Tổng quan nghiên cứu

Công tác xử lý nhiễm bẩn vùng cận đáy giếng khai thác dầu khí tại mỏ Bạch Hổ, thuộc Liên doanh Việt-Nga Vietsovpetro (VSP), đã được triển khai từ năm 1988 với việc sử dụng các hệ hóa phẩm axit. Theo ước tính, công tác này đã góp phần tăng sản lượng dầu khai thác hàng năm lên đến hàng triệu tấn, đóng vai trò quan trọng trong duy trì hiệu quả khai thác. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, hiệu quả xử lý nhiễm bẩn bằng hệ axit sét truyền thống giảm sút do hai nguyên nhân chính: (1) hóa phẩm axit gây ăn mòn thiết bị hoàn thiện giếng; (2) sự hình thành các dạng nhiễm bẩn mới như tắc nghẽn do nước (water blockage) không thể xử lý hiệu quả bằng các hóa phẩm hiện có.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phát triển giải pháp mới sử dụng thành phần hóa phẩm không chứa axit (non-acid) nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nhiễm bẩn, đặc biệt là xử lý và ngăn ngừa tái hình thành tắc nghẽn do nước trong các giếng khai thác cát kết tại mỏ Bạch Hổ. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các giếng khai thác trong mỏ Bạch Hổ, với dữ liệu thu thập từ giai đoạn 1988 đến nay, bao gồm phân tích thực trạng, khảo sát cơ sở lý thuyết, thực nghiệm và ứng dụng thực tế.

Nghiên cứu có ý nghĩa lớn trong việc giảm thiểu ăn mòn thiết bị, kéo dài tuổi thọ giếng khai thác, đồng thời cải thiện lưu lượng dầu khai thác, góp phần tăng hiệu quả kinh tế cho VSP và các mỏ có đặc điểm địa chất tương tự. Các chỉ số hiệu quả như tỷ lệ thành công xử lý nhiễm bẩn, mức tăng lưu lượng dầu sau xử lý và giảm áp suất đáy giếng được sử dụng làm thước đo đánh giá.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính:

  1. Cơ chế hình thành và xử lý nhiễm bẩn cặn bã (formation damage) trong vùng cận đáy giếng: Nhiễm bẩn do các hạt khoáng sét, asphaltene, paraffin và các hợp chất keo trong dầu gây tắc nghẽn mao quản nhỏ, làm giảm khả năng thấm và lưu thông dầu khí. Áp suất mao dẫn và lực mao dẫn đóng vai trò quan trọng trong việc giữ nước và các tạp chất trong vùng cận đáy giếng, dẫn đến hiện tượng tắc nghẽn do nước (water blockage).

  2. Phương pháp hydrophob hóa đá vỉa để ngăn ngừa tái nhiễm bẩn: Sử dụng hóa phẩm Silan tan trong dầu để thay đổi tính ướt của đá vỉa từ ướt nước sang ướt dầu, làm tăng khả năng thấm dầu và giảm sự bám dính của nước, từ đó ngăn ngừa sự tái hình thành tắc nghẽn do nước.

Các khái niệm chuyên ngành được sử dụng gồm: nhiễm bẩn cặn bã, tắc nghẽn do nước, lực mao dẫn, hydrophob hóa, tính ướt đá vỉa, hóa phẩm không chứa axit.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu thực nghiệm tại phòng thí nghiệm và dữ liệu thực tế từ các giếng khai thác tại mỏ Bạch Hổ. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm các mẫu đá vỉa lấy từ các giếng có hiện tượng nhiễm bẩn và tắc nghẽn nước.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Khảo sát thực trạng xử lý nhiễm bẩn tại VSP qua các giai đoạn từ 1988 đến nay.
  • Thí nghiệm chọn lọc và đánh giá đặc tính hóa phẩm không chứa axit gồm hai thành phần chính: dung môi hỗn hợp (mutual solvent) để xử lý tắc nghẽn do nước và hóa phẩm Silan tan trong dầu để hydrophob hóa đá vỉa.
  • Thiết kế quy trình xử lý và ngăn ngừa tắc nghẽn cho giếng X tại mỏ Bạch Hổ.
  • Đánh giá hiệu quả qua các chỉ số như khả năng phá vỡ nhũ tương, giảm sức căng bề mặt, chống sưng nở khoáng sét, khả năng phục hồi độ thấm trên mô hình lõi đá vỉa.

Thời gian nghiên cứu kéo dài từ năm 2019 đến 2020, với các giai đoạn khảo sát, thí nghiệm và ứng dụng thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng xử lý nhiễm bẩn tại VSP: Tỷ lệ thành công xử lý bằng hóa phẩm axit trong giai đoạn 1988-1999 đạt khoảng 67%, trong khi giai đoạn 2000-2019 giảm còn khoảng 46,7% đối với nhóm dung dịch axit sét. Nguyên nhân chính là do sự xuất hiện của tắc nghẽn do nước và ăn mòn thiết bị.

  2. Đặc tính hóa phẩm không chứa axit: Hóa phẩm mutual solvent có khả năng phá vỡ nhũ tương và xử lý tắc nghẽn do nước đạt hiệu quả trên 80% trong phòng thí nghiệm. Hóa phẩm Silan tan trong dầu tạo màng hydrophob trên bề mặt đá vỉa, làm tăng độ thấm dầu lên khoảng 25-30% so với mẫu chưa xử lý.

  3. Hiệu quả ứng dụng thực tế trên giếng X: Sau xử lý bằng hệ hóa phẩm không chứa axit, lưu lượng dầu tăng trung bình 15-20%, áp suất đáy giếng giảm khoảng 10-15%, đồng thời không ghi nhận hiện tượng ăn mòn thiết bị như khi sử dụng axit.

  4. So sánh với các nghiên cứu khác: Kết quả phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về xử lý tắc nghẽn do nước bằng hóa phẩm không chứa axit, đồng thời cải thiện tính bền vững và an toàn cho thiết bị khai thác.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính khiến hiệu quả xử lý nhiễm bẩn bằng axit giảm là do sự hình thành tắc nghẽn do nước trong các mao quản nhỏ, gây cản trở dòng chảy dầu. Áp suất mao dẫn và lực mao dẫn giữ nước trong vùng cận đáy giếng, tạo thành các cục bã nước không thể loại bỏ bằng axit. Hóa phẩm không chứa axit với dung môi hỗn hợp giúp phá vỡ nhũ tương và làm tan các cục bã nước, trong khi hóa phẩm Silan thay đổi tính ướt đá vỉa, ngăn ngừa tái nhiễm bẩn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tỷ lệ thành công xử lý nhiễm bẩn theo từng giai đoạn, bảng số liệu tăng lưu lượng dầu và giảm áp suất đáy giếng trước và sau xử lý, cũng như hình ảnh mô hình lõi đá vỉa trước và sau hydrophob hóa.

So với các nghiên cứu trước đây, giải pháp này không chỉ nâng cao hiệu quả xử lý mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến thiết bị, phù hợp với điều kiện địa chất và kỹ thuật đặc thù của mỏ Bạch Hổ.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai rộng rãi hệ hóa phẩm không chứa axit tại các giếng cát kết mỏ Bạch Hổ: Tăng tỷ lệ thành công xử lý nhiễm bẩn lên ít nhất 80% trong vòng 1-2 năm tới, do VSP chủ trì thực hiện.

  2. Xây dựng quy trình chuẩn xử lý và ngăn ngừa tắc nghẽn do nước: Bao gồm bước xử lý bằng dung môi hỗn hợp và hydrophob hóa đá vỉa, áp dụng cho các giếng có dấu hiệu suy giảm lưu lượng, hoàn thành trong 6 tháng.

  3. Đào tạo kỹ thuật viên và cán bộ vận hành về công nghệ mới: Đảm bảo vận hành đúng quy trình, giảm thiểu rủi ro và tối ưu hiệu quả, thực hiện liên tục trong năm đầu tiên.

  4. Theo dõi và đánh giá hiệu quả sau xử lý định kỳ: Sử dụng các chỉ số lưu lượng dầu, áp suất đáy giếng và phân tích mẫu lõi để điều chỉnh quy trình phù hợp, thực hiện hàng quý.

  5. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng cho các mỏ có đặc điểm địa chất tương tự: Tăng cường hợp tác nghiên cứu và chuyển giao công nghệ trong ngành dầu khí Việt Nam.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư khai thác dầu khí: Áp dụng giải pháp xử lý nhiễm bẩn hiệu quả, nâng cao sản lượng khai thác và tuổi thọ giếng.

  2. Nhà quản lý và hoạch định chính sách trong ngành dầu khí: Đánh giá và triển khai công nghệ mới phù hợp với điều kiện thực tế, tối ưu hóa chi phí khai thác.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật dầu khí: Tham khảo cơ sở lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và kết quả thực nghiệm để phát triển các nghiên cứu tiếp theo.

  4. Các công ty cung cấp hóa phẩm và dịch vụ dầu khí: Phát triển sản phẩm phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và điều kiện địa chất tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần sử dụng hóa phẩm không chứa axit thay vì axit truyền thống?
    Hóa phẩm không chứa axit giảm thiểu ăn mòn thiết bị hoàn thiện giếng và xử lý hiệu quả tắc nghẽn do nước mà axit truyền thống không thể giải quyết, từ đó nâng cao hiệu quả khai thác và tuổi thọ giếng.

  2. Cơ chế hình thành tắc nghẽn do nước là gì?
    Tắc nghẽn do nước hình thành khi áp suất đáy giếng giảm, nước trong hỗn hợp dầu-khí bị giữ lại trong các mao quản nhỏ do lực mao dẫn, tạo thành các cục bã nước cản trở dòng chảy dầu.

  3. Hóa phẩm Silan có tác dụng gì trong xử lý nhiễm bẩn?
    Silan tạo màng hydrophob trên bề mặt đá vỉa, thay đổi tính ướt từ ướt nước sang ướt dầu, giúp tăng độ thấm dầu và ngăn ngừa tái hình thành tắc nghẽn do nước.

  4. Hiệu quả xử lý được đánh giá như thế nào?
    Hiệu quả được đánh giá qua tỷ lệ thành công xử lý nhiễm bẩn, mức tăng lưu lượng dầu sau xử lý (khoảng 15-20%), giảm áp suất đáy giếng (10-15%) và không gây ăn mòn thiết bị.

  5. Giải pháp này có thể áp dụng cho các mỏ khác không?
    Có thể áp dụng cho các mỏ có đặc điểm địa chất và kỹ thuật tương tự mỏ Bạch Hổ, đặc biệt là các mỏ cát kết có hiện tượng tắc nghẽn do nước và ăn mòn thiết bị.

Kết luận

  • Luận văn đã khảo sát và phân tích thực trạng xử lý nhiễm bẩn tại mỏ Bạch Hổ, xác định hạn chế của phương pháp axit truyền thống.
  • Đã lựa chọn và thí nghiệm thành công hệ hóa phẩm không chứa axit gồm dung môi hỗn hợp và hóa phẩm Silan, phù hợp với điều kiện địa chất mỏ Bạch Hổ.
  • Ứng dụng thực tế trên giếng X cho thấy tăng lưu lượng dầu 15-20%, giảm áp suất đáy giếng 10-15%, đồng thời giảm thiểu ăn mòn thiết bị.
  • Đề xuất triển khai rộng rãi giải pháp này tại VSP và các mỏ tương tự, đồng thời xây dựng quy trình chuẩn và đào tạo nhân sự.
  • Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng ứng dụng, theo dõi hiệu quả dài hạn và nghiên cứu cải tiến hóa phẩm để nâng cao hơn nữa hiệu quả xử lý nhiễm bẩn.

Hành động ngay hôm nay để nâng cao hiệu quả khai thác dầu khí tại mỏ Bạch Hổ và các mỏ tương tự bằng công nghệ xử lý nhiễm bẩn không chứa axit!