MỞ ĐẦU Ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam hình thành và phát triển vào những năm 80 của thế kỷ trƣớc, với thời gian chƣa nhiều so với các nƣớc có nền công nghiệp dầu khí phát triển, nhƣng cũng đã đạt đƣợc nhiều thành tích đáng trân trọng. Ngoài những thuận lợi là phát triển sau nên có thể tiếp thu đƣợc nhiều thành tựu tiên tiến của thế giới, còn có những khó khăn nhƣ phần lớn các vỉa có trữ lƣợng lớn của Việt Nam thƣờng nằm trong tầng đá móng granite chứa các nứt nẻ tự nhiên, rất ít gặp trên thế giới, có các thuộc tính vỉa rất phức tạp, độ bất đồng nhất cao gây nhiều khó khăn cho công tác quy hoạch phát triển và nâng cao hiệu suất khai thác. Với nỗ lực của các nhà khoa học Việt Nam, đặc biệt là của ngành dầu khí, những nghiên cứu khoa học và công nghệ trực tiếp phục vụ cho phát triển các vỉa tầng móng đã thu đƣợc nhiều thành tựu và đã góp phần khai thác hiệu quả các vỉa tầng móng phức tạp, đóng góp phần lớn vào sản lƣợng khai thác hàng năm của Việt Nam, đƣa ngành công nghiệp dầu khí trở thành ngành có đóng góp quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội nƣớc nhà. Tuy nhiên, trƣớc yêu cầu ngày càng cao về nâng cao hiệu suất khai thác cho các vỉa nứt nẻ này, các nghiên cứu về các đặc trƣng và kỹ thuật mô hình mô phỏng kinh tế kỹ thuật khai thác vỉa cần phải đƣợc phát triển hơn nữa để các kết quả về các đặc trƣng của vỉa đảm bảo tính khoa học, độ chính xác và đặc biệt là phải xây dựng đƣợc các quy trình, công nghệ rõ ràng để có thể áp dụng hiệu quả cho các vỉa khác nhau.
Khi giải quyết các bài toán xác định các đặc trƣng thấm chứa trong các vỉa nứt nẻ tự nhiên (NFR), các phƣơng pháp địa thống kê truyền thống thƣờng tỏ ra kém chính xác [6]. Trong những năm gần đây một phƣơng pháp mô hình hóa đã đƣợc phát triển - mô hình vỉa nứt nẻ liên tục (CFM) để xác định các đặc trƣng nứt nẻ. Trong vỉa có kể đến hiệu ứng nứt nẻ ở nhiều quy mô, đồng thời, mô hình cũng tích hợp tất cả các thông tin từ nhiều nguồn, bao gồm mẫu lõi, logs giếng, ảnh địa chấn, và dữ liệu kiểm tra giếng [1] [7] [8]. Luận văn tập trung nghiên cứu, khảo sát kỹ thuật mô hình vỉa nứt nẻ liên tục (CFM).
Trong đó gồm có: kỹ thuật xếp hạng sử dụng các đƣờng cong fuzzy trung bình (mean fuzzy curve); và phƣơng pháp học máy mạng neural nhân tạo. Nâng cao chất lƣợng kỹ thuật mô hình nứt nẻ liên tục (CFM), áp dụng vào bài toán xác định đặc trƣng nứt nẻ của vỉa nứt nẻ tự nhiên. Luận văn tập trung khảo sát một số công trình TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 2 tiên tiến có liên quan trên thế giới [1] [3] [4] [8-10] [18-20] cung cấp một cái nhìn chung về phƣơng pháp xây dựng đặc trƣng nứt nẻ của vỉa nứt nẻ tự nhiên bằng kỹ thuật mô hình vỉa nứt nẻ liên tục. Một số các công trình nghiên cứu khác về thuật toán xếp hạng và mạng neural nhân tạo đã đƣợc luận văn sử dụng làm cơ sở khoa học cho các nghiên cứu và phát triển.
Luận văn đã xây dựng hoàn thành chƣơng trình máy tính bằng ngôn ngữ lập trình Fortran và thử nghiệm chƣơng trình với ví dụ thực tế. Đóng góp khoa học của luận văn là một bài báo đăng trên hội nghị Cơ Học Kỹ Thuật kỷ niệm 35 năm thành lập Viên Cơ Học, một bài báo đăng trên hội nghị cơ học thủy khí toàn quốc năm 2014, và một bài báo đăng trên hội nghị quốc tế lần thứ 3 về Cơ Học Kỹ Thuật và Tự Động Hóa (ICEMA3). Dựa trên kết quả thử nghiệm cho thấy: chƣơng trình máy tính hoạt động ổn định; module mạng neural nhân tạo làm việc cho kết quả có độ chính xác và phù hợp hơn module “train estimation model” của phần mềm thƣơng mại Petrel. Nội dung chính của luận văn đƣợc chia thành 4 chƣơng: - Chƣơng 1: Trình bày lý thuyết cơ bản về kỹ thuật mô hình vỉa nứt nẻ liên tục (CFM).
Chƣơng này cung cấp một cái nhìn tổng quát nhất về CFM. - Chƣơng 2: Trình bày sâu hơn về các công cụ trí tuệ nhân tạo dùng trong CFM, bao gồm mạng thần kinh nhân tạo và thuật toán xếp hạng các thông số đầu vào, dựa trên mức độ tƣơng quan của chúng với thông số đầu ra của mô hình. - Chƣơng 3: Trình bày những module chính và chƣơng trình con chính trong chƣơng trình máy tính và các sơ đồ khối mô tả khái quát hoạt động của chúng. - Chƣơng 4: Trình bày một số thử nghiệm chƣơng trình máy tính thông qua dữ liệu có đƣợc từ hai mỏ dầu công nghiệp, đó là mỏ Bạch Hổ của Việt Nam và mỏ Teapot Dome của Hoa Kỳ.
So sánh một số kết quả giữa hai chƣơng trình máy tính tự viết và phần mềm thƣơng mại Petrel. - Chƣơng 5: Kết luận, tổng kết những kết quả đã đạt đƣợc của luận văn và hƣớng phát triển nghiên cứu tiếp theo. - Phần phụ lục là mã nguồn của chƣơng trình. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 3 Chƣơng 1.
KỸ THUẬT MÔ HÌNH VỈA NỨT NẺ LIÊN TỤC 1. Vỉa nứt nẻ tự nhiên Vỉa dầu khí là chỉ một tích tụ của dầu mỏ và khí đốt, chiếm một phần hoặc toàn bộ bẫy chứa dầu. Nằm trong một két chứa tự nhiên, vỉa đƣợc giới hạn ở phía trên bởi các đá không thấm và phía dƣới bởi nƣớc hoặc các đá không thấm hoặc cả nƣớc và đá không thấm [5]. Vỉa đƣợc coi là một tích tụ cơ sở của dầu mỏ và khí đốt.
Nếu tích tụ này là đủ lớn và có lãi khi khai thác thì gọi là vỉa công nghiệp. Điều kiện cần thiết để thành tạo vỉa dầu là trong két chứa tự nhiên có hình thành bẫy [5]. Hình dạng và kích thƣớc của vỉa phần lớn tùy thuộc vào hình dạng và kích thƣớc của bẫy. Vỉa nứt nẻ tự nhiên - NFR là một vỉa dầu khí mà trong đó có chứa các hệ thống nứt nẻ và đứt gãy sinh ra không do các tác nhân nhân tạo.
Tác động chính của nứt nẻ và đứt gãy trong vỉa nứt nẻ tự nhiên là nó làm cho tính chất dòng chảy Hydrocarbon trong vỉa biến đổi rất không đồng nhất về cả hƣớng và cƣờng độ. Mô hình vỉa Trong ngành công nghiệp dầu khí hiện đại, xây dựng một mô hình vỉa dầu khí tức là sử dụng công cụ máy tính để xây dựng một mô hình số của một vỉa chứa dầu hoặc khí nhằm ƣớc lƣợng, tính toán trữ lƣợng dầu, khí trong vỉa. Mô hình vỉa là thay thế một không gian vật lý của vỉa bằng một tập hợp các ô lƣới rời rạc, các ô lƣới này có thể 1 chiều, 2 chiều hay 3 chiều. Các tính chất cần quan tâm trong vỉa nhƣ độ thấm, độ rỗng,… trong vỉa theo cách chia lƣới cũng đƣợc xây dựng cho mỗi ô lƣới trong mô hình vỉa.
Có thể phân chia kỹ thuật mô hình vỉa thành hai loại chính, đó là: - Mô hình tĩnh hay là mô hình địa chất: mô hình này đƣa ra các mô tả tĩnh các tính chất của môi trƣờng trong vỉa dầu, khí, ví dụ nhƣ độ thấm, độ rỗng, đặc trƣng nứt nẻ,… - Mô hình động hay còn gọi là mô hình mô phỏng vỉa: đƣợc xây dựng bởi các nhà kỹ sƣ sử dụng các phƣơng pháp số nhƣ phƣơng pháp sai phân hữu hạn, thể tích hữu hạn để mô tả dòng chảy dầu, khí, nƣớc trong vỉa theo thời gian. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 4 Trong tính toán khai thác vỉa mô hình động hiện nay vẫn đang đƣợc sử dụng là mô hình dòng chảy 3 pha dầu, khí nƣớc, dựa trên định luật bảo toàn khối lƣợng và định luật Darcy, dòng chảy 3 pha dầu, khí, nƣớc tuân theo hệ phƣơng trình vi phân đạo hàm riêng: g Kkrg g S g · pg g gD qg (1.1) g t Kk o So · o ro po o gD qo (1.2) o t Kk w S w · w rw pw w gD qw (1.4) Trong đó gọi là toán tử gradient, hay còn đƣợc gọi là Nabla, đây là toán tử vi phân hình thức, các tham số K , k , là các tham số đặc trƣng cho tính thấm rỗng của môi trƣờng, p là áp xuất, là độ nhớt, S là độ bão hòa nƣớc, q là lƣu lƣợng dòng chảy. Trong hệ 3 phƣơng trình (1.4) giúp xác định phân bố áp suất, độ bão hòa nƣớc,… trong vỉa dầu khí, tuy nhiên độ chính xác của các kết quả tính toán từ hệ phƣơng trình trên phụ thuộc rất lớn vào các tham số nằm trong các hệ phƣơng trình đó, các tham số này mô tả tính chất hình học, vật lý của môi trƣờng, ví dụ nhƣ: krg , krw , kro , K , ,…việc xây dựng, phát triển mô hình tĩnh sẽ góp phần nâng cao độ chính xác của các tham số trên, qua đó nâng cao kết quả tính toán cho mô hình dòng chảy trong vỉa. Mô hình địa chất (mô hình tĩnh) sẽ đƣợc sử dụng để xây dựng các thông số trên, sau đó kết quả của mô hình tĩnh sẽ đƣợc sử dụng làm đầu vào cho mô hình động (mô hình dòng chảy trong vỉa).
Chính vì vậy, để nâng cao chất lƣợng dự báo thì việc xây dựng mô hình địa chất tốt là việc cần thiết. Trong những năm qua, có một số mô hình địa chất đƣợc áp dụng phổ biến nhƣ mô hình địa cơ học, mô hình mạng nứt nẻ rời rạc (DFN), mô hình nứt nẻ liên tục,… trong đó khi làm việc với những vỉa nứt nẻ tự nhiên (NFR) mô hình nứt nẻ liên tục – CFM tỏ ra có hiểu quả hơn cả [3] [6-9]. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Kỹ thuật mô hình nứt nẻ liên tục - CFM Trong phƣơng pháp mô hình theo tiếp cận CFM, chỉ số đặc trƣng nứt nẻ cơ bản thƣờng đƣợc chọn để mô hình hóa là cƣờng độ nứt nẻ trong vỉa, thay vì tập chung vào bản chất các nứt nẻ, phƣơng pháp này tập trung vào những nguyên nhân gây ra và chi phối sự phát triển của nứt nẻ [1].