Luận án: Ứng dụng công nghệ bơm ép luân phiên nước-khí hydrocacbon nâng cao hệ số thu hồi dầu tầng Mioxen, Bể Cửu Long

Tính cấp thiết của luận án Dầu khí là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá, không thể tái tạo và không thể thiếu đối với mọi quốc gia, sản lượng khai thác và giá dầu mỏ luôn là vấn đề quan tâm hàng đầu đối với mọi ngành công nghiệp, đặc biệt ở các nước có nền công nghiệp phát triển. Chính vì lẽ đó mà giá dầu thế giới luôn ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự phát triển kinh tế toàn cầu, cũng là một trong những nguyên nhân chính của các mâu thuẫn, tranh dành phân chia dầu khí và chiến tranh. Cho đến nay, số lượng các mỏ dầu khí mới, đặc biệt là các mỏ có trữ lượng lớn được phát hiện ngày một giảm dần, trong khi đó số lượng mỏ dầu khai thác sang giai đoạn cạn kiệt ngày càng gia tăng. Do đó, vấn đề nâng cao hệ số thu hồi dầu (Enhanced Oil Recovery - EOR) ngày càng được nhiều nước, nhiều công ty đa quốc gia tập trung nghiên cứu và ứng dụng.

Thậm chí, hệ số thu hồi dầu khí là một trong những điều kiện quan trọng và điều khoản bắt buộc của các hợp đồng dầu khí tại một số nước trên thế giới. Việt Nam là quốc gia có sản lượng khai thác dầu không lớn, chủ yếu được khai thác từ các mỏ thuộc bể Cửu Long. Đối tượng khai thác dầu chính là thân dầu móng Granite nứt nẻ và tầng Mioxen, chiếm 90% sản lượng dầu khai thác hàng năm. Trong thập niên qua, toàn thềm lục địa Việt Nam đã có thêm 25 phát hiện dầu khí, nhưng chủ yếu là các cấu tạo nhỏ, điều kiện kinh tế cận biên (trung bình mỗi phát hiện khoảng 35 triệu thùng dầu).

Để phát triển khai thác được các mỏ nhỏ cần phải có công nghệ kỹ thuật tối ưu, đi kèm các điều kiện khuyến khích đầu tư, làm giảm giá thành sản xuất dầu khí để tăng lợi nhuận khi khai thác. Sau khi đã trải qua các thời kỳ tự phun và duy trì áp suất bằng bơm ép nước hay các giải pháp khai thác thứ cấp hệ số thu hồi dầu trung bình hiện nay của các mỏ trong khoảng 20 - 32% dầu tại chỗ. Hơn hai phần ba (2/3) lượng dầu đã phát hiện vẫn chưa thể khai thác. Như vậy, lượng dầu chưa được khai thác chiếm tới 70% và là tiềm năng cho các giải pháp kỹ thuật nhằm tận thu hồi lượng dầu còn lại này.

Việc áp dụng các biện pháp gia tăng thu hồi dầu (EOR) nhằm tận thu lượng dầu còn lại tại 2 các vỉa chứa chính là nhiệm vụ chính, cấp thiết trong những năm tới khi mà nguồn năng lượng tự nhiên ngày một hạn chế. Việc áp dụng phương pháp bơm ép nước thứ cấp sẽ không còn mang lại hiệu quả khi mỏ khai thác ở giai đoạn cuối, các giếng khai thác đã và đang bị ngập nước, vùng khai thác dịch chuyển dần lên nóc vỉa. Điều đó chứng tỏ rằng, sản lượng dầu khí có thể thu hồi tại các mỏ thuộc bể Cửu Long trước đây là những mỏ khai thác chủ lực nay đang giảm nhanh chóng, việc áp dụng các biện pháp gia tăng thu hồi dầu đang là một vấn đề cấp thiết được nêu ra. Lựa chọn chính xác phương pháp gia tăng thu hồi dầu cho các mỏ dầu khí là rất mới và đầy thách thức.

Việc gia tăng 1-2% hệ số thu hồi dầu với các mỏ có trữ lượng lớn sẽ tương tự như phát hiện ra một mỏ nhỏ, đặc biệt là sản lượng khai thác của đối tượng của Mioxen đang giảm dần nên cần nghiên cứu áp dụng phương pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu cho tầng Mioxen. Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm ép luân phiên nước - khí Hydrocarbon nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu tại tầng Mioxen, Bể Cửu Long” mang tính cấp thiết, cần được quan tâm và ưu tiên nghiên cứu. Trong số các phương pháp gia tăng hệ số thu hồi dầu đã được nghiên cứu đến thời điểm hiện tại ở Việt Nam, bơm ép khí chỉ mới áp dụng thử nghiệm ở một mỏ duy nhất tại đối tượng trầm tích bể Cửu Long. Với lý do như vậy, việc đẩy nhanh công tác nghiên cứu kỹ các điều kiện của tầng Mioxen, bể Cửu Long nhằm tìm ra giải pháp gia tăng thu hồi dầu hiệu quả và áp dụng thực tế là mục tiêu nghiên cứu của đề tài.

Mục tiêu của luận án Để có thể áp dụng thành công phương pháp bơm ép luân phiên nước-khí nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu cho đối tượng trầm tích lục nguyên bể Cửu Long, nghiên cứu sinh (NCS) tập trung nghiên cứu: ➢ Từ các kết quả nghiên cứu về cơ chế bơm ép hệ chất lưu nâng cao thu hồi dầu và các dự án đã áp dụng trên thế giới, xem xét khả năng áp dụng giải pháp kỹ thuật phù hợp với tính chất địa chất, tính chất đá chứa, tính chất lưu thể và điều kiện khai thác của các mỏ dầu khí ở Việt Nam, đặc biệt là đối tượng trầm tích lục nguyên. 3 ➢ Nghiên cứu các phương pháp xác định áp suất trộn lẫn tối thiểu và làm rõ cơ chế trộn lẫn, gần trộn lẫn và không trộn lẫn cho đối tượng trầm tích ở Việt Nam. ➢ Nghiên cứu các yếu tố, thông số của vỉa chứa ảnh hưởng đến khả năng áp dụng phương pháp bơm ép luân phiên nước-khí để nâng cao hệ số thu hồi dầu. ➢ Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả nâng cao hệ số thu hồi dầu của phương pháp bơm ép luân phiên nước-khí trên mô hình của mỏ thực tế với các phương pháp khác.

Nội dung và nhiệm vụ nghiên cứu của luận án Để có thể nghiên cứu đánh giá cơ chế và hiệu quả của quá trình bơm ép luân phiên nước khí cho đối tượng trầm tích bể Cửu Long phải tiến hành nghiên cứu một cách chi tiết và khắc phục các điểm còn thiếu của các nghiên cứu trước đây trên thế giới và Việt Nam. Nghiên cứu phải đánh giá về cơ chế trộn lẫn/gần trộn lẫn/không trộn lẫn, xác định điểm áp suất trộn lẫn tối thiểu bằng mô phỏng trên kết quả thực nghiệm đo trong phòng thí nghiệm. Đánh giá toàn bộ các yếu tố ảnh hưởng của cấu trúc địa chất, độ sâu vỉa, áp suất - nhiệt độ vỉa, tính chất chất lưu vỉa, tính chất khí bơm ép, cơ chế dòng chảy thực tế trong vỉa, tối ưu quy trình bơm ép và thành phần khí bơm ép v. lên hiệu quả bơm ép khí nâng cao thu hồi dầu.

Mô hình mô phỏng cho toàn bộ mỏ cũng được xây dựng để có thể đánh giá được hiệu quả của quá trình tối ưu bơm ép khí, bơm ép nước và tối ưu khai thác. Sản lượng dầu dự báo gia tăng khi áp dụng phương pháp bơm ép nâng cao thu hồi dầu tối ưu cho toàn mỏ được tính toán kinh tế và đánh giá tính khả thi của phương pháp. Dựa vào các nhận định trên, nội dung nghiên cứu của luận án bao gồm: ➢ Nghiên cứu, lựa chọn phương pháp bơm ép nâng cao hệ số thu hồi dầu phù hợp cho đối tượng trầm tích Mioxen, bể Cửu Long. ➢ Nghiên cứu, xây dựng tiêu chí mô phỏng bằng phần mềm để dự báo chính xác điểm áp suất trộn lẫn tối thiểu (MMP) cho quá trình bơm ép khí từ kết quả thực nghiệm trong phòng thí nghiệm.

So sánh độ chính xác của các phương pháp để xác định MMP: thực nghiệm trong phòng thí nghiệm; mô phỏng bằng phần mềm PVT; mô hình mô phỏng thủy động lực học “slimtube”. 4 ➢ Nghiên cứu đánh giá và lựa chọn thành phần khí tối ưu bơm ép với điều kiện thực tế mỏ tại Việt Nam. ➢ Nghiên cứu và xây dựng mô hình thành phần cho toàn mỏ và đánh giá cơ chế trộn lẫn/gần trộn lần/không trộn lẫn tại mỏ thực tế với các yếu tố ảnh hưởng như tính bất đồng nhất trong vỉa, bão hòa dầu/khí/nước trong vỉa, thay đổi áp suất - nhiệt độ vỉa trong quá trình khai thác, thay đổi thành phần hệ chất lưu trong quá trình khai thác và bơm ép để nâng cao hệ số thu hồi dầu. ➢ Xây dựng các phương án bơm ép để nâng cao hệ số thu hồi dầu và tối ưu khai thác để đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của phương pháp bơm ép nước-khí so với các phương pháp bơm ép thông thường đang áp dụng.

➢ Đánh giá và chứng minh phương pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu bằng bơm ép luân phiên nước - khí dưới trộn lẫn (gần trộn lẫn) phù hợp với cấu trúc vỉa chứa, tính chất lưu thể vỉa và tính chất đá vỉa của tầng Mioxen, mỏ Sư Tử Đen trên mô hình mô phỏng. Gia tăng thu hồi dầu cao nhất, đảm bảo cả về yếu tố kinh tế và kỹ thuật. Cơ sở tài liệu và phương pháp nghiên cứu Cơ sở tài liệu Tài liệu phục vụ nghiên cứu chủ yếu là các báo cáo kết quả ứng dụng giải pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu bằng bơm ép nước khí CO2, N2 và Hydrocarbon luân phiên đã được triển khai ở nhiều khu vực mỏ, nhiều nước khác nhau. NCS đã tổng hợp các tài liệu cơ sở lý thuyết về nâng cao hệ số thu hồi dầu và các bài báo, kết quả thực nghiệm được thực hiện trong phòng thí nghiệm và ứng dụng mô phỏng cho mỏ dầu khí thực tế.

Ngoài ra, còn có các tài liệu như : báo cáo nghiên cứu, tổng kết về địa chất, địa vật lý, trữ lượng, thiết kế, công nghệ mỏ và khai thác cho tầng chứa cát kết Mioxen nói riêng và mỏ Sư Tử Đen nói chung; các tài liệu báo cáo, nghiên cứu, phân tích thí nghiệm về mẫu lõi, hệ chất lưu được lấy từ các giếng khoan tầng Mioxen mỏ Sư Tử Đen và các báo cáo tổng kết hoạt động thăm dò, khai thác dầu khí ở thềm lục địa Việt Nam của Tập đoàn Dầu khí Việt Nam. 5 Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện các nội dung nêu trên, NCS đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau: ➢ Phương pháp thư mục: tổng hợp, xử lý và thống kê tài liệu của các dự án, sản xuất để đánh giá các khó khăn và phức tạp ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình khai thác, các phương pháp xử lý đối với giếng khai thác và so sánh cụ thể. ➢ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các phương pháp đã thực hiện trên thế giới, đánh giá khả năng áp dụng vào mỏ Sư Tử Đen. Tập trung giải quyết bài toán cơ chế trộn lẫn/gần trộn lần/không trộn lẫn và phân toả của các nút nước- khí, sự thay đổi áp suất và thay đổi tỷ lệ bơm ép nước-khí đến cơ chế trộn lẫn, thay thế trong tầng cát kết Mioxen.