Kết hợp việc xác định chiều cao khe nứt vào quy trình thiết kế nứt vỉa thủy lực theo phương pháp ufd (unified fracture design)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ HẢI KẾT HỢP VIỆC XÁC ĐỊNH CHIỀU CAO KHE NỨT VÀO QUY TRÌNH THIẾT KẾ NỨT VỈA THỦY LỰC THEO PHƢƠNG PHÁP UFD (UNIFIED FRACTURE DESIGN) Chuyên ngành: Kỹ thuật dầu khí Mã số: 60520604 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG –HCM Cán hƣớng dẫn khoa học 1: Tiến sĩ Đỗ Quang Khánh Cán hƣớng dẫn khoa học 2: Tiến sĩ Phùng Văn Hải Cán chấm nhận xét 1: Tiến sĩ Phạm Sơn Tùng Cán chấm nhận xét 2: Tiến sĩ Nguyễn Hữu Nhân Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 18 tháng năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trƣởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn đƣợc sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA TS Tạ Quốc Dũng TS Mai Cao Lân i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Thị Hải MSHV: 1570777 Ngày, tháng, năm sinh: 22/11/1987 Nơi sinh: N g h ệ A n Chuyên ngành: Kỹ thuật dầu khí Mã số: 60520604 I TÊN ĐỀ TÀI: Kết hợp việc xác định chiều cao khe nứt vào quy trình thiết kế nứt vỉa thủy lực theo phƣơng pháp UFD (Unified Fracture Design) NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ: Xác định chiều cao khe nứt thích hợp dựa sở lý thuyết học nứt đàn hồi tuyến tính thơng qua việc giải hệ phƣơng trình chiều cao cân bằng phƣơng pháp sốvà từ sử dụng giá trị chiều cao cải tiến quy trình thiết kế nứt vỉa thủy lực UFD nhằm xây dựng phƣơng pháp UFD hiệu chỉnh Nội dung: - Lý thuyết nứt vỉa thủy lực học liên quan đến nứt vỉa thủy lực Khảo sát phƣơng pháp thiết kế bơm ép UFD Đặt vấn đề dự đoán phát triển chiều cao khe nứt - Xác định chiều cao khe nứt dựa sở lý thuyết học nứt đàn hồi tuyến tính (LEFM) thơng qua việc giải hệ phƣơng trình chiều cao cân bằng phƣơng pháp số với trợ giúp phần mềm Mathematica - Từ sử dụng giá trị chiều cao để cải tiến quy trình thiết kế nứt vỉa theo mơ hình hai chiều PKN phƣơng pháp UFD, từ đƣa quy trình bơm ép hồn chỉnh theo phƣơng pháp UFD hiệu chỉnh ii - Khảo sát hệ phƣơng trình chiều cao cân cho trƣờng hợp khác từ đánh giá phạm vi ứng dụng xác định chiều cao khe nứt theo phƣơng pháp Áp dụng thiết kế nứt vỉa thủy lực theo phƣơng pháp UFD hiệu chỉnh cho giếng A thuộc bồn trũng Cửu Long, Việt Nam so sánh với kết đƣợc thực trƣớc sử dụng phần mềm MFRAC (Baker Hughes) thảo luận kết đạt đƣợc II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 2/2017 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 7/2017 IV CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS Đỗ Quang Khánh ; TS Phùng Văn Hải Tp HCM, ngày tháng năm 2017 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS Đỗ Quang Khánh TS Mai Cao Lân CÁN BỘ HƢỚNG DẪN TS Phùng Văn Hải TRƢỞNG KHOA TS Tạ Quốc Dũng iii LỜI CẢM ƠN Trong luận văn thạc sĩ này, học viên chọn đề tài dự đoán phát triển chiều cao khe nứt nứt vỉa thủy lực Đây mảng nghiên cứu mẻ học viên, cộng thêm hạn chế mặt thời gian kiến thức, học viên gặp nhiều thử thách khó khăn q trình nghiên cứu Tuy nhiên với góp ý, hỗ trợ nhiệt tình mặt kiến thức lý thuyết nhƣ liệu nghiên cứu từ TS Đỗ Quang Khánh – ĐH Bách Khoa Hồ Chí Minh, TS Phùng Văn Hải Thạc sĩ Nguyễn Hữu Danh - Tổng cơng ty Thăm dị Khai thác Dầu khí PVEP, học viên hồn thành mục tiêu nghiên cứu Qua đây, học viên xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn gửi lời cảm ơn chân thành giúp đỡ quý báu Học viên xin đƣợc cảm ơn thầy cô giáo chuyên ngành Kỹ thuật dầu khí - ĐH Bách Khoa Hồ Chí Minh nhiệt tình truyền đạt kiến thức chuyên môn kinh nghiệm quý giá trình học thạc sĩ trƣờng từ 2015-2017 Cuối cùng, học viên xin cảm ơn gia đình ủng hộ động viên học viên suốt trình làm luận văn Học viên Nguyễn Thị Hải iv TÓM TẮT LUẬN VĂN Năm 2002, M.J Economides n.n.k giới thiệu phƣơng pháp thiết kế nứt vỉa thủy lực Unified Fracture Design (UFD) Việc tính tốn phƣơng pháp UFD dựa mơ hình nứt vỉa hai chiều PKN KGD, tức việc tính tốn thơng số chiều dài chiều rộng dựa việc giả định chiều cao khe nứt biết số Điều dẫn đến tính xác số hạt chèn nhƣ khối lƣợng hạt chèn phụ thuộc vào tính xác việc dự đốn thơng số chiều cao khe nứt Nghiên cứu tập trung vào tính tốn xác giá trị chiều cao khe nứtdựa sở lý thuyết học nứt đàn hồi tuyến tính (LEFM) thơng qua việc giải hệ phƣơng trình chiều cao cân bằng phƣơng pháp số với trợ giúp phần mềm Mathematica Sau đó, ta sử dụng giá trị xác chiều cao khe nứt để cải tiến phƣơng pháp UFD đƣa đƣợc chƣơng trình thiết kế nứt vỉa thủy lực hồn chỉnh theo phƣơng pháp UFD hiệu chỉnh Các thơng số tồn chƣơng trình bơm ép theo phƣơng pháp UFD hiệu chỉnh đƣợc tính tốn sử dụng bảng tính excel Bởi thơng số chiều cao khe nứt vừa giá trị đầu vào phƣơng pháp UFD dùng để tính kích thƣớc chiều dài chiều rộng khe nứt thơng qua mơ hình 2D PKN KGD, đồng thời hàm áp suất thực khe nứt đƣợc tính từ chiều rộng khe nứt nhƣ giá trị đầu ra, quy trình tốn lặp Sau ta khảo sát hệ phƣơng trình chiều cao cân cho batrƣờng hợp cụ thể để khảo sát khoảng có hiệu lực áp suất thực áp dụng phƣơng pháp (tức khoảng có nghiệm đơn hệ phƣơng trình) Cuối áp dụng thiết kế nứt vỉa thủy lực theo phƣơng pháp UFD hiệu chỉnh cho vỉa có độ thấm thấp với mơ hình khe nứt hai chiều PKN từ liệu Tổng cơng ty Thăm dị Khái thác Dầu khí (PVEP) so sánh với kết thực tế thực trƣớc theo phần mềm MFRAC (của công ty Baker Hughes) đƣa nhận xét, thảo luận v LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn hồn tồn tơi thực Các trích dẫn số liệu sử dụng đƣợc dẫn nguồn có độ xác cao phạm vi hiểu biết TP Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng năm 2017 Học viên thực Nguyễn Thị Hải vi DANH MỤC HÌNH VẼ 2.1 Cơ chế dòng chảy trƣớc (trái) sau (phải) nứt vỉa thủy lực .5 2.2 Các khái niệm bản………………………………………………………… 2.2a Ảnh hƣởng ứng suất chỗ lên phƣơng vị khe nứt 2.2b Sơ đồ áp suất phát triển khe nứt 2.4 Điều kiện tạo nứt vỉa theo lực kéo dọc trục 2.5 Phác họa phát triển khe nứt theo mơ hình PKN 11 2.6 Phác họa phát triển khe nứt theo mơ hình KGD 13 2.7 Chú thích khái niệm sử dụng cho thực nứt vỉa 15 2.8 Chỉ số khai thác không thứ nguyên hàm dẫn suất khe nứt không thứ nguyên Nprop < 0.1 (Unified fracture design – trang 29) 16 2.9 Chỉ số khai thác không thứ nguyên hàm dẫn suất khe nứt không thứ nguyên Nprop > 0.1 (Unified fracture design – trang 30) 17 2.10 Đƣờng cong nồng độ hạt chèn theo Nolte (1986) 19 2.11 Quy trình xác định chƣơng trình bơm ép dựa kích thƣớc khe nứt từ UFD 21 2.12 Chú thích cho việc xác định chiều cao khe nứt (hệ có thứ nguyên) 25 2.13 Cƣờng độ ứng suất đỉnh độ cứng khe nứt lớp 26 2.14 Chú thích cho việc tính tốn chiều cao khe nứt (hệ khơng thứ ngun)…….26 2.15 Ví dụ đồ chiều cao cho kết đa nghiệm (Valko’ and Economides, 1997)…………………………………………………………………………29 vii 2.16 Quy trình kết hợp xác định chiều cao khe nứt vào phƣơng pháp thiết kế nứt vỉa thủy lực UFD……………………………………………………………… 32 2.17 Mô tả bƣớc chuyển đổi hệ trục từ hệ z thứ nguyên sang hệ y không thứ nguyên…………………………………………………………………………… 33 3.1 (Trên) Biểu diễn lƣu lƣợng bơm ép nồng độ hạt chèn thêm theo thời gian bơm ép (Dƣới) nửa chiều dài độ rộng trung bình theo thời gian bơm ép trƣờng hợp 1…………………………………………………………………………………… 45 3.2 (Trên) Biểu diễn lƣu lƣợng bơm ép nồng độ hạt chèn thêm theo thời gian bơm ép (Dƣới) nửa chiều dài độ rộng trung bình theo thời gian bơm ép trƣờng hợp 2…………………………………………………………………………………… 49 3.3 (Trên) Biểu diễn lƣu lƣợng bơm ép nồng độ hạt chèn thêm theo thời gian bơm ép (Dƣới) nửa chiều dài độ rộng trung bình theo thời gian bơm ép trƣờng hợp giếng A………………………………………………………… ………………… 55 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU 3.1 Tóm tắt đặc tính vỉa, hạt chèn dung dịch nứt vỉa đƣợc dùng để đánh giá quy trình bơm ép sử dụng chƣơng trình UFD hiệu chỉnh cho tất trƣờng hợp…………………………………………………………………………… 40 3.2 Tóm tắt đặc tính đá vỉa đƣợc dùng để đánh giá quy trình bơm sử dụng chƣơng trình UFD hiệu chỉnh cho tất trƣờng hợp………………………………41 3.3 Tóm tắt kích thƣớc khe nứt thơng số cho hoạt động nứt vỉa trƣờng hợp 1……………………………………………………………………………… 42 3.4 Chƣơng trình bơm ép cho trƣờng hợp 1………………………………………43 3.5 Tóm tắt kích thƣớc khe nứt thơng số cho hoạt động nứt vỉa trƣờng hợp 2………………………………………………………………………….…….46 3.6 Chƣơng trình bơm ép cho trƣờng hợp 2………………………………………47 3.7 Dữ liệu đầu vào giếng A………………………………………………….51 3.8 Tóm tắt kích thƣớc khe nứt thông số cho hoạt động nứt vỉa trƣờng hợp giếng A…………………………………………………………….…….…….52 3.9 Chƣơng trình bơm ép cho trƣờng hợp giếng A……………………………….53 3.10 So sánh kích thƣớc khe nứt thơng số khác từ chƣơng trình UFD hiệu chỉnh MFRAC cho giếng A…………………………………………………….56 ix Bảng 3.6 – Chƣơng trình bơm ép cho trƣờng hợp Thời gian Lƣu Thể tích Nồng độ bơm ép, lƣợng dung hạt chèn phút bơm ép, dịch thêm chèn, bpm sạch, gal vào, ppga lbm 0.00 50.00 0.00 1.29 50.00 2,711 2.58 50.00 3.87 Khối Nửa lƣợng hạt chiều dài, Nửa chiều ft rộng, in 0.0 0.00 0.00 17.7 0.26 5,422 0.00 28.5 0.31 50.00 8,133 0.00 37.6 0.34 5.16 50.00 10,844 0.00 45.7 0.36 6.45 50.00 13,554 0.00 53.2 0.38 7.75 50.00 16,265 0.00 60.1 0.40 9.04 50.00 18,976 0.00 66.7 0.42 10.33 50.00 21,687 0.00 72.9 0.43 11.62 50.00 24,398 0.00 78.9 0.44 12.91 50.00 27,109 0.00 84.6 0.45 14.20 50.00 29,820 0.00 90.2 0.46 15.49 50.00 32,531 0.00 95.5 0.47 16.78 50.00 35,241 0.00 100.7 0.48 18.07 46.69 37,773 1.83 4,639 105.8 0.49 19.36 45.68 40,250 2.45 10,701 110.7 0.50 47 20.65 45.01 42,690 2.87 17,697 115.5 0.50 21.95 44.50 45,102 3.20 25,418 120.2 0.51 23.24 44.07 47,492 3.48 33,740 124.8 0.52 24.53 43.69 49,861 3.73 42,584 129.3 0.52 25.82 43.36 52,212 3.96 51,891 133.7 0.53 27.11 43.07 54,547 4.16 61,616 138.1 0.53 28.40 42.79 56,867 4.36 71,723 142.3 0.54 29.69 42.54 59,173 4.54 82,185 146.5 0.55 30.98 42.31 61,467 4.70 92,977 150.6 0.55 32.27 42.09 63,749 4.87 104,079 154.7 0.56 33.56 41.88 66,019 5.02 115,473 158.7 0.56 34.85 41.68 68,279 5.16 127,144 162.7 0.57 36.15 41.49 70,529 5.31 139,079 166.5 0.57 37.44 41.31 72,769 5.44 151,266 170.4 0.57 38.73 41.14 74,999 5.57 163,694 174.2 0.58 40.02 40.97 77,221 5.70 176,353 177.9 0.58 41.31 40.82 79,433 5.82 189,236 181.6 0.59 42.60 40.66 81,638 5.94 202,333 185.2 0.59 43.89 40.51 83,835 6.06 215,637 188.9 0.60 45.18 40.37 86,024 6.17 229,143 192.4 0.60 48 88,205 6.28 242,843 196.0 0.60 47.76 40.10 90,379 6.39 256,733 199.5 0.61 49.05 39.97 92,546 6.49 270,805 202.9 0.61 50.34 39.84 94,706 6.60 285,057 206.3 0.61 51.64 39.72 96,859 6.70 299,482 209.7 0.62 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 Nồng độ hạt chèn thêm vào, lbm 40.23 Lưu lượng bơm ép, bpm 46.47 50 Nửa chiều dài xf, ft 250 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 200 150 100 50 0 10 20 30 40 Độ rộng trung bình, inch Thời gian bơm ép, phút 50 Thời gian bơm ép, phút Hình 3.2 − (Trên) Biểu diễn lƣu lƣợng bơm ép nồng độ hạt chèn thêm theo thời gian bơm ép - (Dƣới) nửa chiều dài độ rộng trung bình theo thời gian bơm ép trƣờng hợp 49 Trƣờng hợp 3: Δσu = 400 psi Δσd = 150 psi Trong trƣờng hợp này, chênh lệch ứng suất lớp mục tiêu thành hệ biên biên dƣới thứ tự 400 150 psi Chƣơng trình Mathematica cho kết nghiệm số ảo chứng tỏ chênh lệch ứng suất nằm phạm vi áp dụng phƣơng pháp số Ta cần nghiên cứu mở rộng thêm để áp dụng cho trƣờng hợp 3.2 Thiết kế nứt vỉa thủy lực theo phƣơng pháp UFD hiệu chỉnh cho giếng A bồn trũng Cửu Long, Việt Nam Trong phần ta thiết kế chƣơng trình bơm ép nứt vỉa thủy lực cho giếng A bồn trũng Cửu Long, Việt Nam sử dụng liệu đƣợc thực Tổng cơng ty Thăm dị Khai thác Dầu khí PVEP so sánh với kết thiết kế nứt vỉa thủy lực thực trƣớc theo phần mềm mơ thƣơng mại P3D MFRAC cơng ty Baker Hughes Vì lý khó khăn việc thu thập liệu thực tế liệu có đƣợc giếng thăm dị chƣa tiến hành công tác nứt vỉa thủy lực nên việc so sánh đơn kết phần mềm thiết kế sử dụng, số khai thác (PI) thiết kế tƣơng ứng 3.2.1 Thông tin đầu vào thiết kế nứt vỉa thủy lực Ở giếng A ngƣời ta thực nứt vỉa thủy lực từ độ sâu 3502.5 m – 3525.5 m TVD thuộc tập E Oligocene bồn trũng Cửu Long Loại hạt chèn dụng C003 - 20/40 Carbolite, dung dịch nứt vỉa Lightning LN35 Dữ liệu đầu vào (đƣợc lấy từ báo cáo sau nứt vỉa thủy lực kết thử vỉa) giếng A đƣợc tóm tắt nhƣ sau: 50 Bảng 3.7 - Dữ liệu đầu vào giếng A Đặc tính vỉa Ứng suất tầng mục tiêu, psi 9150 Ứng suất lớp biên trên, psi 9551 Ứng suất lớp biên dƣới, psi 9999 Mơ đun biến dạng phẳng 5×106psi KIC 1000psi-in0.5 Áp suất đóng khe nứt 3000 psi Độ thấm 0.08 md Diện tích ảnh hƣởng 40,000ft2 Chiều dày thực tầng sản phẩm 77.1 ft Đặc tính hạt chèn Tổng khối lƣợng hạt chèn 148,400lbm Độ thấm hạt chèn 120,000 md Trọng lƣợng riêng 2.71 Độ rỗng hạt chèn 0.38 Độ rỗng hạt chèn dƣới áp suất đóng khe nứt 0.25 Đặc tính dung dịch Chỉ số đặc tính chảy, n 0.45 0.6 lbf×sn/ft2 Chỉ số sệt, K Lƣu lƣợng bơm vữa 18 bpm Hệ số dung dịch tầng sản phẩm thực Spurt loss 0.003ft/min0.5 bỏ qua Bội số dung dịch bên tầng sản phẩm thực 51 1.5 3.2.2 Thiết kế nứt vỉa thủy lực theo phƣơng pháp UFD hiệu chỉnh Chiều cao khe nứt tính từ việc giải hệ phƣơng trình cân thơng qua phần mềm Mathematica 87.1 ft Các kích thƣớc khe nứt tính đƣợc từ UFD chƣơng trình xử lý bao gồm thông số quan trọng khác dựa kích thƣớc khe nứt tính đƣợc nhƣ bảng 3.8 Chƣơng trình nồng độ hạt chèn, lƣợng hạt chèn cần thiết dung dịch cho giai đoạn bơm đƣợc bảng 3.9 hình 3.3 Bảng 3.8 – Tóm tắt kích thƣớc khe nứt thông số cho hoạt động nứt vỉa trƣờng hợp giếng A Các kích thƣớc khe nứt Chiều cao khe nứt, hf(ft) 87.1 Nửa chiều dài khe nứt, xf(ft) 177.2 Độ rộng trung bình khe nứt, wave(in) 0.14 Các thông số nứt vỉa thủy lực Chỉ số hạt chèn, Nprop 99.5 Chỉ số khai thác không thứ nguyên, JD 1.91 Dẫn suất khe nứt không thứ nguyên, CfD 99.5 Hiệu suất dung dịch, η(%) 4.2 Khối lƣợng hạt chèn, Mprop(lbm) 38,081 Thời gian bơm ép, te(phút) 152.1 Thời gian bơm đệm, tpaD (phút) 139.7 Áp suất thực (kết thúc bơm), pnet(psi) 961.2 52 Bảng 3.9 – Chƣơng trình bơm ép cho trƣờng hợp giếng A Thời gian Lƣu Thể tích Nồng độ bơm ép, lƣợng dung hạt chèn phút bơm ép, dịch thêm chèn, bpm sạch, gal vào, ppga lbm 0.00 18.00 0.00 3.80 18.00 2,874 7.60 18.00 11.40 Khối Nửa lƣợng hạt chiều dài, Nửa chiều ft rộng, in 0.0 0.00 0.00 5.5 0.08 5,748 0.00 10.8 0.10 18.00 8,622 0.00 16.0 0.11 15.21 18.00 11,496 0.00 21.0 0.12 19.01 18.00 14,370 0.00 26.0 0.13 22.81 18.00 17,244 0.00 30.9 0.14 26.61 18.00 20,118 0.00 35.8 0.15 30.41 18.00 22,992 0.00 40.6 0.15 34.21 18.00 25,866 0.00 45.3 0.16 38.02 18.00 28,740 0.00 50.0 0.16 41.82 18.00 31,614 0.00 54.7 0.17 45.62 18.00 34,488 0.00 59.3 0.17 49.42 18.00 37,362 0.00 63.8 0.18 53.22 18.00 40,236 0.00 68.4 0.18 57.02 18.00 43,110 0.00 72.9 0.19 53 60.83 18.00 45,984 0.00 77.4 0.19 64.63 18.00 48,858 0.00 81.8 0.19 68.43 18.00 51,732 0.00 86.2 0.20 72.23 18.00 54,606 0.00 90.6 0.20 76.03 18.00 57,480 0.00 94.9 0.20 79.83 18.00 60,354 0.00 99.2 0.21 83.64 18.00 63,228 0.00 103.5 0.21 87.44 18.00 66,102 0.00 107.8 0.21 91.24 18.00 68,976 0.00 112.0 0.22 95.04 18.00 71,850 0.00 116.3 0.22 98.84 18.00 74,724 0.00 120.5 0.22 102.64 18.00 77,598 0.00 124.7 0.22 106.44 18.00 80,472 0.00 128.8 0.23 110.25 18.00 83,346 0.00 133.0 0.23 114.05 18.00 86,220 0.00 137.1 0.23 117.85 18.00 89,094 0.00 141.2 0.23 121.65 18.00 91,968 0.00 145.2 0.24 125.45 18.00 94,842 0.00 149.3 0.24 129.25 18.00 97,716 0.00 153.4 0.24 133.06 18.00 100,590 0.00 157.4 0.24 54 103,464 0.00 161.4 0.24 140.66 18.00 106,338 0.00 165.4 0.25 144.46 16.39 108,955 2.22 5,818 169.3 0.25 148.26 14.47 111,266 5.51 18,554 173.3 0.25 152.06 12.65 113,286 9.56 37,873 177.2 0.25 20 18 16 14 12 10 12 10 Nồng độ hạt chèn thêm vào, lbm 18.00 Lưu lượng bơm ép, bpm 136.86 0 50 100 150 200 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 50 100 150 Độ rộng trung bình, inch Nửa chiêu dài xf, ft Thời gian bơm ép, phút 200 Thời gian bơm ép, phút Hình 3.3 − (Trên) Biểu diễn lƣu lƣợng bơm ép nồng độ hạt chèn thêm theo thời gian bơm ép - (Dƣới) nửa chiều dài độ rộng trung bình theo thời gian bơm ép trƣờng hợp giếng A 55 3.2.3 So sánh với kết thiết kế nứt vỉa thủy lực thực theo MFRAC Kết so sánh thông số thiết kế nứt vỉa thủy lực phƣơng pháp UFD hiệu chỉnh MFRAC nhƣ sau: Bảng 3.10 – So sánh kích thƣớc khe nứt thơng số khác từ chƣơng trình UFD hiệu chỉnh MFRAC cho giếng A UFD hiệu Các thông số MFRAC chỉnh Khối lƣợng hạt chèn (2 cánh) 38,081 148,400 Dẫn suất khe nứt không thứ nguyên, CfD 99.5 28.671 Chỉ số khai thác không thứ nguyên, JD 1.91 0.36* Chiều cao khe nứt, hf (ft) 87.18 73.46 Nửa chiều dài khe nứt, xf, ft 177.2 682.35 Chiều rộng khe nứt chèn hạt, w, inch 0.14 0.128 Hệ số nhiễm bẩn sau xử lý, sf -5.23 -2.94 4.2 47.88 Thời gian bơm ép, te, phút 152.1 87.60 Thời gian bơm đệm, tp, phút 139.7 31.7 Áp suất thực kết thúc bơm, psi 961.2 757.38 Hiệu suất bơm ép, % (* Chỉ số khai thác không thứ nguyên cột MFRAC đƣợc tính từ cơng thức lý thuyết: 𝐽𝐷 = 𝑟 𝑙𝑛 0.472 𝑒 + 𝑠𝑓 ) 𝑟𝑤 56 3.3 Thảo luận Từ kết trƣờng hợp nghiên cứu so sánh với kết từ MFRAC ta rút số kết luận nhƣ sau: i Phƣơng pháp để tính chiều cao khe nứt nghiên cứu thông qua hệ phƣơng trình chiều cao cân Phƣơng pháp có giới hạn phạm vi định chênh lệch ứng suất tầng mục tiêu thành hệ biên Kết là, vài trƣờng hợp chênh lệch ứng suất thấp cao, chiều cao khe nứt khơng thể đƣợc tính phƣơng pháp nhƣ phần 3.1 (xem trƣờng hợp 3) Nói cách khác, phƣơng pháp có hiệu lực dải định chênh lệch ứng suất hay phân bố ứng suất chỗ tối thiểu (vỉa thành hệ lân cận) Đây hạn chế lớn phƣơng pháp Vì vậy, ta cần nghiên cứu đề xuất thêm số giả thuyết để làm cho áp dụng đƣợc trƣờng hợp ii Không chênh lệch ứng suất hay phân bố ứng suất tối thiểu nhỏ mà thông số khác liên quan đến hoạt động nứt vỉa thủy lực; ví dụ nhƣ mơ đun đàn hồi biến dạng phẳng, lƣu lƣợng bơm ép đặc tính dung dịch bơm ép ảnh hƣởng đến việc tính tốn chiều cao khe nứt Điều xảy kỹ sƣ nứt vỉa thực hoạt động mini-frac đạt đƣợc thông tin nhƣ mô đun biến dạng phẳng tầng mục tiêu khác với mô đun đƣợc sử dụng cho thiết kế ban đầu Thông tin phải đƣợc sử dụng cho việc thiết kế lại iii Trong trƣờng hợp nghiên cứu giếng A so sánh với kết thực tế đƣợc thực trƣớc phần mềm MFRAC ta thấy khác biệt tƣơng đối thơng số Hình dạng khe nứt có khác biệt chiều dài chiều cao Lƣợng hạt chèn cần thiết để đạt đƣợc mơ hình khe nứt tối ƣu nhƣ UFD hiệu chỉnh nhiều (bằng 26%) lƣợng hạt chèn cho trƣớc, tức lƣợng hạt chèn yêu cầu theo nhƣ thiết kế MFRAC Mặc dù vậy, thông số nhƣ dẫn suất khai thác không thứ nguyên, số khai thác không thứ nguyên, hệ số nhiễm bẩn thành hệ sau nứt vỉa lại cải thiện rõ rệt so với 57 kết từ MFRAC Tuy nhiên, điều quan trọng cần phải thấy rõ tất số liệu thiết kế lý thuyết sử dụng phần mềm mô khác Việc so sánh có ý nghĩa ta có đƣợc số liệu thực tế từ trình khai thác sau nứt vỉa Một điểm ta thấy số khai thác không thứ nguyên (cũng nhƣ hệ số nứt nhiễm bẩn thành hệ) sau nứt vỉa theo phƣơng pháp UFD hiệu chỉnh tốt hẳn kết tƣơng ứng từ MFRAC, tổng thời gian bơm ép theo UFD hiệu chỉnh dài hiệu suất bơm ép theo UFD hiệu chỉnh hiệu số liệu tƣơng ứng từ MFRAC iv Ngoài ra, phƣơng pháp UFD hiệu chỉnh với mơ hình địa chất ba lớp, không áp dụng đƣợc cho vỉa đa tầng Ta cần mơ hình khe nứt phức tạp để giải vấn đề Các mơ hình PL3D P3D khác nên đƣợc nghiên cứu sử dụng cho vỉa đa tầng nhằm đạt đƣợc thiết kế nứt vỉa thực tế 58 CHƢƠNG IV KẾT LUẬN 4.1 Kết luận Một quy trình thiết kế nứt vỉa thủy lực hồn chỉnh thơng thƣờng đƣợc bắt đầu với việc dự đoán phát triển chiều cao khe nứt Sau ta lựa chọn mơ hình phù hợp để tính tốn kích thƣớc khe nứt từ đƣa tồn chƣơng trình bơm ép Các cách tiếp cận để dự đoán chiều cao khe nứt lựa chọn mơ hình khe nứt phù hợp dựa giả thiết khác có mặt hạn chế riêng việc áp dụng Trong toàn nghiên cứu ta lựa chọn cách tiếp cận dự đoán phát triển khe nứt cách giải hệ chiều cao cân cho mô hình ba lớp Mathematica sở lý thuyết học nứt đàn hồi tuyến tính phƣơng pháp số Sau sử dụng mơ hình khe nứt 2D PKN cho việc xác định hình dạng khe nứt phƣơng pháp UFD để đƣa quy trình bơm ép hoàn thiện Với cách tiếp cận này, ta giải đƣợc số vấn đề sau: Thứ nhất, ta khảo sát đƣa quy trình thiết kế nứt vỉa thủy lực chi tiết theo UFD dựa lƣợng hạt chèn có sẵn để đƣa mơ hình tối ƣu (thay từ mơ hình tối ƣu để xác định lƣợng hạt chèn cần thiết nhƣ cách tiếp cận đa số phần mềm thƣơng mại nay), đồng thời đánh giá đƣợc số ƣu nhƣợc điểm cách tiếp cận Thứ hai, ta khảo sát lý thuyết học nứt đàn hồi tuyến tính (LEFM) từ dẫn đến việc dự đoán phát triển chiều cao khe nứt dựa lý thuyết thông qua việc giải hệ phƣơng trình chiều cao cân bằng phƣơng pháp số Sau đó, ta áp dụng giải hệ chƣơng trình Mathematica cho trƣờng hợp cụ thể để minh họa cho việc xác định chiều cao khe nứt theo phƣơng pháp Thứ ba, ta kết hợp việc tính chiều cao khe nứt thơng qua giải hệ phƣơng trình chiều cao cân bằng Mathematica vào quy trình thiết kế nứt vỉa thủy lực UFD dựa mơ hình khe nứt 2D PKN để cải tiến đƣa phƣơng pháp 59 gọi UFD hiệu chỉnh đem lại kết tính tốn sát thực tế so với mơ hình UFD gốc Ta khảo sát hệ phƣơng trình chiều cao cân sử dụng ba trƣờng hợp cụ thể khác chênh lệch ứng suất tầng mục tiêu lớp biên từ xác định phạm vi áp dụng tính chiều cao khe nứt thơng qua việc giải hệ phƣơng trình chiều cao cân Thứ tƣ, ta áp dụng thiết kế nứt vỉa thủy lực theo phƣơng pháp UFD hiệu chỉnh cho giếng A thuộc bồn trũng Cửu Long Việc áp dụng đạt đƣợc kết cải tiến rõ rệt so với kết tƣơng ứng từ MFRAC Lƣợng hạt chèn cần thiết để đạt đƣợc hình dạng khe nứt tối ƣu từ UFD hiệu chỉnh 26% lƣợng hạt chèn cần thiết cho mơ hình MFRAC Các thơng số quan trọng nhằm đánh giá hiệu của thiết kế nứt vỉa thủy lực nhƣ số khai thác không thứ nguyên, dẫn suất khe nứt không thứ nguyên hệ số nhiễm bẩn thành hệ sau nứt vỉa cải thiện đáng kể (CfD tăng 3.47 lần, JD tăng 5.31 lần, sf từ MFRAC -2.94 từ UFD hiệu chỉnh -5.23) 4.2 Kiến nghị Ở ta thành công việc thiết kế nứt vỉa thủy lực cho vỉa ba lớp Tuy nhiên, phƣơng pháp UFD hiệu chỉnh hồn tồn dựa vào mơ hình 2D cho phát triển khe nứt, lỗi tính tốn kích thƣớc khe nứt cho vỉa đa tầng cao Vì cần thiết phải phát triển phƣơng pháp Các mơ hình Planar-3D P-3D nên đƣợc sử dụng để cải tiến chƣơng trình thơng qua việc giải hệ phƣơng trình chiều cao cân bằng phƣơng pháp số cho hệ đa tầng sử dụng giải thiết sát thực Đồng thời đánh giá đƣợc ảnh hƣởng thông số khác nhƣ mô đun đàn hồi, tỉ số poisson, đặc tính lƣu biến dung dịch nứt vỉa chất lƣu vỉa 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M J Economides “Design flaws in hydraulic fracturing” SPE 127870, 2010 [2] M Marongiu-Porcu et al “Flaws in Fracture Designs: A Continuing Problem” SPE 137377, 2010 [3] Hubbert, M.K and Willis.D.G “Mechanics of hydraulic fracturing”.AIME,1957 [4] Economides, M.J and Valko, P.P Hydraulic fracture mechanics West Sussex, England: John Wiley and Sons, 1995 [5] Economides, M.J et al Unified fracture design Alvin Texas: Orsa Press, 2002 [6] Nguyễn Hữu Trƣờng n.n.k “Thiết kế nứt vỉa thủy lực tối ƣu cho tầng Oligocene dƣới nhằm tang cƣờng khai thác dầu phƣơng pháp tối đa hóa lợi nhuận rịng”, Tạp chí dầu khí số 12, 2015 [7] T Pitakbunkate et al “Hydraulic fracture optimization with a p-3D model” SPE 142303, 2011 [8] Mei Yang et al “Hydraulic fracture production optimization with a Pseudo-3D model in multi-layered lithology” SPE 150002, 2012 61 ... TÀI: Kết hợp việc xác định chiều cao khe nứt vào quy trình thiết kế nứt vỉa thủy lực theo phƣơng pháp UFD (Unified Fracture Design) NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ: Xác định chiều cao khe nứt thích... Kết thúc Hình 2.16 - Quy trình kết hợp xác định chiều cao khe nứt vào phƣơng pháp thiết kế nứt vỉa thủy lực UFD 32 Quy trình xác đính chiều cao khe nứt thông qua giải hệ chiều cao cân (2.57 2.58)... thơng số đầu thiết kế nứt vỉa Điều dẫn đến kết luận kết hợp xác định chiều cao khe nứt vào thiết kế nứt vỉa theo UFD chất quy trình tính lặp Nghiên cứu cải tiến phƣơng pháp UFD Chiều cao cân cung