Bài viết giới thiệu kết quả nghiên cứu sử dụng khí gaslift cao áp có sẵn trên giàn, hòa trộn và bơm đồng thời với hỗn hợp acid vào trong giếng để xử lý vùng cận đáy giếng. Kết quả cho thấy giải pháp này dễ áp dụng, giúp tiết giảm chi phí, nâng cao hiệu quả của công tác xử lý vùng cận đáy giếng trong các giếng có áp suất vỉa thấp, nhiệt độ vỉa cao, có độ ngập nước từ 10 - 30%.
PETROVIETNAM TẠP CHÍ DẦU KHÍ Số - 2019, trang 37 - 43 ISSN-0866-854X NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG KHÍ GASLIFT CAO ÁP TẠO HỆ BỌT - ACID XỬ LÝ VÙNG CẬN ĐÁY GIẾNG TẠI MỎ BẠCH HỔ Lê Đức Vinh1, Nguyễn Tuấn Minh2, Nguyễn Văn Trung2 Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội Liên doanh Việt - Nga “Vietsovpetro” Email: leducvinh@humg.edu.vn Tóm tắt Việc tính tốn, lựa chọn phương pháp xử lý vùng cận đáy giếng hợp lý tiết kiệm chi phí, nâng cao khả thu hồi dầu cho giếng khai thác Đối với giếng có nhiệt độ cao, mức độ ngập nước lớn xử lý acid, dẫn đến tượng tăng, chí ngập nước tồn phần, phải áp dụng cơng nghệ xử lý acid có chọn lọc Đối với tầng móng mỏ Bạch Hổ, nhiệt độ vỉa cao (110 - 150oC), áp suất vỉa thấp, phương pháp sử dụng có hiệu xử lý bọt - acid cách hịa trộn khí gaslift Bài báo giới thiệu kết nghiên cứu sử dụng khí gaslift cao áp có sẵn giàn, hịa trộn bơm đồng thời với hỗn hợp acid vào giếng để xử lý vùng cận đáy giếng Kết cho thấy giải pháp dễ áp dụng, giúp tiết giảm chi phí, nâng cao hiệu cơng tác xử lý vùng cận đáy giếng giếng có áp suất vỉa thấp, nhiệt độ vỉa cao, có độ ngập nước từ 10 - 30% Từ khóa: Xử lý vùng cận đáy giếng, xử lý acid, bọt - acid, gaslift, mỏ Bạch Hổ Giới thiệu Vùng cận đáy giếng dầu khí bị nhiễm bẩn nguyên nhân xảy trình khoan, khai thác, sửa giếng lắng đọng muối… Có nhiều phương pháp xử lý vùng cận đáy giếng áp dụng như: vỡ vỉa thủy lực, trái nổ, acid… [1, 2] Việc tính tốn, lựa chọn phương pháp xử lý vùng cận đáy giếng hợp lý tiết kiệm chi phí, nâng cao khả thu hồi dầu cho giếng khai thác Công tác xử lý vùng cận đáy giếng (đặc biệt xử lý hệ acid sét) thời gian gần đạt kết không mong đợi điều kiện giếng thay đổi so với giai đoạn đầu khai thác [3] Áp suất vỉa thấp nên sau xử lý, thời gian đưa sản phẩm phản ứng lên bề mặt kéo dài, hệ acid sét sản phẩm phản ứng khơng đưa lên bề mặt kết tủa thứ cấp (Si(OH)4, Fe(OH)3) hình thành gây bít nhét, làm giảm độ thấm vùng cận đáy giếng Trong trình xử lý vỉa cát kết HF, phản ứng hòa tan vật liệu silicate xảy nồng độ HF đủ cao: SiO2 + 6HF → H2SiF6 + 2H2O Ngày nhận bài: 2/6/2019 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: - 26/6/2019 Ngày báo duyệt đăng: 4/7/2019 Khi nồng độ HF lại thấp, cân phản ứng chuyển dịch theo chiều ngược lại tạo acid HF: H2SiF6 + 4H2O → Si(OH)4 + 6HF Si(OH)4 kết tủa dạng thể keo liền khối Si(OH)4.nH2O gây bít nhét, làm giảm độ thấm vỉa sản phẩm Sắt thành phần quan trọng số khoáng vật vỉa như: khoáng dolomite giàu sắt - ankerite ((CaFeMg) (CO3)2), siderite (FeCO3), pyrite (FeS2), sét clorit ((Mg, Al, Fe)12 [(Si3Al)8O20].(OH)16) Hợp chất sắt chứa lắng cặn sản phẩm ăn mịn có mặt ống khai thác, ống chống gồm: FeO, Fe2O3, Fe3O4, FeO.(OH) Hợp chất sắt có sẵn thành phần hóa phẩm pha chế dung dịch acid Khi dung dịch acid mạnh hợp chất sắt bị chuyển dạng muối II muối III sắt Trong trình tương tác hỗn hợp acid với vỉa chứa, độ pH dung dịch tăng lên Khi pH tăng cao 2, muối sắt (III) kết tủa dạng gel hydroxide sắt (III) Fe(OH)3 gây bít nhét không gian rỗng Muối sắt (II) kết tủa dạng pH vượt trung tính ( > 7) Trong trường hợp dung dịch acid đưa thêm chất oxy hóa (như oxy) vào vỉa muối sắt (II) chuyển sắt (III) làm tăng khả bít nhét Nhiệt độ cao yếu tố chính, dẫn tới giảm chiều sâu xâm nhập dung dịch acid vào vỉa vùng cận đáy giếng DẦU KHÍ - SỐ 7/2019 37 THĂM DỊ - KHAI THÁC DẦU KHÍ Những giếng có độ ngập nước cao muốn xử lý acid phải áp dụng cơng nghệ xử lý acid có chọn lọc Kết nghiên cứu Thơng thường, bọt - acid tạo thành cách nạp khí nitơ vào dung dịch acid muối (hoặc acid sét) cho thêm chất hoạt tính bề mặt Chất hoạt tính bề mặt có tác dụng tạo nên bọt acid ngậm khí nhỏ, tăng độ bền vững bề mặt bọt - acid, dẫn tới làm giảm vận tốc hòa tan acid với đất đá Dung dịch bọt - acid thường khuấy trộn nhằm đảm bảo chất lượng bọt 38 DẦU KHÍ - SỐ 7/2019 35 500 500 400 3030 25 lượng (tấn/ngày) Lưu Lưu lượng (tấn/ngày) Lưu lượng (tấn/ngày) 3535 30 2525 20 WC (%) WC (%) WC (%) 400 400 300 2020 15 300 300 200 Xử lý acid 1515 10 lý acid XửXử lý acid 200 200 100 51010 05 0 0 6/ 6/2 /2 0 0 20 07 6/ 6/2 /2 0 0 20 08 6/ 6/2 /2 0 0 20 09 6/ 6/2 /2 1 20 10 6/ 6/2 /2 1 20 11 6/ 6/2 /2 1 20 12 6/ 6/2 6/ 01 013 20 13 6/ 6/2 /2 1 20 14 100 100 Tháng Q dầu, tấn/ngày Tháng Tháng Q nước, tấn/ngày Q lỏng, tấn/ngày WC, % Q dầu, tấn/ngày Q dầu, tấn/ngày Q nước, tấn/ngày Q nước, tấn/ngày Q lỏng, tấn/ngày Q lỏng, tấn/ngày WC, WC, %% Hình Động thái khai thác giếng 410 sau xử lý vùng cận đáy giếng Giếng 40/MSP4 (Miocene dưới) 250 120 Giếng 40/MSP4 (Miocene dưới) Giếng 40/MSP4 (Miocene dưới) 250 250 200 120 120 100 100 100 80 150 150 100 WC (%) WC (%) WC (%) 200 200 150 8080 60 Xử lý acid 6060 40 lý acid XửXử lý acid 100 100 50 4040 20 5050 2020 1/2014 0 1/2015 1/2014 1/2014 1/2015 1/2015 1/2016 1/2017 1/2016 1/2016 Tháng 0 1/2017 1/2017 Q dầu, tấn/ngày Tháng Tháng Q nước, tấn/ngày Q lỏng, tấn/ngày WC, % Q dầu, tấn/ngày Q dầu, tấn/ngày Q nước, tấn/ngày Q nước, tấn/ngày Q lỏng, tấn/ngày Q lỏng, tấn/ngày WC, WC, %% Hình Động thái khai thác giếng 40/MSP4 sau xử lý vùng cận đáy giếng Giếng 10002/BK10 (Móng) 1000 80 Giếng 10002/BK10 (Móng) Giếng 10002/BK10 (Móng) 900 1000 1000 8080 70 800 900900 7070 60 700 800800 600 700700 6060 50 500 600600 5050 40 400 500500 300 400400 WC (%) WC (%) WC (%) Nguyên nhân tượng tác dụng nhiệt độ cao, acid vào vùng có độ thấm lớn phản ứng hịa tan vật liệu bít nhét Khu vực có độ thấm lớn thường có độ bão hịa dầu thấp, chủ yếu chứa nước nên tác dụng acid, cho dịng sản phẩm tồn nước, dẫn đến độ ngập nước tăng cao sau xử lý acid, đặc biệt giếng thuộc đối tượng cát kết (Miocene, Oligocene) Do công nghệ xử lý acid bình thường áp dụng cho giếng có độ ngập nước 10%, nhiều giếng có độ ngập nước từ 10 - 30% Giếng 410/BK3 (Oligocene dưới) Giếng 410/BK3 (Oligocene dưới) 600 600 500 lượng (tấn/ngày) Lưu Lưu lượng (tấn/ngày) Lưu lượng (tấn/ngày) Theo kết tổng hợp [4], giếng sau xử lý vùng cận đáy giếng Liên doanh Việt - Nga “Vietsovpetro” thường có độ ngập nước tăng cao như: 410/BK3, 40/MSP4, 10002/BK10… Giếng 410/BK3 (Oligocene dưới) 600 lượng (tấn/ngày) Lưu Lưu lượng (tấn/ngày) Lưu lượng (tấn/ngày) Nhiệt độ thúc đẩy tốc độ phản ứng hóa học, tăng tốc độ khuếch tán dẫn tới thúc đẩy phản ứng acid với đá vỉa Khi nhiệt độ vỉa cao, đặc biệt nhiệt độ > 93oC, tốc độ phản ứng dung dịch acid với đá vỉa tăng cao Vì phản ứng với tốc độ cao, nên trình bơm ép vào vỉa, acid tiêu hao nhanh tác dụng mạnh với đá vỉa mà qua Hậu tượng phần dung dịch tiếp vào sâu bên vừa có nồng độ acid thấp, vừa chứa nhiều sản phẩm phản ứng 4040 30 Xử lý acid 200 300300 3030 20 lý acid XửXử lý acid 2020 10 100 200200 0100 100 1/2014 0 1/2014 1/2014 Q dầu, tấn/ngày 01010 1/2015 1/2015 1/2015 1/2016 1/2017 1/2016 1/2016 Tháng 1/2017 1/2017 Tháng Tháng Q nước, tấn/ngày 1/2018 0 1/2018 1/2018 Q lỏng, tấn/ngày WC, % Q dầu, tấn/ngày Q dầu, tấn/ngày WC, Qcủa nước, tấn/ngày %% Q nước, tấn/ngày Q tấn/ngày Hình Động thái khai thác giếng 10002 sau khiQxửlỏng, lý lỏng, vùngtấn/ngày cận đáy giếng WC, PETROVIETNAM trì 65% suốt q trình xử lý, xác định cơng thức [6]: Trong đó: = (1) + - Trong q trình gọi dòng, áp suất vùng cận đáy giếng giảm bọt khí nở tạo nên dịng chảy dầu khí mạnh có tác dụng rửa sản phẩm phản ứng lỗ rỗng, khe nứt đất đá sau xử lý - Trong điều kiện nhiệt độ vỉa cao, bọt - acid kéo dài thời gian hòa tan dung dịch acid với đất đá FQ: Chất lượng bọt; Vg: Thể=tích khí (m = 3); = 0,65 + + Vl: Thể tích chất lỏng (m3) = 0,65 + Ưu điểm dung dịch bọt - acid nhẹ (tỷ trọng − 0,650,3 - 0,8), =có0,65 bọt - acid khoảng khả bơm ép sâu vào vỉa sau0,65 xử lý, gọi dòng sản phẩm giếng = = 1,857 dễ dàng − 0,65 Các ưu điểm vượt trội dung dịch bọt - acid: - Dung dịch bọt - acid làm chậm tốc độ hòa tan dung dịch với đất đá giảm bề mặt tiếp xúc acid đất đá nhờ bọt khí, dẫn đến tăng chiều sâu tác động dung dịch acid vỉa - Khi cho thêm chất hoạt tính bề mặt vào acid ngậm khí, dung dịch bọt - acid tạo thành ổn định đảm bảo ngăn ngừa tích tụ bọt khí (hoặc khơng khí) chúng chuyển động với acid dọc theo cột ống khai thác vỉa, giảm sức căng bề mặt ranh giới ngăn cách dầu - dung dịch acid trung hòa - Tỷ trọng dung dịch bọt - acid nhỏ (0,3 - 0,8), tính chất cấu trúc học độ nhớt lớn cho phép làm tăng đáng kể khả tác động acid lên toàn bề dày vỉa sản phẩm mở Tuy nhiên, để thực công nghệ bơm bọt - acid cần nhiều phụ gia đặc biệt thiết bị chuyên dụng: chất tạo bọt, chất hoạt tính bề mặt, khí nitơ, máy bơm khí nitơ áp suất cao, thiết bị tạo bọt , dẫn đến giá thành xử lý bọt - acid tăng lên, quy trình vận hành cơng nghệ xử lý phức tap, địi hỏi tính xác cao, nên cơng nghệ bọt - acid không áp dụng rộng rãi công tác xử lý acid, đặc biệt cho giếng khai thác khơi Do phương pháp xử lý bọt - acid hạn chế thiết bị vận hành chi phí áp dụng ngồi khơi nên phương pháp chưa sử dụng phổ biến Việt Nam Dựa vào kinh nghiệm thực tế xử lý acid vùng cận đáy giếng trao đổi vấn đề kỹ thuật với chuyên gia công trình biển, nhóm tác giả chọn giải pháp cải tiến dựa sở công nghệ bọt - acid, giữ nguyên ưu điểm hệ bọt - acid - Sử dụng khí gaslift cao áp hịa trộn bơm đồng thời với hỗn hợp acid vào giếng để làm giảm tỷ trọng làm hạn chế tiếp xúc acid với thành hệ nhiệt độ cao (cho giếng có áp suất bơm miệng nhỏ áp suất khí gaslift) thơng qua chạc kết nối (a) (b) Hình Mơ bọt - acid (a); bọt - acid thực tế (b) DẦU KHÍ - SỐ 7/2019 39 THĂM DỊ - KHAI THÁC DẦU KHÍ - Ngồi ra, tỷ trọng dung dịch bơm thấp giúp q trình gọi dịng đưa sản phẩm phản ứng lên bề mặt nhanh chóng góp phần làm giảm nguy kết tủa thứ cấp A) Theo cơng thức trên, tính tốn lưu lượng khí gaslift để bơm đảm bảo hiệu mặt lý thuyết Tuy nhiên, để thực giải pháp thành cơng, cần xác định thể tích acid thể tích khí gaslift cần sử dụng Bên cạnh đó, việc kết nối đường ống thiết bị bơm khí gaslift vào ống khai thác định thành công công tác xử lý 2.2 Kết nối thiết bị Hiệu chất lượng= dung bọt - acid xử lý phải + trì suốt q trình bơm phải 65% Từ cơng thức (1) có: = + = 0,65 = - Kết nối máy bơm đến đầu giếng: đơn giản xử lý acid thơng thường - Kết nối đường ống khí gaslift có cách: 2.1 Tính thể tích khí gaslift = Quy trình kết nối thiết bị gồm phần chính: = 0,65 + ++ Cách (sử dụng giàn MSP): Sử dụng SKID-2 kèm giếng không làm việc làm việc yếu (ít dầu) để đưa khí gaslift vào ống khai thác giếng xử lý acid thơng qua đường dập giếng (Hình 6) Hoặc kết nối ống mềm lấy khí trực tiếp từ giếng khơng làm việc làm việc yếu (Hình 7) + − 0,65 = 0,65 0,65 − 0,65 = 1,857 ++ Cách (sử dụng BK): Kết nối đường ống từ đầu chờ cụm SKID-2 giếng không làm việc làm việc yếu (ít dầu) đến van chạc để hòa trộn với acid bơm trực tiếp vào ống khai thác giếng xử lý (Hình 5) Với đặc trưng lỗ dùng điều chỉnh lưu lượng khí gaslift nhỏ có cơng trình biển Vietsovpetro có dải đo từ 1.500 - 5.000m3/ngày (loại Flow orifice Range + Cách (đối với giếng sử dụng hệ thống điều khiển khí gaslift độc lập): Lấy khí trực tiếp từ giếng xử lý qua đường dập giếng để trực tiếp vào ống khai thác không cần nối thêm ống mềm lấy khí (Hình 8) Hình Sơ đồ kết nối cách 40 DẦU KHÍ - SỐ 7/2019 PETROVIETNAM Hình Sơ đồ kết nối cách Hình Sơ đồ kết nối cách Sơ đồ kết nối (Hình - 8): Đ - trạng thái van đóng, M trạng thái van mở như: chất tạo bọt, khí nitơ dùng để tạo bọt, thuê thiết bị và Giải pháp sử dụng acid bơm kết hợp với gaslift đưa vào áp dụng, giúp nâng cao hiệu công tác xử lý vùng cận đáy giếng giếng có áp suất vỉa thấp, nhiệt độ vỉa cao, có độ ngập nước từ 10 30% Đặc biệt, giải pháp không cần bổ sung thiết bị, vật liệu khác, mà tận dụng thiết bị có sẵn, nên dễ áp dụng cơng tác xử lý acid công nghệ truyền thống 2.3 Áp dụng thử nghiệm Việc áp dụng giải pháp giúp tiết giảm chi phí cho cơng tác xử lý vùng cận đáy giếng Trong đó, đáng kể chi phí tiết kiệm việc khơng dùng vật liệu dịch vụ chuyên dụng để tạo bọt nitơ… Từ giai đoạn đầu, lưu lượng khai thác giếng 488/ BK3 lớn Với đặc điểm tầng sản phẩm tầng móng, bị nhiễm bẩn tạp chất lắng đọng, gây cản trở lớn đến dòng dầu vào giếng Q trình tính tốn, xử lý nhũ tương acid - dầu kết hợp trộn khí gaslift diễn thuận lợi đạt hiệu tốt, áp suất vỉa cao Số liệu sau xử lý đo thu thập lại hàng ngày, sau năm tính từ thời điểm bắt đầu xử lý (từ 18/2/2018 đến 18/2/2019) DẦU KHÍ - SỐ 7/2019 41 THĂM DỊ - KHAI THÁC DẦU KHÍ Hình Sơ đồ kết nối cách Q, tấn/ngày 450 400 350 300 250 200 150 100 Xử lý acid 50 Hình Biểu đồ sản lượng khai thác giếng 488 trước sau xử lý Kết luận Phương pháp xử lý cho vùng cận đáy giếng chủ yếu dựa nguyên tắc: Lấy phần nhiễm bẩn thành hệ, làm tăng độ thấm vùng lân cận giếng; phục hồi mở rộng khe nứt truyền dẫn dòng dầu - khí từ vỉa vào giếng, gia tăng bán kính hiệu dụng 42 DẦU KHÍ - SỐ 7/2019 Tùy theo nguyên nhân nhiễm bẩn điều kiện địa chất để lựa chọn phương pháp xử lý vùng cận đáy giếng khác Đối với tầng móng mỏ Bạch Hổ, nhiệt độ vỉa cao (110 - 150oC), áp suất vỉa thấp thì phương pháp sử dụng có hiệu xử lý bọt - acid cách hòa trộn khí gaslift Với cơng nghệ xử lý hỗn hợp hóa PETROVIETNAM chất, thiết bị phụ trợ, công tác bảo vệ người, môi trường không phức tạp phân tích kinh tế chứng minh tính khả thi hiệu phương pháp Tài liệu tham khảo Lê Phước Hảo Cơ sở khoan khai thác dầu khí Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh 2002 Từ Thành Nghĩa, Nguyễn Thúc Kháng, Lê Việt Hải, Dương Danh Lam, Nguyễn Quốc Dũng, Nguyễn Văn Trung, Phan Đức Tuấn Công nghệ xử lý vùng cận đáy giếng các mỏ dầu khí ở thềm lục địa Việt Nam Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh 2016 Vietsovpetro Những vấn đề bản của quá trình khai thác dầu bằng gaslift đối với các mỏ dầu khí của Vietsovpetro 2007 Nguyễn Tuấn Minh, Nguyễn Văn Trung, Nguyễn Duy Hoạt, Nguyễn Văn Thắng, Nguyễn Như Ý Sử dụng hỗn hợp acide hịa trộn với khí gaslift (khí gaslift-acide) nhằm nâng cao hiệu công tác xử lý vùng cận đáy giếng cho giếng có nhiệt độ vỉa cao, áp suất vỉa thấp độ ngập nước cao Liên doanh Việt - Nga “Vietsovpetro” Giải pháp sáng kiến cải tiến kỹ thuật hợp lý hóa sản xuất tại Vietsovpetro 5/12/2018; số đăng ký 1527 И.П.Чоловского Спутник нефтегазопромыслого геолога Справочник Недра, Москва 1989 Alexander Letichevskiy, Alexey Nikitin, Alexey Parfenov, Vitaliy Makarenko, Ilya Lavrov, Gleb Rukan, Dmitry Ovsyannikov, Ruslan Nuriakhmetov, Alexander Gromovenko Foam acid treatment - The key to stimulation of carbonate reservoirs in depleted oil fields of the Samara region SPE Russian Petroleum Technology Conference 2017 STUDY TO USE GAS LIFT TO CREATE FOAM-ACID SYSTEM TO HANDLE NEAR-BOTTOM ZONE IN BACH HO FIELD Le Duc Vinh1, Nguyen Tuan Minh2, Nguyen Van Trung2 Hanoi University of Mining and Geology Vietsovpetro Email: leducvinh@humg.edu.vn Summary The calculation and selection of appropriate treatment methods for the near-bottom zone will save costs and improve oil recovery capacity for the production wells Wells with high temperatures and high levels of flooding when treated with acid may face increased flooding or even submerged conditions, therefore selective acid treatment technology must be applied For Bach Ho basement with high reservoir temperature (110 - 150oC) and low reservoir pressure, the most effective method is foam-acid treatment by mixing gas lift The article presents the results of research on using high-pressure gas lift available on rigs, mixing and pumping simultaneously with the acid mixture into the well to treat the near-bottom zone The results show that this solution is easy to apply, helps to reduce costs, and improves the efficiency of the treatment of the near-bottom zone of wells with low reservoir pressure, high reservoir temperature, and flooding level from 10 - 30% Key words: Treatment of the near-bottom zone, acid treatment, foam-acid, gas lift, Bach Ho field DẦU KHÍ - SỐ 7/2019 43 ...THĂM DỊ - KHAI THÁC DẦU KHÍ Những giếng có độ ngập nước cao muốn xử lý acid phải áp dụng cơng nghệ xử lý acid có chọn lọc Kết nghiên cứu Thông thường, bọt - acid tạo thành cách nạp khí nitơ... khí nitơ áp suất cao, thiết bị tạo bọt , dẫn đến giá thành xử lý bọt - acid tăng lên, quy trình vận hành cơng nghệ xử lý phức tap, địi hỏi tính xác cao, nên cơng nghệ bọt - acid không áp dụng rộng... tế xử lý acid vùng cận đáy giếng trao đổi vấn đề kỹ thuật với chun gia cơng trình biển, nhóm tác giả chọn giải pháp cải tiến dựa sở công nghệ bọt - acid, giữ nguyên ưu điểm hệ bọt - acid - Sử dụng