Tổng quan nghiên cứu

Bồn trũng Cửu Long, với diện tích khoảng 56.000 km², là một trong những khu vực trọng điểm về dầu khí tại Việt Nam, đặc biệt là mỏ Hồng Hạc nằm trong lô X. Mỏ khí condensate Hồng Hạc có trữ lượng dầu khí tại chỗ đối tượng E - tầng Oligoxen ước tính đạt khoảng 262 triệu thùng dầu và 691 tỷ bộ khối khí (giá trị trung bình). Tuy nhiên, tầng chứa này có tính chất địa chất phức tạp với độ bất đồng nhất cao, tính chặt xít lớn và phân bố vỉa không đồng đều, gây khó khăn trong việc dự báo khai thác và quản lý mỏ.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng mô hình mô phỏng vỉa có xem xét đến giải pháp nứt vỉa thủy lực nhằm tăng độ thấm và nâng cao trữ lượng thu hồi cho tầng Oligoxen E tại mỏ Hồng Hạc. Nghiên cứu tập trung vào việc kiểm tra, xử lý dữ liệu đầu vào, xây dựng mô hình mô phỏng thủy động lực dựa trên số liệu khai thác lịch sử và khảo sát hiệu quả của giải pháp nứt vỉa thủy lực thông qua các kịch bản mô phỏng khác nhau. Phạm vi nghiên cứu bao gồm dữ liệu từ 4 giếng khoan thăm dò và thâm lượng tại mỏ Hồng Hạc, hoàn thành trong giai đoạn từ tháng 8/2013 đến tháng 6/2014.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp công cụ dự báo khai thác chính xác hơn, hỗ trợ tối ưu hóa kế hoạch phát triển mỏ, giảm thiểu rủi ro do tính bất đồng nhất của tầng chứa và đề xuất giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả khai thác, góp phần tăng hệ số thu hồi dầu khí trong bối cảnh trữ lượng còn lớn nhưng khai thác gặp nhiều thách thức.

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 kỹ thuật mô phỏng vỉa dầu khí, bao gồm:

  • Phương trình cân bằng vật chất (PTCBVC): Mô tả sự cân bằng thể tích giữa các pha dầu, khí, nước và đá trong vỉa, là cơ sở để tính toán trữ lượng và dự báo áp suất vỉa.

  • Định luật Darcy: Mô tả dòng chảy chất lưu trong môi trường lỗ rỗng, được áp dụng cho dòng chảy đa pha trong vỉa với các tham số như độ thấm tương đối, độ nhớt và gradient áp suất.

  • Phương trình liên tục: Đảm bảo bảo toàn khối lượng chất lưu trong từng ô lưới của mô hình, tính toán lưu lượng đi vào, đi ra và tích lũy trong vỉa theo thời gian.

  • Định luật mô tả trạng thái vật chất: Bao gồm các mô hình áp suất thủy tinh, độ nén của đất đá và chất lưu, mô hình PVT (Pressure-Volume-Temperature) để mô tả tính chất vật lý của dầu, khí và nước trong vỉa.

  • Mô hình mô phỏng thủy động lực: Kết hợp các phương trình trên để mô phỏng sự phân bố áp suất, độ bão hòa và lưu lượng khai thác trong vỉa dưới các điều kiện vận hành khác nhau.

Các khái niệm chính bao gồm: độ rỗng, độ thấm, độ bão hòa nước, áp suất mao dẫn, và hiệu chỉnh mô hình dựa trên dữ liệu lịch sử khai thác (history matching).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được sử dụng bao gồm: số liệu khai thác từ 4 giếng khoan (HH-1X, HH-2X, HH-3X, HH-4X), dữ liệu địa chất (mô hình địa chất 3D, phân bố tướng trầm tích, đặc tính đất đá), dữ liệu PVT và các kết quả phân tích mẫu lõi đặc biệt.

Phương pháp nghiên cứu gồm các bước:

  1. Kiểm tra và xử lý dữ liệu đầu vào: Đánh giá và hiệu chỉnh các thông số như quan hệ độ rỗng - độ thấm, độ thấm pha, độ bão hòa chất lưu, áp suất mao dẫn nhằm tăng độ tin cậy cho mô hình.

  2. Xây dựng mô hình mô phỏng: Sử dụng phần mềm ECLIPSE để xây dựng mô hình thủy động lực 3D cho tầng Oligoxen E, với lưới ô kích thước 150x150x5 m, bao gồm các giếng khai thác theo kế hoạch khai thác sớm (EPS).

  3. Hiệu chỉnh mô hình (history matching): Điều chỉnh các tham số mô hình để phù hợp với số liệu lịch sử khai thác về áp suất đáy giếng, lưu lượng dầu, khí và nước.

  4. Khảo sát giải pháp nứt vỉa thủy lực: Áp dụng các kịch bản mô phỏng với thay đổi độ thấm vùng cận đáy giếng, sử dụng phần mềm StimPlan để mô phỏng ảnh hưởng của nứt vỉa thủy lực lên lưu lượng khai thác và trữ lượng thu hồi.

  5. Phân tích kết quả: So sánh các kịch bản mô phỏng có và không có nứt vỉa thủy lực, đánh giá hiệu quả giải pháp dựa trên các chỉ số như tăng trữ lượng thu hồi, thay đổi áp suất và lưu lượng khai thác.

Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 8/2013 đến tháng 6/2014, với cỡ mẫu dữ liệu gồm 4 giếng khoan thăm dò và thâm lượng, lựa chọn phương pháp phân tích mô phỏng thủy động lực do tính phức tạp và đặc thù của tầng chứa.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu chỉnh mô hình mô phỏng phù hợp với số liệu lịch sử: Mô hình đã được hiệu chỉnh thành công với sai số lưu lượng dầu và khí dưới 5%, áp suất đáy giếng phù hợp với dữ liệu thực tế, đảm bảo độ tin cậy cho dự báo khai thác.

  2. Ảnh hưởng tích cực của nứt vỉa thủy lực: Mô phỏng cho thấy việc áp dụng giải pháp nứt vỉa thủy lực làm tăng độ thấm vùng cận đáy giếng lên đến 6 lần so với ban đầu, giúp tăng trữ lượng thu hồi cho giếng HH-3P khoảng 10-15% so với kịch bản không nứt vỉa.

  3. Tác động của các tham số nứt vỉa: Kết quả mô phỏng với các giá trị skin khác nhau và diện tích ảnh hưởng nứt vỉa cho thấy hiệu quả tăng trữ lượng phụ thuộc rõ rệt vào các thông số này, với mức tăng trữ lượng thu hồi cao nhất khi diện tích ảnh hưởng lớn và skin thấp.

  4. Mức độ bất đồng nhất của tầng chứa ảnh hưởng đến hiệu quả nứt vỉa: Do tính chất đất đá chặt xít và phân bố không đồng đều của vỉa, giải pháp nứt vỉa thủy lực có thể giúp cải thiện đáng kể khả năng dẫn dòng và giảm áp suất cục bộ vùng cận đáy giếng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả tăng trữ lượng là do nứt vỉa thủy lực tạo ra các khe nứt nhân tạo, làm tăng độ thấm và mở rộng vùng ảnh hưởng dẫn dòng chất lưu đến giếng khai thác. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu tương tự tại các mỏ có đặc điểm vỉa chặt xít và bất đồng nhất cao.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, mô hình mô phỏng đã được cải tiến bằng cách tích hợp dữ liệu thực tế từ 4 giếng khoan và áp dụng kỹ thuật hiệu chỉnh mô hình chi tiết hơn, giúp nâng cao độ chính xác dự báo. Việc sử dụng phần mềm StimPlan để mô phỏng nứt vỉa thủy lực cũng là điểm mới, cho phép đánh giá chi tiết ảnh hưởng của các tham số kỹ thuật đến hiệu quả khai thác.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh lưu lượng khai thác và trữ lượng thu hồi giữa các kịch bản, bảng tổng hợp các thông số hiệu chỉnh mô hình và biểu đồ phân bố áp suất vùng cận đáy giếng trước và sau khi nứt vỉa.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai giải pháp nứt vỉa thủy lực cho các giếng khai thác tầng Oligoxen E: Áp dụng kỹ thuật nứt vỉa thủy lực đa giai đoạn nhằm tăng độ thấm vùng cận đáy giếng, dự kiến tăng trữ lượng thu hồi từ 10-15% trong vòng 1-2 năm tới. Chủ thể thực hiện: Nhà điều hành mỏ phối hợp với các đơn vị kỹ thuật chuyên môn.

  2. Cập nhật và hiệu chỉnh mô hình mô phỏng thường xuyên: Thu thập dữ liệu khai thác mới từ các giếng đã nứt vỉa để cập nhật mô hình, nâng cao độ chính xác dự báo và điều chỉnh kế hoạch khai thác phù hợp. Thời gian thực hiện: định kỳ 6 tháng/lần.

  3. Tăng cường nghiên cứu đặc tính địa chất và vật lý vỉa: Tiến hành phân tích mẫu lõi và đo đạc đặc tính PVT bổ sung nhằm giảm thiểu rủi ro do tính bất đồng nhất và chặt xít của tầng chứa. Chủ thể: Phòng thí nghiệm địa chất và kỹ thuật mỏ.

  4. Xây dựng kế hoạch khai thác sớm (EPS) mở rộng: Khai thác sớm nhằm thu thập thêm thông tin về đặc tính vỉa và hiệu quả giải pháp nứt vỉa thủy lực, từ đó tối ưu hóa kế hoạch phát triển mỏ dài hạn. Thời gian: 1-3 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà điều hành và quản lý mỏ dầu khí: Sử dụng mô hình mô phỏng và kết quả nghiên cứu để tối ưu hóa kế hoạch khai thác, quản lý rủi ro và nâng cao hiệu quả kinh tế.

  2. Chuyên gia kỹ thuật và kỹ sư khai thác: Áp dụng giải pháp nứt vỉa thủy lực và các phương pháp hiệu chỉnh mô hình để cải thiện hiệu suất khai thác trong các tầng chứa có tính chất phức tạp.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành địa chất dầu khí: Tham khảo phương pháp xây dựng mô hình mô phỏng, xử lý dữ liệu đầu vào và ứng dụng kỹ thuật nứt vỉa thủy lực trong nghiên cứu và đào tạo.

  4. Các công ty cung cấp dịch vụ kỹ thuật dầu khí: Nắm bắt các yêu cầu kỹ thuật và đặc điểm địa chất để phát triển các giải pháp công nghệ phù hợp, nâng cao chất lượng dịch vụ.

Câu hỏi thường gặp

  1. Nứt vỉa thủy lực là gì và tại sao cần áp dụng cho tầng Oligoxen E?
    Nứt vỉa thủy lực là kỹ thuật tạo khe nứt nhân tạo trong vỉa để tăng độ thấm vùng cận đáy giếng, giúp cải thiện dòng chảy chất lưu. Đối với tầng Oligoxen E có tính chặt xít cao, giải pháp này giúp tăng trữ lượng thu hồi và hiệu quả khai thác.

  2. Mô hình mô phỏng vỉa được xây dựng dựa trên những dữ liệu nào?
    Mô hình sử dụng dữ liệu địa chất 3D, đặc tính vật lý đất đá và chất lưu (PVT), số liệu khai thác lịch sử từ 4 giếng khoan, cùng các quan hệ độ rỗng - độ thấm và độ bão hòa chất lưu.

  3. Phương pháp hiệu chỉnh mô hình mô phỏng như thế nào?
    Hiệu chỉnh dựa trên so sánh kết quả mô phỏng với số liệu thực tế về áp suất đáy giếng, lưu lượng dầu, khí và nước, điều chỉnh các tham số mô hình để giảm sai số và tăng độ tin cậy dự báo.

  4. Giải pháp nứt vỉa thủy lực có thể áp dụng cho các mỏ khác không?
    Có thể áp dụng cho các mỏ có đặc điểm vỉa chặt xít, bất đồng nhất cao và khó khai thác, tuy nhiên cần khảo sát đặc thù địa chất và điều kiện vận hành cụ thể từng mỏ.

  5. Lợi ích kinh tế của việc áp dụng mô hình mô phỏng và giải pháp nứt vỉa thủy lực?
    Giúp dự báo chính xác sản lượng khai thác, tối ưu hóa kế hoạch phát triển mỏ, giảm thiểu rủi ro và chi phí không cần thiết, đồng thời tăng hệ số thu hồi dầu khí, nâng cao lợi nhuận khai thác.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng thủy động lực cho tầng Oligoxen E tại mỏ Hồng Hạc, phù hợp với số liệu khai thác lịch sử.
  • Giải pháp nứt vỉa thủy lực được mô phỏng cho thấy khả năng tăng trữ lượng thu hồi từ 10-15% nhờ tăng độ thấm vùng cận đáy giếng.
  • Các tham số kỹ thuật của nứt vỉa như diện tích ảnh hưởng và skin có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả khai thác.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật để triển khai giải pháp nứt vỉa thủy lực trong thực tế, góp phần nâng cao hiệu quả khai thác mỏ.
  • Đề xuất cập nhật mô hình thường xuyên và mở rộng khai thác sớm nhằm tối ưu hóa kế hoạch phát triển mỏ trong tương lai.

Hành động tiếp theo: Khuyến nghị nhà điều hành mỏ triển khai giải pháp nứt vỉa thủy lực cho các giếng khai thác, đồng thời tiếp tục thu thập dữ liệu để cập nhật mô hình và điều chỉnh kế hoạch khai thác phù hợp.