Khả năng sinh dầu khí của các tầng đá mẹ cho thấy, dầu khí trong bể Cửu Long cũng như trong mỏ Y được sinh ra chủ yếu từ 2 tầng đá mẹ chính: Oligoxen trên và Oligoxen dưới + Eoxen?. Đây là các tập đá trầm tích nằm ở phần dưới của lát cắt trầm tích, nên chúng chịu sự tác động của yếu tố cổ địa nhiệt trong quá trình lịch sử phát triển địa chất. Thời điểm sinh dầu của tầng đá mẹ Oligoxen dưới + Eoxen? bắt đầu từ Mioxen sớm song cường độ sinh dầu mạnh và giải phóng dầu ra khỏi đá mẹ lại xảy ra vào cuối Mioxen giữa, đầu Mioxen muộn tới ngày nay. Riêng tầng đá mẹ Oligoxen trên thì xảy ra bắt đầu từ cuối Mioxen. Sau khi dầu được sinh ra, chúng được di chuyển từ các tập đá mẹ vào các tập đá chứa bằng các con đường khác nhau và theo các hướng khác nhau. Con đường mà dầu di chuyển có thể là các tập hạt thô tiếp xúc trực tiếp với các tập sét sinh dầu hoặc dọc theo các đứt gãy kiến tạo có vai trò như kênh dẫn. Trên đường di chuyển dầu có thể được giữ lại và trở thành những tích tụ hydrocarbon nếu tại đó tồn tại yếu tố chắn kín trong bẫy chứa, ngược lại chúng bị phân tán và thoát đi.
Theo lịch sử phát triển địa chất của bể, về cơ bản các dạng bẫy đã được hình thành vào giai đoạn tạo rift và đầu giai đoạn sau tạo rift (Mioxen sớm), sớm hơn thời gian dầu khí bắt đầu được sinh. Như vậy, điều kiện rất thuận lợi là khi dầu sinh ra từ các tầng sinh thì các bẫy đã sẵn sàng tiếp nhận.
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH THỬ VỈA 3.1 Giới thiệu chung
Thử vỉa là phương pháp đánh giá tầng chứa và đặc tính chất lưu bằng cách thu thập và phân tích lưu lượng dòng chảy, dữ liệu áp suất và mẫu chất lưu. Từ đó tính toán được một số các thông số vỉa, xác định tiềm năng khai thác của vỉa. Cho phép quản lý vỉa một cách tổng quát và đề xuất những phương án thích hợp cho công tác đầu tư và khai thác mỏ.
Thử vỉa giúp xác định các loại chất lưu chảy trong thành hệ và khả năng cũng như tốc độ chảy của chúng. Mục đích của thử vỉa bao gồm:
- Đánh giá tầng chứa: Để đi tới quyết định làm thế nào khai thác tốt nhất
một vỉa chứa ta cần biết kích thước, các thuộc tính và khả năng cho dòng của vỉa. Vì thế cần phải xác định được độ dẫn tầng chứa (kh), áp suất vỉa chứa ban đầu (Pi), và các giới hạn của tầng chứa. Đồng thời, phải lấy mẫu chất lưu để xác định tính chất lý hóa của chúng trong phòng thí nghiệm. Cần nghiên cứu điều kiện vùng cận đáy giếng để đánh giá hiệu suất của giếng có bị chi phối bởi hệ số skin và hệ số tích luỹ giếng khoan hay không.
- Mô tả tầng chứa: Các thành hệ địa chất chứa dầu, khí, nước thường phức
tạp và có thể chứa nhiều loại đá, nhiều bề mặt phân lớp địa tầng, nhiều đứt gãy, nhiều màng ngăn (barriers). Một trong những đặc điểm này cũng làm ảnh hưởng đến động thái của áp suất tức thời trong phạm vi đo đạc, và hầu hết đều tác động đến hiệu suất tầng chứa. Sử dụng phân tích thử vỉa trong mô tả tầng chứa là công cụ hỗ trợ to lớn khi dự báo hiệu suất tầng chứa.
- Quản lý tầng chứa: Hiệu suất và điều kiện của giếng phải được giám sát
trong suốt đời sống của mỏ, theo dõi áp suất vỉa trung bình hữu ích cho việc cải tiến các dự báo trước đó về hiệu suất tầng chứa trong tương lai. Bằng việc theo dõi điều kiện của các giếng, cho phép đề xuất biện pháp sửa chữa hay cải thiện giếng thích hợp.
3.1.1 Phạm vi ứng dụng của công tác thử vỉa
Thử vỉa giếng dầu khí đươc thực hiện ở nhiều giai đoạn khác nhau từ thăm dò, thẩm lượng đến phát triển mỏ, mục đích của thử vỉa trong mỗi giai đoạn cũng khác nhau, thay đổi theo yêu cầu của dữ liệu cần phải thu thập. Việc thiết kế, tiến hành và minh giải thử vỉa sẽ khác nhau trong từng trường hợp.
Thử vỉa trong giếng thăm dò hoặc thẩm lượng: Chủ yếu được tiến hành để đánh giá khả năng tồn tại các phát hiện hydrocarbon như là các mỏ dầu hoặc khí có
giá trị thương mại. Vì thế các mục đích chính là xác định khả năng cho dòng của giếng (deliverability - kh/µ); xác định sự tồn tại của hệ số “skin”; xác định thuộc tính của mẫu chất lưu lấy từ tầng chứa; và xác định giới hạn hình học của vỉa chứa.
Thử vỉa trong mỏ đã phát triển (giếng đang khai thác): Mục đích chính là tối ưu hoá công nghệ mỏ và hiệu suất của các giếng, thu thập dữ liệu cho mô hình vỉa chứa. Nhiệm vụ là để xác định áp suất vỉa trung bình, xác định hệ số skin, kiểm tra hiệu suất vỉa sau khi xử lý (xử lý axít, nứt vỉa thủy lực,…), kiểm tra sự tương tác giữa các giếng trong vỉa.
3.1.2 Các phương pháp thử vỉa
Có nhiều phương pháp thử vỉa, từ đơn giản đến phức tạp. Việc chọn phương pháp thử vỉa bị chi phối bởi mục đích của thử vỉa, lợi ích và các giới hạn thực tế. Sau đây là định nghĩa của các phương pháp thử vỉa:
3.1.2.1 Thử vỉa giảm áp (Drawdown Test)
Thử vỉa giảm áp thực hiện bằng cách cho mở một giếng đang đóng ở trạng thái tĩnh và ổn định (Hình 3.1). Đối với mục đích của việc phân tích truyền thống thì lưu lượng dòng được đề nghị là không đổi. Nhiều kỹ thuật phân tích truyền thống bắt nguồn từ việc sử dụng thử vỉa giảm áp, xem nó như nền tảng cho phân tích thử vỉa. Tuy nhiên, trong thực tế thử vỉa giảm áp gặp phải những khó khăn sau:
- Dòng chảy trong giếng khó duy trì ở lưu lượng không đổi, thậm chí sau khi ổn định.
- Điều kiện giếng ban đầu không thể tĩnh hoặc ổn định, đặc biệt đối với giếng mới khoan hoặc có giai đoạn chảy trước đó.
Thử vỉa giảm áp là phương pháp kiểm tra giới hạn tầng chứa tốt, do thời gian đòi hỏi để quan sát ảnh hưởng của một ranh giới dài, nên sự dao động của lưu lượng trong lúc vận hành trở nên ít quan trọng hơn.
3.1.2.2 Thử vỉa hồi áp (Buildup test)
Thử vỉa hồi áp thực hiện bằng cách đóng một giếng đang chảy và đo áp suất phục hồi ở đáy giếng. (Hình 3.2).
Thuận lợi thực sự của thử vỉa hồi áp là dễ dàng đạt được điều kiện lưu lượng không đổi (khi lưu lượng bằng không). Thử vỉa hồi áp cũng có những bất lợi sau:
- Khó khăn để khai thác ở lưu lượng không đổi trước khi đóng giếng (shut- in). Cụ thể là cần một thời gian đóng giếng ngắn để thả dụng cụ đo áp suất vào trong giếng;
Hình 3.1. Thử vỉa giảm áp Hình 3.2. Thử vỉa hồi áp
3.1.2.3 Thử vỉa bơm ép (Injection test)
Về lý thuyết thử vỉa bơm ép tương tự như thử vỉa giảm áp, điều khác biệt là dòng chảy vào thay vì chảy ra khỏi giếng (Hình 3.3).
Lưu lượng bơm ép thường được kiểm soát dễ dàng hơn lưu lượng khai thác, tuy nhiên việc phân tích kết quả thử vỉa phức tạp do các tác động đa pha, nếu chất lưu được bơm ép không giống với chất lưu trong vỉa chứa ban đầu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.1.2.4 Thử vỉa hạ áp trong giếng bơm ép (Falloff test)
Phương pháp này được tiến hành trong giếng bơm ép, về lý thuyết nó tương tự như thử vỉa hồi áp. Một giếng bơm ép được đóng và phản hồi áp suất ở đáy giếng được ghi lại như một hàm theo thời gian. Việc phân tích kết quả thử vỉa cũng phức tạp như thử vỉa bơm ép. (Hình 3.4)
3.1.2.5 Thử nghiệm giao thoa giữa các giếng (Interference test)
Là phương pháp theo dõi quá trình chuyển tiếp áp suất ở các giếng quan sát trong khi các giếng xung quanh vẫn sản xuất để mô phỏng sự liên hệ áp suất và dòng chảy trong vỉa. Thử nghiệm này đồng nghĩa với thử vỉa đa giếng (Multiwell test), dùng để xác định ảnh hưởng giữa các giếng trong vỉa nhằm tăng cường thu hồi dầu. Thử nghiệm giao thoa không phụ thuộc vào loại hình thay đổi áp suất ở các giếng xung quanh (Buildup, Drawdown, Injection hay Fall-off).
3.1.3 Thử vỉa trong cần khoan ( Drill Stem Test, DST)
DST (Drill strem test) là phương pháp thử vỉa phổ biến thường được tiến hành trong các giếng khoan thăm dò và thẩm lượng, khi mà vỉa chưa xác định rõ tiềm năng. Phân tích DST cho ta biết thông tin tức thời từ khoảng thử vỉa về thông tin giếng và dòng chảy.
Một phép thử DST tốt là phải được dòng chảy liên tục của chất lưu trong vỉa (dầu, khí) lên bề mặt với lưu lượng ổn định và áp suất dòng chảy trong lòng giếng được ghi nhận theo thời gian, DST còn có thể xác định lưu lượng thương mại dựa trên lượng chất lưu thu hồi và tốc độ dòng chảy. Số liệu phân tích áp suất bằng DST có thể xác định được đặc tính thành hệ và ảnh hưởng của lòng giếng.
Tất cả các số liệu có thể sử dụng để xác định tiềm năng lưu lượng của giếng, xây dựng kế hoạch hoàn thiện giếng, từ đó có thể làm giảm các ảnh hưởng xấu và làm tăng hiệu quả của giếng. Ngoài ra dữ liệu thu được từ DST giúp xây dựng và hiểu chỉnh mô hình địa chất phục vụ cho công tác phát triển mỏ.
Các bước tiến hành thử vỉa DST:
Dụng cụ DST chính bao gồm: Packer để ngăn chặn sự xâm nhập bùn khoan trong khoảng không vành xuyến tới khoảng thử vỉa,van thử giếng sâu (Tester value) dùng để giảm hiệu ứng tích chứa giếng khoan (Wellbore Storage). Ngoài ra còn có van tuần hoàn giúp cho việc gọi dòng sản phẩm hay dập giếng, các thiết bị này được thả và định vị trong lòng giếng bằng cần khoan (Drill pipe) hay ống khai thác (Tubing).
Giếng được tuần hoàn dung dịch nhẹ (như khí nito lỏng, dầu diesel, hay nước tùy thuộc vào áp suất vỉa), mà phía trên van thử giếng sâu khi mở côn trên bề mặt, do chênh áp giữa cột thủy tĩnh của dung dịch gọi dòng và áp suất vỉa, dòng chảy sẽ chảy từ vỉa vào giếng lên trên bề mặt qua các thiết bị đo lưu lượng dòng chảy (bình tách).
Một phương pháp DST thông thường bao gồm 2 giai đoạn chảy và 2 giai đoạn đóng giếng:
- Giai đoạn chảy ban đầu thường kéo dài từ 1-2 giờ, giúp làm sạch lòng giếng khỏi dung dịch khoan và đưa chất lưu từ vỉa chảy tương đối ổn định lên bề mặt. Nguyên tắc phổ biến giai đoạn này kéo dài cho đến khi khai thác được 1 thể tích dầu/khí tương đương với thể tích của bộ cần thử vỉa.
- Giai đoạn đóng giếng ban đầu, thường kéo dài gấp đôi thời gian mở giếng ban đầu hay ngắn hơn tùy thuộc vào đặc tính của vỉa và kết quả phân tích áp suất thu thập được, giai đoạn này được dùng để tính áp suất vỉa ban đầu, tất nhiên là thời gian đóng giếng phải đủ dài để vượt qua giai đoạn tích chứa giếng khoan (Wellbore Storage).
- Giai đoạn chảy chính, kéo dài từ vài giờ cho đến vài ngày, thậm chí vài tuần tùy thuộc vào mục đính của quá trình thử vỉa, lưu lượng chất lưu được giữ ổn định và lấy mẫu bề mặt.
- Giai đoạn đóng giếng chính, kéo dài thường gấp 2 lần hay ngắn hơn (dựa vào kết quả phân tích áp suất tại chỗ). So với giai đoạn mở giếng chính cho ta các số liệu áp suất tức thời và lưu lượng tuyệt đối ổn định bằng 0, để xác định thuộc tính của vỉa như: độ thấm hiệu dụng trung bình và hệ số skin. Việc ngoại suy áp suất phục hồi khi đóng giếng từ giai đoạn đóng giếng ban đầu và giai đoạn đóng giếng chính, có thể được tiến hành để xác định áp suất vỉa ban đầu.
Ngoài ra còn có giai đoạn chảy phụ cuối cùng để phục vụ công tác lấy mẫu chất lưu tại đáy giếng (cho kết quả phân tích PVT chính xác nhất).
Đồ thị thử vỉa DST:
- Đường AB biểu thị sự gia tăng của áp suất thủy tĩnh của cột bùn khoan theo chiều sâu khi thả dụng cụ DST tới điểm lắp đặt ở lòng giếng.
- Đường BC thể hiện sự suy giảm áp suất ở đáy giếng khi van mở. - Đoạn CD cho biết sự thay đổi áp suất trong giai đoạn chảy đầu.
- Tới điểm D, đóng van lại và áp suất vỉa được phục hồi. Sự phục hồi này tiến triển theo đường DE, nếu đóng giếng thời gian đủ dài, áp suất đóng giếng đầu được ghi ở điểm E.
- Đoạn EF biểu thị sự suy giảm áp suất khi van lại được mở cho chảy giai đoạn cuối. Dòng chảy giai đoạn này thể hiện bằng đoạn FG.
- Đoạn GH biểu thị đóng giếng lần 2. Khoảng thời gian thì gấp 1,5 đến 2 lần so với thời gian của giai đoạn chảy cuối. Sau đó, Packer được rút ra (điểm H), áp suất thủy tĩnh được tạo ra bởi cột dung dịch khoan và được ghi lại ở điểm I.
- Đoạn IJ biểu thị sự suy giảm áp suất khi kéo thiết bị ra khỏi giếng. 3.2 Cơ sở lý thuyết trong phân tích thử vỉa
3.2.1 Các thông số có thể thu được từ phân tích thử vỉa
- Áp suất và nhiệt độ tầng chứa. - Mẫu chất lưu.
- Độ thấm của thành hệ, k. - Hệ số skin, S.
- Độ dẫn chất lưu, kh/µ.
- Hệ số tích chứa giếng khoan, Cs. - Chỉ số khai thác, PI.
- Tính phức tạp và ranh giới của vỉa chứa. - Diện tích ảnh hưởng của giếng, A. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Khoảng cách từ giếng đến các đứt gãy, Lf.
3.2.2 Nghiên cứu dòng chảy của chất lưu trong đá 3.2.2.1 Định luật Daxi 3.2.2.1 Định luật Daxi
Định luật Daxi là phương trình đầu tiên của dòng chảy thể hiện mối tương
quan định lượng với áp suất và các tính chất của đá và chất lưu. Định luật này được áp dụng cho dòng một pha, chảy tầng (chảy phẳng). Tuy nhiên, cũng mở rộng được đối với dòng nhiều pha. Dòng chảy rối không tuân theo định luật Daxi.
Henry Daxi là một kỹ sư người Pháp. Năm 1856, ông công bố thí nghiệm của mình về hiện tượng nước chảy qua môi trường rỗng (Hình 3.6).
Hình 3.6. Sơ đồ mô phỏng thí nghiệm của Daxi[6]
Thí nghiệm của Daxi đối với môi trường rỗng độ thấm k, chiều dài L, thiết diện A. Cho nước chảy qua bình, dưới tác dụng của gradien áp suất ∆P giữa áp suất đầu vào (P1) và áp suất đầu ra (P2) ta thu được lưu lượng dòng chảy qua mẫu Q, (Hình 3.6):
= . .∆ (3.1) Mặt khác:
= . (3.2) Định luật Daxi cho rằng vận tốc của chất lưu tỷ lệ thuận với gradien áp suất, và tỷ lệ nghịch với độ nhớt của chất lưu. Đối với một hệ tuyến tính, mối quan hệ này là: = = − (3.3) Trong đó: v : Tốc độ dòng chảy, cm/s q: Lưu lượng, cm3/s A: Thiết diện, cm2 µ: Độ nhớt của chất lưu, cP k: Độ thấm, mD
Đối với trường hợp dòng chảy hướng tâm theo phương ngang (horizional radial), phương trình định luật Daxi có thể được biểu diễn như sau:
= = − (3.4) Trong đó:
qr: Lưu lượng theo thể tích tại bán kính r
Ar: Thiết diện ứng với bán kính r
: Gradient áp suất tại bán kính r v: Tốc độ biểu kiến tại bán kính r
Thiết diện tại bán kính r là diện tích bề mặt của một hình trụ. Đối với giếng bị xâm nhập hoàn toàn với chiều dày thực là h, thiết diện A đã biết bằng:
Ar = 2πrh (3.5) Định luật Daxi được áp dụng chỉ khi tồn tại các điều kiện sau:
- Dòng chảy tầng; - Dòng chảy ổn định;
- Các chất lưu không chịu nén; - Vỉa đồng nhất.
3.2.2.2 Phương trình khuếch tán
Phương trình khuếch tán là những phương trình vi phân riêng làm cơ sở để nghiên cứu dòng chảy của chất lưu trong đá. Nghiệm của các phương trình này với các điều kiện biên khác nhau giúp phân tích chế độ chảy. Để giải các phương trình