Chương 1: Các phương pháp khai thác thu hồi tăng cường bằng bơm ép khí – chương này cung cấp cái nhìn tổng quát về quá các phương pháp phổ biến ñang ñược áp dụng ñối với bơm ép khí, ñồng thời thảo luận về bản chất các phương pháp. Chương 2: ðặc ñiểm ñịa chất và công nghệ mỏ X. Tính toán yếu tố kinh tế của phương án tận dụng khí ñồng hành (ñấu nối vào hệ thống ñường ống của các mỏ lân cận hay bơm ép trở lại vỉa) cũng như phân tích các số liệu thí nghiệm ñối với mẫu lõi, xác ñịnh áp suât trộn lẫn tối thiểu ñể chọn ra phương pháp bơm ép khí tối ưu… Chương 3: Xây dựng và chạy mô mô phỏng cho mỏ X phần mềm mô phỏng Eclipse ñể ñánh giá hiệu suất dịch chuyển, khí xâm nhập sớm và hệ số thu hồi tăng cường. Những ñiểm mới của luận văn Luận văn giúp ñánh giá khả năng ứng dụng phương pháp bơm ép khí ñồng hành trở lại vỉa làm giảm ô nhiễm môi trường, tránh lãng phí năng lượng nếu ñốt khí ñồng hành.
Nếu thành công, nghiên cứu sẽ mở ra một hướng ñi mới, một giải pháp ñể phát triển các mỏ nhỏ với chi phí tối ưu nhưng vẫn tuân thủ các quy ñịnh, pháp luật Việt Nam. Các phương pháp khai thác thu hồi tăng cường bằng bơm ép khí CHƯƠNG 1. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC THU HỒI TĂNG CƯỜNG BẰNG BƠM ÉP KHÍ 1. Tổng quan về các giai ñoạn khai thác dầu khí Quá trình khai thác dầu khí ñược chia thành ba giai ñoạn chính: sơ cấp, thứ cấp và thu hồi tăng cường.1: các giai ñoạn khai thác của vỉa 11 Học viên: Phùng Thái Hà CBHD: TS.
Mai Cao Lân 2 Chương 1. Các phương pháp khai thác thu hồi tăng cường bằng bơm ép khí 1.1 Giai ñoạn khai thác sơ cấp Khi áp suất vỉa ban ñầu lớn hơn tổng tổn thất áp suất của dòng chảy từ ñáy giếng lên bề mặt vỉa thì vỉa ñược khai thác bằng chính các nguồn năng lượng của vỉa. Các nguồn năng lượng này bao gồm: - Nguồn năng lượng chuyển dịch gồm: năng lượng mũ khí và năng lượng tầng nước ñáy thường gặp ở giai ñoạn ñầu của quá trình khai thác - Nguồn năng lượng cạn kiệt: gồm năng lượng khí hòa tan và trọng lực thường gặp ở giai ñoạn cuối khai thác mỏ. Nguồn năng lượng tự nhiên của vỉa sẽ giảm dần trong quá trình khai thác ñến một thời ñiểm nhất ñịnh, giai ñoạn khai thác sơ cấp sẽ chấp dứt vì không kinh tế.
Hệ số thu hồi dầu phụ thuộc vào chế ñộ năng lượng vỉa, ñặc tính của ñá tầng chứa và lưu chất vỉa và có thể ñạt ñược 10%.2 Giai ñoạn khai thác thứ cấp Khi áp suất vỉa giảm dần, ñể duy trì quá trình khai thác thì áp suất vỉa phải ñược duy trì thông qua quá trình bơm ép các chất lưu (nước, không khí) vào vỉa. bao gồm các phương pháp bơm ép nước và khí khác nhau. hệ số thu hồi dầu trong cả hai giai ñoạn sơ cấp và thứ cấp thường khoản 15 – 60% sản lượng ban ñầu trong vỉa Sau nhiều năm khai thác, chất lưu bơm ép xâm nhập vào giếng khai thác. trong khi vẫn còn lượng dầu (khoảng 2/3 ñến 3/4) rất lớn trong vỉa.
ñể nâng cao hệ số thu hồi dầu, người ta tiếp tục áp dụng phương pháp thu hồi dầu tăng cường.3 Giai ñoạn thu hồi tăng cường ðặc trưng của giai ñoạn này là bơm ép vào vỉa các chất lưu không có trong vỉa nhằm tăng hiệu suất quét, hiệu suất ñẩy hoặc cả hai nhờ vào sự thay ñổi các ñặc trưng cơ bản của chất lưu trong vỉa như sức căng bề mặt, ñộ nhớt, tính dính ướt, tỷ số linh ñộng. Tuy nhiên trong trường hợp dầu có ñộ nhớt cao thì dầu không thể tự chảy vào giếng bằng năng lượng tự nhiên của vỉa hoặc do quá trình bơm ép thì các giai ñoạn sơ cấp và thứ cấp có thể bỏ qua. trong trường hợp này phương pháp thu hồi tăng cường ñược sử dụng. Học viên: Phùng Thái Hà CBHD: TS.
Mai Cao Lân 3 Chương 1. Các phương pháp khai thác thu hồi tăng cường bằng bơm ép khí Các phương pháp thu hồi tăng cường ngoài mục ñích bổ sung năng lượng vỉa còn tạo ñiều kiện thuận lợi cho quá trình thu hồi dầu nhờ sự tương tác các chất lưu ñược bơm ép với dầu và ñá tầng chứa. Các tương tác này làm giảm sức căng bề mặt của các pha, làm giản nở dầu, giảm ñộ nhớt, giảm khả năng dính ướt, tăng hiệu suất quét, giảm hiện tượng phân tỏa dạng ngón bằng cách duy trì ñộ linh ñộng và sự khác biệt về tỷ trọng hợp lí giữa các chất lưu tương tác. Dùng polymer Tăng ñộ nhớt Tăng cường hiệu suất quét Bơm ép hơi nước Giảm ñộ nhớt của dầu ðốt tại chổ Sử dụng chất lưu ñẩy có khả năng trộn lẩn Bơm ép CO2 Bơm ép khí Giảm sức căng bề mặt hydrocarbon, N2 Tăng cường hiệu suất ñẩy giữa các chất lưu Dùng các chất hoạt tính bề mặt Thay ñổi tính dính ướt của ñá vỉa Dùng các chất kiềm Hình 1.2: Các phương pháp thu hồi dầu tăng cường11 Có thể sử dụng các phương pháp thu hồi dầu tăng cường khác nhau phụ thuộc vào tính chất của vỉa cũng như của dầu trong vỉa, nhưng mục ñích chính là làm tăng hiệu suất quét và hiệu suất ñẩy từ ñó tăng khả năng di chuyển dầu vào trong giếng khai Học viên: Phùng Thái Hà CBHD: TS.
Mai Cao Lân 4 Chương 1. Các phương pháp khai thác thu hồi tăng cường bằng bơm ép khí thác. Trên có sơ trên có thể nêu một số phương pháp thu hồi dầu tăng cường chẳng hạn như: Phương pháp hóa học: Sử dụng các chất hoạt tính bề mặt làm tăng tính linh ñộng của dầu và tăng hệ số rửa của nước. Sử dụng hóa chất (polymer) ñể bơm ép vào vỉa nhằm ñẩy dầu hay bơm ép chất kiềm nhằm giảm sức căng bề mặt dầu nước.
Phương pháp nhiệt: dành cho dầu nặng bao gồm phương pháp bơm ép chất lưu nóng và phương pháp ñốt tại chỗ nhằm làm giảm ñộ nhớt và gia tăng tỉ số linh ñộng của dầu. Phương pháp bơm ép chất khí hòa tan: CO2, propan, khí ñồng hành khai thác từ vỉa Trong khuôn khổ của luận văn thạc sỹ này, tác giả sẽ chỉ ñi sâu vào các phương pháp thu hồi tăng cường bằng bơm ép khí hòa tan.2 Thu hồi tăng cường bằng bơm ép khí hòa tan Quá trình ñẩy dầu bằng khí hòa tan (miscible displacement processes) là những quá trình mà hiệu quả chuyển dịch có ñược chủ yếu từ sự hòa tan giữa dầu tại chỗ và chất lưu ñược bơm ép vào vỉa. Các chất lưu khí ñược bơm ép có thể như dung môi hydrocarbon (hydrocarbon solvent), CO2, khí thải, và N2. Sự hòa tan cũng ñóng vai trò trong phương pháp bơm chất hoạt tính bề mặt cũng như phương pháp bơm hóa chất nhưng không phải là cơ chế thu hồi chính.
Mục tiêu chính của phương pháp là ñẩy dầu bằng một chất lưu sẽ ñược hòa tan với dầu tại bề mặt tiếp xúc, nghĩa là hình thành một pha duy nhất khi hòa tan ở các tỉ lệ khác nhau với dầu. Có hai biến thể chính của phương pháp này ñó là hòa tan ngay ở tiếp xúc ban ñầu hay là hòa tan ngay ( Fist- contact-miscible – FCM) và hòa tan thông qua nhiều bề mặt tương tác(Multiple –contact-miscible – MCM). Trong phương pháp FCM, chất lưu bơm vào vỉa sẽ tương tác và hòa tan trực tiếp với hydrocarbon trong vỉa tại diều kiện nhiệt ñộ và suất vỉa. Một nút chất lưu hydrocarbon nhỏ sẽ ñược bơm vào vỉa, ví dụ như khí hóa lỏng LPG, ñể ñẩy dầu.
Nút Học viên: Phùng Thái Hà CBHD: TS. Mai Cao Lân 5 Chương 1. Các phương pháp khai thác thu hồi tăng cường bằng bơm ép khí LPG ñến lượt mình sẽ bị ñẩy bởi một thể tích lớn của khí rẻ tiền hơn và giàu thành phần metan – khí khô. Trong một số trường hợp nước có thể ñược dùng làm thành phần ñẩy thứ cấp.3 : Minh họa quá trình FCM với LPG và khí khô2 Quá trình này có hiệu quả vì sự hòa tan giữa nút ñẩy chính và pha dầu.
Không còn ranh giới pha của nút ñẩy và dầu trong vỉa, dầu ñược ñẩy cùng với nút ñẩy Trong phương pháp MMC, chất lưu bơm ép vào vỉa sẽ không hòa tan với hydrocarbon trong vỉa tại tiếp xúc ban ñầu. Hơn thế nữa quá trình này phụ thuộc vào thành phần của khí bơm ép và chất lưu trong vỉa, thông qua nhiều bề mặt tiếp xúc giữa các pha và quá trình chuyển ñổi khối lượng của các thành phần. Dưới các ñiều kiện thích hợp của nhiệt ñộ, áp suất và thành phần, sự biến ñổi thành phần sẽ tạo ra sự hòa tan giữa pha ñẩy và pha bị ñẩy ngay tại chỗ.1 Giới thiệu chung về ñẩy dầu bằng quá trình hòa tan ( Miscible displacement) Trong quá trình ñẩy dầu không hòa tan (immiscible displacement) ví dụ như quá trình bơm ngập nước, hiệu suất vi dịch chuyển (microscopic displacement efficiency), ED, sẽ nhỏ hơn một rất nhiều. Một phần của dầu trong vỉa tiếp xúc với khí bơm ép sẽ bị bẫy lại thành các hạt biệt lập, các mạch hoặc thành các vòng giao ñộng (pendular rings) phụ thuộc vào tính dính ướt.
Tại ñiều kiện này, ñộ thấm tương ñối với dầu sẽ giảm gần ñến không, việc bơm liên tục chất lưu vào vỉa sẽ không có hiệu quả vì Học viên: Phùng Thái Hà CBHD: TS. Mai Cao Lân 6 Chương 1. Các phương pháp khai thác thu hồi tăng cường bằng bơm ép khí chất lưu sẽ di ñộng vòng qua dầu bị bẫy. Dầu sẽ không di ñộng theo dòng chảy vì lực mao dẫn sẽ ngăn không cho dầu biến dạng và lưu thong qua những khe nhỏ trong lỗ rỗng.
Sự hạn chế này trong việc thu hồi dầu có thể ñược khắc phục bằng việc ứng dụng phương pháp ñẩy dầu bằng khí hòa tan, trong ñó chất lưu ñược bơm ép sẽ hòa tan với chất lưu trong vỉa tại ñiều kiện tại bề mặt tiếp xúc giữa hai chất lưu. Sức căng bề mặt phân cách (interfacial tension - IFT) sẽ bị loại bỏ. Nếu hai chất lưu không hòa tan ở tất cả các tỷ lệ ñể tạo thành một pha duy nhất thì quá trình ñược gọi là không hòa tan.4: ðẩy dầu bằng khí hòa tan2 Hình 1.4 minh họa sơ ñồ một quá trình FCM lí tưởng bao gồm việc bơm ép một lượng nhất ñịnh chất lưu tạo thành nút chất lưu hòa tan. Chất hòa tan trong ví dụ là hydrocarbon có phân tử lượng nhẹ (LPG).
