Đồ án: Nghiên cứu tìm hiểu phương pháp bơm ép nước duy trì áp suất vỉa block X mỏ Đại Hùng

Vai trò của công tác duy trì áp suất vỉa bằng bơm ép nước Công nghệ bơm ép nước duy trì áp suất vỉa được áp dụng ở nhiều mỏ khai thác dầu từ sau những năm 40 của thế kỷ XX, giúp gia tăn

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM

KHOA DẦU KHÍ

- -

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ MỎ

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP BƠM ÉP NƯỚC ĐỂ

DUY TRÌ ÁP SUẤT VỈA CHO BLOCK X MỎ ĐẠI HÙNG

SINH VIÊN THỰC HIỆN:

Phan Thanh Nhân MSSV: 04PET110013

Lê Minh Trường MSSV: 04PET110019 Lớp: K4KKT

Khóa: 2014-2019

Người hướng dẫn: Ths Nguyễn Hữu Trường

Bà Rịa, Tháng 12/2018

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM

KHOA DẦU KHÍ

- -

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ MỎ

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP BƠM ÉP NƯỚC ĐỂ

DUY TRÌ ÁP SUẤT VỈA CHO BLOCK X MỎ ĐẠI HÙNG

SINH VIÊN THỰC HIỆN:

Phan Thanh Nhân MSSV: 04PET110013

Lê Minh Trường MSSV: 04PET110019 Lớp: K4KKT

Khóa: 2014-2019

Người hướng dẫn: Ths Nguyễn Hữu Trường

Bà Rịa, Tháng 12/2018

Ngày tháng năm …

1 Tên đồ án môn học: Nghiên cứu phương pháp bơm ép nước để duy trì áp suất vỉa cho Block X mỏ Đại Hùng

2 Nhiệm vụ (Nội dung và số liệu ban đầu):

Tìm hiểu các công nghệ bơm ép nước và xử lý nước hiện nay Tìm hiểu lý thuyết tính toán các thông số vận hành hệ thống bơm ép Áp dụng cơ sở lý thuyết để

lựa chọn công nghệ và tính toán các thông số vận hành hệ thống bơm ép cho một mỏ

dầu khí X cụ thể

Số liệu ban đầu:

Nội dung đồ án: Chương 1: Cơ sở lý thuyết Bơm ép nước

Chương 2: Tính toán vận hành các thông số bơm ép nước

theo phương pháp CGM

Chương 3: Mô phỏng Eclipse và đánh giá hiệu quả các

phương án bơm ép nước Block X mỏ Đại

Hùng

3 Ngày giao đồ án môn học: 20/9/2018

4 Ngày hoàn thành đồ án môn học: 17/12/2018

5 Họ tên người hướng dẫn: Ths Nguyễn Hữu Trường

Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày….tháng….năm…

HIỆU TRƯỞNG TRƯỞNG PHÒNG ĐÀO TẠO NGƯỜI HƯỚNG DẪN

iii

LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi xin cam đoan những kết quả nghiên cứu được trình bày trong đồ án này

là hoàn toàn trung thực, không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ và pháp luật Việt Nam Nếu sai, chúng tôi sẽ hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật

ĐẠI DIỆN TÁC GIẢ ĐỒ ÁN

(Ký và ghi rõ họ tên)

Phan Thanh Nhân

iv

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến các thầy cô thuộc Khoa Dầu Khí – Trường Đại học Dầu khí Việt Nam lời cảm ơn chân thành vì đã đem tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý báu, những kinh nghiệm bổ ích cùng những bài học quan trọng về cuộc sống để chúng em có đầy đủ tri thức và kỹ năng để phục vụ cho công việc trong tương lai

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ths Nguyễn Hữu Trường, giảng viên trường Đại học Dầu khí Việt Nam, người đã tận tâm truyền dạy những kiến thức bổ ích cho chúng

em trên giảng đường và cũng là người hướng dẫn, giúp đỡ, giải đáp những thắc mắc trong quá trình thực hiện đồ án này

Qua đồ án này, em đã có thêm nhiều kinh nghiệm bước đầu và thực sự có thêm sự

tự tin để sau này tiếp tục phát huy những gì đã học được và trau dồi thêm những kiến thức mới Do đây là lần đầu tiên thực hiện, kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi nhiều điều sai sót Kính mong quý thầy, cô đóng góp ý kiến thêm để em có thể phát triển tốt đề tài này

ĐẠI DIỆN TÁC GIẢ ĐỒ ÁN

(Ký và ghi rõ họ tên)

Phan Thanh Nhân

v

MỞ ĐẦU

Dầu khí là nguồn tài nguyên có tính chất chiến lược, đóng vai trò quan trọng trong gia tăng ngân sách quốc gia, ảnh hưởng tới tất cả các ngành kinh tế khác, đồng thời nó còn có vai trò điều tiết các quan hệ chính trị quốc tế Chính vì thế tầm quan trọng của dầu khí trong mỗi quốc gia là không thể phủ nhận được

Ở Việt Nam, công nghiệp dầu khí còn đóng góp 20-30 % vào ngân sách Nhà Nước

hằng năm Tuy nhiên, trong những năm trở lại đây, chúng ta đang phải đương đầu với

một số thách thức như: Trữ lượng dầu mỏ đang giảm xuống do tốc độ khai thác cao hơn

so với tốc độ tìm kiếm- thăm dò, điều kiện địa chất đặc thù của mỏ gây khó khăn cho quá trình khoan- khai thác, khủng hoảng giá dầu khiến công nghiệp khoan- khai thác dầu khí điêu đứng, các mỏ dầu khí lớn ở Việt Nam đang rơi vào giai đoạn khai thác thứ cấp

Trong quá trình khai thác dầu, thông thường sau giai đoạn khai thác sơ cấp và thứ cấp còn một lượng dầu rất lớn, từ 2/3 đến 4/5 trữ lượng bị giữ lại trong các cấu trúc xốp,

vi nứt nẻ của đá vỉa rất khó khai thác Ngày nay chúng ta đã sử dụng rất nhiều phương pháp để tăng cường thu hồi một phần nào đó lượng dầu này, tùy thuộc vào điều kiện thực tế của từng mỏ mà ta sử dụng các phương pháp: Phương pháp nhiệt, phương pháp bơm ép nước và khí, phương pháp hóa học Trong đó phương pháp đang được sử dụng nhiều nhất là phương pháp bơm ép nước để duy trì áp suất vỉa và tăng sản lượng khai thác

vi

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM ƠN iv

MỞ ĐẦU v

MỤC LỤC vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

DANH MỤC HÌNH ẢNH x

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT xi

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT BƠM ÉP NƯỚC 14

1.1 Tổng quan về bơm ép nước duy trì áp suất vỉa và vai trò của nó 14

1.1.1 Tầm quan trọng và ý nghĩa thực tế 14

1.1.2 Vai trò của công tác duy trì áp suất vỉa bằng bơm ép nước 14

1.2 Các phương pháp bơm ép 15

1.2.1 Bơm ép nước liên tục 15

1.2.2 Bơm ép nước theo chu kỳ 15

1.3 Vị trí thiết kế giếng bơm ép 16

1.3.1 Bơm ép nước ngoài ranh giới vùng chứa dầu 16

1.3.2 Bơm ép nước tại ranh giới vùng chứa dầu 17

1.3.3 Bơm ép nước trong ranh giới vùng chứa dầu 18

1.4 Xử lý nước bơm ép 21

1.4.1 Nguồn nước 21

1.4.2 Yêu cầu chung của nước bơm ép 23

1.4.3 Nguyên tắc chung khi xử lý nước bơm ép 25

1.4.4 Xử lý nước bơm ép 27

1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bơm ép nước 37

1.5.1 Phương pháp xử lý nước bơm ép 38

1.5.2 Phương pháp bơm ép 38

1.5.3 Điều kiện địa chất mỏ 38

1.6 Lựa chọn lưu lượng và áp suất bơm ép nước 39

vii

1.6.1 Lựa chọn lưu lượng bơm 40

1.6.2 Lựa chọn áp suất bơm 45

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ VẬN HÀNH BƠM ÉP THEO PHƯƠNG PHÁP CGM 48

2.1 Các giả thuyết 48

2.2 Các quá trình 48

2.2.1 Start – Interference 48

2.2.2 Interference – Fill up 49

2.2.3 Fill up – Water breakthrough 50

2.2.4 Water breakthrough – End of the Project 50

2.3 Các bước tính toán 51

2.3.1 Các thông số đầu vào 51

2.3.2 Tính toán sơ bộ 52

2.3.3 Tính toán trong giai đoạn Star – Interference 53

2.3.4 Tính toán trong giai đoạn Interference – Fill up 54

2.3.5 Tính toán trong giai đoạn Fill up – Water breakthrough 55

2.3.6 Tính toán trong giai đoạn Water breakthrough – End of the Project 55

2.4 Kết quả xử lý số liệu excel 59

CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG ECLIPSE VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÁC PHƯƠNG ÁN BƠM ÉP NƯỚC BLOCK X MỎ ĐẠI HÙNG 62

3.1 Đặc điểm địa lý, địa chất của khu vực nghiên cứu 62

3.1.1 Đặc điểm vị trí địa lí 62

3.1.2 Đặc điểm địa chất khu vực 64

3.2 Giới thiệu về phần mềm Eclipse mô tả sơ bộ ứng dụng của phần mềm 67

3.3 Cấu trúc của một bộ dữ liệu trong Eclipse 67

3.4 History Matching 69

3.5 Các thông số đầu vào 70

3.6 Đánh giá hiệu quả bơm ép dựa và lựa chọn thông số cho phương án bơm ép 70

3.6.1 Lựa chọn phương pháp bơm ép 70

3.6.2 Lựa chọn vị trí bơm ép 73

3.6.3 Lựa chọn số lượng giếng bơm ép 75

3.6.4 Lựa chọn lưu lượng bơm ép 77

viii

3.6.5 Lựa chọn thời điểm bơm ép 80

3.7 Giới thiệu kết quả 82

3.8 Phân tích kết quả và nhận xét so sánh với các số liệu thực tế tại mỏ 83

KẾT LUẬN 86

KIẾN NGHỊ 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thông số trạng thái vỉa và chất lưu vỉa 51

Bảng 2.2 Độ bão hòa nước tại những thời điểm khác nhau trong quá trình bơm ép 52

Bảng 2.3 QiQiBT theo mỗi giá trị EABT 56

Bảng 2.4 Bơm ép giai đoạn 1 59

Bảng 2.5 Bơm ép giai đoạn 2 59

Bảng 2.6 Bơm ép giai đoạn 3 59

Bảng 2.7 Bơm ép giai đoạn 4 60

Bảng 3.1 Thành phần của 1 bộ dữ liệu trong eclip 67

Bảng 3.2 Hiệu quả của các phương pháp bơm ép 75

Bảng 3.3 Hiệu quả của các phương án bơm ép dựa theo số lượng giếng bơm ép 76

Bảng 3.4 Sản lượng dầu cộng dồn theo từng lưu lượng bơm ép 78

Bảng 3.5 Hệ số hiệu quả của từng phương án bơm ép theo lưu lượng nước bơm ép 79

Bảng 3.6 Sản lượng dầu cộng dồn theo thời gian bắt đầu bơm ép 81

Bảng 3.7 Hiệu quả của phương án bơm ép đối với khu vực lô X của mỏ Đại Hùng 83

Bảng 3.8 Lợi nhuận của phương pháp bơm ép tối ưu 83

Bảng 3.9 Chi phí đầu tư và hoạt động của phương án 83

Bảng 3.10 Công suất xử lý nước bơm ép ở Đại Hùng 84

x

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ bố trí giếng bơm ép ngoài ranh giới dầu - nước [1] 16

Hình 1.2 Sơ đồ bố trí giếng bơm ép tại ranh giới dầu - nước [1] 18

Hình 1.3 Sơ đồ bơm ép nước trong ranh giới dầu - nước [1] 19

Hình 1.4 Sơ đồ bơm ép 2,3,4,5,7,9 điểm [2] 20

Hình 1.5 Sơ đồ phân bố giếng trong bơm ép trên toàn bộ bề mặt diện tích vỉa [1] 20

Hình 1.6 Các nguồn nước dùng để bơm ép [3] 22

Hình 1.7 Hệ thống xử lý kín 28

Hình 1.8 Hệ thống xử lý hở 28

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống xử lý nước Fateh, Dubai 29

Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống xử lý nước của Meleiha 29

Hình 1.11 Sơ đồ cấu tạo tháp khử ôxy chân không 30

Hình 1.12 Tháp tách ôxy bằng phương pháp sục khí 32

Hình 1.13 Tháp tách ôxy bằng phương pháp thổi khí ngược dòng 33

Hình 1.14 Thiết kế bồn chứa skimmer và sedimentation 34

Hình 1.15 Cấu tạo thiết bị lọc ngược 35

Hình 1.16 Thiết bị lọc xuôi nằm ngan 36

Hình 1.17 Bán kính ảnh hưởng của giếng bơm ép 42

Hình 1.18 Biểu đồ mối quan hệ tỷ số độ dẫn, tỷ số độ linh động và hệ số quét diện tích 44

Hình 1.19 Xác định fracturing pressure từ kết quả leak off test 45

Hình 2.1 Quá trình star - interference 49

Hình 2.2 Quá trình interference - fill up 49

Hình 2.3 Quá trình fill up - water breakthough 50

Hình 2.4 Các giai đoạn của quá trình bơm ép nước 51

Hình 2.5 Conductance ratio cho mô hình bơm ép nước 5 điểm 55

Hình 2.0.6 Đường cong đạo hàm theo Sw 57

Hình 2.7 Biểu đồ thể hiện các thông số bơm ép 61

Hình 3.1 Bể Nam Côn Sơn[4] 62

Hình 3.2 Vị trí mỏ Đại Hùng 63

Hình 3.3 Sơ đồ đứt gãy Đại Hùng[4] 64

xi

Hình 3.4 Mô hình Block X mỏ Đại Hùng 69

Hình 3.5 Mô hình Block X sau khi cắm giếng bơm ép 71

Hình 3.6 Biểu đồ dự báo sản lượng khai thác cộng dồn sau khi đặt giếng bơm ép 72

Hình 3.7 Biểu đồ dự báo sản lượng sau khi đặt giếng ở ngoài ranh giới dầu nước 73

Hình 3.8 Vị trí đặt giếng ngoài ranh giới dầu nước 74

Hình 3.9 Vị trí đặt giếng tại ranh giới dầu nước 74

Hình 3.10 Vị trí đặt giếng trong ranh giới dầu nước 75

Hình 3.11 Biểu đồ sản lượng cộng dồn của phương án bơm ép theo số lượng giếng bơm ép 76

Hình 3.12 Biểu đồ sản lượng dầu khai thác cộng dồn theo lưu lượng bơm ép 78

Hình 3.13 Sản lượng dầu cộng dồn của từng phương án bơm bơm ép theo thời gian bắt đầu 81

Hình 3.14 Tổng lượng dầu cộng dồn theo thời gian của phương án bơm ép tối ưu 82

xii

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Swbt : Độ bão hòa nước tại điểm breakthrough

Swavg : Độ bão hòa nước trung bình

fwbt : Tỉ lệ phần nước tại điểm breakthrough

Sorw : Độ bão hòa dầu dư trong hệ thống dầu-nước

a : Khoảng cách giữa các giếng khai thác hoặc bơm ép

d : Khoảng cách giữa giếng khai thác và giếng bơm ép

FOPT : Tổng lượng dầu khai thác cộng dồn

FOPR : Lưu lượng khai thác của vỉa

FLPR : Tỷ lệ khai thác pha lỏng

FLPT : Tổng lưu lượng pha lỏng thu được

xiii

14

1.1 Tổng quan về bơm ép nước duy trì áp suất vỉa và vai trò của nó

Bơm ép nước là một phương pháp rất hiệu quả để duy trì áp suất vỉa, tăng lượng dầu thu hồi cho mỏ dầu khí Hiện tại ở Việt Nam thì phương pháp này đang được sử dụng rất rộng rãi và mang lại nhiều hiệu quả rất tích cực, giúp tăng lượng dầu thu hồi đáng kể, mang lại một nguồn lợi lớn cho các công ty dầu khí Việc nghiên cứu về đề tài nhằm giải quyết một vấn đề rất thực tế về việc đưa bơm ép nước vào thực tế ở một khu vực

mỏ Trong giai đoạn thu hồi sơ cấp, ta chỉ có thể thu được 11 - 18% OOIP, trong khai thác thứ cấp từ tầng Mioxen, Oligoxen và tầng Móng ta có thể thu được 27,8%, 24,4%

và 37,6% OOIP tương ứng còn khai thác tam cấp mới chuẩn bị được áp dụng

1.1.2 Vai trò của công tác duy trì áp suất vỉa bằng bơm ép nước

Công nghệ bơm ép nước duy trì áp suất vỉa được áp dụng ở nhiều mỏ khai thác dầu từ sau những năm 40 của thế kỷ XX, giúp gia tăng hệ số thu hồi rõ rệt và được xem là một trong những phương pháp phổ biến trong quá trình khai thác của đa số các mỏ dầu trên thế giới Đối với các mỏ dầu hoạt động khai thác trong đá Móng nứt nẻ, ở chế độ tự nhiên, hệ số thu hồi dầu chỉ đạt khoảng 18% trữ lượng ban đầu Giải pháp bơm ép nước giúp tăng hệ số thu hồi dầu từ 8% đến 37.6% so với trường hợp không duy trì năng lượng bằng bơm ép, đặc biệt với trường hợp dầu có áp suất bão hòa cao, giải pháp bơm

ép có thể tăng hệ số thu hồi dầu từ 55% đến 74% so với trường hợp khai thác sơ cấp

15

1.2 Các phương pháp bơm ép

1.2.1 Bơm ép nước liên tục

Phương pháp bơm ép nước liên tục được xây dựng trên nguyên tắc các giếng bơm ép tiếp nhận khối lượng nước như nhau, không tạo nên sự chênh áp đột biến giữa các giếng bơm ép và giếng khai thác, tạo mặt ranh giới dầu - nước tương đối phẳng

Phương pháp bơm ép nước liên tục có thể được thực hiện khi đã hình thành vùng bơm

ép nước và vùng khai thác tương đối rõ ràng, ranh giới dầu – nước đã được dâng lên đến một mức xác định nào đó Với giếng bơm ép có độ tiếp nhận lớn sẽ điều chỉnh giảm khối lượng nước Với giếng bơm ép có độ tiếp nhận không cao, cần bắn vỉa để tạo thêm khoảng làm việc mới của giếng, tăng khối lượng nước bơm mà không ảnh hưởng đến các giếng khai thác vì ranh giới dầu – nước đã dâng cao hơn khoảng bắn mở vỉa

1.2.2 Bơm ép nước theo chu kỳ

Phương pháp bơm ép nước theo chu kỳ lần đầu tiên được Viện Dầu toàn liên bang (Liên Xô) đề xuất năm 1964 và áp dụng lần đầu ở mỏ Pacrovski Công nghệ bơm ép nước chu

kỳ dựa trên nguyên lý thay đổi lượng nước bơm ép hay khai thác chất lưu theo chu kỳ bằng cách dịch chuyển các pha dao động của áp suất ở từng nhóm giếng, làm thay đổi hướng dòng thấm

Bản chất vật lý của quá trình dịch chuyển các pha dao động là nâng cao áp suất trong vỉa ở nửa đầu của chu kỳ và giảm áp suất ở nửa sau chu kỳ, tạo ra xung áp lực, ép đẩy dầu còn tồn đọng tham gia vào quá trình chuyển động của chất lưu tới giếng khai thác Thời gian bơm ép của một chu kỳ vào khoản từ 4 – 10 ngày và có thể lên tới 75 – 80 ngày

Để bơm ép nước theo chu kỳ đạt hiệu quả, vỉa dầu cần có đặc điểm: vỉa bất đồng nhất, phân lớp hay dầu trong đá móng nứt nẻ, có lượng dầu dư trong vỉa cao, có khả năng về

kỹ thuật và công nghệ để tạo các dao động áp suất với biên độ lớn, có khả năng bù khai thác bằng bơm ép chu kỳ

16

1.3 Vị trí thiết kế giếng bơm ép

1.3.1 Bơm ép nước ngoài ranh giới vùng chứa dầu

Để xây dựng hệ thống giếng bơm ép bố trí bên ngoài vùng chứa dầu, trước tiên ta cần xác định đường biên của ranh giới dầu – nước Tùy theo đặc điểm của vỉa dầu, các giếng bơm ép thường được bố trí cách ranh giới vỉa từ 800- 1500 m với mục đích tác dụng đều lên vỉa, tránh sự hình thành lưới nước Do việc xác định ranh giới dầu nước chính xác

là rất khó nên thông thường ở một mỏ ta xác định ranh giới trong của vùng chứa dầu và ranh giới ngoài của vùng chứa dầu, ở giữa 2 ranh giới này ta khoan các giếng quan trắc

để thu thập số liệu địa chất, số liệu về mỏ Các giếng bơm ép được bố trí cách ranh giới ngoài của vùng chứa dầu từ 300- 800 m để tạo nên tác dụng đồng đều lên vỉa tránh hình thành lưỡi nước

Sơ đồ bố trí này phù hợp cho những vỉa dầu được tạo thành từ đất đá đồng nhất và có

độ thấm cao, không bị đứt gãy hay phá hủy kiến tạo, có mối liên hệ thủy động lực tốt, kích thước trung bình Việc bơm ép theo sơ đồ này đối với những vỉa có thành tạo cacbonat không phải lúc nào cũng cho kết quả tốt bởi vì trong những vỉa này có những khe rãnh lớn ảnh hưởng tới quá trình lưu thông của nước Đối với những vỉa dầu có độ nhớt cao việc bơm ép nước tỏ ra kém hiệu quả vì độ nhớt của nước thấp hơn dầu nên nó rất linh động và nhanh chóng di chuyển đến các giếng khai thác làm cho các giếng khai thác bị ngập nước

Hình 1.1 Sơ đồ bố trí giếng bơm ép ngoài ranh giới dầu - nước [1]

 Tổn thất năng lượng trên 1 tấn dầu khai thác cao dẫn đến chi phí năng lượng để bơm ép lớn, bởi vì khoảng cách từ giếng bơm ép đến giếng khai thác lớn;

 Cũng chính bởi khoảng cách khá lớn nên sự tác động của nước bơm ép lên vỉa bị chậm;

 Tổn thất nước bơm ép rất lớn do bị mất vào vùng ngoài ranh giới chứa dầu, hay

là vùng vỉa không chứa dầu;

 Các giếng ở vùng trung tâm mỏ bị đóng quá lâu do áp dụng trình tự khai thác các giếng từ ngoài vào trong nhằm tận dụng tối đa hiệu quả bơm ép và đưa dần những giếng khai thác đã ngập nước vùng ngoài làm giếng bơm ép

1.3.2 Bơm ép nước tại ranh giới vùng chứa dầu

Để tăng nhanh hiệu quả tác động của các giếng bơm ép lên vỉa dầu, các giếng bơm ép cần được bố trí ngay trên ranh giới dầu- nước Khi đó khoảng cách từ giếng bơm ép tới các giếng khai thác được rút ngắn lại nên sự tác động từ các giếng bơm ép xảy ra nhanh hơn

Sơ đồ bố trí này thường được áp dụng trong các điều kiện của vỉa như:

 Mối liên hệ thủy động lực học giữa vỉa và vùng ngoài ranh giới kém;

 Kích thước của vỉa dầu tương đối nhỏ so với vỉa được áp dụng bơm ép nước ngoài ranh giới vùng chứa dầu;

 Tăng cường quá trình khai thác dầu từ vỉa nghĩa là mức cản trở quá trình chảy thấm của lưu chất vào giếng khai thác bị giảm do khoảng cách từ giếng bơm ép tới giếng khai thác ngắn hơn

18

Hình 1.2 Sơ đồ bố trí giếng bơm ép tại ranh giới dầu - nước [1]

Tuy nhiên, một số nhược điểm lớn của sơ đồ bố trí tại ranh giới dầu nước là dễ hình thành những lưỡi nước tại đáy giếng khai thác và tổn thất nước ra ngoài ranh giới lớn

1.3.3 Bơm ép nước trong ranh giới vùng chứa dầu

Ở phương pháp này các giếng bơm ép được phân bố theo các sơ đồ khác nhau trong vùng vỉa chứa dầu Hệ thống này có tác động mạnh mẽ trực tiếp lên vỉa dầu, cho phép tăng nhịp độ, giảm thời gian khai thác mỏ dầu và thu hồi dầu nhanh nhất Cách bố trí này phụ thuộc vào điều kiện địa chất cụ thể, vốn đầu tư và thời hạn khai thác mỏ mang lại hiểu quả kinh tế tốt nhất

Điều kiện để sử dụng phương pháp bơm ép nước trong ranh giới vùng chứa dầu cho hiệu quả tốt là:

 Ranh giới dầu- nước và các thông số về vỉa được xác định chính xác

 Mối liên hệ thủy động lực học của vỉa kém

 Kích thước vỉa dầu lớn

 Trong vỉa còn lại lượng dầu đáng kể

 Vỉa thoải và không có những đường nứt nẻ kiến tạo lớn

 Đồng nhất về thành phần đất đá và khả năng thẩm thấu của vỉa tốt

 Dầu có độ nhớt không lớn

a: Các giếng bơm ép phân bố theo hàng

b: Các giếng bơm ép phân bố theo trục trung tâm

c: Các giếng khai thác phân bố theo hình xuyến vùng trung tâm

Để khai thác dầu ổn định và đạt hiệu quả kinh tế ban đầu người ta chỉ bơm ép các giếng

ở giữa, còn các giếng bơm ép xung quanh trước hết làm nhiệm vụ như giếng khai thác, sau khi khai thác một thời gian các giếng này có hiện tượng ngập nước quá mức cho phép thì bắt đầu sử dụng chúng làm giếng bơm ép

Bố trí theo cụm: Sơ đồ hệ thống bơm ép theo cụm được áp dụng cho những vùng mỏ

lớn với trữ lượng công nghiệp xác định Ở giai đoạn phát triển mỏ, các giếng bơm ép được bố trí theo từng cụm riêng biệt so với các giếng khai thác Các giếng khai thác trong mỗi block được bố trí theo từng dãy với số lượng và mật độ phụ thuộc vào điều kiện thủy động lực của vỉa và sản lượng khai thác yêu cầu

20

Bố trí theo nguồn: Đây được xem như là phương pháp điều chỉnh khai thác, có thể được

sử dụng độc lập trong mọi giai đoạn khai thác với yêu cầu cấu trúc địa chất vỉa đã được nghiên cứu chi tiết Phương pháp này thường được sử dụng kết hợp với một sơ đồ bơm

ép bất kỳ nhằm mở rộng vùng ảnh hưởng của quá trình bơm ép để khai thác dầu từ các vỉa không được tác động nhờ bơm ép như vùng trì trệ và vùng chứa dầu dạng thấu kính

Bố trí theo diện tích: Bơm ép nước trải đều trên bề mặt diện tích vỉa dầu là phương pháp

tác động cao nhất lên toàn bộ vỉa, đảm bảo mức độ khai thác tốt nhất Các giếng bơm

ép và khai thác trong hệ thống này được bố trí theo từng block hình học dạng lưới đối xứng: 2, 3, 4, 5, 6, 7 hoặc 9 điểm tương đương với tỷ lệ giữa giếng bơm ép và giếng khai thác là 1:1, 1:2, 1:3, 1:4

Hình 1.4 Sơ đồ bơm ép 2,3,4,5,7,9 điểm [2]

Hình 1.5 Sơ đồ phân bố giếng trong bơm ép trên toàn bộ bề mặt diện tích vỉa [1]

Hệ thống bơm ép theo diện tích cho năng suất cao, nhưng nguy cơ xuất hiện lưỡi nước quanh giếng khai thác cũng rất cao Riêng sơ đồ phân bố 9 điểm, tỷ số giữa tổng các giếng bơm ép và tổng các giếng khai thác là nhỏ nhất so với các sơ đồ phân bố khác,

21

mặt khác các giếng bơm ép không cho dòng sản phẩm nên sơ đồ phân bố chín điểm có thể cho hiệu quả kinh tế hơn cả Hơn thế nữa, cường độ tác động lên vỉa theo sơ đồ này nhỏ hơn so với các sơ đồ phân bố khác, nên việc thành tạo lưỡi nước quanh vỉa được hạn chế, dầu chuyển động đều và ổn định hơn đến các giếng khai thác Thực tế cho thấy

hệ thống bơm ép nước trên toàn bộ bề mặt diện tích vỉa dầu được sử dụng tương đối rộng rãi ở các giai đoạn khai thác cuối cùng của mỏ bởi vì ở giai đoạn khai thác ban đầu

áp suất vỉa chưa giảm nhiều

1.4 Xử lý nước bơm ép

1.4.1 Nguồn nước

Các kỹ sư bơm ép nước cần phải xác định sớm các nguồn nước có thể chấp nhận được trong quá trình lập kế hoạch, các nguồn nước là nước bề mặt, nước ngầm, nước ngọt, nước mặn Xét về mặt kỹ thuật hầu hết các loại nước đều có thể làm nguyên liệu cho quá trình bơm ép sau khi đã xử lý, nhưng vì các nguồn nước ngọt có vai trò quan trọng đối với con người, động vật và nông nghiệp nên trong những năm gần đây người ta dùng nước biển và nước đồng hành để phục vụ cho quá trình bơm ép Đối với nguồn nước ngầm chúng ta cần xem xét, đánh giá cẩn thận vì nó có liên quan đến cơ chế năng lượng vỉa, nếu chúng ta khai thác nước ngầm để bơm ép có thể làm năng lượng vỉa suy yếu dẫn tới khai thác dầu khó khăn

1.4.1.1 Nước đồng hành

Do một số quy định về môi trường mà nhiều nhà điều hành sử dụng nước đồng hành cho nhu cầu bơm ép nước và nguồn nước này được xem xét đầu tiên Thông thường hoạt động của các giếng bơm ép bắt đầu từ các nguồn nước bên ngoài và dần dần thay thế bởi nguồn nước đồng hành khi mà các giếng khai thác bị ngập nước 100% Điều này đã làm giảm tổng lượng nước cần thiết để cân bằng sản xuất giúp tiết kiệm một phần đáng

kể về kinh tế cho bơm ép, cũng chính vì thế nguồn nước đồng hành được sử dụng vào cuối đời dự án Tuy nhiên nó cũng có một số nhược điểm như nước đồng hành không tương thích với sản phẩm trong vỉa hay các nguồn nước khác đang sử dụng sẽ gây ra hiện tượng kết tủa có quy mô, nó còn chứa dầu gây nên khó khăn trong quá trình bơm

ép Hơn thế nữa, nước được xử lý trong khai thác và hệ thống thiết bị làm nó thay đổi

22

về tính chất vật lý cũng như hóa học Các biến đổi vật lý bao gồm sự thay đổi nhiệt độ,

áp suất, hình thành nhũ tương và thay đổi thành phần hạt rắn như cát, kim loại Các biến đổi về mặt hóa học gồm: giảm áp lực khí thoát ra khỏi dung dịch, xuất hiện các sản phẩm ăn mòn trong nước, tác động của oxy trong nước, hình thành kết tủa, sự thay đổi hóa chất xử lý vấn đề ăn mòn, hạn chế nhũ tương, vi khuẩn

Để giải quyết những hạn chế trên chúng ta cần có những thiết bị cần thiết nhằm xử lý nước đồng hành đạt tiêu chuẩn bơm ép Những vùng không tương thích có thể được xử

lý bằng cách bơm ép một cách riêng biệt

1.4.1.2 Nước bề mặt

Nước ngọt bề mặt được lấy từ ao, hồ, sông, đây là những nguồn nước thay đổi theo mùa, chất lượng không đảm bảo, chứa một lượng tạp chất hữu cơ và vô cơ khác nhau Vì nguồn nước này tiếp xúc trực tiếp với không khí nên chúng bão hòa oxy và CO2, các khí hòa tan sẽ thay đổi theo nhiệt độ môi trường cũng như hoạt động mưa gần đó Mặt khác nước bề mặt có thể là đại dương, biển đây là nguồn nước mặn dồi dào nhất trên Trái Đất chiếm 71% diện tích bề mặt Nước biển thường bão hòa oxy, có tính ăn mòn cao và có các tính chất sau:

 Các hạt rắn lơ lửng và tạp chất hữu cơ hàm lượng phụ thuộc vào độ sâu

 Các loại vi khuẩn ưa khí và vi khuẩn khử sunfat

23

Nước từ sông suối và những cơn mưa phần lớn được đổ ra biển, một phần khác được lọc qua các tầng phù sa trên bề mặt đất sau đó giữ lại ở tầng cát sỏi phía dưới tạo nên các nguồn nước ngầm ở gần bề mặt, chúng được khai thác bằng các giếng nông chi phí thấp Các giếng thường có độ sâu nhỏ hơn 91 m và được cách ly với bề mặt bằng một tầng phù sa nên dù mùa khô hay mùa mưa thì nước ngầm vẫn tồn tại Theo độ sâu phân

bố, có thể chia nước ngầm thành nước ngầm tầng mặt và nước ngầm tầng sâu Nước ngầm tầng sâu thường có độ sâu lớn hơn 300m, thậm chí một số nguồn nước ngầm có

độ sâu lớn hơn 600 m Nước ngầm tầng mặt thường không có lớp ngăn cách với địa hình

bề mặt Do vậy, thành phần và mực nước biến đổi nhiều, phụ thuộc vào trạng thái của nước mặt Loại nước ngầm tầng mặt rất dễ bị ô nhiễm Nước ngầm tầng sâu thường nằm trong lớp đất đá xốp được ngăn cách bên trên và phía dưới bởi các lớp không thấm nước Nguồn nước ngầm thường có hàm lượng oxy cao, nhưng vấn đề cần quan tâm nhất là tính tương thích và mức độ nhạy nước của thành hệ

1.4.2 Yêu cầu chung của nước bơm ép

Quá trình xử lý nước rất cần thiết để cung cấp loại nước phù hợp để bơm ép xuống vỉa,

sự thiếu lượng nước phù hợp có thể làm giảm ảnh hưởng của việc bơm ép nước, ngoài

ra nước có chất lượng kém cũng mang đến nhiều tác hại to lớn đối với việc bơm ép nước duy trì năng lượng vỉa

Tiêu chuẩn của nước bơm ép:

 Không có hạt rắn lơ lửng;

 Không hòa tan những chất rắn có thể tạo scale hoặc gây ăn mòn;

 Không còn khí hòa tan;

 Không có sinh vật gây hại;

 Không gây ra ảnh hưởng không mong muốn lên thành hệ (trương nở sét);

 Không gây hại khi trộn lẫn với những chất lưu thành hệ, vỉa;

 Không dẫn điện hoặc dẫn điện kém để tránh gây ăn mòn điện hóa

Bởi vì những chất lưu tự nhiên hầu như không thể nào đáp ứng được tất cả những tiêu chuẩn như trên nên người kĩ sư phải cố gắng tạo ra được loại nước bơm ép phù hợp nhất

24

Nguồn nước và cách xử lý cũng phải được thiết kế để cung cấp lượng nước đảm bảo tiệm cận với loại nước tiêu chuẩn và kinh tế nhất có thể Trong đó kinh tế là nhân tố quan trọng hàng đầu vì loại nước tốt nhất có thể thì lại rất đắt và làm giảm lợi ích của phương pháp bơm ép

Nguồn nước có thể lấy từ nhiều nơi như trên bề mặt, dưới sâu (thường nếu là nước biển thì lấy ở độ sâu 15m dưới mặt nước) hoặc ngay cả từ nước đồng hành sau xử lý Điều quan trọng cần xét đến ở đây là lưu lượng, tốc độ yêu cầu và chất lượng của nước Những nhân tố trên sẽ quyết định chi phí của việc xử lý nước bơm ép Kĩ sư bơm ép nước phải xác định được các nguồn tài nguyên nước tại chỗ trong kế hoạch xử lý Nước phải được phân loại rõ ràng là nước bề mặt hay nước ngầm, nước ngọt hay nước biển Hầu như tất

cả các loại nước đều có thể dùng trong bơm ép nước mặc dù một số thì không kinh tế Nguồn nước đầu tiên được xét đến phải là nước ngọt, tuy nhiên việc sử dụng thường xuyên nó bị giới hạn bởi con người, động vật hoặc nông nghiệp… Trong một vài năm gần đây hầu hết nước bơm ép là nước mặn hoặc nước không uống được như nước biển Khi sử dụng nguồn nước ngầm, electric logs và các dữ liệu khác được sử dụng để tìm nguồn nước để cung cấp Do một vài tầng nước đáy cung cấp nước như một cơ chế để đẩy dầu cho vỉa nên việc đánh giá, lựa chọn cần hết sức cẩn thận Việc khai thác nước

từ tầng nước đáy có thể làm giảm lượng dầu khai thác được do làm yếu cơ chế nước đáy May mắn là thường có nhiều nguồn nước ngầm không ảnh hưởng tới cơ chế nước đáy của vỉa tồn tại gần vỉa dầu

Lượng nước phải đầy đủ cho hoạt động bơm ép hằng ngày trong suốt thời gian hoạt động của giếng Việc thiết kế về lưu lượng thường được xác định bằng nghiên cứu vỉa chứa nhưng nó cũng có một số áp dụng chung Với hầu hết các loại chất lưu bơm ép, một vỉa dầu thường cần từ 0.5 to 1 B/D (0.08 – 0.16 m3/ngày) nước trên 1 đơn vị thể tích vỉa Thể tích các loại chất lưu bơm ép tới cuối cùng thường nằm khoảng từ 1.5 – 2 thể tích rỗng của vỉa

Dữ liệu về độ chứa của nước đang khai thác được xác định để đánh giá được lượng nước

tự nhiên tồn tại trong giếng Với nguồn nước ngầm thì rất khó để kiểm tra khi phải dùng tất cả các phương pháp kích thích yêu cầu Đối với nguồn trước trên bề mặt thì những

25

nhân tố như lịch sử của nguồn nước, loại nước, chất lượng, sự thay đổi theo mùa… cần được xét đến Nếu nước được lấy từ nguồn khác thì những nhân tố trên cũng được đánh giá tương tự cho hệ thống ấy

Hệ thống xử lý nước ảnh hướng tới sự thành công về kinh tế và kĩ thuật của việc bơm

ép Có rất nhiều sự thay đổi trong trong thiết kế và lựa chọn thiết bị để xử lý nước Hệ thống được lựa chọn cần xem xét đến các yếu tố như chất lượng nước xử lý, đặc tính vỉa

và tính kinh tế của bơm ép Trong một số trường hợp, khi mà vòng đời của một dự án

đủ ngắn thì việc kiểm soát ăn mòn không bắt buộc, tuy nhiên về xa hơn như thu hồi tam cấp thì phải xem xét kĩ Tất cả các điều kiện phải được xem xét tổng thể bởi người kĩ sư khi lựa chọn nguồn nước và thiết kế hệ thống xử lý

1.4.3 Nguyên tắc chung khi xử lý nước bơm ép

1.4.3.1 Ngăn chặn sự tiếp xúc với không khí

Trong quá trình xử lý nước điều quan trọng nhất là tránh tiếp xúc mới không khí Việc cách ly với không khí có thể thực hiện được một cách kinh tế Không khí trong nước bơm ép có thể gây ra một số hậu quả như:

 Oxygen tác dụng với các hóa chất hòa tan trong nước tạo ra một số oxide ở dạng kết tủa hoặc hòa tan;

 Oxygen làm tăng khả năng ăn mòn của nước đối với giếng;

 Các kết tủa rắn và sản phẩm ăn mòn cung cấp môi trường sống và sinh sản cho các vi khuẩn kị khí;

 Scale và các kết tủa có thể tạo nút trong giếng bơm ép;

 Không khí có thể làm giảm lượng sulfate trong nước;

 Thay đổi định tính, định lượng khí hòa tan có thể làm mất ổn định nước bơm ép Oxygen trong không khí sẽ được loại trừ nếu toàn bộ hệ thống khai thác và bơm ép được giữ trên áp suất khí quyển trong suốt quá trình xử lý Một khi sự tiếp xúc với không khí được loại trừ thì hiệu quả của quá trình loại khí từ tháp loại khí khi xử lý nước sẽ giữ nguyên Qua đó chất lượng nước sẽ được đảm bảo về hàm lượng oxygen trước khi bơm xuống vỉa chứa

kể độ thấm pha nước của vùng

Sự giảm độ thấm sẽ làm gia tăng chi phí do phải tăng thêm năng lượng yêu cầu với cùng một lượng nước cho trước Nguyên nhân là khi có sự xuất hiện của dầu trong nước bơm

ép thì làm giảm độ thấm pha nước và từ đó làm giảm độ tiếp nhận nước bơm ép của vỉa, làm giảm hiệu suất bơm ép

1.4.3.3 Loại bỏ khí hòa tan

Hai loại khí thường tồn tại trong nước khi khai thác lên và gây ra nhiều vấn đề quan trọng là H2O và CO2 H2O hay CO2 trong nước làm tăng mức độ ăn mòn tự nhiên nghiêm trọng Trong cả hai trường hợp này, các acids được tạo ra và gây ăn mòn, kết quả là các

hố rãnh được tạo ra Loại phá hủy này thường xuất hiện sớm và thường xuyên phá hủy các loại đường ống và bình chứa

H2S có thể làm giòn vật liệu (hydrogen embrittlement) kim loại gây phá hủy sớm vật liệu H2S là một chất rất độc và cần có phải những biện pháp đặt biệt để đảm bảo an toàn trong quá trình hoạt động Chỉ cần nồng độ H2S vượt ngưỡng 20ppm thì có thể gây ra nguy hiểm cho con người Khí này có thể làm chết người tùy theo thời gian tiếp xúc Một vấn đề khác liên quan đến H2S và CO2 là tạo ra chất kết tủa trên thành hệ do ion Sulfide và Carbonate Các kết tủa có thể làm đóng scale trên các thiết bị, đường ống hoặc trên giếng cũng như tạo nút trong giếng và thành hệ

1.4.3.4 Loại bỏ hạt rắn trong nước

Các hạt rắn trong nước bơm ép cần phải được loại bỏ trước khi bơm ép nước Hạt rắn tồn tại trong nước nếu được tiếp xúc với dầu sẽ theo dầu di chuyển trong vỉa và tới giếng khai thác Các hạt rắn sẽ có xu hướng kết hợp với nhau và trong một khoảng thời gian

 Tạp chất cơ học nhỏ hơn 0.1 mg/l;

 Lượng ôxy hòa tan nhỏ hơn 0.015 mg/l hay 15 ppb;

 Qua thiết bị lọc phải loại bỏ được: 98% hạt có kích thước lớn hơn 2 µm, 96 % hạt có kích thước nhỏ hơn 1µm;

 Hàm lượng clorua còn lại nhỏ hơn 0.6 mg/l;

 Độ đục của nước nhỏ hơn 0.15 (NTU)

Các hệ thống xử lý nước bơm ép thông thường được chia làm hai loại:

Hệ thống xử lý kín: là hệ thống được thiết kế để loại trừ hoàn toàn ôxy nhưng chi phí

lớn vì vậy chỉ sử dụng hệ thống này khi thật cần thiết và điều kiện kinh tế cho phép Thông thường hệ thống này được dùng cho những nguồn nước có hàm lượng ôxy rất thấp và ít cần xử lý hóa chất

Việc sử dụng hệ thống kín để xử lý nguồn nước biển bơm ép phát triển mạnh mẽ ở các

mỏ ngoài khơi cũng như gần bờ bởi đây là một phương pháp kiểm soát tính ăn mòn của nước biển rất hiệu quả và có lợi về kinh tế

28

Hình 1.7 Hệ thống xử lý kín

Hệ thống hở: là hệ thống được thiết kế không cần thiết phải khử ôxy mà hệ thống này

có hiệu quả tốt nhất khi cần xử lý phức tạp: tách các hạt rắn lơ lửng và dầu lắng đọng trong các bể chứa bề mặt, trộn các nguồn nước bơm ép khác nhau hoặc khi nguồn nước bơm ép là nước ngọt bề mặt bão hòa ôxy hay cần sục khí để khử H2S và CO2 trong nguồn nước Để kiểm soát tính ăn mòn trong hệ thống hở một cách hiệu quả, chúng ta thường phủ một lớp sơn hay chất dẻo bên trong đường ống hoặc sử dụng loại ống nhựa

Hình 1.8 Hệ thống xử lý hở

29

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống xử lý nước Fateh, Dubai

Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống xử lý nước của Meleiha

30

1.4.4.2 Một số loại thiết bị xử lý nước bơm ép

Các thiết bị và quy trình công nghệ xử lý nước ngày càng được cải thiện và phát triển, chính vì thế các kỹ sư bơm ép nước cần tham dự các buổi hội thảo, thuyết trình và trao đổi với những chuyên gia trong lĩnh vực này; chính những nỗ lực đó giúp kỹ sư phát hiện ra công nghệ của mình đã lỗi thời trong 1 đến 2 năm đầu Dưới đây là liệt kê các thiết bị thường dùng để xử lý nguồn nước bơm ép, một số thiết bị được thay đổi với thiết

kế tốt hơn, nhưng chúng ta nên hiểu rằng một thiết bị tân tiến và phù hợp nhất không phải là làm sạch nước tốt nhất mà chính là xử lý nước theo đúng các tiêu chuẩn thiết kế nước bơm ép cho trước và với chi phí tối thiểu nhất

Thiết bị tách Ôxy hòa tan:

Những nguồn nước bề mặt thường bão hòa ôxy, trong khi những nguồn nước khác có khả năng hòa tan thêm khí ôxy trong quá trình xử lý Hiện nay có ba phương pháp chính

để tách khí ôxy hòa tan: sử dụng các chất hóa học Na2CO3, N2H4, SO2; tách khí trong môi trường chân không; sục khí tự nhiên hay khí trơ ngược dòng

Hình 1.11 Sơ đồ cấu tạo tháp khử ôxy chân không

31

Phương pháp sử dụng các chất hóa học sẽ tách được một phần nhỏ lượng khí ôxy bởi vì các chất hóa học này rất dễ bị ôxy hóa giống như Na2CO3, N2H4, SO2 được gọi là quá trình khử ôxy Trong hệ thống xử lý nước biển, nước thường xuyên được khử bằng dòng clo ngược, bất kỳ lượng Clo dư nào đều có tác dụng khử ôxy trước khi chúng bị ôxy hóa Kỹ sư nên thiết kế lượng khí dư là nhỏ nhất trong khi vẫn đáp ứng được yêu cầu khử ôxy, hiện nay thường sử dụng phương pháp tách khí trong môi trường chân không hoặc khử bằng dòng khí tự nhiên và khí trơ để giảm hàm lượng ôxy từ 1- 3 ppm xuống dưới 0.5 ppm Hóa phẩm Na2CO3 rẻ hơn N2H4 và từng được sử dụng nhiều trong bơm

ép nước Chất xúc tác được sử dụng để gia tăng tốc độ phản ứng, đặc biệt nước có chứa

CO2, một số nguồn nước chứa chất xúc tác tự nhiên nên trong quá trình xử lý không cần thiết cho thêm chất xúc tác vào nữa Nếu cần thiết chúng ta có thể mua cobaltous hexahydrate để giảm giá thành Trong các hệ thống lớn thường thì khí SO2 được mua với số lượng lớn và đã hóa lỏng hoặc để giảm chi phí chúng ta có thể đốt lưu huỳnh để tạo ra lượng SO2 thỏa mãn

Loại bỏ ôxy bằng máy tách chân không không phải luôn luôn thành công trong lĩnh vực này, nó có thể bị thất bại do máy bơm chân không làm việc không hiệu quả và giá đắt

đỏ trong thời gian gần đây

Hình 1.11 là sơ đồ cấu tạo của một loại tháp khử ôxy chân không gồm 3 phần: Distribution Section, Packing Section, Water Storage Section; vì nhiều nguyên nhân khác nhau mà loại tháp này đang được sử dụng phổ biến trong hoạt động bơm ép nước Nguyên lý làm việc của thiết bị này liên quan tới lượng khí hòa tan trong chất lỏng giảm khi áp suất giảm, chính vì thế khi giảm áp suất của hệ về áp suất chân không thì khí ôxy hòa tan sẽ thoát ra khỏi nước gần như hoàn toàn Để tăng diện tích tiếp xúc giữa nước

và bề mặt thiết bị tách khí ta cho chất lỏng đi qua tầng Packing Section với dòng chảy

ổn định Cần chú ý tầng Packing Section không được để ngập nước và các kênh dẫn nên được giảm thiểu tối đa bằng cách phân bố lưới lọc hợp lý

Dưới đây ta xem xét phương pháp sục khí tự nhiên và khí trơ ngược dòng để loại bỏ ôxy trong nguồn nước ta cần xử lý Khí tự nhiên được sử dụng cần đảm bảo có hàm lượng

32

CO2 và H2S nhỏ, như thế quá trình xử lý mới có hiệu quả bởi vì khí thải sau quá trình khử ôxy có thể sử dụng làm nhiên liệu trong hệ thống

Hình 1.12 Tháp tách ôxy bằng phương pháp sục khí

33

Hình 1.13 Tháp tách ôxy bằng phương pháp thổi khí ngược dòng

Nguyên lý làm việc của thiết bị này là giảm nồng độ ôxy trong khí đi vào nước bằng cách pha loãng với khí thổi Do áp suất riêng phần của ôxy trong hỗn hợp khí giảm nên ôxy thoát ra khỏi nước Nước đi vào đỉnh tháp và khí được thổi từ đáy tháp lên, bọt khí

đi xuyên quan nước và các khay làm tăng diện tích tiếp xúc của nước và khí Tốc độ khí ôxy thoát ra tỷ lệ thuận với diện tích tiếp xúc

Hiệu quả hoạt động của hệ thống phụ thuộc vào nồng độ ôxy trong nước ở đầu vào, số lượng khay trong tháp tách, tỷ số khí- nước, áp suất trong tháp và nhiệt độ của nước Ví

dụ nếu tỷ lệ 0.31 m3 gas/m3 nước có thể loại bỏ khí ôxy từ 10 ppm xuống khoảng 0.1 ppm Các yếu tố làm tăng quá trình tách ôxy gồm:

 Giảm áp suất trong tháp;

 Tăng tỷ lệ khí- nước;

 Tăng nhiệt độ của nước;

 Tăng số lượng khay trong tháp

Nếu xuất hiện khí CO2 trong nước chúng ta cũng loại bỏ nó giống như ôxy bằng cách khử trong môi trường chân không Nếu khí tự nhiên giàu khí CO2 thì nước sẽ hấp thụ CO2 trong quá trình xử lý, điều này là tốt hay xấu còn phụ thuộc vào loại nước đang xử

lý, loại bỏ CO2 làm tăng độ PH của nước điều này có thể hình thành kết tủa CaCO3, sự hấp thụ CO2 làm giảm độ PH nên làm tăng khả năng ăn mòn thiết bị và kim loại

Thiết bị tách axit (CO 2 , H 2 S)

34

Khí axit H2S và CO2 thường sinh ra từ việc khai thác mỏ dầu hoặc có thể do CO2 bị hấp thụ vào nước từ không khí trong những điều kiện cụ thể Chúng ta không thể loại bỏ các khí axit bằng các chất hóa học thông thường, mặc dù acrolein đã từng được sử dụng thành công trong một số trường hợp, do đó các thiết bị cơ học thường được dùng nhiều hơn Với cách giải quyết như vậy những khí sau khi được tách ra có thể gặp phải các vấn đề như: khí H2S thoát ra ảnh hưởng tới môi trường, việc loại bỏ khí rất đắt tiền Có những cách giải quyết phổ biến hơn là kết hợp với thiết kế để giảm tối thiểu ảnh hưởng của các khí hòa tan Cách này thường có lợi về kinh tế nhiều hơn và đối với kỹ sư khi thiết kế một hệ thống cần đảm bảo: an toàn, hiệu quả và kinh tế nhất

Hình 1.14 Thiết kế bồn chứa skimmer và sedimentation

Thiết bị lọc chất rắn:

Thiết bị lọc thông thường: Trong tháp lọc được chia thành nhiều lớp mỗi lớp có kích

thước vật liệu lọc khác nhau và kích thước tăng dần từ trên xuống dưới Lớp lọc dưới đáy gồm các hạt có đường kính lớn nhất và trên cùng là lớp có kích thước các hạt bé nhất, cũng chính lớp trên cùng này tham gia vào quá trình lọc còn các lớp dưới là lớp phụ trợ thuần túy Vật liệu lọc thường được sử dụng là cát, than và cacbon Hướng của dòng chảy thông thường đi theo chiều từ trên xuống dưới, nhưng cũng có một số loại khác đi từ dưới lên trên Khi tổn thất áp suất dọc theo bộ lọc đạt giá trị 25 kPa thì tiến hành rửa ngược với tốc độ cao để đẩy chất rắn bám vào lớp lọc đi ra khỏi thiết bị lọc:

 Lưu lượng dòng vào thiết bị thường thiết kế vào khoảng 6 m3/giờ/m2

 Lưu lượng nước rửa ngược khoảng 24 m3/giờ/m2 Tốc độ dòng nước phải đủ lớn

để giãn cách vật liệu lọc ít nhất là 50%, thời gian rửa ngược từ 5-10 phút

35

 Thiết bị lọc thông thường có khả năng giữ lại hầu hết các hạt có kích thước từ 25-50 µm, thiết bị lọc kiểu này dễ bị tắc nghẽn do dầu lẫn trong nước

Thiết bị lọc ngược: trong tháp được chia thành nhiều lớp cát có chức năng lọc chất rắn

nhưng dòng chảy là từ dưới lên trên, đầu tiên phải đi qua lớp hạt thô sau cùng đi qua vật liệu hạt mịn Lưu lượng dòng nước đi vào thiết bị lọc được thiết kế từ 15- 20 m3/giờ/m2 Dòng nước rửa ngược cùng chiều với dòng nước lọc tức là đi từ đáy lên đỉnh , được kết hợp bởi khí và nước thô Lưu lượng dòng nước rửa từ 37- 50 m3/giờ/m2 trong thời gian

10 phút và sau đó để 15 phút cho các lớp vật liệu bị giãn cách ổn định trở lại

Hình 1.15 Cấu tạo thiết bị lọc ngược

Thiết bị lọc xuôi: có thể thiết kế thiết bị đứng hay thiết bị nằm ngang tùy thuộc vào diện

tích cho phép của vị trí đặt thiết bị, nếu đặt thẳng đứng sẽ tiết kiệm diện tích mặt sàn nhưng hiệu quả lọc chất rắn thấp hơn Dòng nước đi vào từ đỉnh tháp xuống đáy tháp xuyên qua 3 lớp lọc gồm 2 loại vật liệu than và cát có tỷ trọng lần lượt là 1.5 và 4.2, do

tỷ trọng của cát lớn hơn nên nằm phía dưới đáy và than nằm ở phía trên Cấu tạo này cho phép quá trình lọc từ hạt thô tới hạt mịn Lưu lượng hoạt động vào khoảng 37-50

m3/giờ/m2, quá trình rửa ngược từ dưới đáy lên đỉnh giống thiết bị lọc thông thường, không khí được sử dụng để làm giãn cách lớp vật liệu sau đó rửa với nước đã được lọc Lưu lượng dòng nước rửa thường từ 30-37 m3/giờ/m2 trong thời gian từ 7-10 phút Thiết

bị lọc xuôi có thể loại bỏ các phần tử có kích thước từ 7-10 µm ra khỏi nước mà không cần chất keo ngưng tụ Để loại bỏ các phần tử có kích thước từ 1-2 µm cần phải sử dụng chất keo gây ngưng tụ với nồng độ từ 0.2- 2 ppm

36

Hình 1.16 Thiết bị lọc xuôi nằm ngan

1.4.4.3 Các hóa chất xử lý nước bơm ép

Chất gây keo tụ

Các hạt rắn trong nước có kích thước nhỏ hơn 10 µm sẽ không lắng đọng dưới tác dụng của trọng lực, mà cứ lơ lửng trong nước dưới tác dụng của lực ion Để tách các hạt mịn này bằng thiết bị lọc cần phải có chất gây keo tụ để các hạt mịn liên kết lại với nhau thành những hạt lớn đủ để bị giữ lại trên lớp vật liệu học Các chất gây keo tụ thường dùng là ferric sunfat và chất điện phân polyelectrolyte

Chất chống tạo bọt

Nước biển có xu hướng tạo bọt trong điều kiện áp suất quá thấp hoặc bị xáo trộn Hiện tượng này có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng đặc biệt đối với thiết bị tách chân không Người ta thường dùng chất chống tạo bọt là polyglycol hoặc silicone ở dạng dung dịch để có thể hòa tan hay phân ly hoàn toàn trong nước Các chất hóa học này có khả năng làm giảm sức căng bề mặt của bọt khí làm cho các bọt khí bị vỡ ra Chất chống tạo bọt được cho vào trước bộ phận phân tán của thiết bị tách với hàm lượng nhỏ hơn 1 ppm

37

Chất ức chế ăn mòn

Tuy đã được tách lọc qua các thiết bị nhưng chúng ta không thể loại bỏ hoàn toàn khí hòa tan trong nước, chính vì thế để giảm thiểu mức độ ăn mòn các thiết bị và đường ống cần thiết phải sử dụng chất ức chế ăn mòn Chất ức chế ăn mòn thường là hợp chất amin hoạt động theo cơ chế tạo một lớp màng mỏng không thấm nước trên bề mặt kim loại, ngăn cản sự tiếp xúc trực tiếp giữa sản phẩm khai thác với bề mặt thiết bị

Chất diệt khuẩn

Theo chức năng, chất diệt khuẩn được chia làm hai loại: Bacteriostat và biosat có tác dụng ức chế sự phát triển của vi khuẩn hoặc vi sinh vật khác; Bactericide và biocide có

tác dụng diệt khuẩn lẫn các vi sinh vật khác

Theo thành phần hóa học, các chất diệt khuẩn cũng được chia thành hai loại: Chất vô cơ: Cl, Cr và hợp chất thủy ngân- bạc, trong đó Cl là chất diệt khuẩn được sử dụng rộng rãi nhất trong xử lý nước bơm ép; Chất hữu cơ: amine, clorinat phenol, andehyde và các

hợp chất ammonium

Để lựa chọn được các chất diệt khuẩn phù hợp ta cần dựa vào 2 yếu tố: loại vi khuẩn và lịch sử xử lý Thực tế cho thấy, sau một thời gian xử lý bằng một chất diệt khuẩn cố định thì khả năng đề kháng của vi khuẩn đối với loại hóa chất đó gia tăng Để tăng hiệu quả

xử lý, người ta thường chọn loại hóa chất khác nhau có chú ý đến thời gian cần thiết để diệt khuẩn với các nồng độ khác nhau

1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bơm ép nước

Trong hoạt động bơm ép nước có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới mức độ thành công chung của phương án Trong đó yếu tố kinh tế chiếm phần quan trọng nhất và việc lựa chọn phương pháp bơm ép, phương thức xử lý nước hay nguồn nước cần được tính toán

kĩ lưỡng để có được sự lựa chọn phù hợp Việc lựa chọn phương án xử lý nước để cho

ra loại nước có chất lượng tốt nhất không hẳn là một lựa chọn tốt vì chi phí bỏ ra sẽ rất lớn nên thay vào đó loại nước có chất lượng tiệm cận với loại nước tốt nhất nhưng chi phí thấp hơn lại mang tính hiệu quả về kinh tế tốt hơn Ngoài ra phải lựa chọn phương pháp bơm ép phù hợp để đảm bảo nước bơm ép có tác dụng đẩy dầu tốt tránh nguy cơ ngập nước sớm làm mất đi tính hiệu quả của các phương án bơm ép.Vì vậy để bơm ép nước mang lại hiệu quả mong muốn phải xem xét đến:

38

1.5.1 Phương pháp xử lý nước bơm ép

Phương pháp xử lý nước sẽ tác động thông qua hai thông số rất quan trọng trong quá trình bơm ép là hệ số đẩy và hệ số quét Hệ số đẩy và hệ số quét phụ thuộc vào đặc tính vỉa, tính chất của chất lưu, đặc điểm của nguồn năng lượng vỉa, và yếu tố công nghệ cũng như mạng lưới giếng khai thác và bơm ép, vì vậy để tăng hiệu quả của phương án bơm ép cần nghiên cứu tối ưu hai thông số trên Phương pháp xử lý phù hợp sẽ cải thiện được tính chất của chất lưu bơm ép và cho ra được loại nước tốt nhưng vẫn đảm bảo yếu

tố kinh tế

1.5.2 Phương pháp bơm ép

Phương pháp bơm ép chịu ảnh hưởng mạnh mẽ từ các yếu tố địa chất và thủy động lực học của vỉa Mỏ có hệ thống đứt gãy nhiều, liên thông với nhau hoặc vỉa có độ thấm quá lớn có thể làm cho các giếng khai thác bị ngập nước sớm làm giảm hệ số thu hồi của

mỏ Nguồn nước áp sườn (nước rìa) có vai trò rất quan trọng cho quá trình duy trì áp suất vỉa, tăng hệ số thu hồi dầu khoảng 31% so với trường hợp không có nguồn nước áp sườn, nhưng đồng thời là yếu tố địa chất ảnh hưởng trực tiếp tới mức độ ngập nước của các giếng khai thác, và làm cho lưu lượng khai thác giảm nhanh Vì vậy xác định phương pháp bơm ép phù hợp với đặc tính của mỏ là điều cực kì quan trọng

1.5.3 Điều kiện địa chất mỏ

Hình dạng hình học vỉa: Hình dạng hình học trong nhiều trường hợp có thể đóng vai trò quyết định cho phương án thiết kế hệ thống khai thác hay duy trì áp suất vỉa Điều này rất quan trọng cho các loại bẫy địa tầng Yêu cầu phải có sự nghiên cứu thăm dò rất kỹ càng trước khi có quyết định áp dụng hệ thống khai thác cụ thể Với các mỏ dạng cấu tạo, sự liên tục của mỏ ảnh hưởng tốt đến toàn bộ quá trình khai thác Vỉa càng ít đứt gãy và ít bị phân chia thành các khối riêng biệt càng tốt cho quá trình khai thác dầu bằng phương pháp bơm ép Chúng cũng làm cho biên độ nằm của vỉa biến đổi lớn trong khoảng không gian hạn chế, điều này gây khó khăn lớn cho công tác kiểm tra chuyển động chất lưu trong quá trình khai thác Ngoài việc phân chia thành nhiều khối dẫn đến việc tạo thành các thấu kính dầu không có khả năng thu hồi do yếu tố kỹ thuật hay kinh

tế Do vậy, việc này làm giảm hệ số thu hồi dầu