bơm ép

CHƯƠNG 1

CÁC GIAI ĐOẠN KHAI THÁC VÀ PHƯƠNG PHÁP GIA

TĂNG THU HỒI DẦU KHÍ

Các phương pháp khai thác bao gồm khai thác sơ cấp, khai thác thứ cấp

(bơm ép nước hoặc bơm ép khí vào mũ khí) và phương pháp khai thác tam cấp

(bơm ép nước gia nhiệt, bơm ép khí CO2 hoặc khí Hydrocarbon, bơm ép hóa

chất, vi sinh hóa lý, gia nhiệt v.v.). Trong đó, phương pháp khai thác thứ cấp sử

dụng các biện pháp cơ học nhằm hạn chế sự suy giảm hoặc duy trì áp suất vỉa,

các phương pháp khai thác tam cấp được thực hiện sau khi các biện pháp khai

thác thông dụng (sơ cấp và thứ cấp) không còn hiệu quả. Phương pháp khai thác

tam cấp sử dụng các biện pháp vật lý, hóa học, sinh học tác động lên chất lưu

trong mỏ hoặc đá chứa làm thay đổi tính chất của chúng nhằm đẩy nhanh quá

trình khai thác hoặc gia tăng hệ số thu hồi của mỏ. Tổng quan về các giai đoạn

khai thác được mô tả trong hình 1.1.

Hình 1.1: Các giai đoạn khai thác dầu khí theo thời gian. Trong đó Q là sản lượng khai thác và T là thời gian

Khai thác sơ cấp

Khai thác thứ cấp

Khai thác tam cấp

Q

T

1. 1 Các phương pháp và giai đoạn khai thác dầu khí

Trong quá trình khai thác dâu tại các mỏ, có thê chia thành các giai đoạn

khai thác sơ cấp, giai đoạn khai thác thứ cấp và giai đoạn khai thác tam cấp. Với

môi giai đoạn khai thác, phương pháp công nghệ áp dụng trên mỏ se khác nhau.

Phân loại các phương pháp khai thác theo từng giai đoạn có thê tóm tắt sơ bộ

trên hình 1.2.

Hình 1.2: Phân loại các phương pháp khai thác theo từng giai đoạn

Hiệu quả thu hồi dâu trung bình trong từng giai đoạn khai thác được trình

bày trong hình 1.3

Hình 1.3 Tổng quan về thu hồi dầu qua các giai đoạn khai thác

1.1.1 Phương pháp và giai đoạn khai thác sơ câp

Phương pháp khai thác tự phun (sơ cấp) khi áp suất vỉa ban đâu lớn hơn

áp suất thủy tinh hay khi áp suất vỉa ban đâu lớn hơn tổng tổn thất áp suất của

dòng chảy từ đáy giếng lên bề mặt, thì dâu se tự phun bằng chính năng lượng tự

nhiên của vỉa. Năng lượng tự nhiên được tạo thành bởi các nguồn chính như:

(i) Lực tạo thành từ sự giãn nở của khí;

(ii) Trọng lực đất đá hoặc lực nén ép của đất đá trong vỉa.

(iii) Lực đẩy của nước vỉa (ở những nơi có nước vỉa);

(iv) Sức căng bề mặt của đất đá và dung dịch dưới vỉa.

Nguồn năng lượng tự nhiên này se giảm dân trong quá trình khai thác. Khi

áp suất vỉa giảm nhiều so với áp suất vỉa ban đâu, lưu lượng khai thác se giảm

đáng kê, ty lệ nước và khí trong sản phẩm khai thác se tăng dân, quá trình khai

thác tự phun không còn kinh tế nữa cho nên giai đoạn khai thác tự phun se chấm

dứt. Khi ấy chúng ta cân thiết phải áp dụng các biện pháp khai thác nhân tạo đê

có thê tăng sản lượng khai thác.

1.1.2 Phương pháp và giai đoạn khai thác thư câp

Quá trình bơm ép nước hay khí nhằm duy trì áp suất vỉa sau giai đoạn

khai thác sơ cấp được gọi là khai thác thứ cấp. Các phương pháp thu hồi dâu này

còn được gọi là gia tăng thu hồi dâu thông thường (Conventional EOR). Đê nâng

cao hệ số thu hồi dâu, thì áp suất vỉa phải được duy trì bằng cách bơm ép các

chất lưu thông dụng khác (nước hay khí) vào vỉa. Việc bơm ép này nhằm mục

đích:

(i) Thay thế và đẩy (quét) dâu đến giếng khai thác;

(ii) Duy trì áp suất vỉa sản phẩm;

(iii) Thay đổi tính chất vật lý, chất lưu trong vỉa.

Thê tích thay thế hiệu dụng (ED) được xác định bởi công thức sau:

Trong trường hợp tác nhân thay thế tiếp xúc với tất cả lượng dâu ban đâu

trong vỉa thì thê tích quét hiệu dụng là đồng nhất. Khi đó, thê tích quét (đẩy) dâu

hiệu dụng Ev được xác định như sau:

Và được biêu thị bằng hình ve và công thức dưới đây:

Hình 1.4: Biều đồ thể hiện hiệu suất quét hiệu dụng

Thê tích thay thế hiệu dụng ảnh hưởng bởi ty số độ linh động (M):

ED =Khối lượng dầu được thay thế

Khối lượng dầu tiếp xúc với tác nhân thay thế

EV =Thể tích của dầu tiếp xúc với tác nhân thay thế

Tổng khối lượng dầu tại chỗ

Vùng quét

Vùng không quét

(1.1)

(1.2)

Trong đó:

krw và kro là độ thấm hiệu dụng nước và dâu trong vỉa (mD);

µw và µo là độ nhớt của nước và dâu (cP);

Nếu ty số độ linh động lớn hơn 1 (M>1) se không tốt do độ linh động của

nước lớn hơn của dâu. Như vậy, nước se xuyên thủng qua các vùng chứa dâu và

làm giảm hệ số thu hồi dâu. Nếu ty số độ linh động nhỏ hơn 1 (M<1), thì mức độ

thay thế dâu bởi nước bơm ép se tốt hơn, tương tự như hiện tượng piston.

Ngoài biện pháp bơm ép nước nhằm tăng sản lượng dâu mà còn áp dụng

các công nghệ lòng giếng như gaslift và đặt bơm ngâm. Đê nâng cao hệ số thu

hồi dâu, người ta tiếp tục áp dụng phương pháp gia tăng thu hồi dâu khác.

1.1.3 Giai đoạn khai thác tam câp (TR) và tăng cường thu hồi dầu (EOR)

Các phương pháp thu hồi tăng cường ngoài mục đích bổ sung năng lượng

vỉa còn tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thu hồi dâu nhờ sự tương tác các

chất lưu được bơm ép (thường không có trong vỉa) với dâu và đá tâng chứa. Các

tương tác này nhằm làm giảm sức căng bề mặt giữa các pha, làm giãn nở dâu,

giảm độ nhớt của dâu, giảm khả năng dính ướt của dâu, tăng hiệu suất quét,

giảm hiện tượng phân tỏa bằng cách duy trì độ linh động và phân dị trọng lực

giữa các chất lưu tương tác. Các biện pháp cơ bản nhằm gia tăng hệ số thu hồi

dâu được trình bày trên hình 1.5.

M =

Krw

µw

Kro

µo

(1.3)

Hình 1.5 Các biện pháp cơ bản gia tăng hệ số thu hồi dầu (EOR)

1.2 Các phương pháp gia tăng hệ số thu hồi dầu

Với kỹ thuật và công nghệ hiện đại, các công ty dâu khí đã áp dụng nhiều

phương pháp khai thác hiệu quả nhằm tối đa khả năng thu hồi dâu trước khi kết

thúc giai đoạn khai thác. Tùy thuộc vào tính chất và điều kiện của từng mỏ se có

các phương pháp khai thác tăng cường khác nhau như bơm ép khí (N2, CO2, khí

tự nhiên), bơm ép chất hoạt động bề mặt và polimer, phương pháp nhiệt v.v. Tại

Việt Nam, chúng ta đã áp dụng các phương pháp khác nhau như sau:

1.3 Một số dư án bơm ep khí và nước khí luân phiên trên thê giới

Các dự án bơm ép khí đã được tiến hành ở nhiều nơi trên thế giới, phân

lớn các dự án áp dụng phương pháp bơm ép khí Hydrocarbon, được áp dụng chủ

yếu tại các nước Bắc Mỹ (Canada, Mỹ), Châu Úc…. Những giải pháp mà các dự

án này đề xuất và tiến hành triên khai có thê giúp chúng ta có một cách nhìn cụ

thê hơn về khả năng áp dụng phương pháp bơm ép này tại Việt Nam. Dựa vào

Tăng cường hiệu suât quet

Tăng cường hiệu suât đẩy

Tăng cường độ nhớt của nước

Giảm độ nhớt của dâu

Sử dụng chất lưu có khả năng trộn lẫn

Giảm sức căng bề mặt giữa các chất lưu

Thay đổi tính dính ướt của đá chứa

Bơm ép CO2 hoặc N2,

Bơm ép khí Hydrocacbon

Sử dụng các chất hoạt tính bề mặt

Sử dụng chất kiềm

Bơm ép hơi nóngBơm ép nước nóng

Đốt tại chô

Bơm ép vi sinh

Dùng Polimer

tính chất dâu tại mỏ, trữ lượng của mỏ, khoảng các đường ống dẫn khí và chi phí

đâu tư cho dự án, có thê nhận định là bơm ép khí hay NKLP hoàn toàn có thê áp

dụng tại Việt Nam.

Có thê nói, bơm ép khí là một trong những phương pháp gia tăng thu hồi

dâu lâu đời. Hiệu qủa thu hồi dâu đối với bơm ép khí là khá cao. Tuy từng điều

kiện mỏ mà cách thức bơm ép khí se được bơm ép khác nhau, những mỏ áp

dụng bơm ép khí gas tự nhiên, nitơ áp dụng cho các vỉa sâu, Bảng 3.5 trình bày

các mỏ áp dụng bơm ép khí Hydrocarbon được làm giàu bằng khí gas hoá lỏng

sau đó bơm ép khí đuổi bằng khí thải, khí gas tự nhiên hay nước và Bảng 3.6 và

3.7 trình bày những dự án mà đã áp dụng bơm ép khí gas hoá lỏng cho các vỉa

dâu nông.

Nhìn chung, với những kết quả khả quan về hiệu quả nâng cao hệ số thu

hồi dâu bằng giải pháp bơm ép nước khí luân phiên đã được áp dụng nhiều nơi

trên thế giới, chúng ta hoàn toàn tin tưởng rằng có thê áp dụng thành công

phương pháp này tại tâng chứa Miocen, thềm lục địa Việt Nam.

Bảng 3.5: Các dự án đẩy dâu bằng cơ chế trộn lẫn bay hơi

STT Mỏ/quốc gia Năm

áp dụng bơm

ép

Loại

dự án

Ty trọng

dâu

(0API)

Độ nhớt

của dâu

(cp)

Hệ số

nhớt

(0/s)

Ap suất

trộn lẫn

(psi)

Độ

sâu

(ft)

Bề dày tâng

khai thác

(ft)

Diện tích

vùng mỏ

(acres)

Hiệu quả

thu hồi

(%OOIP)

1 Block 31 Field (Devonian,

Texas, Mỹ)

1952 Khí thiên nhiên, N2. 46 0.2 10 3500 8400 125 – 150 7840 > 60

2 Neale 10400 ft

(Los Angeles, Mỹ)

1956 Khí thiên nhiên 47 - 4 4000 10400 10 - 36

3 University block 9

(Texas, Mỹ)

1960 Bơm ép nút khí hoá lỏng

(trộn lẫn bởi khí – nước)

38 - 29 4500 5300 4 – 45 4000 40

4 Raleigh

(Hosston, Mỹ)

1960 Khí thiên nhiên 45.5 0.093 3.5 < 5400 12600 18 812 > 52

5 Hassi-Massaoud

(Algeria)

1964 Khí thiên nhiên và khí

trộn lẫn nước

44 - 7 3700 10800 300 18000 -

6 Fairway

(Texas, Mỹ)

1966 Trộn lẫn khí nước 48 - 5.5 4800 10000 55 22600 50

7 Bridger Lake

(WY/UT)

1970 Khí thiên nhiên 40 0.5 19 5300 16500 20 3800 32

8 East Binger

(Okalahoma, Mỹ)

1977 N2 38 - - - 10000 - 13000 -

9 Fordoche

(Los Angeles, Mỹ)

1971 Khí thiên nhiên, N2 45 - 5 - 13500 25 – 35 6100 50

10 Jay-Little

(FL)

1982 N2/nước

(20%

HYDROCARBONPV)

51 - 6 3600 15000 350 14000 54

11 Lake Barre(Los Angeles, Mỹ) 1978 N2 40 – 43 - - 5800 17500 57 1194 53

Bảng 3.6: Các dự án đẩy dâu bằng cơ chế trộn lẫn ngưng tụ


áp dụng

bơm ép

Loại

dự án

Ty trọng

dâu (0API)

Độ nhớt

của dâu

(cp)

Hệ số

nhớt

(0/s)

Độ

sâu

(ft)

Bề dày tâng

khai thác

(ft)

Diện tích

vùng mỏ

(acres)

Kích cơ

nút

(%HYDR

OCARBO

NPV)

Hiệu quả thu

hồi

(%OOIP)

1 Seeligson Zone

20b – 07 (Texas,

Mỹ)

1957 Khí giàu được đẩy

theo sau là nước

40 12 6000 877 5 –10

(incremental)

50-54

(ultimate)

2 Midland Farms

(Texas, Mỹ)


bởi khí thải và nước

41 0.3 8350 600 2

3 Golden Spike

(Alberta)

1964 Khí thải đẩy khí giàu

theo chiều thăng

đứng

37 0.8 5672 550 1305 7 3.1

(incremental)

4 Pembina Bear Lake

Cardium (Alberta)


bởi khí thải và nước

37.6 1.5 52 4857 50 4160 3

5 Intisar D Reef

(Libya)

1969 Bơm khí giàu theo

chiều thăng đứng

40 0.46 20 8950 888 3300 70

(ultimate)

6 Levelland

(Texas, Mỹ)


bởi khí giàu với nước

và khí ngheo với

nước

30 1.9 86 4900 250 1190 14 3 27

(incremental)

7 South Swan Hills

(Alberta)

1973 Khí giàu/nước được

đẩy bởi khí và nước

42 0.39 18 8500 73 830 15 20

(incremental)

65 (ultimate)

Bảng 3.7: Các dự án bơm ép theo cơ chế trộn lẫn tiếp xúc 1 lân


áp dụng

bơm ép

Loại

dự án

Ty trọng

dâu (0API)

Độ nhớt

của dâu

(cp)

Hệ số

nhớt

(0/s)

Độ sâu

(ft)

Bề dày tâng

khai thác

(ft)

Diện tích

vùng mỏ

(acres)

Kích cơ

nút

(%HYDR

OCARBO

NPV)

Hiệu quả thu

hồi

(%OOIP)

1 San Pedro Block D

(Peru)

1951 Khí hoá lỏng 39 10 2300 164 20 12 10

(incremental)

2 Seminole City

(Okalahoma, Mỹ)

1953 Dùng khí đê đẩy các nút

khí hoá lỏng

37 3 30 3500 22 8.5 > 7.5

(incremental)

3 North Pembina

Cardium Unit


khí hoá lỏng

37 14 5000 16 10 7.1 72

(ultimate)

4 Bisti

(NM)


khí hoá lỏng

0.9 10 4900 130 40 – pilot

1600

5.5 55 pilot

ultimate

5 Parks Pennsylvanian

(Texas, Mỹ)


khí hoá lỏng

45 0.38 5 10400 21 6400 4 14

incremental

6 Meadow Creek Lakota

B (WY)

1957 Dùng khí và khí trộn lẫn

nước đê đẩy các nút khí

0.42 10 7300 9.5 400 7

7 Slaughter Boyd Lease

(Texas, Mỹ)

1958 Dùng khí và nước đê đẩy

các nút khí hoá lỏng

30 1.3 13 5000 40 320 0.6 4

incremental

8 Midway-Sunset 29D

(CA)


khí hoá lỏng

31 0.84 13 5300 20 160 10 51

ultimate

9 Rio Bravo

(CA)


khí hoá lỏng

38 0.28 5 11200 60 300 12

10 Wizard Lake

(Alberta)


khí hoá lỏng theo chiều

thăng đứng

39 0.5 6200 650 4800 7.4 84

(ultimate

projected)

Bảng 3.8: Các dự án bơm ép theo cơ chế trộn lẫn tiếp xúc 1 lân trong giai đoạn thu hồi tăng cường


áp dụng

bơm ép

Loại

dự án

Ty trọng

dâu (0API)

Độ nhớt

của dâu

(cp)

Hệ số

nhớt

(0/s)

Độ

sâu

(ft)

Bề dày tâng

khai thác

(ft)

Diện tích

vùng mỏ

(acres)

Kích cơ

nút

(%HYDR

OCARBO

NPV)

Tăng hiệu

quả thu hồi

(%OOIP)

1 Burkett Unit

(KS)

1958 Các nút khí hoá lỏng

được đẩy bởi khí và

nước

42 - 25 2100 30 10 10 7.0

2 Johnson

(NE)

1958 Dùng khí đê đẩy các

nút khí hoá lỏng

37 1.1 18 4600 10 164 5.5 34

3 South Ward

(Texas, Mỹ)



nước

35 4 40 2400 32 10 7.5 11.4

4 Adena Clar A

(CO)

1962 Dùng khí đê đẩy các

nút khí hoá lỏng

44 0.42 6.5 5500 28 1 bơmép,

2 khai thác

17

5 Adena Hough A

(CO)

1963 Dùng khí trộn lẫn

nước đê đẩy các nút

khí hoá lỏng

44 0.42 6.5 5500 28 80 9.0

6 Hibberd Pool

South Cuyama

(CA)



nước

35 1.7 23 4300 60 80 7.4 13.5

7 Phegly Unit

(CO)

1964 Dùng khí trộn lẫn

nước đê đẩy các nút

khí hoá lỏng

37 3 30 4900 8 785 3.3 3.5

bơm ép

Documents