Luận văn thạc sĩ về dự báo khả năng sinh cát vỉa khí miocen tại mỏ Hải Thạch Nam Côn Sơn

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tích hợp mô hình địa cơ và phương pháp onset of sanding để dự báo khả năng sinh cát vỉa khí tầng miocen mỏ Hải Thạch Nam Côn Sơn.

• Tác giả: Hoàng Thanh Tùng
• Người hướng dẫn: TS. Tạ Quốc Dũng
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Dầu Khí
• Đề tài: Dự Báo Khả Năng Sinh Cát Vỉa Khí Miocen Mỏ Hải Thạch Nam Côn Sơn Bằng Mô Hình Địa Cơ Và Phương Pháp Onset Of Sanding
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu chung về đối tượng nghiên cứu

Mỏ Hải Thạch thuộc bồn trũng Nam Côn Sơn, là một trong những khu vực có tiềm năng lớn về khí tự nhiên. Việc nghiên cứu khả năng sinh cát trong vỉa khí Miocen tại đây là rất cần thiết. Đặc điểm địa chất khu vực cho thấy sự phức tạp trong cấu trúc địa chất, ảnh hưởng đến quá trình khai thác. Các giếng khoan như HT-1X, HT-2X và HT-3X đã được thực hiện để đánh giá tiềm năng sinh cát. Mô hình địa cơ và phương pháp onset of sanding sẽ được áp dụng để dự báo khả năng sinh cát, từ đó đưa ra các biện pháp khai thác tối ưu.

1.1 Đặc điểm địa chất khu vực

Bồn trũng Nam Côn Sơn có diện tích lớn, với nhiều tầng địa chất khác nhau. Mỏ Hải Thạch được phát hiện từ năm 1995, với các giếng khoan cho thấy tiềm năng khí và khí condensate. Việc nghiên cứu địa chất dầu khí tại đây giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh cát. Các yếu tố như áp suất, độ bền của đá và cấu trúc địa chất cần được xem xét kỹ lưỡng để đưa ra dự báo chính xác.

II. Cơ sở lý thuyết về hiện tượng sinh cát

Hiện tượng sinh cát trong quá trình khai thác dầu khí có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng. Các yếu tố như áp suất suy giảm và ứng suất tác động lên đá là những yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng sinh cát. Nghiên cứu này sẽ phân tích các cơ chế sinh cát, từ đó đưa ra các giải pháp kiểm soát hiệu quả. Việc hiểu rõ về cát vỉa và các cơ chế sinh cát sẽ giúp tối ưu hóa quy trình khai thác và giảm thiểu rủi ro.

2.1 Nguyên nhân của hiện tượng sinh cát

Nguyên nhân chính dẫn đến sinh cát bao gồm sự thay đổi áp suất trong quá trình khai thác. Khi áp suất giảm xuống dưới mức tới hạn, cát sẽ bắt đầu được sinh ra từ vỉa. Các yếu tố như độ bền của đá, cấu trúc địa chất và các điều kiện môi trường cũng đóng vai trò quan trọng. Việc phân tích các yếu tố này sẽ giúp dự đoán chính xác hơn về khả năng sinh cát trong các giếng khoan.

III. Phương pháp dự báo khả năng sinh cát

Phương pháp onset of sanding được lựa chọn để dự báo khả năng sinh cát cho các giếng tại mỏ Hải Thạch. Phương pháp này dựa trên việc phân tích áp suất suy giảm và các yếu tố địa chất liên quan. Việc áp dụng mô hình địa cơ giúp xác định các điều kiện sinh cát một cách chính xác hơn. Các kết quả từ mô hình sẽ được so sánh với dữ liệu thực tế để đánh giá tính khả thi của phương pháp.

3.1 Xây dựng mô hình tính toán

Mô hình tính toán sẽ được xây dựng dựa trên các dữ liệu thu thập từ các giếng khoan. Các thông số như áp suất, độ bền của đá và các yếu tố địa chất sẽ được đưa vào mô hình. Việc này giúp xác định được khả năng sinh cát trong từng điều kiện cụ thể. Kết quả từ mô hình sẽ cung cấp thông tin quan trọng cho việc lựa chọn phương pháp khai thác tối ưu.

IV. Kết quả tính toán và phân tích

Kết quả tính toán cho thấy mối quan hệ giữa áp suất suy giảm và khả năng sinh cát. Các giếng HT-1X, HT-2X và HT-3X đều có những đặc điểm riêng biệt về khả năng sinh cát. Việc phân tích độ nhạy của mô hình giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến sinh cát. Kết quả này sẽ là cơ sở để đưa ra các biện pháp khai thác hiệu quả hơn.

4.1 Phân tích độ nhạy

Phân tích độ nhạy cho thấy rằng áp suất suy giảm là yếu tố quyết định đến khả năng sinh cát. Các yếu tố khác như độ bền của đá và cấu trúc địa chất cũng có ảnh hưởng nhưng không lớn bằng. Việc hiểu rõ về mối quan hệ này sẽ giúp tối ưu hóa quy trình khai thác và giảm thiểu rủi ro trong quá trình khai thác.

V. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng mô hình địa cơ và phương pháp onset of sanding là cần thiết để dự báo khả năng sinh cát tại mỏ Hải Thạch. Các kết quả thu được sẽ giúp các nhà khai thác đưa ra các quyết định chính xác hơn trong việc khai thác. Kiến nghị cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến sinh cát để cải thiện hiệu quả khai thác.

5.1 Kiến nghị về phương pháp khai thác

Để giảm thiểu khả năng sinh cát, cần áp dụng các biện pháp kiểm soát cát hiệu quả. Việc lựa chọn phương pháp khai thác phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa quy trình và giảm thiểu rủi ro. Các nhà khai thác cần thường xuyên theo dõi và điều chỉnh các thông số khai thác để đảm bảo hiệu quả cao nhất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

PHẦN MỞ ĐẦU Các giếng khai thác dầu khí hiện nay với các thành phần được khai thác lên bao [1] gồm : - Dầu (produced oil). - Cát và chất rắn (sand and solids). - Các sản phẩm liên quan khác như asphalts, scale… Hiện tượng sinh cát (sand production) trong các giếng khai thác sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng chất lượng tới vỉa sản phẩm, suy giảm hệ số thu hồi dầu cũng như gây xâm thực, bào mòn rất nhanh các thiết bị lòng giếng, trên bề mặt và hơn thế nữa có thể gây hư hại các van an toàn. Hơn nữa, các giàn khai thác dầu khí thường ở xa bờ do vậy việc thay thế các thiết bị do cát ăn mòn mất nhiều thời gian và tốn kém chi phí ảnh hưởng nghiêm trọng tới nguồn lợi nhuận từ khai thác[2].

Hiện tượng sinh cát trong quá trình khai thác sẽ có thể kéo theo một số các tác động mang tính rủi ro như sau: - Sập lở vỉa do tác động của lực gây mất ổn định của vỉa lớn hơn giới hạn độ bền của vỉa khi có hiện tượng sinh cát hay là hậu quả của việc sinh cát gây ra. - Cát sẽ theo các kênh dẫn (liên thông) từ vỉa vào giếng gây nên các hiện tượng mài mòn, hư hỏng, ăn mòn các thiết bị lòng giếng (casing/liner failure) và thiết bị khai thác bề mặt. - Gây tắc nghẽn giếng và các thiết bị khai thác bề mặt. - Giếng hoàn toàn mất khả năng khai thác và chỉ có khả năng sinh cát.

Hàng năm, chi phí các công ty dầu khí bỏ ra để xử lý và khống chế cát trong các giếng khai thác không nhỏ. Do đó, việc xây dựng được mô hình dự báo khả năng sinh cát thích hợp trong các vỉa dầu khí sẽ giúp nâng cao hiệu quả khai thác, giảm thiểu những rủi ro trong quá trình khai thác, đảm bảo an toàn và hiệu suất của thiết bị cũng như lựa chọn thiết bị phù hợp để đưa lại phương án khai thác tối ưu, giảm thiểu chi phí đầu tư tăng nhanh khả năng thu hồi vốn. Với mô hình dự báo tốt giúp chúng ta thực hiện được dự báo khả năng sinh cát ngay từ giai đoạn đầu về lượng cát sinh ra hay không cũng như có các giải pháp hoàn thiện giếng hợp lý để có thể tối ưu hóa chi phí đầu tư. Các biện pháp xử lý thứ cấp thực hiện sau khi giếng đưa vào khai thác chỉ mang tính khắc phục và đương nhiên hiệu quả mang lại không cao.

Mặt khác, mỏ Hải Thạch, Mộc Tinh đang trong giai đoạn khoan phát triển và hiện tại chưa có nghiên cứu được công bố nào liên quan tới việc dự báo khả năng sinh cát trong giếng. Do đó, xuất phát từ ý tưởng cũng như nhu cầu thực tiễn đòi hỏi, tác giả đã quyết định lựa chọn đề tài: Hoàng Thanh Tùng | 6 Luận Văn Tốt Nghiệp Thạc Sỹ “TÍCH HỢP MÔ HÌNH ĐỊA CƠ VÀ PHƢƠNG PHÁP ONSET OF SANDING ĐỂ DỰ BÁO KHẢ NĂNG SINH CÁT CỦA VỈA KHÍ Ở TẦNG MIOCEN MỎ HẢI THẠCH, NAM CÔN SƠN” để làm luận văn tốt nghiệp chương trình Thạc Sỹ Dầu Khí. Mục đích, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của Luận Văn - Phân tích khả năng sinh cát của giếng HT-1X, HT-2X và HT-3X mỏ Hải Thạch thuộc Bồn trũng Nam Côn Sơn và khả năng sinh cát theo độ sâu của các vỉa. - Xác định phương thức hoàn thiện giếng phù hợp để giảm thiểu khả năng sinh cát cũng như lựa chọn hướng bắn mở vỉa tối ưu.

Nội dung nghiên cứu Luận văn sẽ tập trung nghiên cứu các nội dung sau: - Tổng quan cơ sở lý thuyết sinh cát trong quá trình khai thác dầu khí để tìm ra các thông số cơ sở cần thiết thu thập cho quá trình đo lường và đánh giá. Những tham số này gồm có lực liên kết của đất đá, hệ số poison, ứng suất hiệu dụng tác dụng lên đất đá. - Nghiên cứu độ suy giảm áp suất tới hạn tác động lên quá trình sinh cát, tìm ra áp suất suy giảm tới hạn để qua đó dự báo khả năng sinh cát và đề ra biện pháp khai thác tối ưu bằng cách lựa chọn có nên khống chế cát hay không. - Các phương pháp khống chế cát được áp dụng hiện nay và biện pháp khai thác tối ưu bằng cách lựa chọn có nên khống chế cát hay không, hay là khai thác với chế độ khác.

- Lựa chọn hướng bắn mở vỉa tối ưu cho các vỉa được tính toán. Phƣơng pháp nghiên cứu - Hệ thống hoá nền tảng lí thuyết về cơ học đất đá và khả năng sinh cát. - Dựa vào các kết quả thí nghiệm từ mẫu lõi và thử vỉa chúng ta tiến hành phân tích để sử dụng cho quá trình đánh giá. Ý nghĩa khoa học - Xác định được chỉ số TWC qua thí nghiệm mẫu lõi thực tế và khẳng định giá trị TWC của một mỏ trong bồn trũng không thể áp dụng cho mỏ khác nằm trong cùng một bồn trũng; - Xác định được vỉa có độ bền cố kết yếu nhất trong các vỉa sản phẩm khảo sát.

- Tính toán độ nhạy thông qua sự thay đổi góc nghiêng và góc phương vị của giếng, cập nhật hướng bắn mở vỉa phù hợp dựa trên hướng của ứng suất ngang lớn nhất được cập nhật và cho thấy sự khác biệt của các báo cáo cũ. Hoàng Thanh Tùng | 7 Luận Văn Tốt Nghiệp Thạc Sỹ Ý nghĩa thực tiễn - Xác định được áp suất suy giảm tới hạn (CBHFP) qua đó tối ưu hóa chế độ khai thác và dự báo khả năng sinh cát cũng như lựa chọn phương thức hoàn thiện giếng tối ưu để giảm thiểu khả năng sinh cát trong giếng khoan. Hoàng Thanh Tùng | 8 Luận Văn Tốt Nghiệp Thạc Sỹ MỤC LỤC CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU. Đặc điểm địa chất khu vực.

Đặc điểm của Mỏ Hải Thạch. Tổng hợp tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc liên quan .1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới: .2 Tình hình nghiên cứu ở Việt nam:. 20 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Tổng quan về hiện tƣợng sinh cát .1 Hiện tượng sinh cát .2 Nguyên nhân của hiện tượng sinh cát.3 Quá trình sinh cát của thành hệ .4 Ảnh hưởng của hiện tượng sinh cát đến quá trình khai thác.

Cơ sở lý thuyết về tính chất cơ học của thành hệ .1 Lý thuyết về tính chất cơ học của thành hệ .2 Hiện tượng phá hủy đá .3 Trạng thái ứng suất của thành hệ .4 Mô hình phân bố ứng suất và áp suất xung quanh giếng khoan. Các thí nghiệm xác định giá trị ứng suất .1 Thí nghiệm ứng suất nén một trục (UCS) .2 Thí nghiệm mẫu trục thành dày (Thick Wall Cylinder test) .3 Thí nghiệm nén ba trục (Triaxial Tests). Một số phƣơng pháp kiểm soát cát điển hình .1 Kiểm soát cát với biện pháp không sử dụng lưới lọc .2 Kiểm soát cát với biện pháp sử dụng lưới lọc .3 Những thuận lợi và khó khăn của các giải pháp kiểm soát cát. 59 CHƢƠNG 3 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP DỰ BÁO KHẢ NĂNG SINH CÁT ĐƢỢC ÁP DỤNG HIỆN NAY VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƢƠNG PHÁP DỰ BÁO KHẢ NĂNG SINH CÁT DỰA TRÊN ÁP SUẤT SUY GIẢM TỚI HẠN.

69 Hoàng Thanh Tùng | 9 Luận Văn Tốt Nghiệp Thạc Sỹ 1. Khái quát chung về các phƣơng pháp dự báo khả năng sinh cát .1 Mô hình số hóa (Numerical Models) .2 Mô hình thực nghiệm (Emprical Models) .3 Mô hình giải tích (Analytical Models). Phƣơng pháp dự báo khả năng sinh cát “Onset of Sanding Prediction”. Xây dựng mô hình tính toán .1 Xác định đồ thị Log UCS-TWC dọc độ sâu tập .2 Mô hình tính toán áp suất sinh cát .3 Thu thập dữ liệu và xử lý dữ liệu.

78 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN. Đặc điểm cấu trúc và địa chất mỏ Hải Thạch và các dữ liệu đầu vào. Kết quả tính toán. Phân tích độ nhạy.

Hƣớng bắn mở vỉa phù hợp. Kết quả tính toán khả năng sinh cát và đề xuất phƣơng thức hoàn thiện giếng cho các giếng HT-1X, HT-2X và HT-3X. 88 CHƢƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

101 Hoàng Thanh Tùng | 10 Luận Văn Tốt Nghiệp Thạc Sỹ DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Hệ số Poisson của một số thành hệ .2 Bảng thống kê một số phương pháp tính toán và dự báo ứng suất tại chỗ và áp suất lỗ rỗng .1 Đặc điểm cấu trúc và bẫy chứa của các giếng HT-1X, HT-2X và HT-3X mỏ Hải Thạch .2 Bảng giá trị độ bền nén một trục (UCS) và mẫu thành dày (TWC) của mẫu lõi giếng HT-2X, HT-3X .3 Dữ liệu đầu vào của tập UMA 15 giếng HT-1X .4 Kết quả tính toán và đề xuất giải pháp hoàn thiện giếng .5 Bảng đề xuất góc bắn mở vỉa tối ưu để giảm thiểu khả năng sinh cát. 91 Hoàng Thanh Tùng | 11 Luận Văn Tốt Nghiệp Thạc Sỹ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Mô phỏng hiện tượng sinh cát từ vỉa vào thân giếng .2 Minh họa lưu lượng sinh cát với bốn mức lưu lượng khai thác thử nghiệm.3 Tác động của độ nhớt đến lưu lượng cát .4 Ảnh hưởng của góc ma sát trong đến lưu lượng cát.5 Mật độ bắn mở vỉa tác động đến lưu lượng cát .6 Ảnh hưởng của hình dạng lỗ bắn mở vỉa .7 Tóm lược quá trình sinh cát .8 Mô tả độ bền cố kết của thành hệ .9 Ảnh hưởng của quá trình sinh cát tới khai thác .10 Mô phỏng sự tích tụ và vận chuyển của cát .11 Hình ảnh thiết bị khai thác bị mài mòn do cát được trình bày tại BP, Sand Management Forum .12 Mô tả thành phần của ứng suất trên một đơn vị kích thước .13 Các thành phần của ứng suất trên một mặt phẳng .14 Các thành phần của ứng suất trên một thể tích lập phương .15 Mặt phẳng trước và sau khi chịu tác dụng lực .16 Biểu đồ thể hiện mối tương quan giữa ứng suất và biến dạng .17 Mô tả phá hủy cắt (Shear Failure) .18 Mô tả phá hủy kéo (Tensile Failure) .19 Cơ chế phá hủy theo vòng tròn Mohr – Coulomb .20 (a) ứng suất tại chỗ (In-situ stress) trên một phân tố σv > σH > σh;.21 Khối lượng riêng theo độ sâu thẳng đứng .22 Biểu độ thí nghiệm Leak- Off Test.23 Ứng suất hiệu dụng trong đá .24 (a) các ứng suất thể hiện trên một phân tố, (b) các ứng suất thể hiện khi xuất hiện giếng khoan, (c) vị trí của các ứng suất xung quang giếng khoan .25 Biểu diễn các trạng thái ứng suất quanh hố khoan thành không thấm .26 Sơ đồ mẫu của thí nghiệm UCS .27 Mẫu thí nghiệm TWC điển hình .28 Thiết bị thí nghiệm TWC .