Thành phần hydrocarbon vỉa của Mioxen Sư Tử Đen- 123docz.net

Mô hình PVT được tiến hành quá trình tái lập lại các kết quả thực nghiệm đo với các điều kiện nhiệt độ, áp suất và thể tích. Quá trình này sử dụng phương trình trạng thái để tính toán và hiệu chỉnh các tính chất lý hóa để khớp với kết quả thực nghiệm đo đạc được. Mô hình được khớp với kết quả thực nghiệm nhằm chính xác quá trình xác định điểm MMP và chuyển đổi mô hình mỏ từ mô hình mô phỏng black oil sang mô hình mô phỏng thành phần, các kết quả khớp cho tỷ trọng của dầu, độ nhớt của dầu, độ nhớt của khí, tỷ số khí dầu, hệ số thể tích của dầu, hệ số thể tích của khí. Các kết quả khớp thực nghiệm của mô hình mô phỏng chất lưu PVT cho mỏ Sư Tử Đen được thể hiện trong các hình từ 3.4 đến 3.9.

Hình 3.6: Khớp độ nhớt của khí

Hình 3.7: Khớp tỷ số khí- dầu

Hình 3.9: Khớp hệ số thể tích của khí

3.2.2. Sử dụng phương trình trạng thái và pha để tính tốn MMP của các nguồn khí

3.2.2.1 . Phương pháp

Cơ chế trộn lẫn hai lưu thể được chia thành nhiều giai đoạn đẩy dầu và trộn lẫn. Chi phí đẩy hòa trộn được giảm bằng cách bơm khí giàu hoặc pha LPG với khí tự nhiên. Cơ sở của phương pháp này là xác định được lượng hịa trộn tới đa trong khi vẫn duy trì chế độ trộn lẫn. Để tìm hiểu các giai đoạn đẩy và trộn lẫn, dầu và khí được xem như hỗn hợp gồm 3 cấu tử. Tuy nhiên, phương pháp này có độ chính xác không cao [2]. Nguyên nhân là sự giả định dầu và khí có thể được coi là hỗn hợp của các cấu tử ảo thông qua phương pháp thích hợp nhằm dự đốn tương đới chuẩn các tính chất chung của chúng. Tuy nhiên hầu như không thể kết luận rằng các cấu tử ảo của dầu có hàm lượng tương tự như của khí. Đáng chú ý, sự khác biệt giữa các tính chất của ba cấu tử ảo của dầu và của khí càng lớn thì độ chính xác trong việc xác định các điều kiện trộn lẫn hoàn toàn sẽ càng thấp. Ngoài ra, trong quá trình trộn, tính chất của các cấu tử trong lưu thể đẩy và lưu thể bị đẩy thay đổi liên tục [2]. Như vậy, điều kiện trộn lẫn hoàn toàn được xác định thông qua giản đồ 3 cấu tử với giả định rằng các tính chất của 3 thành phần ảo của dầu khí hoàn toàn không thay đổi trong quá trình trộn lẫn. Giả định trên là điểm yếu lớn nhất của các nghiên cứu tiến hành dựa trên giản đồ 3 cấu tử.

Hình 3.10: Giản đồ 3 cấu tử

Tuy nhiên, cần phải thừa nhận rằng giản đồ 3 cấu tử rất hữu ích trong việc cho cái nhìn tổng thể rõ ràng. Ví dụ sơ đồ tam giác trong hình 3.10.

Quá trình trộn lẫn có thể diễn ra theo ba cách:

1. Trộn lẫn trong lần tiếp xúc đầu tiên (first contacst) bằng cách bơm khí lỏng như LNG.

2. Ngưng tụ hoặc trộn lẫn bằng cách bơm khí giàu. 3. Trộn lẫn bay hơi hoặc bơm khí khô ở áp suất cao

Mỗi điểm trong sơ đồ ba cấu tử thành phần cụ thể của cấu tử C1 (metan), C2 - C6 (các hydrocarbon trung bình thường bao gồm ethane, propane, hexane ..) Và C7 + (heptan và các hydrocarbon nặng hơn). Thông qua các thí nghiệm, đường cong của ACB có thể được vẽ ở áp suất và nhiệt độ cụ thể (Xem hình 3.10), do đó hàm lượng các cấu tử bị tách ra ở trạng thái hai pha hoặc ở một pha đồng nhất đều xác định được [3 ]. Trên thực tế, đường cong ACB là ranh giới ngăn cách giữa trạng thái một pha và hai pha. Đường cong BC biểu thị hàm lượng khí bão hòa và đường cong AC biểu thị hàm lượng chất lỏng bão hịa. Nồng độ chất lỏng bão hịa được kết nới với nồng độ khí bão hòa bằng Tie Line ở trạng thái cân bằng [3].

Thành phần chất lưu vỉa, thành phần lưu thể đẩy, nhiệt độ và áp suất xác định các thông số trong quá trình bơm ép trộn lẫn. Nhiệt độ các vỉa dầu được coi là cố

định. Mối quan hệ giữa hàm lượng cấu tử và áp suất được thể hiện trong sơ đồ hình tam giác (Hình. 3.11 - Whitson, 2001).

Hình 3.11: Ảnh hưởng của áp suất trong sơ đồ 3 cấu tử (P1> P2> P3)

Đường tiếp tuyến tại điểm tới hạn được gọi là đường tới hạn. Khi biết hàm lượng từng cấu tử giả định của lưu thể có thể dễ dàng xác định vị trí tương ứng trên giản đồ ba cấu tử. Trong các hình tiếp theo điểm G thể hiện chất khí và F là chất lỏng. Khi các điểm này ở hai đầu của đường tới hạn, đẩy trộn lẫn lưu thể vỉa nhờ bơm ép khí vào vỉa sẽ diễn ra nhờ các lần tiếp xúc liên tục giữa hai lưu thể. Trộn lẫn bay hơi thể hiện quá trình đẩy dầu với khí khô tại áp suất cao (Hình 3.12). Trộn lẫn ngưng tụ thể hiện quá trình đẩy dầu với khí được làm giàu (Hình 3.13).

Hình 3.13 : Đẩy dầu ở chế độ hịa trộn bằng khí giàu (trộn lẫn ngưng tụ).

Hình 3.14 : Trạng thái lưu thể đẩy và lưu thể vỉa không tạo thành một pha và không thể xảy ra q trình đẩy trộn lẫn hồn tồn.

3.2.2.2 Kết quả áp dụng cho Mioxen Sư Tử Đen

Với kết quả khớp thực nghiệm tốt của mô hình mô phỏng chất lưu vỉa PVT cho Mioxen, sử dụng phương trình trạng thái và pha của chất lưu vỉa và khí bơm ép để tính toán và xác định điểm MMP (Minimum Miscible Pressure) hoặc điểm FCM (First Contact Miscible) và MCM (Multiple Contact Miscible). Giản đồ 3 pha của dầu vỉa Mioxen Sư Tử Đen được thể hiện trong hình 3.16, điểm chấm là điều kiện áp suất và nhiệt độ của vỉa hiện tại.

Hình 3.16: Giản đồ 3 pha của dầu vỉa Mioxen Sư Tử Đen

Để tăng tốc độ xử lý khi chạy mô hình mô phỏng slimtube và mô hình mô phỏng toàn mỏ cũng như để có thể dễ dàng so sánh kết quả nghiên cứu mô phỏng dự báo MMP với các giản đồ lý thuyết, 11 cấu tử trong mô hình mô phỏng PVTcủa Mioxen Sư Tử Đen được sử dụng thuật toán ghép nhóm tương đồng thành 6 cấu tử (CO2; N2; C1; PC2: C2-C3, PC3: C4-C6; C7+). Quá trình ghép nhóm đảm bảo không thay đổi tính chất của hệ chất lưu vỉa trong mô hình mô phỏng, kết quả được so sánh trong hình 3.18 giản đồ pha của 2 mô hình 11 cấu tử và mô hình 6 cấu tử. N2, CO2, C1 và C7+ không tiến hành ghép nhóm để giữ nguyên tính chất của cấu tử hydrocarbon vỉa sẽ hỗ trợ trong các tính toán chính xác bơm ép khi hydrocarbon và khí trơ N2, CO2 ở các phần sau của luận án.

Hình 3.17 : So sánh giản đồ pha của 02 mơ hình 11 thành phần và 6 thành phần

➢ Trường hợp 1: Khí bơm ép là khí khô (khí thương phẩm) như trong hình 3.18. Kết quả mô phỏng tính điểm FCM là 7.340 psia và MCM là 7.305 psia.

Hình 3.18 : Thành phần khí khơ sử dụng để bơm ép

➢ Trường hợp 2: Khí bơm ép là khí bình tách cấp 2 như trong hình 3.20. Kết quả mô phỏng tính điểm FCM là 5.838 psia và MCM là 5.542 psia.

Hình 3.19 : Thành phần khí bình tách cấp 2 sử dụng bơm ép

➢ Trường hợp 3: Khí bơm ép là khí bình tách cấp 1 như trong hình 3.20. Kết quả mô phỏng tính điểm FCM là 4.758 và MCM là 4.510 psia.

Hình 3.20 : Thành phần khí bình tách cấp 1 sử dụng bơm ép

Hình 3.21: Thành phần khí trước khi vào bình tách cấp 1 sử dụng bơm ép

➢ Trường hợp 5: Khí bơm ép là khí trơ N2 và CO2. Kết quả mô phỏng cũng chỉ ra không có quá trình trộn lẫn khí trơ N2 với dầu vỉa trong bất kỳ áp suất nào.

3.2.3. Xây dựng mơ hình mơ phỏng lại q trình thực nghiệm Slimtube cho Mioxen Sư Tử Đen

3.2.3.1 Phương pháp

Mô hình “slimtube” được xây dựng các ô lưới để mô phỏng lại quá trình bơm ép khí vào vỉa dầu. Mô hình được thiết kế với các thông số tương tự với thông số của slimtube thực nghiệm. Điều kiện ban đầu của các ô lưới mô phỏng được đặt trong điều kiện nhiệt độ vỉa và áp suất vỉa. Trong cùng bước chạy thời gian thì khí được bơm ép vào mô hình thông qua giếng bơm ép giả định. Hỗn hợp dầu và khí trong ô lưới đầu tiên sẽ di chuyển, thay đổi sang trạng thái và thành phần khác. Các tính toán cân bằng vật chất và tới hạn dịch chuyển được sử dụng để mô phỏng cách thức dịch chuyển của một pha sang ô lưới thứ 2 như thế nào. Quá trình được lặp lại với pha đã dịch chuyển, pha đã dịch chuyển tiếp tục trộn lẫn với dầu tại ô lưới thứ hai để hình thành hỗn hợp mới. Quá trình này lặp lại trên suốt quãng đường đi từ giếng bơm ép đến giếng khai thác thông qua mô phỏng của các ô lưới. Điểm giếng bơm ép và giếng

khai thác chính là đầu vào và đầu ra của thiết bị slimtube với mô hình mô phỏng slimtube. Với quá trình mô phỏng biến đổi liên tục theo suốt chiều dài của cột slimtube và với các thông số vỉa được đưa vào thì sẽ khắc phục được các hạn chế của thực nghiệm cũng như có thể dự báo được chính xác điểm MMP cho Mioxen Sử Tử Đen với các nguồn khí bơm ép khác nhau và các cấp bơm đẩy khác nhau. Cũng có thể làm rõ được cơ chế trộn lẫn, gần trộn lần, không trộn lẫn khi bơm ép các nguồn khí vào trong chất lưu vỉa thực tế.

3.2.3.2 Kết quả mơ hình mơ phỏng Slimtube

Thành phần khí bơm ép được sử dụng từ các nguồn khí khô, khí tại bình tách cấp 2, khí tại điểm trước khi vào bình tách cấp 1, khí CO2, N2. Các cấp áp suất bơm ép được thực hiện mô phỏng từ 1.000 psia đến 7.000 psia tại nhiệt độ vỉa 184 0F. Kết quả mô phỏng slimtube và dự báo điểm MMP được đưa trong các hình từ 3.22 đến 3.26.

➢ Trường hợp 1: Khí bơm ép là khí khô hay khí thương phẩm như trong hình 3.22. Kết quả mô phỏng cho sản lượng thu hồi và dự báo điểm tính điểm MMP khoảng 6.000 psia.

Hình 3.22 : Sản lượng thu hồi từ mơ hình slimtube để xác định MMP với khí bơm ép là khí khơ (khí thương phẩm)

hình 3.23. Kết quả mô phỏng cho sản lượng thu hồi và dự báo điểm tính điểm MMP khoảng 4.500 psia.

Hình 3.23 : Sản lượng thu hồi từ mơ hình slimtube để xác định MMP với khí bơm ép là khí ở bình tách cấp 2

➢ Trường hợp 3: Khí bơm ép là khí trước khi vào bình tách cấp 1 như trong hình 3.24. Kết quả mô phỏng cho sản lượng thu hồi và dự báo điểm tính điểm MMP khoảng 2.500 psia. Điểm MMP tiệm cận với điểm áp suất vỉa đang khai thác.

Hình 3.24 : Sản lượng thu hồi từ mơ hình slimtube để xác định MMP với khí bơm ép là khí trước khi vào bình tách cấp 1 (hay khí được làm giàu bởi NLG và LPG)

Quá trình mô phỏng slimtube đã chỉ rõ được cơ chế trộn lẫn và gần trộn lẫn, từ đó có thể tính toán chính xác được điểm MMP khi có dòng chảy và biến đổi thành

phần theo chiều dài của slimtube. Quá trình đẩy trộn lẫn và gần trộn lẫn được thể hiện trong hình 3.25 và 3.26. Tại giá trị cuối cùng của quá trình đẩy thì có thể nhận thấy với quá trình đẩy trộn lần thì dầu tàn dư trong slimtube gần bằng 0, còn với quá trình đẩy trộn lẫn thì lượng dầu tàn dư trong slimtube còn khoảng 20%. Các so sánh này thực hiện trên cùng thành phần khí bơm ép nhưng với áp suất trên điểm trộn lẫn MMP (quá trình trộn lẫn hoàn toàn) và với áp suất dưới điểm trộn lẫn MMP (quá trình gần trộn lẫn).

Hình 3.25: Dầu bão hịa của q trình đẩy trộn lẫn

Hình 3.26: Dầu tàn dư của quá trình đẩy gần trộn lẫn

➢ Trường hợp 4: Sử dụng khí bơm ép là khí trơ N2 và CO2. Kết quả mô phỏng cũng chỉ ra không có quá trình trộn lẫn N2 với dầu vỉa trong bất kỳ áp suất nào, quá trình bơm ép N2 vào vỉa sẽ là quá trình không trộn lẫn. Hiệu quả nâng cao hệ số thu hồi dầu của quá trình bơm ép không trộn lẫn N2 với dầu vỉa Sư Tử Đen được chỉ rõ trong hình 3.25, đạt hệ số thu hồi dầu khoảng 38% sau khi bơm ép được 0,4 thể tích lỗ rỗng (PV) và không có khả năng thu hồi thêm đến hết quá trình bơm ép 1,4 PV do đã thoát khí tại điểm bơm ép đến 0,4 PV. Với trường hợp khí CO2 đạt hệ số thu hồi khoảng 65% sau khi bơm ép 0,8 PV và cũng đến điểm thốt khi nên khơng có khả năng thu hồi thêm dầu mặc dù tiếp tục bơm ép khí CO2 đến 1,4 PV. Quá trình bơm

ép 1,4 PV. Cả 3 mô hình slimtube trong hình 3.25 đều được thực hiện tại cấp áp suất 2.355 psia, áp suất trung bình của vỉa thực tế.

Hình 3.27: Sản lượng thu hồi từ mơ hình slimtube với các q trình khơng trộn lẫn

So sánh MMP từ các phương pháp nghiên cứu

Bảng 3.3 đã so sánh các giá trị của MMP từ 03 phương pháp : (1) Phương pháp thực nghiệm phòng thí nghiệm với thiết bị slimtube chuẩn; (2) Phương pháp xác định MMP bằng phương trình trạng thái và hành trạng pha bởi phần mềm PVT; (3) Phương pháp mô hình mô phỏng thủy động lực học “slimtube” bởi phần mềm mô phỏng chuyên ngành.

Bảng 3.3: So sánh MMP thực nghiệm với các phương pháp tính tốn và dự báo

MMP thực nghiệm MMP từ mô hình PVT Mô hình 1-D slimtube

5.300 psia 7.350 psia 6.000 psia

Sai lệch 38,6 % 13,2 %

Tính toán dựa trên thiết bị thực nghiệm với độ rỗng 37,8% và thành phần dầu vỉa và khí bơm ép của giếng SDSW- 23P

1. Sai lệch do phương trình trạng thái tại điều kiện tiếp xúc tĩnh giữa bề mặt hai pha.

2. Sử dụng thành phần dầu-khí đại diện cho vỉa (SD-2X)

1. Sai lệch do đã hiệu chỉnh lại độ rỗng của mô hình slimtube về với điều kiện thực tế mỏ, trung bình 30% 2. Sử dụng thành phần dầu- khí đại diện cho vỉa (SD- 2X)

Các kết quả đánh giá sai số của các phương pháp xác định MMP đã chứng minh việc sử dụng mô hình mô phỏng thủy động lực học slimtube có thể tính toán và dự báo chính xác được điểm MMP với các điều kiện thực tế của mỏ. Kết quả cũng chứng minh hiệu quả nâng cao hệ số thu hồi dầu của cơ chế bơm ép trộn lẫn với các cơ chế bơm ép gần trộn lần và không trộn lẫn.

Kết quả cũng chỉ ra các hạn chế của việc tính tốn MMP chỉ sử dụng mơ hình PVT. Quan trọng hơn, nghiên cứu đã xây dựng được quy trình mô phỏng và khẳng định tính đúng đắn về phương pháp luận, các thuật toán tính tốn mơ phỏng mơ hình slimtube để dự báo điểm MMP cho các mỏ dầu khí với các nguồn khí bơm ép khác nhau, đặc biệt có thể áp dụng được cho Mioxen Sư Tử Đen.

Lựa chọn nguồn khí và giải pháp bơm ép khí cho Mioxen Sư Tử Đen

Mô hình slimtube mô phỏng lại thực nghiệm đã được xây dựng và khớp với kết quả đo MMP từ thực nghiệm và hệ chất lưu của giếng SDSW-23P. Do độ rỗng của thực nghiệm slimtube là 37,8 %, độ thấm 6.000 mD không đúng với thực tế mỏ và sử dụng hệ chất lưu SDSW-23P cũng không đại diện cho chất lưu vỉa. Nên để có thể mô phỏng và dự báo chính xác điểm MMP với thực tế Mioxen Sử Tử Đen, mô hình slimtube đã được hiệu chỉnh lại hệ chất lưu vỉa và độ rỗng-độ thấm theo thông

Thành phần hydrocarbon vỉa của Mioxen Sư Tử Đen

Đặc tính dầu tại điều kiện vỉa

Trạng thái khai thác các giếng