Mỏ khí - Condensate Hải Thạch (Lô 05-2, bể Nam Côn Sơn) có điều kiện địa chất phức tạp, nhiệt độ và áp suất cao. Trong quá trình khai thác, sản lượng khí bị sụt giảm do hiện tượng ngưng tụ lỏng vùng cận đáy giếng. Để giảm thiểu ảnh hưởng của hiện tượng này, nhóm tác giả đã xây dựng mô hình mô phỏng toàn mỏ dựa trên mô hình địa chất hiện có và các kết quả phân tích đá chứa, chất lưu mới nhất; từ đó đánh giá các giải pháp công nghệ, kỹ thuật nhằm cải thiện hệ số sản phẩm, nâng cao hiệu quả khai thác mỏ Hải Thạch.
PETROVIETNAM NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆN TƯỢNG NGƯNG TỤ LỎNG VÙNG CẬN ĐÁY GIẾNG NHẰM GIA TĂNG HIỆU QUẢ KHAI THÁC CÁC GIẾNG MỎ HẢI THẠCH Nguyễn Minh Quý, Phạm Trường Giang, Lê Vũ Qn, Hồng Long Viện Dầu khí Việt Nam Email: quynm@vpi.pvn.vn Tóm tắt Mỏ khí - condensate Hải Thạch (Lơ 05-2, bể Nam Cơn Sơn) có điều kiện địa chất phức tạp, nhiệt độ áp suất cao Trong q trình khai thác, sản lượng khí bị sụt giảm tượng ngưng tụ lỏng vùng cận đáy giếng Để giảm thiểu ảnh hưởng tượng này, nhóm tác giả xây dựng mơ hình mơ tồn mỏ dựa mơ hình địa chất có kết phân tích đá chứa, chất lưu nhất; từ đánh giá giải pháp cơng nghệ, kỹ thuật nhằm cải thiện hệ số sản phẩm, nâng cao hiệu khai thác mỏ Hải Thạch Từ khóa: Ngưng tụ lỏng, áp suất ngưng tụ, mơ hình cận đáy giếng, mơ hình mơ Đặt vấn đề Trong q trình khai thác mỏ khí, áp suất vỉa giảm dần Khi giảm đến áp suất bão hòa (còn gọi áp suất ngưng tụ hay điểm sương - dew point pressure), cấu tử nặng lưu chất bắt đầu ngưng tụ, mức độ tăng áp suất giảm nhiều Với có mặt pha lỏng, độ thấm pha khí giảm nhanh Khi độ bão hòa condensate thấp bão hòa lỏng tới hạn, pha lỏng khơng di chuyển tích tụ vỉa gây cản trở dòng khí chảy vào giếng Quá trình ngưng tụ lỏng ảnh hưởng trực tiếp tới động thái khai thác, cụ thể giảm lưu lượng khí [1]; ngồi ra, thành phần nặng vỉa, dòng sản phẩm khai thác giảm giá trị [2] giếng có khác biệt lớn (Hình 3) Lưu lượng khí thay đổi từ - 50 triệu ft3 khí tiêu chuẩn/ngày, tỷ số lỏng - khí thay đổi từ 60 - 180 thùng/triệu ft3 tiêu chuẩn Kết phân tích lưu lượng dòng đồ thị áp suất đáy giếng cho thấy áp suất đáy giếng giảm xuống thấp so với áp suất bão hòa Có thể dự báo tượng ngưng tụ lỏng xuất giếng khai thác Tuy nhiên, chất lượng đá chứa khu vực giếng có biến đổi tương đối lớn nên mức độ ảnh hưởng trình ngưng tụ lỏng đến hiệu khai thác giếng khác Các giếng HT-2P HT-3P chịu ảnh hưởng lớn tượng ngưng tụ condensate Giếng HT-3P khai thác với hệ số sản phẩm thấp tốc độ suy giảm nhanh Hiện chưa có nghiên cứu hồn chỉnh tượng ngưng tụ lỏng giải pháp khắc phục Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả dựa mơ hình địa chất có kết phân tích đá chứa, chất lưu xây dựng mơ hình mơ thành phần tồn mỏ (full field compositional model) nhằm đánh giá giải pháp công Mỏ Hải Thạch có điều kiện địa chất phức tạp, nhiệt độ áp suất cao Đối tượng chứa mỏ Hải Thạch có tuổi từ Miocene đến Miocene muộn Cấu trúc vỉa chứa phức tạp, chia thành khối với nhiều tập cát xen kẹp (Hình 1) Tính chất đá chứa có thay đổi lớn tập theo diện phạm vi mỏ dẫn đến trình ngưng tụ lỏng khu vực cận đáy giếng Theo báo cáo sản xuất nhà thầu, tính đến hết tháng 6/2015, có giếng khai thác khoan khu vực mỏ, lưu lượng khai thác trung bình giếng đạt khoảng 20 triệu ft3 tiêu chuẩn/ngày Động thái khai thác Hình Cấu trúc vỉa chứa mỏ Hải Thạch Ngày nhận bài: 13/4/2017 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 13/4 - 27/4/2017 Ngày báo duyệt đăng: 7/8/2017 DẦU KHÍ - SỐ 8/2017 25 THĂM DỊ - KHAI THÁC DẦU KHÍ Khí Thùng Triệu ft3 tiêu chuẩn Condensate CGR psi Thùng/triệu ft3 tiêu chuẩn WBHP nghệ kỹ thuật với mục tiêu giảm thiểu ảnh hưởng tượng ngưng tụ lỏng vỉa, góp phần cải thiện hệ số sản phẩm hiệu khai thác mỏ Hải Thạch Khí (triệu ft3 tiêu chuẩn) Condensate (thùng) Hình Biểu đồ động thái khai thác giếng mỏ Hải Thạch Xây dựng mơ hình mơ khai thác mỏ Hải Thạch Hình Biểu đồ sản lượng khai thác giếng HT-3P Bảng Thơng số mơ hình mơ tồn mỏ Hải Thạch 26 Thơng số Giá trị Cấu trúc ô lưới (X-Y-Z) 196 x 161 x 85 Kích thước lưới 200 x 200 x 30ft Số ô lưới hoạt động 241.591 Độ thấm trung bình 35,7mD Độ rỗng trung bình 15% Số giếng hoạt động DẦU KHÍ - SỐ 8/2017 Mơ hình mơ cho tồn mỏ Hải Thạch xây dựng phân tích dựa mơ hình địa chất 3D thơng số cơng nghệ mỏ gồm: tính chất đá chứa, chất lưu, đường cong thấm pha lịch sử làm việc giếng khai thác Mơ hình thủy động lực xây dựng phần mềm Eclipse E300, dạng mô đa thành phần (compositional modelling), với cấu trúc ô lưới giữ ngun từ mơ hình địa chất (khơng thực thơ hóa - upscaling) nhằm đảm bảo phân bố đá chứa thực mơ hình địa chất Kích thước lưới mơ hình 200 x 200 x 30ft, tổng số ô lưới hoạt động (active cells) 241.591 Các thông số cấu trúc ô lưới phân bố đá chứa thể Bảng Hình PETROVIETNAM Triệu ft3 tiêu chuẩn/ngày psia psia Thùng/ngày Thùng/ngày Triệu ft3 tiêu chuẩn/ngày Hình Phân bố đá chứa tập vỉa mỏ Hải Thạch Hình Kết phục hồi lịch sử giếng HT-1P Hình Kết phục hồi lịch sử giếng HT-2P DẦU KHÍ - SỐ 8/2017 27 psia psia Thùng/ngày Thùng/ngày Triệu ft3 tiêu chuẩn/ngày Triệu ft3 tiêu chuẩn/ngày THĂM DÒ - KHAI THÁC DẦU KHÍ Hình Kết phục hồi lịch sử giếng HT-3P Để đảm bảo mức độ tin cậy mơ hình mơ phỏng, cơng tác phục hồi lịch sử khai thác thực cho giếng Mơ hình hiệu chỉnh độ thấm địa phương mức độ liên thơng đá chứa Hình - thể kết khớp lịch sử cho giếng khai thác Nhìn chung, giếng cho kết phù hợp với thực tế Lưu lượng condensate có mức độ sai khác lớn hơn, nguyên nhân mẫu chất lưu khơng lấy đầy đủ cho tầng chứa, dẫn đến sai số số khí dầu tính chất chất lưu tập cát 28 DẦU KHÍ - SỐ 8/2017 Hình Kết phục hồi lịch sử giếng HT-6P Hiện tượng ngưng tụ lỏng giếng HT-3P Kết mô động thái khai thác theo thời gian giếng HT-3P (Hình 10) cho thấy sau thời gian ngắn khai thác tượng ngưng tụ lỏng xuất với việc bão hòa lỏng tăng lên vị trí đáy giếng Đới condensate ngưng tụ hình thành xung quanh đáy giếng áp suất đáy giếng giảm xuống áp suất điểm sương [3] Condensate ngưng tụ xảy gần cận đáy giếng tăng nhanh đến 35% PETROVIETNAM Độ bão hòa condensate Hình Hiện tượng ngưng tụ lỏng giếng HT-3P mơ hình tồn mỏ 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 r = 0ft r = 165ft r = 495ft r = 825ft r = 1650ft 1000 2000 3000 Thời gian (ngày) 4000 Hình 10 Bán kính vùng ngưng tụ lỏng giếng HT-3P mơ hình tồn mỏ Càng xa vị trí giếng, mức độ ngưng tụ giảm Tốc độ mở rộng vùng ngưng tụ xảy tương đối nhanh, sau khoảng tháng bán kính ảnh hưởng mở rộng đến 200ft sau tháng tăng lên đến 1.000ft Hình 11 thể trình biến đổi thành phần chất lưu ngưng tụ thành phần nặng vỉa chứa Hàm lượng hydrocarbon nặng vỉa tăng dần trình khai thác thể hiện tượng ngưng tụ lỏng diễn mở rộng liên tục vỉa Đánh giá giải pháp tăng cường khai thác Trên sở mô hình khai thác xây dựng, nhóm tác giả đánh giá giải pháp công nghệ, kỹ thuật áp dụng rộng rãi giới nhằm đưa đánh giá ban đầu khả áp dụng giải pháp phạm vi mỏ Các giải pháp bao gồm: - Kích thích vỉa phương pháp nứt vỉa thủy lực bơm acid nhằm cải thiện độ thấm khu vực cận đáy giếng, hạn chế giảm áp q trình lưu thơng lưu chất đến vùng cận đáy giếng Các mỏ siliciclastic thường áp dụng phương pháp nứt vỉa thủy lực, phương pháp bơm acid thường áp dụng mỏ carbonate [4] - Sử dụng giếng khai thác thân ngang thân xiên nhằm tăng diện tích tiếp xúc với vỉa, giảm độ chênh áp suất đáy giếng áp suất vỉa [4] - Duy trì áp suất vỉa cao áp suất điểm sương (Pres > Pdew) cách bơm khí khơ (dry gas) vào thành hệ để trì áp suất - Phương pháp Huff & Puff: thực tuần hoàn q trình bơm ép khai thác nhằm hóa lượng condensate bị ngưng tụ xung quanh giếng Tuy nhiên, phương pháp hiệu khí bơm ép với lưu lượng thể tích đủ lớn áp suất cao giá trị áp suất bão hòa P* (tại áp suất có giá trị liquid dropout cao nhất) Trong phương pháp sử dụng khí bơm ép methane, ethane, propane, CO2 N2 hỗn hợp khí [5] - Bơm ép dung mơi/chất hoạt động bề mặt nhằm giảm sức căng bề mặt khí condensate, giúp thu hồi condensate bị giữ lại khe nứt vỉa, qua giảm độ bão hòa condensate tới hạn, với chế tương tự việc bơm ép chất hoạt động bề mặt nâng cao hệ số thu hồi cho mỏ dầu Tuy nhiên, giải pháp gần áp dụng cho mỏ Hải Thạch mỏ có nhiệt độ vỉa cao (140 - 180oC), giá hóa phẩm chịu nhiệt độ mỏ cao, nhóm tác giả khơng nghiên cứu phương án 4.1 Áp dụng giếng khoan xiên, giếng ngang Theo thiết kế ban đầu, mỏ Hải Thạch giếng khoan quỹ giếng dự kiến Phương án sử dụng giếng DẦU KHÍ - SỐ 8/2017 29 THĂM DỊ - KHAI THÁC DẦU KHÍ C1 Hình 12 Vị trí giếng tối ưu quỹ đạo Thời gian (ngày) Triệu ft3 tiêu chuẩn/ngày C5 Ngày Thời gian (ngày) Thùng/ngày C6 Ngày Thời gian (ngày) Hình 13 Hiệu tối ưu quỹ đạo giếng mơ hình mỏ + C Thời gian (ngày) Hình 11 Biến đổi thành phần hydrocarbon vỉa chứa theo thời gian 30 DẦU KHÍ - SỐ 8/2017 khoan xiên, giếng khoan ngang thực với giếng này, với quỹ đạo dự kiến Hình 12 Vị trí giếng lựa chọn dựa việc đánh giá phân bố trữ lượng lại thông qua việc chạy phần mềm Sim Opt lựa chọn vị trí giếng khoan tối ưu mơ hình Hai phương án thiết lập là: (i) giếng khoan thẳng đứng; (ii) giếng khoan ngang với chiều dài đoạn khoan ngang 200m Kết dự báo khai thác Hình 13 cho thấy giếng khoan ngang mang lại hiệu cao so với việc áp dụng cho giếng khoan thẳng đứng với lưu lượng khí khai thác tăng từ triệu ft3 tiêu chuẩn/ngày lên đến 20 triệu ft3 tiêu chuẩn/ngày Tuy kết chạy mơ hình Thùng/ngày Triệu ft3 tiêu chuẩn/ngày PETROVIETNAM Ngày Ngày Thùng/ngày Triệu ft3 tiêu chuẩn/ngày Hình 14 Hiệu kích thích vỉa mơ hình mỏ Ngày Ngày Hình 15 Hiệu phương pháp Huff & Puff mơ hình mỏ khả quan không khả thi điều kiện mỏ Hải Thạch phức tạp cho thi công khoan nhiệt độ cao, áp suất cao 4.2 Các biện pháp kỹ thuật kích thích vỉa Với giả định cho mơ dự báo khai thác gồm điều chỉnh hệ số Skin, số WPI thời gian hiệu năm Kết dự báo tổng hợp Hình 14 cho thấy hiệu giải pháp việc tăng cường hiệu khai thác giếng, đa số giếng khai thác có lưu lượng gia tăng từ 15 - 20% Xét tính khả thi kỹ thuật chi phí, giải pháp thích hợp áp dụng cho giếng khai thác mỏ Hải Thạch 4.3 Tuần hoàn khai thác - bơm ép Giải pháp áp dụng tuần hoàn khai thác - bơm ép thực cho giếng Các thơng số kiểm sốt mơ hình bao gồm: thời gian dừng khai thác (1 tháng); thời gian tuần hồn bơm ép khí (2 tuần); thời gian khai thác (6 tháng) Kết chạy mơ (Hình 15) khơng có cải thiện đáng kể, cho thấy khơng phải giải pháp mang lại hiệu điều kiện thực tế mỏ Hải Thạch Áp suất điểm sương cao, gần với áp suất vỉa nên sau tiến hành tuần hoàn bơm ép khai thác trở lại, áp suất vỉa gần giảm xuống áp suất điểm sương, dẫn đến trình ngưng tụ xuất trở lại 4.4 Bơm ép khí khơ Phương án bơm ép khí khơ vào vỉa đặt với giếng khai thác có bổ sung giếng bơm ép Vị trí giếng bơm ép thiết kế thông qua việc chạy độ nhạy với nhiều vị trí khác lựa chọn vị trí phù hợp nhất, cho hiệu cao Vị trí giếng bơm ép mơ hình thể Hình 16 DẦU KHÍ - SỐ 8/2017 31 THĂM DỊ - KHAI THÁC DẦU KHÍ Nhiều phương án bơm ép với lưu lượng thời điểm khác thực Kết mô tương đồng với mơ hình giếng, cho thấy việc bơm ép khí lại vỉa góp phần đáng kể gia tăng hệ số thu hồi condensate, với tổng thu hồi tăng từ 3,2 triệu thùng với phương án không bơm ép lên 4,5 triệu thùng với phương án bơm ép khí thời gian 2,5 năm Với điều kiện mỏ Hải Thạch, việc bơm ép khí khơng thể trì áp suất vỉa cao áp suất điểm sương, đặc biệt khu vực cận đáy giếng, nhiên tái hóa phần condensate ngưng tụ vỉa, góp phần gia tăng thu hồi condensate Giải pháp khó khả thi chi phí cải hốn thiết bị bơm ép áp suất lượng khí bơm ép lại vỉa lớn Triệu ft3 tiêu chuẩn/ngày Kết luận Mơ hình mơ tồn mỏ Hải Thạch xây dựng sở mơ hình địa chất có để đánh giá giải pháp cơng nghệ, kỹ thuật nhằm hạn chế ảnh hưởng tượng ngưng tụ lỏng cận đáy giếng Ngày - Với tính chất thực trạng khai thác mỏ Hải Thạch, phương pháp khơng có khả ngăn ngừa trình ngưng tụ lỏng xảy vỉa chứa mà hạn chế tác động xấu trình này; Thùng/ngày - Giải pháp bơm ép khí khơng giúp trì áp suất vỉa bão hòa giúp gia tăng thu hồi condensate, giảm nhẹ ảnh hưởng tượng ngưng tụ, nhiên rủi ro lớn kinh tế chi phí cải hốn thiết bị bơm ép, chi phí cho lượng khí bơm ép lại vỉa lớn; - Giải pháp bơm hóa chất khoan giếng xiên, ngang không khả thi mặt kỹ thuật nhiệt độ vỉa cao, đặc điểm địa chất phức tạp, với mức độ biến đổi đá chứa lớn; Ngày Hình 16 Hiệu phương pháp bơm ép khí mơ hình mỏ 32 DẦU KHÍ - SỐ 8/2017 - Việc tối ưu chế độ khai thác (tối ưu lưu lượng, khai thác chu kỳ) giúp giảm nhẹ ảnh hưởng tiêu cực tượng ngưng tụ lỏng thời gian ngắn; - Biện pháp kích thích vỉa (nứt vỉa thủy PETROVIETNAM lực, xử lý acid) giải pháp tăng cường khai thác hiệu đề xuất, cần có đánh giá chi tiết cơng nghệ để triển khai thực tế mỏ Hải Thạch Tài liệu tham khảo R.S.Barnum, F.P.Brinkman, T.W.Richardson, A.G.Spillette Gas condensate reservoir behavior: productivity and recovery reduction due to condensation SPE annual Technical Conference and Exhibition, Dallas, USA 22 - 25 October, 1995 Tarek Ahmed, John Evans, Reggie Kwan, Tom Vivian Wellbore liquid blockage in gas- condensate reservoirs SPE Eastern Regional Meeting, Pittsburgh, Pennsylvania - 11 November, 1998 Woo-Cheol Lee, Kye-Jeong Lee, Jeong-Min Han, Young Soo Lee, Won-Mo Sung The analysis of gas productivity by the influence of condensate bank near well Geosystem Engineering 2011; 14(3): p 135 - 144 F.B.Thomas, X.L.Zhou, D.B.Bennion, D.W.Bennion Towards optimizing gas condensate reservoirs Annual Technical Meeting, Alberta, Canada - June, 1995 G.Coskuner Performance prediction in gas condensate reservoirs Journal of Canadian Petroleum Technology 1999; 38(8) Assessment of technical solutions to minimise the impact of near-well condensate banking for production improvement in Hai Thach field Nguyen Minh Quy, Pham Truong Giang, Le Vu Quan, Hoang Long Vietnam Petroleum Institute Email: quynm@vpi.pvn.vn Summary Hai Thach gas condensate field (Block 05-2, Nam Con Son basin) is characterised by a complex geology with high temperature and high pressure During the production process, gas recovery has declined due to condensate banking phenomenon In order to minimise the impact of condensate banking on well productivity index and recovery, a full field compositional hydrodynamic model was constructed based on current geological model and updated reservoir and production data Moreover, several technological and technical solutions were also studied and assessed for the purpose of improving well productivity index and increasing production capability in Hai Thach field Key words: Condensate banking, dew point pressure, near well modelling, full field modelling DẦU KHÍ - SỐ 8/2017 33 ... toàn mỏ Hải Thạch xây dựng sở mơ hình địa chất có để đánh giá giải pháp công nghệ, kỹ thuật nhằm hạn chế ảnh hưởng tượng ngưng tụ lỏng cận đáy giếng Ngày - Với tính chất thực trạng khai thác mỏ Hải. .. cường hiệu khai thác giếng, đa số giếng khai thác có lưu lượng gia tăng từ 15 - 20% Xét tính khả thi kỹ thuật chi phí, giải pháp thích hợp áp dụng cho giếng khai thác mỏ Hải Thạch 4.3 Tuần hoàn khai. .. hồi lịch sử giếng HT-6P Hiện tượng ngưng tụ lỏng giếng HT-3P Kết mô động thái khai thác theo thời gian giếng HT-3P (Hình 10) cho thấy sau thời gian ngắn khai thác tượng ngưng tụ lỏng xuất với