CHƯƠNG 3 TÍNH CHẤT THẤM CHỨA CỦA ĐÁ CHỨA VÀ HÓA LÝ CHẤT LƯU
3.3. Đặc điểm thủy động và quá trình thu hồi dầu từ các đới nứt nẻ
3.3.2. Đẩy dầu trong mẫu lõi đá móng granit nứt nẻ
Đặc điểm đẩy dầu trong môi trường rỗng nứt nẻ hang hốc đặc trưng cho thân dầu móng mỏ Sư Tử Đen được tác giả nghiên cứu trên các mô hình thí nghiệm xây dựng từ mẫu lõi đồng thời chứa cả các nứt nẻ lớn và vi nứt. Các mẫu đá granit được sử dụng từ đối tượng móng mỏ Sư Tử Đen trong bể Cửu Long sau khi được khôi
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 20 40 60 80 100
Áp suất mao dẫn, Bar
Bão hòa nước, %
Mic-1; 11mD - 3,4%
Mic-2; 2,1mD - 3.5%
Mac-1; 430mD - 0,9%
Mac-2; 683mD - 1,8%
phục độ dính ướt dầu-nước lấy lên từ mỏ Sư Tử Đen (ngâm mẫu trong dầu tại điều kiện nhiệt độ và áp suất vỉa với thời gian 30 ngày).
Bảng 3.1 và hình 3.11 trình bày các kết quả thí nghiệm bơm ép nước/khí trên 4 mô hình mẫu trụ lấy từ giếng SD-2X-DEV với các thông số biến đổi trong khoảng khá rộng như: độ thấm từ 120,5 mD tới 1485 mD, độ rỗng từ 3,4 tới 7,2%; tỷ phần độ rỗng nứt nẻ từ 11,7 tới 19,82%. Kết quả cho thấy lượng dầu đẩy ra khỏi hệ thống nứt nẻ và vi nứt chịu ảnh hưởng rất nhiều từ đặc tính bất đồng nhất, tỷ phần nứt nẻ, tương tác chất lưu và đá chứa, độ nhớt của chất lưu…
Bảng 3. 1. Thông số mẫu lõi và kết quả đẩy dầu (VDKVN-2008)
Số hiệu mô hình Độ thấm tuyệt đối, mD
Độ rỗng,
%
Tỷ phần của độ rỗng khe
macronứt
Độ bão hòa nước
ban đầu (Swi),%
Bơm ép nước
Độ bão hòa dầu tàn dư (Sor),%
Hệ số đẩy dầu đến thời điểm ngập nước
Hệ số đẩy dầu
cùng,cuối p.đ.v
Độ thấm tương đối của nước
ở Sor
CL-BSM-1-// 120,5 3,4 11,69 22,6 75,6 13,3 24,4 0,25
CL-BSM-2-// 970 2,8 11,81 19,15 81,0 12,7 19,0 0,29
CL-BSM-3-//-L 1284 6,8 13,46 16,65 69,2 21,3 24,4 0,42
CL-BSM-4-//-L 1485 7,2 19,82 16,07 59,6 20,7 40,4 0,56
Hình 3. 11. Hệ số thu hồi dầu bằng bơm ép nước qua mẫu trụ đơn (VDKVN-2008)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 1 2 3 4 5 6
Hệ số thu hồi dầu, %
Thể tích nước bơm ép, số lần thể tích rỗng Mẫu CL-BSM-1-//
Mẫu CL-BSM-2-//
Mẫu CL-BSM-3--//-L Mẫu CL-BSM-4-//-L
Động thái đường cong đẩy dầu bởi nước cho thấy đối với đá móng nứt nẻ có cấu trúc không gian rỗng phức tạp khác biệt với môi trường chỉ có nứt nẻ lớn bởi tỷ phần đẩy dầu chiếm phần lớn từ nứt nẻ lớn và đóng góp phần nhỏ thu hồi dầu từ các vi nứt do lực mao dẫn.
3.3.3. Phân tích động thái khai thác dầu và nước trong giếng
Các giếng khai thác trong móng STĐ thường có sản lượng dầu ban đầu rất cao [1], [12 - 14], nhiều giếng đã làm việc với lưu lượng 15.000 thùng/ngày đêm (giếng SD-3P; SD-5P; SD-6P…). Tuy nhiên, nước xuất hiện trong dòng sản phẩm sau khoảng thời gian từ 1 tới 2 năm khai thác và tác động trực tiếp tới sản lượng khai thác dầu. Đa phần các giếng phải dừng khai thác sau thời gian ngắn do nước ngập quá nhanh. Kết quả khảo sát quá trình khoan và khai thác giếng cho thấy các giếng có nhiều đới nứt nẻ sẽ có thời gian khai thác lẫn nước dài hơn so với các giếng chỉ có 1 đến 2 đới nứt nẻ. Mặc dù vậy, thống kê cho thấy các giếng chỉ có từ 1 đến 2 đới nứt nẻ chủ đạo có thể cho dòng dầu với sản lượng cao. Một khi các đới chủ đạo này bị ngập nước, gần như ngay lập tức giếng bị giảm sản lượng và nhanh chóng dừng khai thác (SD-1P; SD-3P; SD-4P và SD-5P). Theo [1], sau khi giếng bị ngập nước, phần dầu khai thác thêm thường nhỏ (3 - 7% tổng lượng dầu khai thác được của giếng). Như vậy, cùng với kết quả phân tích mẫu lõi cho thấy trong vỉa chứa có đới chuyển tiếp dầu - nước rất hẹp (1 - 2 mét trên ranh giới dầu nước) hoặc thậm chí không tồn tại đới chuyển tiếp này.
Hình 3. 12. Động thái ngập nước giếng SD-5P có 1 đới nứt nẻ [1], [14]
S D -5 P O il P ro d u c tio n
0 2 ,0 0 0 4 ,0 0 0 6 ,0 0 0 8 ,0 0 0 1 0 ,0 0 0 1 2 ,0 0 0 1 4 ,0 0 0 1 6 ,0 0 0 1 8 ,0 0 0
J a n-
0 4 J ul-0 4 D e c - 0 4 J un-
0 5 D e c - 0 5 J un-
0 6 D e c - 0 6 J un-
0 7 D e c - 0 7 J un-
0 8 D e c - D a te 0 8
Oil Rate (bopd)
0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9
WC (%)
H is to ry W C (% ) Lưu lượn g W C (%)
1/2004 12/2005 12/2008
Ngày
Lưu lượng khai thác (thùng/ngày) WC%
Hình 3. 13. Động thái ngập nước giếng SD-6P với nhiều đới nứt nẻ mạnh [1], [14]
Các nghiên cứu phân tích dòng chảy của chất lưu trong hệ thống nứt nẻ của đá móng STĐ đã cho thấy môi trường 2 độ rỗng với dấu hiệu trên biểu đồ Horner và vùng trũng thể hiện chuyển tiếp dòng chảy từ đới vi nứt vào vùng nứt nẻ lớn trước khi vào giếng khai thác. Hình 3.14 biểu diễn kết quả minh giải kết quả phục hồi áp suất sau thời gian khai thác dầu tương đối dài (4 tháng) của giếng SD-24P.
Hình 3. 14. Minh giải tài liệu khai thác giếng SD-24P[1]
SD-6P Oil Production
0 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000
Jan-04 Jul-04 Jan-05 Jul-05 Jan-06 Jul-06 Jan-07 Jul-07 Jan-08 Jul-08 Date
Oil Rate (bopd)
0 20 40 60 80 100 History
Expon Pmin Phigh WC
1/2004 1/2006 6/2008
Ngày Lưu lượn g P/a cơ sở P/a th ấp P/s cao W C
Lưu lượng khai thác (thùng/ngày) WC (%)
Mô hình hai độ rỗng Kh=40.000mDft S=-3
Lưu lượng dầu
Áp suất đáy giếng Áp suất
Đạo hàm áp suất
Phục hồi áp suất áp suất trên
đường Horner
3.3.4. Cơ chế khai thác dầu trong đối tượng móng nứt nẻ
Dầu đã và đang được khai thác từ đá móng granit nứt nẻ với những những đặc trưng riêng biệt. Những chất của đá chứa với hai hệ thống lỗ rỗng: nứt nẻ lớn và đới vi nứt nẻ là yếu tố chính tạo ra sự khác biệt so với đối tượng cát kết chứa dầu truyền thống. Sau thời gian dài theo dõi và phân tích, những cơ chế thu hồi dầu trong đối tượng móng đã được tổng kết và đánh giá. Một trong những đặc trưng chính của đá móng granit nứt nẻ là các giếng khai thác cho sản lượng rất cao ở thời kỳ đầu, nhưng sẽ giảm rất nhanh kể từ khi giếng bị ngập nước [2]. Đặc trưng này thể hiện độ thấm của hệ thống nứt nẻ lớn đã chiếm ưu thế hơn nhiều so với hệ thống vi nứt nẻ, nơi chứa dầu chủ yếu trong đá móng. Ngoài ra, dầu còn được đẩy ra khỏi các đới vi nứt nẻ do tác động của lực mao dẫn, giãn nở của dầu khí và độ nén của không gian rỗng.
Trong thời kỳ đầu của quá trình khai thác dầu, độ nén tổng cộng của cả hệ chất lưu và đá chứa đã đóng vai trò chính của cơ chế giãn áp tự nhiên. Đối với đá chứa granit nứt nẻ, thực tế khai thác cho thấy độ nén của dầu và khí có tầm quan trọng đặc biệt do các đới vi nứt chứa dầu chủ yếu nhưng lại có độ thấm rất thấp [89].
Trong điều kiện không có tác động của nước bên ngoài như móng Bạch Hổ, Rạng Đông hoặc Cá Ngừ Vàng, vỉa chứa thường được khai thác bằng giãn áp tự nhiên từ áp suất vỉa tới gần với áp suất bão hòa (SĐCN mỏ Bạch hổ - 2007). Trong trường hợp có nước bên ngoài hỗ trợ mạnh như móng mỏ Sư Tử Đen/Vàng, quá trình giãn áp tự nhiên và cơ chế đẩy dầu ra khỏi các đới vi nứt nẻ phụ thuộc nhiều vào mạng lưới giếng và chế độ khai thác dầu. Tránh hiện tượng ranh giới nước-dầu dâng lên quá nhanh và không đều, làm ngập các đới vi nứt nẻ chứa dầu trong khi áp suất vỉa còn lớn hơn nhiều so với áp suất bão hòa khí.
Trong khi thực hiện khai thác dầu bằng giãn áp tự nhiên, nếu áp suất giảm xuống tới áp suất bão hòa khí cục bộ tại một số vị trí ở phần cao của thân dầu hoặc gần giếng khai thác. Khí bắt đầu thành tạo trong thân dầu với những hạt nhỏ và đóng vai trò hạt nhân. Do có độ linh động lớn, giảm áp nhanh nên khí xuất hiện tại hệ thống nứt nẻ lớn trước so với các đới vi nứt. Bọt khí nhanh chóng phát triển cho
đến khi vượt quá giá trị bão hòa khí tới hạn để có thể di chuyển được. Trong khi đó, khí cũng bắt đầu tách khỏi dầu trong đới vi nứt nẻ. Lúc đầu, lượng khí lớn dần nhưng vẫn chưa tới điểm tới hạn, một lượng nhỏ dầu bị bọt khí đẩy ra khỏi hệ thống vi nứt vào hệ thống nứt nẻ lớn. Tuy nhiên, do chịu ảnh hưởng lớn từ sự giảm áp của hệ thống nứt nẻ lớn nên các bọt khí trong vi nứt tiếp xúc với nứt nẻ lớn sẽ phát triển nhanh chóng. Như vậy, giá trị bão hòa khí tới hạn của cả 2 hệ thống nứt nẻ trong đá móng có ý nghĩa rất quan trọng và quyết định tới khả năng thu hồi dầu khi phát sinh khí cục bộ.
Ngay sau khi áp suất vỉa giảm gần tới áp suất bão hòa dầu, nếu vỉa chứa không có hỗ trợ năng lượng từ nước đáy, thân dầu sẽ được tiến hành bơm ép nước duy trì áp suất vỉa với sơ đồ tạo vùng nước đáy nhân tạo. Dầu từ các đối tượng móng nứt nẻ tiếp tục được khai thác bằng bơm ép nước hoặc có sự hỗ trợ của nước đáy.
Do có độ thấm rất lớn và thể tích nhỏ, không gian rỗng của hệ thống nứt nẻ lớn nhanh chóng được nước chiếm chỗ và đẩy dầu lên phía trên tới giếng khai thác.
Đồng thời, lượng nước này sẽ vượt qua và nhấn chìm các đới vi nứt nẻ từ theo hướng từ dưới lên trên theo ranh giới dầu nước và chia khoảng dầu trong đới nứt nẻ từ đáy thân dầu tới khoảng khai thác của giếng khoan sẽ được chia thành 2 phần:
- Khoảng vỉa dưới ranh giới dầu nước, dầu vẫn được đẩy khỏi đới vi nứt nhờ lực mao dẫn hoặc bị cuốn theo do lực nhớt do dòng chảy của nước. Thực tế cho thấy lượng dầu từ khoảng vỉa này được khai thác với tốc độ chậm và số lượng rất ít.
- Khoảng vỉa trên ranh giới dầu nước với bão hòa dầu ban đầu nên giếng tiếp tục khai thác dòng dầu không lẫn nước cho tới khi nước bắt đầu vào trong giếng. Tùy thuộc vào bề dày cũng như thể tích lỗ rỗng của đới nứt nẻ lớn mà động thái ngập nước của giếng sẽ được thể hiện với cường độ ngập nước và thời gian lưỡi nước xâm nhập hoàn toàn vào giếng.
Đa phần các giếng đều có cường độ ngập nước rất cao và thời gian tới lúc phải dừng khai thác ngắn [1], [12]. Kết quả theo dõi một số giếng khai thác với lưu lượng giảm ngay sau khi có nước vào và trường hợp không thay đổi lưu lượng chất lưu, cho thấy lượng dầu thu hồi thêm có lượng chênh lệch không lớn lắm.
Như vậy, sau quá trình khai thác thân dầu với ảnh hưởng của nước đáy hoặc bơm ép duy trì áp suất vỉa, một lượng dầu tương đối lớn bị bẫy lại trong các đới vi nứt nẻ. Cả hệ số quét trong đới nứt nẻ và hệ số đẩy dầu trong đới vi nứt đều có những ảnh hưởng nhất định tới lượng dầu thu hồi, đồng thời làm phân mảnh các đới chứa dầu bằng những nón nước cục bộ không đồng đều trên ranh giới dầu nước.
Sau thời gian dài điều hành khai thác và quản lý mỏ cho thấy hệ số thu hồi dầu của đối tượng móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Đen thấp hơn (so với móng Bạch Hổ) sau khi bơm ép nước và điều chỉnh khai thác phù hợp với sự hỗ trợ năng lượng của nước đáy. Nhìn chung, đặc tính công nghệ mỏ cho thấy phần phía trên của thân dầu móng thường có độ thấm rất cao [1], [13], [16]. Kết hợp với độ thấm tốt của các đới nứt nẻ lớn theo đứt gãy, bức tranh sau khi thực hiện khai thác thứ cấp cho thấy nước vỉa và nước bơm ép đã tràn ngập phần nứt nẻ lớn và vào giếng khai thác. Trong khi đó dầu trong các đới vi nứt mới chỉ được khai thác một phần sau khi nước quét qua.
Hình 3. 15. Cơ chế khai thác dầu trong đá móng
a) Bắt đầu khai thác b) Khai thác được thời gian t1 c) Khai thác được thời gian t2>t1 d) Thời điểm giếng bị ngập nước
a) b) c) d)
3.3.5. Đánh giá nhận xét
Số liệu thực nghiệm cho thấy đặc điểm cấu trúc và sự phân bố không gian rỗng có vai trò đặc biệt quan trọng đối với quá trình đẩy dầu trong đá móng nứt nẻ.
Do mức độ bất đồng nhất cao nên hiệu quả đẩy dầu trong trường hợp mẫu tồn tại cả nứt nẻ lớn và vi nứt luôn thấp hơn một cách đáng kể so với các mẫu chứa chủ yếu lỗ rỗng của các nứt nẻ lớn.
Động thái đẩy dầu trong các mẫu chủ yếu chứa không gian rỗng từ các đới nứt nẻ lớn sẽ có thời gian khai thác rất ngắn sau khi đã có nước và kết quả là lượng dầu đẩy ra sau thời điểm ngập nước chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ so với tổng lượng dầu thu hồi. Như vậy mặt phân cách dầu-nước trong trường hợp này tương đối ổn định, phẳng và thể hiện bơm đẩy kiểu piston.
Quá trình đẩy dầu bởi nước còn chịu ảnh hưởng rất lớn của trọng lực (phân dị tỷ trọng của chất lưu trong hệ thống thủy động học. Thực tế khai thác cũng như thí nghiệm đều cho thấy bơm ép nước vào phần đáy thân dầu [77], [87] hoặc thí nghiệm bơm đẩy dầu từ dưới lên trên sẽ có thời gian khai thác không có nước lâu hơn, và lượng dầu thu hồi cao hơn so với bơm ép theo phương ngang.
Số liệu hệ số đẩy dầu theo thể tích nước bơm ép cho thấy dầu vẫn tiếp tục bị đẩy ra ngay cả khi bơm đẩy với thể tích lên tới 20 lần thể tích rỗng. Các mẫu có lỗ rỗng vi nứt chiếm càng nhiều thì lượng dầu gia tăng này càng lớn, có mẫu bơm đẩy tăng được đến 5%. Tuy nhiên mức độ gia tăng chậm, phụ thuộc tốc độ bơm nước và tốn nhiều thời gian. Hiện tượng này chứng tỏ hiệu ứng mao dẫn đã xảy ra tại các đới vi nứt khi mặt tiếp xúc dầu-nước đã vượt lên trong đới nứt nẻ lớn.
Thí nghiệm bơm đẩy dầu bởi khí cũng đã được tiến hành trên 4 mẫu trụ, tồn tại cả dạng nứt nẻ lớn và vi nứt với mô hình đẩy khí theo phương thẳng đứng và chiều từ trên xuống. Kết quả cho thấy hiệu quả đẩy dầu kém hơn so với đẩy dầu bởi nước và khí chỉ đẩy được dầu từ các đới nứt nẻ lớn, ít hoặc không đẩy được dầu từ các đới vi nứt nẻ. Như vậy, do khí có độ linh động cao, không dính ướt đối với đá nên khí dễ dàng chiếm chỗ dầu trong các đới nứt nẻ lớn và nhanh chóng tạo thành kênh dẫn riêng. Hiệu ứng mao dẫn không thể được phát huy do pha dính ướt là dầu và nước nên khí chỉ tiếp xúc với dầu mà không đẩy dầu được ra khỏi đới vi nứt nẻ.