Tóm tắt
Sau một thời gian khai thác, nước vỉa xâm nhập vào giếng làm giảm lưu lượng dầu, gây khó khăn trong quá trình vận hành. Khó khăn lớn là phục hồi lại điều kiện khai thác của các giếng có hàm lượng nước cao sau thời gian đóng giếng.
Các giếng khai thác có hàm lượng nước cao, khi đóng giếng nước bị lưu giữ vùng cận đáy. Sau khi mở lại lưu lượng dầu bị giảm và hàm lượng nước cao hơn so với điều kiện trước khi đóng. Hiện tượng này là do tác dụng của “trễ” pha (hysterisis) làm giảm độ thấm pha dầu. Ứng dụng của hiện tượng “trễ” pha này có thể giúp duy trì khai thác cho các giếng có hàm lượng nước cao sau quá trình đóng giếng bằng bơm chất lưu không dính ướt (diesel).
Từ nghiên cứu hiện tượng đến mô phỏng và triển khai thực tế tại giếng DD-3P và DD-7P bằng phương pháp bơm diesel đã cho thấy việc khởi động giếng sau thời gian dài đóng giếng dễ dàng và lượng dầu khai thác còn được gia tăng khoảng 20 - 40% duy trì trong 1 thời gian.
Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả trình bày quy trình: lựa chọn giếng phù hợp bơm diesel, thiết kế thể tích bơm, mô phỏng hiện tượng và triển khai thực tế. Kết quả của nghiên cứu này có tính ứng dụng cao, không những tại mỏ Thăng Long - Đông Đô mà còn có thể áp dụng cho các mỏ lân cận đang gặp vấn đề hàm lượng nước cao.
Từ khóa: Bơm diesel, hiện tượng “trễ” pha, hàm lượng nước cao, duy trì khai thác.
1. Giới thiệu
Giếng khai thác có hàm lượng nước cao là vấn đề chung của các mỏ hiện nay. Khi nước xâm nhập làm giảm sản lượng dầu đáng kể mà còn xuất hiện các vấn đề cho vận hành khai thác. Hằng năm, các mỏ đều có khoảng thời gian đóng để sửa chữa định kỳ. Tái khởi động giếng trở lại như điều kiện khai thác trước khi đóng giếng là một vấn đề khó khăn. Đặc biệt, các giếng có hàm lượng nước cao, áp suất vỉa yếu. Mỏ Thăng Long - Đông Đô (TL-DD) ngoài khơi Việt Nam nằm ở phía Đông Bắc bồn trũng Cửu Long, cách Vũng Tàu khoảng 160km (Hình 1) về hướng Đông, hiện cũng gặp khó khăn tại các giếng khai thác hàm lượng nước cao.
Hiện nay, các giếng khai thác ở mỏ Thăng Long - Đông Đô (Hình 1) có hàm lượng nước cao, trung bình dao động từ 60 - 90%. Với điều kiện khai thác này, khi đóng giếng để bảo trì hằng năm đến khi khởi động lại giếng rất khó khăn. Năng lượng vỉa yếu và nước trong ống khai thác lưu ứ tại vùng cận đáy giếng đã làm một số giếng không khởi động lại được, hoặc khởi động lại với hàm lượng nước khai thác cao hơn.
Lượng dầu mất mát lớn sau quá trình đóng giếng bảo trì đã đặt ra thách thức lớn trong việc duy trì sản lượng.
Tại mỏ Thăng Long - Đông Đô, trung bình lưu lượng dầu khai thác giảm 300 - 500 thùng/ngày sau mỗi lần đóng mỏ bảo trì. Thời gian đóng càng dài, càng khó phục hồi lại lưu lượng dầu khai thác trước (Hình 2).
Nhiều giải pháp đã được nghiên cứu song vẫn gặp khó khăn trong quá trình triển khai thực tế (hóa chất, chất xúc tác, nâng áp suất máy nén khí nâng…) và hiệu quả đạt được không đáng kể.
Nhà điều hành mỏ Thăng Long - Đông Đô đã nghiên cứu và triển khai bơm diesel vào giếng có hàm lượng nước cao trước khi đóng giếng. Việc áp dụng giải pháp này có thuận lợi là tại mỏ Thăng Long - Đông Đô có bơm diesel vào các giếng sử dụng bơm điện chìm để bảo quản bơm trong quá trình đóng giếng. Từ nghiên cứu đến mô phỏng và triển khai thực tế tại giếng DD-3P và DD-7P đã cho thấy hiệu quả của bơm diesel đối với các giếng có hàm lượng nước cao trong việc tái khởi động và duy trì sản lượng. Quá trình tái khởi động giếng sau thời gian dài đóng dễ dàng và lượng dầu khai thác còn được gia tăng trong một thời gian.
2. Hiện tượng “trễ” pha [1]
Lưu lượng dầu giảm và không thể phục hồi lại như trước khi đóng giếng là kết quả của quá trình ứ nước vùng cận đáy giếng.
Hiện tượng này có ảnh hưởng mạnh tại các giếng có hàm lượng nước cao, áp suất vỉa yếu và thời gian đóng mỏ dài. Hiện tượng này được gọi là “trễ” pha (hysteretic phenomenon), làm giảm độ thấm pha dầu tại vùng cận đáy giếng.
Hiện tượng “trễ” pha (Hình 3) ở hệ thống nước - dầu (pha dính ướt là nước). Mẫu lõi được bão hòa 100% nước (điểm “A”). Thực hiện quá trình bơm dầu, độ bão hòa nước giảm tới điểm “B” theo đường độ thấm pha A - B (quá trình thoát pha dính ướt). Thực hiện quá trình bơm nước lại, độ bão hòa nước tăng tới điểm “C” dọc theo đường độ thấm pha B - C (quá trình bơm pha dính ướt). Có thể thấy rằng, điều kiện độ bão hòa nước 100% không đạt lại được do một lượng dầu bị lưu giữ bởi áp suất mao dẫn. Kết quả quá trình này là đánh giá được độ bão hòa dầu dư.
Thực hiện thêm 1 quá trình thoát nước (C - B), 1 đường độ thấm pha nước đạt được khác so với quá trình bơm nước B - C ban đầu. Hiện tượng này gọi là “trễ” pha. Hiện tượng này xảy ra nhiều với pha không dính ướt hơn là pha dính ướt. Tuy nhiên, hiện tượng này vẫn xảy ra đồng thời 2 pha với thay đổi cả đường độ thấm pha và độ bão hòa.
Hình 1. Vị trí mỏ Thăng Long - Đông Đô
Hình 2. Lưu lượng dầu giảm sau mỗi lần đóng mỏ Thăng Long - Đông Đô
Hình 3. Hiện tượng “trễ” pha trong hệ thống nước - dầu (pha dính ướt là nước)
2.1. Ảnh hưởng của hiện tượng “trễ” pha [1]
2.1.1. Ảnh hưởng tốt
- Kiểm soát độ linh động: Tác dụng của hiện tượng trễ độ thấm pha thường được dùng để kiểm soát độ linh động (giảm ộ linh động) của pha đẩy (nước) trong hệ thống giúp cải thiện hiệu suất quét (quá trình đẩy).
- Giảm mũ nước xâm nhập: Tác dụng của hiện tượng trễ độ thấm pha có thể kháng lại nước xâm nhập dạng mũ cho các vỉa dầu nặng. Do tác dụng trực tiếp đến tỷ số độ nhớt giữa dầu nặng và nước đáy.
- Khai thác tăng cường chu kỳ: Mô hình mô phỏng với khả năng ảnh hưởng của hiện tượng trễ pha là phương pháp tốt nhất để dự báo khai thác chu kỳ, đặc biệt là bơm ép hơi nóng và vỉa dầu nặng.
- Quá trình đẩy thay thế chuyển tiếp: Hiện tượng trễ pha xem như là cơ sở đánh giá khai thác tận thu bằng bơm ép khí/nước không trộn lẫn.
2.1.2. Ảnh hưởng xấu
- Lưu giữ pha: gây ảnh hưởng đồng thời lên trễ độ bão hòa và trễ độ thấm pha.
- Thay đổi độ bão hòa tới hạn và lưu giữ pha: trong điều kiện một số vỉa, quá trình pha dính ướt tăng độ bão hòa và bị lưu giữ, khi thực hiện quá trình giảm độ bão hòa pha dính ướt thì độ bão hòa tới hạn bị đổi đáng kể (Hình 4).
2.2. Mô tả hiện tượng “trễ” pha trong giếng khai thác
Hiện tượng “trễ” pha trong giếng khai thác dầu có hàm lượng nước cao có quá trình giống như trong phòng thí nghiệm.
Vùng cận đáy giếng có các khoảng khai thác dầu và nước. Thực hiện quá trình bơm nước vào vùng cận đáy giếng. Tại khoảng khai thác dầu diễn ra quá trình nước đẩy dầu (pha dính ướt là nước) còn tại khoảng khai thác nước diễn ra quá trình nước đẩy nước (Hình 5). Tiến hành mở lại khai thác, tại khoảng khai thác dầu độ thấm pha dầu giảm do nước bị lưu giữ lại. Hình 6 giải thích hiện tượng “trễ” pha cho quá trình bơm nước và mở lại cho giếng khai thác.
Hình 4. Minh họa ảnh hưởng tốt - xấu của hiện tượng “trễ” pha
Hình 5. Hiện tượng khi bơm pha dính ướt (nước) vào vùng đáy giếng
Hình 6. Hiện tượng “trễ” pha khi bơm pha dính ướt (nước) vào vùng cận đáy giếng
Hiện tượng này giải thích vì sao các giếng có hàm lượng nước cao khi đóng giếng một thời gian và mở lại thì dầu bị giảm. Độ thấm pha dầu bị giảm do nước bị giữ lại vùng đáy giếng.
Cùng điều kiện giếng khai thác có hàm lượng nước cao, tiến hành bơm pha không dính ướt (dầu diesel) vào vùng cận đáy giếng. Quá trình diễn ra tại vùng cận đáy giếng được minh họa như Hình 7. Tại vùng dầu diễn ra quá trình dầu diesel đẩy dầu và tại vùng nước diễn ra quá trình dầu/diesel đẩy nước.
Thực hiện mở khai thác lại, do ảnh hưởng của hiện tượng “trễ” pha tại vùng nước (dầu bị giữ lại) làm giảm độ thấm pha nước. Hiện tượng này được giải thích như trên Hình 8.
Hiện tượng này cho thấy rõ ảnh hưởng tốt của “trễ” pha trong giảm độ thấm pha của nước. Ứng dụng kết quả này sẽ giúp giếng tái khởi động lại dễ mà còn làm giảm khai thác nước tại các giếng có hàm lượng nước cao.
3. Duy trì khai thác sau quá trình đóng giếng bằng phương pháp bơm diesel
3.1. Quy trình bơm diesel vào giếng
Quy trình này được xây dựng cho phù hợp với quá trình đóng giếng bảo trì. Trong đó bao gồm 6 bước cơ bản: đóng giếng, chờ nước trong ống khai thác ổn định (> 1 ngày), bơm diesel với thể tích đã tính toán, bơm khí (có thể không áp dụng), ngâm (>1 ngày) và mở giếng lại. Bước bơm khí là 1 lựa chọn có thể dùng để tăng khả năng xâm nhập vào vùng vỉa và cũng giúp khởi động lại giếng tốt hơn (giảm tỷ trọng chất lưu trong ống).
Hình 7. Hiện tượng “trễ” pha khi bơm pha không dính ướt (diesel) vào vùng cận đáy giếng
Hình 8. Giải thích hiện tượng “trễ” pha khi bơm pha không dính ướt (dầu/diesel) vào vùng cận đáy giếng
Hình 9. Quy trình bơm diesel vào giếng có hàm lượng nước cao
3.2. Lựa chọn giếng cần bơm diesel
Lựa chọn giếng phù hợp sẽ giúp hiệu quả bơm diesel cao hơn. Trong đó, tiêu chí lựa chọn giếng như sau:
+ Có hàm lượng nước cao;
+ Có chỉ số khí dầu thấp GOR;
+ Khả năng khai thác hiện tại còn cao;
+ Khả năng phục hồi lại khó khăn (áp suất vỉa…);
+ Các tiêu chí khác: lịch sử vận hành, sự cố của giếng…
Với tiêu chí trên, các giếng khai thác mỏ Thăng Long - Đông Đô là phù hợp. Một thuận lợi của áp dụng bơm diesel vào các giếng khai thác mỏ Thăng Long - Đông Đô là diesel cũng cần bơm để bảo quản bơm điện chìm trong quá trình đóng giếng. Bảng 1 tổng hợp điều kiện khai thác của tất cả các giếng mỏ Thăng Long - Đông Đô.
Tiêu chí quan trọng khi lựa chọn giếng để bơm diesel là khả năng phục hồi lại của giếng. Giếng có hàm lượng nước cao, áp suất vỉa thấp sẽ phục hồi điều kiện khai thác kém hơn. Do đó, việc lựa chọn các giếng có khả năng hồi phục lại càng khó và phù hợp cho bơm diesel. Bằng số liệu phục hồi áp suất của các giếng, tính toán khả năng độ cao mực chất lưu trong giếng sẽ giúp lựa chọn giếng phù hợp nhất. Tính toán từ Bảng 2, DD-3P và DD-7P là 2 giếng phù hợp bơm diesel nhất do mực chất lưu sau khi đóng bị tụt xuống dưới thấp.
Bảng 1. Điều kiện khai thác các giếng cần bơm mỏ Thăng Long - Đông Đô
Tóm tắt
Sau một thời gian khai thác, nước vỉa xâm nhập vào giếng làm giảm lưu lượng dầu, gây khó khăn trong quá trình vận hành. Khó khăn lớn là phục hồi lại điều kiện khai thác của các giếng có hàm lượng nước cao sau thời gian đóng giếng.
Các giếng khai thác có hàm lượng nước cao, khi đóng giếng nước bị lưu giữ vùng cận đáy. Sau khi mở lại lưu lượng dầu bị giảm và hàm lượng nước cao hơn so với điều kiện trước khi đóng. Hiện tượng này là do tác dụng của “trễ” pha (hysterisis) làm giảm độ thấm pha dầu. Ứng dụng của hiện tượng “trễ” pha này có thể giúp duy trì khai thác cho các giếng có hàm lượng nước cao sau quá trình đóng giếng bằng bơm chất lưu không dính ướt (diesel).
Từ nghiên cứu hiện tượng đến mô phỏng và triển khai thực tế tại giếng DD-3P và DD-7P bằng phương pháp bơm diesel đã cho thấy việc khởi động giếng sau thời gian dài đóng giếng dễ dàng và lượng dầu khai thác còn được gia tăng khoảng 20 - 40% duy trì trong 1 thời gian.
Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả trình bày quy trình: lựa chọn giếng phù hợp bơm diesel, thiết kế thể tích bơm, mô phỏng hiện tượng và triển khai thực tế. Kết quả của nghiên cứu này có tính ứng dụng cao, không những tại mỏ Thăng Long - Đông Đô mà còn có thể áp dụng cho các mỏ lân cận đang gặp vấn đề hàm lượng nước cao.
Từ khóa: Bơm diesel, hiện tượng “trễ” pha, hàm lượng nước cao, duy trì khai thác.
1. Giới thiệu
Giếng khai thác có hàm lượng nước cao là vấn đề chung của các mỏ hiện nay. Khi nước xâm nhập làm giảm sản lượng dầu đáng kể mà còn xuất hiện các vấn đề cho vận hành khai thác. Hằng năm, các mỏ đều có khoảng thời gian đóng để sửa chữa định kỳ. Tái khởi động giếng trở lại như điều kiện khai thác trước khi đóng giếng là một vấn đề khó khăn. Đặc biệt, các giếng có hàm lượng nước cao, áp suất vỉa yếu. Mỏ Thăng Long - Đông Đô (TL-DD) ngoài khơi Việt Nam nằm ở phía Đông Bắc bồn trũng Cửu Long, cách Vũng Tàu khoảng 160km (Hình 1) về hướng Đông, hiện cũng gặp khó khăn tại các giếng khai thác hàm lượng nước cao.
Hiện nay, các giếng khai thác ở mỏ Thăng Long - Đông Đô (Hình 1) có hàm lượng nước cao, trung bình dao động từ 60 - 90%. Với điều kiện khai thác này, khi đóng giếng để bảo trì hằng năm đến khi khởi động lại giếng rất khó khăn. Năng lượng vỉa yếu và nước trong ống khai thác lưu ứ tại vùng cận đáy giếng đã làm một số giếng không khởi động lại được, hoặc khởi động lại với hàm lượng nước khai thác cao hơn.
Lượng dầu mất mát lớn sau quá trình đóng giếng bảo trì đã đặt ra thách thức lớn trong việc duy trì sản lượng.
Tại mỏ Thăng Long - Đông Đô, trung bình lưu lượng dầu khai thác giảm 300 - 500 thùng/ngày sau mỗi lần đóng mỏ bảo trì. Thời gian đóng càng dài, càng khó phục hồi lại lưu lượng dầu khai thác trước (Hình 2).
Nhiều giải pháp đã được nghiên cứu song vẫn gặp khó khăn trong quá trình triển khai thực tế (hóa chất, chất xúc tác, nâng áp suất máy nén khí nâng…) và hiệu quả đạt được không đáng kể.
Nhà điều hành mỏ Thăng Long - Đông Đô đã nghiên cứu và triển khai bơm diesel vào giếng có hàm lượng nước cao trước khi đóng giếng. Việc áp dụng giải pháp này có thuận lợi là tại mỏ Thăng Long - Đông Đô có bơm diesel vào các giếng sử dụng bơm điện chìm để bảo quản bơm trong quá trình đóng giếng. Từ nghiên cứu đến mô phỏng và triển khai thực tế tại giếng DD-3P và DD-7P đã cho thấy hiệu quả của bơm diesel đối với các giếng có hàm lượng nước cao trong việc tái khởi động và duy trì sản lượng. Quá trình tái khởi động giếng sau thời gian dài đóng dễ dàng và lượng dầu khai thác còn được gia tăng trong một thời gian.
2. Hiện tượng “trễ” pha [1]
Lưu lượng dầu giảm và không thể phục hồi lại như trước khi đóng giếng là kết quả của quá trình ứ nước vùng cận đáy giếng.
Hiện tượng này có ảnh hưởng mạnh tại các giếng có hàm lượng nước cao, áp suất vỉa yếu và thời gian đóng mỏ dài. Hiện tượng này được gọi là “trễ” pha (hysteretic phenomenon), làm giảm độ thấm pha dầu tại vùng cận đáy giếng.
Hiện tượng “trễ” pha (Hình 3) ở hệ thống nước - dầu (pha dính ướt là nước). Mẫu lõi được bão hòa 100% nước (điểm “A”). Thực hiện quá trình bơm dầu, độ bão hòa nước giảm tới điểm “B” theo đường độ thấm pha A - B (quá trình thoát pha dính ướt). Thực hiện quá trình bơm nước lại, độ bão hòa nước tăng tới điểm “C” dọc theo đường độ thấm pha B - C (quá trình bơm pha dính ướt). Có thể thấy rằng, điều kiện độ bão hòa nước 100% không đạt lại được do một lượng dầu bị lưu giữ bởi áp suất mao dẫn. Kết quả quá trình này là đánh giá được độ bão hòa dầu dư.
Thực hiện thêm 1 quá trình thoát nước (C - B), 1 đường độ thấm pha nước đạt được khác so với quá trình bơm nước B - C ban đầu. Hiện tượng này gọi là “trễ” pha. Hiện tượng này xảy ra nhiều với pha không dính ướt hơn là pha dính ướt. Tuy nhiên, hiện tượng này vẫn xảy ra đồng thời 2 pha với thay đổi cả đường độ thấm pha và độ bão hòa.
Hình 1. Vị trí mỏ Thăng Long - Đông Đô
Hình 2. Lưu lượng dầu giảm sau mỗi lần đóng mỏ Thăng Long - Đông Đô
Hình 3. Hiện tượng “trễ” pha trong hệ thống nước - dầu (pha dính ướt là nước)
2.1. Ảnh hưởng của hiện tượng “trễ” pha [1]
2.1.1. Ảnh hưởng tốt
- Kiểm soát độ linh động: Tác dụng của hiện tượng trễ độ thấm pha thường được dùng để kiểm soát độ linh động (giảm ộ linh động) của pha đẩy (nước) trong hệ thống giúp cải thiện hiệu suất quét (quá trình đẩy).
- Giảm mũ nước xâm nhập: Tác dụng của hiện tượng trễ độ thấm pha có thể kháng lại nước xâm nhập dạng mũ cho các vỉa dầu nặng. Do tác dụng trực tiếp đến tỷ số độ nhớt giữa dầu nặng và nước đáy.
- Khai thác tăng cường chu kỳ: Mô hình mô phỏng với khả năng ảnh hưởng của hiện tượng trễ pha là phương pháp tốt nhất để dự báo khai thác chu kỳ, đặc biệt là bơm ép hơi nóng và vỉa dầu nặng.
- Quá trình đẩy thay thế chuyển tiếp: Hiện tượng trễ pha xem như là cơ sở đánh giá khai thác tận thu bằng bơm ép khí/nước không trộn lẫn.
2.1.2. Ảnh hưởng xấu
- Lưu giữ pha: gây ảnh hưởng đồng thời lên trễ độ bão hòa và trễ độ thấm pha.
- Thay đổi độ bão hòa tới hạn và lưu giữ pha: trong điều kiện một số vỉa, quá trình pha dính ướt tăng độ bão hòa và bị lưu giữ, khi thực hiện quá trình giảm độ bão hòa pha dính ướt thì độ bão hòa tới hạn bị đổi đáng kể (Hình 4).
2.2. Mô tả hiện tượng “trễ” pha trong giếng khai thác
Hiện tượng “trễ” pha trong giếng khai thác dầu có hàm lượng nước cao có quá trình giống như trong phòng thí nghiệm.
Vùng cận đáy giếng có các khoảng khai thác dầu và nước. Thực hiện quá trình bơm nước vào vùng cận đáy giếng. Tại khoảng khai thác dầu diễn ra quá trình nước đẩy dầu (pha dính ướt là nước) còn tại khoảng khai thác nước diễn ra quá trình nước đẩy nước (Hình 5). Tiến hành mở lại khai thác, tại khoảng khai thác dầu độ thấm pha dầu giảm do nước bị lưu giữ lại. Hình 6 giải thích hiện tượng “trễ” pha cho quá trình bơm nước và mở lại cho giếng khai thác.
Hình 4. Minh họa ảnh hưởng tốt - xấu của hiện tượng “trễ” pha
Hình 5. Hiện tượng khi bơm pha dính ướt (nước) vào vùng đáy giếng
Hình 6. Hiện tượng “trễ” pha khi bơm pha dính ướt (nước) vào vùng cận đáy giếng
Hiện tượng này giải thích vì sao các giếng có hàm lượng nước cao khi đóng giếng một thời gian và mở lại thì dầu bị giảm. Độ thấm pha dầu bị giảm do nước bị giữ lại vùng đáy giếng.
Cùng điều kiện giếng khai thác có hàm lượng nước cao, tiến hành bơm pha không dính ướt (dầu diesel) vào vùng cận đáy giếng. Quá trình diễn ra tại vùng cận đáy giếng được minh họa như Hình 7. Tại vùng dầu diễn ra quá trình dầu diesel đẩy dầu và tại vùng nước diễn ra quá trình dầu/diesel đẩy nước.
Thực hiện mở khai thác lại, do ảnh hưởng của hiện tượng “trễ” pha tại vùng nước (dầu bị giữ lại) làm giảm độ thấm pha nước. Hiện tượng này được giải thích như trên Hình 8.
Hiện tượng này cho thấy rõ ảnh hưởng tốt của “trễ” pha trong giảm độ thấm pha của nước. Ứng dụng kết quả này sẽ giúp giếng tái khởi động lại dễ mà còn làm giảm khai thác nước tại các giếng có hàm lượng nước cao.
3. Duy trì khai thác sau quá trình đóng giếng bằng phương pháp bơm diesel
3.1. Quy trình bơm diesel vào giếng
Quy trình này được xây dựng cho phù hợp với quá trình đóng giếng bảo trì. Trong đó bao gồm 6 bước cơ bản: đóng giếng, chờ nước trong ống khai thác ổn định (> 1 ngày), bơm diesel với thể tích đã tính toán, bơm khí (có thể không áp dụng), ngâm (>1 ngày) và mở giếng lại. Bước bơm khí là 1 lựa chọn có thể dùng để tăng khả năng xâm nhập vào vùng vỉa và cũng giúp khởi động lại giếng tốt hơn (giảm tỷ trọng chất lưu trong ống).
Hình 7. Hiện tượng “trễ” pha khi bơm pha không dính ướt (diesel) vào vùng cận đáy giếng
Hình 8. Giải thích hiện tượng “trễ” pha khi bơm pha không dính ướt (dầu/diesel) vào vùng cận đáy giếng
Hình 9. Quy trình bơm diesel vào giếng có hàm lượng nước cao
3.2. Lựa chọn giếng cần bơm diesel
Lựa chọn giếng phù hợp sẽ giúp hiệu quả bơm diesel cao hơn. Trong đó, tiêu chí lựa chọn giếng như sau:
+ Có hàm lượng nước cao;
+ Có chỉ số khí dầu thấp GOR;
+ Khả năng khai thác hiện tại còn cao;
+ Khả năng phục hồi lại khó khăn (áp suất vỉa…);
+ Các tiêu chí khác: lịch sử vận hành, sự cố của giếng…
Với tiêu chí trên, các giếng khai thác mỏ Thăng Long - Đông Đô là phù hợp. Một thuận lợi của áp dụng bơm diesel vào các giếng khai thác mỏ Thăng Long - Đông Đô là diesel cũng cần bơm để bảo quản bơm điện chìm trong quá trình đóng giếng. Bảng 1 tổng hợp điều kiện khai thác của tất cả các giếng mỏ Thăng Long - Đông Đô.
Tiêu chí quan trọng khi lựa chọn giếng để bơm diesel là khả năng phục hồi lại của giếng. Giếng có hàm lượng nước cao, áp suất vỉa thấp sẽ phục hồi điều kiện khai thác kém hơn. Do đó, việc lựa chọn các giếng có khả năng hồi phục lại càng khó và phù hợp cho bơm diesel. Bằng số liệu phục hồi áp suất của các giếng, tính toán khả năng độ cao mực chất lưu trong giếng sẽ giúp lựa chọn giếng phù hợp nhất. Tính toán từ Bảng 2, DD-3P và DD-7P là 2 giếng phù hợp bơm diesel nhất do mực chất lưu sau khi đóng bị tụt xuống dưới thấp.
Bảng 1. Điều kiện khai thác các giếng cần bơm mỏ Thăng Long - Đông Đô
Bảng 2. Đánh giá khả năng phục hồi giếng có hàm lượng nước cao
Bảng 3. Ước tính thể tích diesel cần bơm vào
Bảng 4. Kế hoạch thực hiện bơm diesel
(*: Từ 16 - 31/10 (16 ngày): Dừng khai thác toàn mỏ Thăng Long - Đông Đô)
3.3. Tính toán thể tích diesel cần thiết
Thể tích diesel được ước tính tối ưu với thể tích vừa đủ tác động vùng cận đáy giếng. Về mặt kỹ thuật, bán kính diesel xâm nhập càng lớn thì sẽ có tác động nhiều hơn. Tuy nhiên, thể tích bơm diesel tăng gấp đôi khi tăng bán kính xâm nhập từ 0,5m lên 1m. Chi phí gia tăng thể tích diesel để bơm xâm nhập 1m là lớn. Trong khi xâm nhập 0,1m thì thể tích quá nhỏ sẽ khó để thấy hiệu quả. Do đó, thực tế triển khai bơm diesel vào sâu 0,5m vùng cận đáy giếng đã được lựa chọn và ước tính như Bảng 3.
Kế hoạch bơm diesel đã được tối ưu và phụ thuộc vào kế hoạch đóng mỏ bảo trì hàng năm. Bảng 4 mô tả các mốc công việc cho công tác bơm diesel vào DD-3P và DD-7P. Hai giếng lựa chọn được đóng trước thời điểm đóng toàn mỏ 3 ngày để thu thập số liệu vỉa. Bơm diesel được thực hiện vào ngày đóng toàn mỏ. Bơm hết lượng diesel đã tính trước đó và tiến hành ngâm giếng trong khoảng thời gian hơn 15 ngày. 3.4. Mô phỏng đánh giá Phần mềm Eclipse được sử dụng để mô phỏng hiện tượng “trễ” pha vùng cận đáy giếng khi bơm diesel. Có 4 giếng đang khai thác bằng bơm điện chìm tại tầng BII.2.20.
Giếng DD-3P là đối tượng đánh giá, đang khai thác dầu từ tầng BII.2.20. Vị trí giếng DD-3P thể hiện trên Hình 10.
Dầu diesel bắt đầu bơm từ ngày 17/10/2017 đến 21/10/2017, tổng thể tích bơm là 300 thùng. Kết quả mô phỏng thể hiện trên Hình 11.
Khi có ảnh hưởng của hiện tượng “trễ” pha, khi khởi động lại giếng DD-3P lưu lượng dầu tăng và hàm lượng nước giảm. Khoảng 25 ngày giếng DD-3P quay lại điều kiện khai thác trước khi đóng. Hiệu quả tăng lưu lượng dầu từ 185 thùng/ngày lên 300 thùng/ ngày.
Trong khi tại giếng DD-6P không bơm dầu diesel thì biểu hiện ngược lại.
Hình 12 thể hiện kết quả mô phỏng ảnh hưởng hiện tượng “trễ” pha tại giếng không bơm dầu diesel. Trường hợp có ảnh hưởng của hiện tượng “trễ” pha, nước bị lưu giữ tại vùng cận đáy giếng làm giảm độ thấm pha dầu. Hàm lượng nước quay lại rất nhanh (5 ngày) điều kiện trước khi đóng. Hàm lượng nước tăng nhanh và cao hơn so với điều kiện trước khi đóng khi có ảnh hưởng của hiện tượng “trễ” pha. Điều này giải thích vì sao các giếng hàm lượng nước cao sau khi đóng giếng và mở lại thì có sự giảm lưu lượng dầu. Ảnh hưởng của hiện tượng “trễ” pha đang hiện diện tại các giếng hàm lượng nước cao.
Hình 10. Vị trí giếng DD-3P tại tầng BII.2.20 mỏ Thăng Long - Đông Đô
Hình 11. So sánh kết quả mô phỏng bơm diesel tại giếng DD-3P có và không có ảnh hưởng “trễ” pha
Hình 12. Kết quả mô phỏng vỉa tại giếng không bơm diesel
Hình 13. Hiệu quả khởi động và tăng dầu khi bơm diesel vào giếng DD-3P
Hình 14. Hiệu quả khởi động và tăng dầu khi bơm diesel vào giếng DD-7P
4. Kết quả triển khai thực tế và đánh giá kết quả
4.1. Kết quả triển khai
DD-3P là giếng khai thác tầng BII.2.20 được lựa chọn áp dụng bơm diesel vào vùng cận đáy giếng. Do thời gian đóng giếng dài (15 ngày) nên kế hoạch đã được lên chi tiết như Bảng 4. Trước khi đóng giếng, DD-3P đang khai thác với hàm lượng nước cao, 89%, lưu lượng dầu là 185 thùng/ngày. Sau khi áp dụng bơm diesel, kết quả cho thấy giếng khởi động lại nhanh và đạt lưu lượng dầu 350 thùng/ngày (đã trừ lượng diesel bơm vào). Lưu lượng dầu cao hơn lúc trước khi đóng là 165 thùng/ ngày (+85%), hàm lượng nước giảm từ 89% xuống 76%. Điều kiện khai thác tốt hơn này duy trì trong 1 tháng thì giếng quay lại điều kiện khai thác như trước khi áp dụng bơm diesel.
DD-7P là giếng khai thác tầng BII.2.30 mỏ Thăng Long - Đông Đô, được lựa chọn để bơm diesel vào vùng cận đáy giếng.
Điều kiện khai thác trước khi đóng giếng 12/10/2017 là lưu lượng dầu 320 thùng/ ngày, hàm lượng nước 80%. Quá trình bơm lượng dầu diesel như đã tính toán giống như giếng DD-3P. Hình 14 thể hiện hiệu quả khởi động lại giếng DD-7P. Sau khi bơm dầu diesel ngâm, DD-7P khởi động lại đạt điều kiện khai thác tốt hơn. Lưu lượng dầu khai thác là 600 thùng/ngày (đã trừ lượng dầu diesel), hàm lượng nước giảm còn 40%.
Điều kiện khai thác tốt hơn duy trì trong 15 ngày thì giếng quay lại điều kiện khai thác như trước khi áp dụng bơm diesel.
Hiệu quả bơm diesel vào vùng cận đáy giếng cho các giếng có hàm lượng nước cao là rõ ràng. Kết quả này đã được nghiên cứu và đánh giá qua mô phỏng và thực tế áp dụng. Giải pháp bơm diesel sẽ được ứng dụng cho các giếng còn lại khi có kế hoạch đóng giếng để bảo trì.
Hình 15. Trùng khớp được hàm lượng nước khi bơm diesel có ảnh hưởng của “trễ” pha
4.2. Đánh giá
Bơm diesel vào vùng cận đáy giếng đã giúp giảm hàm lượng nước và gia tăng lưu lượng dầu. Điều này chứng tỏ ảnh hưởng rõ của hiện tượng “trễ” pha tại các giếng có hàm lượng nước cao. Vùng diesel xâm nhập (bán kính 0,5m) có sự thay đổi độ thấm pha dầu. Trùng khớp số liệu khai thác sau khi bơm diesel thể hiện trên Hình 15.
Để trùng khớp được hàm lượng nước giảm sau khi bơm diesel, mô phỏng hiện tượng “trễ” pha làm thay đổi độ thấm pha dầu và nước tại vùng cận đáy giếng. Tại giếng DD-3P tầng BII.2.20 hệ số hiệu chỉnh độ thấm pha không dính ướt là 0,25 còn giếng DD-7P tầng BII.2.30 là 0,45. Với hệ số hiệu chỉnh này, theo phương pháp Killough [3] có thể tính toán được sự thay đổi đường độ thấm pha dầu bị giữ lại. Công thức tính toán như sau:
Trong đó: Sncrt là độ thấm pha không dính ướt bị giữ lại; Sncrd là độ bão hòa pha không dính ướt bắt đầu quá trình “Drainage”; Sncri là độ bão hòa pha không dính ướt kết thúc quá trình “Imbitition”; Shy độ bão hòa pha không dính ướt tại các điểm trên đường “Drainage” giao cắt với đường “Scaning”.
Hệ số A, C là các thông số tính toán trung gian. Trong đó, hệ số α trong công thức (2) là hệ số hiệu chỉnh được sử dụng trong mô hình mô phỏng. Vị trí các điểm tính toán được mô phỏng trên Hình 16a. Với hệ số hiệu chỉnh α = 0,25 tại giếng DD-3P để trùng khớp độ bão hòa nước giảm sau khi bơm diesel, có thể đánh giá sự thay đổi đường thấm pha dầu vùng cận đáy giếng DD-3P như Hình 16b.
Đánh giá sự thay đổi đường độ thấm pha do ảnh hưởng của hiện tượng “trễ” pha cho thấy tác động thực tế của diesel tại vùng cận đáy giếng. Hiệu quả của phương pháp này sẽ cao hơn nếu bán kính xâm nhập của diesel là lớn hơn. Tuy nhiên chi phí diesel sẽ tăng cao có thể dẫn đến không kinh tế.
Hình 16. Thay đổi đường thấm pha không dính
Bảng 5. Hiệu quả kinh tế khi bơm diesel
Hình 16: Sản lượng dần gia tăng khi bơm diesel
Hình 17 so sánh sản lượng dầu khi áp dụng bơm và không bơm diesel tại giếng DD-3P và DD-7P. Sản lượng dầu gia tăng 1.784 thùng và 3.345 thùng tương ứng cho 2 giếng. Sản lượng gia tăng duy trì trong một tháng thì quay lại đúng với đường suy giảm tự nhiên (màu đỏ).
Tùy thuộc vào thể tích cần xâm nhập vào vùng cận đáy mà chi phí cho diesel khác nhau. Bảng 5 thể hiện hiệu quả kinh tế cho công tác bơm diesel. Trung bình chi phí thực hiện bơm dao động từ 20 - 30 nghìn USD cho 1 giếng. Chi phí cho diesel chiếm đến 2/3 tổng chi phí. Với giá dầu 60 USD/thùng thấy rõ hiệu quả kinh tế cho công tác bơm diesel tại các giếng có hàm lượng nước cao. Ước tính hiệu quả đem lại trung bình 30 - 140 nghìn USD cho mỗi giếng.
5. Kết luận
Hiện tượng “trễ” pha vừa có ảnh hưởng tốt vừa có ảnh hưởng xấu đến khả năng khai thác của giếng.
Bơm diesel trực tiếp vào vùng cận đáy giếng có thể làm giảm độ thấm pha nước do ảnh hưởng của hiện trượng “trễ” pha. Hiện tượng này giúp cho các giếng có hàm lượng nước cao không những phục hồi lại tốt sau quá trình đóng giếng dài mà còn giảm chỉ số nước - dầu.
Áp dụng bơm diesel vào giếng DD-3P và DD-7P mỏ Thăng Long - Đông Đô đã có hiệu quả cao. Hai giếng khởi động lại sau quá trình đóng giếng dài dễ dàng và điều kiện khai thác tốt hơn so với trước khi bơm diesel.
Kiến nghị nghiên cứu bơm diesel cho các giếng khai thác tầng móng nứt nẻ có hàm lượng nước rất cao. Kỹ thuật đơn giản, có khả năng ứng dụng thực tế cao, có thể áp dụng cho các mỏ lân cận.
Tài liệu tham khảo
1. D.Brant Bennion, F.Brent Thomas, A.K.M. Jamaluddin, T.Ma. The effect of the trapped critical fluid saturations on reservoir permeability and conformance. CIM ATN. 1998.
2. Schlumberger. Eclipse user guide for hysteresis. 1998.
3. Schlumberger. Eclipse techical disciption. Hysteresis. 2014; 34: p. 410.
Summary After a long period of production, formation water breakthrough into the well not only reduces oil rate but also causes difficulties for operation. A major problem is to recover well performance in case of high water cut after shut-in period. In case of shutting-in high water cut production wells, water volume will be settled down near the wellbore. After re-opening, oil rate will be reduced and water cut is higher than before shutting-in. This phenomenon is caused by the effect of hysteresis that reduces oil relative permeability. Application of this hysteresis phenomenon can maintain production for high water cut wells after shut-in stage by injecting non-wetting fluid (diesel). From phenomenal research to simulation and actual implementation at DD-3P and DD-7P wells using diesel injection method, it has been shown that the re-starting of wells after long shut in period was easy and the oil production was increased by about 20% - 40% for a certain period of time. In this study, the authors present a specific procedure including selecting a suitable diesel pump, designing pump volume, simulating and deploying. The result of the study is highly practical not only for Thang Long - Dong Do field but also for nearby fields where high water cut problems are encountered. Key words: Diesel injection, hysteresis, high water-cut, improving oil production. |
Lê Minh Vũ, Nguyễn Đức Đông, Cao Hữu Bình, Vũ Việt Hưng
Tổng công ty Thăm dò Khai thác Dầu khí
(Bài đăng trên Tạp chí Dầu khí, số 1/2020)
