VẤN đề mô HÌNH HOÁ các THÂN dầu

VẤN ĐỀ MÔ HÌNH HOÁ CÁC THÂN DẦUĐiều kiện tương tự động học Hai hệ thống thuỷ khí động lực được gọi là tương tự động học nếu thời gian di chuyển Tn của chất lỏng giữa hai điểm trên một q

Trang 2

VẤN ĐỀ MÔ HÌNH HOÁ CÁC THÂN DẦU

ĐẶT VẤN ĐỀ

■ Mô hình hoá các thân dầu bằng mô hình số thuỷ động

lực học đã được nghiên cứu, áp dụng từ giữa thế kỷ 20

và phát triển mạnh trong thời gian gần đây

■ Hiện nay trên thế giới, việc sử dụng mô hình số thuỷ

động học để kiểm soát và tính toán dự báo các chỉ số

công nghệ khai thác được áp dụng rộng rãi ở tất cả các công ty khai thác dầu, khí

■ Quá trình khai thác dầu, khí diễn ra duy nhất cho một đời mỏ, vì vậy việc mô hình hoá các thân dầu cho phép lặp đi lặp lại quá trình đó nhiều lần, với nhiều phương

Trang 3

4.1 Mô hình vật lý và mô hình toán học

■ Các mỏ dầu khí thường có cấu trúc địa chất rất phức tạp, việc tính

toán các chỉ số khai thác như sản lượng chất lưu, năng lượng vỉa, tình trạng ngập nước của thân dầu v.v rất khó khăn

■ Mô hình hoá các quá trình khai thác bằng mô hình số thuỷ động đã giải quyết được những khó khăn gặp phải, tính toán các chỉ số công nghệ cần thiết và xác lập những đặc trưng chung nhất của mỏ

■ Có thể chia thành hai nhóm là mô hình vật lý và mô hình số toán học

■ Mô hình vật lý ứng dụng để nghiên cứu các hiện tượng, các quá trình

xẩy ra trong thực tế bằng việc khảo sát chính các hiện tượng, các quá trình đó trên mô hình có kích thước nhỏ hơn (hay lớn hơn) với những điều kiện thực tương tự.

■ Kết quả nhận được trên mô hình vật lý cho phép xác định những tính

VẤN ĐỀ MÔ HÌNH HOÁ CÁC THÂN DẦU VẤN ĐỀ MÔ HÌNH HOÁ CÁC THÂN DẦU

Trang 4

■ Kết quả nhận được trên mô hình vật lý cho phép xác định những tính chất, đặc trưng về định lượng và

định tính của các đối tượng, quá trình khảo sát

trong điều kiện thực tế

■ Những kết quả nhận được trên mô hình vật lý phù

hợp với thực tế

động lực được gọi là tương tự hình học, nếu các

kích thước tương ứng của chúng tỷ lệ.

Trang 5

Điều kiện tương tự động học

Hai hệ thống thuỷ khí động lực được gọi là tương tự động học nếu thời gian di chuyển Tn của chất lỏng giữa hai điểm trên một quỹ đạo trong

hệ thống này tỷ lệ với thời gian di chuyển Tm của chất lỏng giữa hai điểm tương ứng của hệ thống kia.

■ Từ đây suy ra giữa vận tốc và gia tốc sẽ có các tỷ lệ sau:

Trang 6

Điều kiện tương tự động lực học – Hai hệ thống thuỷ khí

động lực được gọi là tương tự động lực học nếu khối lượng của các phần tử chất lỏng tương ứng trong hai hệ thống tỷ

lệ với nhau:

■ Kρ = const - là điều kiện cơ bản để có tương tự động học

Từ đây suy ra các lực tỷ lệ với nhau nếu:

■ Ne = const – là điều kiện cơ bản để có tương tự động lực

học

Trang 7

Mô hình toán học

■ Ứng dụng để khảo sát quá trình khai thác diễn ra trong các thân dầu

bằng hệ các phương trình toán học với những điều kiện tương hợp với thực tế

■ Mô hình toán học đã lý tưởng hoá các quá trình khai thác thân dầu, xây dựng sơ đồ tính toán, giữ lại những đặc trưng chính diễn ra trong thực tế.

■ Trong quá trình tính toán, các chỉ số công nghệ khai được khảo sát trên

mô hình số thuỷ động học như động thái biến đổi chất lưu thu được tại các giếng, đặc trưng năng lượng vỉa v.v

■ Việc sử dụng mô hình toán học để mô tả quá trình khai thác các thân

dầu với những thông số vật lý, đã “vật lý hoá” mô hình toán học và tạo nên mô hình hỗn hợp “vật lý - toán”

■ Việc sử dụng hệ các phương trình thuỷ động học, được “toán học hoá”

và “vật lý hoá” để nghiên cứu quá trình khai thác, không cho nghiệm chính xác cũng như nghiệm gần đúng, mà cho nghiệm của lớp bài toán

có nghiệm tương tự.

Trang 8

Mô hình tương tự

■ Được xây dựng trên cơ sở sự tương đồng giữa các quá trình thấm và

những hiện tượng vật lý (khuyếch tán, truyền dẫn nhiệt, dòng điện v.v.);

■ Có các phương trình toán học cơ sở giống nhau, cùng mô tả những quá

trình vật lý khác nhau;

■ Tính tương tự được thiết lập trên cơ sở các phương trình đặc trưng (ví

dụ định luật Darcy trong lý thuyết thấm và định luật Ôm của dòng điện), có cùng nguyên lý bảo toàn (khối lượng, xung lượng, năng lượng, điện năng v.v.) của các hiện tượng vật lý.

■ Hiện nay với những công nghệ mới trong kỹ thuật tính toán, mô hình

tương tự ít được sử dụng

Trang 9

Phân tích thứ nguyên

■ Các quá trình thuỷ động lực học là tổ hợp các dịch chuyển của chất

lưu từ trong vỉa đến giếng và từ đáy giếng lên bề mặt

■ Trong nhiều trường hợp, không thể giải các bài toán kỹ thuật với sự hỗ trợ của máy tính, thậm chí không thể đặt bài toán một cách đúng đắn.

■ Áp dụng lý thuyết thứ nguyên có ý nghĩa quan trọng, giúp giải quyết

vấn đề một cách rõ ràng và dễ hiểu

■ Lý thuyết thứ nguyên được xây dựng theo nguyên tắc: tất cả các đại

lượng vật lý đều có thứ nguyên (đơn vị đo) và được biểu diễn bởi các đơn vị - chiều dài (L), khối lượng (M) và thời gian (t)

■ Áp dụng lý thuyết thứ nguyên có thể giải quyết được nhiều bài toán

phức tạp

Trang 10

4.2 Một số dạng mô hình hoá các thân dầu

1. Mô hình đồng nhất Các thông số của thân dầu (độ rỗng m, độ

thấm K) được xem là các hằng số

2. Mô hình phân lớp Thân dầu có cấu trúc bất đồng nhất, được

chia thành nhiều lớp với độ rỗng (mi), độ thấm (ki), chiều dày hi của mỗi

lớp khác nhau Tại mỗi lớp các thông số mi, ki được xem là hằng số

3. Mô hình thân dầu trong đá nứt nẻ, hang hốc

Thân dầu đá chứa nứt nẻ hang hốc được lý tưởng hoá dạng khối hộp, bị

chia cắt bởi mạng lưới các nứt nẻ Hệ thống nứt nẻ được xem như mạng

lưới phân chia thân dầu thành nhiều ô nhỏ với độ rỗng m Ni , độ thấm K Ni ;

mỗi ô lưới là một khối matric nhỏ có độ rỗng mi, độ thấm Ki Giữa các nứt

nẻ, hang hốc và matríc có sự vận động trao đổi chất lưu

Hai loại mô hình của đá chứa nứt nẻ:

■ Mô hình Kazemi được áp dụng cho đá chứa nứt nẻ phân lớp;

■ Mô hình nứt nẻ Warren – Roots áp dụng cho đá chứa nứt nẻ hang hốc, bất

Trang 11

Trang 12

4.3 Mô hình số thuỷ động

■ Mô hình số thuỷ động được ứng dụng rộng rãi để tính toán các chỉ số

công nghệ khai thác mỏ

■ Những bộ chương trình lớn như IMEX, GEM, STAR của CMG,

ECLIPSE của Schlumberger, Workbanch của Beicip-Franlab v.v

được nhiều công ty khai thác dầu khí trên thế giới sử dụng.

■ Quá trình chuyển động của chất lưu trong các thân dầu được biểu diễn

dưới dạng hệ phương trình thuỷ động lực học

■ Việc tìm nghiệm chính xác của hệ phương trình này chỉ mới thành công

ở một số trường hợp riêng, đơn giản.

■ Hệ phương trình thuỷ động được sai phân hoá theo nhiều phương pháp.

■ Phương pháp thông thường được sử dụng là phương pháp IMPES (bán tường minh, áp suất là hàm ẩn, còn độ bão hoà dầu, nước, khí được cho dưới dạng đã biết)

■ Kết quả nhận được cho phép thay thế hệ phương trình thuỷ động bằng

hệ phương trình dưới dạng sai phân hoá, trên cơ sở đó thiết lập chương trình phần mềm để tính toán

Trang 13

■ Mô hình số thuỷ động của một thân dầu cần có hai điều

kiện cơ bản: liên tục về áp suất và liện tục của dòng chảy

■ Hai điều kiện này là cơ sở để hiệu chỉnh trường độ thấm,

độ rỗng và một số thông số khác trong quá trình lặp lại

lịch sử khai thác

■ Mô hình số thuỷ động được thiết lập trên cơ sở số liệu của

mô hình địa chất và những thông số thuỷ động học của

thân dầu

■ Sơ đồ mạng ô lưới của mô hình số thuỷ động được lựa

chọn tương hợp với mạng lưới của mô hình địa chất

■ Việc lựa chọn sơ đồ mạng ô lưới hợp lý sẽ giúp cho việc

nhập các dữ liệu dễ dàng, rút ngắn thời gian tính toán.

Trang 14

3.1 Trường độ thấm xây dựng theo ĐVLGK

■ Được xây dựng trên cơ sở số liệu độ thấm xác định theo khí.

■ Phương pháp này có hạn chế, độ thấm xác định gián tiếp theo khí, theo

tài liệu địa vật lý giếng khoan, khi giếng chưa làm việc, vì vậy ít trùng hợp với thực tế

3.2 Trường độ thấm xây dựng trên quan hệ

■ Kết quả phân tích các mẫu đo được, nhận thấy giữa độ rỗng và độ thấm

chỉ có xu hướng độ rỗng tăng cao thì độ thấm cũng có xu hướng như vậy nhưng với mức độ khác

■ Cùng một giá trị độ rỗng nhưng có nhiều giá trị độ thấm ở nhiều mẫu lõi

và ngược lại

■ Phương pháp này không được áp dụng cho đá chứa nứt nẻ hang hốc

Trang 15

Trang 16

■ Trường độ thấm được xây dựng trên giả thiết cho rằng các đứt gãy

(được tạo thành do nhiều nguyên nhân như sự vận động trong quá trình hình thành địa chất của thân dầu hay những tác nhân thuỷ nhiệt khác v.v.) đã tạo nên miền dập vỡ, có độ thấm

■ Giá trị độ thấm phụ thuộc vào mức độ dập vỡ, đứt gãy của đá Độ thấm

có giá trị lớn nhất nằm ở tâm đứt gãy, càng xa tâm đứt gãy giá trị độ thấm giảm dần theo một xu hướng nào đó Vị trí của tâm đứt gãy, nơi

có giá trị độ thấm cực đại không thể xác định được.

■ Trường độ thấm xây dựng theo phương pháp này mang tính định tính,

ít phù hợp với thực tế Trường độ thấm trong SĐCN 1998, 2003 của đá Móng mỏ Bạch Hổ được thiết lập theo phương pháp này.

■ Thực tế khai thác ở thân dầu đá Móng mỏ Bạch Hổ cho thấy, các số đứt gãy trực tiếp cắt ngang qua giếng khai thác nhưng không có độ thấm

Trang 17

Trang 18

3.4 Trường độ thấm xây dựng theo phương pháp thống kê

■ Giá trị độ thấm được xác định theo nhiều phương pháp

(đóng giếng, khảo sát sự phục hồi áp suất vỉa; phương

pháp khảo sát dòng với nhiều chế độ làm việc của giếng

(PLT); theo mẫu lõi; theo mặt cắt dòng nhiệt; theo

đường biểu đồ)

■ Trên cơ sở tập hợp nhiều giá trị độ thấm phân bố theo

diện tích và theo chiều sâu lát cắt thiết lập trường độ

thấm

■ Trường độ thấm xây dựng cần có khối lượng số liệu lớn,

nhiều thời gian để xử lý số liệu nhưng kết quả thu được

Trang 19

3.5 Nhận xét chung về trường độ thấm đá Móng

■ Độ thấm của thân dầu đá Móng mỏ Bạch hổ được xác định theo nhiều

phương pháp (theo ĐVLGK, theo mẫu lõi, theo đóng giếng phục hồi áp suất vỉa và theo nhiệt thuỷ động)

■ Độ thấm xác định theo mẫu lõi, theo địa vật lý giếng khoan và theo nghiên cứu nhiệt thuỷ động lực học đều phản ảnh đặc tính bất đồng nhất cao và biến đổi phức tạp của thân dầu, theo chiều sâu và theo diện tích.

■ Độ thấm xác định theo mẫu lõi, quan hệ của nó với độ rỗng hở phản ánh

tính phức tạp của cấu trúc không gian lỗ hổng, đặc trưng kiểu tầng chứa hỗn hợp, trong đó tương quan tỷ lệ giữa độ nứt nẻ, hang hốc và lỗ hổng giữa hạt thay đổi trong phạm vi rộng Phần lớn giá trị độ thấm thu được

từ nghiên cứu mẫu lõi đặc trưng cho phần đá chặt sít

■ Trên cơ sở tập hợp số liệu độ thấm, thiết lập được quy luật biến đổi của

Trang 20

● C ác đường thấm pha có ảnh lớn đến sự dịch chuyển của chất lưu, sự

xuất hiện sớm hay muộn của nước ở giếng khai thác và sự tồn đọng dầu trong thân dầu

● Trên biểu đồ đường thấm pha của dầu (khí), nước những điểm tới hạn,

mà từ đó dầu (khí), nước tham gia vào chuyển động quyết định đặc trưng khai thác của thân dầu.

● Đối với pha nước, trong trường hợp tổng quát, giá trị nước liên kết ban đầu khác biệt với giá trị tới hạn

● Không phải bao giờ giá trị nước liên kết ban đầu cũng khác biệt với giá trị tới hạn

● Những thân dầu có nước đáy hoặc nước rìa hoạt động, ở những vùng

dầu cận ranh giới dầu nước, tỉ phần nước đã cao, chỉ cần vượt ngưỡng này là nước tham gia vào chuyển động; còn đối với những vùng ở xa ranh giới dầu nước, tỉ phần nước thấp hơn, nước tham gia vào chuyển động muộn hơn

Trang 21

Trang 22

Trang 23

4.5 Lựa chọn mô hình số thuỷ động

■ Thân dầu đá Móng là đối tượng khai thác trong đá chứa

nứt nẻ hang hốc, tồn tại các khối matric hầu như không

chứa dầu Đá Móng có các nứt nẻ, hang hốc bão hoà dầu Các nứt nẻ lớn được bao bởi vô số vi nứt nẻ và là các kênh dẫn chính dẫn dầu tới các giếng; các vi nứt nẻ không cho

dầu chảy qua, đóng vai trò nguồn nuôi, chứa dầu

■ Mô hình thuỷ động phù hợp với đá Móng mỏ Bạch Hổ là

mô hình chuẩn hai độ rỗng (standard dual-porosity

model), trong mô hình này các nứt nẻ sẽ là các kênh dẫn

chính dầu đến các giếng khai thác, các matric chứa dầu -

nguồn nuôi đóng vai trò các vi nứt nẻ.

Trang 24

Trang 25

Trang 26

Trang 27

Trang 28

a Kiểm soát áp suất vỉa

■ Năng lượng vỉa quyết định toàn bộ mọi hoạt động của đối tượng khai thác;

■ Trước khi lặp lại lịch sử khai thác cần kiểm tra năng lượng của thân dầu

■ Việc kiểm soát năng lượng vỉa diễn ra trong hai giai

đoạn:

+ giai đoạn lặp lại lịch sử khai thác.

Trong giai đoạn này năng lượng vỉa dễ dàng được lặp lại nhờ áp đặt các dữ liệu khai thác (trữ lượng, độ

thấm, sản lượng thu hồi, khối lượng nước bơm ép)

+ giai đoạn dự báo các chỉ số công nghệ khai thác

■ Giai đoạn dự báo khai thác, việc kiểm soát năng

lượng vỉa phụ thuộc vào các chuẩn công nghệ đặt ra

Năng lượng vỉa sẽ được duy trì 100% hay 95% năng

lượng cần có

Trang 29

b Lặp lại lịch sử khai thác

■ Mục đích của lặp lại lịch sử khai thác là chính xác hoá mô hình địa

chất, điều chỉnh các thông số cần thiết;

■ Cần phải hiểu rõ cấu trúc địa chất của thân dầu, quá trình hoạt động

của các giếng và hiệu chỉnh dữ liệu ở cấp độ cho phép;

■ Có thể hiệu chỉnh các thông số như độ rỗng, độ thấm, hệ số nén của

thân dầu, đường thấm pha v.v.;

■ Một số giếng cục bộ, không rõ nguồn gốc nước từ đâu đến thì cần phải

tạo lập các đệm nước với áp lực nước phù hợp;

■ Có thể lặp lại lịch sử khai thác của các giếng bằng nhiều tổ hợp dữ liệu

ban đầu khác nhau và cùng nhận được một kết quả

■ Trước khi tiến hành lặp lại lịch sử khai thác của cả thân dầu, hiệu

chỉnh trường độ rỗng, trường độ thấm, đường thấm pha v.v để có được trữ lượng dầu phù hợp với trữ lượng đưa vào tính toán;

Trang 30

c Tính toán dự báo các chỉ số công nghệ khai

thác

■ Để tính toán dự báo các chỉ số công nghệ khai thác có thể:

+ cho trước lưu lượng chất lưu Q, dự báo các chỉ số công nghệ khai thác;

+ cho trước chênh áp ∆P, tính toán các chỉ số công nghệ khai thác.

■ Ưu điểm của cho trước lưu lượng chất lưu Q là dễ dàng có được lượng

chất lưu cần thu hồi, áp đặt lưu lượng theo dự báo

■ Nhược điểm là ở một số trường hợp, sẽ tạo nên chênh áp khá lớn, không

phù hợp với thực tế

■ Cho trước chênh áp ∆P có ưu điểm sự biến đổi áp suất trong thân dầu

tương hợp với thực tế, chất lưu thu được nằm trong giới hạn cho phép

■ Đối với các giếng mới đưa vào hoạt động, việc áp đặt lượng chất lưu sẽ

không đạt được, do không tương hợp với những thông số khác Trong

Định dạng
Số trang	53
Dung lượng	1,27 MB