Tổng quan nghiên cứu

Mỏ Bạch Hổ, tọa lạc tại lô số 9 trong bồn trũng Cửu Long, cách bờ biển Vũng Tàu khoảng 145 km về phía đông nam, là một trong những mỏ dầu khí trọng điểm của Việt Nam với trữ lượng lớn và đã được khai thác hơn 26 năm. Được điều hành bởi liên doanh Vietsovpetro, mỏ có hơn 200 km đường ống ngầm và nhiều công trình khai thác hiện đại. Tính đến năm 2014, tổng sản lượng khí đồng hành thu gom tại cụm mỏ đạt khoảng 156 triệu m³/ngày đêm, trong đó khí nén dùng cho khai thác gaslift chiếm tỷ lệ lớn.

Phương pháp khai thác gaslift được áp dụng rộng rãi tại mỏ nhằm nâng cao hiệu quả khai thác trong bối cảnh áp suất vỉa suy giảm và độ ngập nước tăng cao, đặc biệt khi các giếng tự phun giảm dần. Tuy nhiên, hiệu quả sử dụng khí nén cho các giếng gaslift đang gặp nhiều thách thức do sự giảm sút nguồn khí đồng hành và chi phí khí nén tăng cao.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá thực trạng khai thác gaslift tại mỏ Bạch Hổ, phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng khí nén, từ đó đề xuất các giải pháp công nghệ nâng cao hiệu quả sử dụng khí nén cho giếng gaslift, góp phần tăng sản lượng dầu và kéo dài tuổi thọ mỏ. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các giếng gaslift đang hoạt động tại mỏ Bạch Hổ trong giai đoạn 2010-2015, với trọng tâm là nhóm giếng có sản lượng khai thác khác nhau và mức độ ngập nước đa dạng. Ý nghĩa nghiên cứu được thể hiện qua việc tối ưu hóa nguồn khí nén, giảm chi phí vận hành và nâng cao hiệu quả khai thác dầu khí trong điều kiện nguồn lực khí đồng hành hạn chế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính về khai thác gaslift: gaslift liên tục và gaslift định kỳ. Lý thuyết về dòng chảy đa pha trong ống nâng được áp dụng để mô tả cấu trúc dòng chảy khí-lỏng, bao gồm các khái niệm về vận tốc tương đối của pha khí, hệ số nhúng chìm, và ảnh hưởng của độ ngập nước đến hiệu quả khai thác.

Mô hình tính toán chế độ làm việc giếng gaslift sử dụng phần mềm Wellflo cho gaslift liên tục và phần mềm EPC-VPI cho gaslift định kỳ, giúp mô phỏng các thông số vận hành như lưu lượng khí bơm ép, áp suất vỉa, và lưu lượng dầu khai thác. Các khái niệm chuyên ngành như hệ số sản phẩm, tỷ số khí-dầu (GOR), và hiệu suất làm việc của giếng gaslift được phân tích chi tiết để đánh giá hiệu quả khai thác.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ số liệu khai thác thực tế của 179 giếng gaslift tại mỏ Bạch Hổ trong giai đoạn 2010-2015, bao gồm lưu lượng dầu, lưu lượng khí nén, độ ngập nước, và các thông số kỹ thuật của giếng. Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ quỹ giếng gaslift đang hoạt động, được chọn nhằm đảm bảo tính đại diện cho các nhóm giếng có sản lượng và đặc điểm khác nhau.

Phương pháp phân tích bao gồm thống kê mô tả, phân nhóm giếng theo sản lượng khai thác (trên 250 m³/ngày đêm, 150-250 m³/ngày đêm, 50-150 m³/ngày đêm, dưới 50 m³/ngày đêm), và phân tích mối quan hệ giữa các yếu tố kỹ thuật với hiệu quả sử dụng khí nén. Các mô hình mô phỏng được sử dụng để thiết kế cấu trúc lòng giếng và tối ưu chế độ khai thác gaslift, đồng thời tính toán chi phí khí nén và cân đối nguồn khí đồng hành. Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2010 đến 2015, tập trung vào giai đoạn chuyển đổi từ khai thác tự phun sang khai thác gaslift.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả khai thác gaslift giảm theo độ ngập nước tăng: Độ ngập nước trung bình của các giếng gaslift tại mỏ Bạch Hổ là khoảng 62,4%, trong khi hiệu suất làm việc của giếng giảm rõ rệt khi độ ngập nước vượt 20%. Vận tốc tương đối của pha khí tăng nhanh khi độ ngập nước tăng, dẫn đến tiêu hao áp suất và giảm lưu lượng khai thác.

  2. Chi phí khí nén tăng theo thời gian và giảm áp suất vỉa: Chi phí riêng khí nén tính theo chất lỏng trung bình là 181,7 m³ khí nén/m³ chất lỏng, với xu hướng tăng do áp suất vỉa giảm và độ ngập nước tăng. Năm 2014, tổng lưu lượng khí cao áp dùng cho gaslift đạt khoảng 2104 triệu m³/ngày đêm.

  3. Phân nhóm giếng theo sản lượng và hiệu quả sử dụng khí: Nhóm giếng có sản lượng trên 250 m³/ngày đêm chiếm tỷ lệ nhỏ nhưng có hiệu quả sử dụng khí tốt hơn so với nhóm giếng có sản lượng thấp dưới 50 m³/ngày đêm, nhóm này có chi phí khí nén riêng cao và hiệu quả khai thác thấp.

  4. Thiết kế ống nâng không phù hợp với lưu lượng hiện tại: Một số giếng được thiết kế với đường kính ống nâng lớn (73-114 mm) nhưng hiện đang khai thác với lưu lượng khí và chất lỏng thấp, dẫn đến khí nén bị lãng phí và giếng làm việc không ổn định.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính làm giảm hiệu quả khai thác gaslift là sự gia tăng độ ngập nước trong giếng, làm tăng độ nhớt của hỗn hợp khí-dầu-nước và vận tốc trượt của pha khí, từ đó làm giảm khả năng nâng chất lỏng lên bề mặt. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về ảnh hưởng của độ ngập nước và vận tốc khí đến hiệu suất gaslift.

Chi phí khí nén tăng cao do nguồn khí đồng hành giảm và nhu cầu khí nén tăng theo thời gian khai thác, gây áp lực lên cân đối khí và chi phí vận hành. Việc thiết kế ống nâng không phù hợp với lưu lượng hiện tại làm giảm hiệu quả sử dụng khí nén, đồng thời gây ra hiện tượng giếng làm việc không đều hoặc không ổn định.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố độ ngập nước và chi phí khí nén riêng theo nhóm giếng, bảng so sánh lưu lượng khí bơm ép và lưu lượng dầu khai thác, cũng như biểu đồ mô phỏng hiệu suất giếng gaslift theo vận tốc pha khí và hệ số nhúng chìm.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tối ưu hóa thiết kế ống nâng và van gaslift: Thực hiện điều chỉnh đường kính ống nâng phù hợp với lưu lượng hiện tại của từng giếng, đồng thời thay thế hoặc điều chỉnh van gaslift để giảm lượng khí nén lãng phí, nâng cao hiệu quả khai thác. Thời gian thực hiện dự kiến trong 1-2 năm, do các đơn vị kỹ thuật mỏ phối hợp thực hiện.

  2. Áp dụng khai thác gaslift định kỳ cho giếng sản lượng thấp: Chuyển đổi các giếng có sản lượng dưới 50 m³/ngày đêm sang chế độ gaslift định kỳ nhằm giảm tiêu hao khí nén và tăng hiệu quả khai thác. Giải pháp này cần được triển khai trong vòng 1 năm, do đội ngũ vận hành và kỹ thuật mỏ đảm nhận.

  3. Kết hợp khai thác hỗn hợp với bơm ly tâm điện ngầm (ESP): Áp dụng kết hợp gaslift với bơm ly tâm điện ngầm cho các giếng có áp suất vỉa thấp và độ ngập nước cao để tăng lưu lượng khai thác và giảm chi phí khí nén. Thời gian triển khai từ 2-3 năm, phối hợp giữa phòng kỹ thuật và nhà thầu thiết bị.

  4. Tăng cường quản lý và phân phối khí nén: Xây dựng hệ thống điều khiển tự động và tối ưu phân phối khí nén cho các giếng gaslift, đảm bảo cân đối nguồn khí đồng hành và giảm tổn thất khí trong hệ thống. Giải pháp này cần được thực hiện song song với các giải pháp kỹ thuật khác trong vòng 1-2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư khai thác dầu khí: Nắm bắt các giải pháp công nghệ nâng cao hiệu quả khai thác gaslift, áp dụng vào thiết kế và vận hành giếng khai thác trong điều kiện áp suất vỉa suy giảm.

  2. Nhà quản lý mỏ dầu khí: Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của các phương pháp khai thác gaslift, từ đó hoạch định chiến lược phát triển mỏ và phân bổ nguồn lực hợp lý.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật dầu khí: Tham khảo các mô hình lý thuyết, phương pháp mô phỏng và phân tích dữ liệu thực tế về khai thác gaslift, phục vụ cho nghiên cứu và học tập chuyên sâu.

  4. Nhà cung cấp thiết bị và dịch vụ dầu khí: Hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật và thực trạng vận hành giếng gaslift để phát triển sản phẩm và dịch vụ phù hợp, nâng cao hiệu quả hợp tác với các đơn vị khai thác.

Câu hỏi thường gặp

  1. Gaslift là gì và tại sao được sử dụng tại mỏ Bạch Hổ?
    Gaslift là phương pháp khai thác dầu bằng cách bơm khí nén vào giếng để giảm mật độ cột chất lỏng, giúp nâng sản phẩm lên bề mặt. Tại mỏ Bạch Hổ, gaslift được sử dụng do áp suất vỉa giảm, giếng không còn tự phun hiệu quả, và khí đồng hành sẵn có giúp tiết kiệm chi phí.

  2. Hiệu quả của gaslift phụ thuộc vào những yếu tố nào?
    Hiệu quả phụ thuộc vào độ sâu bơm khí, đường kính ống nâng, lượng khí nén bơm vào, độ ngập nước trong giếng, và tính chất của chất lỏng khai thác. Đặc biệt, độ ngập nước tăng làm giảm hiệu quả do tăng vận tốc pha khí và độ nhớt hỗn hợp.

  3. Tại sao cần chuyển sang khai thác gaslift định kỳ cho giếng sản lượng thấp?
    Khai thác gaslift định kỳ giúp giảm lượng khí nén tiêu thụ không cần thiết, phù hợp với giếng có lưu lượng thấp và áp suất vỉa suy giảm, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng khí và kéo dài tuổi thọ giếng.

  4. Phần mềm Wellflo và EPC-VPI được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
    Wellflo được dùng để mô phỏng và thiết kế giếng gaslift liên tục, trong khi EPC-VPI hỗ trợ tính toán chế độ làm việc giếng gaslift định kỳ. Hai phần mềm này giúp tối ưu hóa thông số vận hành và dự báo hiệu quả khai thác.

  5. Giải pháp kết hợp gaslift với bơm ly tâm điện ngầm có ưu điểm gì?
    Kết hợp này tận dụng ưu điểm của cả hai phương pháp, giúp nâng cao lưu lượng khai thác trong điều kiện áp suất vỉa thấp và độ ngập nước cao, đồng thời giảm chi phí khí nén và tăng tính ổn định của giếng.

Kết luận

  • Mỏ Bạch Hổ là mỏ dầu khí trọng điểm với hơn 26 năm khai thác, trong đó gaslift chiếm tỷ lệ lớn trong phương pháp khai thác cơ học.
  • Hiệu quả khai thác gaslift giảm rõ rệt khi độ ngập nước vượt 20%, chi phí khí nén tăng do áp suất vỉa giảm và thiết kế ống nâng không phù hợp.
  • Nghiên cứu đã phân tích chi tiết các yếu tố ảnh hưởng và đề xuất các giải pháp công nghệ như tối ưu thiết kế ống nâng, chuyển sang gaslift định kỳ, kết hợp với bơm ly tâm điện ngầm và quản lý khí nén hiệu quả.
  • Các giải pháp này dự kiến được triển khai trong vòng 1-3 năm nhằm nâng cao hiệu quả khai thác và kéo dài tuổi thọ mỏ.
  • Khuyến nghị các đơn vị khai thác, quản lý và nghiên cứu tiếp tục ứng dụng và phát triển các giải pháp công nghệ phù hợp để đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững ngành dầu khí Việt Nam.

Hành động tiếp theo là triển khai thử nghiệm các giải pháp đề xuất trên nhóm giếng tiêu biểu, đồng thời xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển tự động để tối ưu hóa vận hành gaslift tại mỏ Bạch Hổ.