Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh nhu cầu tiêu thụ năng lượng hóa thạch trên thế giới ngày càng gia tăng, đặc biệt là dầu mỏ, việc khai thác tối đa lượng dầu còn sót lại trong các mỏ hiện tại trở nên cấp thiết. Tại Việt Nam, ngành công nghiệp dầu khí đóng góp khoảng 30% GDP, tuy nhiên các mỏ dầu đang trong giai đoạn suy giảm sản lượng. Do đó, việc nghiên cứu và áp dụng các phương pháp thu hồi dầu tăng cường là rất cần thiết để duy trì sản lượng khai thác. Phương pháp bơm ép khí — nước đồng thời sử dụng khí CO₂ (CO₂-SWAG) đã được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi trên thế giới với kết quả khả quan, nhưng tại Việt Nam vẫn còn khá mới mẻ và chưa được triển khai thực tế.

Luận văn tập trung nghiên cứu tối ưu hóa quá trình bơm ép khí — nước đồng thời CO₂-SWAG trong tầng cát kết Oligocene mỏ Vina, bồn trũng Cửu Long. Mục tiêu chính là khảo sát ảnh hưởng của các thông số vận hành như lưu lượng bơm ép và vị trí giếng bơm ép đến hiệu quả thu hồi dầu, đồng thời đánh giá hiệu quả kinh tế để lựa chọn phương án tối ưu. Nghiên cứu được thực hiện trên phạm vi mỏ Vina, bồn trũng Cửu Long, với mô phỏng khai thác trong vòng 10 năm.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hệ số thu hồi dầu, góp phần phát triển công nghệ thu hồi dầu tăng cường phù hợp với điều kiện vỉa tại Việt Nam. Đồng thời, luận văn cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc áp dụng phương pháp CO₂-SWAG trong khai thác dầu khí, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia.

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 sau:

  • Lý thuyết thu hồi dầu tăng cường (EOR): Bao gồm các giai đoạn thu hồi dầu sơ cấp, thứ cấp và tam cấp, trong đó bơm ép khí — nước đồng thời (SWAG) thuộc nhóm phương pháp trộn lẫn khí — nước nhằm tăng hiệu suất quét và hiệu suất đẩy dầu.

  • Mô hình trộn lẫn khí — dầu: Phân loại cơ chế trộn lẫn thành trộn lẫn tiếp xúc một lần (First Contact Miscibility - FCM) và trộn lẫn tiếp xúc nhiều lần (Multiple Contact Miscibility - MCM), với các cơ chế hóa hơi và ngưng tụ khí đặc trưng cho khí CO₂.

  • Khái niệm áp suất trộn lẫn tối thiểu (MMP): Là áp suất thấp nhất để quá trình trộn lẫn khí và dầu xảy ra, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả thu hồi dầu.

  • Tính chất vật lý vỉa: Bao gồm tính bất đồng nhất, tính dính ướt, áp suất mao dẫn, độ rỗng, độ thấm và độ thấm tương đối, ảnh hưởng đến sự phân bố và di chuyển của các pha dầu, khí, nước trong vỉa.

  • Mô hình kênh rỗng đôi: Giúp giải thích cơ chế bơm ép khí không trộn lẫn và hiệu quả của phương pháp SWAG trong việc tăng hệ số thu hồi dầu.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Tổng hợp và phân tích các tài liệu địa chất, địa vật lý, dữ liệu khai thác từ mỏ Vina, bồn trũng Cửu Long; số liệu thí nghiệm xác định áp suất trộn lẫn tối thiểu (MMP) và các đặc tính PVT của dầu và khí.

  • Phương pháp mô phỏng số hóa: Xây dựng mô hình vỉa chứa tầng cát kết Oligocene bằng phần mềm CMG (Builder, GEM, WinProp). Mô phỏng các phương án bơm ép khí — nước đồng thời CO₂-SWAG với 5 trường hợp lưu lượng khác nhau và 3 vị trí giếng bơm ép.

  • Phân tích so sánh: Đánh giá hiệu quả thu hồi dầu và hiệu quả kinh tế giữa phương pháp CO₂-SWAG và phương pháp bơm ép nước liên tục (CWI).

  • Cỡ mẫu và timeline: Mô hình mô phỏng dựa trên dữ liệu thực tế của mỏ Vina, thời gian mô phỏng khai thác là 10 năm, đủ để đánh giá hiệu quả dài hạn của các phương án.

  • Lý do lựa chọn: Phương pháp mô phỏng số hóa cho phép khảo sát chi tiết ảnh hưởng của các thông số vận hành trong điều kiện vỉa phức tạp, đồng thời đánh giá kinh tế để lựa chọn phương án tối ưu phù hợp với điều kiện thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả thu hồi dầu tăng rõ rệt với CO₂-SWAG: Sau 10 năm mô phỏng, tất cả các trường hợp bơm ép CO₂-SWAG đều cho sản lượng dầu khai thác lớn hơn so với phương pháp bơm ép nước liên tục. Hệ số thu hồi dầu tối ưu đạt 28.68%, cao hơn khoảng 8% so với phương pháp CWI.

  2. Ảnh hưởng của lưu lượng bơm ép: Phương án tối ưu là bơm ép nước với lưu lượng 5000 STB/D tại vị trí cách nóc vỉa 60ft và khí CO₂ với lưu lượng 8 MMSCF/D tại vị trí cách nóc vỉa 537ft. Các lưu lượng khác cho hiệu quả thấp hơn, cho thấy tầm quan trọng của việc điều chỉnh lưu lượng phù hợp.

  3. Vị trí giếng bơm ép ảnh hưởng đến hiệu quả: Vị trí bơm ép nước và khí ảnh hưởng đến sự phân bố chất lưu trong vỉa, từ đó ảnh hưởng đến hiệu suất quét và thu hồi dầu. Vị trí bơm ép nước gần nóc vỉa giúp tăng hiệu quả quét thể tích, trong khi vị trí bơm khí sâu hơn giúp tăng hiệu suất đẩy dầu.

  4. Hiệu quả kinh tế vượt trội: Phương pháp CO₂-SWAG mang lại lợi nhuận cao hơn khoảng 6% so với phương pháp bơm ép nước liên tục, nhờ tăng sản lượng khai thác và giảm chi phí vận hành nhờ tối ưu hóa lưu lượng và vị trí bơm ép.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện hiệu quả thu hồi dầu là do cơ chế trộn lẫn khí CO₂ với dầu, làm giảm độ nhớt dầu và tăng thể tích dầu trương nở, đồng thời nước bơm ép kiểm soát độ linh động của khí, hạn chế hiện tượng tỏa ngón khí. Kết quả mô phỏng phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về hiệu quả của phương pháp SWAG, đồng thời khẳng định tính khả thi của việc áp dụng CO₂-SWAG trong điều kiện vỉa cát kết Oligocene tại Việt Nam.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, hệ số thu hồi dầu tăng thêm 8% là mức cải thiện đáng kể, phù hợp với các kết quả thực nghiệm và mô phỏng tại các mỏ khác trên thế giới. Việc lựa chọn vị trí giếng bơm ép và lưu lượng tối ưu dựa trên mô hình số hóa giúp giảm thiểu rủi ro và chi phí đầu tư khi triển khai thực tế.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ sản lượng dầu khai thác theo thời gian, biểu đồ độ bão hòa chất lưu trong vỉa, và bảng so sánh hiệu quả kinh tế giữa các phương án. Các biểu đồ này minh họa rõ ràng sự vượt trội của phương pháp CO₂-SWAG so với bơm ép nước liên tục.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai thử nghiệm thực địa phương pháp CO₂-SWAG: Thực hiện dự án thử nghiệm quy mô nhỏ tại mỏ Vina trong vòng 2-3 năm để kiểm chứng kết quả mô phỏng, với mục tiêu nâng cao hệ số thu hồi dầu ít nhất 8% so với phương pháp hiện tại. Chủ thể thực hiện: Công ty dầu khí và các đơn vị nghiên cứu.

  2. Tối ưu hóa thiết kế giếng bơm ép: Điều chỉnh vị trí và lưu lượng bơm ép nước và khí CO₂ dựa trên kết quả mô phỏng để đạt hiệu quả tối ưu trong khai thác thực tế. Thời gian thực hiện: 1 năm trước khi triển khai mở rộng.

  3. Phát triển nguồn cung cấp khí CO₂: Xây dựng hệ thống thu gom và xử lý CO₂ từ các nhà máy công nghiệp gần khu vực bể Cửu Long nhằm giảm chi phí và tăng tính bền vững của dự án. Thời gian thực hiện: 3-5 năm, phối hợp giữa các cơ quan quản lý và doanh nghiệp.

  4. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về công nghệ bơm ép khí — nước đồng thời cho cán bộ kỹ thuật và quản lý khai thác dầu khí tại Việt Nam. Thời gian: liên tục trong 2 năm đầu triển khai.

  5. Nghiên cứu mở rộng áp dụng cho các mỏ khác: Áp dụng mô hình và phương pháp nghiên cứu để khảo sát khả năng triển khai CO₂-SWAG tại các mỏ cát kết khác trong bể Cửu Long và các bể dầu khí khác của Việt Nam. Thời gian: 2-3 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật dầu khí: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và mô hình mô phỏng chi tiết về phương pháp bơm ép khí — nước đồng thời, giúp nâng cao hiểu biết và phát triển nghiên cứu sâu hơn.

  2. Các kỹ sư khai thác dầu khí: Tham khảo để áp dụng các giải pháp tối ưu trong thiết kế và vận hành giếng bơm ép, nâng cao hiệu quả thu hồi dầu tại các mỏ đang suy giảm sản lượng.

  3. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: Cung cấp dữ liệu và phân tích kinh tế giúp đưa ra quyết định đầu tư và phát triển công nghệ thu hồi dầu tăng cường phù hợp với chiến lược phát triển năng lượng quốc gia.

  4. Doanh nghiệp dầu khí và các nhà đầu tư: Đánh giá tiềm năng và hiệu quả kinh tế của phương pháp CO₂-SWAG, từ đó quyết định đầu tư vào các dự án thu hồi dầu tăng cường tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp CO₂-SWAG là gì và có ưu điểm gì so với bơm ép nước liên tục?
    CO₂-SWAG là phương pháp bơm ép khí CO₂ và nước đồng thời vào vỉa để tăng hiệu quả thu hồi dầu. Ưu điểm là tăng hệ số thu hồi dầu khoảng 8%, giảm hiện tượng tỏa ngón khí, và cải thiện hiệu suất quét thể tích so với bơm ép nước liên tục.

  2. Tại sao vị trí giếng bơm ép lại quan trọng trong phương pháp CO₂-SWAG?
    Vị trí giếng ảnh hưởng đến sự phân bố chất lưu trong vỉa, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả quét và đẩy dầu. Vị trí bơm nước gần nóc vỉa giúp quét tốt hơn, còn vị trí bơm khí sâu hơn giúp tăng hiệu suất đẩy dầu.

  3. Làm thế nào để xác định áp suất trộn lẫn tối thiểu (MMP) trong nghiên cứu?
    MMP được xác định qua thí nghiệm Slimtube và mô phỏng số hóa dựa trên dữ liệu PVT của dầu và khí. Đây là áp suất thấp nhất để khí và dầu trộn lẫn hiệu quả, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả thu hồi dầu.

  4. Phương pháp mô phỏng số hóa có độ tin cậy như thế nào?
    Mô phỏng sử dụng phần mềm CMG với dữ liệu thực tế của mỏ, cỡ mẫu và lưới mô hình được tối ưu để giảm sai số. Kết quả mô phỏng được so sánh với các nghiên cứu quốc tế và thí nghiệm để đảm bảo độ chính xác.

  5. Phương pháp CO₂-SWAG có thể áp dụng cho các mỏ khác tại Việt Nam không?
    Có thể áp dụng cho các mỏ có đặc tính vỉa tương tự, đặc biệt là các tầng cát kết trong bể Cửu Long. Tuy nhiên cần nghiên cứu điều chỉnh thông số vận hành phù hợp với từng mỏ cụ thể.

Kết luận

  • Phương pháp bơm ép khí — nước đồng thời CO₂-SWAG nâng cao hệ số thu hồi dầu lên đến 28.68%, vượt trội hơn 8% so với bơm ép nước liên tục.
  • Lưu lượng và vị trí giếng bơm ép là các thông số vận hành quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả thu hồi dầu.
  • Hiệu quả kinh tế của CO₂-SWAG cao hơn khoảng 6% so với phương pháp truyền thống, góp phần tăng lợi nhuận khai thác.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để triển khai thử nghiệm và áp dụng CO₂-SWAG tại mỏ Vina và các mỏ khác trong bể Cửu Long.
  • Đề xuất các bước tiếp theo bao gồm thử nghiệm thực địa, tối ưu thiết kế giếng, phát triển nguồn khí CO₂ và đào tạo nhân lực nhằm thúc đẩy ứng dụng công nghệ này tại Việt Nam.

Call-to-action: Các đơn vị nghiên cứu và doanh nghiệp dầu khí nên phối hợp triển khai dự án thử nghiệm CO₂-SWAG để khai thác hiệu quả nguồn tài nguyên dầu khí, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường thông qua thu gom và sử dụng khí CO₂.