Bài viết với các nội dung: lựa chọn và các tiêu chí của chất bơm ép; phát triển và hoàn thiện hệ thống thiết bị máy bơm của hệ thống duy trì áp suất vỉa; thiết kế tối ưu cấu trúc thiết bị lòng giếng bơm ép; các phương pháp phục hồi và tăng độ tiếp nhận của giếng bơm ép; sử dụng các giải pháp tổng hợp hóa lý vi sinh với hệ thống duy trì áp suất vỉa để nâng cao hệ số thu hồi dầu; dùng nước khai thác đồng hành bơm ép trở lại vỉa.
PETROVIETNAM Phát‱triển‱hệ‱thống‱duy‱trì‱áp‱suất‱vỉa‱ở‱các‱mỏ‱ thuộc‱Liên‱doanh‱Vietsovpetro KS Nguyễn Văn Đức, KS Zarunev S KS Vũ Quốc Tuyển, KS Nguyễn Công Hiếu Viện NCKH &TK Dầu khí biển, Vietsovpetro P hương pháp trì áp suất vỉa bơm ép nước (còn gọi PPD - viết tắt theo phiên âm tiếng Nga - Поддержание пластового давления) nhằm mục đích nâng cao hệ số thu hồi dầu phương pháp áp dụng Liên doanh Việt - Nga Vietsovpetro Phương pháp bắt đầu tiến hành từ tháng 7/1987, giếng bơm ép giếng số 22 với nhiệm vụ bơm ép nước biển vào vỉa dầu thuộc đối tượng Miocen mỏ Bạch Hổ Một năm sau đó, phương pháp trì áp suất vỉa bơm ép nước mở rộng tầng Oligocen đến thân dầu đá móng Đến phát triển hầu khắp mỏ dầu khí thuộc Vietsovpetro (Hình Sơ đồ kết nối hệ thống trì áp suất vỉa thuộc mỏ Vietsovpetro) Hiệu phương pháp thể qua số sau: Đến thời điểm 01/01/2011, theo tính tốn Sơ đồ cơng nghệ khai thác mỏ Bạch Hổ thiết lập năm 1998 hệ số thu hồi dầu 17% thực tế đạt 23 - 32% với sản lượng dầu khai thác cộng dồn kể từ bắt đầu khai thác 189,9 triệu tấn, bơm ép vào vỉa với khối lượng nước biển qua xử lý 263,3 triệu m3 đưa bờ khoảng 22.387,26 triệu m3 khí đốt Dưới điểm nhấn trình phát triển hệ thống trì áp suất Liên doanh Vietsovpetro: Lựa chọn tiêu chí chất bơm ép Liên doanh Vietsovpetro lựa chọn nước biển chất bơm ép để bơm vào vỉa nhằm trì áp suất vỉa quét dầu đẩy vào giếng khai thác Việc nâng cao chất lượng nước bơm ép gắn liền với trình phát triển hệ thống thiết bị máy bơm ép nói chi tiết phần Ở khu vực giàn công nghệ trung tâm số (gọi tắt giàn STP-2) vùng mỏ Bạch Hổ, nước biển dùng để bơm ép vỉa bơm lên từ độ sâu 25m Các mẫu nước lấy chiều sâu với mẫu nước lấy từ phin lọc tinh tổ hợp máy bơm (thường gọi Block Modulle hay BM) gửi Phòng Thí nghiệm nước thuộc Viện Nghiên cứu khoa học Thiết kế dầu khí biển (Viện NIPI) để phân tích Kết phân tích mẫu đưa Bảng Theo kết phân tích, nước bơm ép sau xử lý đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đề cho thấy có hệ thống xử lý nước hoàn chỉnh nên nước biển bơm ép vỉa khơng có vi khuẩn háo khí vi khuẩn khử DẦU KHÍ - SỐ 12/2011 21 THĂM‱DỊ‱-‱KHAI‱THÁC‱DẦU‱KHÍ Các đặc tính hố lý sinh nước biển nước bơm ép sunfat Các vi khuẩn có nước biển qua hệ thống xử lý tổ hợp máy bơm ép (BM) chúng bị tiêu diệt hipoxlorit natri (NaClO4) Theo tiêu chuẩn kỹ thuật tồn vi khuẩn nước bơm ép hoàn toàn cấm kỵ vi khuẩn khơng gây nhiễm hệ thống trì áp suất vỉa nói chung mà gây nhiễm mơi trường vỉa sản phẩm tạo lắng đọng, tích tụ Về tổng thể, nước biển nguồn bổ sung vô tận cho việc bơm ép để trì áp suất vỉa với giá thành thấp Sau xử lý với công nghệ cao, hồn tồn đáp ứng u cầu kỹ thuật hệ thống trì áp suất vỉa Phát triển hoàn thiện hệ thống thiết bị máy bơm hệ thống trì áp suất vỉa Mỏ Bạch Hổ có hai loại giàn: Giàn nhẹ thường gọi BK (viết tắt từ phiên âm tiếng Nga - Блок кондукторов) сó diện tích mặt hẹp đủ để thiết bị cho 22 DẦU KHÍ - SỐ 12/2011 giếng khai thác chỗ sinh hoạt cho khoảng 10 người khơng có chỗ để đặt thiết bị máy bơm ép nên cần bơm ép nước vào vỉa cần phải xây dựng đường ống nước cao áp để đưa nước từ giàn lớn giàn chuyên dụng bơm ép Giàn lớn hay giàn cố định thường gọi MSP (viết tắt từ phiên âm tiếng Nga - Морская стационарная платформа) có diện tích rộng gấp 20 lần giàn BK, vừa khoan vừa khai thác vừa tiến hành bơm ép nước vào vỉa Trong thời gian đầu khai thác mỏ Bạch Hổ, để trì áp suất vỉa, máy bơm ly tâm kiểu ESN-2501600, 4AN-700, UESPK bố trí giàn MSP dùng cho mục đích bơm ép nước vào vỉa để trì áp suất Nhưng máy bơm có cơng suất nhỏ, áp suất miệng máy bơm thấp thời gian sử dụng chúng điều kiện biển thấp (nhanh chóng bị rỉ sét dẫn đến làm việc không làm việc), không đáp ứng yêu cầu sản xuất Năm 1992 số lượng giếng bơm ép tăng lên lượng nước bơm ép theo yêu cầu lớn, hệ thống trì PETROVIETNAM áp suất vỉa hình thành giàn cố định Hệ thống gồm nhiều máy bơm nhỏ lẻ giới thiệu mang tính cục (bơm ép chỗ) nên gọi Hệ thống trì áp suất vỉa cục (hay hệ thống PPD cục bộ) Hệ thống PPD cục đơn giản máy bơm kiểu ESN-250-1600, 4AN-700 UESPK dùng từ trước đây, bổ sung thêm máy bơm kiểu ADENA FMС có cơng suất độ bền cao với việc hình thành hệ thống xử lý nước bơm ép đơn giản: Sau bơm lên, nước biển bổ sung thêm định lượng chất khử oxy, chất chống ăn mòn chất khử khuẩn bơm vào giếng bơm ép vào vỉa Những năm tiếp theo, với xây dựng cơng trình tổ hợp giàn công nghệ trung tâm (STK-3) khu vực đồng thời xây dựng giàn bơm ép nước chuyên dụng gọi giàn PPD-30.000 Hình Sơ đồ kết nối hệ thống trì áp suất vỉa thuộc mỏ Vietsovpetro DẦU KHÍ - SỐ 12/2011 23 THĂM‱DỊ‱-‱KHAI‱THÁC‱DẦU‱KHÍ Giàn PPD-30.000 gồm tổ hợp máy bơm (3BM) với công suất tổ hợp 10.000m3/ng, tổng công suất giàn 30.000m3/ng, với áp suất đầu 250atm, có hệ thống xử lý nước hồn chỉnh Tiếp theo đời giàn bơm ép vỉa PPD-30.000, thiết bị bơm ép vỉa giàn MSP-8 MSP-9 nâng cấp việc đặt giàn tổ hợp máy bơm (BM) với công suất tổ hợp 5.000m3/ng, áp suất đầu máy bơm 250atm, với hệ thống xử lý nước hoàn chỉnh thay cho máy bơm điện ly tâm cơng suất nhỏ nói Như việc đưa giàn PPD-30.000 tổ hợp máy bơm ép giàn MSP-8, tạo hai hệ thống trì áp suất vỉa: hệ thống trì áp suất vỉa cục (PPD cục bộ, đơi gọi PPD khu vực) hệ thống trì áp suất vỉa (PPD trung tâm) Cùng với việc phát triển hệ thống thiết bị máy bơm, hệ thống đường ống nước cao áp tới giếng bơm ép giàn MSP, giàn BK hoàn thiện Hệ thống trì áp suất vỉa trung tâm có công suất lớn với công nghệ xử lý nước biển bơm ép hồn thiện nên giữ vai trò chủ đạo công nghệ bơm ép vỉa Năm 1996, khu vực giàn công nghệ trung tâm số 2, giàn bơm ép vỉa 40.000 (giàn PPD-40.000) xây dựng xong có tổng cơng suất 40.000m3/ng gồm tổ hợp máy bơm BM, tổ hợp có cơng suất 10.000m3/ng, hệ thống xử lý nước biển hoàn thiện, áp suất đầu 250atm Như việc đưa giàn PPD-40.000 vào sử dụng, hệ thống trì áp suất vỉa trung tâm thực trở thành lực lượng chủ đạo với tổng công suất thiết kế 80.000m3/ng, áp suất đầu 250atm Theo tính tốn đủ khả bảo đảm cung cấp nước để trì áp suất vỉa cho mỏ Bạch Hổ, mỏ Rồng mỏ thuộc lơ 09-1 Trước hệ thống trì áp suất vỉa trung tâm mỏ Bạch Hổ chưa đủ lớn, mỏ Rồng cách xa mỏ Bạch Hổ, lượng nước bơm ép vỉa mỏ Rồng theo yêu cầu nhỏ nên mỏ Rồng sử dụng hệ thống cục để trì áp suất vỉa Nhưng đối tượng khai thác mỏ Rồng phát triển nhiều mở rộng gồm giàn RP-1, RP-3, RC-1, RC-2… nên lượng nước bơm ép mỏ Rồng yêu cầu lớn (ở giàn RP-1, RP-3 có tính giàn MSP giàn RC-1, RC-2… có tính giống BK) Hệ thống trì áp suất vỉa mỏ Rồng kết nối với hệ thống trì áp suất vỉa trung tâm mỏ Bạch Hổ Tuy khu vực giàn RP-1 sử dụng hệ thống trì áp suất vỉa cục với việc sử dụng máy bơm FCM ADENA Nhưng tương lai gần, đường 24 DẦU KHÍ - SỐ 12/2011 ống nước cao áp từ giàn RP-2 đến giàn RP-1 xây dựng xong giàn RP-1 nhận bơm ép từ hệ thống trì áp suất vỉa trung tâm, cần thiết máy bơm FCM ADENA khơng Thiết kế tối ưu cấu trúc thiết bị lòng giếng bơm ép Xác định mức tổn hao áp lực ống nâng giếng bơm ép nước có ý nghĩa lớn thiết kế cấu trúc thiết bị lòng giếng Việc phân tích tổn hao áp lực nhằm mục đích lựa chọn cấu trúc ống nâng hợp lý, mà cho phép tăng áp lực lên vỉa, giảm tổn hao thuỷ lực ống nâng đồng thời làm tăng lưu lượng nước bơm ép làm giảm áp suất bơm ép, nhờ mà giảm tải cho thiết bị máy bơm tiết kiệm lượng điện tiêu thụ lượng nước bơm ép không thay đổi Qua nghiên cứu cho thấy tổn hao thuỷ lực độ nhám thành ống phụ thuộc trước hết vào thời gian sử dụng loại ống Cùng với thời gian sử dụng, độ nhám ống thay đổi (có thể từ vài tháng đến nhiều năm), mức tăng lên tổn hao áp lực phụ thuộc vào đường kính ống lưu lượng nước bơm ép đạt tới giá trị lớn Có thể lấy thí dụ với giếng bơm ép 116 74 giai đoạn đầu trình bơm ép sử dụng ống khai thác (NKT - viết tắt từ phiên âm tiếng Nga - Нагнетательная компрессорная труба) có đường kính 73mm, chiều sâu tương ứng 2.770m 3.070m Theo tính toán tổn hao thuỷ lực giếng 71,6 39,2atm chế độ bơm ép 700m3/ng Sau thay đổi lại cấu trúc ống nâng cụ thể ống NKT đường kính 73mm thay ống NKT đường kính 89mm tổn hao thuỷ lực giếng 43,5 24,8atm Kết tính toán trường hợp thay ống tổn hao thuỷ lực giếng giảm tới 55,6 27,6atm Các phương pháp phục hồi tăng độ tiếp nhận giếng bơm ép Để đạt mục đích tận thu lượng dầu tồn đọng vỉa sản phẩm, cần phải tăng cường lượng nước bơm ép Giải vấn đề cần phải xây dựng giếng bơm ép nâng cao độ tiếp nhận giếng bơm ép có Như quy luật, để nâng cao độ tiếp nhận giếng bơm ép cần phải sử dụng giải pháp tác động vùng cận đáy giếng hóa phẩm vỡ vỉa thuỷ lực Đặc biệt giếng bơm ép PETROVIETNAM đối tượng khai thác trầm tích lục nguyên sau thời gian làm việc độ tiếp nhận giếng giảm áp suất bơm ép tăng giải pháp tác động vùng cận đáy giếng hóa phẩm vỡ vỉa thuỷ lực cần thiết ép 202, tốc độ ngập nước sản phẩm giếng kể bị chậm lại, tương quan độ tiếp nhận/áp suất bơm ép tăng lên, lượng khí nén tiêu thụ giếng khai thác gaslift giảm Tài liệu hướng dẫn định mức rõ: Các giếng đưa vào bơm ép sau năm đưa vào sử dụng độ tiếp nhận giảm 20% so với độ tiếp nhận ban đầu, giếng cần phải tiến hành xử lý làm vùng cận đáy hệ thống bọt, gaslift Sau tháng kể từ bơm ép hố phẩm hóa lý vi sinh vào giếng 202, tổng lượng dầu khai thác thêm vào cuối năm 2010 nghìn với doanh thu 5.103,8 nghìn USD, lãi suất ròng 2.022 nghìn USD Tuy nhiên điều kiện mỏ dầu khí biển, vỉa sản phẩm có nhiệt độ cao (đến 150oC), việc sử dụng hóa phẩm điều kiện thường bị hạn chế làm giảm hiệu trình xử lý vùng cận đáy giếng Việc tìm kiếm, ứng dụng phương pháp hoàn thiện giải pháp có để nâng cao độ tiếp nhận giếng bơm ép cần thiết Sử dụng giải pháp tổng hợp hóa lý vi sinh với hệ thống trì áp suất vỉa để nâng cao hệ số thu hồi dầu Ở Liên doanh Vietsovpetro để nâng cao hệ số thu hồi dầu, cơng nghệ tổ hợp hố lý vi sinh ứng dụng sở kết hợp với hệ thống trì áp suất vỉa Sử dụng nước biển có độ nhớt khác nhằm mục đích đẩy dầu khỏi vỉa vào giếng khai thác tỉ lệ tương quan độ nhớt dầu nước tăng lên dẫn đến hệ số thu hồi dầu thời cuối bị giảm Để giảm tương quan tỷ lệ nhằm tới đích nâng cao hệ số thu hồi cần phải sử dụng dung dịch polimer gốc nước Việc sử dụng dung dịch polimer gốc nước cho phép làm điều hòa chênh lệch thuỷ dẫn khả thấm lọc dầu nước, làm đồng trường đẩy dầu nước, kéo dài giai đoạn khai thác dầu khơng có nước sản phẩm, nhờ mà hệ số thu hồi dầu tăng lên Qua thử nghiệm cho thấy phương pháp đòi hỏi vốn đầu tư khơng lớn thực theo sơ đồ khai thác hành điều kiện trì áp suất vỉa bơm ép nước nội vi thân dầu Với kết khả quan cần phải xây dựng kế hoạch thử nghiệm phương pháp rộng rãi không cho đối tượng khai thác trầm tích lục nguyên mà cho thân dầu đá móng Dùng nước khai thác đồng hành bơm ép trở lại vỉa Hiện nước khai thác đồng hành sau xử lý đầy đủ thải xuống biển (Hình 2) Mỗi ngày giàn công nghệ trung tâm số (STP-2) tổ hợp công nghệ trung tâm số (STK-3) có khoảng 3.500 - 4.000m3 nước loại này, tương lai tăng lên Những kết Năm 2010 tiến hành thử nghiệm bơm hoá phẩm hoá lý vi sinh vào giếng bơm ép 202 giàn MSP-4 đồng thời theo dõi ảnh hưởng hoá phẩm tới giếng khai thác dầu xung quanh (giếng: 60, 98, 806, 815, 816, 817) thuộc vòm Bắc đối tượng Miocen mỏ Bạch Hổ Kết quan sát cho thấy sau bơm ép hoá phẩm hoá lý vi sinh vào giếng bơm Hình Sơ đồ xử lý nước đồng hành khai thác DẦU KHÍ - SỐ 12/2011 25 THĂM‱DỊ‱-‱KHAI‱THÁC‱DẦU‱KHÍ phân tích mẫu nước khai thác đồng hành sau xử lý đáp ứng đầy đủ yêu cầu mà văn kỹ thuật quy định Mặc dù vậy, trước thải xuống biển chứa tiềm ẩn nguy hiểm cho môi trường Cùng với thời gian, lượng nước khai thác đồng hành tăng lên độ ngập nước sản phẩm tăng Xử lý làm nước vấn đề cấp thiết Ý tưởng bơm ép nước trở lại vỉa sản phẩm giải pháp tốt để giải vấn đề Do nước biển bơm ép nước khai thác đồng hành khơng có tính tương thích nên giải cách dùng hệ thống bơm ép khác để bơm ngược vào vỉa Trong trường hợp sử dụng nước khai thác đồng hành bơm ép vào vỉa cần phải phân tích tính chất hóa lý vi sinh nhằm ngăn ngừa xảy ảnh hưởng tiêu cực Bởi vì, tùy thuộc vào điều kiện mơi trường mà tính chất thay đổi nhanh Để giảm thiểu chi phí liên quan tới việc khai thác dầu làm nước khai thác đồng hành quy trình tách nước đồng hành khỏi dầu cần phải thực giai đoạn sớm nhờ ý tưởng dùng thiết bị tách lòng giếng khai thác Điều cho phép tách bơm ép nước vào vỉa không cần phải đưa lên bề mặt, giảm chi phí sản xuất Hiện Vietsovpetro tiếp tục hồn thiện cơng nghệ xử lý nước nói riêng hệ thống trì áp suất vỉa Cảng Vietsovpetro Ảnh: CTV 26 DẦU KHÍ - SỐ 12/2011 bơm ép nước nói chung Mục tiêu chủ yếu nhằm tăng cường tính hiệu việc sử dụng nước đồng hành khai thác nhằm giảm bớt áp lực cho môi trường, tăng cường hiệu làm việc hệ thống hệ thống trì áp suất vỉa giảm chi phí khai thác mỏ thuộc Liên doanh Vietsovpetro Tài liệu tham khảo: Phòng Khai thác dầu khí, Viện NCKH&TK Dầu khí biển, Vietsovpetro Báo cáo NCKH năm 1994 - 1996, 1998, 2001 - 2010 Cterenlixt D V., 1984 Thủy lực Moscow Nguyễn Trường Sơn, 6/2001 Hiện tượng áp suất gia tăng vành xuyến biện pháp phòng ngừa Tuyển tập cơng trình khoa học, tập 34 Hà Nội Phung Dinh Thuc, Duong Danh Lam Improvement of wellbore zone treatment technology for the basement of Bach Ho field Conference on “The oil and gas industry on the eve of 21st century” Tài liệu hướng dẫn RD No-52-97VSP Viện Dầu khí Việt Nam, 10/2010 Báo cáo Cơng nghệ tăng cường hệ số thu hồi dầu từ thân dầu trầm tích lục nguyên tổ hợp phương pháp hoá lý vi sinh Vũng Tàu ... thống trì áp suất vỉa: hệ thống trì áp suất vỉa cục (PPD cục bộ, đơi gọi PPD khu vực) hệ thống trì áp suất vỉa (PPD trung tâm) Cùng với việc phát triển hệ thống thiết bị máy bơm, hệ thống đường... cấp nước để trì áp suất vỉa cho mỏ Bạch Hổ, mỏ Rồng mỏ thuộc lơ 09-1 Trước hệ thống trì áp suất vỉa trung tâm mỏ Bạch Hổ chưa đủ lớn, mỏ Rồng cách xa mỏ Bạch Hổ, lượng nước bơm ép vỉa mỏ Rồng theo... RC-2… có tính giống BK) Hệ thống trì áp suất vỉa mỏ Rồng kết nối với hệ thống trì áp suất vỉa trung tâm mỏ Bạch Hổ Tuy khu vực giàn RP-1 sử dụng hệ thống trì áp suất vỉa cục với việc sử dụng