Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành kỹ thuật dầu khí, việc dự báo nhanh và chính xác tổng lượng dầu khai thác từ các vỉa bơm ép nước đóng vai trò quan trọng trong tối ưu hóa khai thác và nâng cao hiệu quả kinh tế của mỏ. Theo ước tính, các vỉa dầu tại Việt Nam, đặc biệt trong bồn trũng Cửu Long, đang trong giai đoạn thu hồi dầu thứ cấp với sự tác động phức tạp của nguồn năng lượng tự nhiên còn tồn đọng và năng lượng bơm ép nước. Mô hình Điện dung – Điện trở (Capacitance-Resistance Model - CRM) là một công cụ dự báo khai thác dựa trên sự tương tự giữa mạch điện RC và dòng chảy trong vỉa dầu, đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới với nhiều cải tiến nhằm mở rộng phạm vi ứng dụng cho các vỉa có đặc tính khác nhau.

Tuy nhiên, các mô hình CRM truyền thống chủ yếu tập trung vào các vỉa đã cạn kiệt nguồn năng lượng tự nhiên, chưa giải quyết triệt để các vỉa bơm ép nước trong giai đoạn đầu thu hồi dầu thứ cấp, nơi nguồn năng lượng tự nhiên vẫn còn gây nhiễu dữ liệu khai thác. Do đó, mục tiêu nghiên cứu là phát triển mô hình CRM mở rộng (CRMe) nhằm ước tính nhanh tổng lượng dầu khai thác từ vỉa bơm ép nước, đồng thời phân tách rõ ràng ảnh hưởng của nguồn năng lượng tự nhiên và năng lượng bơm ép thực tế. Nghiên cứu áp dụng mô hình này cho vỉa X tại bồn trũng Cửu Long, Việt Nam, với dữ liệu thực tế gồm 4 giếng khai thác và 2 giếng bơm ép, trong giai đoạn vỉa chưa bão hòa, chỉ tồn tại hai pha dầu và nước.

Ý nghĩa nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp một phương pháp dự báo nhanh, chính xác, giúp kỹ sư khai thác đánh giá hiệu quả bơm ép nước, dự báo sản lượng dầu trong tương lai và tối ưu hóa chiến lược khai thác. Đồng thời, nghiên cứu góp phần mở rộng phạm vi ứng dụng của mô hình CRM tại Việt Nam, hỗ trợ công tác quản lý và phát triển mỏ dầu trong điều kiện phức tạp về cơ chế năng lượng vỉa.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên mô hình Điện dung – Điện trở (CRM), được xây dựng từ mối tương quan giữa mạch điện RC và dòng chảy trong vỉa dầu. Trong đó:

  • Hằng số thời gian (𝜏): đại diện cho thời gian phản hồi của vỉa đối với sự thay đổi lưu lượng bơm ép, tương tự như hằng số thời gian trong mạch điện RC, được xác định dựa trên thể tích lỗ rỗng vùng kiểm soát, hệ số năng suất và hệ số nén tổng của vỉa.

  • Hệ số kết nối (fᵢⱼ): biểu thị mức độ ảnh hưởng của giếng bơm ép i đến giếng khai thác j, phản ánh sự phân bố dòng chảy và khả năng kết nối giữa các giếng trong vỉa.

  • Mô hình CRM cơ bản gồm bốn dạng chính:

    1. CRMT: kiểm soát toàn mỏ với một giếng khai thác và một giếng bơm ép giả định.
    2. CRMP: kiểm soát cho một giếng khai thác và nhiều giếng bơm ép xung quanh.
    3. CRMIP: kiểm soát từng cặp giếng bơm ép – khai thác riêng biệt.
    4. ICRM: mô hình tích hợp ước tính tổng lưu lượng chất lưu khai thác cộng dồn.

  • Mô hình CRM mở rộng (CRMe): bổ sung giếng bơm ép giả định đại diện cho nguồn năng lượng tự nhiên còn tồn đọng trong vỉa, cho phép phân tách và đánh giá riêng biệt ảnh hưởng của năng lượng tự nhiên và năng lượng bơm ép thực tế.

  • Mô hình tỷ số dòng Gentil mở rộng: dùng để xác định lưu lượng dầu từ tổng lưu lượng chất lưu khai thác dự báo bởi CRM, dựa trên mối quan hệ phi tuyến giữa tỷ số lưu lượng nước trên dầu (WOR) và tổng lượng nước bơm ép cộng dồn (Wi).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thực tế từ vỉa X thuộc bồn trũng Cửu Long, gồm 4 giếng khai thác và 2 giếng bơm ép, trong giai đoạn chưa bão hòa với hai pha dầu và nước. Các bước nghiên cứu chính bao gồm:

  • Thu thập dữ liệu: lưu lượng bơm ép, lưu lượng khai thác, áp suất đáy giếng, tổng lượng nước bơm ép cộng dồn, tổng lượng chất lưu khai thác cộng dồn.

  • Xây dựng mô hình CRMe: áp dụng phương pháp hồi quy không tuyến tính đa biến để xác định các thông số biến như hằng số thời gian, hệ số kết nối và lưu lượng bơm ép giếng ảo đại diện cho năng lượng tự nhiên.

  • Phân tích và hiệu chỉnh mô hình: sử dụng công cụ Solver trong Excel để tối ưu các tham số mô hình, so sánh kết quả dự báo với dữ liệu thực tế nhằm đánh giá độ chính xác.

  • Ứng dụng mô hình Gentil mở rộng: tính toán lưu lượng dầu từ tổng lưu lượng chất lưu dự báo, từ đó ước tính tổng lượng dầu khai thác cộng dồn.

  • Timeline nghiên cứu: từ tháng 6/2020 đến tháng 3/2022, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, phân tích kết quả và hoàn thiện luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả mô hình CRMe trong dự báo lưu lượng khai thác: Kết quả mô hình CRMe cho vỉa X cho thấy lưu lượng chất lưu khai thác dự báo sát với dữ liệu thực tế, với hệ số xác định R² đạt khoảng 0.85-0.9, thể hiện độ chính xác cao trong việc mô phỏng ảnh hưởng của cả năng lượng bơm ép và năng lượng tự nhiên.

  2. Phân tách nguồn năng lượng trong vỉa: Thông số lưu lượng bơm ép giếng ảo đại diện cho năng lượng tự nhiên được xác định rõ ràng, cho thấy nguồn năng lượng tự nhiên giảm dần theo thời gian, với mức giảm khoảng 15-20% trong giai đoạn nghiên cứu, phản ánh sự suy giảm năng lượng tự nhiên trong vỉa bơm ép nước.

  3. Đánh giá mức độ tương tác giữa các giếng: Hệ số kết nối giữa các giếng bơm ép và giếng khai thác dao động trong khoảng 0.3 đến 0.7, cho thấy sự phân bố dòng chảy không đồng đều và mức độ ảnh hưởng khác nhau của từng giếng bơm ép đến giếng khai thác.

  4. Ước tính tổng lượng dầu khai thác cộng dồn: Sử dụng mô hình Gentil mở rộng kết hợp với CRMe, tổng lượng dầu khai thác cộng dồn ước tính đạt khoảng 95-98% so với dữ liệu thực tế, chứng tỏ khả năng ứng dụng hiệu quả của mô hình trong dự báo sản lượng dầu.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình CRMe có khả năng mô phỏng chính xác hơn so với các mô hình CRM truyền thống, đặc biệt trong việc xử lý các vỉa bơm ép nước còn tồn tại nguồn năng lượng tự nhiên gây nhiễu. Việc bổ sung giếng bơm ép giả định giúp phân tách rõ ràng hai nguồn năng lượng, từ đó đánh giá hiệu quả bơm ép và tiềm năng khai thác của từng giếng.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, mô hình CRMe tương tự như các cải tiến CRM kết hợp tracer flow và mô hình state-space CRM, nhưng có ưu điểm là đơn giản hơn và dễ áp dụng với dữ liệu thực tế tại Việt Nam. Biểu đồ so sánh lưu lượng khai thác thực tế và dự báo theo thời gian minh họa sự phù hợp cao của mô hình, trong khi bảng hệ số kết nối và hằng số thời gian cung cấp thông tin chi tiết về đặc tính vỉa và tương tác giếng.

Ngoài ra, mô hình Gentil mở rộng giúp tận dụng tối đa dữ liệu tổng lượng nước bơm ép cộng dồn để ước tính nhanh lưu lượng dầu, hỗ trợ công tác dự báo lợi nhuận và tối ưu hóa khai thác. Kết quả này có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc quản lý và điều chỉnh chiến lược bơm ép nước tại các mỏ dầu Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng mô hình CRMe rộng rãi cho các vỉa bơm ép nước tại Việt Nam: Khuyến nghị các công ty dầu khí và kỹ sư khai thác sử dụng mô hình CRMe để dự báo nhanh và chính xác tổng lượng dầu khai thác, đặc biệt cho các vỉa còn tồn tại năng lượng tự nhiên. Thời gian triển khai trong vòng 6-12 tháng, chủ thể thực hiện là các phòng kỹ thuật khai thác.

  2. Phát triển phần mềm hỗ trợ tính toán mô hình CRMe tích hợp Excel và các công cụ mô phỏng: Động viên xây dựng công cụ tính toán tự động giúp giảm thiểu sai sót và tăng hiệu quả phân tích dữ liệu. Thời gian phát triển dự kiến 12 tháng, do các nhóm nghiên cứu và công ty phần mềm kỹ thuật đảm nhiệm.

  3. Đào tạo và nâng cao năng lực cho kỹ sư khai thác về mô hình CRM và CRMe: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về lý thuyết, phương pháp và ứng dụng mô hình CRM mở rộng, giúp nâng cao năng lực dự báo và quản lý khai thác. Thời gian đào tạo định kỳ hàng năm, do các trường đại học và trung tâm đào tạo kỹ thuật thực hiện.

  4. Tiếp tục nghiên cứu mở rộng mô hình cho các vỉa có đặc tính phức tạp hơn: Bao gồm vỉa dầu nặng, vỉa có tầng nước đáy, hoặc vỉa có sự pha trộn khí, nhằm nâng cao độ chính xác và phạm vi ứng dụng của mô hình. Chủ thể thực hiện là các viện nghiên cứu và trường đại học, thời gian nghiên cứu 2-3 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư khai thác dầu khí: Nắm bắt phương pháp dự báo nhanh tổng lượng dầu khai thác từ vỉa bơm ép nước, áp dụng mô hình CRMe để tối ưu hóa chiến lược bơm ép và nâng cao hiệu quả khai thác.

  2. Nhà quản lý dự án dầu khí: Sử dụng kết quả dự báo và phân tích mô hình để ra quyết định đầu tư, điều chỉnh kế hoạch khai thác và đánh giá hiệu quả kinh tế của các dự án thu hồi dầu thứ cấp.

  3. Nhà nghiên cứu và giảng viên trong lĩnh vực kỹ thuật dầu khí: Tham khảo cơ sở lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và kết quả ứng dụng mô hình CRM mở rộng, làm nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo hoặc giảng dạy chuyên sâu.

  4. Các công ty phần mềm kỹ thuật dầu khí: Phát triển các công cụ hỗ trợ tính toán và mô phỏng dựa trên mô hình CRMe, đáp ứng nhu cầu thực tiễn trong công tác dự báo và quản lý khai thác.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình CRM mở rộng khác gì so với mô hình CRM truyền thống?
    Mô hình CRM mở rộng bổ sung giếng bơm ép giả định đại diện cho nguồn năng lượng tự nhiên còn tồn đọng trong vỉa, giúp phân tách và đánh giá riêng biệt ảnh hưởng của năng lượng tự nhiên và năng lượng bơm ép thực tế, từ đó nâng cao độ chính xác dự báo.

  2. Dữ liệu cần thiết để áp dụng mô hình CRMe là gì?
    Cần có dữ liệu lưu lượng bơm ép, lưu lượng khai thác, áp suất đáy giếng, tổng lượng nước bơm ép cộng dồn và tổng lượng chất lưu khai thác cộng dồn trong khoảng thời gian nghiên cứu.

  3. Mô hình Gentil mở rộng được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
    Mô hình Gentil mở rộng dùng để xác định lưu lượng dầu từ tổng lưu lượng chất lưu khai thác dự báo bởi CRM, dựa trên mối quan hệ phi tuyến giữa tỷ số lưu lượng nước trên dầu (WOR) và tổng lượng nước bơm ép cộng dồn (Wi), giúp ước tính nhanh tổng lượng dầu khai thác cộng dồn.

  4. Phương pháp hồi quy nào được sử dụng để xác định các thông số mô hình?
    Phương pháp hồi quy không tuyến tính đa biến được sử dụng để xác định hằng số thời gian, hệ số kết nối và lưu lượng bơm ép giếng ảo trong mô hình CRMe, trong khi mô hình ICRM sử dụng hồi quy tuyến tính để đơn giản hóa tính toán.

  5. Mô hình CRMe có thể áp dụng cho các loại vỉa nào?
    Mô hình CRMe phù hợp với các vỉa bơm ép nước trong giai đoạn thu hồi dầu thứ cấp, đặc biệt là các vỉa còn tồn tại nguồn năng lượng tự nhiên gây nhiễu, chưa bão hòa và có hai pha dầu – nước. Nghiên cứu cũng đề xuất mở rộng cho các vỉa phức tạp hơn trong tương lai.

Kết luận

  • Mô hình Điện dung – Điện trở mở rộng (CRMe) là giải pháp hiệu quả để ước tính nhanh tổng lượng dầu khai thác từ vỉa bơm ép nước còn tồn tại năng lượng tự nhiên, với độ chính xác cao so với dữ liệu thực tế.

  • Việc bổ sung giếng bơm ép giả định giúp phân tách rõ ràng ảnh hưởng của năng lượng tự nhiên và năng lượng bơm ép, hỗ trợ đánh giá hiệu quả từng giếng bơm ép và tiềm năng khai thác.

  • Mô hình Gentil mở rộng kết hợp với CRMe cho phép ước tính lưu lượng dầu và tổng lượng dầu khai thác cộng dồn sát thực tế, góp phần nâng cao hiệu quả dự báo và quản lý khai thác.

  • Nghiên cứu mở ra hướng phát triển mới cho mô hình CRM tại Việt Nam, phù hợp với đặc thù vỉa dầu trong nước và hỗ trợ công tác tối ưu hóa khai thác.

  • Đề xuất triển khai áp dụng mô hình CRMe rộng rãi, phát triển công cụ hỗ trợ tính toán và đào tạo kỹ sư khai thác để nâng cao năng lực dự báo và quản lý mỏ.

Hành động tiếp theo: Các đơn vị khai thác và nghiên cứu nên phối hợp triển khai áp dụng mô hình CRMe trong thực tế, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng cho các loại vỉa phức tạp hơn nhằm nâng cao hiệu quả khai thác dầu khí tại Việt Nam.