Đồ án kỹ thuật dầu khí 1

Đặt vấn đề: Trong quá trình phát tri n m d u khí, công viể ỏ ầ ệc phân tích lưu lượng lỏng khai thác trên số liệu đo đạc rất quan trọng.. Phân tích dữ liệu khai thác s giúp vi c dẽ ệ ự b

ĐẠI HỌ C QU C GIA Ố

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP H CHÍ MINH Ồ



Đồ án kỹ thuật dầu khí 1

LỚP L01 - NHÓM 08 HK 211 -NGÀY NỘP 20/12/2021

Giảng viên hướ ng dẫn: TS Phùng Đại Khánh

Sinh viên thực hi n ệ Mã số sinh viên Điểm số

Thành phố H Chí Minh 2021 ồ –

LỜI C ẢM ƠN

Lời đầu tiên chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc sắc nhất đến tất cả các thầy giáo, cô giáo Khoa K thuỹ ật Địa ch t & D u khí ấ ầ – Trường Đại h c Bách khoa TP HCM, ọ

đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức chuyên ngành, đóng góp những kiến thức chuyên môn quý báu để chúng em trang b cho mình và t ị ừ đó cũng là kiến th c nứ ền tảng để chúng em thực hiện đồ án môn học này Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đến TS Phùng Đại Khánh, Khoa K ỹ thuật Địa Chất & D u Khí - ầ Trường Đại học Bách Khoa TP HCM đã tận tình hướng dẫn và hỗ trợ t n tình trong suậ ốt quá trình thực hiện đồ án môn học

Xin cảm ơn đến tài li u tham kh o c a các tác giệ ả ủ ả mà em tìm đọc và s d ng ử ụ trong su t quá trình th c hi n, nhố ự ệ ờ đó mà chúng em được bi t thêm, h c h i thêm, m ế ọ ỏ ở rộng thêm nh ng tri thữ ức Do điều kiện cũng như kiến thức, trình độ ể hi u bi t còn hế ạn chế, Đồ án môn học của nhóm chúng em không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế Chúng em r t mong nhấ ận được s c m thông, chia s , góp ý t phía Th y và các b n ự ả ẻ ừ ầ ạ nhằm giúp nhóm hoàn thiện hơn không những ở Đồ án này này mà còn c ng c thêm ủ ố lượng kiến thức cho những công việc sau này, qua đó có thể hoàn thành tốt các tiêu chí thành ph n c a môn h c M t l n n a chúng em xin chân thành cầ ủ ọ ộ ầ ữ ảm ơn và kính chúc tất

cả quý th y cô và các b n luôn d i dào s c kh e và gầ ạ ồ ứ ỏ ặt hái được nhi u thành công trong ề

sự nghi p và cuệ ộc sống

Trân trọng

Nhóm tác gi ả

Mục Lục

I Đặt vấn đề: 4

II Cơ sở lý thuyết: 4

2.1 Suy giảm theo hàm mũ 5

2.2 Suy gi m theo hàm Hypebolả 6

2.3 Suy giảm theo hàm điều hòa 6

III Tính toán trên excel: 8

3.1 Đồ thị ố m i quan h ệ giữa flow-rate và time; gi a flow-rate và ữ

cummulative-rate; gi a log(flow-rate) và time:ữ 8

a) Đồ thị ố m i quan h ệ giữ a flow-rate và time 8

b) M i quan hố ệ giữ a Flow-rate và cummulative 9

c) M i quan hố ệ giữ a log(flow-rate) và time 9

3.2 Ứng dụng phương pháp đường cong suy gi m áp suả ất Arps' Decline Curve Analysis d báo khai thác t ngày th ự ừ ứ 2689 đến ngày th 3053ứ 10

IV Tài li u tham kh o ệ ả 15

I Đặt vấn đề:

Trong quá trình phát tri n m d u khí, công viể ỏ ầ ệc phân tích lưu lượng lỏng khai thác trên

số liệu đo đạc rất quan trọng Phân tích dữ liệu khai thác s giúp vi c dẽ ệ ự báo lưu lượng khai thác trong tương lai chính xác hơn và đảm bảo kế hoạch khai thác an toàn và hiệu quả Hi n nay, công việ ệc này được th c hi n dự ệ ựa trên các phương pháp truyền th ng, ố trong đó có các mô hình Arps (1945), Fetkovich (1980), Palacio và Blasingame (1993), Agarwal và cộng sự (1993), FMB (1998) Cơ sở ủa các phương pháp này là dự c a trên

số liệu lưu lượng khai thác bi u diể ễn tương quan theo thời gian để xây dựng đường cong thực nghiệm hay đường cong suy gi m sát th c t nhả ự ế ất Quá trình xác định phương trình toán học như trên được gọi là phương pháp phân tích đường cong suy gi m hay quá ả trình kh p l ch sớ ị ử Nhược điểm của các phương pháp này là cần có giả thiết áp suất đáy giếng không thay đổi, điều kiện biên của vỉa trong giai đoạn xem xét là một hằng số và không xét tới điều ki n v n hành giệ ậ ếng Điều đó có nghĩa là giếng khai thác trong giai đoạn giả ổn định hay giai đoạn trung gian sẽ không thỏa mãn điều kiện và dẫn tới việc

dự báo lưu lượng khai thác thiếu chính xác Một số nghiên cứu gần đây về dự báo khai thác đã được th c hi n trên v a dự ệ ỉ ầu trong đá nứt n ẻ như H.Pratikno và cộng s , L.Mattar ự

sử dụng phương trình cân bằng v t chậ ất để mô ph ng k t quỏ ế ả đo thự ếc t K t qu cế ả ủa các nghiên cứu này là đưa ra kết lu n không có b t c mô hình nào có th áp d ng cho ậ ấ ứ ể ụ tất c gi ng khai thác trên th giả ế ế ới Tùy vào đặc điểm của m d u khí mà c n thi t kỏ ầ ầ ế ết hợp dữ liệu khai thác t i khu vạ ực đó để tiến hành ch y th và l a chạ ử ự ọn mô hình cũng như thông số đi kèm để giảm sai s trong d ố ự báo Như vậy có th ể thấy r ng các mô hình ằ

dự báo truy n th ng có nhiề ố ều nhược điểm vì trong quá trình khai thác nhiệt độ và áp suất luôn thay đổi sau thời gian nhất định Ngoài ra, trong quá trình vận hành giếng thì kích thước hay độ mở van (choke) cũng là yếu tố quan trọng trong việc xác định lưu lượng khai thác

II Cơ sở lý thuyết:

Đường cong suy giảm là m t trong nh ng d ng phân tích d ộ ữ ạ ữ liệu được sử dụng rộng rãi nhất được sử dụng để đánh giá trữ ợng khí đố lư t và dự đoán sản lượng trong tương lai

Kỹ thuật phân tích đường cong suy gi m d a trên gi ả ự ả định rằng xu hướng s n xu t trong ả ấ quá kh và các y u t ki m soát c a chúng sứ ế ố ể ủ ẽ tiế ục trong tương lai và từ đó có thểp t được ngoại suy và mô tả bằng toán học Phân tích đường cong suy giảm dựa trên kinh nghiệm m i quan h cố ệ ủa tốc độ s n xu t so vả ấ ới thời gian, đưa bởi Arps (1945) Các mô hình c a Arps th hi n suy giủ ể ệ ảm lưu lượng khai thác và không xem xét thông s c a vố ủ ỉa hay c a giủ ếng, cũng như điều ki n v n hành khai thác c a gi ng Mô t toán h c c a các ệ ậ ủ ế ả ọ ủ đường cong suy gi m s n xuả ả ất này được đơn giản hóa rất nhiều b ng cách s d ng t l ằ ử ụ ỷ ệ suy gi m t c th i D Tả ứ ờ ốc độ suy giảm này đượ định nghĩa là tốc độ thay đổc i của lôgarit

tự nhiên của lưu lượng s n xuả ất, tức là ln (q), theo thời gian t

𝐷 = 𝑑( 𝑞)ln

𝑑𝑡 = −1

𝑞 𝑑𝑞

𝑑𝑡; D = kqb

Dấu tr ừ đã được thêm vào vì dq và dt có dấu đối nhau và nó là thu n tiậ ện để có D luôn luôn dương Lưu ý ằng phương trình suy giảr m, mô tả những thay đổi tức thời trong độ dốc của độ cong dq /dt, với sự thay đổi trong lưu lượng dòng chảy

q qua th i gian ờ

Từ hai phương trình trên ta chứng minh được:

Di = k qib => K = 𝐷𝑖

𝑞 𝑖 𝑏

Ta được: k qib = −1

𝑞

𝑑𝑞 𝑑𝑡 𝐷𝑖

𝑞 𝑖 𝑏 qib = −1

𝑞

𝑑𝑞

𝑑𝑡  ∫0𝑡𝑞𝐷𝑖𝑖𝑏 𝑑𝑡= − ∫ 1

𝑞 (𝑏+1)

𝑞 𝑞𝑖

Suy ra: 𝐷𝑖

𝑞 𝑖 𝑏𝑡 = 1

𝑞𝑏− 1

𝑞𝑖 => 𝑞𝑡= 𝑞𝑖

(1+𝑏𝐷 𝑡) 𝑖 1

Trong đó:

𝑞𝑡 = lưu lượng khai thác trong thời gian t, MMscf/day

𝑞𝑖 = lưu lượng khai thác ban đầu, MMscf/day

t = gi , ngày ờ

𝐷𝑖 = t l suy giỉ ệ ảm ban đầu, day -1

b = suy giảm số mũ đường cong của arps

Giá tr c a b n m trong kho ng tị ủ ằ ả ừ 0 đến 1 Theo đó Arps phương trình có thể được th ể hiện m t cách thu n ti n trong ba hình th c sau: ộ ậ ệ ứ

2.1 Suy giảm theo hàm mũ:

Lưu lượng khai thác suy giảm được thể hiện như phương trình 1, phương pháp này thường được sử dụng cho vỉa khai thác bằng khí hòa tan

𝑞 = 𝑞𝑖𝑒−𝐷𝑡

Trong đó:

𝑞𝑖: Lưu lượng t i thạ ời điểm t = 0;

D: T l suy gi m hay h s kinh nghi m, ỷ ệ ả ệ ố ệ xác địnhthông qua dữ liệ ịu l ch s khai thác ử khi biết lưu lượng khaithác t i 2 thạ ời điểm bấ ỳt k

D=

ln 𝑞1 𝑞2

𝑡2−𝑡1

Nếu dùng phương pháp bình phương cực tiểu thì:

D = ∑ [ 𝑡 ln (

𝑞𝑖

𝑞𝑡 )]

𝑡

∑ 𝑡 2 𝑡

2.2 Suy gi m theo hàm Hypebol: ả

Lưu lượng suy giảm thay đổi theo hàm số khôngtuyến tính trong đồ thị bán logarit được xác định theo phương trình 2:

𝑞 = 𝑞𝑖 (1 + 𝑏𝐷𝑖𝑡)1𝑏

Trong đó:

𝑞𝑖: Lưu lượng t i thạ ời điểm t = 0;

b: H ng s n m trong kho ng 0 - 1 (B ng 1), b = 0ằ ố ằ ả ả tương ứng đường cong suy gi m hàm ả

mũ, b = 1 tương ứng trường hợp suy giảm theo hàm điều hòa

Hệ số 𝐷𝑖thay đổi theo thời gian theo mối tương quan

2.3 Suy giảm theo hàm điều hòa

Đây là trường hợp đặc biệt của suy giảm theo hàm Hypebolkhi hệ số b = 1 (phương trình 3):

𝑞𝑖= 𝑞0

1 + 𝑏𝐷𝑖𝑡

Giá trị b Đặc điểm của vỉa được áp dụng

0 Dòng chảy đơn pha chất lỏng ở chế độ chị ảnh hưởu ng c a biên ủ

hoặc dòng khí đơn pha áp cao

0,5 Mỏ d u nhe, chầ ịu ảnh hưởng của nước rìa

Bảng 2.1: Giá trị h ng s b ằ ố Các dạng đường

cong

Dạng hàm mũ Dạng hàm Hypebol Dạng hàm điều

hòa (Harmonic) Các h sệ ố đặc

trưng D là hằng s ố

b = 0

1

1 ln

q D

 

D phụ thuộc b

0 < b < 1

1

b i q q D dt

  −

 

 

=

D tỷ l vệ ới lưu lượng

b = 1

1

i q q D

−

=

−

Hàm lưu lượng

i b i

q q

bD t

=

o i i

q q

bD t

= + Hàm sản lượng

tích lũy cộng dồn

theo lưu lượng q(t)

f ab f

Q D

−

(1 )

b

i

i

q

b D

p i

Q

=

Ứng dụng đường

cong tính theo t c ố

độ suy giảm

Xác định trữ lượng t i thiểu ố

Xác định trữ lư ng có ợ khả năng

Xác định trữ lượng có thể thu hồi được tại thời điểm đang xét Lượng

hydrocarbon có th ể

thu hồi (EUR)

f ab p

N D

−

(1 )

b

i

i

q

b D

p i

N

+

Lượng

hydrocarbon tại

EUR N

= + Bảng 2.2: Phân bi t các dệ ạng đường suy giảm lưu lượng thực nghiệm của Arps

Hình 2.1: Tỉ l ệ đường cong suy giảm với thời gian( hàm mũ, hàm điều hòa, hàm

hypepol)

Để phân biệt 3 đường cong suy gi m c a Arps, b ng t ng h p các thông s và công thả ủ ả ổ ợ ố ức tính toán lưu lượng, ứng dụng xác định lượng hydrocarbon có thể thu hồi Thực tế cho thấy hàm mũ cho dự báo có tính h i t nhanh nh t trong khi hàm d ng hài hòa thì h i t ộ ụ ấ ạ ộ ụ

chậm hơn Vì vậy, tùy vào đặc tính khai thác mà lựa chọn mô hình phù hợp Ngoài ra, khi trong quá trình kh p l ch s ớ ị ử khai thác cũng cần quan tâm tới sản lượng c ng dộ ồn để

so sánh th c t vì có th mô hình yêu c u s ự ế ể ầ ố liệu v i thớ ời gian dài để quá trình mô ph ng ỏ chính xác hơn

Phương pháp xác định hàm suy giảm:

Xác định loại suy giảm thể hiện đầy đủ dữ liệu lịch sử Điều này có thể được thực hiện bằng cách xây d ng hai cácự h sau đây :

• Vẽ đồ thị so với t trên thang đo nửa log q(t)𝑞𝑡 Mô hình tạo ra một đường thẳng thì do đó sự suy giảm là theo cấp số nhân

• Vẽ đồ thị 𝑞𝑡 so với Gp (t) trên thang đo nửa log q(t) Mô hình một lần nữa tạo ra một đường thẳng thì do đó sự suy giảm phải là theo điều hòa

• Nếu hai biểu đồ khác như trên thì chỉ ra rằng sự suy giảm phải có dạng hypebol

III Tính toán trên excel:

3.1 Đồ thị mối quan hệ giữa flow rate và time; giữa flow - -rate và

cummulative-rate; giữa log(flow-rate) và time:

a) Đồ thị mối quan hệ giữa flow-rate và time:

Ta phụ khối toàn bộ hai c t Days và rate -> Insert -> ch n biộ ọ ểu đồ muốn v ( Scatter) ẽ

Hình 3.1.1: Mối quan h gi a Flow-time và rate ệ ữ Tương tự dùng cho hai biểu đồ còn lại

b) Mối quan hệ giữa Flow-rate và cummulative:

Hình 3.1.2: Mối quan h giệ ữa flow-time và cummulative

c) Mối quan hệ giữa log(flow-rate) và time:

Hình 3.1.3: Mối quan h giệ ữa log(flow-rate) và time

Nhận xét:

Đồ ị th 3.1.1

- Lưu lượng khai thác cao nhất của dữ liệu là 3082 đơn vị đo lượng khai thác/ngày

- Nhiều vùng dữ liệu có giá trị lưu lượng khai thác bằng “0” có thể do các yếu tố chủ quan như: thời tiết, các vấn đề về máy móc, kỹ thuật, các đặc tính tự nhiên của vỉa, các vấn đề chính trị hoặc do các yếu tố chủ quan như: đọc sai số liệu, sai lệch trong tính toán…

- Lưu lượng khai thác từ ngày 1803 đến ngày 2500 tương đối ổn định Trong khi lưu lượng từ ngày 374 đến ngày 1224 có sự biến đổi nhanh

Đồ ị th 3.1.2

- Tại điểm có lưu lượng khai thác cao nhất, trữ lượng dầu tích lũy đạt giá trị 583032 đơn vị trữ lượng

- Khi trữ lượng tích lũy gần đạt 1500000 đơn vị trữ lượng thì lưu lượng khai thác giảm dần

Đồ ị th 3.1.3

- Nhìn chung hình biểu diễn mối quan hệ của log(q ) so với thời gian có dạng đường t thẳng

- “Khoảnh trống” từ ngày 1225 đến ngày 1574 là do không tính toán được giá trị log Bên cạnh đó cũng có nhiều điểm đạt giá trị “0” khác làm ảnh hưởng đến việc xây dựng mô hình

3.2 Ứng dụng phương pháp đường cong suy giảm áp suất Arps' Decline

Curve Analysis dự báo khai thác từ ngày thứ 2689 đến ngày thứ 3053:

- Bước 1: Xác định những khoảng suy giảm trong bảng dữ liệu

- Bước 2: Trong bộ dữ liệu này ta chọn khoảng thời gian từ ngày 2432 đến ngày

2688 Do đồ thị thể hiện log(qt) so với thời gian là đường thẳng nên ta chọn hàm suy giảm là hàm số mũ

Hình 3.2.1 Đồ thị thể ệ hi n log(q ) so vt ới thời gian t ừ ngày 2432 đến ngày 2688

1

10

100

1,000

10,000

Thời gian (ngày)

Đồ thị thể hiện log(q ) so với thời gian từ ngày 2432 đến ngày 2688 t

- Bước 3: Xác định D T i ừ công th c ứ q=q e i và hàm toán học phía trên, suy ra

Di =

ln ( 𝑞2432

𝑞2688)

𝑡2688−𝑡2432 = ln (

1473.828

1142 984 ) 2688−2432 = 0.99% / ngày Xác định D itheo phương pháp bình phương cực tiểu:

Di = ∑ [ 𝑡 ln (

𝑞𝑖

𝑞𝑡 )]

𝑡

∑ 𝑡 2

𝑡 = 0.86% / ngày

- Bước 4: Ước lượng dự đoán khai thác từ ngày 2689 đến ngày 3053 theo công

i

q=q e− v i qớ i là lưu lượng ngày 2432 và D = 0.86% B ng k t qui ả ế ả như sau:

- Bước 5: Vẽ đồ thị dự doán lượng khai thác dựa trên lịch sử khai thác

Hình 3.2.2 Đồ thị thể ện lưu lượ hi ng khai thác theo th i gian ờ

0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

Thời gian (ngày)

Đồ thị thể hiện lưu lượng khai thác theo thời gian

IV Tài li u tham kh o ệ ả

1 Nguyễn Văn Hùng, Lê Phúc Nguyên Phát tri n mô hình d báo khai thác cho các ể ự

giếng khí Tạp chí đầu khí s 8-2019, trang 14-20 ố

2 H.Pratikno, J.A.Rushing, T.A.Blasingame Decline curve analysis using type curves

- fractured wells SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Denver,

Colorado.5- 8 October, 2003

3 Tarek Ahmed Reservoir Engineering Handbook Third Edition

4 Robert W.Gentry Decline-Curve Analysis January 1 1972, SPE-3556

5 Hedong Sun Advanced production decline analysis and application Gulf

professional publishing 2015

6 J.J Arps Analysis of Decline Curves SPE-945228-G, December 01 1945