Ảnh hưởng của nước vỉa lên hiệu quả khai thác thân dầu móng mỏ Sư Tử Đen

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN TUÂN ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC VỈA LÊN HIỆU QUẢ KHAI THÁC THÂN DẦU MÓNG MỎ SƯ TỬ ĐEN Chuyên ngành: Mã số chuyên ngành: Kỹ thuật dầu khí 62.52.06.04 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH NĂM 2016 Cơng trình hoàn thành Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Trần Văn Xuân Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS Phan Ngọc Cừ Phản biện độc lập 1: Phản biện độc lập 2: Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp vào lúc ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Khoa học Tổng hợp Tp HCM - Thư viện Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM 1.1 Cho đến dầu khai thác từ tầng móng granit kết tinh giới nói chung hiếm, vài mỏ Việt Nam Bạch Hổ, Rạng Đông, Sư Tử Đen, Sư Tử vàng Venezuela La Paz Hơn nữa, việc khai thác dầu đá móng tác động mạnh mẽ tầng nước vỉa có áp mỏ Sư Tử Đen (STĐ) điều hồn tồn mẻ chưa có tiền lệ Việc thiết kế khai thác dầu móng phong hố, hang hốc, nứt nẻ có tham gia mạnh mẽ nước vỉa làm thay đổi cấu thiết kế khai thác, mà làm thay đổi quan điểm vận hành cách quản lý mỏ truyền thống, đồng thời mở hướng thiết kế khai thác dầu khí đặc biệt Việt Nam, giới Mặc dù khai thác với khối lượng lớn dầu móng lĩnh vực nghiên cứu địa chất công nghệ mỏ, thiết kế khai thác vận hành nhiều vấn đề tranh luận cần quan tâm giải làm sáng tỏ như: - Sự tồn tầng nước vỉa tự nhiên, nguồn gốc hình thành qui luật phân bố, qui mô trữ lượng, chế vận động - Ảnh hưởng tương tác nước vỉa với đá móng, chất lưu, tới tính chất thủy động lực vỉa độ thấm, chứa, độ bão hòa dầu, - Mức độ ảnh hưởng tác động tầng nước vỉa có áp tới hiệu khai thác, bơm ép giếng từ đưa phương án thiết kế giếng, phát triển mỏ, giải pháp khai thác phù hợp nhằm hạn chế ảnh hưởng xấu phát huy tác động tích cực tầng nước vỉa Đưa chế độ khai thác hiệu an toàn hướng phát triển mỏ giai đoạn đặc biệt làm tiền đề cho việc thiết kế phát triển mỏ phát Trước yêu cầu cấp thiết đề tài: “Ảnh Hưởng Của Nước Vỉa lên Hiệu Quả Khai Thác Thân Dầu Móng Mỏ Sư Tử Đen” chọn để làm luận án tiến sĩ ngành Kỹ thuật dầu khí trường ĐH Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh 1.2 đích 1.2.1 Mục đích: Nghiên cứu xác định phương pháp dự báo sớm tồn tầng nước vỉa đánh giá ảnh hưởng tầng nước vỉa đến khai thác bơm ép nước làm sở đưa phương án thiết kế phát triển khai thác phù hợp, đưa giải pháp khai thác mỏ có nước xâm nhập nước nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu trì sản lượng khai khai thác cho mỏ STĐ làm tiền đề cho thiết kế phát triển mỏ tương tự phát 1.2.2 Nhiệm vụ: Phân tích đặc điểm thủy động lực, mức độ liên thơng, đặc tính chất lưu, động thái chế độ lượng khai thác mỏ, giếng khai thác bơm ép nước Đánh giá ảnh hưởng tầng nước vỉa lên khai thác bơm ép nước làm sở lựa chọn phương án thiết kế phát triển mỏ Phân tích, đề xuất giải pháp, chế độ khai thác có nước xâm nhập nhằm trì sản lượng khai thác gia tăng hệ số thu hồi dầu 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu mỏ tương tự khác bồn trũng Cửu Long nói chung Ảnh hưởng nước vỉa lên khai thác bơm ép nước thân dầu đá móng 1.4 Cơ sở tài liệu phương pháp nghiên cứu 1.4.1 Các phương pháp nghiên cứu - Tổng hợp phân tích nguồn tài liệu có, xử lý đánh giá đặc điểm cấu tạo STĐ - Các nghiên cứu phân tích tương tự luận giải tài liệu thử vỉa, phân tích tài liệu hóa, nguyên tố phóng xạ, đồng vị bền nước - PTCBVC, mơ hình khai thác cho thân dầu đá móng nứt nẻ, nhằm xác định đánh giá mức độ ảnh hưở dầu hiệu ải pháp khai thác ếu tố đến hệ số thu hồi - Tổng hợp kết xử lý, phân tích kết hợp tài liệu thu thập để hình thành phương pháp luận thiết kế khai thác thân dầu đá móng có tham gia tầng nước vỉa tự nhiên 1.4.2 Cơ sở tài liệu - Các tài liệu địa chất, địa vật lý giếng khoan, kết phân tích thạch học, DST, PVT từ 48 giếng (thăm dò phát triển) đến tháng năm 2014 - Tài liệu lịch sử động thái khai thác từ 40 giếng khai thác/bơm ép từ 2003 đến hết tháng năm 2014, , mơ hình địa chất – mơ hình khai thác mỏ STĐ năm 2014 - Kết phân tích hóa 1000 mẫu nước khai thác đồng hành mỏ STĐ, đồng vị bền 203 mẫu, đồng vị 226 Ra 132 mẫu, chất thị 500 mẫu - Các tài liệu nghiên cứu, tạp chí, báo cáo sản xuất chuyên ngành địa chất, kiến tạo dầu khí, mơ hình địa chất, mơ hình mô mỏ tương tự (Bạch Hổ , Rạng Đông)… công bố nhà khoa học Cơng ty dầu khí 1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.5.1 Ý nghĩa khoa học: - Bằng phương pháp nghiên cứu, sớm phát tồn tầng nước vỉa có áp ảnh hưởng vào vỉa dầu móng Sư Tử Đen - Phát mức độ ảnh hưởng tầng nước vỉa lên hiệu khai thác, thông qua mô hình thủy động lực xác định lượng giếng bơm cần thiết cho chế độ khai thác thân dầu - Xây dựng phương pháp ứng dụng cho thiết kế khai thác dầu cách hợp lý đá móng trường hợp có tầng nước vỉa tự nhiên 1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn: - Kết nghiên cứu có tính thực tiễn cao cho phép áp dụng việc khai thác thân dầu móng khơng mỏ Sư Tử Đen mà áp dụng thành công mỏ Sư Tử Vàng, Sư Tử Nâu bể Cửu Long áp dụng cho mỏ tương tự khác - Góp phần làm sáng tỏ vị trí phân bố, nguồn gốc hình thành phát triển tầng nước vỉa tự nhiên cấu tạo móng Sư Tử Đen, làm tiền đề định hướng phát triển khai thác tận thu thiết kế phát triển mỏ phát bể Cửu Long bể lân cận có hiệu - Đối với mỏ có tầng nước vỉa tự nhiên cần nghiên cứu sớm thành phần hóa học, độ khống hóa chế độ thủy động lực mỏ nhằm bơm ép lúc, thiết kế mạng lưới giếng chế độ khai thác hợp lý đảm bảo khai thác dầu có hiệu - Xác lập hệ phương pháp dự báo sớm tồn tham gia tầng nước vỉa tự nhiên, xây dựng chế hình thành tầng nước vỉa thân dầu móng mỏ STĐ đặc điểm phân bố vận động tầng nước - Đánh giá tác động tích cực ảnh hưởng tầng nước vỉa tự nhiên lên hiệu khai thác thân dầu móng mỏ STĐ - Xác định tổ hợp giải pháp khai thác tối ưu có tượng nước xâm nhập thân dầu đá móng Ứ ến kỹ thuật nghiên cứu thiết kế giếng khai thác, bơm ép nước cho thân dầu ngập nước làm tiền đề quan trọng để thiết kế phát triển khai thác mỏ - Góp phần hồn thiện hệ phương pháp luận thiết kế khai thác dầu đá móng có tham gia tầng nước vỉa tự nhiên 1.7 - Luận điểm 1: Thân dầu đá móng mỏ STĐ tồn tầng nước vỉa có quan hệ thủy lực với thân dầu có nguồn gốc đa dạng phức tạp, chủ yếu từ tầng trầm tích áp kề vào cánh cấu tạo phần móng, đáy khe nứt, đứt gãy sâu Với trình hình thành, biến đổi phức tạp gắn liền với lịch sử thành tạo, biến đổi thứ sinh thân dầu móng, tầng nước vỉa có tính chất hóa - - lý đặc biệt với độ tổng khống hóa nhỏ (> 300 với - - hàm lượng Cl , Br nhỏ chứng tỏ có nguồn gốc vùng cửa sông nơi nước trộn lẫn với nước mặn nước từ thành hệ trầm tích tuổi Cenozoic - Luận điểm 2: Nước vỉa: diện, khả biến đổi, tỷ phần tham gia, quy mơ trữ lượng, vị trí phân bố, mức độ (tốc độ) xâm nhập có vai trò định đến thiết kế phát triển hiệu khai thác thân dầu móng mỏ STĐ Các thơng số định quy mô số lượng giếng khai thác bơm ép nước, thời điểm cần phải tiến hành bơm ép nước trì áp suất vỉa, phương án thiết kế giếng xâm nhập nước vỉa ảnh hưởng lớn đến hiệu khai thác giếng nói riêng tồn mỏ nói chung mà khó dự báo Việc sớm xác định yếu tố ảnh hưởng cho phép xác định áp dụng giải pháp phát huy mặt tích cực hạn chế tác động tiêu cực tầng nước vỉa nhằm gia tăng hệ số thu hồi dầu 1.8 Luận án gồm 125 trang, 21 bảng, 77 thị, cơng trình cơng bố liên quan đến luận án 53 tài liệu tham khảo, trình bày thành chương với nội dung sau: - Phần Mở đầu: Nêu bật tính cấp thiết đề tài, mục đích nhiệm vụ luận án, đối tượng phạm vi nghiên cứu, sở tài liệu phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa thực tiễn khoa học, cuối trình bày điểm luận án luận điểm bảo vệ - Chương 1: Trình bày khái quát chung lịch sử tìm kiếm thăm dò, điều kiện địa lý tự nhiên thân dầu móng mỏ STĐ, đặc điểm thấm chứa đặc tính chất lưu mức độ liên thơng thủy động lực đặc điểm động thái khai thác thân dầu móng mỏ STĐ - Chương 2: Trình bày tóm tắt kết nghiên cứu nước vỉa nước giới, nêu phương pháp nghiên cứu nước vỉa mỏ dầu từ phương pháp nghiên cứu cổ địa lý tướng đá, mơ hình mơ vỉa từ đơn giản đến phức tạp, phương pháp phân tích thành phần hóa học Ion hòa tan, đồng vị bền, đồng vị phóng xạ tự nhiên, theo dõi qui luật thay đổi thông số thủy động lực theo thời gian - Chương 3: Phân tích tổng hợp đánh giá biến đổi thông số thủy động lực, thay đổi thành phần hóa học, đồng vị bền qua gia đoạn từ thăm dò thẩm lượng đến khai thác sớm nhằm nhận diện tồn tham gia tầng nước vỉa q trình khai thác thân dầu móng STĐ, xác định vị trí phân bố, trữ lượng tầng nước vỉa - Chương 4: Giới thiệu quy trình xây dựng mơ hình thủy động lực mơ thân dầu móng granit nứt nẻ làm sở đánh giá ảnh hưởng tầng nước vỉa lên hiệu khai thác, chế độ bơm ép nước nhằm đề giải pháp khai thác tối ưu cho thân dầu móng có tầng nước vỉa, trì sản lượng nâng cao hiệu khai thác dầu Cuối phần kết luận kiến nghị, danh mục cơng trình cơng bố có liên quan đến luận án tài liệu tham khảo CHƯƠNG 1.1 ĐẶC ĐIỂM THÂN DẦU MÓNG MỎ SƯ TỬ ĐEN Điều kiện tự nhiên Mỏ Sư Tử Đen Tóm tắt lịch sử q trình tìm kiếm thăm dò mỏ STĐ, đặc điểm địa chất, lịch sử phát triển mỏ STĐ, mô tả hoạt động kiến tạo, đặc điểm thạch học đá móng granite nứt nẻ mỏ STĐ Nêu đặc điểm địa chất thủy văn khái quát phức hệ chứa nước bồn trũng Cửu long 1.2 Sự hình thành tích tụ dầu khí móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen Đá móng nứt nẻ mỏ STĐ chủ yếu gồm đá granit granodiorit có tuổi Jura muộn-Creta sớm (108-148 Ma) Granit có thành phần chủ yếu Microline/oligoclase (50-60%), quartz (30-35%) có (5-10%) Biotit Phần đá granit khơng bị phong hóa có tỷ trọng 2.61 kg/cm với độ rỗng, độ thấm nhỏ, nhiên phần đá granit phong hóa có tỷ trọng ~2.3g/cm với độ rỗng cao ~13% độ thấm~ 15-20 mD Quá trình hình thành thân dầu móng nứt nẻ bể Cửu Long trải qua giai đoạn Giai đoạn thể granit xâm nhập qua đá gốc có từ trước vào thời kỳ từ Triat đến Creta sớm, giai đoạn từ Creta hoạt động kiến tạo bắt đầu hoạt động gây đứt gãy, khe nứt thân đá granit xâm nhập tạo đới giập vỡ Trong giai đoạn từ Creta muộn đến Paleogene sớm, đá granit xâm nhập bị biến đổi mạnh phong hóa, gây bóc mòn tầng đá granit lộ thiên Tiến trình phong hóa-bóc mòn kết hợp với hoạt động thủy địa nhiệt từ sâu làm cải thiện đáng kể hệ thống khe nứt đứt gãy có từ trước Mức độ nứt nẻ gia tăng hoạt động tác giãn, nâng lên khối đá móng granite Giai đoạn bắt đầu lún chìm khối đá móng hình thành lên tầng chắn địa phương giai đoạn từ đến cuối Paleogene Giai đoạn giai đoạn cuối hình thành di chuyển hydrocacbon chủ yếu từ tầng sinh Oligocene nằm Tro ng TD S phả n ánh độ kh oán g hóa nư ớc, dù ng nh mộ t số để phâ n biệ t loạ i nư ớc khác nước biển, nước hay nước trầm tích Nước biển thường có TDS ~ 33g/l, nước dung dịch khoan Clorua Canxi 11.4ppg (824g/l), nước dung dịch khoan Clorua Natri 9.9ppg (366g/l) 2.6 Các phương pháp nghiên cứu đồng vị phóng xạ Việc sử dụng phương pháp phân tích thành phần hóa học ion hòa tan nước khai thác để đánh giá nguồn gốc nước mỏ dầu khí thường gặp nhiều khó khăn việc phối trộn tương tác địa hóa vỉa chứa diễn phức tạp khó dự đốn dẫn đến nhiều sai số Do đó, phương pháp phân tích đồng vị phóng xạ tính tốn tỷ số đồng vị nước tương đồng nguyên tố đồng vị đá - nước vỉa thường sử dụng thơng số có độ tin cậy cao việc đánh giá xác định nguồn gốc nước xác định khả dịch chuyển nguồn nước vào đối tượng móng nứt nẻ Các chất đồng vị bền sử dụng phổ biến giới lĩnh vực địa hóa áp dụng việc xác định nguồn gốc nước vỉa phân tích 87 226 Ra; 18 O, deuterium ( H D), 86 hay tỷ số Sr/ Sr cho độ xác cao Các phương pháp đo kiểm tra định kỳ Hàm lượng nước khai thác giếng đo định kỳ đầu giếng cho phép theo dõi tốc độ nước xâm nhập vào vỉa theo diện theo thời gian dao động ranh giới dầu nước theo phương thẳng đứng quan trắc nhiều phương pháp đo gradient áp suất, đo PLT giếng khai thác Ngoài vận động nước bơm ép theo dõi thơng qua việc bơm chất thị với nước bơm ép Kết hợp tất thông tin thu thập cho phép mô tranh tổng hợp mức độ, tốc độ xâm nhập vận động tầng nước vỉa thân dầu móng theo thời gian CHƯƠNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC DẤU HIỆU NHẬN DIỆN SỰ TỒN TẠI TẦNG NƯỚC VỈA THÂN DẦU MÓNG MỎ SƯ TỬ ĐEN Khái quát đặc trưng phân bố độ bão hòa nước ban đầu Dựa kết thu thập đo đạc trình thăm dò thẩm lượng tài liệu đo Karota, thử vỉa, kiểm tra khai thác (PLT) chưa xác định ranh giới dầu nước ban đầu ranh giới dầu nước ban đầu giả định điểm tràn 4000 m TVDss C ô n g tá c t h u t h ậ p m ẫ u l õ i m ỏ S T Đ c ũ n g g ặ p k h ó k Do tính chất đá chứa lấy tương tự từ mỏ lân cận Bạch Hổ, Rạng Đơng với độ bão hòa nước ban đầu từ 10-20%, điểm tràn tầng bão hòa nước 100% với trữ lượng khơng dáng kể đá chặt sít 3.2 Giai đoạn thăm dò thẩm lượng Do giếng thăm dò thẩm lượng cần phải thiết kế đặc biệt nhằm mục đích để tìm kiếm thẩm lượng tồn vỉa dầu khí, tiến hành khoan thăm dò, thẩm lượng cấu tạo móng nứt nẻ giếng thường thiết kế khoan thẳng vào đỉnh cấu tạo nơi có mật độ khe nứt cao giếng thiết kế cắt qua đứt gãy khe nứt lớn xác định từ tài liệu địa chấn thơng thường gặp nước, việc gặp nước điều không mong muốn giai đoạn đa số kết thử vỉa giếng thẩm lượng móng nứt nẻ cho dòng dầu có số giếng có thấy lượng nhỏ nước thu trình thử vỉa kết phân tích cho thấy nước thường có hàm lượng khống hóa Clorite cao nước dung dịch khoan trình khoan trước Ngồi kết đo từ tổ hợp phương pháp ĐVL khác tất giếng khoan chưa phát ranh giới dầu nước ban đầu, không thấy dấu hiệu tầng nước vỉa Như giai đoạn thăm dò thẩm lượng ban đầu mỏ STĐ đặc điểm thiết kế kế hoạch thẩm lượng, kết số liệu thu thập chưa thể kết luận chắn có mặt mức độ tham gia tầng nước vỉa 3.3 Giai đoạn khai thác Các dấu hiệu thay đổi áp suất đáy giếng Trước tiến hành bơm ép nước mỏ khai thác chế độ tự phun suy giảm áp suất vỉa tự nhiên, lưu lượng khai thác tăng từ 65,000 ngàn thùng/ngày lên 70,000 ngàn thùng/ngày tốc độ sụt giảm áp suất mỏ lại giảm tương ứng từ 5psi/ngày 2.2psi/ngày Tốc độ suy giảm áp suất vỉa cho thấy có cung cấp lượng cho vỉa trình khai thác, theo phương pháp tương tự nguồn lượng tầng nước vỉa tự nhiên (Water Drive) Phương trình cân vật chất Đồ thị mô tả mối quan hệ thể tích chất lưu khai thác áp suất suy giảm, mối quan hệ tuyến tính (đường thẳng) khơng có nước vỉa xâm nhập suy giảm cong xuống lượng nước vỉa xâm nhập lớn Chế độ lượng khai thác thân dầu móng mỏ Sư Tử Đen 2,000 1,800 1,600 Chế độ khai thác khơng có Aquifer Re 1,400 se rv oir1,200 De pl eti1,000 on (p 800 si a) 600 Chế độ khai thác có Aquifer (3.5 Tỷ Thùng) Số liệu Observe 400 200 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ suy giảm áp suất chất lưu khai thác Như vậy, phương pháp khảo sát đo áp suất vỉa định kỳ bắt đầu có tượng nước xâm nhập vào vỉa đường thẳng biểu diễn mối qua hệ bắt đầu thay đổi dấu hiệu quan trọng giúp nhận biết sớm có mặt tầng nước vỉa Đối với mỏ STĐ nước bắt đầu xâm nhập vào vỉa áp suất vỉa giảm 400-600 psi hay 9-10 triệu thùng chất lưu khai thác (Hình 3.11) Mơ hình thủy động lực Kết mô vỉa chạy với giả thiết hệ số nén thể tích khác hàm theo áp suất vỉa, nhiên với lượng dầu chỗ 500Tr thùng khơng có trường hợp mơ hình cho kết áp suất WC thực tế Trong với giả thiết trữ lượng dầu chỗ 500Tr thùng, Np (Tr thùng) -6 hệ số nén thể tích Cf =9.10 theo đo đạc với giá trị trữ lượng tầng nước vỉa khác mơ hình cho kết tính áp suất WC gần với số liệu thực tế, đặc biệt với trường hợp trữ lượng tầng nước vỉa khoảng 15 lần OIIP cho kết khớp với số liệu thực Như sau hiệu chỉnh thành cơng mơ hình khớp với số liệu lịch sử khai thác mỏ STĐ cho phép khẳng định có đóng góp tầng nước vỉa cung cấp lượng trình khai thác Các dấu hiệu phân tích thành phần hóa nước khai thác đồng hành Kết thực nghiệm biến đổi thành phần tiến hành với mẫu nước đá điều kiện nhiệt độ tương tự vỉa cho thấy thành phần Ion Cl, Mg, Br TDS có thành phần bị biến đổi có khác biệt rõ ràng nước bơm ép nước vỉa Trên sở kết phân tích thành phần hóa học đặc trưng mỏ STĐ dễ dàng nhận diện tồn nguồn nước vỉa với hàm lượng thành phần Ion thấp nhiều (Clorite: 7,000 ppm, độ khống hóa: 25,000 ppm) tham gia đóng góp ngày nhiều vào thành phần nước khai thác pha loãng nồng độ thành phần Ion Phân tích đồng vị phóng xạ 226 Hàm lượng Ra nước vỉa cao gấp nhiều lần so với nước biển tiếp 226 xúc thời gian dài nước vỉa thành hệ, hàm lượng Ra mẫu nước khai thác mỏ STĐ 226 khai thác mỏ STĐ, có nguồn khác với hàm lượng Ra cao pha 226 trộn để tạo hỗn hợp với hàm lượng Ra lớn nước bơm ép Hàm Lượng Radium 10000 226Ra Nước khai thác Mỏ STD Ra226 of IW (60mBq/L) Nước khống VĩĩnhHảo,, BììnhChâu,, Châu Cátt 1000 226 Ra (m Bq/100 L) 10 Nước bơmwater ép ?njection ?? Nư nnjejeớccctitioobnn IW IWIW BC CC DWDWDW BCBC CCCC VH 226 Hình 3.16 Kết phân tích Ra Vị trí độ lớn tầng nước vỉa Kết khai thác cho thấy lượng khai thác chủ yếu mỏ STĐ từ tầng 3.4 nước vỉa qui luật phân bố vận động Trong khai thác có độ khống hóa thấp thuộc loại Clorua canxi, phân c 87 86 tích tỷ số đồng vị Sr/ Sr đá nước kết luận nước khai thác có nguồn gốc chủ yếu từ cát kết E, F tầng n hệ thủy lực với thân dầu móng, cung cấp lượng q trình khai thác Các tính tốn từ phương trình cân vật chất mơ hình khai thác cho thấy tầng nước vỉa có trữ lượng tỷ thùng CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC VỈA LÊN HIỆU QUẢ KHAI THÁC VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KHAI THÁC THÂN DẦU MÓNG CÓ TẦNG NƯỚC VỈA TỰ NHIÊN 4.1 Đánh giá ảnh hưởng nước vỉa lên hiệu khai thác 4.1.1 Đánh giá ảnh hưởng nước vỉa lên hệ số thu hồi Mặc dù số liệu thu thập giai đoạn thăm dò thẩm lượng chưa khẳng định hay dự báo thân dầu có tầng nước vỉa tự nhiên nhiên giả định chạy với trường hợp vỉa có tầng nước vỉa cung cấp lượng với độ lớn khác nhằm xác định mức độ ảnh hưởng tới hiệu thu hồi dầu cuối Kết mô tả Bảng 4.2 tương ứng với trường hợp độ lớn tầng nước vỉa 0, 1, 2, 4, tỷ thùng Bảng 4.2 Ảnh hưởng tầng nước vỉa tới hiệu thu hồi Thể tích tầng nước vỉa (Tỷ Thùng) Trữ lượng thu hồi (Tr thùng) 60.78 87.14 105.53 123.26 119.48 Kết chạy mơ hình cho thấy với trường hợp vỉa khơng có tầng nước vỉa tự nhiên hiệu thu hồi giảm đáng kể (60.78 tr.thùng) 1/2 so với trường hợp aquifer tỷ thùng, nhiên trữ lượng tầng nước vỉa lớn làm giảm trữ lượng thu hồi (trường hợp tỷ thùng, trữ lượng thu hồi giảm 119 tr.thùng) Như việc xác định sớm có mặt trữ lượng tầng nước vỉa đóng vai trò quan trọng thiết kế khai thác nhằm tối đa hệ số thu hồi dầu Trường hợp vỉa có tầng nước vỉa với trữ lượng khơng lớn khơng có cần thiết phải khoan giếng bơm ép để trì áp suất vỉa gia tăng hệ số thu hồi, trường hợp vỉa có tầng nước vỉa lớn cần có giải pháp thiết kế, chế độ khai thác phù hợp nhằm hạn chế ảnh hưởng tầng nước vỉa 4.1.2 Đánh giá ảnh hưởng nước vỉa lên chế độ bơm ép nước Các kết chạy mơ hình thủy động lực cho thấy, trường hợp vỉa nguồn nước tự nhiên việc bơm ép nước cần thiết cho việc nâng cao hệ số thu hồi Do đó, việc tiến hành thực bơm ép nước phần cho chiến lược phát triển lâu dài cho thân dầu móng nhằm trì áp suất vỉa áp suất tách khí Các nghiên cứu chi tiết tiến hành nhằm xác định ảnh hưởng tổng lưu lượng bơm ép nước tới trữ lượng thu hồi dầu cuối thời gian bơm ép nước, độ sâu bơm ép nước, áp suất bơm ép nước, độ nhạt nước bơm ép…nhằm tìm chế độ bơm ép hợp lý Kết nghiên cứu cho thấy với tổng lưu lượng bơm ép = 30,000 Blpd, bơm ép giếng từ đầu mang lại hiệu cao hiệu suất thu hồi lẫn khía cạnh thương mại Tuy nhiên trường hợp thân dầu có nguồn nước vỉa lớn nước bơm ép khơng vơ tác dụng chí gây tác động ảnh hưởng xấu tới hiệu thu hồi dầu Kết chạy mơ hình với trường hợp bơm ép vỉa có tầng nước vỉa 10 tỷ thùng cho thấy trường hợp bơm ép cho trữ lượng thu hồi lớn nhất=118.4 tr.thùng Bảng 4.6 Bảng 4.5 Ảnh hưởng thời gian bơm ép nước lên hệ số thu hồi Bảng 4.6 Ảnh hưởng tầng nước vỉa, nước bơm ép tới trữ lượng thu hồi dầu Thời gian bơm ép nước T.lg thu hồi (Tr thùng) Ngay từ đầu 118.1 Sau tháng 118.0 Sau tháng 117.6 Kịch Trữ lượng thu hồi (Tr thùng) Có nước vỉa, giếng bơm ép 118.4 Có nước vỉa, giếng bơm ép 116.8 Có nước vỉa, giếng bơm ép 115.2 Sau tháng 113.9 Sau 12 tháng 113.2 Có nước vỉa, giếng bơm ép 113.0 Sau 24 tháng 112.4 Có nước vỉa,5 giếng bơm ép 109.3 4.2 Các giải pháp khai thác thân dầu móng có tầng nước vỉa tự nhiên 4.2.1 Đặc trưng khai thác mỏ có tầng nước vỉa tự nhiên Cũng mỏ có tầng nước vỉa tự nhiên khác thân dầu móng mỏ STĐ có đặc trưng khai thác mỏ có chế lượng nước vỉa như: Chế độ thủy động lực mạnh, áp suất vỉa trì tốt, hàm lượng khí khai thác ln ổn định áp suất vỉa lớn áp suất bão hòa Sau nước xâm nhập vào giếng, hàm lượng nước khai thác (WC) gia tăng liên tục, tốc độ phát triển nhanh chậm phụ thuộc vào đặc tính chất lưu (tỉ số độ nhớt dầu nước), độ thấm tương đối đá chứa, mức độ bất đồng vỉa Bên cạnh đặc tính chung trên, thân dầu móng granit nứt nẻ lại có đặc tính khai thác riêng như: Do hệ thống đứt gãy, nứt nẻ có độ thấm cao giếng khai thác có giao thoa (áp suất) rõ rệt Lưu lượng khai thác cao hồn tồn khơng có nước khai thác giai đoạn đầu Đối với đối tượng khai thác thân dầu móng nứt nẻ tự nhiên có nguồn nước vỉa lớn, việc giếng khai thác bị nước xâm nhập điều tránh khỏi Thực tế cho thấy giếng bị nước xâm nhập việc trì sản lượng khai thác khó tốn Hiệu khai thác giếng khai thác phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chế độ lượng vỉa, tính chất chất lưu collector, số khai thác (PI), giếng quỹ đạo, độ nghiêng giếng, đường kính ống khai thác, áp suất miệng giếng, thiết bị hỗ trợ lòng giếng khí nâng, bơm điện chìm, Như áp dụng nhiều giải pháp kỹ thuật can thiệp vào vỉa, vào giếng nhằm phòng chống tác động xấu tối đa ảnh hưởng có lợi tầng nước vỉa nhằm tối đa hiệu khai thác dầu 4.2.2 Phương án thiết kế khai thác cho thân dầu móng có tầng nước vỉa Trong q trình thăm dò thẩm lượng, nhiều số liệu thủy tĩnh thủy động thu thập Tuy nhiên không mà mức độ phức tạp cấu tạo mỏ STĐ hiểu biết cách rõ ràng, thể qua đặc điểm sau: - Số liệu thu thập từ giếng thăm dò & thẩm lượng khoan vị trí tốt, khơng thể đại diện cho tồn tính chất đặc điểm mỏ - Số liệu thu nổ từ địa chấn khơng đủ tốt cấu tạo có độ sâu lớn với tập trầm tích dày phủ bề mặt móng hạn chế việc xác định hướng đứt gãy/ khe nứt, không nhận biết hết khe nứt nhỏ, khó phân biệt khe nứt mở hay chặt sít - Hạn chế tài liệu mẫu lõi đo đạc giếng - Việc xây dựng mơ hình mơ vỉa dựa mơ hình Halo ẩn chứa nhiều hạn chế, yếu tố không chắn Do vậy, để giảm thiểu rủi ro thiết kế phát triển mỏ cần thiết phải có giai đoạn khai thác thử nhằm thẩm lượng đánh giá hiên diện tầng nước vỉa, quy mô trữ lượng, mức độ liên thơng thủy lực mỏ, tính chất bất đồng đá chứa chất lưu… 4.2.3 Các giải pháp trì lượng vỉa Để trì áp suất vỉa áp suất bão hòa trình khai thác tránh hình thành mũ khí thứ sinh thực cách bơm ép nước vào vỉa Tuy nhiên tùy thuộc vào tiềm lực nguồn lượng vỉa (thể tích tầng nước vỉa mối quan hệ thủy lực với thân dầu) định lượng nước cần bơm ép định số lượng, vị trí giếng khai thác thời gian bơm ép Kết nghiên cứu bơm ép nước cho mỏ STĐ cho thấy trường hợp mỏ tồn nguồn nước vỉa khơng đủ mạnh cần phải có tới giếng bơm ép theo sơ đồ vành đai để trì áp suất vỉa tối đa hiệu thu hồi 4.2.4 Khoan đan dày bổ sung Trong trình khai thác mật độ khe nứt khác nên mức độ liên thông thủy động lực khu vực khác dẫn đến tốc độ ngập nước độ bão hòa dầu khối khác Việc theo dõi đo khảo sát suốt trình khai thác để tìm vị trí có độ liên thơng tiềm để khoan giếng khoan đan dày nhằm trì sản lượng khai thác xem xét đan dày giếng 4.2.5 Đặc điểm quỹ đạo giếng thiết bị lòng giếng 4.2.5.1 Quỹ đạo giếng Qua thực tế quan sát nghiên cứu cho thấy giếng đơn (cắt qua khe nứt) thường có thời gian hoạt động ngắn bị ngập nước hàm lượng nước tăng nhanh giếng khai thác thường thiết kế khoan xiên cắt qua nhiều khe nứt đứt gãy nơi thực tế ghi nhận kênh dẫn dòng cho giếng, khơng nên khoan giếng khoan thẳng dễ chệch mục tiêu Giếng khai thác nên khoan nơng cấu tạo, tránh khoan rìa nhằm tránh bị ngập nước sớm, giếng bơm ép nước thường khoan dài vươn rìa cấu tạo khoan sâu, cách xa giếng khai thác tránh cắt khe nứt với giếng khai thác 4.2.5.2 Bộ thiết bị lòng giếng Đối với đối tượng khai thác có nhiều pha khác (dầu-khí-nước) tỷ phần thay đổi liên tục giếng khai thác phải thiết kế hoàn thiện (Selective completion với van ngầm SSD) cho có khả khai thác khoảng độ sâu khác hay có khả đóng khoảng khai thác bị ngập nước Các giếng bơm ép có khả bơm ép độ sâu khác nhau, cần nâng đới bơm ép cao ranh giới dầu nước dâng cao,…Tuy hiên hàm lượng nước khai thác tăng cao (>75%) – cột chất lưu giếng trở lên nặng hơn, phương pháp dùng khí nâng truyền thống khơng hiệu quả, 28 cần phải áp dụng giải pháp khác hiệu bơm điện chìm, Jet pump,… Dựa kết từ chương trình thử nghiệm cho giếng khai thác thân dầu móng chứng minh khả khai thác với lưu lượng cao lắp ESP so với phương pháp khai thác khí nâng thông thường, với kết từ nghiên cứu mơ hình mơ tác giả đề nghị lắp bơm điện chìm ESP cho giếng 3P, 6P,7P 22P cho mỏ STĐ nhằm nâng cao sản lượng khai thác 4.2.6 Một số giải pháp tác động vào vùng cận đáy 4.2.6.1 Phương pháp bơm hút pittông (GAGD) Là phương pháp IOR/EOR đơn giản áp dụng cho giếng có hàm lượng nước khai thác cao, bề dày thẳng đứng vỉa lớn (chịu tác dụng tốt lực trọng trường), áp suất vỉa thấp có tính liên thơng với giếng hay khu vực khai thác lân cận Phương pháp tiến hành cơng tác bơm ép khí vào vỉa giếng đó, dầu tàn dư chỗ xung quanh giếng sau ngậm no khí bắt đầu tạo mũ khí cục vỉa Mũ khí cục đẩy thấp ranh giới dầu nước cục khu vực giếng Nhờ giếng mở lại khai thác, hàm lượng nước khai thác thấp so với trước bơm ép 4.2.6.2 Xử lý acid vùng cận đáy giếng Sau thời gian khai thác áp suất nhiệt độ xung quanh giếng lưu lượng hàm lượng chất lưu thay đổi dẫn tới lắng đọng, kết tủa số khoáng vật, vật chất hữu làm giảm lưu lượng khai thác giếng Xử lý acid vùng cận đáy giếng tăng sản lượng khai thác lên 3; lần, Acid thường dùng HCL HF với thành phần tương ứng khoảng 12%; 3%, nhiên Công thức axit lựa chọn phụ thuộc vào loại đá chứa loại nhiễm bẩn vùng cận đáy giếng, thông thường công thức axit/solvent lựa chọn thơng qua kết thí nghiệm mẫu chất lưu, mẫu đá thành hệ giếng Việc lựa chọn cơng thức axit nên đánh giá thận trọng tồn diện cơng thức axit khơng phù hợp làm loại nhiễm bẩn làm lắng đọng loại nhiễm bẩn khác từ gây lấp nhét kênh dẫn làm suy giảm nghiêm trọng lưu lượng khai thác giếng 4.2.7 Giải pháp tối ưu chế độ khai thác bơm ép Một giải pháp có hiệu tức thời để giảm hàm lượng nước khai thác giảm lưu lượng khai thác, nhiều giếng áp dụng biện pháp nhiều mang lại thành cơng việc hạn chế khai thác nước Cắt giảm lưu lượng khai thác (giảm cơn) bắt đầu thấy giếng có tượng khai thác nước, cắt giảm định kỳ hàm lượng nước vượt ngưỡng Bằng biện pháp hàm lượng nước khai thác luôn trì thấp hiệu suốt trình khai thác, việc áp dụng biện pháp giảm kéo dài thời gian khai thác cho giếng mang lại 8% tổng sản lượng dầu khai thác cộng dồn giếng Kết nghiên cứu mơ hình cho thấy áp dụng chế độ khai thác cắt giảm cho phép nâng hiệu thu hồi mỏ lên 0.8% tương đương 5.1 Triệu thùng Điều chỉnh chế độ khai thác bơm ép hợp lý cho giếng, theo vùng vào thời điểm nhằm chọn chế độ khai thác tối ưu Giải pháp tốn nhiều thời gian đòi hỏi phải thử nghiệm với nhiều chế độ khai thác bơm ép khác Theo kết theo dõi giếng ngập nước cho thấy giếng thường bị ngập nước điều chỉnh lưu lượng tăng đột ngột hàm lượng nước không giảm cho dù lưu lượng chỉnh lại mức ban đầu Như vậy, để trì hỗn giếng bị ngập nước nên giữ giếng khai thác chế độ ổn định Kết Luận Trên sở kết nghiên cứu tổng thể thân dầu móng mỏ Sư Tử Đen đặc điểm địa chất, thuỷ động lực, động thái khai thác bơm ép nước với kết nghiên cứu mơ hình mơ rút số kết luận sau: Mỏ dầu Sư Tử Đen số mỏ dầu đá móng nứt nẻ có tính chất phức tạp có hệ số thu hồi dầu, yếu tố gây ngập nước nhanh làm giảm lưu lượng dầu khai thác nước xâm nhập vào giếng Kết nghiên cứu mơ hình thủy động lực cho thấy mỏ khơng có tầng nước vỉa việc bơm ép nước trì áp suất vỉa gia tăng hệ số thu hồi dầu cuối cùng, nhiên vỉa có nguồn nước vỉa lớn bơm ép nước vào vỉa khơng khơng cải thiện chí làm giảm hệ số thu hồi dầu tượng ngập nước sớm giếng khai thác Các giếng khai thác vùng rìa cấu tạo khoan sâu thường bị ngập nước sớm, kết quan sát thực tế cho thấy giếng bị ngập nước khó tốn để trì sản lượng khai thác Các dấu hiệu giúp sớm nhận diện tồn tham gia tầng nước vỉa vào trình khai thác bao gồm suy giảm áp suất vỉa theo thời gian, tổng lượng khống hóa, nồng độ ion hòa tan hay nồng độ đồng vị phóng xạ 226 18 87 86 Ra, D, O, Sr/ Sr Kết phân tích cho thấy nước vỉa chiếm tỷ trọng đáng kể tổng lượng nước khai thác Nước vỉa mỏ Sư Tử Đen có độ khống hóa thấp (trung bình 12g/l), hàm lượng Clorite thấp (trung bình 7g/l) Đề khai thác hiệu thân dầu móng có tầng nước vỉa tự nhiên cần áp dụng giải pháp phù hợp tiến hành khai thác thử, khoan đan dày, quỹ đạo tối ưu, lựa chọn cơng nghệ hồn thiện giếng linh hoạt, tác động trực tiếp lên giếng vùng cận đáy giếng Kiến nghị 1- Do mỏ Sư Tử Đen có tính chất đặc thù, phi điển hình nên tài liệu tham khảo cơng trình nghiên cứu khoa học hạn chế, phương pháp thiết kế phát triển công tác quản lý khai thác mang nhiều đặc thù riêng đòi hỏi có phương pháp tiếp cận, thu thập thơng tin phù hợp 2- Mơ hình thủy động lực xây dựng theo mơ hình Halo việc áp dụng mơ hình “Halo” để đưa dự báo sản lượng đánh giá thời gian, tiến trình ngập nước cho tầng móng nứt nẻ Sư Tử Đen chưa hợp lý cần thiết phải tiếp tục nghiên cứu hiệu chỉnh cập nhật với lịch sử khai thác để hiệu chỉnh mơ đề xuất chiến lược khai thác bơm ép dài hạn 3- Do khe nứt đứt gãy mơ hình nhận biết qua tài liệu địa chấn, chưa phản ánh thể mức độ chứa, thấm vỉa bỏ qua phần lớn khe nứt nhỏ Để khắc phục cần thiết phải có nghiên cứu độc lập khác để đo đạc hay mơ tính chất vật lý quan trọng này; ví dụ DFN, hay Fracperm, mơ hình độ rỗng độ thấm,… 4- Cần áp dụng thời gian khai thác thử thỏa đáng nhằm thu thập củng cố thêm số liệu xác định, đánh giá quy mô (trữ lượng mức độ ảnh hưởng) tầng nước vỉa có áp (nếu có) trước thiết kế phát triển tổng thể cho toàn mỏ 5- Tuy có nhiều yếu tố khách quan chủ quan ảnh hưởng tới hiệu khai thác đặc điểm đứt gãy khe nứt, nguồn nước áp sườn, mức độ lưu thông thủy động lực, phương pháp thiết kế hoàn thiện giếng yếu tố chủ đạo can thiệp hiệu công nghệ kỹ thuật nhằm hạn chế ảnh hưởng tiêu cực gia tăng ảnh hưởng tích cực yếu tố tới hệ số thu hồi dầu cuối như: o Các giếng phát triển cần thiết kế khoan với góc nghiêng lớn có xu hướng cắt qua hệ thống đứt gãy (Đơng Bắc – Tây Nam Tây Bắ – ệ số thành cơng giếng mà gia tăng hệ số thu hồi dầu, giảm số lượng giếng khai thác o Để hạn chế ảnh hưởng xấu nướ ến động thái khai thác giếng, cần áp dụng giải pháp sử dụng khí nâng hay bơm điện chìm giả – khai thác’ luân phiên giếng có độ ngập nước cao nhằm tận thu dầu có phầ o Giả ớc khí) phần khu vực có mức độ liên thơng với tầng nước có áp nhằm trì áp suất vỉa cao áp suất bão hòa o Đối với khu vực có chế độ thủy động lực độc lập ngồi việc áp dụng giải pháp trên, giải pháp khoan đan dày giúp nâng cao hệ số đẩy quét dầu 6- Các kết quan sát thực tế cho thấy giếng bị ngập nước khó tốn để trì sản lượng khai thác, cần áp dụng giải pháp từ thiết kế phát triển khai thác hay áp dụng chế độ vận hành khai thác nhằm làm chậm tiến trình ngập nước giếng trì chế độ khai thác ổn định hợp lý DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Tuan Nguyen Van “Gas-Assisted Gravity Drainage Process for Improved Oil Recovery In Bao Den Fractured Basement Reservoir”, Tạp chí Phát Triển Khoa Học & Công Nghệ No K5, 2015 Tuan Nguyen Van, Xuan Tran Van “ESP application in production for high water cut wells in BV fractured basement reservoir,” Hội nghị Khoa học Trường Đại Học Bách Khoa lần thứ 14, 2015 Thanh Truong Quoc, Ngoc Thai Ba, Kha Nguyen Xuan, Huy Nguyen Xuan, Ngo Dau Van, Xuan Tran Van, Dong Nguyen Duc, Tuan Nguyen Van “Applying Kriging algorithm base on Matlab environment to interpolate porosity and perminbility values of lower Miocene sandstone reservoir, ST Xam oild field, ” Tạp chí Phát Triển Khoa Học & Cơng Nghệ Vol 17, 2014 Trần Văn Xuân, Nguyễn Văn Tuân, Nguyễn Phan Phúc, Trương Tuấn Anh, Nguyễn Xuân Khá, Thái Bá Ngọc “Ảnh hưởng biến đối hàm lượng nước sản phẩm lên hiệu suất khai thác dầu khí mỏ Sư Tử Đen,” Đề tài nghiên cứu khoa học cấp ĐHQG, 2013 Tuan Nguyen Van “Study Of The Origin of Produced Water SDSW Basement Reservoir,” Hội nghị Khoa học Quốc tế dầu khí đá móng 2008 Huy Tran Nhu, San Ngo Thuong, Binh Kieu Nguyen, Huy Nguyen Xuan, Ngo Dau Van, Xuan Tran Van, Dong Nguyen Duc, Tuan Nguyen Van “Tiến hóa kiến tạo tiềm dầu khí rìa thềm lục địa việt nam,” Tạp chí Phát Triển Khoa Học & Cơng Nghệ Vol 17, 2014 Xuan Tran Van, Gia Phan Phuoc, Hung Vu Viet, Tuan Nguyen Van“Assessing the oil and gas potential based on initial water saturation analyzing and modeling, lower Oligocene sandstone, Blue th Dragon field”, The 14 Science & Technology conference on earth recources & Petroleum, 2015 ... pháp khai thác thân dầu móng có tầng nước vỉa tự nhiên 4.2.1 Đặc trưng khai thác mỏ có tầng nước vỉa tự nhiên Cũng mỏ có tầng nước vỉa tự nhiên khác thân dầu móng mỏ STĐ có đặc trưng khai thác mỏ. .. hình khai thác cho thấy tầng nước vỉa có trữ lượng tỷ thùng CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC VỈA LÊN HIỆU QUẢ KHAI THÁC VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KHAI THÁC THÂN DẦU MÓNG CÓ TẦNG NƯỚC VỈA TỰ NHIÊN... hình thành tầng nước vỉa thân dầu móng mỏ STĐ đặc điểm phân bố vận động tầng nước - Đánh giá tác động tích cực ảnh hưởng tầng nước vỉa tự nhiên lên hiệu khai thác thân dầu móng mỏ STĐ - Xác định