Chúng ta có thể chia vỉa chứa cơ bản thành 3 vùng chính như hình 4.5
Vùng (1) là vùng giếng khoan, cận giếng khoan hay vùng thuộc điều kiện nội biên.
Vùng (2) là vùng chứa chất lưu hay gọi là mô hình vỉa cơ sở Vùng (3) là vùng thuộc điều kiện biên ngoài
4.2.1.1 Điều kiện nội biên
Vùng thuộc điều kiện nội biên thường chịu ảnh hưởng của hiệu ứng tích chứa giếng khoan (wellbore storage) và hiệu ứng skin.
Giếng xuyên qua toàn vỉa, thể tích lòng giếng không đáng kể. Tuy nhiên đối với giếng hoàn thiện và giếng xử lý thì phải tính đến cả dòng chảy nội biên.
- Kênh dẫn thẳng đứng vô tận: đối với giếng nứt vỉa thủy lực, khe nứt biểu thị các mặt thẳng đứng, với giếng ở trung tâm không có giảm áp giữa đầu mút của khe nứt với giếng. Điều này làm thay đổi dòng chảy xung quanh giếng, từ chảy tia sang chảy tầng.
- Kênh dẫn thẳng đứng hữu hạn: Khi giảm áp từ đầu của khe nứt tới giếng không thể bỏ qua thì khe nứt được coi là có chiều dày và độ thấm hữu hạn. Trước đây, mô hình này biểu thị chảy lưỡng tầng, trong đó đồng tồn tại hai dòng chảy, một từ vỉa vào khe nứt thẳng góc với mặt phẳng khe nứt, còn dòng kia từ khe nứt vào giếng.
- Giếng ngang: Giếng khoan được khoan nhằm gia tăng lưu lượng, bắt gặp các khe nứt tự nhiên và giảm nguy cơ tạo thành côn nước hoặc khí. Việc bố trí giếng này là giảm thay đổi hình dạng dòng chảy xung quanh giếng dẫn đến dòng tia và có thể có thể cả dòng chảy tầng.
4.2.1.2 Mô hình vỉa cơ sở
Là mô hình của colecto ở bên ngoài giếng và các hiệu ứng của biên ngoài. Người ta phân ra các mô hình cơ sở sau:
-Mô hình vỉa đồng nhất: Vỉa có độ rỗng và độ thấm đồng đều trong không
gian. Đây là mô hình thường được dùng trong việc phân tích các số liệu về áp suất và lưu lượng. Nó là mô hình đơn giản nhất được nghiên cứu trước tiên. Mô hình vỉa đồng nhất là mô hình chấp nhận giả thiết: vỉa là môi trường rỗng vô hạn có độ thấm k, độ rỗng không đổi đồng nhất và đều có chiều dày h, vỉa được bão hòa bằng một pha lỏng có độ nhớt µ và độ nén c không thay đổi.
-Mô hình 2 độ rỗng: Vỉa gồm 2 môi trường rỗng đồng nhất. Một có độ thấm
tương đối lớn và độ rỗng nhỏ, đó là hệ thống khen nứt tự nhiên. Còn môi trường thứ hai có độ thấm nhỏ nhưng có độ rỗng lớn, đó là hệ thống khung đá. Mô hình này
cũng thể hiện hai lớp với độ thấm trái ngược nhau. Đây là mô hình phức tạp rất khó để mô tả được mối tương quan giữa áp suất, thời gian và lưu lượng.
Dòng chảy tới giếng của mô hình chỉ theo hệ thống khe nứt ngoài ra nó còn đảm nhận dòng từ hệ matrix. Mô hình phản hồi được biểu thị bằng số hạng không thứ nguyên của áp suất PD:
P =kh(P −P )
141,2qμB (4.1)
Và thời gian không thứ nguyên tD:
t = 0,000264kt
∅μc r (4.2)
Trong đó t tính bằng giờ.
Ngoài ra còn hai thông số bổ trợ ω và λ.
ω biểu thị khả năng lưu giữ của khe nứt như là tỷ phần trong tổng khả năng lưu giữ của hệ thống (hệ số rỗng):
ω= (∅c)
(∅c) + (∅c) (4.3)
Trong đó: f = khe nứt (fracture), m = matrix
λ là thông số cho biết mức độ dễ dàng lưu thông của chất lưu giữa matrix và khe nứt (hệ số thấm) λ = αk k r (4.4) Trong đó: kf : Độ thấm của khe nứt km: Độ thấm của matrix
α: Hệ số hình học liên quan đến đế hình dạng và kích thước của khối matrix. Có hai kiểu mô hình độ rỗng kép phụ thuộc và tương tác giữa matrix và hệ thống khe nứt. Kiểu thứ nhất là kiểu mô hình chảy trạng thái bán ổn định giữa các lỗ hổng, bỏ qua gradien áp suất trong matrix. Kiểu thứ hai là mô hình chảy chuyển tiếp giữa các lỗ hổng có tính đến gradient áp suất trong matrix. Hình 4.6 thể hiện phản hồi áp suất bắt nguồn từ hai kiểu mô hình trên.
Hình 4.6: Đồ thị đối với dòng chảy trạng thái bán ốn định và chuyển tiếp trong lỗ
hổng [1]
-Mô hình vỉa nhiều lớp: Vỉa gồm nhiều lớp, mỗi lớp là đồng nhất và không
đổi nhưng có tính chất riêng biệt. Các lớp này liên thông trong các giếng nhưng có thể không có dòng xuyên qua trong vỉa.
Hình 4.7: Mô hình vỉa nhiều lớp [9]
Hình 4.7, ví dụ đơn giản cho mô hình vỉa hai lớp, cả hai lớp cung cấp chất lưu cho giếng khoan, lớp dưới cũng cung cấp chất lưu cho lớp trên.
Sự bất đồng nhất theo mặt cắt của các lớp là một đặc tính chung của rất nhiều vỉa. Việc xác định các tính chất của lớp riêng rẽ và xem nó ảnh hưởng như thế nào đối với hiệu suất vỉa là nhiệm vụ quan trọng của kỹ sư vỉa. Mục này mô tả 2 mô
hình được dùng để phân tích áp suất và lưu lượng chuyển tiếp đối với các vỉa nhiều lớp.
Hai mô hình gồm n lớp khác biệt nhưng có chiều dày không đổi và đồng nhất là hj, độ rỗng j, độ thấm kj, trong đó j là lớp thứ j trong vỉa. Tất cả các lớp được bão hòa bằng một pha có độ nén c không đổi và độ nhớt µ. Tất cả các lớp đều là giếng thẳng đứng bán kính rw xuyên qua giếng khai thác với lưu lượng q không đổi.
Ta xét hai mô hình: Mô hình thứ nhất chấp nhận dòng chảy xuyên qua các lớp được gọi là mô hình dòng xuyên. Mô hình thứ hai giả thiết là các lớp chỉ thông với nhau ở giếng gọi là mô hình phân lớp.
Phản hồi của mô hình được thể hiện qua các thông số không thứ nguyên như sau:
P = kh(P −P )
141,2qμB (4.5) t =0,000264(kh) . t
(∅h) μc r (4.6)
Tỷ số giữa khả năng chảy của một lớp riêng rẽ và tổng khả năng chảy của vỉa Kj được định nghĩa như sau:
K = (kh)
(kh) (4.7)
Tỷ số giữ độ rỗng của một lớp riêng rẽ và tổng độ rỗng theo chiều dày của vỉa ωj được định nghĩa như sau:
ω = (h)
(h) (4.8)
λj là thông số thể hiện sự liên thông giữa các vỉa được định nghĩa như sau:
λ = k h / r (kh) (4.9) Với k h / = 1 h k + h k (4.10)
Trong đó kv là độ thấm thẳng đứng của lớp j. Nếu λj=0 thì không có liên thông giữa lớp j và j+1. Nếu λj=0 đối với tất cả giá trị của j thì mô hình dòng xuyên chuyển thành mô hình hỗn hợp.
- Mô hình vỉa có biên hữu hạn: Mỗi vỉa được chia ra thành nhiều khoảnh và
được khai thác bằng nhiều giếng khoan chỉ được ra trên hình 4.8a. Sự phân bố áp suất xung quanh giếng ở 4 khoảng thời gian sau khi khai thác, chế độ không ổn định, hình 4.8b.
Hình 4.8a: Suy thoái áp suất vỉa điều kiên trạng thái bán ổn định, vỉa chia làm
bốn khoảnh 1, 2, 3, 4 [1]
Hình 4.8b: Sự phân bố áp suất xung quanh giếng ở 4 khoảng thời gian sau khi
khai thác, chế độ không ổn định [1]
- Mô hình vỉa nhiều vòng: Vỉa có nhiều vòng đồng tâm có độ thấm hữu hiệu khác nhau xung quanh giếng bơm ép. Đó là hiệu ứng của vòng chất lưu, vùng chuyển tiếp và vòng khuếch tán của chất lưu. Việc bơm ép chất lưu (nước, khí)
nhằm gia tăng hệ số thu hồi là phương pháp thông dụng trong khai thác dầu khí. Việc bơm nước vào các hệ tầng chứa dầu tạo ra trắc diện bão hòa xung quanh giếng phản ánh qua đặc trưng về độ thấm tương đối của hệ tầng. Ngay sau khi bơm ép nước bắt đầu đã hình thành một đới hình trụ có độ bão hòa nước cao xung quanh giếng.Tiếp đó là đới chuyển tiếp với độ bão hòa nước giảm dần.Hình 4.9 là sơ đồ phân bố chất lưu xung quanh giếng bơm ép.
Hình 4.9: Mô hình vỉa nhiều vòng [6]
Chú giải: Trong hình 4.9: Water bank: đới nước, Transition bank (water and oil): đới chuyển tiếp (nước và dầu), Oil bank: đới dầu.
Đây được coi là mô hình vỉa hỗn hợp gồm hai đới là đới dầu và đới nước với giả thiết là hình thành một font tương tự như thay thế kiểu pitông. Có thể dùng mô hình hỗn hợp hoặc mô hình số để nghiên cứu vỉa nhiều vòng. Mô hình này được dùng chủ yếu trong thiết kế và phân tích các số liệu áp suất và lưu lượng chuyển tiếp từ các giếng bơm ép và khảo sát giảm áp.
4.2.1.3 Điều kiện biên ngoài
Một vỉa chứa có thể có biên vô hạn hay hữu hạn. Một vỉa chứa gọi là có biên vô hạn có thể là nó có diện tích rất lớn hoặc sự liên thông chất lưu được mở rộng. Một vỉa chứa có biên hữu hạn khi sự liên thông chất lưu trong vỉa chứa bị giới hạn do bị chặn bởi đứt gãy, vát nhọn hay bị bao bọc bởi các giếng khác xung quanh. Đặc trưng của hệ hữu hạn là áp suất cố định ở bên ngoài.
Ứng với ba vùng của vỉa chứa, sự suy thoái áp suất trong quá trình khai thác có thể chia thành ba khoảng thời gian (sớm, giữa và muộn) cùng với nó là 3 trạng thái chảy (chuyển tiếp, hậu chuyển tiếp và bán ổn định), hình 4.10.
Hình 4.10: Phân chia các giai đoạn thời gian [1]
(a): Lưu lượng khai thác cố định
(b): Khoảng thời gian tương ứng với suy thoái áp suất lòng giếng
(1) - Khoảng thời gian sớm: là giai đoạn tương ứng với dòng chảy chuyển tiếp, khoảng thời gian này thuộc vùng điều kiện nội biên, tại vùng này có sự thay đổi của áp suất vỉa ở những nơi gần giếng nhất. Do vậy nó sẽ chịu ảnh hưởng của sự nhiễm bẩn thành hệ (hệ số skin) và hiện tượng tích chứa giếng khoan (wellbore storage) cho nên trong giai đoạn này thường không cho ta đường thẳng trên đồ thị Horner cũng như đường cong đạo hàm áp suất.
(2) - Khoảng thời gian giữa: là giai đoạn ứng với dòng chảy hậu chuyển tiếp, tại đây áp suất thay đổi theo khoảng cách từ giếng vào bên trong vỉa chưa chịu ảnh hưởng của biên. Dòng chảy của chất lưu sẽ xác định trong giai đoạn này (từ đường cong đạo hàm áp suất), những thông số của vỉa chứa.
(3) - Khoảng thời gian muộn: là giai đoạn ứng với dòng chảy bán ổn định (điều kiện biên ngoài), trong vùng này sự thay đổi của áp suất chịu ảnh hưởng của biên hoặc của sự giao thoa với các giếng khác xung quanh do vậy trong khoảng thời gian này sẽ không thu được đường thẳng trên đồ thị.