Nghiên Cứu Ứng Dụng Gel Trong Khôi Phục Dầu Mỏ

• Tác giả: Lê Kim Hưng
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Dầu Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Gel Trong Khôi Phục Dầu Mỏ
• Loại tài liệu: Đề Tài Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Thiết bị thử nghiệm độ bền gel và thời gian tạo gel
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Mục tiêu đề tài
• 2.2. Hệ thiết bị xác định ứng suất trượt của gel
• 2.3. Thiết bị thử nghiệm gel tại phòng Mô hình vỉa
• 2.4. Thiết bị đo SSBM liên diện Spinning Drop Interfacial Tensiometer
• 2.5. Bể điều nhiệt và quá trình hóa nhiệt độ T100 Brookfield
• 2.6. Thiết bị đo góc tiếp xúc: Máy 0E A 20 của Dataphysics
• 2.7. Bộ giữ mẫu lõi trong quá trình bơm hệ chất hoạt động bề mặt
• 2.8. Thiết bị nghiên cứu đẩy dầu trên mô hình vỉa
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
• 3.1. Thiết kế gel bền nhiệt để ngăn ngừa sự trượt tại giếng khai thác mỏ Bà Rịa Hồ
• 3.2. Sự tạo gel của polyacrylamide trong môi trường biển
• 3.3. Độ nhớt của dung dịch polymer ở nồng độ khác nhau
• 3.4. Bề mặt đáp ứng của quá trình tạo gel theo thời gian tạo gel
• 3.5. Bề mặt đáp ứng của quá trình tạo gel theo độ bền gel
• 3.6. Đồ thị độ bền gel và nhiệt độ theo thời gian của hệ gel HE:PF (2:1) tối ưu
• 3.7. Đồ thị độ bền gel và nhiệt độ theo thời gian
• 3.9. Bề mặt đáp ứng của quá trình tạo gel theo độ bền gel
• 3.10. Thời gian tạo gel và độ bền nhiệt theo thời gian ủ của hệ gel GIMS 1
• 3.11. Thời gian tạo gel và độ bền nhiệt theo thời gian ủ của hệ gel GIMS 2
• 3.12. Thời gian tạo gel và độ bền nhiệt của hệ gel polymer SEAL-5
• 3.13. Quá trình tạo gel của hệ dung dịch polymer PIMS2
• 3.14. Thời gian tạo gel và độ bền nhiệt theo thời gian ủ của hệ gel VIMS1
• 3.15. Gel PIMS-2, PIMS-5 và VIMS-1 sau 31 ngày ủ 1500C
• 3.16. Gel PIMS-2 sau 31 ngày ủ 1500C khi lấy ra khỏi ống nghiệm
• 3.17. Thời gian tạo gel và độ bền thử nghiệm tại PIPI
• 3.18. Dung dịch gel PIMS-2
• 3.19. Dung dịch gel VIMS-1
• 3.20. Gel GIMS-2, PIMS-5 và VIMS-1 sau 31 ngày ủ 1500C
• 3.21. Gel PIMS-5 sau 31 ngày ủ 1500C
• 3.22. Gel VIMS-1 sau 31 ngày ủ 1500C
• 3.23. Gel PIMS-2 sau 31 ngày ủ 1500C
• 3.26. Đồ thị biểu diễn SSBM của dung dịch polymer tại nồng độ khác nhau
• 3.27. Đồ thị biểu diễn SSBM của dung dịch polymer anion tại nồng độ khác nhau
• 3.28. SSBM dầu - dung dịch polymer theo thời gian ủ nhiệt
• 3.29. SSBM dầu - dung dịch polymer AS2 và AS2+ isopropanol theo thời gian ủ nhiệt
• 3.30. SSBM dầu - dung dịch polymer AS3 và AS3+ isopropanol theo thời gian ủ nhiệt
• 3.31. Bề mặt đáp ứng sự thay đổi SSBM sau 4 tuần ủ nhiệt của AS1 và AS2
• 3.32. Bề mặt đáp ứng sự thay đổi SSBM theo nồng độ AS2 và PS1 bằng 150 ppm
• 3.33. Sự thay đổi SSBM của hệ IAMS-M2 với dầu hỏa theo nhiệt độ đ0
• 3.34. Sơ đồ phương trình đường chuẩn của hệ chất hoạt động bề mặt IAMS-M2
• 3.35. Hình ảnh giọt dầu trên bề mặt đá sau khi đá được ủ trong 1 ngày
• 3.36. Hình ảnh giọt dầu trên bề mặt đá sau khi đá thấm dầu tiếp xúc với dung dịch polymer IAMS-M2 0,05%
• 3.37. Sự thay đổi góc tiếp xúc của giọt dầu trên bề mặt đá theo giai đoạn ủ
• 3.39. Sự thay đổi của sự nâng bề mặt giữa hai pha dầu - chất hoạt động bề mặt IAMS-M2 ở nồng độ 500 ppm
• 3.40. Động thái đẩy dầu bởi bơm ép và bơm ép nhiệt của IAMS-M2 (500 ppm) trên mô hình vỉa số XI, mỏ ĐNG
• 3.41. Động thái đẩy dầu bởi bơm ép và bơm ép nhiệt của IAMS-M2 (1000 ppm) trên mô hình vỉa số XII, mỏ ĐNG
• 3.42. Động thái đẩy dầu bởi bơm ép và bơm ép nhiệt của IAMS-M2 (1000 ppm) trên mô hình vỉa số XIV, mỏ ĐNG
• 3.43. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi SSBM của dung dịch polymer phối trộn AS1 và AS3 theo thời gian ủ ở nhiệt độ 1500C
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Ứng Dụng Gel Trong Khôi Phục Dầu Mỏ EOR

Trong ngành công nghiệp dầu mỏ, việc khôi phục dầu tăng cường (EOR) đóng vai trò quan trọng trong việc tối đa hóa sản lượng. Ứng dụng gel trong khai thác dầu là một trong những phương pháp EOR đầy hứa hẹn, đặc biệt trong các mỏ dầu có độ thấm cao hoặc vấn đề về dòng nước không đồng đều. Gel, thường là gel polymer trong EOR, hoạt động bằng cách giảm độ thấm của các kênh có độ thấm cao, từ đó chuyển hướng dòng chảy của nước đến các khu vực chưa được quét và tăng hiệu quả thu hồi dầu. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng gel có thể làm tăng đáng kể hệ số thu hồi dầu (HSTHD) trong các điều kiện mỏ khác nhau. Công nghệ này không chỉ giúp tăng sản lượng mà còn có thể kéo dài tuổi thọ của các mỏ dầu hiện có.

1.1. Tổng quan về các công nghệ EOR phổ biến hiện nay

Các công nghệ EOR bao gồm nhiều phương pháp khác nhau như bơm nước, bơm khí (CO2, N2), bơm hóa chất (polymer, surfactant, alkaline) và phương pháp nhiệt (bơm hơi nước, đốt trong vỉa). Mỗi phương pháp có ưu điểm và hạn chế riêng, phụ thuộc vào đặc điểm của mỏ dầu. Trong đó, ứng dụng gel polymer trong EOR nổi lên như một giải pháp hiệu quả để kiểm soát dòng chảy và tăng hiệu quả quét vỉa. Gel đặc biệt phù hợp cho các mỏ có độ thấm cao và vấn đề về kênh dẫn nước ưu tiên, nơi mà các phương pháp bơm nước thông thường không mang lại hiệu quả cao. Theo tài liệu nghiên cứu, việc lựa chọn công nghệ EOR phù hợp cần dựa trên đánh giá kỹ lưỡng về đặc điểm địa chất, vật lý của mỏ và khả năng tương thích của công nghệ với các điều kiện mỏ.

1.2. Lịch sử phát triển và ứng dụng gel trong EOR trên thế giới

Việc sử dụng gel trong EOR đã được nghiên cứu và ứng dụng từ những năm 1960. Ban đầu, các loại gel được sử dụng chủ yếu là gel dựa trên polyacrylamide. Tuy nhiên, qua thời gian, các nghiên cứu đã tập trung vào việc phát triển các loại gel có khả năng chịu nhiệt và độ mặn cao hơn để phù hợp với các điều kiện mỏ khắc nghiệt. Ngày nay, nhiều loại gel khác nhau đã được phát triển và ứng dụng thành công trong các mỏ dầu trên khắp thế giới, bao gồm cả các mỏ ở Trung Đông, Bắc Mỹ và Châu Á. Các dự án nghiên cứu thực nghiệm về gel trong EOR tiếp tục được tiến hành để cải thiện hiệu quả và giảm chi phí của công nghệ này.

II. Thách Thức Vấn Đề Ngập Nước và Giải Pháp Tiêm Gel Polymer

Một trong những thách thức lớn nhất trong khai thác dầu là tình trạng ngập nước trong các giếng khai thác, dẫn đến giảm sản lượng dầu và tăng chi phí xử lý nước. Vấn đề này thường xảy ra do độ thấm không đồng đều trong vỉa dầu, tạo ra các kênh dẫn nước ưu tiên, hoặc do các vết nứt và đứt gãy địa chất. Phương pháp tiêm gel trong khôi phục dầu là một giải pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề này. Gel được tiêm vào vỉa để chặn các kênh dẫn nước, buộc nước phải chảy qua các khu vực chứa dầu chưa được khai thác, từ đó làm tăng hệ số thu hồi dầu. Việc thiết kế và triển khai một chương trình tiêm gel thành công đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về độ nhớt của gel trong môi trường mỏ, sự ổn định của gel trong điều kiện mỏ và tương tác giữa gel và đá vỉa.

2.1. Các nguyên nhân gây ra tình trạng ngập nước trong giếng khai thác

Nguyên nhân ngập nước rất đa dạng và phức tạp, bao gồm độ thấm không đồng đều của vỉa, sự hiện diện của các kênh dẫn nước ưu tiên, các vết nứt tự nhiên hoặc do khai thác, và sự dịch chuyển của ranh giới dầu-nước. Theo tài liệu, tại mỏ Bạch Hổ và Rồng, tình trạng ngập nước ở các giếng khai thác tầng móng là một vấn đề nghiêm trọng. Các biện pháp ngăn cách nước bằng gel polymer được xem xét để giải quyết tình trạng này. Ngoài ra, việc kiểm soát mức độ phù hợp của vỉa cũng là một yếu tố quan trọng để tăng cường thu hồi dầu.

2.2. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp tiêm gel so với các phương pháp khác

So với các phương pháp kiểm soát nước khác như sử dụng xi măng hoặc nút cơ học, tiêm gel có nhiều ưu điểm. Gel có khả năng thẩm thấu vào các khe nứt nhỏ và các khu vực khó tiếp cận, tạo ra một lớp chặn nước hiệu quả hơn. Đồng thời, gel có thể được thiết kế để có độ nhớt và thời gian tạo gel phù hợp với các điều kiện mỏ cụ thể. Tuy nhiên, tiêm gel cũng có nhược điểm, bao gồm chi phí cao, khả năng bị suy thoái theo thời gian và yêu cầu kỹ thuật cao trong quá trình thiết kế và triển khai.

III. Cơ Chế Tác Động Của Gel Polymer Trong Khôi Phục Dầu EOR

Cơ chế hoạt động của gel polymer trong EOR dựa trên khả năng làm giảm độ thấm tương đối của nước trong các kênh có độ thấm cao, trong khi ít ảnh hưởng đến độ thấm của dầu. Điều này đạt được nhờ vào khả năng trương nở và tạo thành mạng lưới của gel khi tiếp xúc với nước. Khi nước cố gắng chảy qua các kênh đã được xử lý bằng gel, nó sẽ bị chặn lại hoặc chuyển hướng sang các khu vực khác. Tính chất của gel ảnh hưởng đến EOR rất lớn. Điều này làm tăng hiệu quả quét vỉa và giúp thu hồi lượng dầu còn sót lại trong các khu vực chưa được khai thác. Ngoài ra, một số loại gel còn có khả năng làm giảm sức căng bề mặt giữa dầu và nước, giúp dầu dễ dàng di chuyển hơn.

3.1. Ảnh hưởng của độ mặn và nhiệt độ đến hiệu quả của gel

Độ mặn và nhiệt độ là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của gel. Độ mặn cao có thể làm giảm khả năng trương nở của gel và làm giảm độ nhớt. Nhiệt độ cao có thể làm tăng tốc độ suy thoái của gel và làm giảm sự ổn định của gel trong điều kiện mỏ. Do đó, việc lựa chọn loại gel phù hợp và thiết kế công thức gel một cách cẩn thận là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả của phương pháp EOR sử dụng gel trong các điều kiện mỏ khác nhau. Cần chú ý đến ảnh hưởng của độ mặn đến hiệu quả của gel.

3.2. Tương tác giữa gel và đá vỉa Ảnh hưởng đến tính thấm

Tương tác giữa gel và đá vỉa cũng là một yếu tố quan trọng cần xem xét. Gel có thể bị hấp phụ lên bề mặt đá, làm thay đổi tính thấm của đá vỉa sau khi tiêm gel. Một số loại đá vỉa có thể phản ứng với gel, làm thay đổi tính chất của gel hoặc gây tắc nghẽn lỗ rỗng. Do đó, việc đánh giá tương tác giữa gel và đá vỉa là cần thiết để đảm bảo tính tương thích và hiệu quả của phương pháp EOR sử dụng gel.

IV. Quy Trình Phương Pháp Tiêm Gel Trong Khôi Phục Dầu Tối Ưu

Quy trình phương pháp tiêm gel trong khôi phục dầu thường bao gồm các bước sau: (1) Đánh giá và lựa chọn giếng phù hợp, (2) Thiết kế công thức gel phù hợp với điều kiện mỏ, (3) Chuẩn bị và tiêm gel vào vỉa, (4) Theo dõi và đánh giá hiệu quả. Việc mô phỏng quá trình ứng dụng gel trong EOR là một bước quan trọng trong quá trình thiết kế để tối ưu hóa các thông số tiêm và dự đoán hiệu quả thu hồi dầu. Các phần mềm mô phỏng chuyên dụng có thể được sử dụng để mô phỏng dòng chảy của gel trong vỉa và tương tác giữa gel và dầu.

4.1. Các yếu tố cần xem xét khi lựa chọn loại gel phù hợp

Việc lựa chọn loại gel phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm độ thấm của vỉa, nhiệt độ, độ mặn, thành phần hóa học của nước và dầu, và chi phí. Các loại gel phổ biến bao gồm gel polyacrylamide, gel copolymer, và gel crosslinked. Gel polyacrylamide có chi phí thấp nhưng kém bền nhiệt và độ mặn. Gel copolymer có độ bền tốt hơn nhưng chi phí cao hơn. Gel crosslinked có độ bền tốt nhất nhưng quá trình tạo gel phức tạp hơn. Quyết định nên dựa trên các loại gel sử dụng trong khôi phục dầu và so sánh chúng.

4.2. Kỹ thuật tiêm gel và kiểm soát quá trình tiêm hiệu quả

Kỹ thuật tiêm gel có thể bao gồm tiêm đơn điểm, tiêm nhiều điểm, hoặc tiêm theo chu kỳ. Quá trình tiêm cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo gel được phân bố đều trong vỉa và tránh gây tắc nghẽn. Các thông số như áp suất tiêm, tốc độ tiêm, và thể tích gel cần được theo dõi và điều chỉnh liên tục. Các kỹ thuật như sử dụng tracers và pressure fall-off tests có thể được sử dụng để đánh giá hiệu quả của quá trình tiêm.

V. Đánh Giá Hiệu Quả Ứng Dụng Gel Tại Mỏ Dầu Trong Thực Tế

Đánh giá hiệu quả của gel trong mỏ dầu là một bước quan trọng để xác định tính khả thi và hiệu quả kinh tế của phương pháp ứng dụng gel trong khai thác dầu. Các phương pháp đánh giá bao gồm phân tích sản lượng dầu, phân tích áp suất, phân tích thành phần nước, và sử dụng tracers. Các nghiên cứu thí điểm (pilot studies) thường được thực hiện trước khi triển khai trên quy mô lớn để đánh giá hiệu quả và tối ưu hóa các thông số tiêm. Nghiên cứu thực nghiệm về gel trong EOR rất quan trọng, tài liệu gốc cung cấp nhiều số liệu về thí nghiệm gel của Viện KHoa học Vật Liệu Ứng dụng. Các báo cáo tổng kết khoá học kỹ thuật có dữ liệu cụ thể về các thử nghiệm.

5.1. Phân tích sản lượng dầu và các chỉ số kinh tế liên quan

Sản lượng dầu là chỉ số quan trọng nhất để đánh giá hiệu quả của việc tiêm gel. Các chỉ số kinh tế liên quan bao gồm chi phí tiêm gel, chi phí xử lý nước, và giá dầu. Việc phân tích các chỉ số này giúp xác định lợi nhuận thu được từ việc tiêm gel và so sánh với các phương pháp EOR khác. Cần đánh giá chi phí và lợi ích của ứng dụng gel trong EOR.

5.2. Sử dụng tracers và các phương pháp giám sát giếng để đánh giá

Tracers là các chất hóa học hoặc phóng xạ được tiêm vào vỉa cùng với gel để theo dõi sự di chuyển của gel và nước. Việc phân tích nồng độ tracers trong các giếng khai thác giúp xác định hiệu quả của việc chặn nước và chuyển hướng dòng chảy. Các phương pháp giám sát giếng khác như pressure fall-off tests và temperature logs cũng có thể được sử dụng để đánh giá hiệu quả của việc tiêm gel.

VI. Kết Luận Tiềm Năng và Hướng Nghiên Cứu Gel Trong Tương Lai

Việc ứng dụng gel trong khai thác dầu có tiềm năng lớn trong việc tăng cường thu hồi dầu từ các mỏ dầu hiện có, đặc biệt là các mỏ có vấn đề về ngập nước. Tuy nhiên, việc triển khai thành công đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các cơ chế tác động của gel trong EOR, các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của gel, và các kỹ thuật tiêm gel tối ưu. Các nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc phát triển các loại gel biến tính trong khôi phục dầu có khả năng chịu nhiệt và độ mặn cao hơn, có khả năng tự phục hồi sau khi bị suy thoái, và có khả năng tương thích với các loại đá vỉa khác nhau. Ngoài ra, cần có các nghiên cứu sâu hơn về tương tác giữa gel và đá vỉa và các phương pháp mô phỏng tiên tiến hơn để dự đoán hiệu quả của việc tiêm gel.

6.1. Nghiên cứu phát triển các loại gel thông minh và bền vững

Các loại gel thông minh là các loại gel có khả năng phản ứng với các thay đổi trong môi trường mỏ, chẳng hạn như nhiệt độ, độ mặn, hoặc pH. Các loại gel bền vững là các loại gel được làm từ các nguồn tài nguyên tái tạo và có tác động môi trường thấp. Việc phát triển các loại gel này sẽ giúp tăng hiệu quả và giảm chi phí của phương pháp EOR sử dụng gel.

6.2. Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong tối ưu hóa quá trình tiêm gel

Trí tuệ nhân tạo (AI) có thể được sử dụng để phân tích dữ liệu mỏ, dự đoán hiệu quả của việc tiêm gel, và tối ưu hóa các thông số tiêm. AI có thể giúp giảm chi phí và tăng hiệu quả của phương pháp EOR sử dụng gel bằng cách tự động hóa các quá trình phân tích và ra quyết định.