Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành kỹ thuật dầu khí, việc đánh giá sự suy giảm sản lượng khai thác là một yếu tố then chốt để tối ưu hóa phát triển mỏ và quản lý vỉa chứa. Theo ước tính, hiệu suất khai thác và hành vi sản lượng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ nhớt của chất lưu, góc nghiêng tầng chứa, độ thấm tương đối, hình dạng tầng chứa và cơ chế năng lượng vỉa. Sự suy giảm sản lượng thường được mô tả bằng các mô hình suy giảm cấp số nhân (exponential), điều hòa (harmonic) hoặc hypebolic, tuy nhiên việc áp dụng lạm dụng mô hình cấp số nhân có thể dẫn đến đánh giá thấp hệ số thu hồi dầu. Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá ảnh hưởng của độ nhớt chất lưu lên sự suy giảm sản lượng khai thác thông qua mô phỏng vỉa chứa và phân tích đường cong suy giảm (DCA), đồng thời so sánh các phương pháp phân tích như Buckley-Leverett và Welge. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi mô hình khái niệm vỉa chứa dầu nặng, sử dụng phần mềm mô phỏng ECLIPSE, với dữ liệu đầu vào từ các đặc tính vỉa chứa thực tế và các thông số chất lưu. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 01 đến tháng 07 năm 2022 tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện dự báo sản lượng, tối ưu hóa kế hoạch khai thác và nâng cao hiệu quả thu hồi dầu trong các mỏ dầu khí có đặc tính chất lưu đa dạng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết và mô hình chính:

  1. Phân tích đường cong suy giảm (Decline Curve Analysis - DCA): DCA là phương pháp phổ biến trong ngành dầu khí để dự báo sản lượng khai thác dựa trên các xu hướng suy giảm lưu lượng theo thời gian. Ba dạng đường cong chính được sử dụng gồm exponential (b=0), hyperbolic (0 < b < 1) và harmonic (b=1), được mô tả bởi phương trình Arps. Phương pháp này giúp xác định các thông số như lưu lượng ban đầu, tỷ lệ suy giảm ban đầu và số mũ suy giảm, từ đó dự báo sản lượng và trữ lượng còn lại.

  2. Lý thuyết chuyển vị Buckley-Leverett và phương pháp Welge: Đây là các mô hình phân tích dịch chuyển chất lưu trong vỉa chứa, dựa trên các phương trình dòng chảy gián đoạn và cân bằng khối lượng. Lý thuyết Buckley-Leverett mô tả sự dịch chuyển không hòa lẫn của dầu và nước trong vỉa, tính toán thời gian nước xuất hiện, hệ số thu hồi dầu và sản lượng tích lũy. Phương pháp Welge cải tiến dựa trên lý thuyết này, sử dụng đồ thị phân số dòng chảy nước để xác định thời gian ngưỡng tới hạn và tổng thể tích nước khai thác.

Các khái niệm chính bao gồm: độ nhớt chất lưu, độ thấm tương đối, góc nghiêng tầng chứa, áp suất mao dẫn, độ bão hòa nước không thể thay thế (Swir), độ bão hòa dầu dư (Sor), và các loại đường cong suy giảm.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ mô hình khái niệm vỉa chứa dầu nặng, với các đặc tính vỉa chứa như độ rỗng 25%, độ thấm tuyệt đối 1500 mD, áp suất ban đầu 7000 psi, và độ nhớt dầu 3,2 cp. Mô hình được xây dựng bằng phần mềm mô phỏng thủy động lực học ECLIPSE, chia vỉa thành lưới 50x1x10 ô, với giếng khai thác và giếng bơm ép nước đặt ở các vị trí xác định. Dữ liệu đầu vào bao gồm đặc tính đá, chất lưu, áp suất, độ thấm tương đối và lịch sử khai thác.

Phương pháp phân tích gồm:

  • Mô phỏng vỉa chứa để thu thập dữ liệu sản lượng và áp suất theo thời gian.
  • Phân tích đường cong suy giảm (DCA) dựa trên dữ liệu mô phỏng, áp dụng các mô hình Arps và Fetkovich.
  • Phân tích Buckley-Leverett và Welge để tính toán thời gian nước xuất hiện, hệ số thu hồi dầu và sản lượng tích lũy.
  • Phân tích độ nhạy với các biến số như độ nhớt dầu, góc nghiêng tầng chứa, độ thấm tương đối, và vị trí giếng (nằm ngang so với đứng).
  • So sánh kết quả mô phỏng với các phương pháp phân tích để đánh giá độ lệch và tính phù hợp.

Quá trình nghiên cứu kéo dài 7 tháng, từ tháng 01 đến tháng 07 năm 2022, với cỡ mẫu mô hình là một vỉa chứa giả định dựa trên dữ liệu thực tế và các tham số được hiệu chỉnh để khớp lịch sử khai thác.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của độ nhớt chất lưu: Khi độ nhớt dầu tăng từ 1 cp lên 3,2 cp, lưu lượng khai thác giảm rõ rệt, sản lượng tích lũy giảm khoảng 15-20%. Đường cong suy giảm chuyển từ dạng exponential sang gần dạng harmonic, cho thấy xu hướng suy giảm sản lượng chậm hơn so với giả định cấp số nhân.

  2. Tác động của góc nghiêng tầng chứa: Thay đổi góc nghiêng từ 0° đến 10° làm thay đổi thời gian nước xuất hiện trong giếng khai thác khoảng 10-15%, ảnh hưởng đến hệ số thu hồi dầu và sản lượng tích lũy. Góc nghiêng lớn hơn làm tăng khả năng dịch chuyển dầu, dẫn đến xu hướng suy giảm sản lượng hài hòa hơn.

  3. Độ thấm tương đối và các thông số liên quan: Thay đổi các giá trị krwmax và kromax ảnh hưởng đến lưu lượng nước và dầu, làm thay đổi thời gian nước xuất hiện và hệ số thu hồi dầu. Ví dụ, tăng krwmax từ 0,1 lên 0,2 làm giảm thời gian nước xuất hiện khoảng 12%, đồng thời tăng sản lượng tích lũy dầu lên 8%.

  4. So sánh phương pháp mô phỏng và Buckley-Leverett: Kết quả mô phỏng và phương pháp Buckley-Leverett có sự khác biệt do Buckley-Leverett không tính đến áp suất mao dẫn. Sự sai lệch này thể hiện rõ ở các trường hợp có áp suất mao dẫn lớn, dẫn đến dự đoán thời gian nước xuất hiện và sản lượng tích lũy không chính xác hoàn toàn. Tuy nhiên, Buckley-Leverett vẫn cung cấp ước lượng nhanh và tương đối chính xác trong các trường hợp áp suất mao dẫn thấp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự thay đổi xu hướng suy giảm sản lượng là do đặc tính chất lưu và cấu trúc tầng chứa ảnh hưởng đến cơ chế dịch chuyển dầu-nước. Độ nhớt cao làm giảm khả năng dịch chuyển dầu, kéo dài thời gian suy giảm sản lượng và làm thay đổi dạng đường cong suy giảm từ exponential sang harmonic. Góc nghiêng tầng chứa tạo ra lực trọng lực hỗ trợ dịch chuyển chất lưu, làm tăng hiệu quả thu hồi dầu.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành, kết quả phù hợp với báo cáo của các chuyên gia về ảnh hưởng của độ nhớt và góc nghiêng lên hiệu suất khai thác. Việc Buckley-Leverett không tính áp suất mao dẫn là hạn chế lớn, nhất là trong các vỉa chứa có áp suất mao dẫn đáng kể, điều này được minh họa qua sự sai lệch so với mô phỏng chi tiết.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ đường cong suy giảm sản lượng theo thời gian, biểu đồ so sánh sản lượng tích lũy giữa các độ nhớt khác nhau, và bảng so sánh thời gian nước xuất hiện giữa các phương pháp phân tích. Các biểu đồ này giúp trực quan hóa ảnh hưởng của các tham số và đánh giá độ chính xác của các phương pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng mô hình mô phỏng vỉa chứa kết hợp DCA: Khuyến nghị sử dụng mô hình mô phỏng thủy động lực học kết hợp phân tích đường cong suy giảm để dự báo sản lượng chính xác hơn, đặc biệt trong các mỏ có đặc tính chất lưu phức tạp. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng; Chủ thể: các công ty dầu khí và trung tâm nghiên cứu.

  2. Cải tiến mô hình Buckley-Leverett bằng cách tích hợp áp suất mao dẫn: Đề xuất nghiên cứu và phát triển mô hình phân tích dịch chuyển có tính đến áp suất mao dẫn để nâng cao độ chính xác dự báo. Thời gian thực hiện: 12 tháng; Chủ thể: viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành dầu khí.

  3. Phân tích độ nhạy thường xuyên với các tham số vỉa chứa: Thực hiện các phân tích độ nhạy định kỳ với các biến số như độ nhớt, góc nghiêng, độ thấm tương đối để cập nhật kế hoạch khai thác phù hợp với điều kiện thực tế. Thời gian thực hiện: hàng năm; Chủ thể: kỹ sư khai thác và quản lý mỏ.

  4. Đào tạo và nâng cao năng lực cho kỹ sư dầu khí về các phương pháp phân tích hiện đại: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về mô phỏng vỉa chứa và phân tích đường cong suy giảm để nâng cao năng lực dự báo và quản lý vỉa. Thời gian thực hiện: 3-6 tháng; Chủ thể: các trường đại học và công ty dầu khí.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư khai thác dầu khí: Nắm bắt các phương pháp phân tích suy giảm sản lượng và mô phỏng vỉa chứa để tối ưu hóa kế hoạch khai thác và nâng cao hiệu quả thu hồi dầu.

  2. Nhà quản lý dự án dầu khí: Sử dụng kết quả nghiên cứu để đánh giá rủi ro và hiệu quả tài chính của các dự án khai thác, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hợp lý.

  3. Nhà nghiên cứu và giảng viên chuyên ngành kỹ thuật dầu khí: Tham khảo các mô hình lý thuyết và phương pháp phân tích hiện đại để phát triển nghiên cứu sâu hơn và giảng dạy.

  4. Các công ty phần mềm mô phỏng dầu khí: Áp dụng các kết quả và phân tích độ nhạy để cải tiến thuật toán mô phỏng, nâng cao tính chính xác và ứng dụng thực tế của phần mềm.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phân tích đường cong suy giảm (DCA) là gì và tại sao quan trọng?
    DCA là phương pháp dự báo sản lượng khai thác dựa trên xu hướng suy giảm lưu lượng theo thời gian. Nó giúp xác định trữ lượng còn lại và lập kế hoạch khai thác hiệu quả. Ví dụ, DCA giúp dự báo sản lượng trong 5-10 năm tiếp theo dựa trên dữ liệu hiện tại.

  2. Tại sao mô hình Buckley-Leverett không hoàn toàn chính xác?
    Mô hình này không tính đến áp suất mao dẫn, một yếu tố quan trọng trong các vỉa chứa có áp suất mao dẫn lớn, dẫn đến sai lệch trong dự báo thời gian nước xuất hiện và sản lượng tích lũy. Mô phỏng chi tiết thường cho kết quả chính xác hơn.

  3. Độ nhớt của dầu ảnh hưởng thế nào đến sản lượng khai thác?
    Độ nhớt cao làm giảm khả năng dịch chuyển dầu, kéo dài thời gian suy giảm sản lượng và làm thay đổi dạng đường cong suy giảm từ exponential sang harmonic, ảnh hưởng đến hiệu quả thu hồi dầu.

  4. Góc nghiêng tầng chứa có vai trò gì trong khai thác?
    Góc nghiêng tạo ra lực trọng lực hỗ trợ dịch chuyển chất lưu, làm tăng hiệu quả thu hồi dầu và thay đổi xu hướng suy giảm sản lượng, giúp dự báo chính xác hơn.

  5. Làm thế nào để lựa chọn phương pháp phân tích phù hợp cho từng mỏ?
    Cần xem xét đặc tính vỉa chứa, chất lưu, dữ liệu có sẵn và mục tiêu khai thác. Mô phỏng vỉa chứa phù hợp với các mỏ phức tạp, trong khi DCA và Buckley-Leverett thích hợp cho phân tích nhanh và dự báo sơ bộ.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã chứng minh độ nhớt chất lưu và góc nghiêng tầng chứa là các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự suy giảm sản lượng khai thác.
  • Phương pháp mô phỏng vỉa chứa kết hợp phân tích đường cong suy giảm cung cấp dự báo chính xác hơn so với phương pháp phân tích đơn lẻ.
  • Buckley-Leverett là công cụ phân tích nhanh nhưng có hạn chế do không tính áp suất mao dẫn, cần được cải tiến.
  • Phân tích độ nhạy giúp hiểu rõ ảnh hưởng của các tham số vỉa chứa và hỗ trợ tối ưu hóa kế hoạch khai thác.
  • Đề xuất tiếp tục nghiên cứu tích hợp áp suất mao dẫn vào mô hình phân tích và đào tạo nâng cao năng lực kỹ sư khai thác.

Next steps: Triển khai áp dụng mô hình mô phỏng kết hợp DCA trong các dự án thực tế, phát triển mô hình Buckley-Leverett cải tiến, và tổ chức đào tạo chuyên sâu cho đội ngũ kỹ sư.

Call-to-action: Các đơn vị nghiên cứu và doanh nghiệp dầu khí nên phối hợp để áp dụng kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả khai thác và quản lý vỉa chứa.