Thành phần của khí bơm ép cho thực nghiệm xác định- 123docz.net

3.1.2. Thiết bị Slimtube thực nghiệm

Độ dài cột cát sand-packed (m): 12,19 Đường kính trong (mm): 3,68

Vật liệu cát nhồi: Quartz

Độ rỗng của cột slimtube (%): 37,10

Tổng thể thích của lỗ rỗng (PV, cm3): 80,41 Độ thấm (mD): 6.000 mD

Thí nghiệm tìm áp suất trộn lẫn (MMP) là thí nghiệm cơ bản cho quá trình áp dụng giải pháp bơm ép luân phiên nước-khí vào vỉa. MMP là điểm áp suất tối thiểu để khí bơm ép có thể trộn lẫn với dầu vỉa. Cơ chế trộn lẫn hoàn toàn sẽ mang lại hiệu suất thu hồi dầu cao nhất cho vỉa chứa. Thí nghiệm này được áp dụng trên thiết bị Slimtube.

Trước khi bắt đầu cho thí nghiệm bơm ép khí hydrocarbon, cột slimtube được làm sạch, sấy khô và xác định khối lượng.

Lượng mẫu dầu đáy giếng (bottomhole oil sample): 1PV được bơm vào cột cát sand-packed với áp suất trên áp suất bão hòa của dầu và được giữ ở nhiệt độ vỉa để ổn định. Áp suất bơm đẩy xác định cho thực nghiệm được duy trì trong 24 giờ. Thí nghiệm được tiến hành tại các cấp áp suất đẩy khí khác nhau: 8.000 psia; 7.000 psia; 6.000 psia; 5.000 psia; 4.000 psia; 3.000 psia. Khí hydrocarbon được bơm ép với tốc độ chậm vào slimtube với lưu lượng ban đầu 6 cm3/giờ trong 5 giờ, toàn bộ hệ thống được giữ ở nhiệt độ vỉa. Tốc độ bơm ép sau đó được tăng lên 8 cm3/h và duy trì đến hết quá trình thử nghiệm. Tổng thể tích bơm ép khí qua cột slimtube là 1,4 PV.

Các mẫu chất lưu thu được trong quá trình thực nghiệm được đưa về điều kiện phòng, sau đó được tách riêng ra hai pha dầu và khí. Thể tích và tính chất của pha khí và pha dầu tại đầu ra được xác định liên tục trong quá trình thực nghiệm. Cuối của quá trình bơm đẩy, slimtube được đẩy hết chất lưu còn trong mẫu và xác định lại khối lượng.

Kết quả đo MMP với các cấp áp suất đẩy được trình bày trong hình 3.1 và kết quả tính toán điểm MMP được đưa ra trong bảng 3.2 và hình 3.2.

Hình 3.1: Kết quả đo MMP với các cấp áp suất đẩy khí

Nhìn tổng thể các kết quả trên hình 3.1 cho thấy rằng, áp suất bơm ép càng cao thì hiệu suất thu hồi dầu càng cao. Tại áp suất 3.000 psia thì thu hồi dầu khoảng 51%, còn tại áp suất tại 8.000 psia và 7.000 psia thì thu hồi dầu đạt gần 100%. Với kết quả này thể hiện rất rõ là bơm ép trộn lẫn đạt hiệu quả thu hồi rất cao so với bơm ép gần trộn lẫn và không trộn lẫn. Các áp suất bơm ép trên 5.000 psia thì thu hồi dầu càng cao, nên để tính toán và chính xác điểm MMP cần phải thực hiện rất nhiều thực nghiệm. Để tính tốn điểm áp śt tới thiểu trộn lẫn có thể sử dụng phương pháp như trong hình 3.2. Kết quả phân tích và đánh giá đã chỉ ra với áp suất trên 5.300 psia thì quá trình bơm ép khí là quá trình trộn lẫn, dưới 5.300 psia thì là quá trình gần trộn lẫn và không trộn lẫn.

3.1.3. Hạn chế của thực nghiệm khi áp dụng điểm MMP cho tồn mỏ

Hệ thớng thực nghiệm xác định MMP trong phòng thí nghiệm được xây dựng trên điều kiện nhiệt độ và áp suất vỉa nhưng khi tiến hành thực nghiệm thì dòng chảy trong slimtube thực nghiệm chỉ chịu ảnh hưởng của các thông số vỉa cố định trong toàn bộ quá trình tiến hành thực nghiệm. Thiết bị này không thể mô phỏng được sự thay đổi về quá trình trộn lẫn/gần trộn lẫn/không trộn lẫn theo diện và theo chiều dài của slimtube. Đơn thuần là xác định MMP qua việc xác định hệ số thu hồi dầu từ thực nghiệm và lượng dầu/khí nhận được của quá trình đã xảy ra hiện tượng trộn lẫn và không trộn lẫn. Kết quả đưa ra điểm MMP là 5.300 psia cao hơn áp suất vỉa ban đầu khoảng 2.500 psia nên việc bơm ép để duy trì và nâng áp suất vỉa của Mioxen Sư Tử Đen lên trên điểm MMP để bơm ép trộn lẫn là điều không thể.

Thành phần của hệ chất lưu vỉa và thành phần phần khí bơm ép là sử dụng của giếng SDSW-23P cũng không phải là thành phần chất lưu đại diện hoàn toàn cho Mioxen Sư Tử Đen. Theo các phân tích và đánh giá các mẫu dầu/khí lấy từ quá trình thử vỉa và khai thác thì PVT và thành phần dầu của giếng SD-2X là mẫu đại điện. Mô hình thủy động lực học cũng sử dụng thông số của giếng SD-2X để mô phỏng. Ngoài ra thành phần của giếng SDSW-23P được cố định trong suốt quá trình tiến hành thực nghiệm nên sự thay đổi thành phần chất lưu trong thiết bị slimtube cũng

không thể đại diện cho quá trình thay đổi chất lưu của vỉa chứa và dòng chảy chất lưu trong slimtube cũng không thể đại diện cho dòng chảy trong vỉa.

Độ rỗng và độ thấm của thiết bị slimtube thực nghiệm là lý tưởng và được xây dựng chủ yếu trên thành phần hạt cát Quazt không đại diện cho tính chất đá vỉa nên điểm MMP từ thực nghiệm khi áp dụng vào mỏ thông thường không chính xác. Độ rỗng vỉa trung bình khoảng 30% và độ thấm vỉa trung bình là 7000 mD.

Ngoài ra, các nguồn khí hydrocarbon có thể sử dụng trong quá trình khai thác như khí đồng hành, khí khô, khí từ bình tách cấp 1, bình tách cấp 2, khí thương phẩm, khí CO2, N2 cũng không được đánh giá và so sánh. Cơ chế trộn lẫn/gần trộn lần/không trộn lần không được thể hiện trong kết quả thực nghiệm bằng phương pháp slimtube đo MMP.

Để khắc phục các vấn đề này, NCS đã xây dựng một quy trình để mô phỏng dự báo MMP trên phần mềm cho kết quả MMP chính xác và phù hợp với đối tượng nghiên cứu trầm tích của Bể Cửu Long.

1. Xây dựng mô hình PVT cho hệ chất lưu vỉa và khí bơm ép của giếng SD-2X (chất lưu đại diện cho Mioxen Sư Tử Đen)

2. Kết hợp các thuật toán của phương trình trạng thái (EOS) và hành trạng pha của chất lưu vỉa và khí bơm ép trên thành phần phân tích của giếng SD-2X để dự báo điểm MMP trên phần mềm chuyên ngành

3. Xây dựng mô hình mô phỏng lại quá trình thực nghiệm Slimtube cho Mioxen Sư Tử Đen

4. Tái lập lại kết quả thực nghiệm xác định điểm MMP để hiệu chỉnh mô hình chuẩn

5. Chạy mô hình slimtube để kiểm chứng kết quả của tính tốn trên với các điểm MMP trên mơ hình slimtube.

6. Chạy mô hình slimtube và sử dụng mô hình mô phỏng hệ chất lưu PVT để đánh giá các điểm MMP của các nguồn khí theo các cấp áp suất bơm đẩy khí.

7. Lựa chọn thành phần các nguồn khí và áp suất bơm đẩy để đánh giá hiệu quả trên mô hình toàn đối tượng Mioxen Sử Tử Đen

Mơ hình chất lưu PVT và mơ hình mơ phỏng dự báo MMP

Mơ hình mô phỏng quá trình bơm ép khí trộn lẫn có thể thực hiện với các dạng mô hình khác nhau từ đơn giản đến phức tạp. Toàn bộ mô hình mô phỏng được sử dụng trên các phần mềm chuyên ngành đang thương mại hóa trên thị trường dựa trên các công thức về phương trình trạng thái và hành trạng pha của chất lưu vỉa.

Mô hình mô phỏng slimtube có thể thực hiện trên 02 dạng mô hình theo mô hình “black oil” với chất lưu tồn tại trong vỉa được định nghĩa gồm chất dầu-nước- khí hoặc mô hình thành phầm với chất lưu tồn tại trong vỉa được định nghĩa gồm tất cả các cấu tử hydrocarbon và nước vỉa. Với mô hình thành phần thì trạng thái dầu hoặc khí được quy định bởi trạng thái pha của các cấu tử hydrocarbon trong vỉa. Trong nghiên cứu này sử dụng mô hình thành phần để mô phỏng cho slimtube và mô hình mỏ.

3.2.1. Mơ hình chất lưu PVT cho giếng SD-2X

Thành phần của giếng SD-2X được đưa vào mô hình PVT gồm các cấu từ hydrocarbon từ C1-C7+ và các khí N2, CO2 được đưa vào như trong Hình 3.3.

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 hòa trộn tối 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

Thành phần của khí bơm ép cho thực nghiệm xác định MMP

Đặc tính dầu tại điều kiện vỉa

Trạng thái khai thác các giếng