Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp dầu khí, việc kiểm soát hiệu quả khai thác giếng khoan đa tầng là một thách thức lớn, đặc biệt khi lưu lượng nước tăng lên và lưu lượng khí, dầu giảm không như dự đoán. Giếng 11P, nằm trong bồn trũng Nam Côn Sơn với chiều sâu 5440 m, có sáu tầng bắn mở vỉa khác nhau, đang gặp phải hiện tượng ngập nước và giảm lưu lượng khai thác khí, dầu. Số liệu thử vỉa năm 2011 cho thấy lưu lượng khí đạt 21,380 Mscf/ngày, trong khi năm 2012 giảm xuống còn khoảng 9,753 Mscf/ngày, đồng thời lưu lượng nước tăng lên đáng kể. Đây là dấu hiệu rõ ràng của hiện tượng giếng ngập nước và sự phân bố không đồng đều của lưu lượng chất lưu trong các tầng vỉa.

Mục tiêu nghiên cứu là khảo sát các phương án kiểm soát hiệu quả khai thác cho giếng 11P dựa trên số liệu PLT (Production Logging Tool), nhằm xác định chính xác lưu lượng từng loại chất lưu (dầu, khí, nước) ở từng tầng bắn mở vỉa, từ đó đề xuất các giải pháp kiểm soát phù hợp. Nghiên cứu tập trung vào việc lựa chọn và hiệu chỉnh mô hình dòng chảy thích hợp, giảm thiểu sai số tính toán giữa mô hình và số liệu thực tế, đồng thời mô phỏng hoạt động khai thác giếng dưới các phương án khác nhau.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm dữ liệu thu thập từ giếng 11P trong giai đoạn 2011-2012, với phân tích chi tiết các tầng vỉa D1A, E1, F1, H, O và S1. Ý nghĩa nghiên cứu được thể hiện qua việc nâng cao độ chính xác trong đánh giá lưu lượng khai thác, hỗ trợ lập kế hoạch sửa chữa giếng và tối ưu hóa khai thác, góp phần giảm thiểu rủi ro và tăng hiệu quả kinh tế cho các công ty dầu khí.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình dòng chảy đa pha trong giếng khoan, bao gồm:

  • Chế độ dòng chảy một loại chất lưu: Phân biệt dòng chảy tầng (laminar) và dòng chảy rối (turbulent) dựa trên hệ số Reynold, với công thức tính vận tốc và hệ số ma sát trong ống. Ví dụ, dòng chảy tầng xảy ra khi $Re < 2000$, dòng chảy rối khi $Re > 4000$.

  • Chế độ dòng chảy nhiều loại chất lưu: Mô tả các chế độ dòng chảy như bọt khí (bubble flow), nút khí (slug flow), sủi bọt (froth flow), và vành xuyến (annular flow) theo mô hình Dukler và các mô hình khác. Các chế độ này phản ánh sự phân bố pha khí, dầu, nước trong ống và ảnh hưởng đến lưu lượng từng loại chất lưu.

  • Mô hình dòng chảy Petalas & Aziz: Mô hình được lựa chọn sau khi khảo sát nhiều mô hình khác nhau, bao gồm 10 chế độ dòng chảy đặc trưng, áp dụng cho giếng khoan đa tầng với các thông số vận tốc, tỷ lệ khí và nước được hiệu chỉnh dựa trên số liệu PLT.

  • Phương pháp hiệu chỉnh mô hình: Sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu (Least Square) để giảm sai số giữa lưu lượng tính toán và số liệu thực tế, điều chỉnh các thông số vận tốc chất lưu, tỷ lệ khí, tỷ lệ nước và vận tốc trượt giữa các pha.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu PLT thu thập từ giếng 11P trong năm 2011-2012, dữ liệu PVT, số liệu tốc độ quay spinner, tỷ lệ nước và khí từ các probe E-Probe và O-Probe. Cỡ mẫu là toàn bộ dữ liệu thu thập được từ sáu tầng bắn mở vỉa của giếng.

Phương pháp phân tích gồm:

  • Xử lý và phân tích số liệu đầu vào: Đánh giá vận tốc chất lưu, tỷ lệ pha khí và nước, hiệu chỉnh số liệu PVT để xây dựng giãn đồ pha và các thông số vật lý của chất lưu.

  • Khảo sát và lựa chọn mô hình dòng chảy: So sánh các mô hình dòng chảy phổ biến như Hagedorn & Brown, Duns & Ross, Beggs & Brill, Dukler, Artep và Petalas & Aziz dựa trên độ phù hợp với số liệu thực tế của giếng 11P.

  • Hiệu chỉnh mô hình: Áp dụng phương pháp bình phương cực tiểu để điều chỉnh các thông số mô hình, giảm sai số tính toán lưu lượng từng tầng bắn mở vỉa.

  • Mô phỏng hoạt động khai thác: Sử dụng phần mềm Emeraude và Excel để mô phỏng lưu lượng dầu, khí, nước dưới các phương án khai thác khác nhau với áp suất đầu giếng từ 300 đến 1000 psi.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 6/2011 đến 6/2012, bao gồm thu thập số liệu, phân tích, hiệu chỉnh mô hình và mô phỏng các phương án khai thác.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Lựa chọn mô hình dòng chảy phù hợp: Mô hình Petalas & Aziz được xác định là mô hình thích hợp nhất cho giếng 11P sau khi khảo sát nhiều mô hình khác. Mô hình này phản ánh chính xác các chế độ dòng chảy và lưu lượng từng loại chất lưu ở các tầng bắn mở vỉa.

  2. Hiệu chỉnh mô hình giảm sai số tính toán: Sau khi áp dụng phương pháp bình phương cực tiểu, sai số giữa lưu lượng tính toán và số liệu PLT giảm rõ rệt. Ví dụ, sai số lưu lượng khí tại tầng D1A giảm từ khoảng 15% xuống dưới 5%, tương tự sai số lưu lượng nước và dầu cũng được cải thiện đáng kể.

  3. Phân tích lưu lượng chất lưu theo từng tầng và phương án khai thác: Ba phương án kiểm soát khai thác được khảo sát với áp suất đầu giếng từ 300 đến 1000 psi. Phương án 3, bao gồm cách ly tầng S1 và mở rộng tầng bắn mở vỉa D1a, cho thấy lưu lượng khí tăng lên đáng kể (tăng khoảng 20% so với phương án 1), trong khi lưu lượng nước giảm khoảng 15%, giúp cải thiện hiệu quả khai thác.

  4. Ảnh hưởng của áp suất đầu giếng đến lưu lượng khai thác: Lưu lượng khí, dầu và nước đều tăng khi áp suất đầu giếng tăng từ 300 psi lên 1000 psi, tuy nhiên lưu lượng nước tăng nhanh hơn ở một số tầng, làm tăng nguy cơ ngập nước nếu không kiểm soát tốt.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiện tượng lưu lượng nước tăng và khí, dầu giảm là do sự tuần hoàn nước trong giếng và sự đóng góp không đồng đều của các tầng bắn mở vỉa. Việc lựa chọn mô hình dòng chảy Petalas & Aziz giúp mô phỏng chính xác hơn các hiện tượng này nhờ khả năng mô tả đa dạng các chế độ dòng chảy và tính toán lưu lượng từng pha.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả cho thấy hiệu quả của việc hiệu chỉnh mô hình dựa trên số liệu PLT là rất quan trọng để giảm sai số và nâng cao độ tin cậy của mô phỏng. Việc mô phỏng các phương án khai thác khác nhau cung cấp cơ sở khoa học để lựa chọn giải pháp tối ưu, đồng thời giúp dự báo và kiểm soát hiện tượng ngập nước.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh lưu lượng khí, dầu, nước theo từng phương án và áp suất đầu giếng, cũng như bảng tổng hợp sai số trước và sau khi hiệu chỉnh mô hình, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng mô hình Petalas & Aziz đã hiệu chỉnh trong quản lý khai thác giếng 11P: Động tác này giúp giảm sai số tính toán lưu lượng, nâng cao độ chính xác trong đánh giá hiệu quả khai thác. Thời gian thực hiện: ngay lập tức; Chủ thể: Công ty khai thác dầu khí.

  2. Triển khai phương án cách ly tầng S1 và mở rộng tầng bắn mở vỉa D1a (Phương án 3): Giúp tăng lưu lượng khí khai thác và giảm lưu lượng nước, cải thiện hiệu quả kinh tế. Thời gian thực hiện: trong vòng 6 tháng; Chủ thể: Đội ngũ kỹ thuật khai thác và bảo dưỡng giếng.

  3. Theo dõi và cập nhật số liệu PLT định kỳ để hiệu chỉnh mô hình liên tục: Đảm bảo mô hình phản ánh chính xác tình trạng giếng trong quá trình khai thác, kịp thời phát hiện hiện tượng ngập nước hoặc giảm lưu lượng. Thời gian thực hiện: hàng quý; Chủ thể: Bộ phận kỹ thuật giếng khoan.

  4. Xây dựng chương trình sửa chữa giếng dựa trên kết quả mô phỏng và phân tích độ nhạy: Giúp hạn chế rủi ro và tối ưu hóa chi phí sửa chữa, nâng cao hiệu quả khai thác lâu dài. Thời gian thực hiện: 1 năm; Chủ thể: Ban quản lý dự án và kỹ thuật.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư khai thác dầu khí: Nắm bắt phương pháp lựa chọn và hiệu chỉnh mô hình dòng chảy, áp dụng trong quản lý khai thác giếng đa tầng để tối ưu hóa lưu lượng và giảm thiểu hiện tượng ngập nước.

  2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật dầu khí: Tài liệu cung cấp cơ sở lý thuyết và thực tiễn về mô hình dòng chảy đa pha, phương pháp phân tích số liệu PLT và mô phỏng khai thác giếng.

  3. Chuyên gia tư vấn và công ty dịch vụ kỹ thuật dầu khí: Tham khảo các phương án kiểm soát khai thác hiệu quả dựa trên mô hình dòng chảy và số liệu thực tế, hỗ trợ thiết kế giải pháp kỹ thuật cho giếng khoan.

  4. Quản lý dự án và ban lãnh đạo công ty dầu khí: Hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả khai thác, từ đó đưa ra quyết định đầu tư, sửa chữa và phát triển giếng khoan phù hợp với điều kiện thực tế.

Câu hỏi thường gặp

  1. PLT là gì và vai trò của nó trong khai thác dầu khí?
    PLT (Production Logging Tool) là công cụ đo lường lưu lượng và thành phần chất lưu tại các vị trí khác nhau trong giếng khoan. Nó giúp xác định lưu lượng từng tầng bắn mở vỉa, phát hiện hiện tượng ngập nước và hỗ trợ hiệu chỉnh mô hình dòng chảy để tối ưu khai thác.

  2. Tại sao phải lựa chọn mô hình dòng chảy phù hợp cho giếng khoan?
    Mô hình dòng chảy phù hợp giúp mô phỏng chính xác lưu lượng và phân bố pha chất lưu, giảm sai số tính toán, từ đó đưa ra các phương án khai thác và sửa chữa hiệu quả, tránh lãng phí và rủi ro trong khai thác.

  3. Phương pháp hiệu chỉnh mô hình bằng bình phương cực tiểu có ưu điểm gì?
    Phương pháp này tối ưu hóa các tham số mô hình để giảm tổng bình phương sai số giữa dữ liệu tính toán và số liệu thực tế, giúp mô hình phản ánh chính xác hơn tình trạng giếng, nâng cao độ tin cậy của dự báo khai thác.

  4. Các phương án kiểm soát khai thác được khảo sát trong nghiên cứu là gì?
    Nghiên cứu khảo sát ba phương án chính: khai thác bình thường, cách ly tầng S1, và cách ly tầng S1 kết hợp mở rộng tầng D1a. Phương án thứ ba cho kết quả tốt nhất với lưu lượng khí tăng và lưu lượng nước giảm.

  5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế khai thác?
    Kết quả mô hình và phương án kiểm soát có thể được áp dụng trực tiếp trong quản lý khai thác giếng, lập kế hoạch sửa chữa và theo dõi định kỳ bằng PLT để điều chỉnh kịp thời, đảm bảo hiệu quả khai thác tối ưu.

Kết luận

  • Mô hình dòng chảy Petalas & Aziz được lựa chọn và hiệu chỉnh thành công cho giếng 11P, giảm sai số tính toán lưu lượng xuống dưới 5%.
  • Phương pháp bình phương cực tiểu giúp tối ưu hóa các thông số mô hình dựa trên số liệu PLT thực tế.
  • Ba phương án kiểm soát khai thác được mô phỏng, trong đó phương án cách ly tầng S1 và mở rộng tầng D1a cho hiệu quả khai thác tốt nhất.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để lập kế hoạch khai thác và sửa chữa giếng, giảm thiểu hiện tượng ngập nước và tăng lưu lượng khí, dầu.
  • Đề xuất tiếp tục theo dõi số liệu PLT định kỳ và cập nhật mô hình để duy trì hiệu quả khai thác lâu dài.

Hành động tiếp theo: Áp dụng mô hình hiệu chỉnh vào quản lý khai thác giếng 11P, triển khai phương án kiểm soát ưu việt, đồng thời xây dựng chương trình theo dõi và bảo dưỡng giếng định kỳ nhằm đảm bảo hiệu quả khai thác bền vững.