CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN KỸ THUẬT NÂNG CAO HỆ SỐ THU HỒI DẦU
1.2. Phân loại các biện pháp NCHSTHD
1.2.3. Nhóm phương pháp khí trộn lẫn
Bơm ép khí trong NCHSTHD là một trong những phương pháp được áp dụng thực tế sớm nhất. Đầu những năm 50 của thế kỷ trước, bơm ép hỗn hợp khí hóa lỏng (LPG) đã được áp dụng thành công [22]. Tuy nhiên hiệu quả kinh tế còn chưa cao do giá thành của khí hóa lỏng lớn. Đến giai đoạn khủng hoảng về giá dầu mỏ (1970), phương pháp khí càng được khẳng định tính hiệu quả cả về kinh tế và kỹ thuật thu hồi dầu thêm từ các vỉa đã hoàn thành khai thác thứ cấp. Cũng trong thời gian này, khí CO2 đã được lựa chọn sau hàng loạt các thử nghiệm bơm ép các loại khí khác nhau như khí tự nhiên, khí hóa lỏng, nitơ, khói nhà máy công nghiệp...
Trong điều kiện vỉa, hai chất lưu được xác định là trộn lẫn nếu giữa chúng không có ranh giới phân chia pha. Bởi vậy các chất khí bơm ép sẽ trộn lẫn vào trong dầu vỉa và làm thay đổi tính chất của dầu trước khi bị đẩy về phía giếng khai thác.
Cơ chế thu hồi thêm dầu của bơm ép trộn lẫn bao gồm: hòa tan, làm dầu bay hơi hoặc ngưng tụ… dẫn tới làm giảm độ nhớt dầu; làm trương nở dầu; đặc biệt là khả năng chiết xuất các thành phần trung bình và nặng ở trong dầu tàn dư.
1.2.3.1. Mô tả phương pháp bơm ép khí trộn lẫn
Trong quá trình khai thác thứ cấp bằng bơm ép nước, hệ số đẩy dầu thường rất nhỏ, vào khoảng 30-50%. Phần dầu bẫy lại sau khi nước quét qua, tùy thuộc vào độ
dính ướt mà có thể bị cô lập thành các giọt, dạng dây dài hoặc các vòng tròn lớn nhỏ. Khi đó, độ thấm hiệu dụng của dầu bị giảm xuống rất mạnh dẫn tới dầu không di chuyển nữa mặc dù nước vẫn tiếp tục được quét qua. Lượng dầu bị bẫy lại này có thể tiếp tục được khai thác bằng cách áp dụng quá trình đẩy dầu trộn lẫn, theo đó tác nhân bơm ép sẽ trộn lẫn với dầu ở ranh giới phân chia pha và làm giảm sức căng bề mặt và cải thiện dòng chảy của dầu trong môi trường vỉa chứa. Bơm ép trộn lẫn được áp dụng tốt cho các vỉa dầu nhẹ với độ nhớt nhỏ hơn 3,0cP.
Hình vẽ 1.9 biểu diễn sơ đồ đơn giản nhất của quá trình bơm ép khí trộn lẫn với thể tích khí nhất định được bơm vào vỉa và tạo ra đới trộn lẫn cũng như đới dầu được dồn về phía giếng khai thác. Trong trường hợp bơm ép khí trộn lẫn được sử dụng sau khi bơm ép nước, khí bơm ép còn phải đẩy một lượng nước đủ lớn ra khỏi môi trường rỗng để có thể tiếp xúc được với dầu tàn dư và tạo thành hỗn hợp một pha tại đới trộn lẫn. Khí tiếp tục được bơm vào và trộn lẫn dầu tàn dư, đồng thời dồn đẩy làm cho đới dầu tăng dần lên trong khi thể tích đới chuyển tiếp tương đối ổn định. Do tính liên tục của quá trình trộn lẫn và đẩy, dầu tàn dư có thể được khai thác với hiệu suất rất cao, đạt 90 - 100%.
Hình 1. 9. Sơ đồ bơm ép khí trộn lẫn (Theo DOE – 2006)
Trong thực tế, khí bơm ép trộn lẫn với dầu thường có giá thành rất cao, bởi vậy kích thước nút khí trộn lẫn này thường được thiết kế tương đối nhỏ để giảm giá
Giếng bơm ép Giếng khai thác
Nút Nitơ Vùng
trộn lẫn Vùng
dầu Lượng dầu
thu hồi thêm
Vùng dầu điều kiện vỉa ban đầu
thành. Khi đó, lượng khí đẩy sau thường được thay bằng chất lưu có giá thành thấp hơn như nước hoặc khí mê tan, nitơ do có áp suất trộn lẫn lớn. Nước được dùng trong đa số trường hợp (Hình 1.10) do có độ linh động thấp hơn đới trộn lẫn, đồng thời có khả năng cải thiện hệ số quét.
Hình 1. 10. Sơ đồ bơm ép khí-nước luân phiên (Theo DOE-2006) 1.2.3.2. Tiêu chí đánh giá lựa chọn
Nhìn chung phương pháp bơm ép khí trộn lẫn rất thích hợp cho dầu có độ nhớt thấp và đã được áp dụng thực tế cho rất nhiều loại vỉa chứa, từ phẳng và mỏng cho tới nghiêng và dầy. Có 2 yếu tố chính tác động đến phương pháp:
Hệ số độ nhớt có thể tạo ra các kênh dẫn hoặc ranh giới đẩy dầu phức tạp
Tỷ trọng của chất lỏng đẩy và dầu vỉa khác nhau gây ra sự phân tách theo lực trọng trường. Trong trường hợp xấu, khí bơm ép có xu hướng chuyển dịch lên phần trên của vỉa
Thực tế cho thấy các vỉa cát mỏng được xen kẹp bởi những thấu kính sét sẽ hạn chế được phân dị theo lực trọng trường và tạo điều kiện tiếp xúc tốt hơn giữa chất lưu bơm ép và dầu vỉa.
i) Với cơ chế trộn lẫn trực tiếp
Như đã trình bày ở trên, cơ chế trộn lẫn trực tiếp được thực hiện với nút bơm ép có thể tích từ 5% tới 25% thể tích rỗng, sau đó nút này sẽ được đẩy đi trong vỉa
bơm épNước
Giếng bơm ép Giếng khai thác
CO2 Nước CO2 Vùng
trộn lẫn Vùng dầu
Lượng dầu thu hồi thêm Dầu ở điều kiên vỉa
ban đầu
bởi khí khô. Thuận lợi của cơ chế này là mức độ trộn lẫn của LPG với dầu vỉa rất cao ở điều kiện áp suất thấp. Mặc dù vậy, các vỉa chứa có mức độ bất đồng nhất cao về độ thấm, đặc biệt là vỉa nứt nẻ, nếu áp dụng cơ chế này sẽ gặp nhiều rủi ro.
ii) Với cơ chế khí làm bay hơi thành phần trung bình của dầu vỉa
Trong thực tế, cơ chế bay hơi thường được thực hiện với khí khô hoặc khí thương phẩm bơm liên tục vào vỉa. Cũng có một số trường hợp bơm với nút khoảng 50% thể tích rỗng, sau đó bơm đẩy nút bằng khí trơ. Kết quả thực tế khảo sát điểm MMP của khí khô vào trong dầu vỉa thường rất lớn (trên 5.500psig) [56], [63], do vậy vỉa chứa phải đảm bảo đủ chiều sâu để vỉa có thể đáp ứng được áp suất này.
Nếu sử dụng khí Nitơ hoặc khí thải (khói) với MMP còn lớn hơn nhiều nữa. Các điều kiện bất đồng nhất cao của vỉa hoặc nứt nẻ sẽ làm cho hiệu quả của tiếp xúc giữa khí bơm ép và dầu giảm đi đáng kể. Để có thể phát huy tối đa cơ chế bay hơi, dầu vỉa cần phải có độ nhớt thấp dưới 3,0cP và hàm lượng các thành phần trung bình cao. Khi đó, dầu có tỷ trọng tương đối nhẹ (trên 40oAPI) nên hiện tượng phân tách theo lực trọng trường có thể được hạn chế.
iii) Cơ chế ngưng tụ khí
Cơ chế ngưng tụ khí hoàn toàn thích hợp với dầu vỉa có độ nhớt thấp (nhỏ hơn 5,0cP) và tỷ trọng trên 30oAPI, chủ yếu nhằm hạn chế các tác động về phân tách pha và chênh lệch độ nhớt giữa pha đẩy và dầu. Điều kiện vỉa chứa cũng giống như các cơ chế bơm ép khí trộn lẫn: yêu cầu độ sâu phải đủ lớn, thích hợp với giá trị MMP cao và đặc biệt là mức độ bất đồng nhất thấp, không có những đới thấm cao.