Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp khai thác dầu khí, việc gia tăng hệ số thu hồi dầu là yếu tố then chốt quyết định hiệu quả kinh tế của mỏ. Mỏ Gấu Trắng thuộc bể Nam Côn Sơn đã được khai thác hơn 10 năm với hệ số thu hồi hiện tại chỉ khoảng 10%, áp suất vỉa giảm dưới áp suất bão hòa, lưu lượng khí khai thác cao trong khi lưu lượng dầu thấp. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc áp dụng các phương pháp bơm ép khí và nước nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu. Luận văn tập trung khảo sát các phương pháp bơm ép nước, bơm ép khí không hòa tan và bơm ép khí-nước luân phiên (WAG) thông qua mô hình mô phỏng, nhằm đánh giá hiệu quả gia tăng sản lượng thu hồi dầu cho mỏ Gấu Trắng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào tầng Miocene dưới của mỏ, với dữ liệu khai thác thực tế và mô hình mô phỏng được xây dựng dựa trên các thông số địa chất, địa tầng và khai thác hiện có. Mục tiêu chính là lựa chọn phương án bơm ép phù hợp, tối ưu hóa lưu lượng và thời gian bơm ép để tăng sản lượng thu hồi dầu, góp phần nâng cao hiệu quả khai thác và kéo dài tuổi thọ mỏ. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng các kỹ thuật thu hồi dầu thứ cấp tại các mỏ dầu có đặc điểm tương tự trong bể Nam Côn Sơn và khu vực lân cận.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về thu hồi dầu thứ cấp, tập trung vào ba phương pháp bơm ép chính:

  • Phương pháp bơm ép nước: Duy trì áp suất vỉa bằng cách bơm nước vào vỉa để thay thế thể tích dầu khai thác, giúp tăng hiệu quả quét dầu. Các yếu tố ảnh hưởng gồm lưu lượng nước bơm ép, vị trí giếng bơm ép (ngoài ranh giới dầu-nước, trên ranh giới hoặc trong ranh giới), đặc tính vỉa như độ thấm, độ rỗng, cấu trúc địa tầng và tính đồng nhất của vỉa.

  • Phương pháp bơm ép khí không hòa tan: Bơm khí hydrocarbon không hòa tan vào vỉa nhằm duy trì áp suất và đẩy dầu ra khỏi vỉa. Cơ chế vật lý bao gồm duy trì áp suất, dịch chuyển dầu theo chiều ngang và dọc, giãn nở dầu và sự bay hơi thành phần dầu. Phương pháp này hiệu quả với vỉa có cơ chế năng lượng trọng lực và vỉa dày, đồng nhất.

  • Phương pháp bơm ép khí-nước luân phiên (WAG): Kết hợp bơm ép khí và nước theo chu kỳ nhằm khắc phục hạn chế của từng phương pháp riêng lẻ, tăng hiệu quả quét dầu và giảm hiện tượng lưỡi nước hoặc khí. Các yếu tố ảnh hưởng gồm tỷ số luân phiên khí và nước, lưu lượng bơm ép, thời gian bơm ép từng pha.

Các khái niệm chính được sử dụng gồm: hệ số thu hồi dầu, áp suất bão hòa khí, độ bão hòa dầu tàng dư, hệ số linh động, độ thấm quan hệ, và mô hình dòng chảy riêng của khí theo phương trình Buckley-Leverett.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu định lượng dựa trên mô hình mô phỏng vỉa dầu bằng phần mềm Eclipse, với cỡ mẫu dữ liệu khai thác thực tế từ mỏ Gấu Trắng gồm 2 giếng khai thác chính GT-1P và GT-2P. Phương pháp chọn mẫu là lựa chọn các giếng đại diện cho đặc điểm vỉa và khai thác hiện tại nhằm phân tích ảnh hưởng của các thông số bơm ép.

Quá trình nghiên cứu gồm các bước:

  1. Thu thập và phân tích số liệu khai thác thực tế về lưu lượng dầu, khí, nước, áp suất vỉa và đặc tính địa chất tầng Miocene dưới.

  2. Xây dựng mô hình mô phỏng vỉa dầu dựa trên dữ liệu địa chất, địa tầng và khai thác, đánh giá độ tin cậy qua lặp lại lịch sử khai thác.

  3. Khảo sát ảnh hưởng của các thông số bơm ép nước, khí và khí-nước luân phiên như lưu lượng bơm, thời gian bơm, vị trí giếng bơm ép đến sản lượng thu hồi dầu.

  4. Phân tích độ nhạy các thông số để lựa chọn phương án bơm ép tối ưu.

  5. Đề xuất phương án bơm ép phù hợp cho mỏ Gấu Trắng dựa trên kết quả mô phỏng.

Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 02/2012 đến tháng 06/2012, với sự hướng dẫn của các chuyên gia trong lĩnh vực địa chất dầu khí và khai thác.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả bơm ép khí-nước luân phiên vượt trội: Phương pháp bơm ép khí-nước luân phiên (WAG) cho tầng Miocene dưới mỏ Gấu Trắng làm tăng sản lượng thu hồi dầu thêm khoảng 1,24 triệu thùng, tương ứng với mức tăng hệ số thu hồi khoảng 4% so với khai thác bằng năng lượng tự nhiên.

  2. Bơm ép nước và khí đơn lẻ có hiệu quả thấp hơn: So với WAG, bơm ép nước hoặc khí riêng lẻ chỉ làm tăng hệ số thu hồi dầu ở mức thấp hơn, do hạn chế về hiệu quả quét dầu và hiện tượng lưỡi nước hoặc khí hình thành nhanh.

  3. Ảnh hưởng của lưu lượng và thời gian bơm ép: Lưu lượng bơm ép và thời gian bơm ép khí-nước luân phiên có ảnh hưởng rõ rệt đến sản lượng thu hồi. Lưu lượng bơm ép tối ưu giúp duy trì áp suất vỉa gần áp suất bão hòa khí, tránh hiện tượng vỡ vỉa hoặc ngập nước giếng khai thác.

  4. Vị trí giếng bơm ép trong ranh giới dầu-nước hiệu quả hơn: Bố trí giếng bơm ép trong ranh giới dầu-nước giúp giảm tổn thất năng lượng và tăng hiệu quả quét dầu so với bố trí ngoài ranh giới.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp bơm ép khí-nước luân phiên tận dụng ưu điểm của cả hai phương pháp bơm ép khí và nước, khắc phục nhược điểm hiện tượng lưỡi nước hoặc khí, từ đó nâng cao hiệu quả quét dầu và hệ số thu hồi. Điều này phù hợp với các nghiên cứu thực tế tại mỏ Dulang (Malaysia) và các mỏ trong bể Cửu Long, nơi WAG đã chứng minh khả năng tăng hệ số thu hồi thêm 5-7%.

Việc lựa chọn lưu lượng và thời gian bơm ép phù hợp dựa trên mô hình mô phỏng giúp duy trì áp suất vỉa ổn định, tránh giảm áp suất dưới điểm bão hòa khí, từ đó giảm thiểu rủi ro vỡ vỉa hoặc ngập nước giếng khai thác. Bố trí giếng bơm ép trong ranh giới dầu-nước cũng giúp giảm tổn thất năng lượng và tăng hiệu quả bơm ép, phù hợp với đặc điểm địa chất và cấu trúc mỏ Gấu Trắng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh sản lượng thu hồi dầu theo từng phương pháp bơm ép và bảng phân tích độ nhạy các thông số bơm ép, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả và ảnh hưởng của từng yếu tố.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai phương pháp bơm ép khí-nước luân phiên (WAG): Áp dụng WAG cho tầng Miocene dưới mỏ Gấu Trắng nhằm tăng hệ số thu hồi dầu ít nhất 4% trong vòng 3-5 năm tới. Chủ thể thực hiện là Ban Công nghệ Mỏ phối hợp với Tổng Công ty Thăm dò Khai thác Dầu khí.

  2. Tối ưu lưu lượng và thời gian bơm ép: Thiết lập quy trình điều chỉnh lưu lượng bơm ép khí và nước dựa trên mô hình mô phỏng và dữ liệu khai thác thực tế, đảm bảo áp suất vỉa duy trì trên điểm bão hòa khí, tránh hiện tượng vỡ vỉa hoặc ngập nước. Thời gian thực hiện trong 12 tháng đầu triển khai.

  3. Bố trí giếng bơm ép trong ranh giới dầu-nước: Xây dựng kế hoạch khoan và chuyển đổi giếng hiện có thành giếng bơm ép trong ranh giới dầu-nước để tối ưu hiệu quả bơm ép. Chủ thể thực hiện là Ban Khoan và Khai thác, thời gian thực hiện 18 tháng.

  4. Theo dõi và đánh giá liên tục hiệu quả bơm ép: Thiết lập hệ thống giám sát áp suất, lưu lượng và tỷ số khí dầu (GOR) để điều chỉnh kịp thời chế độ bơm ép, đảm bảo hiệu quả khai thác tối ưu. Chủ thể thực hiện là Ban Vận hành mỏ, thực hiện liên tục trong suốt quá trình khai thác.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Chuyên gia và kỹ sư khai thác dầu khí: Nắm bắt các phương pháp bơm ép khí và nước, áp dụng mô hình mô phỏng để tối ưu hóa khai thác mỏ dầu có đặc điểm tương tự.

  2. Nhà quản lý dự án dầu khí: Đánh giá hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của các phương án bơm ép, từ đó ra quyết định đầu tư và triển khai phù hợp.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành địa chất dầu khí: Hiểu rõ cơ sở lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn trong khai thác dầu khí, đặc biệt về thu hồi dầu thứ cấp.

  4. Các công ty dầu khí và tư vấn kỹ thuật: Áp dụng kết quả nghiên cứu để phát triển các giải pháp gia tăng hệ số thu hồi dầu, nâng cao hiệu quả khai thác và giảm thiểu tác động môi trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp bơm ép khí-nước luân phiên (WAG) là gì?
    WAG là kỹ thuật bơm ép khí và nước theo chu kỳ luân phiên vào vỉa dầu nhằm tăng hiệu quả quét dầu và duy trì áp suất vỉa. Ví dụ, tại mỏ Gấu Trắng, WAG giúp tăng hệ số thu hồi dầu thêm 4% so với khai thác tự nhiên.

  2. Tại sao phải duy trì áp suất vỉa trên điểm bão hòa khí?
    Áp suất vỉa trên điểm bão hòa khí giúp tránh hiện tượng khí tách ra khỏi dầu quá sớm, duy trì khả năng thu hồi dầu cao và tránh vỡ vỉa hoặc ngập nước giếng khai thác.

  3. Lưu lượng bơm ép ảnh hưởng thế nào đến hiệu quả khai thác?
    Lưu lượng bơm ép tối ưu giúp duy trì áp suất vỉa ổn định, tránh hiện tượng lưỡi nước hoặc khí hình thành nhanh, từ đó tăng hiệu quả quét dầu và sản lượng thu hồi.

  4. Vị trí giếng bơm ép có quan trọng không?
    Rất quan trọng. Bố trí giếng bơm ép trong ranh giới dầu-nước giúp giảm tổn thất năng lượng và tăng hiệu quả quét dầu so với bố trí ngoài ranh giới.

  5. Phương pháp nghiên cứu mô phỏng có đáng tin cậy không?
    Mô hình mô phỏng được xây dựng dựa trên dữ liệu khai thác thực tế và đặc tính địa chất, đã được lặp lại lịch sử khai thác để đánh giá độ tin cậy, do đó kết quả có tính ứng dụng cao trong thực tế.

Kết luận

  • Phương pháp bơm ép khí-nước luân phiên (WAG) là giải pháp hiệu quả nhất để gia tăng hệ số thu hồi dầu cho mỏ Gấu Trắng, với mức tăng khoảng 4% hệ số thu hồi và 1,24 triệu thùng dầu.
  • Bơm ép nước hoặc khí đơn lẻ có hiệu quả thấp hơn do hạn chế về quét dầu và hiện tượng lưỡi nước/khí.
  • Lưu lượng và thời gian bơm ép cần được tối ưu dựa trên mô hình mô phỏng để duy trì áp suất vỉa ổn định, tránh rủi ro kỹ thuật.
  • Bố trí giếng bơm ép trong ranh giới dầu-nước giúp tăng hiệu quả bơm ép và giảm tổn thất năng lượng.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thực nghiệm phương án WAG, theo dõi hiệu quả khai thác và điều chỉnh chế độ bơm ép phù hợp nhằm tối ưu hóa sản lượng thu hồi dầu.

Hãy áp dụng các giải pháp này để nâng cao hiệu quả khai thác và phát triển bền vững mỏ Gấu Trắng cũng như các mỏ dầu tương tự trong khu vực.