Tổng quan nghiên cứu

Bồn trũng Cửu Long, với diện tích khoảng 56.000 km², là khu vực có tiềm năng dầu khí lớn nhất trên thềm lục địa Việt Nam, trải dài từ 9° đến 11° vĩ độ Bắc và 106°30’ đến 109° kinh độ Đông. Mỏ Hải Âu, nằm trong bồn trũng này, đã được khai thác từ năm 2003 với lưu lượng khai thác ban đầu khoảng 60.000 thùng dầu/ngày. Đối tượng nghiên cứu chính là tầng Oligoxen (đối tượng C30) trong mỏ Hải Âu, nơi sau khoảng 10 tháng khai thác đã xuất hiện nhiều rủi ro liên quan đến các yếu tố không chắc chắn về thông số đất đá, mối quan hệ giữa chất lưu và đất đá, cũng như tầng chứa nước. Hiện tượng áp suất vỉa suy giảm và sự xuất hiện nước tại các giếng khai thác đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc xây dựng mô hình khai thác chính xác, nhằm quản lý và phát triển mỏ hiệu quả.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc tăng độ tin cậy của dữ liệu đầu vào, giảm thiểu sự không chắc chắn về tầng chứa nước, khảo sát tiềm năng khai thác và lập kế hoạch phát triển mỏ thông qua đánh giá ảnh hưởng của số lượng giếng khai thác, vị trí giếng, chế độ khai thác và duy trì năng lượng vỉa. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khu vực mỏ Hải Âu, bồn trũng Cửu Long, với dữ liệu thu thập từ các giếng khoan và mẫu lõi trong giai đoạn từ năm 2003 đến 2011. Việc xây dựng mô hình khai thác không chỉ giúp dự báo sản lượng khai thác đến cuối đời mỏ mà còn hỗ trợ lựa chọn phương án tối ưu như bơm ép nước để duy trì áp suất vỉa, góp phần nâng cao hiệu quả thu hồi dầu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình cơ bản trong địa chất dầu khí và mô phỏng khai thác vỉa, bao gồm:

  • Phương trình Darcy: Mô tả dòng chảy chất lưu qua môi trường đa lỗ rỗng, là cơ sở cho việc mô phỏng dòng chảy trong tầng chứa.
  • Phương trình cân bằng vật chất: Đảm bảo sự bảo toàn khối lượng trong quá trình khai thác và bơm ép.
  • Mô hình tầng chứa nước số (Numerical Aquifer Model): Hỗ trợ xác định thể tích và ảnh hưởng của tầng chứa nước đến áp suất vỉa.
  • Mô hình tướng trầm tích (Facies Modeling): Sử dụng phương pháp mô hình hóa ngẫu nhiên (Object Modeling - Stochastic) để mô phỏng phân bố các tướng trầm tích như cát chỉ lưu sông, côn cát cửa sông, và cát khe nứt vỡ đê.
  • Mối quan hệ độ rỗng - độ thấm và áp suất mao dẫn: Phân tích mẫu lõi HA-2P để xây dựng các biểu đồ đặc trưng, giúp hiệu chỉnh mô hình khai thác phù hợp với thực tế.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm:

  • Dữ liệu địa chất: tài liệu đặc điểm địa chất bồn trũng Cửu Long, mô hình địa chất thô, mẫu lõi HA-2P.
  • Dữ liệu giếng khoan: phân tích địa vật lý, kết quả phân tích mẫu lõi, dữ liệu PVT (áp suất, thể tích, nhiệt độ).
  • Dữ liệu khai thác thực tế: áp suất, lưu lượng dầu, khí, nước, tỷ số khí dầu từ các giếng khai thác.
  • Tài liệu tham khảo từ các nghiên cứu và báo cáo khoa học trong ngành dầu khí.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Kiểm tra và xử lý dữ liệu đầu vào, đặc biệt là quan hệ độ rỗng - độ thấm, phân loại đất đá và xây dựng biểu đồ độ thấm pha dầu - nước, khí - chất lỏng.
  • Xây dựng mô hình tầng chứa nước bằng mô hình số và phân tích khai thác để xác định thể tích tầng chứa nước.
  • Sử dụng phần mềm ECLIPSE 100, VFPI, Schedule, Petrel, Topaze và Excel để xây dựng và hiệu chỉnh mô hình khai thác.
  • Hiệu chỉnh mô hình dựa trên số liệu lịch sử khai thác của ba giếng chính (HA-1PST, HA-4PST, HA-10PIST).
  • Dự báo sản lượng khai thác và đánh giá các phương án phát triển mỏ, bao gồm khoan thêm giếng khai thác và bơm ép nước.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 11 giếng khoan qua đối tượng C30 từ năm 2005 đến 2009, với dữ liệu chi tiết về đặc tính địa chất và khai thác. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tính đại diện và khả năng cung cấp dữ liệu đầy đủ cho mô hình hóa.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc tính địa chất và trầm tích tầng C30: Mô hình tướng trầm tích cho thấy tầng cát kết Oligoxen là môi trường sông-delta chịu ảnh hưởng thủy triều, với các tướng chính gồm cát chỉ lưu sông (41,25% diện tích), côn cát cửa sông và cát khe nứt vỡ đê. Độ rỗng trung bình của các tập cát đạt khoảng 19-22,4%, độ bão hòa nước trung bình khoảng 41%.
  2. Mối quan hệ độ rỗng - độ thấm và áp suất mao dẫn: Phân tích mẫu lõi HA-2P cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa độ rỗng và độ thấm, giúp xây dựng biểu đồ độ thấm pha dầu - nước và khí - chất lỏng, tăng độ tin cậy cho dữ liệu đầu vào mô hình khai thác.
  3. Hiệu chỉnh mô hình khai thác: Mô hình thủy động lực được hiệu chỉnh phù hợp với số liệu lịch sử khai thác của ba giếng chính, thể hiện qua các biểu đồ áp suất đáy giếng và lưu lượng khai thác, với sai số nhỏ, đảm bảo độ chính xác của mô hình.
  4. Dự báo sản lượng và phương án phát triển mỏ: Các phương án bơm ép nước, đặc biệt là bơm ép giếng HA-10PIST từ tháng 6/2012 và khoan thêm giếng bơm ép HA-AI, được dự báo sẽ tăng sản lượng thu hồi thêm khoảng 0,42 triệu thùng dầu so với phương án cơ sở, đồng thời duy trì áp suất vỉa hiệu quả.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các hiện tượng áp suất vỉa suy giảm và xuất hiện nước tại các giếng khai thác được giải thích bởi sự không đồng nhất trong đặc tính đất đá và ảnh hưởng của tầng chứa nước. Việc xây dựng mô hình khai thác dựa trên dữ liệu đầu vào được kiểm tra và xử lý kỹ lưỡng đã giúp giảm thiểu sự không chắc chắn này. So sánh với các nghiên cứu trước đây trong bồn trũng Cửu Long và các mô hình tương tự trên thế giới cho thấy mô hình này có độ tin cậy cao và phù hợp với thực tế khai thác.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ phân bố tướng trầm tích, biểu đồ quan hệ độ rỗng - độ thấm, biểu đồ áp suất đáy giếng và lưu lượng khai thác theo thời gian, giúp minh họa rõ ràng quá trình hiệu chỉnh và dự báo mô hình.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Cập nhật liên tục dữ liệu khai thác: Thực hiện thu thập và xử lý dữ liệu mới trong quá trình khai thác để cập nhật mô hình, nâng cao độ chính xác dự báo sản lượng. Chủ thể thực hiện: Ban kỹ thuật mỏ, timeline: hàng quý.
  2. Triển khai phương án bơm ép nước: Áp dụng bơm ép nước tại giếng HA-10PIST và khoan thêm giếng bơm ép HA-AI nhằm duy trì áp suất vỉa và tăng hệ số thu hồi dầu. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý mỏ, timeline: từ tháng 6/2012.
  3. Tối ưu hóa vị trí và số lượng giếng khai thác: Đánh giá và lựa chọn vị trí khoan giếng mới dựa trên mô hình khai thác để tối đa hóa hiệu quả khai thác và giảm thiểu rủi ro. Chủ thể thực hiện: Phòng địa chất và khai thác, timeline: 6-12 tháng.
  4. Nâng cao năng lực phân tích và mô phỏng: Đào tạo nhân sự sử dụng thành thạo các phần mềm mô phỏng như ECLIPSE, Petrel, Topaze để đảm bảo mô hình luôn được hiệu chỉnh và vận hành chính xác. Chủ thể thực hiện: Ban nhân sự và đào tạo, timeline: 12 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Chuyên gia địa chất dầu khí: Nắm bắt chi tiết về đặc điểm địa chất và trầm tích tầng Oligoxen, hỗ trợ trong việc đánh giá tiềm năng và lập kế hoạch phát triển mỏ.
  2. Kỹ sư khai thác mỏ: Áp dụng mô hình khai thác để tối ưu hóa chế độ khai thác, lựa chọn phương án bơm ép và khoan giếng mới nhằm nâng cao hiệu quả thu hồi dầu.
  3. Nhà quản lý dự án dầu khí: Sử dụng kết quả dự báo sản lượng và phân tích rủi ro để lập kế hoạch phát triển mỏ dài hạn, đảm bảo hiệu quả kinh tế và kỹ thuật.
  4. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành địa chất dầu khí: Tham khảo phương pháp xây dựng mô hình khai thác, xử lý dữ liệu đầu vào và ứng dụng phần mềm mô phỏng trong nghiên cứu khoa học và đào tạo.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình khai thác có thể áp dụng cho các mỏ khác không?
    Mô hình được xây dựng dựa trên đặc điểm địa chất và dữ liệu thực tế của mỏ Hải Âu, tuy nhiên phương pháp và quy trình có thể được điều chỉnh để áp dụng cho các mỏ có điều kiện tương tự, đặc biệt trong bồn trũng Cửu Long.

  2. Làm thế nào để giảm thiểu rủi ro liên quan đến tầng chứa nước?
    Việc xây dựng mô hình tầng chứa nước số và phân tích khai thác giúp xác định thể tích và ảnh hưởng của tầng chứa nước, từ đó đưa ra các biện pháp bơm ép nước phù hợp nhằm duy trì áp suất vỉa và hạn chế sự xâm nhập nước vào giếng khai thác.

  3. Phần mềm ECLIPSE có vai trò gì trong nghiên cứu?
    ECLIPSE là phần mềm mô phỏng khai thác vỉa được sử dụng để xây dựng, hiệu chỉnh và dự báo mô hình khai thác, giúp mô phỏng chính xác dòng chảy chất lưu và áp suất trong tầng chứa.

  4. Dữ liệu đầu vào được xử lý như thế nào để tăng độ tin cậy?
    Dữ liệu đầu vào được kiểm tra kỹ lưỡng, bao gồm phân tích mẫu lõi, xây dựng quan hệ độ rỗng - độ thấm, biểu đồ độ thấm pha dầu - nước và khí - chất lỏng, nhằm đảm bảo tính chính xác và phù hợp với thực tế.

  5. Phương án bơm ép nước có hiệu quả như thế nào?
    Dự báo mô hình cho thấy phương án bơm ép nước tại giếng HA-10PIST kết hợp khoan thêm giếng HA-AI sẽ tăng sản lượng thu hồi thêm khoảng 0,42 triệu thùng dầu và duy trì áp suất vỉa, góp phần kéo dài tuổi thọ mỏ.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công mô hình khai thác cho đối tượng C30 - tầng Oligoxen, mỏ Hải Âu, dựa trên dữ liệu địa chất, mẫu lõi và số liệu khai thác thực tế.
  • Mô hình được hiệu chỉnh phù hợp với số liệu lịch sử khai thác, đảm bảo độ tin cậy cao trong dự báo sản lượng.
  • Phương án bơm ép nước và khoan thêm giếng bơm ép được xác định là tối ưu để duy trì áp suất vỉa và tăng hệ số thu hồi dầu.
  • Mô hình giúp lập kế hoạch phát triển mỏ hiệu quả, đánh giá ảnh hưởng của số lượng giếng, vị trí và chế độ khai thác.
  • Đề xuất cập nhật mô hình liên tục và nâng cao năng lực phân tích nhằm hoàn thiện mô hình và hỗ trợ quyết định khai thác trong tương lai.

Hành động tiếp theo: Triển khai áp dụng mô hình trong quản lý khai thác, cập nhật dữ liệu mới và thực hiện các phương án bơm ép nước theo kế hoạch đã đề ra để tối ưu hóa hiệu quả khai thác mỏ.