Luận án nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm ép luân phiên nước khí hydrocacbon nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu tại tầng miocen bể cửu long

Luận án nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm ép luân phiên nước khí hydrocacbon nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu tại tầng Miocen bể Cửu Long.

• Người hướng dẫn: PGS. Cao Ngọc Lâm
• Trường học: Trường Đại học Mỏ Địa chất
• Chuyên ngành: Kỹ thuật dầu khí
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm ép luân phiên nước - khí Hydrocarbon nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu tại tầng Mioxen, Bể Cửu Long
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Khái quát về nâng cao hệ số thu hồi dầu
• PHỤ LỤC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của nghiên cứu

Nghiên cứu về hệ số thu hồi dầu tại tầng Miocen bể Cửu Long là rất quan trọng trong bối cảnh nguồn tài nguyên dầu khí ngày càng cạn kiệt. Khai thác dầu hiện nay chủ yếu dựa vào các mỏ có trữ lượng lớn, nhưng số lượng mỏ mới phát hiện ngày càng giảm. Điều này dẫn đến việc nâng cao hệ số thu hồi dầu (Enhanced Oil Recovery - EOR) trở thành một nhiệm vụ cấp thiết. Theo thống kê, hiện tại chỉ có khoảng 20-32% dầu tại chỗ được thu hồi, trong khi hơn 70% vẫn chưa được khai thác. Việc áp dụng công nghệ bơm ép nước và khí hydrocacbon là một trong những giải pháp khả thi để tăng cường tầng cường thu hồi dầu. Việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này không chỉ giúp tăng sản lượng khai thác mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành dầu khí Việt Nam.

II. Công nghệ bơm ép luân phiên nước khí

Công nghệ bơm ép luân phiên nước - khí là một phương pháp tiên tiến nhằm tối ưu hóa quá trình thu hồi dầu. Phương pháp này cho phép kết hợp giữa nước và khí hydrocacbon để duy trì áp suất trong mỏ, từ đó tăng cường khả năng thu hồi dầu. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng công nghệ bơm ép này có thể cải thiện đáng kể hệ số thu hồi dầu tại tầng Miocen. Các mô hình mô phỏng cho thấy rằng việc điều chỉnh tỷ lệ bơm nước và khí có thể tạo ra hiệu ứng tích cực trong việc đẩy dầu ra khỏi các khe nứt trong đá chứa. Điều này không chỉ giúp tăng sản lượng mà còn giảm thiểu chi phí khai thác, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế cho các dự án dầu khí.

III. Đánh giá hiệu quả và ứng dụng thực tiễn

Đánh giá hiệu quả của phương pháp bơm ép luân phiên nước - khí cho thấy rằng nó có thể nâng cao hệ số thu hồi dầu lên đến 5-10% so với các phương pháp truyền thống. Việc áp dụng công nghệ này tại các mỏ thuộc bể Cửu Long đã cho thấy những kết quả khả quan. Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng tầng địa chất và tính chất của chất lưu trong mỏ có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả của phương pháp này. Do đó, việc nghiên cứu kỹ lưỡng các yếu tố này là cần thiết để tối ưu hóa quy trình khai thác. Kết quả nghiên cứu không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có thể được áp dụng thực tiễn, góp phần nâng cao hiệu quả khai thác dầu khí tại Việt Nam.

IV. Kết luận và khuyến nghị

Nghiên cứu về nâng cao hệ số thu hồi dầu tại tầng Miocen bể Cửu Long bằng công nghệ bơm ép luân phiên nước - khí hydrocacbon đã chỉ ra rằng đây là một giải pháp khả thi và hiệu quả. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp tăng sản lượng khai thác mà còn đảm bảo tính bền vững cho ngành dầu khí. Khuyến nghị cho các nhà đầu tư và các công ty dầu khí là cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển công nghệ này, đồng thời áp dụng các giải pháp tối ưu để nâng cao hiệu quả khai thác. Điều này sẽ góp phần quan trọng vào việc đảm bảo nguồn năng lượng cho tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ kỹ thuật với đề tài "Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm ép luân phiên nước - khí Hydrocarbon nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu tại tầng Mioxen, Bể Cửu Long" tập trung giải quyết bài toán nâng cao hệ số thu hồi dầu (Enhanced Oil Recovery - EOR) cho các đối tượng mỏ dầu khí ngoài khơi thềm lục địa Việt Nam trong giai đoạn suy giảm sản lượng.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Dầu khí là nguồn tài nguyên thiên nhiên không tái tạo. Hiện nay, số lượng các mỏ dầu khí mới phát hiện có quy mô lớn ngày càng suy giảm, trong khi số lượng các mỏ chuyển sang giai đoạn cạn kiệt gia tăng. Tại Việt Nam, hoạt động khai thác dầu khí tập trung chủ yếu tại bể Cửu Long với hai đối tượng khai thác chính là thân dầu móng Granit nứt nẻ và tầng trầm tích Mioxen, đóng góp 90% tổng sản lượng dầu khai thác hàng năm. Trong thập niên qua, toàn thềm lục địa Việt Nam ghi nhận thêm 25 phát hiện dầu khí mới nhưng quy mô chủ yếu là các cấu tạo nhỏ, điều kiện kinh tế cận biên với trữ lượng trung bình khoảng 35 triệu thùng dầu cho mỗi phát hiện.

Sau các giai đoạn khai thác sơ cấp (tự phun) và thứ cấp (duy trì áp suất vỉa bằng phương pháp bơm ép nước), hệ số thu hồi dầu trung bình tại các mỏ thuộc bể Cửu Long chỉ đạt trong khoảng 20% đến 32% lượng dầu tại chỗ (OOIP). Hơn hai phần ba (trên 70%) trữ lượng dầu đã phát hiện vẫn còn lại trong vỉa chứa. Khi các mỏ bước vào giai đoạn khai thác cuối, giải pháp bơm ép nước thứ cấp giảm dần hiệu quả do hiện tượng ngập nước sớm, hình thành lưỡi nước và vùng khai thác dịch chuyển lên nóc vỉa. Việc gia tăng từ 1% đến 2% hệ số thu hồi tại các mỏ có trữ lượng lớn mang lại giá trị tương đương việc phát hiện một mỏ mới quy mô nhỏ. Tuy nhiên, tính đến thời điểm nghiên cứu, công nghệ bơm ép khí nâng cao hệ số thu hồi dầu tại Việt Nam mới chỉ được thử nghiệm ở một mỏ duy nhất trong trầm tích bể Cửu Long. Do đó, việc nghiên cứu cơ chế và ứng dụng giải pháp bơm ép luân phiên nước - khí (Water Alternating Gas - WAG) sử dụng nguồn khí Hydrocarbon cho tầng trầm tích Mioxen là yêu cầu kỹ thuật cấp thiết.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định 4 mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

1. Tổng hợp cơ chế bơm ép hệ chất lưu nâng cao thu hồi dầu từ các dự án trên thế giới, xem xét khả năng áp dụng giải pháp kỹ thuật phù hợp với đặc tính địa chất, tính chất đá chứa, tính chất lưu thể và điều kiện khai thác mỏ tại Việt Nam, đặc biệt là đối tượng trầm tích lục nguyên.
2. Nghiên cứu các phương pháp xác định áp suất trộn lẫn tối thiểu (Minimum Miscibility Pressure - MMP) và làm rõ cơ chế trộn lẫn, gần trộn lẫn và không trộn lẫn đối với hệ chất lưu trầm tích tại Việt Nam.
3. Nghiên cứu các yếu tố, thông số của vỉa chứa ảnh hưởng đến khả năng áp dụng phương pháp bơm ép luân phiên nước - khí nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu.
4. Đánh giá và so sánh hiệu quả nâng cao hệ số thu hồi dầu của phương pháp bơm ép luân phiên nước - khí trên mô hình mỏ thực tế so với các phương pháp khai thác khác.

Nội dung và nhiệm vụ nghiên cứu

Để thực hiện các mục tiêu trên, luận án triển khai 6 nhiệm vụ trọng tâm:

• Nghiên cứu, lựa chọn phương pháp bơm ép nâng cao hệ số thu hồi dầu phù hợp cho tầng trầm tích Mioxen, bể Cửu Long.
• Xây dựng tiêu chí mô phỏng số để dự báo áp suất trộn lẫn tối thiểu (MMP) từ dữ liệu thực nghiệm phòng thí nghiệm; so sánh độ chính xác giữa phương pháp thực nghiệm Slimtube, mô phỏng PVT và mô hình mô phỏng thủy động lực học Slimtube 1D.
• Đánh giá và lựa chọn thành phần khí bơm ép tối ưu trong điều kiện thực tế mỏ tại Việt Nam.
• Xây dựng mô hình thành phần cho toàn mỏ và đánh giá các cơ chế trộn lẫn/gần trộn lẫn/không trộn lẫn dưới tác động của tính bất đồng nhất vỉa, độ bão hòa lưu thể, sự suy giảm áp suất - nhiệt độ và biến đổi thành phần lưu thể trong quá trình khai thác.
• Xây dựng các phương án bơm ép nhằm tối ưu hóa chế độ khai thác, đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của phương pháp WAG so với các phương pháp duy trì áp suất truyền thống.
• Đánh giá và chứng minh tính khả thi của giải pháp bơm ép luân phiên nước - khí dưới trộn lẫn (gần trộn lẫn) trên mô hình mô phỏng tầng Mioxen mỏ Sư Tử Đen.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Công nghệ bơm ép luân phiên nước - khí Hydrocarbon nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu cho tầng chứa trầm tích Mioxen.
• Phạm vi nghiên cứu: Tầng Mioxen (đặc biệt là phân tầng Mioxen hạ), mỏ Sư Tử Đen, thuộc Hợp đồng Dầu khí Lô 15-1, bể Cửu Long, thềm lục địa Việt Nam, do Công ty Điều hành chung Cửu Long (Cửu Long JOC) điều hành.

Khối lượng và cấu trúc của luận án

Toàn bộ nội dung luận án được trình bày trong 133 trang, bao gồm phần mở đầu, 4 chương nội dung nghiên cứu, phần kết luận - kiến nghị, danh mục công trình công bố của tác giả, 112 tài liệu tham khảo và phụ lục. Công trình có 19 bảng biểu và 108 hình vẽ, bản đồ, đồ thị minh họa.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trên thế giới và trong nước

Tổng quan tài liệu của luận án hệ thống hóa các giai đoạn khai thác mỏ và các nhóm giải pháp EOR chính:

Các giai đoạn khai thác mỏ:

Tác giả thống kê và phân tích cơ sở dữ liệu từ hơn 1.000 dự án EOR đã triển khai trên thế giới:

Nhóm phương pháp	Phương pháp thu hồi	Đá cát kết	Đá Carbonate	Đá vỉa khác
Giải pháp nhiệt	Bơm ép hơi nước (Steam injection)	513	7	12
	Bơm ép không khí (Air injection)	27	10	1
	Nước nóng (Hot water)	17	-	-
Giải pháp khí	Khí CO2	117	92	10
	Khí Hydrocarbon	45	47	25
	Khí Nitơ (N2)	19	14	2
Giải pháp hóa học	Dung dịch Kiềm (Alkaline)	22	-	-
	Dung dịch Polyme	267	64	9
	Hỗn hợp Micellar Polyme	38	6	-
	Tổ hợp S, AP, AS & ASP	27	-	-

Các nghiên cứu cơ sở được luận án điểm lại bao gồm:

• Cấu trúc lỗ rỗng và thấm chứa: Wardlaw (1976), Gardner (1980) sử dụng kính hiển vi điện tử; Levine và cộng sự (1977), Larson và cộng sự (1981) ứng dụng học thuyết thẩm thấu trong môi trường rỗng.
• Dòng chảy và khuếch tán: Crank (1956), Taylor (1953), Aronofsky và Heller (1957), Heller (1963) thiết lập các phương trình mô tả sự khuếch tán phân tử và hệ số Peclet trong quá trình hòa trộn chất lưu.
• Hiện tượng bẫy dầu và tính dính ướt: Stegemeier (1977), Chatzis và Morrow (1981), Morrow và Chatzis (1982) chứng minh chỉ số mao dẫn cần vượt hơn 20 lần lực cản để dịch chuyển giọt dầu bị bẫy; Raza và cộng sự, Treiber và cộng sự, Reed và Healy (1979) nghiên cứu góc dính ướt và sức căng bề mặt chất lưu.
• Thủy động lực học và độ linh động: Muskat (1949), Collins (1976), Chuoke và cộng sự (1959), Perrine (1961), Heller (1966) phân tích sự mất ổn định bề mặt tiếp xúc và hình thành lưỡi nước; Stalkup (1983) phát triển công thức tính tỷ số linh động cho quá trình WAG.
• Nhiệt động học và áp suất trộn lẫn: Hearn và Whitson (1995), Zick (1986), Hoier và Whitson (2000), Orr (2007) phát triển lý thuyết cân bằng pha, cơ chế ngưng tụ/bay hơi kết hợp (C/V) và phương pháp đặc tính (MOC); Jackson (1984), Andrew (1985) nghiên cứu thực nghiệm phân tỏa dạng ngón.

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn

Các công trình EOR trên thế giới cho thấy giải pháp nhiệt chỉ phù hợp cho dầu nặng ($API < 20$) tại các mỏ trên đất liền; giải pháp hóa chất gặp rào cản lớn tại các mỏ ngoài khơi có độ sâu lớn, nhiệt độ vỉa cao ($> 80^\circ\text{C}$), áp suất cao và độ khoáng hóa lớn làm phân hủy hóa phẩm hoặc tăng chi phí xử lý. Phương pháp bơm ép khí $CO_2$ không khả thi do thiếu nguồn cung công nghiệp gần các giàn khoan ngoài khơi Việt Nam.

Khoảng trống kỹ thuật được luận án xác định là: Chưa có nghiên cứu toàn diện, tích hợp từ thực nghiệm phòng thí nghiệm đến mô phỏng số thành phần 3D để xác định áp suất trộn lẫn tối thiểu (MMP), cơ chế trộn lẫn C/V và tối ưu hóa các thông số công nghệ bơm ép luân phiên nước - khí Hydrocarbon đồng hành cho đối tượng trầm tích cát kết Mioxen có độ bất đồng nhất cao tại thềm lục địa Việt Nam.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và các mô hình phân tích

Luận án vận dụng các định luật thủy động lực học, nhiệt động học và cơ học chất lưu trong môi trường rỗng:

1. Định luật Darcy cho dòng chảy một pha: $$K = \frac{\mu \cdot q \cdot L}{A \cdot \Delta P}$$ Trong đó: $K$ là độ thấm (Darcy), $\mu$ là độ nhớt (cP), $q$ là lưu lượng ($\text{cm}^3/\text{s}$), $L$ là chiều dài mẫu ($\text{cm}$), $A$ là diện tích tiết diện ($\text{cm}^2$), $\Delta P$ là độ chênh áp suất ($\text{atm}$).

2. Tỷ số độ linh động pha ($M$): $$M = \frac{\lambda_{\text{chất lưu đẩy}}}{\lambda_{\text{chất lưu bị đẩy}}} = \frac{K_{rw}}{\mu_w} \times \frac{\mu_o}{K_{ro}}$$ Khi $M > 1$, quá trình đẩy diễn ra không ổn định, dễ gây phân tỏa dạng ngón hoặc đột phá chất lưu; khi $M \le 1$, dòng đẩy có dạng piston đồng đều.

3. Công thức Stalkup (1983) tính tỷ số linh động cho bơm ép WAG: $$M = \frac{\left(\frac{K_g}{\mu_g} + \frac{K_w}{\mu_w}\right){S{wavg}}}{\left(\frac{K_o}{\mu_o} + \frac{K_w}{\mu_w}\right){S{owavg}}}$$ Trong đó $K_w, K_g, K_o$ và $\mu_w, \mu_g, \mu_o$ lần lượt là độ thấm pha hiệu dụng và độ nhớt của các pha nước, khí, dầu.

4. Khuếch tán phân tử và số Peclet ($Pe$):

   • Thời gian khuếch tán (Crank, 1956): $Th = \frac{x^2}{S \cdot D}$ (với $x$ là chiều dài, $S$ là hệ số tỷ lệ hình học, $D$ là hệ số khuếch tán phân tử).
   • Số Peclet: $Pe = \frac{\lambda \cdot v}{D}$ (với $\lambda$ là khoảng cách vi mô, $v$ là vận tốc dòng chảy).
   • Tỷ số khuếch tán tổng hợp theo Heller (1963): $\frac{\mathfrak{D}}{D} = \frac{1}{F\phi} + a_1 Pe + a_2 Pe^2$.

5. Hiệu suất thu hồi dầu:

   • Hiệu suất đẩy vi mô: $E_d = \frac{S_{oi} - S_{or}}{S_{oi}}$ (với $S_{oi}$ là độ bão hòa dầu ban đầu, $S_{or}$ là độ bão hòa dầu dư).
   • Hiệu suất quét thể tích vĩ mô: $E_v = E_A \times E_I$ (với $E_A$ là hệ số quét theo diện, $E_I$ là hệ số quét theo phương thẳng đứng).

6. Mô hình nhiệt động học chất lưu: Sử dụng phương trình trạng thái (EOS) Peng-Robinson và Soave-Redlich-Kwong (SRK), mô hình độ nhớt Lohrenz-Bray-Clark (LBC), kỹ thuật gộp cấu tử thành mô hình 9 cấu tử theo Hearn và Whitson.

Cơ chế trộn lẫn khí và dầu:

Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp thư mục và thống kê: Thu thập, phân loại, tổng hợp số liệu kỹ thuật - khai thác từ các dự án EOR quốc tế và các báo cáo tổng kết hoạt động dầu khí tại Việt Nam.
• Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Phân tích giản đồ pha ba thành phần, nghiên cứu sự biến thiên của hệ số phân bố $K$, mô hình hóa cân bằng pha đẳng nhiệt theo gradient trọng lực (GCE).
• Phương pháp thực nghiệm phòng thí nghiệm: Đo đạc các thông số PVT, tiến hành thí nghiệm dịch chuyển chất lưu trên thiết bị ống dài (Slimtube) với mẫu dầu và khí thực tế lấy từ giếng khoan tầng Mioxen mỏ Sư Tử Đen để xác định điểm MMP thực nghiệm.
• Phương pháp mô phỏng số:
  • Mô phỏng 1D Slimtube bằng mô hình phương trình trạng thái (EOS) với số lượng ô lưới tinh chỉnh từ 100 đến 5.000 ô lưới nhằm triệt tiêu ảnh hưởng của hiện tượng phân tán số học.
  • Xây dựng mô hình thủy động lực học thành phần 3D toàn mỏ để đánh giá dòng chảy đa pha, áp suất vỉa, độ bão hòa lưu thể và tương tác WAG.

Nguồn tư liệu và dữ liệu

• Báo cáo nghiên cứu địa chất, địa vật lý, tính toán trữ lượng, thiết kế công nghệ mỏ tầng cát kết Mioxen mỏ Sư Tử Đen (Lô 15-1).
• Kết quả phân tích thí nghiệm mẫu lõi, mẫu chất lưu (dầu, khí, nước vỉa) từ các giếng khoan mỏ Sư Tử Đen do Cửu Long JOC cung cấp.
• Các tài liệu, báo cáo tổng kết kỹ thuật khai thác của Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PVN), Tổng công ty Thăm dò Khai thác Dầu khí (PVEP), Viện Dầu khí Việt Nam (VPI) và Liên doanh Việt - Nga Vietsovpetro.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 thiết lập bức tranh tổng thể về lý thuyết và thực tiễn nâng cao hệ số thu hồi dầu:

• Phân loại và nguyên lý EOR: Phân biệt ranh giới giữa khai thác sơ cấp, thứ cấp và tam cấp. Làm rõ bản chất của EOR là gia tăng đồng thời hệ số đẩy vi mô ($E_d$) và hệ số quét vĩ mô ($E_v$).
• Động học dòng chảy và các yếu tố vi mô: Phân tích cơ chế giữ bẫy dầu do lực mao dẫn, ảnh hưởng của tính dính ướt (chuyển dịch từ ưa dầu sang ưa nước làm giảm áp suất mao dẫn cản trở), vai trò của góc tiếp xúc và sức căng bề mặt pha.
• Các yếu tố cản trở vĩ mô trong WAG:
  • Hiện tượng phân tỏa dạng ngón (viscous fingering): Do độ nhớt của khí thấp hơn nhiều so với dầu và nước, dẫn đến dòng khí di chuyển nhanh tạo nhánh xuyên thủng.
  • Hiện tượng phân đới tỷ trọng (gravity segregation): Do chênh lệch khối lượng riêng, khí có xu hướng bốc lên nóc vỉa trong khi nước lắng xuống đáy vỉa, làm suy giảm hệ số quét đứng.
• Cơ sở lựa chọn công nghệ cho mỏ ngoài khơi Việt Nam: Qua phân tích điều kiện địa chất - kỹ thuật, tác giả loại trừ giải pháp nhiệt và giải pháp hóa chất; khẳng định giải pháp bơm ép khí Hydrocarbon luân phiên với nước (WAG) dưới điều kiện trộn lẫn hoặc gần trộn lẫn là phương án tối ưu.
• Cơ chế hòa trộn và áp suất trộn lẫn tối thiểu (MMP): Khẳng định cơ chế C/V là cơ chế chủ đạo khi bơm ép khí đồng hành chứa các cấu tử trung gian. Trình bày phương pháp xác định MMP qua mô phỏng 1D và giải pháp hạn chế phân tán số học bằng lưới phân giải cao.
• Các thông số công nghệ ảnh hưởng đến WAG:
  • Tốc độ bơm ép: Ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định của mặt tiếp xúc giữa các nút chất lưu.
  • Mạng lưới giếng: Đánh giá mô hình giếng 5 điểm với khoảng cách giếng phổ biến tại Việt Nam từ 300 m đến 500 m.
  • Kích thước nút WAG: Thường dao động từ 5% đến 10% thể tích lỗ rỗng (PV), tỷ lệ thể tích nước - khí luân phiên cơ sở là 1:1.
  • Đặc trưng bất đồng nhất vỉa: Tỷ số thấm đứng trên thấm ngang ($K_v/K_h$) càng nhỏ thì hiệu quả quét đứng càng cao do hạn chế hiện tượng khí bốc lên nóc vỉa; vị trí phân bố các tập cát kết có độ thấm cao ở đáy vỉa cho hiệu quả quét khí tốt hơn so với ở nóc vỉa.

Chương 2: Nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng xác định áp suất trộn lẫn tối thiểu (MMP)

(Nội dung được phát triển theo các nhiệm vụ nghiên cứu của luận án)

• Tiến hành thu thập, xử lý và phân tích thành phần chất lưu vỉa tầng Mioxen mỏ Sư Tử Đen.
• Thực hiện thí nghiệm Slimtube trong phòng thí nghiệm để xác định đường cong thu hồi dầu theo áp suất đẩy, xác định giá trị MMP thực nghiệm.
• Xây dựng mô hình nhiệt động học PVT, khớp nối phương trình trạng thái (EOS) 9 cấu tử với các số liệu thực nghiệm giãn nở thể tích, độ nhớt (LBC) và điểm sôi.
• Thiết lập mô hình mô phỏng số 1D Slimtube với các hệ thống lưới từ 100 đến 5.000 ô; phân tích sự thay đổi MMP theo chiều sâu vỉa và theo sự thay đổi thành phần khí bơm ép (khí khô, khí tách bình $SepGas$, khí làm giàu).

Chương 3: Xây dựng mô hình mô phỏng thành phần vỉa chứa tầng Mioxen mỏ Sư Tử Đen

(Nội dung được phát triển theo các nhiệm vụ nghiên cứu của luận án)

• Tích hợp tài liệu địa chất, địa vật lý giếng khoan, bản đồ cấu trúc và mô hình thạch học lớp chứa cát kết Mioxen hạ mỏ Sư Tử Đen.
• Số hóa mô hình vỉa 3D, phân bố các trường độ rỗng, độ thấm ngang ($K_h$), độ thấm đứng ($K_v$) và tính bất đồng nhất phân lớp.
• Thiết lập các đường cong thấm pha tương đối cho hệ ba pha (dầu - nước - khí) có xét đến sự suy giảm sức căng bề mặt ở điều kiện gần trộn lẫn.
• Khớp lịch sử khai thác thực tế (lịch sử áp suất vỉa, sản lượng dầu, sản lượng nước và khí khai thác) của các giếng hiện hữu thuộc Lô 15-1.

Chương 4: Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật các phương án bơm ép WAG và tối ưu hóa khai thác

(Nội dung được phát triển theo các nhiệm vụ nghiên cứu của luận án)

• Xây dựng các kịch bản khai thác dự báo: Tiếp tục khai thác tự nhiên; duy trì bơm ép nước thứ cấp; bơm ép khí liên tục; bơm ép WAG với các tỷ lệ nước:khí (0.5:1, 1:1, 2:1) và kích thước nút bơm ép khác nhau.
• Đánh giá cơ chế đẩy dầu thực tế trên mô hình 3D: theo dõi sự hình thành dải dầu (oil bank), mức độ kiểm soát phân tỏa dạng ngón và phân đới trọng lực.
• Áp dụng hệ thống 9 tiêu chí kỹ thuật - kinh tế để lựa chọn phương án tối ưu cho phân khu Tây Nam tầng Mioxen mỏ Sư Tử Đen.
• Tính toán gia tăng sản lượng dầu thu hồi, dự báo hiệu quả kinh tế, chi phí đầu tư thiết bị nén ép và tính khả thi áp dụng thực tế.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Ý nghĩa khoa học và các đóng góp mới

1. Làm rõ bản chất cơ chế trộn lẫn C/V: Luận án đã chứng minh đối với hệ chất lưu tầng Mioxen bể Cửu Long khi sử dụng khí đồng hành hydrocarbon làm tác nhân bơm ép, quá trình trộn lẫn diễn ra chủ yếu theo cơ chế ngưng tụ/bay hơi kết hợp (C/V) qua nhiều lần tiếp xúc, làm rõ sự biến đổi thành phần các cấu tử trung gian tại mặt trước và mặt sau của vùng hòa trộn.
2. Phương pháp luận xác định MMP chính xác: Xây dựng quy trình tích hợp giữa thực nghiệm Slimtube và mô phỏng số 1D sử dụng mô hình EOS 9 cấu tử tinh chỉnh; giải quyết thành công bài toán loại trừ sai số do phân tán số học trong mô phỏng nhiệt động học.
3. Hệ thống 9 tiêu chí đánh giá EOR: Xác lập hệ thống 9 tiêu chí khoa học toàn diện (bao gồm các yếu tố địa chất, cấu trúc vỉa, độ bất đồng nhất $K_v/K_h$, đặc tính lưu thể, nhiệt độ - áp suất, điều kiện vận hành ngoài khơi, nguồn cung khí, hiệu quả quét và chỉ số kinh tế) chứng minh công nghệ WAG hydrocarbon là giải pháp tối ưu cho mỏ Sư Tử Đen.
4. Luận điểm bảo vệ mới được xác lập:
   • (i) Mô hình mô phỏng xác định chính xác điểm áp suất trộn lẫn tối thiểu (MMP) cho quá trình bơm ép luân phiên nước - khí tại tầng Mioxen mỏ Sư Tử Đen.
   • (ii) Cơ sở khoa học từ 9 tiêu chí đánh giá chứng minh giải pháp WAG hydrocarbon đạt hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao nhất so với các giải pháp EOR khác tại điều kiện thực tế của mỏ.

Ý nghĩa thực tiễn và kiến nghị giải pháp

• Cơ sở thiết kế khai thác: Cung cấp luận cứ khoa học tin cậy cho các nhà điều hành dầu khí tại Việt Nam trong việc lựa chọn và chuyển đổi công nghệ từ bơm ép nước thông thường sang bơm ép WAG khi mỏ bước vào giai đoạn suy kiệt.
• Đề xuất áp dụng cụ thể: Làm tiền đề kỹ thuật trực tiếp để Tập đoàn Dầu khí Việt Nam và Cửu Long JOC thiết kế chương trình bơm ép thử nghiệm (pilot) tại khu vực Tây Nam, tầng Mioxen mỏ Sư Tử Đen (Lô 15-1).
• Tối ưu hóa nguồn tài nguyên: Cho phép tận dụng trực tiếp nguồn khí đồng hành khai thác tại mỏ để tái bơm ép, vừa giải quyết bài toán môi trường vừa gia tăng hệ số thu hồi dầu mà không phụ thuộc vào nguồn $CO_2$ thương mại.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

• Nghiên cứu tập trung vào đối tượng vỉa trầm tích cát kết tầng Mioxen hạ của mỏ Sư Tử Đen thuộc bể Cửu Long; các thông số tối ưu gắn liền với đặc tính lưu thể và áp suất vỉa của khu vực này, chưa đại diện hoàn toàn cho các dạng bồn trũng khác hoặc thân dầu móng nứt nẻ.
• Trong mô phỏng 1D và 3D, mô hình giả định nhiệt độ vỉa chứa không đổi theo thời gian; sự suy giảm áp suất cục bộ tại các đới rỗng nứt nẻ nhỏ có thể tạo ra độ lệch nhỏ về trạng thái pha thực tế.
• Nguồn khí bơm ép nghiên cứu phụ thuộc vào thành phần khí tách thực tế tại giàn xử lý của mỏ Sư Tử Đen.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

• Triển khai theo dõi, thu thập dữ liệu và hiệu chỉnh mô hình động thái khi dự án bơm ép WAG thử nghiệm được tiến hành thực tế tại khu vực Tây Nam mỏ Sư Tử Đen.
• Mở rộng nghiên cứu cơ chế WAG hydrocarbon cho các đối tượng mỏ cát kết Mioxen và Oligoxen lân cận trong bể Cửu Long và bể Nam Côn Sơn.
• Nghiên cứu công nghệ làm giàu khí bơm ép bằng các phân đoạn hydrocarbon nhẹ nhằm hạ thấp điểm MMP đối với các vỉa có áp suất suy giảm sâu.

---

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu chuyên khảo có giá trị cao đối với nhiều nhóm đối tượng trong ngành dầu khí:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Dầu khí, Công nghệ Khai thác Mỏ, Địa chất Dầu khí tại các cơ sở đào tạo (như Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Đại học Bách khoa...). Luận án cung cấp khung lý thuyết hoàn chỉnh về cơ chế hòa trộn chất lưu, phương pháp luận nghiên cứu thực nghiệm Slimtube và kỹ thuật mô phỏng EOS.
• Kỹ sư công nghệ mỏ và chuyên viên kỹ thuật: Làm việc tại các công ty điều hành chung (JOC), nhà thầu dầu khí (Vietsovpetro, PVEP, CLJOC...), viện nghiên cứu (VPI, NIPI). Các quy trình khớp nối PVT 9 cấu tử, đường cong thấm pha ba pha và tiêu chí lựa chọn thông số WAG (tỷ lệ 1:1, kích thước nút 5-10% PV, khoảng cách giếng 300-500 m) là tài liệu hướng dẫn kỹ thuật có thể áp dụng trực tiếp.
• Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Tập đoàn Dầu khí Việt Nam, Bộ Công Thương trong việc xây dựng quy chế tận thu tài nguyên, phê duyệt các kế hoạch phát triển mỏ (FDP) và kế hoạch thu dọn mỏ giai đoạn cuối.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao các phương pháp EOR bằng nhiệt và hóa phẩm không phù hợp cho tầng Mioxen mỏ Sư Tử Đen?

Phương pháp nhiệt (như bơm hơi nước CSS, SAGD) chỉ hiệu quả kinh tế đối với các mỏ dầu nặng ($API < 20$) trên đất liền, trong khi mỏ Sư Tử Đen là mỏ dầu nhẹ nằm ngoài khơi. Phương pháp hóa phẩm (polyme, kiềm, chất hoạt động bề mặt) gặp nhiều rào cản kỹ thuật do tầng Mioxen có độ sâu lớn, áp suất và nhiệt độ vỉa cao ($> 80^\circ\text{C}$), độ khoáng hóa của nước biển và nước vỉa cao làm biến tính hóa chất; đồng thời khoáng vật sét trong cát kết hấp phụ hóa chất làm tăng chi phí và gây rủi ro tắc nghẽn vỉa chứa.

2. Áp suất trộn lẫn tối thiểu (MMP) có vai trò như thế nào trong công nghệ bơm ép khí?

MMP là điểm áp suất thấp nhất mà tại đó khí bơm ép và dầu vỉa có thể hòa trộn hoàn toàn với nhau thành một pha duy nhất ở bất kỳ tỷ lệ nào. Khi áp suất vỉa bằng hoặc lớn hơn MMP, sức căng bề mặt giữa hai pha triệt tiêu, lực mao dẫn cản trở dòng chảy bị loại bỏ, giúp hiệu suất đẩy dầu vi mô trong các kênh rỗng đạt mức tối đa (tiệm cận 100%). Vận hành bơm ép tại điểm MMP giúp tối ưu hóa hiệu quả thu hồi dầu với chi phí áp suất nén ép nhỏ nhất.

3. Tỷ số độ linh động ($M$) ảnh hưởng như thế nào đến hiệu quả đẩy dầu của quá trình WAG?

Tỷ số linh động $M$ biểu thị tỷ số giữa độ linh động của chất lưu đẩy và chất lưu bị đẩy. Nếu $M > 1$, chất lưu đẩy (đặc biệt là khí có độ nhớt thấp) di chuyển nhanh hơn dầu, dẫn đến hiện tượng phân tỏa dạng ngón hoặc xuyên thủng sớm về giếng khai thác, để lại lượng dầu dư lớn. Bơm ép luân phiên nước - khí (WAG) giúp điều hòa độ linh động tổng thể của hệ đẩy tiệm cận giá trị $M \le 1$, tạo ra chế độ đẩy dạng piston đồng đều và làm tăng hệ số bao quét thể tích vĩ mô.

4. Các thông số công nghệ vận hành WAG tối ưu được xác định trong luận án là gì?

Các thông số vận hành cơ sở được tổng kết gồm: áp dụng mạng lưới giếng khai thác - bơm ép dạng 5 điểm với khoảng cách giữa các giếng từ 300 m đến 500 m; kích thước của mỗi nút khí bơm ép chiếm từ 5% đến 10% thể tích lỗ rỗng vỉa (PV); tỷ lệ thể tích luân phiên giữa nước và khí được thiết lập ở mức 1:1 nhằm đảm bảo nước và khí di chuyển cùng tốc độ tại mặt tiến đẩy.

5. Hai luận điểm bảo vệ mới của luận án bao gồm những nội dung gì?

Luận điểm (i): Xây dựng thành công mô hình mô phỏng xác định chính xác điểm áp suất trộn lẫn tối thiểu (MMP) cho quá trình bơm ép luân phiên nước - khí tại tầng Mioxen mỏ Sư Tử Đen. Luận điểm (ii): Trên cơ sở hệ thống 9 tiêu chí kỹ thuật - kinh tế đã chứng minh giải pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu bằng bơm ép luân phiên nước - khí Hydrocarbon là giải pháp phù hợp nhất với điều kiện địa chất và công nghệ khai thác thực tế của mỏ Sư Tử Đen.

---

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh đã giải quyết trọn vẹn bài toán cơ sở khoa học và công nghệ ứng dụng phương pháp bơm ép luân phiên nước - khí Hydrocarbon (WAG) nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu cho tầng cát kết Mioxen tại bể Cửu Long. Công trình đã kết hợp chặt chẽ giữa tổng quan lý thuyết, thực nghiệm Slimtube trong phòng thí nghiệm và mô hình hóa thành phần 3D độ phân giải cao để làm rõ cơ chế hòa trộn C/V cũng như xác định chính xác điểm MMP. Kết quả nghiên cứu khẳng định tính ưu việt của giải pháp WAG hydrocarbon so với các phương pháp duy trì áp suất truyền thống, cung cấp cơ sở kỹ thuật trực tiếp phục vụ triển khai thử nghiệm tại phân khu Tây Nam tầng Mioxen mỏ Sư Tử Đen, đóng góp thiết thực cho công tác tận thu tài nguyên dầu khí tại thềm lục địa Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Khái quát về nâng cao hệ số thu hồi dầu Trước đây nâng cao hệ số thu hồi dầu (EOR) được định nghĩa chung là lượng dầu thu hồi gia tăng so với quá trình khai thác thông thường chỉ sử dụng năng lượng vỉa tự nhiên của của mỏ dầu khí. Với định nghĩa rất rộng này, EOR bao gồm rất nhiều các giải pháp khác nhau như bơm ép nước, bơm ép kiềm, bơm ép hợp chất hydrocarbon, bơm ép khí CO2, bơm ép hỗn hợp mixen (micellar)-polyme và các phương pháp nhiệt khác. Trong đó điển hình là việc áp dụng rộng rãi giải pháp bơm ép nước để gia tăng sản lượng [27]. Hiện nay các đánh giá EOR được xem xét trên nhiều khía cạnh: nguyên lý gia tăng thu hồi, tính kinh tế và giai đoạn áp dụng trong đời mỏ thì giải pháp bơm ép nước và bơm ép khí để duy trì năng lượng vỉa đã được tách ra khỏi định nghĩa về các giải pháp nâng cao thu hồi dầu.

Quá trình bơm ép nước, bơm ép khí nhằm mục đích duy trì năng lượng vỉa được định nghĩa là quá trình thu hồi thứ cấp. Phương pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu là giải pháp tam cấp (cuối cùng) và đóng vai trò quan trọng để gia tăng lợi nhuận tối đa cho khai thác mỏ dầu khí. Nâng cao hệ số thu hồi dầu được chia thành các loại: Giải pháp hoá học, giải pháp khí, giải pháp nhiệt và giải pháp khác (vi sinh, acoustic, điện từ) [49,32,69]. Trong đó các áp dụng trên thế giới tập trung chủ yếu trong 3 giải pháp hóa, khí và nhiệt (Hình 1.

➢ Giai đoạn thu hồi sơ cấp: là giai đoạn đầu tiên của đời mỏ dầu khí với việc sử dụng năng lượng tự nhiên của vỉa chứa để dịch chuyển dầu khí từ vỉa vào giếng và nâng chất lưu khai thác lên bề mặt. Ngoài ra, còn có sự hỗ trợ năng lượng từ cơ chế giãn nở của các thành phần nhẹ hoặc có sử dụng thiết bị bơm điện ngầm, gaslift trong các giếng khai thác. Khi năng lượng tự nhiên dần bị suy kiệt hoặc không đủ cung cấp với sản lượng khai thác ngày càng tăng theo kế hoạch phát triển mỏ và kịch bản khai thác thì giai đoạn khai thác thứ cấp sẽ được áp dụng [5,7].1: Tổng quan thu hồi dầu qua các giai đoạn khai thác ➢ Giai đoạn thứ cấp: là giai đoạn mà thông thường áp dụng bằng quá trình khai thác kết hợp với bơm ép nước hoặc bơm ép khí với mục đích duy trì năng lượng vỉa [37]. Sau một thời gian bơm ép, nước sẽ xâm nhập và chiếm tỷ phần chủ yếu trong các giếng khai thác gây cản trở dòng dầu từ vỉa chứa vào giếng khai thác.

Một số mỏ dầu khí không được tối ưu cho bơm ép thường có hiện tượng ngập nước sớm hoặc hiện tượng lưỡi nước trong vỉa do dòng nước bơm ép dịch chuyển nhanh dẫn đến dòng dầu không đến được giếng khai thác. Trong giai đoạn thu hồi dầu thứ cấp, bơm ép nước không có khả năng đẩy toàn bộ dầu ra khỏi đá chứa, do lực mao dẫn làm một phần dầu bị giữ lại. Mức độ dầu bị giữ lại ít nhất trong đá chứa có tính dính ướt nước. Độ bão hòa này phụ thuộc vào tính chất cấu trúc đá chứa, phân bố lỗ rỗng, tính chất lưu thể vỉa liên quan trực tiếp đến cơ chế vi mô của bẫy chứa, do vậy sẽ quyết định khả năng thu hồi dầu của quá trình bơm ép nước [22].

Do đó, kể cả những vỉa chứa có độ rỗng, độ thấm tốt, tính đồng nhất cao được phản ánh qua độ quét tương đối tốt thì độ bão hoà dầu dư (Sor) vẫn còn khoảng từ 15 - 40% trên tổng lượng 11 dầu trong đá chứa. Giảm độ bão hoà dầu dư và gia tăng hệ số quét của chất lưu bơm ép là mục tiêu quan trọng đối với thu hồi dầu tam cấp [32]. ➢ Giai đoạn tam cấp chính là giai đoạn nâng cao hệ số thu hồi dầu với các giải pháp chính là giải pháp hoá, giải pháp khí và giải pháp nhiệt. Các phương pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu đều tuân theo nguyên lý cơ bản là nhằm gia tăng hệ số đẩy và hệ số quét của tác nhân bơm ép, nguyên lý xây dựng trên tương quan của độ nhớt hệ chất lưu vỉa - chất lưu bơm ép, trọng trường và áp suất mao dẫn [49].

Cơ sở lý thuyết và cơ chế nâng cao hệ số thu hồi dầu Các phương pháp nâng cao hệ số thu hồi đều tuân theo nguyên lý cơ bản là gia tăng hệ số đẩy và hệ số quét của tác nhân bơm ép [50], nguyên lý xây dựng trên tương quan của độ nhớt hệ chất lưu vỉa - chất lưu bơm ép, trọng trường và áp suất mao dẫn thể hiện qua các công thức cơ bản sau: Hình 1.2: Công thức tính các mối tương quan của các lực trong EOR Tăng hệ số đẩy dầu giúp khai thác thêm một phần dầu bị giữ trong các bẫy mao dẫn hoặc dầu dư còn lại trên bề mặt đá chứa ưa dầu. Hiệu quả đẩy dầu phụ thuộc lực nhớt, lực mao dẫn và lực trọng trường (hình 1. Tăng hệ số quét của chất lưu bơm ép giúp gia tăng khai thác dầu tại các vùng ít/không chịu ảnh hưởng của quá trình bơm ép nước thông thường (hình 1.3: Tỷ lệ linh động các pha và hệ số quét Cơ chế nâng cao hệ số thu hồi dầu được thể hiện qua quá trình đẩy dầu ra khỏi lỗ rỗng và đẩy dầu tại các vùng mà nước bơm ép chưa bao quát được bằng các hệ chất lưu đẩy hoặc bằng cách thay đổi tính chất của dầu tại chỗ. Cơ chế của các phương pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu được định nghĩa bằng 02 quá trình cơ chế đẩy dầu vi mô và cơ chế đẩy dầu vĩ mô.

Cơ chế đẩy dầu vi mô và vĩ mô đều chịu ảnh hưởng của cấu trúc lỗ rỗng của đá, tính chất lưu thể vỉa, tính chất lưu thể bơm đẩy để nâng cao hệ số thu hồi dầu, cơ chế dòng chảy trong vỉa. Cấu trúc lỗ rỗng Mọi cơ giải pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu đều liên quan đến cấu trúc lỗ rỗng của vỉa chứa. Hệ số đẩy và hệ số quét của tác nhân bơm ép/chất lưu bơm ép nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu đều phụ thuộc vào áp suất mao dẫn và độ linh động của chất lưu, các yếu tố này đều chịu ảnh hưởng và chi phối của cấu trúc lỗ rỗng. Cấu trúc lỗ rỗng gồm đường kính của các lỗ rỗng, hình thái của lỗ rỗng, cổ lỗ rỗng và phân bố các lỗ rỗng trong cấu trúc [20].

Chi tiết cấu trúc lỗ rỗng có thể được kiểm tra thông qua kính hiển vi điện tử (Wardlaw, 1976 [95]; Gardner, 1980 [54]). Trong những năm gần đây, ưu điểm quan trọng của mô hình môi trường rỗng sử dụng ứng dụng học thuyết thẩm thấu (Levine et al., 1977; Larson et al., 1981) Các nghiên cứu trên thế giới về gia tăng thu hồi dầu đã được tiến hành nhiều với mẫu lõi đá cát kết của mỏ Berea bởi vì nó sẵn có [20]. Quy trình thử nghiệm thiết kế trên các vỉa cụ thể, tuy nhiên các thử nghiệm với mẫu lõi chỉ tiến hành trong khu vực thử nghiệm [90]. 13 Đá Đá Đá Lỗ rỗng Lỗ rỗng Đá Đá Đá Cổ lỗ rỗng Hình 1.4: Cấu trúc lỗ rỗng 1.

Dòng chảy trong lỗ rỗng Định luật Darcy Dòng chất lưu trong môi trường rỗng của đất đá được nhà khoa học Darcy mô tả qua phương trình (1.1), đây là định luật cơ bản thể hiện khả năng dịch chuyển của chất lưu trong môi trường rỗng. Nó thể hiện mối quan hệ giữa chênh áp của một chất lưu không chịu nén chảy qua lỗ hổng có chiều dài là L và cắt qua tiết diện A. Tốc độ của dòng chảy phụ thuộc vào độ nhớt của chất lưu, tiết diện, chiều dài và chênh áp giữa hai đầu của môi trường rỗng [93]. Định luật Darcy được thể hiện như sau: µ𝑞𝐿 𝐾= (1.1) 𝐴𝑃 Trong đó : K - Độ thấm, Darcy P - Độ chênh áp suất giữa đầu và cuối mẫu, atm L - Chiều dài mẫu, cm A - Tiết diện mẫu, cm2 µ - Độ nhớt của chất lưu, cp q - Lưu lượng của chất lưu đi qua mẫu, cm3/sec 14 Dòng chảy đa pha trong môi trường rỗng Định luật Darcy áp dụng cho chế độ dòng chảy một pha, tuy nhiên trong thực tế, vỉa chứa dầu khí tồn tại nhiều hơn một loại chất lưu đồng thời (dầu, khí, nước) chảy tới giếng khai thác [104].

Chế độ của dòng chảy chất lưu trong môi trường đất đá có thể chia thành hai trường hợp là ổn định và không ổn định. Đối với chế độ chảy ổn định thì mọi vị trí trong dòng chảy đều có tính chất như nhau, tuy nhiên đối với chế độ chảy không ổn định thì ngược lại. Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến dòng chảy đa pha như độ bão hoà chất lưu, tính dính ướt, lực mao dẫn, sức căng bề mặt và độ thấm pha tương đối. Độ linh động và tỷ số độ linh động của chất lưu Độ linh động là tỷ số giữa độ thấm và độ nhớt của chất lưu k/µ.

Khi dòng chảy chất lưu có hai pha như khí/dầu; dầu/nước; khí/nước đặc trưng chảy của chất lưu đa pha phụ thuộc vào tỷ suất giữa độ linh động M của mỗi chất lưu dầu, khí và nước. Khi một chất lưu bị một chất lưu khác đẩy tỷ số độ linh động được quy ước là tỷ suất linh động của chất lưu đẩy trên chất lưu bị đẩy [48]. Nếu tỷ số này lớn hơn 1, có nghĩa là sự đẩy này diễn ra không như ý muốn, thường là kết quả của hiện tượng phân toả dạng ngón hay có thể bị đánh thủng. Đối với những tỷ số độ linh động nhỏ hơn hoặc bằng 1 thì quá trình đẩy sẽ diễn ra như piston đẩy.

Ảnh hưởng của tỷ số độ linh động lên hiện tượng phân tỏa dạng ngón bằng cách đưa ra hàng loạt các dạng phân tỏa dạng ngón xảy ra với các giá trị tỷ số linh động khác nhau (Hình 1. Theo Stalkup (1983) công thức để tính toán tỷ số linh động cho bơm ép nước khí luân phiên khi có sự hiện diện của nước trong dầu vỉa (công thức 1.  Kg K   + w M = Chat−day = ( g + w )   g =  w  Swavg (1.2) Chat−bi−day (o + w )  K o K w    +     o w  Sowavg Trong đó: M : Tỷ số linh động trong bơm ép nước khí luân phiên. 15 λchat-day : Độ linh động của nước và khí.