mặt 𝐶𝑑 – hệ số kéo (drag coefficient) 𝜌𝐿 , 𝜌𝑔 - tỷ trọng pha lỏng pha khí θ – góc nghiêng ống (giếng) Theo nghiên cứu Grija trượng dịch chuyển chế dòng chảy phân tích thay đổi chế độ dòng chảy hai pha khí-lỏng dọc theo thân giếng Nghiên cứu cho thấy khác biệt dòng chảy phần phần ống tác dụng trọng lực Ở phía đường ống màng pha lỏng dày hướng dòng chảy pha lỏng dao động theo hai hướng lên xuống Ở phần đường ống, màng pha lỏng mỏng hướng dòng chảy thể xu hướng xuống Belfroid [10] nghiên cứu chuyển động lớp màng lỏng đường ống có góc xiên khác Belfroid cho lực ma sát bề mặt tính toán dự báo từ thông số chiều cao phân bố không gian sóng lăn (roll waves) Sự phân bố sóng lăn có vai trò quan trọng chế phân bố lại lớp màng lỏng độ dày trung bình Donald [11] công bố kết nghiên cứu tượng liquid loading giếng khai thác khí khoan ngang mỏ tight gas Nghiên cứu thực hệ thống mô dòng chảy đa pha tức thời, hệ thống camera đặc biệt (sử dụng công nghệ video logging) lắp đặt đáy giếng khai thác khí đất liền mỏ tight gas Trong thời gian đo video logging, giếng dừng hoạt động, thông số dòng chảy đo đầu giếng, bao gồm: áp suất, lưu lượng, nhiệt độ, sản lượng cộng dồn, sản lượng lưu lượng bình quân theo ngày nước condensate Các số liệu đo khớp với mô hình dòng chảy đa pha tức thời Theo Donald, tượng liquid loading giếng khoan ngang thường xảy sớm dự báo lượng pha lỏng ngưng tụ Hiện tượng liquid loading bắt đầu xảy lưu lượng giảm xuống khoảng 0.750 MMscf/day sau thời gian cột chất lỏng ngưng tụ đáy giếng lớn mà dòng khí tiếp tục nâng lên bề mặt bít không dòng khí lên dẫn đến dừng giếng Để làm rõ chế trình liquid loading giếng HT-3P, nghiên cứu sinh đánh giá giai đoạn khai thác giếng, bao gồm:  Giai đoạn 1: Thời gian bắt đầu mô tương ứng với lưu lượng khí thông số khai thác khác (BHP, THP, THT, CGR etc.) mô tương đồng với giai đoạn khai thác thực tế giếng HT-3P  Giai đoạn 2: Theo thời gian khai thác lưu lượng khí giếng HT-3P giảm dần xuống trình liquid loading bắt đầu xuất với hai tượng Droplet liquid film Lưu lượng khí bắt đầu không ổn định giảm đến 0.75 MMscf/day  Giai đoạn 3: Quá trình liquid loading với trình ngưng tụ ngược từ miệng giếng đến đáy giếng tích tụ dần đáy giếng làm cản trở dòng khí lên kết lượng dòng khí không đủ để tiếp tục đẩy cột chất lỏng lên dẫn đến dừng giếng chênh áp đáy giếng miệng giếng lớn Giai đoạn 1: Kết mô giai đoạn hình 14 cho thấy thời điểm giếng chưa bị ngưng tụ ngược, lưu lượng khí ổn định Cơ chế dòng chảy ống dọc theo chiều dài ống cho thấy với lưu lượng MMscf/day áp suất BHP = 150 bar, THP = 90 bar, THT= 50 oC dòng chảy từ giếng lên đến góc nghiêng độ sâu 1400 mTVD dòng chảy thẳng stratified annular, nhiên lên gần miệng giếng dòng chảy chuyển sang slug (hình 14) Vận tốc khí VSG tăng dần từ miệng giếng lên miệng giếng từ 0.6 m/s lên 0.8 m/s, VSG nhỏ so sánh với VSG thực nghiệm mô hình vật lý dòng chảy áp suất đáy áp suất miệng giếng cao so với mô hình dòng tiến hành điều kiện áp suất thấp (hệ số nén khí gần 1) Kết mô cho thấy giai 28 đoạn dòng chảy ngược VL = 0.1 m/s, dòng lỏng theo dòng khí theo thành giếng dạng liquid film lên miệng giếng Hình 14 Cơ chế dòng chảy vận tốc khí-lỏng giếng HT-3P Tại giai đoạn khai thác giếng HT-3P với CGR = 125 STB/MMscf lưu lượng khí MMscf tượng liquid loading chưa xảy (Hình 15), có liquid holdup khí vỉa tiếp xúc với thành ống khai thác dòng khí đẩy lên miệng giếng thiết bị khai thác bề mặt, nguy ngưng tụ ngược chất lỏng không quan sát giai đoạn Hình 15 Sản lượng khai thác khí-condensate giếng HT-3P mô theo giai đoạn Q1 2015 29 Giai đoạn 2: Giai đoạn mô với lưu lượng khí giảm tương lai xuống theo áp suất vỉa IPR giảm Tại thời điểm với lưu lượng khí khoảng 750 Mscf/ngày, áp suất đáy giếng 150 bar, tượng liquid loading bắt đầu xuất làm cản trở dòng chảy khí dẫn đến lưu lượng khí khai thác không ổn định (Hình 16) Nguyên nhân tượng trình chảy ngược pha lỏng số vị trí thân giếng (Hình 17) Tuy nhiên, giai đoạn lưu lượng khí tương đối cao động đủ lớn để tạo chênh áp đẩy ngược lượng chất lỏng ngưng tụ dịch chuyển xuống lên miệng giếng dẫn đến lưu lượng khí lên bề mặt không ổn định, tăng giảm liên tục Hình 16 Lưu lượng khí thời gian mô 165 đến 170 ngày Tại vị trí tổn hao áp suất lớn vị trí 1400 mTVD với góc nghiêng chế dòng chảy chuyển dịch từ chảy annular sang slug, kết mô VL < (Hình 17) nghĩa có tồn trình chảy ngược lỏng ngưng tụ mặt thành giếng Kết mô 3D dòng chảy giếng cho thấy số vị trí có lượng lỏng holdup lớn so với vị trí có tổn hao áp suất thấp 30 Hình 17 Cơ chế dòng chảy bắt đầu có tượng liquid loading Giai đoạn 3: Giai đoạn nghiên cứu đánh giá nhằm mục đích xác định ảnh hưởng trình liquid loading lên hiệu khai thác giếng HT-3P xác định thời gian từ xuất liquid loading đến giếng khả cho dòng Lượng chất lỏng dịch chuyển từ miệng giếng dần xuống tích tụ đáy giếng thể VL = -0.5 đến -1 ứng với thời gian tùy thuộc vào vị trí thành giếng từ đáy giếng lên miệng giếng (Hình 18) Liquid loading với VL < 0; VSG = Hình 18 Vận tốc khí-lỏng theo thân giếng giai đoạn loading mạnh 31 Hình 19 Vận tốc khí-lỏng theo thân giếng giai đoạn giếng không khả khai thác Quá trình liquid loading xảy giếng HP-3P làm lưu lượng khí khai thác giảm nhanh sau thời gian lưu lượng lỏng thu hồi miệng giếng Điều cho thấy ảnh hưởng tượng liqiud loading giếng HT-3P diễn nhanh cột chất lỏng tích tụ dần đáy giếng đủ lớn, lưu lượng dòng khí không đủ lượng để nâng cột chất lỏng lên miệng giếng làm dừng giếng chênh áp đáy giếng miệng giếng lớn (Hình 20, hình 21) Hình 20 Sản lượng khí-lỏng giai đoạn giếng chết trình liquid loading 32 Hình 21 Chênh áp áp suất đáy giếng miệng giếng vị trí theo thân giếng HT-3P Các kết mô khai thác mô hình giếng HT-3P giúp đưa nhận định tin cậy động thái khai thác giếng tác động tượng liquid loading lòng giếng Mặc dù thời điểm giếng HT-3P khai thác ổn định chưa xuất hiện tượng ngưng tụ lỏng, nhiên tượng xuất lưu lượng khí giảm xuống MMscf/ngày đặc biệt có mức độ ảnh hưởng lớn, gây ổn định giếng xuất khiến giếng không khả cho dòng sau thời gian ngắn 3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình liquid loading giếng HT-3P Các kết nghiên cứu mô hình vật lý dòng chảy (flow loop) nhiều yếu tố ảnh hưởng đến trình liquid loading lòng giếng khai thác, tỷ số khí-lỏng góc nghiêng giếng yếu tố quan trọng Mô hình mô giếng HT-3P thực với số liệu thực tế giếng, nhiên nhằm mục đích đánh giá mức độ ảnh hưởng yếu tố công cụ mô phỏng, nhiều phương án độ nhạy đưa ra, bao gồm:  Ảnh hưởng tỷ số lỏng-khí (CGR), 33  Ảnh hưởng quỹ đạo giếng (góc nghiêng),  Ảnh hưởng đường kính ống khai thác,  Ảnh hưởng hàm lượng nước khai thác (WCT) 3.3.1 Ảnh hưởng tỷ số lỏng-khí (CGR) Như kết phân tích thành phần hydrocarbon khí vỉa giếng HT3P theo giai đoạn khai thác kết phân tích khí mỏ Hải Thạch cho thấy tính chất số CGR thay đổi theo thời gian khai thác khu vực mỏ CGR mỏ Hải Thạch thay đổi từ 110 STB/MMscf (HT-1P; HT3P) đến 170 STB/MMscf (HT-2P) Sự thay đổi CGR làm thay đổi thời điểm chế xuất liquid loading giếng khai thác khí Để đánh giá ảnh hưởng CGR đến tượng liquid loading, nghiên cứu sinh tiến hành mô với CGR khác tương ứng với mức độ thay đổi ghi nhận thực tế với giá trị 125, 170 270 stb/MMscf Kết mô cho thấy với giá trị CGR tăng dẫn đến pha khí vỉa chứa nhiều lỏng ngưng tụ hơn, trình liquid loading xảy sớm mức độ nghiêm trọng Trên Hình 22 thấy lưu lượng khí giếng HT-3P với CGR cao có độ dao động không ổn định lớn trường hợp có CGR thấp Giá trị CGR thấp, với lưu lượng dòng khí lớn 750 Mscf/ngày, tượng ngưng tụ ngược không xảy ra, với tỷ số CGR cao lưu lượng khí phải MMscf/ngày hạn chế tượng này, đặc biệt với sản lượng khai thác giếng HT-2P 0.9 MMscf/day có CGR = 170 STB/MMscf khả liquid loading xảy giếng cao 34 Hình 22 Ảnh hưởng CGR lên trình liquid loading giếng HT-3P 3.3.2 Ảnh hưởng quỹ đạo giếng Các kết thực nghiệm mô hình vật lý dòng chảy (flow loop) giếng có độ nghiêng 30° có nguy xẩy liquid loading cao Để đánh giá điều kiện thực tế, NCS mô lại quỹ đạo giếng HT-3P với góc nghiêng thân giếng khác Kết đánh giá hỗ trợ lựa chọn thiết kế giếng tối ưu cho giếng khai thác mới, hạn chế tượng ngưng tụ ngược 35 Hình 23 Ảnh hưởng quy đạo giếng đến tượng liquid loading Kết mô cho thấy với quỹ đạo giếng HT-3P với góc nghiêng độ sâu 1400 mTVD khoảng 30o (hình 23-1 cấu trúc giếng tại), khả xảy liquid loading cao Hiện tượng ngưng tụ ngược xảy lưu lượng khí xuống 750 Mscf/day khí tượng xảy lưu lượng khí xuống 400 Mscf/d với quỹ đạo giếng nghiêng 55o (hình 23-2) 300 Mscf/d với quỹ đạo giếng nghiêng 20o (hình 23-3) Kết mô tương đồng với thực nghiệm vật lý Từ kết thực nghiệm mô cho thấy quỹ đạo giếng HT-3P có nguy xảy liquid loading mức độ ảnh hưởng lớn nhất, phát quan trọng cần cân 36 nhắc lựa chọn quỹ đạo giếng khai thác bổ sung mỏ Hải Thạch mỏ khí-condensate khác 3.3.3 Ảnh hưởng đường kính ống khai thác Một số giải pháp để khắc phục tượng liquid loading sử dụng ống khai thác có đường kính nhỏ lòng ống khai thác cũ (velocity string) Nhằm khẳng định hiệu giải pháp, NCS mô gếng HT3P với đường kính ống khác nhau: ID = 4.67-in; 3.5-in 2.48-in Kết cho thấy với đường kính giếng ID = 2.48 không xảy tượng liquid loading suốt trình khai thác, với ID=3.5-in tượng liquid loading xảy muộn so với trường hợp ID=4.67 giếng HT-3P với lưu lượng khí tới hạn thấp khoảng 600 Mscf/ngày Hình 24 Hiện tượng liquid loading với đường kính giếng 3.3.4 Ảnh hưởng độ ngập nước 37 Hiện giếng HT-3P chưa xuất nước khai thác, nhiên đến thời điểm định việc xuất nước xảy NCS mô ảnh hưởng lượng nước xâm nhập đến tượng liquid loading giếng HT-3P Lượng nước vỉa đưa vào mô hình tính toán tổng số lượng chất lỏng giếng Kết mô cho thấy WCT= 0.5 ( tương đương 250 STB/ngày) giếng HT-3P xuất liquid loading lưu lượng khí lớn khoảng 1,1 MMscf/day Điều cho thấy nước vỉa xâm nhập khiến giếng khai thác dừng nhanh trình liquid loading xảy sớm, lượng lỏng ngưng tụ ngược tích tụ đáy giếng nhanh có tham gia đồng thời nước vỉa condensate Hình 25 Ảnh hưởng WCT lên trình liquid loading giếng HT-3P 38 KẾT LUẬN Để làm rõ chế tượng ngưng tụ ngược giếng khai thác mỏ khícondensate Hải Thạch đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến trình, NCS tiến hành nghiên cứu mô hình vật lý dòng chảy (flow loop) mô hình mô lòng giếng Giếng HT-3P giếng có sản lượng thấp, tượng ngưng tụ vỉa chứng minh gây sụt giảm sản lượng nguy xảy ngưng tụ ngược giếng cao đo lựa chọn đối tượng nghiên cứu Các kết nghiên cứu tổng hợp sau:  Thực nghiệm mô hình vật lý dòng chảy (flow loop) cho thấy tượng ngưng tụ ngược đáy giếng kết đồng thời hai trình: 1) trình rơi trở lại đáy giếng giọt chất lỏng (droplet) 2) trình chuyển động ngược xuống đáy giếng lớp màng lỏng xung quanh thành ống (liquid firm) lực nâng tạo động dòng khí lên kết hợp với lực ma sát lớp chất lỏng thành ống nhỏ trọng lực Các kết tính toán vận tốc dòng khí tới hạn mức độ ngưng tụ lỏng thực nghiệm với góc nghiêng khác cho thấy giếng có góc nghiêng 30o có rủi ro liquid loading cao  Để đánh giá tượng điều kiện thực, mô hình mô lòng giếng HT-3P xây dựng Các yếu tố quỹ đạo giếng, đường kính ống khai thác, hàm lượng nước khai thác đánh giá Kết mô cho thấy theo thời gian khai thác vận tốc dòng khí lòng giếng giảm dần Tùy cấu trúc, quỹ đạo giếng thành phần chất lưu khai thác, tới thời điểm định tượng ngưng tụ lỏng xuất gây ổn định lưu lượng, áp suất giếng, sản lượng sụt giảm nghiêm trọng Các nhận xét quan trọng sau rút ra:  Với cấu hình hoàn thiện giếng thực tế giếng HT-3P tại, lưu lượng khí khai thác giếng HT-3P giảm xuống 800 Mscf/ngày tượng liquid loading xảy Phân tích chế độ dòng chảy giếng thời điểm liquid loading xảy cho thấy 39 chế màng lỏng chảy dọc thành ống chủ đạo so với tượng droplet  Kết mô cho thấy góc nghiêng giếng yếu tố ảnh hưởng chủ đạo tới thời điểm xuất mức độ trầm trọng tượng Với góc nghiêng 30o thực tế giếng HT-3P, tượng liquid loading xảy sớm có mức độ cao Sự có mặt gia tăng hàm lượng nước khai thác cuối đời mỏ làm trầm trọng vấn đề Kết phù hợp với kết thực nghiệm flowloop Đây phát quan trọng nghiên cứu  Kết nghiên cứu cho thấy giảm đường kính ống khai thác giải pháp hữu hiệu để hạn chế ảnh hưởng tượng ngưng tụ lỏng giếng 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO Turner, R.G., Hubbard, M.G., and Dukler, A.E.: “Analysis and Prediction of Minimum Flow Rate for the Continuous Removal of Liquids from Gas Wells,” J Pet Tech (Nov.1969) 1475-1482 Coleman S.B., Clay H.B., McCurdy D.G and Lee Norris H., A new look at predicting gas well load up, J Pet Tech, March 1991, pp 329-333 Li, M., Li, S.L., and Sun, L.T.: “New View on Continuous-Removal Liquids from Gas Wells,” paper SPE 75455 presented at the 2001 SPE Permian Basin Oil and Gas Recovery Conference, Midland, TX, May 15-16 Veeken, K., Bakker, E., and Verbeek, P.: “Evaluating Liquid Loading Field Data and Remedial Measures,” presented at the 2003 Gas Well De-Watering Forum, Denver, CO, March 3-4 Frank Raymond Van Gool (Delft U of Technology) | Peter K Currie (Delft U of Technology) An Improved Model for the Liquid-Loading Process in Gas Wells, SPE Production & Operations 11-2008 SPE-106699-PA Sanquan Gou A simple method to determine the position of wellbore liquid, Well Test, 15 (4) (2006), pp 25–26 Yashaswini Nallaparaju, Pandit Deendayal Petroleum University, Prediction of Liquid Loading, 9th Bienial international conference and exposition on petroleum geophysics M Daas, T.Golczynski, J.Harry, MsiKenny Minimum flowrate to unload gas wells : dynamic multiphase modeling to validate existing correlations, copyright 2012 SPE Flores Avila, F.Smith 2002 Experimental evaluation of control fluid fallback during off bottom well control : Effect of deviation angle Paper IADC/SPE 74567 41 10 Belfroid, S.P.C Schiferli, W.Alberts, G.Veeken, Biezen 2008 Prediction onset and dynamic behavior of liquid loading gas wells SPE annual Technical conference and exhibition, Denver 21-24 September 11 Donald F.B Jackson and Claudio J.J Virues, SPE, and David Sask "Investigation of Liquid Loading in Tight Horizontal Gas Wells With a Transient-Multiphase-Flow Simulator," by, SPE, SPT Group, , SPE, Encana, prepared for the 2011 Canadian Unconventional Resources Conference, Calgary, 15-17 November 12 G.yuan, E.Pereyra and C.Sarica, The university of tulsa, an experimental study on liquid loading of vertical and deviated gas well, SPE 2013 13 Skopich, A 2012 Experimental Study of Surfactant Effect on Liquid Loading in 2-in and 4-in Diameter Vertical Pipes MSE thesis, University of Tulsa, Tulsa, Oklahoma 14 Westenende, J.Van’t 2008 Droplets in annular disperserd gas liquid pipe flows PhD dissertation, Delft University of Technology 42 ... tượng ngưng tụ condensate vùng cận đáy giếng hệ thống khai thác nguyên nhân gây sụt giảm sản lượng khí condensate, giảm hiệu kinh tế khí thành phần nặng khai thác mỏ khí-condensate Một số mỏ... nước khai thác dạng film, condensate dạng giọt, condensate dạng film Ba phương trình động lượng tính toán đồng thời phần mềm bao gồm cho pha khí giọt khí, cho condensate, cho nước khai thác Mô... condensate pha khí)  Đánh giá độ nhạy dự báo khả liquid loading giếng HT-3P lượng nước khai thác tăng WCT thay đổi từ 0.0 đến 0.5 so với condensate (tăng liquid holdup pha lỏng gồm nước condensate