5.3. Mô phỏng và đánh giá phương pháp bơm ép trộn lẫn khí CO 2
5.3.2. Khai thác tam cấp bằng Bơm ép CO 2 trộn lẫn
Từ kết quả nghiên cứu bơm ép đẩy dầu qua mẫu lõi, kết hợp với phân tích, đánh giá các cơ chế khai thác dầu trong thân dầu móng granit nứt nẻ, sơ đồ thiết kế bơm ép CO2 từ nóc vỉa và khai thác lựa chọn các vùng dầu theo chiều sâu (hình 5.13) đã được lựa chọn sử dụng cho mô hình mô phỏng.
0
5000000 10000000 15000000 20000000 25000000 30000000
0 5000 10000 15000 20000 25000
01-2007 10-2009 07-2012 04-2015 12-2017 09-2020 06-2023
Lượng dầu khai thác cộng dồn( thùng)
Lưu lượng khai thác hàng ngày (thùng/ngày)
Thời gian
Lưu lượng đã khai thác Lưu lượng khai thác dự báo P10 Lưu lượng khai thác dự báo P50 Lưu lượng khai thác dự báo P90 Lượng dầu khai thác cộng dồn
Lượng dầu khai thác cộng dồn dự báo P10 Lượng dầu khai thác cộng dồn dự báo P50
Hình 5. 13. Thiết kế bơm ép CO2từ nóc móng và khai thác dầu lựa chọn theo chiều sâu
Sau khi khớp lịch sử khai thác, mô hình độ rỗng kép và mô phỏng thành phần chất lưu cho thấy mặt ranh giới dầu-nước đã dâng lên rất cao theo các đới dập vỡ và nứt nẻ mạnh, đồng thời lượng dầu còn bị bẫy lại tương đối lớn trong các đới vi nứt.
(hình 5.14). Trong khi đó, áp suất vỉa tương đối ổn định ở 3300psia, tức là đã thấp hơn giá trị áp suất trộn lẫn nhỏ nhất, nhưng vẫn lớn hơn nhiều so với áp suất bão hòa khí. Cho đến khi bắt đầu bơm ép CO2 vào nóc vỉa móng, thể tích dầu còn lại sau quá trình khai thác sơ cấp trên 400 triệu thùng, nhưng phân bố phân tán do xem kẽ với các đới bị nước chảy qua. Lượng nước xâm nhập được tập trung vào những vùng nứt nẻ mạnh, làm cách ly các đới vi nứt chứa dầu khỏi hệ thống nứt nẻ vào giếng khai thác.
Hình 5. 14. Phân bố bão hòa dầu trong các nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen (1/1/20120)
Hình 5. 15. Phân bố bão hòa dầu trong các nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen sau bơm ép CO2
(bắt đầu trộn lẫn)
Hình 5. 16. Phân bố bão hòa dầu trong các nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen sau bơm ép CO2
(bắt đầu tạo nút dầu)
Hình 5. 17. Phân bố bão hòa dầu trong các nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen sau bơm ép CO2
(kết thúc khai thác)
Sơ đồ bơm ép CO2 được thực hiện liên tục, thời gian đầu chủ yếu để tạo áp suất vỉa tăng dầu cho đến khi đạt tới giá trị áp suất trộn lẫn nhỏ nhất, CO2 hòa tan vào các vùng nước, đẩy lượng nước này xuống phía dưới và CO2tăng dần diện tích tiếp xúc với những vùng dầu bị bẫy lại. Do chưa ở điều kiện trộn lẫn nên CO2
không tạo được đới dầu mà chỉ tồn tại xen kẽ trong các đới nứt nẻ lớn (hình 5.14).
Lưu lượng bơm CO2 ở thể lỏng được thiết kế tổng cộng tương đương 20 ngàn thùng/ngày từ 4 giếng bơm ép: 3 giếng cho vùng Tây Nam và 1 giếng cho vùng Đông Bắc (SD-24P). Chiều sâu bơm ép được điều chỉnh từ 2500m tới 2700mTVD.
Như vậy, lượng CO2 bơm ép đều tập trung từ giàn WHP-A và vùng vỉa được áp dụng chỉ tập trung vào vùng trung tâm và khu vực giếng SD-3X nơi có độ liên thông tốt. Áp suất trung bình vỉa đạt tới giá trị trộn lẫn khi đã bơm được 0,3 lần thể tích rỗng. Bắt đầu từ thời điểm này, CO2 tiếp xúc với dầu trong các đới vi nứt theo cơ chế tiếp xúc nhiều lần, làm trương nở dầu và dồn dầu thành đới với độ dày tăng dần lên. Bằng thiết bị lòng giếng có thể điều chỉnh được khoảng khai thác, các giếng sẽ tiến hành mở vỉa đúng vào các đới dầu và khai thác lượng dầu đã được CO2 dồn xuống (hình 5.16). Lưu lượng khai thác dầu cũng cần phải điều chỉnh hợp lý, tránh làm phát sinh các nón CO2 đánh thủng vào giếng khai thác. Khi đới dầu di chuyển xuống vượt quá độ sâu khai thác, các khoảng mở vỉa sẽ được đóng lại và điều chỉnh xuống phía dưới sâu hơn để tiếp tục đón đới dầu mới do CO2 liên tục được bơm ép vào phần phía trên. Từ mô hình cho thấy với chiều dày khoảng 1000m, các giếng có thể khai thác từ 3 đới dầu do CO2 tạo ra. Các hình từ 5.14-5.16 biểu diễn quá trình tạo đới dầu và các vị trí được thiết kế cho khai thác.
Hình 5. 18. Kết quả dự báo mô phỏng khai thác của đối tượng móng Đông Bắc STĐ
0 5000000 10000000 15000000 20000000 25000000 30000000 35000000 40000000
0 5000 10000 15000 20000 25000
1/18/2007 10/14/2009 7/10/2012 4/6/2015 12/31/2017 9/26/2020 6/23/2023
Sản lượng khai thác cộng dồn (thùng)
Lưu lượng khai thác, thùng/ngày
Thời gian
Lưu lượng đã khai thác, thùng/ngày Lưu lượng dầu khai thác bằng bơm ép CO2 Lưu lượng khai thác theo phương án cơ sở Sản lượng cộng dồn đã khai thác
Sản lượng cộng dồn bằng bơm ép CO2 Sản lượng cộng dồn phương án cơ sở
Hình 5. 19. Kết quả dự báo mô phỏng khai thác của đối tượng Tây Nam STĐ Kết thúc quá trình khai thác dầu, trên cơ sở mô hình dự báo khai thác tam cấp, lượng CO2 bơm liên tục vào móng đạt 120 triệu m3(theo điều kiện vỉa và chưa tính lượng CO2 khai thác lên cùng với dầu). Lượng dầu thu được từ quá trình bơm CO2
đạt 202,5 triệu thùng, tương đương hệ số thu hồi 33,34% OIP và lượng dầu tăng thêm so với phương án cơ sở 74,8 triệu thùng.
Mô hình độ rỗng kép đã thể hiện tốt những đới xâm nhập cục bộ của CO2 khi lượng bơm ép CO2 hoặc khai thác dầu tăng lên. Thực tế cho thấy các đới nứt nẻ mạnh, cho dòng lớn đã có sự vọt sớm của CO2do có độ linh động rất tốt và tỷ trọng tương đương với dầu vỉa có trộn lẫn CO2.
0
20000000 40000000 60000000 80000000 100000000 120000000 140000000 160000000 180000000
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000
10/6/2003 7/2/2006 3/28/2009 12/23/2011 9/18/2014 6/14/2017 3/10/2020 12/5/2022
Sản lượng khai thác cộng dồn(thùng)
Lưu lượng khai thác, thùng/ngày
Thời gian
Lưu lượng dầu đã khai thác Lưu lượng khai thác bằng phương pháp bơm ép CO2
Lưu lượng khai thác theo phương án cơ sở Lượng dầu đã khai thác cộng dồn
Lượng dầu thu hồi theo phương án cơ sở Lượng dầu thu hồi cộng dồn bằng bơm ép CO2
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận
1. Việc áp dụng biện pháp NCHSTHD cho đối tượng móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen được đặt ra hết sức cấp bách khi sản lượng khai thác dầu đã giảm tới ngưỡng khai thác có hiệu quả kinh tế. Trong khi đó, các kết quả đánh giá và phân tích động thái khai thác cho rằng lượng dầu tàn dư sau quá trình khai thác sơ cấp của thân dầu còn quá nhiều. Các biện pháp NCSHTHD đã được áp dụng thực tế tại nhiều mỏ dầu trên thế giới với các khả năng chính: Cải thiện hệ số quét dầu theo thể tích; và tăng hiệu quả đẩy dầu bởi chất lưu bơm ép. Phương pháp bơm ép CO2 đang được sử dụng nhiều nhất do có được cả 2 khả năng đẩy và quét, đồng thời đã được chứng minh là phù hợp với hầu hết các loại dầu từ dầu nặng tới condensat và mức độ gia tăng hệ số thu hồi dầu cao.
2. Đối tượng chứa dầu trong đá móng granit nứt nẻ có không gian rỗng rất phức tạp, bao gồm hai phần chính: các đới vi nứt nẻ chứa dầu và các đới nứt nẻ lớn cho phép dòng chảy của chất lưu đi từ vỉa vào trong giếng khai thác. Như vậy, dòng chảy chất lưu (dầu, nước) trong hệ thống nứt nẻ thuộc hệ thống “Hai độ rỗng-một độ thấm”. Dầu được khai thác sơ cấp với các cơ chế: nước đẩy dầu trong hệ thống nứt nẻ, dầu trong hệ thống vi nứt được khai thác nhờ lực mao dẫn.
3. Giải pháp bơm ép CO2 trộn lẫn được đánh giá là hoàn toàn phù hợp với những đặc tính tự nhiên của đối tượng móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen như: chiều sâu lớn, nhiệt độ cao, dầu tương đối nhẹ và có độ nhớt thấp. CO2đi vào thân dầu móng mỏ Sư Tử Đen trong điều kiện áp suất trên MMP = 3950 psia sẽ tạo ra các cơ chế đẩy dầu: làm trương nở dầu dẫn tới làm thay đổi giá trị bão hòa dầu trong hệ thống kênh rỗng, tăng độ thấm hiệu dụng của dầu; làm giảm độ nhớt của dầu vỉa; và làm giảm tỷ trọng của dầu.
4. Kết quả thí nghiệm đẩy dầu trong đá móng nứt nẻ cho thấy bơm ép nước có hệ số đẩy dầu không cao và phụ thuộc vào tốc độ đẩy dầu bởi nước. Ngay sau khi kết thúc quá trình bơm ép nước, việc áp dụng bơm ép CO2 trộn lẫn theo chiều từ
trên xuống dưới sẽ có hiệu quả đẩy dầu rất tốt. Động thái đẩy dầu ra khỏi mẫu chứng tỏ dầu được đẩy khỏi hệ thống vi nứt do trương nở và giảm sức căng bề mặt;
dầu được dồn thành đới dầu trong nứt nẻ, di chuyển dần xuống phía dưới với ảnh hưởng của hiệu ứng phân ly trọng lực của hệ thống chất lưu trong thân dầu.
5. Các kết quả thử nghiệm mô phỏng và đánh giá sơ bộ khả năng khai thác dầu tam cấp bằng bơm ép CO2 cho cả đối tượng móng nứt nẻ Sư Tử Đen khi áp dụng sơ đồ bơm ép liên tục với mô hình từ nóc móng xuống đáy vỉa và chỉ sử dụng số giếng hiện có cho thấy:
Vùng Đông Bắc có lượng dầu tăng 9,3 triệu thùng (tương đương 6,2%
dầu tại chỗ )so với dự báo năm 2011.
Vùng Tây nam có lượng dầu tăng 65,5 triệu thùng( tương đương 13,1% dầu tại chỗ) so với dự báo năm 2011.
Lượng CO2có thể tàng trữ trong móng STĐ đạt 45 tỷ m3 góp phần bảo vệ môi trường.
Kiến nghị
- Tiếp tục nghiên cứu đánh giá khả năng áp dụng của phương pháp bơm ép CO2 có tính đến hiệu quả kinh tế và đầu tư. Đánh giá chính xác hiện trạng khai thác của đối tượng móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen, đặc biệt là giá trị áp suất mỏ hiện tại đang nhỏ hơn áp suất trộn lẫn và đặc tính chất lưu thay đổi sau thời gian dài khai thác.
- Nghiên cứu và đề xuất giải pháp xác định lượng dầu còn bẫy lại sau giai đoạn khai thác sơ cấp và thứ cấp đối với móng granit nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen. Tham số dầu tàn dư có tầm quan trọng rất lớn đối với bất kỳ một dự án NCHSTHD. Trong khi đó, hệ thống thấm chứa của đá móng granit rất phức tạp, hệ số thu hồi dầu của móng mỏ Sư Tử Đen thấp nên yêu cầu tìm mọi biện pháp gia tăng hệ số thu hồi.
- Thiết kế chi tiết cho giai đoạn thử nghiệm công nghiệp quy mô nhỏ trên mỏ với diện tích của khối SD-3X và giếng SD-24P (tương đương khối SD-D trong cấu tạo móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen). Khu vực này có thể
tích rất phù hợp cho một nghiên cứu thử nghiệm với 29 triệu thùng dầu tại chỗ và 5 thân giếng khoan. Trên cơ sở kết quả thử nghiệm trên diện tích mỏ, tiếp tục hoàn thiện sơ đồ bơm ép CO2 trộn lẫn cho khai thác tam cấp đối tượng móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen và của cả bể Cửu Long.
- Khảo sát nguồn CO2 phù hợp, tập trung vào lĩnh vực: (i)khí thải nhà máy công nghiệp như nhà máy điện chạy khí, than; nhà máy xi măng;
nhà máy luyện kim… và (ii) các mỏ dầu khí có hàm lượng CO2 cao ở các vùng mỏ lân cận. Tiến tới xây dựng mô hình đánh giá hiệu quả kinh tế cho từng kịch bản phát triển dự án cụ thể bao gồm các đối tượng trong một mỏ hoặc kết hợp các cụm mỏ với các yêu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng cho vận chuyển CO2; những thay đổi, hiệu chỉnh hệ thống khai thác - thu gom - vận chuyển dầu khi có CO2trong dòng sản phẩm.v.v...
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
1. Le Xuan Lan, Nguyen Hai An (2007), “Enhance oil recovery by cacbone dioxide flooding”. Proceeding of the International symposium Hanoi Geoengineering.
2. Nguyễn Hải An và nnk (2008), “Nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy nhiệt động lực cho đối tượng móng nứt nẻ mỏ Bạch Hổ”, Tạp chí Dầu khí, Số 4, Trang 33-36.
3. Nguyễn Hải An và nnk (2008),Nghiên cứu đánh giá và đề xuất công nghệ khai thác dầu trong đá móng mỏ Sư Tử Đen, Đề tài NCKH cấp ngành.
4. Kawahara. Y, Nguyen Hai An, et. al (2009), “Comprehensive CO2 EOR study – Study on Applicability of CO2 EOR to block 15-2, Offshore Vietnam, Rang Dong Field – part I Laboratory Study”,Petrovietnam Journal, Vol 6, pp 44-51.
5. Nguyễn Hải An, Lê Xuân Lân (2009), Khảo sát cơ chế trộn lẫn CO2 với dầu thô tầng móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen trong điều kiện vỉa, Đề tài NCKH cấp trường.
6. Nguyễn Hải An và nnk (2009),Nghiên cứu tối ưu quỹ đạo và phương án hoàn thiện giếng khai thác/bơm ép áp dụng cho thân dầu móng nứt nẻ mỏ Bạch Hổ, Đề tài NCKH cấp ngành.
7. Nguyễn Hải An, Lê Xuân Lân (2010), “Ứng dụng phương trình trạng thái (EOS) trong mô hình hóa đặc tính dầu vỉa móng Sư Tử Đen và dự báo áp suất trộn lẫn nhỏ nhất khi bơm ép CO2”, Tuyển tập báo cáo hội nghị khoa học và công nghệ quốc tế, Tập Đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam.
8. Nguyễn Hữu Trung, Nguyễn Hải An và nnk (2010), “ Bơm ép CO2gia tăng thu hồi dầu khí cho bể Cửu Long”, Tuyển tập báo cáo hội nghị khoa học và công nghệ quốc tế, Tập Đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam.
9. Nguyen Hai An and Le Xuan Lan (2010), “Combination of underground CO2
storage and increased oil recovery in SuTuDen-SW fractured basement reservoir”.Proceeding of the International symposium Hanoi Geoengineering.
10. Nguyễn Hải An, Lê Xuân Lân (2010), Mô phỏng khai thác dầu bằng phương pháp bơm ép CO2 trộn lẫn, áp dụng cho khối SD-D đối tượng móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen, Đề tài NCKH cấp trường.
11. Nguyen Hai An (2010), Building Hydrodynamical (3D Reservoir simulation) Model Basement of NamRong-DoiMoi Structure, Applied study for Vietsovpetro.
12. Nguyễn Hải An, Lê Xuân Lân và nnk (2011), “Kết hợp chôn vùi CO2cùng với việc nâng cao hệ số thu hồi dầu tại tầng móng nứt nẻ Tây Nam-Sư Tử Đen”, Tạp chí KHKT Mỏ-Địa chất, Số 34, Trang 3-8.
13. Nguyễn Hải An, Nguyễn Hoàng Đức và nnk (2011), “Ứng dụng của công nghệ Nano trong công nghiệp Dầu khí”, Tạp chí KHKT Mỏ-Địa chất, Số 34, Trang 60-65.
14. Nguyễn Hải An và nnk (2011), Cập nhật mô hình mô phỏng khai thác cụm mỏ KimLong-ÁcQuỷ-CáVoi theo các số liệu thỏa thuận khung (HOA FEED), Đề tài NCKH cấp ngành.
15. Nguyen Hai An, et. al (2010), Building a dual-porosity/dual-permeability reservoir models for the Ca Ngu Vang naturally fractured basement reservoir, Applied study for Hoan Vu JOC.