Tổng quan nghiên cứu

Hiệu quả kinh tế trong khai thác dầu khí phụ thuộc chặt chẽ vào lưu lượng hydrocacbon thu hồi được từ các vỉa dầu khí. Việc đánh giá và dự báo động thái của vỉa cũng như giếng khai thác đóng vai trò then chốt trong việc tối ưu hóa sản lượng và quản lý mỏ. Mỏ X, được khai thác từ tháng 08 năm 2012, hiện có 12 giếng khai thác và 2 giếng bơm ép, thuộc đối tượng Mioxen dưới. Lưu lượng dầu trung bình của các giếng dao động từ 3,9 đến 97,8 tấn/ngày, với tổng sản lượng khai thác cộng dồn đến năm 2017 đạt khoảng 397.505 tấn dầu và 69.334 tấn nước đồng hành.

Luận văn tập trung ứng dụng mô hình tích hợp dung-trở kháng (Coupling Capacitance-Resistance Model - CCRM) để đánh giá và dự báo hiệu quả bơm ép nước cho các giếng thuộc mỏ X. Mô hình này kết hợp dữ liệu khai thác thực tế với các tính chất vật lý của đất đá và chất lưu trong vỉa, giúp đưa ra dự báo nhanh chóng và tin cậy hơn so với các phương pháp truyền thống. Phạm vi nghiên cứu bao gồm phân tích các chỉ số liên thông giữa giếng bơm ép và giếng khai thác, tính toán lưu lượng chất lưu và dầu dựa trên lưu lượng bơm ép giả định, áp dụng cho giai đoạn khai thác từ trước đến hiện tại tại mỏ X.

Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc bổ sung phương pháp mới cho hệ thống đánh giá hiệu quả bơm ép, đồng thời có giá trị thực tiễn cao trong việc tối ưu hóa khai thác và quản lý mỏ dầu khí tại Việt Nam, đặc biệt trong bối cảnh khai thác các mỏ có tính chất địa chất phức tạp như mỏ X.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên nền tảng lý thuyết của mô hình dung-trở kháng (Capacitance-Resistance Model - CRM) và mô hình dòng chảy hai pha của Buckley và Leverett. CRM được phát triển từ ý tưởng mô phỏng vỉa dầu như một mạng điện gồm điện dung và điện trở, trong đó lưu lượng khai thác tương ứng với hiệu điện thế điện dung, còn lưu lượng bơm ép tương ứng với tín hiệu điện áp. Mô hình này cho phép đánh giá sự liên thông giữa các giếng khai thác và giếng bơm ép thông qua chỉ số liên thông (f) và hằng số thời gian (τ), phản ánh đặc tính vật lý của vỉa và chất lưu.

Mô hình CCRM là sự cải tiến của CRM, bổ sung tính toán ảnh hưởng của dòng chảy hai pha (dầu và nước) trong vỉa dựa trên lý thuyết tỷ phần nước của Buckley và Leverett, giúp mô hình hóa chính xác hơn sự biến đổi lưu lượng do bơm ép nước. Lý thuyết cân bằng vật chất được áp dụng để xây dựng phương trình mô tả sự thay đổi áp suất và lưu lượng trong vùng huy động của từng giếng khai thác.

Ba khái niệm chính trong nghiên cứu gồm:

  • Chỉ số liên thông (f): Phản ánh phần trăm nước bơm ép chảy đến giếng khai thác, thể hiện mức độ kết nối thủy động học giữa các giếng.
  • Hằng số thời gian (τ): Tỷ lệ giữa tích độ nén và thể tích vùng huy động, liên quan đến khả năng thấm và chiều dày hiệu dụng của vỉa.
  • Tỷ phần nước (fw): Tỷ lệ nước trong dòng chảy tổng, được tính toán theo mô hình Buckley-Leverett để mô phỏng dòng chảy hai pha.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khai thác thực tế của mỏ X từ tháng 08/2012 đến tháng 11/2017, gồm lưu lượng chất lưu, lưu lượng dầu, lưu lượng bơm ép, cùng các thông số địa chất như bảng thấm tương đối, độ nhớt dầu và nước, và đặc tính vật lý của đá chứa được xác định qua mẫu lõi.

Phương pháp nghiên cứu sử dụng mô hình CCRM với thể tích nghiên cứu là vùng huy động của từng giếng khai thác (CRMP). Các chỉ số liên thông và hằng số thời gian được xác định bằng cách khớp nối lịch sử lưu lượng khai thác và bơm ép qua phương pháp tối ưu hóa hàm mục tiêu, giảm thiểu sai số giữa dữ liệu thực tế và mô hình tính toán.

Quy trình nghiên cứu gồm các bước: thu thập và xử lý số liệu, xây dựng mô hình CCRM, tính toán các thông số mô hình, khớp nối lịch sử, dự báo lưu lượng khai thác dưới các kịch bản bơm ép khác nhau. Toàn bộ tính toán được lập trình trên phần mềm Matlab, đảm bảo tính chính xác và khả năng xử lý dữ liệu lớn.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 12 giếng khai thác và 2 giếng bơm ép, được lựa chọn dựa trên tính đại diện và tính liên thông trong mỏ. Phương pháp phân tích chủ yếu là mô hình hóa toán học kết hợp với phân tích thống kê và so sánh kết quả dự báo với số liệu thực tế để đánh giá độ tin cậy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chỉ số liên thông giữa giếng bơm ép và giếng khai thác:
    Kết quả tính toán cho thấy chỉ số liên thông (f) dao động trong khoảng 0,3 đến 0,85 tùy từng cặp giếng, phản ánh mức độ kết nối thủy động học khác nhau trong vỉa Mioxen dưới mỏ X. Ví dụ, giếng khai thác gần giếng bơm ép có chỉ số liên thông cao hơn 70%, trong khi các giếng xa hơn chỉ đạt khoảng 30-40%.

  2. Hằng số thời gian (τ) của các giếng khai thác:
    Hằng số thời gian được xác định trong khoảng từ 20 đến 60 ngày, cho thấy sự khác biệt về đặc tính thấm và chiều dày hiệu dụng của vỉa tại các vị trí khác nhau. Giếng có hằng số thời gian thấp thường có khả năng phản ứng nhanh với bơm ép, trong khi giếng có τ cao phản ứng chậm hơn.

  3. Độ chính xác của mô hình trong khớp nối lịch sử:
    So sánh lưu lượng chất lưu và dầu giữa mô hình và thực tế cho thấy sai số trung bình dưới 5% cho hầu hết các giếng, minh chứng cho độ tin cậy cao của mô hình CCRM trong việc mô phỏng động thái khai thác và bơm ép.

  4. Dự báo hiệu quả bơm ép:
    Mô hình dự báo lưu lượng dầu tăng trung bình 10-15% khi tăng lưu lượng bơm ép lên 20% so với hiện tại trong vòng 24 tháng tiếp theo. Tuy nhiên, hiệu quả bơm ép giảm dần khi lưu lượng bơm ép vượt quá ngưỡng tối ưu, do hiện tượng bão hòa nước tăng cao làm giảm khả năng thu hồi dầu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của sự khác biệt chỉ số liên thông giữa các giếng chủ yếu do tính bất đồng nhất của vỉa, đặc biệt là sự phân bố không đồng đều của độ thấm và cấu trúc địa chất phức tạp tại mỏ X. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về mô hình CRM và CCRM tại các mỏ tương tự, đồng thời khẳng định tính ưu việt của mô hình tích hợp dung-trở kháng trong việc mô phỏng dòng chảy hai pha.

Việc mô hình hóa chính xác lưu lượng khai thác và bơm ép giúp giảm thiểu rủi ro trong quản lý mỏ, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học để tối ưu hóa kế hoạch bơm ép nước. Biểu đồ so sánh lưu lượng thực tế và mô hình (Hình III-6, III-7) minh họa rõ sự phù hợp giữa dự báo và thực tế, tạo niềm tin cho việc áp dụng mô hình trong thực tiễn.

Ngoài ra, phân tích độ nhạy cho thấy chỉ số liên thông là yếu tố quyết định lớn nhất ảnh hưởng đến hiệu quả bơm ép, do đó việc xác định chính xác chỉ số này là rất quan trọng. Mô hình CCRM cũng cho phép đánh giá nhanh các kịch bản bơm ép khác nhau, giúp nhà quản lý đưa ra quyết định kịp thời và hiệu quả.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường thu thập và cập nhật số liệu khai thác:
    Động từ hành động: Thu thập, cập nhật
    Mục tiêu: Nâng cao độ chính xác của mô hình dự báo
    Thời gian: Hàng quý
    Chủ thể: Ban kỹ thuật khai thác mỏ X

  2. Áp dụng mô hình CCRM vào quy trình quản lý khai thác:
    Động từ hành động: Áp dụng, tích hợp
    Mục tiêu: Tối ưu hóa hiệu quả bơm ép và khai thác dầu
    Thời gian: Triển khai trong 6 tháng tới
    Chủ thể: Phòng kỹ thuật và quản lý mỏ

  3. Tối ưu hóa lưu lượng bơm ép dựa trên dự báo mô hình:
    Động từ hành động: Điều chỉnh, tối ưu hóa
    Mục tiêu: Tăng sản lượng dầu lên ít nhất 10% trong 1 năm
    Thời gian: Theo dõi và điều chỉnh liên tục
    Chủ thể: Đội vận hành bơm ép

  4. Đào tạo nhân sự về mô hình CCRM và phần mềm Matlab:
    Động từ hành động: Đào tạo, nâng cao năng lực
    Mục tiêu: Đảm bảo nhân sự vận hành mô hình hiệu quả
    Thời gian: Trong vòng 3 tháng
    Chủ thể: Ban đào tạo và phát triển nguồn nhân lực

  5. Mở rộng nghiên cứu áp dụng mô hình cho các tầng khác trong mỏ:
    Động từ hành động: Nghiên cứu, mở rộng
    Mục tiêu: Đánh giá toàn diện hiệu quả bơm ép trên toàn mỏ
    Thời gian: 1-2 năm tiếp theo
    Chủ thể: Trung tâm nghiên cứu và phát triển mỏ

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư khai thác dầu khí:
    Lợi ích: Áp dụng mô hình CCRM để tối ưu hóa kế hoạch bơm ép, nâng cao hiệu quả khai thác.
    Use case: Thiết kế và điều chỉnh lưu lượng bơm ép dựa trên dự báo chính xác.

  2. Nhà quản lý mỏ:
    Lợi ích: Cơ sở khoa học để ra quyết định quản lý khai thác và đầu tư thiết bị bơm ép.
    Use case: Lập kế hoạch khai thác dài hạn và phân bổ nguồn lực hợp lý.

  3. Nhà nghiên cứu và học viên cao học ngành kỹ thuật dầu khí:
    Lợi ích: Tham khảo phương pháp mô hình hóa tích hợp dung-trở kháng và ứng dụng thực tế.
    Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu hoặc luận văn liên quan đến mô hình hóa vỉa dầu.

  4. Chuyên gia tư vấn và công ty dịch vụ dầu khí:
    Lợi ích: Cung cấp giải pháp kỹ thuật tiên tiến cho khách hàng trong lĩnh vực khai thác và bơm ép.
    Use case: Tư vấn tối ưu hóa khai thác và dự báo sản lượng cho các mỏ dầu khí.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình CCRM khác gì so với các phương pháp truyền thống?
    Mô hình CCRM kết hợp dữ liệu khai thác thực tế với tính chất vật lý của vỉa và chất lưu, cho phép dự báo nhanh và chính xác hơn so với phương pháp thể tích, thực nghiệm hay mô phỏng số truyền thống. Ví dụ, nó tính đến dòng chảy hai pha và sự liên thông giữa các giếng.

  2. Chỉ số liên thông (f) có ý nghĩa như thế nào trong mô hình?
    Chỉ số liên thông thể hiện phần trăm nước bơm ép chảy đến giếng khai thác, phản ánh mức độ kết nối thủy động học giữa các giếng. Chỉ số này càng cao thì ảnh hưởng của bơm ép đến giếng khai thác càng lớn.

  3. Phương pháp nghiên cứu sử dụng dữ liệu nào để xây dựng mô hình?
    Mô hình sử dụng số liệu khai thác thực tế gồm lưu lượng dầu, lưu lượng nước, lưu lượng bơm ép, cùng các thông số địa chất và vật lý của vỉa như bảng thấm tương đối, độ nhớt, và đặc tính mẫu lõi.

  4. Mô hình có thể áp dụng cho các mỏ khác không?
    Có, mô hình CCRM có thể được điều chỉnh và áp dụng cho các mỏ dầu khí có đặc điểm địa chất tương tự, đặc biệt là các mỏ có khai thác bơm ép nước và dòng chảy hai pha.

  5. Làm thế nào để nâng cao độ chính xác của mô hình?
    Việc thu thập dữ liệu khai thác đầy đủ, cập nhật liên tục và xác định chính xác các thông số vật lý của vỉa sẽ giúp nâng cao độ chính xác của mô hình. Đồng thời, đào tạo nhân sự vận hành mô hình cũng rất quan trọng.

Kết luận

  • Mô hình tích hợp dung-trở kháng (CCRM) là công cụ hiệu quả trong đánh giá và dự báo hiệu quả bơm ép nước cho các giếng thuộc đối tượng Mioxen dưới mỏ X.
  • Chỉ số liên thông và hằng số thời gian là các thông số quan trọng phản ánh đặc tính vỉa và mức độ kết nối giữa giếng bơm ép và giếng khai thác.
  • Mô hình cho kết quả khớp nối lịch sử với sai số dưới 5%, đảm bảo độ tin cậy cao trong dự báo lưu lượng khai thác.
  • Dự báo cho thấy việc tối ưu hóa lưu lượng bơm ép có thể tăng sản lượng dầu lên 10-15% trong vòng 24 tháng tiếp theo.
  • Đề xuất triển khai áp dụng mô hình trong quản lý khai thác, đồng thời mở rộng nghiên cứu cho các tầng khác và đào tạo nhân sự vận hành mô hình.

Next steps: Triển khai áp dụng mô hình CCRM trong quản lý khai thác mỏ X, đồng thời cập nhật dữ liệu và đào tạo nhân sự để nâng cao hiệu quả vận hành.

Call to action: Các đơn vị khai thác và quản lý mỏ nên tích cực áp dụng mô hình CCRM để tối ưu hóa hiệu quả bơm ép và nâng cao sản lượng khai thác, góp phần phát triển bền vững ngành dầu khí Việt Nam.