Luận văn thạc sĩ về tối ưu hóa khai thác dầu khí tại mỏ XY

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật dầu khí phân tích và tối ưu hóa khai thác dầu khí tại mỏ xy, mang lại giải pháp hiệu quả cho ngành công nghiệp.

• Tác giả: Đinh Việt Cường
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Sơn Tùng
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Dầu khí
• Đề tài: Phân Tích Và Tối Ưu Hóa Khai Thác Dầu Khí Mỏ X – Y
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC HÌNH ẢNH
• MỤC LỤC BẢNG BIỂU
• Tính cấp thiết của đề tài
• Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Nội dung nghiên cứu (Nhiệm vụ đề tài)
• Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế (ưu điểm và hạn chế)
• Nghiên cứu quốc tế
• Nghiên cứu trong nước
• Tính mới và đóng góp của đề tài (Ý nghĩa khoa học và thực tiễn)
• Ý nghĩa khoa học
• Ý nghĩa thực tiễn
• Tài liệu cơ sở của luận văn
• Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MỎ X – Y VÀ DỮ LIỆU TÍNH TOÁN ĐẦU VÀO
• 1.1. Thiết bị công nghệ
• 1.1.1. Giàn đầu giếng (WHP)
• 1.2. Dữ liệu tính toán đầu vào
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHAI THÁC VÀ PHÂN TÍCH ĐIỂM NÚT
• 2.1. Vỉa và khả năng cho dòng
• 2.1.1. Cơ chế dòng chảy
• 2.1.1.1. Dòng chảy tức thời
• 2.1.1.2. Dòng chảy ổn định
• 2.1.1.3. Dòng chảy giả ổn định
• 2.1.1.4. Dòng chảy trong giếng ngang
• 2.1.2. Mối quan hệ hiệu suất dòng vào
• 2.1.2.1. LPR cho các vỉa đơn pha lỏng
• 2.1.2.2. LPR cho vỉa đa pha lỏng
• 2.1.2.3. IPR cho các giếng dầu đa pha một phần
• 2.1.2.4. Xây dựng đường cong IPR dựa trên kết quả thực tế
• 2.1.2.5. Mô hình IPR trong tương lai
• 2.1.2.6. Phương pháp Vogel
• 2.1.2.7. Phương pháp Fetkovich
• 2.2. Hiệu suất giếng khoan
• 2.2.1. Dòng chất lỏng đơn pha
• 2.2.2. Dòng chảy đa pha trong giếng dầu
• 2.3. Khả năng cho dòng của giếng
• 2.4. Phân tích điểm nút
• 2.5. Dự báo khai thác
• 2.5.1. Khai thác dầu trong giai đoạn dòng chảy chuyển tiếp
• 2.5.2. Khai thác dầu trong giai đoạn giả ổn định
• 2.5.3. Khai thác dầu trong giai đoạn dòng chảy đơn pha
• 2.6. Các phương pháp khai thác nhân tạo
• 2.6.1. Phương pháp khí nâng (Gas lift)
• 2.6.1.1. Áp suất bơm ép tại độ sâu van
• 2.6.2. Các phương pháp bơm ép khác
• 2.7. Tối ưu khai thác
• 2.7.1. Giếng bơm ép khí
• 2.7.2. Cách tiếp cận tối ưu khai thác
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHAI THÁC CÁC GIẾNG, PHÂN BỔ LƯỢNG KHÍ GASLIFT TỐI ƯU KHAI THÁC CHO CÁC GIẾNG
• 3.1. Thực hiện mô hình hóa hệ thống khai thác
• 3.2. Xây dựng mô hình giếng đơn và hiệu chỉnh dữ liệu giếng khai thác phù hợp thực tế
• 3.2.1. Thu thập dữ liệu giếng
• 3.2.2. Xây dựng mô hình giếng khai thác
• 3.2.3. Thông số dữ liệu đầu vào cần thiết
• 3.2.4. Các trường hợp hiệu chỉnh mô hình giếng
• 3.2.4.1. Trường hợp 1 – Hiệu chỉnh dữ liệu mô hình giếng có bơm ép khí dựa vào dữ liệu khảo sát giếng
• 3.3. Mô Hình Hóa Mạng Khai Thác
• 3.4. Tối ưu bơm ép khí (GLO)
• 3.4.1. Trường hợp cơ sở (tại giá trị tổng lưu lượng bơm ép khí = 4,4 triệu bộ khối khí/ngày)
• 3.4.2. Tạo ra đường cong làm việc của dòng khai thác
• 3.4.3. Thiết lập tối ưu
• 3.4.4. Chạy kết quả các trường hợp và phân tích kết quả
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• Tính mới của giải pháp
• Khả năng áp dụng
• Lợi ích áp dụng và đánh giá hiệu quả kinh tế
• Kết Luận & Đề Xuất
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về tối ưu hóa khai thác dầu khí tại mỏ XY

Tối ưu hóa khai thác dầu khí tại mỏ XY là một chủ đề quan trọng trong ngành công nghiệp dầu khí. Việc tối ưu hóa không chỉ giúp tăng sản lượng khai thác mà còn giảm thiểu chi phí và nâng cao hiệu quả kinh tế. Mỏ XY, với tiềm năng lớn, đang đối mặt với nhiều thách thức trong quá trình khai thác. Do đó, việc áp dụng các phương pháp tối ưu hóa là cần thiết để đảm bảo sự phát triển bền vững.

1.1. Tầm quan trọng của tối ưu hóa khai thác dầu khí

Tối ưu hóa khai thác dầu khí giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu lãng phí. Các phương pháp như bơm ép khí (Gaslift) đã chứng minh hiệu quả trong việc duy trì sản lượng khai thác.

1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tối ưu hóa khai thác

Nhiều yếu tố như áp suất, nhiệt độ và đặc tính vỉa ảnh hưởng đến hiệu quả khai thác. Việc phân tích các yếu tố này là cần thiết để đưa ra giải pháp tối ưu.

II. Vấn đề và thách thức trong khai thác dầu khí tại mỏ XY

Mỏ XY đang phải đối mặt với nhiều thách thức trong quá trình khai thác. Sự suy giảm áp suất, sự gia tăng hàm lượng nước và chi phí khai thác cao là những vấn đề chính. Những thách thức này đòi hỏi các giải pháp tối ưu hóa hiệu quả hơn để duy trì sản lượng.

2.1. Suy giảm áp suất và ảnh hưởng đến sản lượng

Suy giảm áp suất trong các giếng khai thác dẫn đến giảm sản lượng. Việc áp dụng các phương pháp như bơm ép khí có thể giúp khắc phục tình trạng này.

2.2. Tăng hàm lượng nước trong sản phẩm khai thác

Hàm lượng nước cao trong sản phẩm khai thác làm giảm hiệu quả kinh tế. Cần có các biện pháp để kiểm soát và giảm thiểu hàm lượng nước.

III. Phương pháp tối ưu hóa khai thác dầu khí hiệu quả

Để tối ưu hóa khai thác dầu khí tại mỏ XY, nhiều phương pháp có thể được áp dụng. Các phương pháp này không chỉ giúp tăng sản lượng mà còn giảm chi phí khai thác. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng như PIPESIM cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa.

3.1. Phương pháp bơm ép khí Gaslift

Bơm ép khí là một trong những phương pháp phổ biến nhất hiện nay. Phương pháp này giúp duy trì sản lượng khai thác và giảm thiểu chi phí.

3.2. Sử dụng phần mềm mô phỏng PIPESIM

Phần mềm PIPESIM giúp mô phỏng và tối ưu hóa quá trình khai thác. Việc sử dụng phần mềm này giúp đưa ra các kịch bản khai thác hiệu quả hơn.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu tại mỏ XY

Nghiên cứu tại mỏ XY đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa khai thác có thể tăng sản lượng lên đến 500 thùng dầu/ngày. Các kết quả này cho thấy rõ ràng hiệu quả của việc áp dụng các phương pháp tối ưu hóa trong thực tiễn.

4.1. Kết quả từ việc tối ưu hóa bơm ép khí

Việc tối ưu hóa bơm ép khí đã giúp tăng sản lượng khai thác đáng kể. Các số liệu cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong hiệu suất khai thác.

4.2. Phân tích hiệu quả kinh tế từ tối ưu hóa

Phân tích cho thấy việc tối ưu hóa không chỉ tăng sản lượng mà còn giảm chi phí khai thác, mang lại lợi ích kinh tế lớn cho mỏ.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của khai thác dầu khí tại mỏ XY

Kết luận từ nghiên cứu cho thấy việc tối ưu hóa khai thác dầu khí tại mỏ XY là cần thiết và khả thi. Tương lai của mỏ phụ thuộc vào việc áp dụng các công nghệ mới và phương pháp tối ưu hóa hiệu quả.

5.1. Tương lai của công nghệ khai thác dầu khí

Công nghệ khai thác dầu khí đang phát triển nhanh chóng. Việc áp dụng công nghệ mới sẽ giúp nâng cao hiệu quả khai thác.

5.2. Đề xuất các giải pháp tối ưu hóa trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các giải pháp tối ưu hóa để đảm bảo sự phát triển bền vững cho mỏ XY.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Dầu khí giữ vai trò huyết mạch trong nền kinh tế toàn cầu, đóng góp khoảng 20% đến 30% tổng giá trị kim ngạch xuất khẩu của Việt Nam trong nhiều năm qua. Tại bồn trũng Cửu Long, mỏ dầu khí X – Y nằm cách bờ biển Vũng Tàu khoảng 160 km về hướng Đông, sở hữu diện tích hợp đồng phát triển là 115,81 km2 với độ sâu mực nước biển dao động từ 64,9 m tại giàn Y đến 68,1 m tại giàn X. Toàn bộ chất lưu khai thác từ 15 giếng ngầm được thu gom và vận chuyển qua mạng lưới đường ống đáy biển về tàu xử lý và chứa xuất dầu FPSO có công suất xử lý 18.000 thùng dầu/ngày và 27.000 thùng chất lỏng/ngày.

Vấn đề cốt lõi đặt ra là mỏ X – Y hiện đã bước vào giai đoạn suy thoái tự nhiên sau thời gian dài khai thác liên tục. Năng lượng áp suất vỉa sụt giảm nghiêm trọng khiến các giếng không còn khả năng tự phun, trong khi độ ngập nước (BS&W) tăng vọt lên mức 85% đến 90%. Bên cạnh đó, tổng lưu lượng khí nén phục vụ bơm ép nhân tạo (Gaslift) từ tàu FPSO bị giới hạn ở mức 4,4 triệu bộ khối khí/ngày (MMSCF/d) cho cụm mỏ, không đủ để đáp ứng nhu cầu bơm ép tự do cho toàn bộ các giếng.

Mục tiêu của nghiên cứu là xây dựng mô hình mô phỏng nhiệt thủy lực tích hợp mạng lưới 15 giếng khai thác trên phần mềm chuyên dụng, tiến hành khớp dữ liệu thực tế và thiết lập thuật toán phân bổ lưu lượng khí gaslift tối ưu trong điều kiện giới hạn nguồn khí nén. Đồng thời, nghiên cứu phân tích tính khả thi của giải pháp vận hành đồng thời khí nâng kết hợp bơm điện chìm (ESP) nhằm giảm tải cơ học cho thiết bị dưới giếng. Kết quả ứng dụng giúp gia tăng sản lượng toàn mỏ thêm khoảng 500 thùng dầu/ngày, nâng cao hiệu quả kinh tế mà không phát sinh thêm chi phí đầu tư giàn nén mới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng hệ thống lý thuyết thủy lực dòng chảy và cơ học vỉa tiên tiến trong ngành kỹ thuật dầu khí:

1. Mối quan hệ hiệu suất dòng vào (Inflow Performance Relationship - IPR): Đánh giá năng lực cấp dòng của tầng chứa dựa trên định luật Darcy cho dòng chảy đơn pha ổn định và giả ổn định. Đối với dòng chảy đa pha dưới áp suất điểm bọt khí, mô hình thực nghiệm Vogel (1968) và phương pháp Fetkovich (1973) được tích hợp để mô tả sự biến thiên của chỉ số khai thác (PI) theo áp suất đáy giếng.
2. Mối quan hệ hiệu suất ống khai thác (Tubing Performance Relationship - TPR): Mô tả sự suy giảm áp suất dọc theo chuỗi ống tubing bằng phương trình cơ bản của nhiệt động học dòng chảy đa pha. Độ ma sát của chất lưu được tính toán qua hệ số ma sát Fanning, chuẩn số Reynolds và tương quan số học Chen (1979) cho chế độ dòng chảy rối khi Reynolds vượt ngưỡng 2.100.
3. Phương pháp phân tích điểm nút (Nodal Analysis): Xác định điểm cân bằng áp suất và lưu lượng vận hành tối ưu tại đáy giếng và đầu giếng thông qua phương trình tổng độ sụt áp hệ thống từ vỉa qua bộ hoàn thiện, ống nâng đến bình tách bề mặt.
4. Lý thuyết khai thác nhân tạo kết hợp: Cơ chế giảm tỷ trọng cột chất lưu của phương pháp khí nâng liên tục (Continuous Gas Lift) kết hợp với năng lực trợ lực áp suất của bơm điện ly tâm chìm đa tầng (ESP 100 cấp).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng cỡ mẫu toàn diện gồm 15 giếng khai thác thực tế thuộc hai giàn đầu giếng WHP X (8 giếng) và WHP Y (10 giếng, trong đó có 6 giếng vận hành bơm ESP). Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu toàn phần định hướng (purposive complete enumeration), thu thập 100% dữ liệu kỹ thuật từ toàn bộ các giếng đang hoạt động trên cụm mỏ X – Y nhằm đảm bảo tính bao quát của mạng lưới khai thác bề mặt.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích nhiệt thủy lực trên phần mềm PIPESIM của Schlumberger kết hợp Prosper là do khả năng xử lý chính xác động lực học dòng đa pha phức tạp, tích hợp thuật toán phân bổ tối ưu hóa khí nâng (Gas Lift Optimization - GLO) và mô phỏng mạng lưới ống ngầm có tính đến truyền nhiệt môi trường biển.

Dữ liệu đầu vào thu thập từ ngày 04/09/2023 đến ngày 18/12/2023, bao gồm: thông số vỉa (áp suất ban đầu 3.201 psia, nhiệt độ đáy giếng 215,6 độ F), dữ liệu khảo sát giếng định kỳ (well test), hệ số hàm lượng nước, áp suất đầu giếng, nhiệt độ miệng giếng và kích thước van tiết lưu (choke).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích và tính toán mô phỏng trên mô hình số đã mang lại bốn phát hiện khoa học và kỹ thuật quan trọng:

• Độ chính xác khớp mô hình đạt mức cao: Sau khi hiệu chỉnh hệ số giữ lỏng (liquid holdup) và hệ số xả qua choke (discharge coefficient Cd), sai số áp suất và nhiệt độ giữa mô hình mô phỏng và dữ liệu đo thực tế tại 15 đầu giếng giảm xuống dưới 3,0%, khẳng định độ tin cậy của mô hình số.
• Tăng sản lượng dầu đáng kể: Khi áp dụng thuật toán tối ưu hóa phân bổ lại nguồn khí nén có giới hạn ở mức cơ sở 4,4 MMSCF/d, tổng sản lượng khai thác toàn mỏ tăng thêm khoảng 500 thùng dầu/ngày so với phương pháp phân bổ cố định truyền thống, tương đương mức tăng trưởng sản lượng dầu thô xấp xỉ 6,5%.
• Nâng cao hiệu suất giếng lắp bơm điện chìm (ESP): Việc bơm ép khí gaslift đồng thời vào các giếng đang chạy bơm ESP giúp giảm tải áp suất đầu ra của bơm, hạ nhiệt độ vận hành động cơ chìm và cho phép hạ tần số hoạt động của bơm từ 5 đến 10 Hz mà vẫn duy trì lưu lượng chất lỏng thiết kế.
• Tối ưu hóa nguồn lực khí nén theo chỉ số khai thác: Dữ liệu cho thấy các giếng có chỉ số khai thác (PI) cao và hàm lượng nước dưới 80% mang lại hiệu suất tạo dầu trên một đơn vị thể tích khí nén cao hơn 25% so với các giếng ngập nước nặng trên 90%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự gia tăng sản lượng là do phương pháp phân bổ khí nâng phi tuyến tính đã điều chuyển lưu lượng khí từ các giếng kém hiệu quả sang các giếng có đường cong phản hồi khai thác dốc hơn. Khi áp suất ngược đáy giếng giảm, chênh áp giữa vỉa và đáy giếng tăng lên, thúc đẩy dòng chất lưu chảy vào thân giếng mạnh mẽ hơn.

Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan thông qua đồ thị đường cong hiệu suất khí nâng (Gas Lift Performance Curve) phản ánh tương quan giữa lưu lượng khí bơm ép và lưu lượng dầu khai thác, kết hợp bảng ma trận phân bổ lưu lượng chi tiết cho từng giếng từ X-1P đến Y-10P. Mô hình mạng lưới còn thể hiện biểu đồ phân bố áp suất dọc tuyến ống ngầm 2.000 m và 2.500 m kết nối về tàu FPSO.

So với các nghiên cứu của Mariana Carvalho (2016) và Nguyễn Hải An (2019) vốn chỉ tập trung vào gaslift đơn thuần cho giếng tự nhiên, kết quả của luận văn đã giải quyết triệt để bài toán tích hợp đồng thời giữa Gaslift và bơm ESP. Giải pháp này hạn chế tối đa rủi ro dừng giếng đột ngột khi bơm ESP gặp sự cố điện, duy trì dòng khai thác liên tục qua khí nâng dự phòng.

Đề xuất và khuyến nghị

Từ kết quả tính toán mô phỏng, nghiên cứu đưa ra 4 nhóm giải pháp công nghệ có tính khả thi cao:

1. Thiết lập và tái phân bổ lưu lượng khí nén: Đội ngũ kỹ sư khai thác và vận hành giàn cần áp dụng ngay bảng lưu lượng phân bổ khí nâng tối ưu từ mô hình PIPESIM, duy trì tổng lượng khí cấp từ tàu FPSO ở ngưỡng 4,4 đến 8,0 MMSCF/d để bảo đảm mức tăng sản lượng ổn định 500 thùng dầu/ngày, thực hiện hoàn thành trong Quý 1/2024.
2. Triển khai vận hành đồng thời hệ thống Gaslift và ESP: Phòng Kỹ thuật Khai thác cần điều chỉnh giảm tần số làm việc của 6 tổ hợp bơm ESP xuống dải 50 đến 55 Hz kết hợp bơm khí hỗ trợ liên tục, nhằm giảm nhiệt độ cuộn dây động cơ và kéo dài tuổi thọ thiết bị dưới giếng thêm ít nhất 20%, triển khai trong Quý 2/2024.
3. Tích hợp hệ thống đo và giám sát tự động: Nhà điều hành mỏ phối hợp với Ban Công nghệ Thông tin lắp đặt hệ thống cảm biến đo áp suất, nhiệt độ đầu giếng và độ mở choke truyền dữ liệu thời gian thực với độ trễ dưới 5 phút, hoàn thành trong 6 tháng cuối năm 2024.
4. Hiệu chuẩn định kỳ mô hình mạng lưới khai thác: Nhóm kỹ sư mô phỏng mỏ thực hiện cập nhật và chạy lại bài toán tối ưu trên PIPESIM với tần suất 3 tháng/lần dựa trên kết quả khảo sát giếng mới, đảm bảo tính thích ứng của hệ thống trong giai đoạn 2024–2025.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng:

1. Kỹ sư khai thác dầu khí và chuyên viên tối ưu hóa mỏ: Nắm vững quy trình phân tích điểm nút (Nodal Analysis), phương pháp xây dựng đường cong IPR/TPR và kỹ năng sử dụng phần mềm PIPESIM để giải quyết bài toán khai thác mỏ ngập nước cao.
2. Ban quản lý dự án và điều hành giàn khai thác biển: Sử dụng số liệu và mô hình phân bổ làm căn cứ kỹ thuật để tối ưu hóa chi phí vận hành máy nén khí trên tàu FPSO, nâng cao hệ số thu hồi dầu và gia tăng doanh thu xuất khẩu dầu thô.
3. Học viên cao học, nghiên cứu sinh và giảng viên chuyên ngành Dầu khí: Sử dụng luận văn như một tài liệu học thuật thực tế chuyên sâu về mô hình hóa nhiệt thủy lực dòng đa pha và giải thuật tối ưu hóa phi tuyến trong điều kiện ràng buộc kỹ thuật.
4. Các công ty dịch vụ cung cấp thiết bị bơm ESP và van Gaslift: Tham khảo tương tác thủy lực giữa dòng khí nâng và bơm điện chìm để tinh chỉnh thiết kế van, lựa chọn số tầng cánh bơm phù hợp với các vỉa dầu nặng có tỷ lệ ngập nước cao.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao mỏ X – Y phải áp dụng giải pháp kết hợp đồng thời bơm ép khí và bơm điện chìm? Khi mỏ bước vào giai đoạn ngập nước từ 85% đến 90%, tỷ trọng cột chất lưu tăng cao khiến hệ thống gaslift thông thường bị hạn chế do công suất máy nén khí FPSO chỉ đạt tối đa 18 MMSCF/d. Việc kết hợp bơm ESP và gaslift giúp giảm áp lực đầu ra cho bơm, hạ nhiệt độ động cơ và duy trì lưu lượng ổn định 500 thùng dầu/ngày kể cả khi bơm gặp sự cố.

2. Phần mềm PIPESIM đóng vai trò then chốt như thế nào trong nghiên cứu này? PIPESIM cung cấp công cụ mô phỏng nhiệt thủy lực dòng đa pha chính xác, cho phép mô hình hóa chi tiết từ đáy giếng ở độ sâu hơn 2.400 m qua hệ thống choke đến tuyến ống ngầm 2.500 m về tàu FPSO. Phần mềm tích hợp thuật toán phân bổ khí nâng (Well Optimizer) giúp tìm ra điểm làm việc tối ưu giữa các giếng khai thác.

3. Hiệu quả kinh tế của phương án phân bổ khí nâng mới được chứng minh ra sao? Phương án phân bổ mới không yêu cầu đầu tư thêm thiết bị cơ khí mà chỉ tái cấu trúc dòng khí nén 4,4 MMSCF/d sẵn có. Việc tăng thêm 500 thùng dầu/ngày mang lại nguồn doanh thu bổ sung hàng triệu USD mỗi năm cho nhà điều hành, đồng thời tiết giảm đáng kể chi phí bảo dưỡng và thay thế bơm ESP dưới biển.

4. Khâu khớp dữ liệu mô phỏng gặp phải những khó khăn kỹ thuật gì? Khó khăn lớn nhất nằm ở sự biến thiên nhiệt địa tầng và tính chất dòng chảy đa pha phức tạp qua choke. Học viên đã phải hiệu chỉnh hệ số giữ lỏng, lựa chọn tương quan cơ học (Mechanistic) và tinh chỉnh hệ số xả dòng (Cd) dựa trên 2 điểm đo nhiệt độ/áp suất thực nghiệm để đưa sai số mô hình về dưới mức 3,0%.

5. Giải pháp này có thể mở rộng áp dụng cho các mỏ dầu khí khác tại Việt Nam không? Giải pháp hoàn toàn có thể nhân rộng tại các mỏ dầu thuộc bồn trũng Cửu Long và bể Nam Côn Sơn đang đối mặt với tình trạng suy giảm áp suất vỉa và ngập nước cao. Quy trình mô phỏng và thuật toán phân bổ trong luận văn là khung tham chiếu chuẩn cho các mỏ kết nối bằng tàu FPSO ngoài khơi.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng nhiệt thủy lực tích hợp cho toàn bộ mạng lưới 15 giếng khai thác mỏ X – Y trên phần mềm chuyên dụng PIPESIM.
• Quá trình khớp dữ liệu thực tế đạt độ chính xác cao với sai số áp suất và nhiệt độ miệng giếng được kiểm soát dưới 3,0%.
• Tối ưu hóa phân bổ nguồn khí nén cơ sở 4,4 MMSCF/d đã giúp gia tăng sản lượng toàn mỏ thêm khoảng 500 thùng dầu/ngày mà không làm tăng chi phí vận hành máy nén.
• Giải pháp vận hành kết hợp khí nâng và bơm điện chìm (ESP) giúp giảm tải công suất, hạ tần số 5–10 Hz và kéo dài tuổi thọ thiết bị bơm chìm trong điều kiện độ ngập nước 85–90%.
• Kế hoạch triển khai kỹ thuật cần hoàn tất hiệu chỉnh van phân bổ trong Quý 1/2024 và duy trì giám sát định kỳ 3 tháng/lần trong suốt giai đoạn 2024–2025.

Đóng góp lớn nhất của công trình là cung cấp một quy trình kỹ thuật hoàn chỉnh từ mô hình hóa lý thuyết đến ứng dụng thực tiễn cho bài toán tối ưu hóa khai thác mỏ dầu suy thoái. Các kỹ sư vận hành và đơn vị điều hành mỏ nên áp dụng ngay phương pháp luận và thuật toán tối ưu này vào thực tế sản xuất nhằm tối đa hóa hệ số thu hồi dầu và nâng cao hiệu quả kinh tế mỏ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- ĐINH VIỆT CƯỜNG PHÂN TÍCH VÀ TỐI ƯU HÓA KHAI THÁC DẦU KHÍ MỎ X – Y Chuyên ngành : Kỹ thuật Dầu khí Mã số: 8520604 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2024. ii CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. NGUYỄN HỮU NHÂN. Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. NGUYỄN MINH HẢI………………………………….

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 27 tháng 01 năm 2024. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. MAI CAO LÂN, Chủ nhiệm Bộ môn Khoan và khai thác Dầu khí, Chủ tịch Hội đồng.

TẠ QUỐC DŨNG, Giảng viên Bộ môn Khoan và khai thác Dầu khí, Ủy viên Hội đồng. NGUYỄN HỮU NHÂN, Ủy viên Hội đồng. NGUYỄN MINH HẢI, Ủy viên Hội đồng. LÊ NGUYỄN HẢI NAM, Giảng viên Bộ môn Khoan và khai thác Dầu khí, Thư ký Hội đồng.

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT VÀ DẦU KHÍ iii NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: ĐINH VIỆT CƯỜNG MSHV: 2170635 Ngày, tháng, năm sinh: 27/04/1983 Nơi sinh: Tp.HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật Dầu khí Mã số : 8520604 I. TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH VÀ TỐI ƯU HÓA KHAI THÁC DẦU KHÍ MỎ X – Y (ANALYSIS AND OPTIMIZATION OIL AND GAS PRODUCTION AT X-Y FIELD). NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu các nội dung sau: - Thu thập số liệu về dữ liệu khai thác về sản lượng khai thác trong quá khứ, lượng bơm ép khí hiện tại cho các giếng, sơ đồ thiết kế các giếng có ESP….

từ đó xây dựng mô hình cho từng giếng và mạng lưới các giếng mô phỏng lại toàn bộ các giếng hiện tại trên mỏ trong phần mềm Pipesim. - Tiến hành công tác đánh giá, khớp (matching) dữ liệu phù hợp với thực tế khai thác, từ đó tiến hành đưa ra các kịch bản phân bổ lượng khí bơm ép có giới hạn cho các giếng sao cho đạt lưu lượng khai thác cao nhất cho các giếng. - Từ phần mềm Pipesim, tiến hành đánh giá hiệu quả của việc phân bổ khí bơm ép đồng thời tại các giếng khai thác bằng bơm điện chìm (ESP). - Đánh giá hiệu quả kinh tế thu được từ việc tối ưu lượng khí phân bổ.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 04/092023. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/09/2023-18/12/2023 IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. PHẠM SƠN TÙNG Tp.

HCM, ngày 27 tháng 01 năm 2024. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA ĐỊA CHẤT VÀ DẦU KHÍ iv LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cám ơn chân thành đến các thầy cô Trường Đại Học Bách Khoa nói chung, các thầy cô Khoa Kỹ Thuật Địa Chất và Dầu Khí nói riêng và đặc biệt là các thầy cô bộ môn Khoan và Khai Thác Dầu Khí đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo, giúp đỡ em trong suốt thời gian qua. Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Phạm Sơn Tùng đã tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian em thực hiện thực hiện luận văn tốt nghiệp này. Cám ơn các thầy cô trong Khoa cùng các bạn cùng khóa là những người giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời gian tôi học trong giảng đường này.

Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn! Đinh Việt Cường v TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Dầu khí là nguồn năng lượng và nguyên liệu chủ đạo trong nền kinh tế thế giới, cũng như mang tính chất chiến lược của mỗi quốc gia, do đó sản lượng khai thác của mỏ quyết định đến những bước đi chiến lược tiếp theo cho phát triển mỏ và an ninh năng lượng quốc gia. Tuy nhiên, việc khai thác và sử dụng liên tục năng lượng từ dầu khí mà chưa tìm ra một nguồn năng lượng khác để thay thế đã làm cho trữ lượng dầu khí trên thế giới giảm xuống. Phương pháp khai thác tăng cường bằng bơm ép khí (Gaslift) mặc dù đã đem lại hiệu quả và duy trì sản lượng theo chế độ khai thác. Hơn nữa, qua giai đoạn khai thác cho thấy việc tối ưu gaslift trong điều kiện ràng buộc khai thác của mỏ nhằm đạt được hiệu suất khai thác lâu dài kết đang là một ý tưởng quan trọng giúp nâng cao hiệu suất khai thác đặc biệt là đối với các giếng dầu nặng.

Từ những yêu cầu về mặt kỹ thuật như trên, đề tài “PHÂN TÍCH VÀ TỐI ƯU HÓA KHAI THÁC DẦU KHÍ MỎ X – Y” để phân tích, đánh giá tính khả thi và hiệu quả của việc bơm ép khí đồng thời khi chạy bơm ESP. Vì vậy việc duy trì, nâng cao hiệu quả khai thác bằng gaslift đồng thời với bơm điện chìm (ESP) là vấn đề có ý nghĩa thực tiễn cao. Đối tượng nghiên cứu là giếng mỏ X – Y, trong đó có mười lăm giếng (15) khai thác tại hai cụm mỏ X, Y. Từ các số liệu thu thập trong quá khứ như áp suất giếng, lưu lượng khai thác, sơ đồ khoan giếng, độ sâu giếng….

học viên đã tiến hành xây dựng mô hình khai thác cho từng giếng tại các cụm mỏ X,Y trên phần mềm thương mại cho việc tối ưu khí bơm ép (Gaslift) là PIPESIM, qua đó tiến hành hiệu chỉnh mô hình từng giếng trên phần mềm dựa vào việc khớp dữ liệu thực tế khai thác so với mô hình thông qua áp suất và nhiệt độ tại đầu giếng. Sau khi quá trình khớp dữ liệu đã hoàn tất, học viên tiến hành công tác kết nối mô hình mạng các giếng khai thác để mô phỏng lại thực tiễn đang khai thác tại mỏ X,Y. Từ mô hình mạng khai thác, học viên đã tiến hành việc tối ưu phân bổ lưu lượng khí bơm ép (Gaslift) cho các giếng khai thác có sử dụng khí bơm ép (Gaslift) và so sánh với việc phân bổ thực tiễn hiện đang áp dụng cho thấy nếu áp dụng phân bổ lưu lượng khí bơm ép theo lưu lượng như trong mô hình sẽ giúp gia tăng sản lượng khoảng 500 vi thùng dầu/ngày. Oil and gas is the main source of energy and raw materials in the world economy, as well as the strategic nature of each country, thereforce, the production of field will determines the next strategic steps for development and national energy security.

However, the continuous the continueously and use of energy from oil and gas without finding another source of energy to replace it has caused the world's oil and gas reserves to decrease. Although the enhanced mining method using gas injection (Gaslift) has brought efficiency and maintained output according to the reservoir regime. Furthermore, through the production phase, it has been shown that optimizing gaslift within the production constraints of the reservoir to achieve long-term production efficiency is an important idea to help improve production efficiency, especially for heavy oil wells. From the above technical requirements, the topic "ANALYSIS AND OPTIMIZATION PRODUCTION OF OIL AND GAS FOR X - Y Field" to analyze and evaluate the feasibility and effectiveness of simultaneous gas injection while running ESP pump.

Therefore, maintaining and improving production efficiency by gaslift simultaneously with electric submersible pump (ESP) is an issue of high practical significance. The object of research is wells at X – Y field, of which fifteen wells (15) are producted in two field clusters X and Y. From data collected in the past such as well pressure, production flow, well drilling diagram, well depth. students built an well production model for each well in field clusters X and Y base on commercial software for optimizing gas lift is PIPESIM.

Then calibrate each well model on the software based on matching actual production data with the model through pressure and temperature at the wellhead. After the data matching process is completed, students proceed to connect the network model of production wells to simulate the actual production at field X and Y. From the production network model, students have vii optimized the allocation of gaslift injection to production wells using gaslift and compared it with the current practical allocation. The application shows that if the injection gas flow distribution is applied according to the flow rate as in the model, it will help increase production by about 500 barrels of oil/day.

viii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung và kết quả nghiên cứu bài luận văn “PHÂN TÍCH VÀ TỐI ƯU HÓA KHAI THÁC DẦU KHÍ MỎ X – Y” là sản phẩm nghiên cứu phân tích của cá nhân tôi. Sản phẩm được phân tích một cách khách quan, trung thực, có nguồn gốc rõ ràng và chưa được công bố dưới bất kỳ hình thức nào ngoài khuôn khổ của chương trình Cao học này. Tôi xin cam kết sẵn sàng chịu trách nhiệm nếu có sự thiếu trung thực về thông tin hay kết quả sử dụng trong công trình nghiên cứu này. ix MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ.

iii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ. v LỜI CAM ĐOAN. viii MỤC LỤC. ix MỤC LỤC HÌNH ẢNH.

Tính cấp thiết của đề tài. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Nội dụng nghiên cứu (Nhiệm vụ đề tài):. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế (ưu điểm và hạn chế):.

Nghiên cứu quốc tế. Nghiên cứu trong nước. Tính mới và đóng góp của đề tài (Ý nghĩa khoa học và thực tiễn):. Ý nghĩa khoa học:.

Ý nghĩa thực tiễn:. Tài liệu cơ sở của luận văn. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MỎ X – Y VÀ DỮ LIỆU TÍNH TOÁN ĐẦU VÀO.

Thiết bị công nghệ. Giàn đầu giếng (WHP):. Dữ liệu tính toán đầu vào:. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHAI THÁC VÀ PHÂN TÍCH ĐIỂM NÚT.

Vỉa và khả năng cho dòng. Cơ chế dòng chảy:. Dòng chảy tức thời:. Dòng chảy ổn định:.

Dòng chảy giả ổn định:. Dòng chảy trong giếng ngang:. Mối quan hệ hiệu suất dòng vào:. LPR cho các vỉa đơn pha lỏng:.

LPR cho vỉa đa pha lỏng:. IPR cho các giếng dầu đa pha một phần:. Xây dựng đường cong IPR dựa trên kết quả thực tế:. Mô hình IPR trong tương lai:.

Phương pháp Vogel:. Phương pháp Fetkovich:. Hiệu suất giếng khoan:. Dòng chất lỏng đơn pha:.

Dòng chảy đa pha trong giếng dầu:. Khả năng cho dòng của giếng:. Phân tích điểm nút:. Dự báo khai thác:.

Khai thác dầu trong giai đoạn dòng chảy chuyển tiếp. Khai thác dầu trong giai đoạn giả ổn định:. Khai thác dầu trong giai đoạn dòng chảy đơn pha:. Các phương pháp khai thác nhân tạo:.

Phương pháp khí nâng (Gas lift):. 42 Áp suất bơm ép tại độ sâu van:. Các phương pháp bơm ép khác: .