Xây dựng mô hình ứng xử pha cho mỏ khí condensat–ứng dụng dự báo khai thác cho mỏ khí hừng đông, bồn trũng cửu long

Ý ngh ĩa thực tiễn của luận văn là đã nêu lênđược quy trình xây d ựng mô hình ứng xử pha áp dụng cho khí condensat có s ự hỗ trợ của phần mềm thương mại PVTi của Schlumberger, từ cách ki

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-NGUYỄN THẾ DUY

XÂY D ỰNG MÔ HÌNH ỨNG XỬ PHA CHO MỎ KHÍ CONDENSAT– ỨNG DỤNG DỰ BÁO KHAI THÁC CHO M

Ỏ KHÍ HỪNG ĐÔNG, B ỒN TRŨNG CỬU LONG

Chuyên ngành:Địa chất dầu khí ứng dụng

Mã s ố học viên: 09360599

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Công trình được hoàn thành t ại: Trường Đại học Bách KhoaĐ-HQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học :

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa,ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm

Thành ph ần Hội đồng đánh giá ậlun văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ h ọ, tên, học hàm, h ọc vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi lu ận văn đã được sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian học tập, nghiên ứcu và làm vi ệc một cách nghiêm túc,ậlun văn

cao học chuyên ngành Điạ Chất Dầu Khí Ứng Dụng với đề tài nghiên cứu “XÂY

DỰNG MƠ HÌNH ỨNG XỬ PHA CHO MỎ KHÍ CONDENSAT-ỨNG DỤNG DỰ BÁO KHAI THÁC CHO M Ỏ KHÍ HỪNG ĐƠNG, BỒN TRŨNG CỬU LONG” của

học viên Nguyễn Thế Duy đã hồn t ất Để cĩ được thành qu ả này, tác giả đã nh ận đượcrất nhiều sự giúp đỡ trong việc truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm và t ận tình chỉ bảo của các thầy cơ giáo trong khoa Kỹ thuật Địa chất và D ầu khí - Đại học Bách Khoa TPHCM,các thầy hướng dẫn, cán bộ phản biện, lãnh đạo phịng và b ạn bè đồng nghiệp trong cơngty

Tác giả xin bày t ỏ lịng bi ết ơn chân thành đối với sự giảng dạy đầy nhiệt huyết của các thầy cơ gi ảng viên khoa Kỹ thuật Địa Chất & Dầu Khí trường Đại học Bách Khoa thành ph ố Hồ Chí Minh trong suốt quá trình hồn thành khĩa cao h ọc tại trường.Đặc biệt xin chân thành c ảm ơn sự giúp đỡ và h ướng dẫn nhiệt tình, tận tâm c ủacán bộ hướng dẫn: TS Mai Cao Lân đã h ướng dẫn tác giả từ lúc lập đề cương và hồnthành b ản luận văn này

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 07/2012.

Nguyễn Thế Duy

TÓM T ẮT LUẬN VĂN

Trước khi có th ể sử dụng mô hình th ủy động lực để dự báo khai thác vàđánh giá cácyếu tố có th ể tácđộng đến quá trình khai thácủca một mỏ mới, các nghiênứcu chi tiết về các mặt đặc tính đá chứa và đặc tính của chất lưu trong đá chứa, phải được tiến hành m ột cách cẩn thận Trong đó vi ệc nghiên ứcu cácđặc tính chất lưu sẽ cho cái nhìn tổng quan về

sự biến đổi giữa các pha hay còn gọi là ứng xử pha trong cùng một chất lưu, là y ếu tố đầu vào r ất quan trọng đặc biệt là trong các vỉa khí condensat Nếu không nghiên cứu đầy đủ

và c ẩn thận cũng như không mô ph ỏng lại được cácứng xử pha theo sự biến đổi áp suất

và nhi ệt độ thì sẽ không đánh giáđược hết các ủri ro do sự tách pha lỏng cũng như động thái của mỏ khí condensat do sự suy giảm áp suất trong quá trình khai khác

Vì thế luận văn này được thực hiện với mục đích tìm hiểu cơ sở lý thuy ết, từ đó ứng dụng vào th ực tiễn xây d ựng mô hình ứng xử pha bằng phương trình trạng thái phù hợp cho đối tượng khí condensat cụ thể Trong đó quy trình xây d ựng mô hình ứng xử pha tổng quátđược trình bày t ại Chương 2 của luận văn Quy trình cụ thể được áp dụng

có ch ọn lọc và nêu lên quanđiểm cá nhân được nêu lên trong Chương 3, khi áp dụng vào

th ực tiễn để xây d ựng mô hình ứng xử pha cho mỏ khí condensat Hừng Đông K ết quả

mô ph ỏng cácứng xử pha bằng phương trình trạng thái sau khiđã được hiểu chỉnh và đạt

độ tin cậy sẽ được ứng dụng vào mô hình th ủy động lực đặc tính dầu cải tiến để dự báo khai thác vàđ ánh giá cácếuytố có th ể ảnh hưởng đến quá trình khai thácđược nêu lên trong Chương 4 của luận văn

Ý ngh ĩa thực tiễn của luận văn là đã nêu lênđược quy trình xây d ựng mô hình ứng

xử pha áp dụng cho khí condensat (có s ự hỗ trợ của phần mềm thương mại PVTi của Schlumberger), từ cách kiểm tra thông s ố đầu vào, l ựa chọn các thông số hiệu chỉnh, cáchđánh giá ọtrng số các thông số hiệu chỉnh, thứ tự hiệu chỉnh… Đồng thời khi ứng dụng kết quả mô ph ỏng cácứng xử pha vào mô hình th ủy động lực tập F mỏ khí

condensat Hừng Đông, sau khi đã hi ệu chỉnh phù hợp với số liệu thử vỉa DST, để dự báokhai thác cho ỏmđã đưa ra được một số nhận định về số lượng giếng khai thác tối ưu, chế

độ khai thác phù hợp với mức độ tin cậy của số liệu hiện tại, đánh giá ứmc độ ảnh hưởng

Tuy nhiên, luận văn vẫn còn m ột số hạn chế do nguyên nhân khách quan: thiếu thông tin d ự báo về nhu cầu sử dụng khí trong suốt quá trình dự báo khai thácđóng( vai trò là y ếu tố kiểm soát về mặt kinh tế); chưa đánh giáđược các yếu tố không ch ắc chắn ảnh hưởng đến hệ số thu hồi trên biênđộ khảo sát ộrng (do giới hạn về thời gian thực hiện

đề tài); v ề mặt thực tiễn của mô hình còn thi ếu sự đóng góp c ủa tập E mỏ khí Hừng Đông (không được khảo sát trong luận văn này), tuy vai trò c ủa tập E trong mỏ khí HùngĐông ch ỉ chiếm một phần ba về mặt trữ lượng khí tại chỗ, nhưng trong quá trình khai thác nếu có th ể đánh giá thêm tácđộng của tập E thì mức độ thực tiễn đóng góp s ẽ cao hơn mức độ dự báo hiện tại

Cuối cùng, luận văn đã đạt được một số ý ngh ĩa thực tiễn nhất định có th ể đượctham khảo ứng dụng cho các nghiênứcu tương tự hoặc làm tài li ệu tham khảo chonhững nghiên cứu có liên quan

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU xiv

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUY ẾT 1

1.1 Lý thuy ết về ứng xử pha 1

1.1.1 Khái niệm cơ bản 1

1.1.2 Ứng xử pha của các hệ hydrocacbon 1

1.1.2.1 Hệ đơn cấu tử 1 1.1.2.2 Hệ hai cấu tử 3 1.1.2.3 Hệ đa cấu tử 5 1.2 Đặc trưng cơ bản của khí condensat 8

1.2.1 Tính chất cơ bản của khí condensat 8

1.2.2 Đặc trưng dòng ch ảy của khí condensat 10

1.2.2.1 Ứng xử và tr ạng thái cân bằng pha 10 1.2.2.2 Sự thay đổi ứng xử pha trong quá trình khai thác 11 1.2.2.3 Ứng xử dòng ch ảy khí condensat lân c ận giếng khoan 12 1.2.2.4 Hiện tượng tích tụ condensat vùng cận đáy giếng 14 1.3 Các phương pháp ấly mẫu và các thí nghiệm phân tích PVT 15

1.3.1 Các phương pháp ấly mẫu chất lưu 15

1.3.1.1 Phương pháp ấly mẫu đáy giếng 16 1.3.1.2 Phương pháp ấly mẫu bề mặt 17 1.3.2 Các thí nghiệm phân tích PVT c ủa khí condensat 18

1.3.2.1 Thí nghiệm CCE 18

1.4 Tính toán cân bằng pha và ph ương trình trạng thái 21

1.4.1 Tính toán cân bằng pha 21

1.4.1.1 Tỷ số cân b ằng pha Ki 21 1.4.1.2 Tính toán cân bằng hai pha 22 1.4.1.3 Tính toán ỷt số cân b ằng pha cho các thành phần nặng 24 1.4.2 Phương trình trạng thái 25

1.4.2.1 Phương trình trạng thái Van der Waals 26

1.4.2.2 Phương trình trạng thái Redlich-Kwong (RK): 30

1.4.2.3 Phương trình trạng thái Soave-Redlich-Kwong (SRK) 31

1.4.2.4 Phương trình trạng thái Peng-Robinson (PR) 35

1.4.3 Ứng dụng của phương trình trạng thái 38

1.4.3.1 Tính hệ số cân b ằng pha Ki 38 1.4.3.2 Tính áp suất điểm sương P d 39 1.4.3.3 Tính áp suất pha khí p v 41 1.5 Mô t ả thành ph ần Hydrocacbon nặng 42

1.5.1 Phân lo ại thành ph ần Hydrocacbon 42

1.5.2 Tính toán các giáị ttrới hạn và h ệ số lệch tâm ω 42

1.5.2.1 Phương pháp của Pederson 43 1.5.2.2 Phương pháp của Kesler và Lee 43 1.5.3 Hệ số tương tác nhị phân 44

1.5.4 Nguyên ắtc nhóm các thành phần nặng (lumping) 44

2.1 Kiểm tra dữ liệu đầu vào 46

2.1.1 Phương pháp kiểm tra bằng đồ thị 47

2.1.1 Phương pháp loại trừ 48

2.2 Mô ph ỏng các thí nghiệm PVT bằng phương trình trạng thái 48

2.2.1 Mô ph ỏng thí nghiệm CCE 49

2.2.2 Mô ph ỏng thí nghiệm CVD 50

2.3 Hiệu chỉnh phương trình trạng tháiđể phù hợp với số liệu thực nghiệm 53

2.3.1 Lựa chọn các thông số hiệu chỉnh trong phương trình trạng thái 54

2.3.2 Các bước hiệu chỉnh thông s ố trong phương trình trạng thái 54

CHƯƠNG 3: XÂY D ỰNG MÔ HÌNH ỨNG XỬ PHA CHO MỎ KHÍ CONDENSAT HỪNG ĐÔNG 57

3.1 Kiểm tra và xây d ựng dữ liệu đầu vào 57

3.1.1 Kiểm tra dữ liệu đầu vào 57

3.1.2 Xây d ựng dữ liệu đầu vào 58

3.1.2.1 Dữ liệu thành ph ần chất lưu 58

3.1.2.2 Dữ liệu thực nghiệm từ các thí nghiệm PVT 59

3.2 Lựa chọn phương trình trạng thái 61

3.3 Mô ph ỏng thí nghiệm bằng phương trình trạng thái 62

3.3.1 Kết quả mô ph ỏng trước khi hiệu chỉnh 63

3.3.2Kết quả mô ph ỏng sau khi hiệu chỉnh 67

3.3.2.1 Lựa chọn các thông số hiệu chỉnh trong phương trình trạng thái 67

3.3.2.2 Các bước hiệu chỉnh thông s ố trong phương trình trạng thái 68

3.3.2.3 Kết quả quá trình mô phỏng thí nghiệm PVT bằng phương trình trạng thái sau khiđã hi ệu chỉnh 70

3.3.3 Đánh giáếkt quả mô ph ỏng 74

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ỨNG XỬ PHA ĐỂ DỰ BÁO KHAI THÁC

CHO MỎ KHÍ CONDENSAT HỪNG ĐÔNG 77

4.1 Tổng quan về đối tượng nghiên ứcu 77

4.1.1 Lịch sử thăm dò và th ẩm lượng 77

4.1.1.1 Vị trí mỏ khí condensat Hừng Đông 77

4.1.1.2 Lịch sử thăm dò và th ẩm lượng 78

4.1.2 Sơ lược đặc điểm địa tầng khu vực mỏ khí condensat Hừng Đông 79

4.1.3 Trữ lượng khí tại chỗ tập F mỏ khí Hừng Đông 82

4.2 Mô hình th ủy động lực mỏ khí Hừng Đông 83

4.2.1 Tính chất đá chứa và ch ất lưu vỉa 83

4.2.1.1 Tính chất đá chứa 83

4.2.1.2 Tính chất chất lưu vỉa 86

4.2.2 Mô hình th ủy động lực 91

4.2.2.1 Mô hình địa chất 91

4.2.2.2 Mô hình th ủy động lực 94

4.2.3 Kết quả bài toán mô phỏng 97

4.2.3.1 Hiệu chỉnh giá trị trữ lượng khí tại chỗ ban đầu 97

4.2.3.2 Hiệu chỉnh mô hình phù h ợp với dữ liệu thử vỉa tại giếng HD-1X (DST#2) và gi ếng HD-3X (DST#1) 97

4.2.3.3 Dự báo khai thác 102

Kết luận kiến nghị 110

DANH SÁCH HÌNH V Ẽ

Hình 1.1 Biểu đồ Áp su ất – Th ể tích của hệ đơn cấu tử 2

Hình 1.2 Biểu đồ Áp su ất – Nhi ệt độ của hệ đơn cấu tử 3

Hình 1.3 Biểu đồ Áp su ất – Th ể tích của hệ hai cấu tử 4

Hình 1.4 Biểu đồ Áp su ất – Nhi ệt độ của hệ hai cấu tử 4

Hình 1.5 Biểu đồ Áp su ất – Nhi ệt độ của hệ đa cấu tử 5

Hình 1.6 Biểu đồ pha Áp su ất-Nhiệt độ của khí khô 6

Hình 1.7 Biểu đồ pha Áp su ất-Nhiệt độ của khí ướt 6

Hình 1.8 Biểu đồ pha Áp su ất-Nhiệt độ của khí ngưng tụ ngược 7

Hình 1.9 Biểu đồ pha Áp su ất-Nhiệt độ của dầu thô 8

Hình 1.10 Biểu đồ tam giác phân loại chất lưu Dầu-Khí dựa vào thành ph ần 9

Hình 1.11 Biểu đồ pha Áp su ất-Nhiệt độ của vỉa khí condensat 10

Hình 1.12 Ảnh hưởng của thành ph ần đến đường bao pha trong quá trình giảm áp 11

Hình 1.13 Mô hình thay đổi thành ph ần khí condensat trong quá trình khai thác 12

Hình 1.14 Biểu đồ phân chia 3 vùng ứng xử khác nhau của dòng ch ảy khí condensat 13 Hình 1.15 Biểu đồ minh họa sự thay đổi độ bão hòa D ầu và độ linh động của từng pha theo vùng 14

Hình 1.16 Biểu đồ mô t ả sự hình thành condensat tích t ụ vùng cận đáy giếng 15

Hình 1.17 Biểu đồ phân b ố áp suất theo độ sâu mô t ả ranh giới Khí-Dầu và D ầu-Nước 17 Hình 1.18 Sơ đồ thiết bị bề mặt trong phương pháp ấly mẫu bề mặt 18

Hình 1.19 Biểu đồ minh họa thí nghiệm CCE đối với khí Condensat 19

Hình 1.20 Biểu đồ minh họa thí nghiệm CVD đối với khí Condensat 20

Hình 1.22 Biểu đồ pha hệ đơn cấu tử trong mối tương quan Áp su ất-Thể tích 28

Hình 1.23 Sơ đồ quy trình tính tỷ số cân b ằng pha Ki 38

Hình 2.1 Quy trình xây d ựng mô hình ứng xử pha 46

Hình 2.2 biểu đồ Đề-cát-Logarit giữa tỷ lệ thành ph ần với khối lượng phân t ử 48

Hình 2-3 Biểu đồ thực hiện mô ph ỏng thí nghiệm CVD bằng phương trình trạng thái 51 Hình 3.1 biểu đồ Đề-cát-Logarit giữa tỷ lệ thành ph ần nặng với khối lượng phân t ử 57

Hình 3.2 Cơ sở dữ liệu về tổng thành ph ần của khí condensat tại giếng HD-3X 59

Hình 3.3 Cơ sở dữ liệu về thí nghiệm CVD mẫu chất lưu đáy giếng HD-3X 60

Hình 3.4 Cơ sở dữ liệu về thí nghiệm CCE mẫu chất lưu đáy giếng HD-3X 60

Hình 3.5 Cơ sở dữ liệu về thí nghiệm xácđịnh áp suất điểm sương 61

Hình 3.6 Lựa chọn phương trình trạng thái và phương pháp hiệu chỉnh độ nhớt 62

Hình 3.7 Độ bão hòa pha l ỏng trong thí nghiệm CCE chưa hiệu chỉnh 63

Hình 3.8 Thể tích tương đối trong thí nghiệm CCE chưa hiệu chỉnh 63

Hình 3.9 Giá trị hệ số nén pha khí trong thí nghiệm CCE chưa hiệu chỉnh 64

Hình 3.10 Khối lượng riêng pha khí trong thí nghiệm CCE chưa hiệu chỉnh 64

Hình 3.11 Độ bão hòa pha l ỏng trong thí nghiệm CVD chưa hiệu chỉnh 64

Hình 3.12 Giá trị hệ số nén pha khí trong thí nghiệm CVD chưa hiệu chỉnh 65

Hình 3.13 Giá trị hệ số nén hai pha trong thí nghiệm CVD chưa hiệu chỉnh 65

Hình 3.14 Khối lượng riêng pha khí trong thí nghiệm CVD chưa hiệu chỉnh 65

Hình 3.15 Lựa chọn các thông số hồi quy trong phần mềm PVTi 67

Hình 3.16 Định nghĩa các thành phần nặng bằng phương pháp nhóm 68

Hình 3.17 Bảng phân tích độ nhạy từng thông s ố theo ma trận Hessian 69

Hình 3.18 Các thông số được lựa chọn để tiến hành h ồi quy 70

Hình 3.19 Độ bão hòa pha l ỏng trong thí nghiệm CCE đã hi ệu chỉnh 71

Hình 3.20 Thể tích tương đối trong thí nghiệm CCE đã hi ệu chỉnh 71

Hình 3.21 Giá trị hệ số nén pha khí trong thí nghiệm CCE đã hi ệu chỉnh 72

Hình 3.22 Giá trị độ nhớt pha khí trong thí nghiệm CCE đã hi ệu chỉnh 72

Hình 3.23 Khối lượng riêng pha khí trong thí nghiệm CCE đã hi ệu chỉnh 72

Hình 3.24 Độ bão hòa pha l ỏng trong thí nghiệm CVD đã hi ệu chỉnh 73

Hình 3.25 Giá trị hệ số nén pha khí trong thí nghiệm CVD đã hi ệu chỉnh 73

Hình 3.26 Giá trị hệ số nén hai pha trong thí nghiệm CVD đã hi ệu chỉnh 73

Hình 3.27 Khối lượng riêng pha khí trong thí nghiệm CVD đã hi ệu chỉnh 74

Hình 3.28 Giá trị độ nhớt pha khí trong thí nghiệm CVD đã hi ệu chỉnh 74

Hình 4.1 Vị trí mỏ khí condensat Hừng Đông trong b ồn trũng Cửu Long 77

Hình 4.2 Vị trí các giếng thăm dò và th ẩm lượng mỏ khí condensat Hừng Đông 79

Hình 4.3 Mặt cắt địa chấn qua các giếng khoan trong mỏ khí Hừng Đông 80

Hình 4.5 Quan hệ rỗng – th ấm từ số liệu mẫu lõi HD-2X, HD-3X 84

Hình 4.6 Kết quả đo độ thấm pha khí-dầu các giếng HD-2X, HD-3X và HD-4X 85

Hình 4.7 Độ thấm pha khí-dầu các giếng HD-2X, HD-3X và HD-4X sau khi hi ệu chỉnh 85 Hình 4.8 Thành ph ần mẫu chất lưu tập F tại giếng HD-1X và HD-3X t ương đồng nhau 90 Hình 4.9 Quy trình xây d ựng mô hình địa chất 91

Hình 4.10 Dữ liệu đo địa vật lý gi ếng khoan tại đoạn lấy mẫu lõi 92

Hình 4.11 Quan hệ độ rỗng - độ thấm từ kết quả phân tích m ẫu lõi thông th ường 93

Hình 4.12 Bản đồ phân b ố độ thấm tập F mỏ khí Hừng Đông 93

Hình 4.14 Giá trị áp suất mao dẫn cho từng bảng 95

Hình 4.15 Bản đồ phân b ố độ bão hòa khí theo t ướng đá 96

Hình 4.16 Lựa chọn thông s ố PVT cho mô hình th ủy động 96

Hình 4.17 Bản đồ phân chia các khu vực chính của mỏ khí Hừng Đông 97

Hình 4.18 Mô hình th ủy động cục bộ khu vực giếng HD-1X 98

Hình 4.19 Kết quả phù hợp giá trị lịch sử trước khi hiệu chỉnh mô hình 99

Hình 4.20 Kết quả phù hợp giá trị lịch sử cuối cùng sau khi hiệu chỉnh mô hình 100

Hình 4.21 Mô hình th ủy động cục bộ khu vực giếng HD-3X 100

Hình 4.22 Kết quả phù hợp giá trị lịch sử trước khi hiệu chỉnh mô hình 101

Hình 4.23 Kết quả phù hợp giá trị lịch sử cuối cùng sau khi hiệu chỉnh mô hình 102

Hình 4.24 So sánh kết quả mô hình toàn c ục và mô hình c ục bộ 103

Hình 4.25 Bản đồ phân b ố giếng khai thác trong trường hợp có 30 gi ếng khai thác 104

Hình 4.26 So sánh kết quả dự báo các mô hình 30, 23 và 20 giếng khai thác 104

Hình 4.27 Bản đồ phân b ố giếng khai thác trong trường hợp có 23 gi ếng khai thác 105

Hình 4.28 kết quả so sánh hai chế độ khai thác cùng thời điểm và t ừng giai đoạn 106

Hình 4.29 Kết quả các phương án khai thác có tínhớti yếu tố không ch ắc chắn về độ thấm 107

Hình 4.30 Kết quả các phương án khai thác có tínhớti yếu tố không ch ắc chắn về độ liên thông 108

DANH SÁCH B ẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thành ph ần và tính ch ất vật lý c ơ bản của các chất lưu Dầu-Khí (Wall, 1982) 9

Bảng 2.1 Thành ph ần hỗn hợp sau khi nhóm các thành phần nặng 55

Bảng 2.2 Ví dụ về quy trình nhóm và h ồi quy theo Whitson và Brule 55

Bảng 2.3 Các thông số hồi quy của từng thành ph ần 56

Bảng 3.1 So sánh kết quả thí nghiệm CCE chưa hiệu chỉnh với số liệu thực nghiệm 66

Bảng 3.2 So sánh kết quả thí nghiệm CVD chưa hiệu chỉnh với số liệu thực nghiệm 66

Bảng 3.3 Bảng tiêu chuẩn đánh giá chất lượng hiệu chỉnh của ConocoPhillips 70

Bảng 3.4 So sánh kết quả thí nghiệm CVD đã hi ệu chỉnh với số liệu thực nghiệm 74

Bảng 3.5 So sánh kết quả thí nghiệm CCE đã hi ệu chỉnh với số liệu thực nghiệm 75

Bảng 4.1 Trữ lượng Khí tại chỗ và Khí đồng hành theo ph ương pháp Monte-Carlo 83

Bảng 4.2 Số lượng mẫu lõi cho các mục đích phân tích RCAL 84

Bảng 4.3 các thông số cơ bản của quá trình thử vỉa mỏ khí Hừng Đông 86

Bảng 4.4 Thông s ố vỉa được sử dụng cho phân tích tài li ệu thử vỉa giếng 1X, tập F .88 Bảng 4.5 Thông s ố vỉa được sử dụng cho phân tích tài li ệu thử vỉa giếng 3X, tập F .88 Bảng 4.6 Các loại mẫu chất lưu thu thập được trong tập F 88

Bảng 4.7 Sản lượng khai thác khí và condensat trong các phương án có tính tới yếu tố ảnh hưởng của độ thấm. 108

Bảng 4.8 Sản lượng khai thác khí và condensat trong các phương án có tính tới yếu tố ảnh hưởng của độ liên thông. 109

Fi L = hệ số dễ bay hơi của thành ph ần thứ i trong pha lỏng.

FV i = hệ số dễ bay hơi của thành ph ần thứ i trong pha khí

W a , Wb = các hằng số để tính toán cácệhsố a, b của phương trình trạng thái

c = hệ số thứ ba trong phương trình trạng thái ba biến

C = hệ số nénđẳng nhiệt của chất lưu đơn pha

f i L=độdễbay hơi của thành phần thứi trong pha lỏng

f i v=độdễbay hơi của thành phần thứi trong pha

khíkij = hệ số tương quan nhị phân

Ki = tỷ số cân b ằng pha

Kw = hệ số Watson

M = khối lượng phân t ử

n = số mol của hỗn hợp

nL = số mol của pha lỏng

nv = số mol của pha khí

pd = áp suất điểm đọng sương.

Vrel = thể tích tương đối

Vsat = thể tích tại áp suất bão hòa

xi = tỷ lệ mol của thành ph ần thứ i trong pha lỏng

yi = tỷ lệ mol của thành ph ần thứ i trong pha khí

zi = tỷ số mol của thành ph ần thứ i trong hỗn hợp

Z = hệ số nén khí

ZL = hệ số nén của pha lỏng

Zv = hệ số nén của pha khí

Các ừt viết tắt

EOS = Equation of state

CCE = Constant composition expansion

CVD = Constant volume depletion

SCN = Single carbon number

MCN = Multiple carbon number

PVT = Pressure volume temperature

NTG= Net to Gross

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Mỏ khí condensat Hừng Đông là m ột trong những phát hiện quan trọng trong bồn trũng Cửu Long trong năm 2003 Việc khoan thăm dò và th ẩm lượng đã được tiến hành tại cấu tạo Hừng Đông v ới các giếng khoan HD-1X, HD-2X, HD-3, HD-4X vào các năm 2003, 2005 và 2006 T ừ các thông số thu được trong quá trình thăm dò và th ẩm lượng, việc nghiên cứu các thông số vỉa để xây d ựng các mô hình địa chất và mô hình thủy động được thực hiện nhằm đưa ra chiến lược khai thác thích hợp trong tương lai Thông s ố về PVT là m ột trong những thông s ố quan trọng để xây d ựng mô hình th ủy động, đặc biệt với đối tượng là m ỏ khí condensat Do đó, thông s ố thí nghiệm PVT được thu thập sẽ được phân tích, ki ểm tra và mô hình hóa b ằng các phương trình trạng thái thích hợp (được hiệu chỉnh để phù hợp với các ốs liệu thí nghiệm), các phương trình trạng thái càng chính xác càng thể hiện đúng bản chất của chất lưu trong môi trường vỉa

Vì vậy quy trình xây d ựng mô hình ứng xử pha và ứng dụng của nó trong mô hình th ủy động lực để dự báo khai thácđược chọn làm đối tượng nghiên cứu chính

2 Mục đích và nhi ệm vụ của luận văn:

Mục đích nghiên cứu của luận văn: nghiên cứu lý thuy ết về các phương trìnhtrạng thái.Ứng dụng phần mềm PVTi cùng dữ liệu thí nghiệm chất lưu PVT để xâydựng mô hình ứng xử pha cho mỏ khí condensat Hừng Đông Ứng dụng kết quả làm dữliệu đầu vào để xây d ựng mô hình th ủy động lực cho mỏ khí condensat Hừng Đông, từ

đó ti ến hành d ự báo khai thác

Luận văn giải quyết các nhiệm vụ sau:

Xây d ựng cơ sở lý thuy ết về ứng xử pha, lựa chọn phương trình trạng thái EOS thích hợp để xây d ựng mô hình ứng xử pha thích hợp cho đối tượng nghiên cứu

Ứng dụng xây d ựng mô hình ứng xử pha bằng phần mềm PVTi

Ứng dụng kết quả xây d ựng mô hình ứng xử pha vào mô hình th ủy động lực đặctính dầu cải tiến cho đối tượng nghiên cứu là m ỏ khí Condensat Hừng Đông, b ồn trũngCửu Long

Dự báo ảsn lượng khai thác cho cả đời mỏ

3 Tình hình nghiên ứcu:

Trong các mô hình thủy động lực ngoài tính ch ất của đá chứa thì tính chất củachất lưu mà đại diện là các thông số về PVT đóng m ột vai trò r ất quan trọng đến độchính xác của mô hình Các thông s ố PVT này mô t ả cácứng xử pha ở điều kiện vỉa,trong giếng và t ại điều kiện bề mặt cùng với quá trình thayđổi cácđiều kiện ban đầu của

mỏ (sự thay đổi về áp suất và nhi ệt độ vỉa) Đối với mô hình th ủy động lực đặc tínhchất lưu đa thành ph ần (compositional model) thì số liệu PVT càng ph ải được xâydựng và mô ph ỏng bằng các phương trình trạng thái đ(ã được phù hợp với các ốs liệuthực nghiệm) một cách chi tiết hơn để thể hiện đầy đủ sự thay đổi của các thành phầntrong quá trình khai thác Việc nghiên ứcu các công cụ để xây d ựng thông s ố PVTthông qua các phương trình trạng thái và tương quan thực nghiệm đã được thực hiện cảtrong và ngoài n ước với các bài báo và báo cáoụ thcể sau:

3.1 Nguyễn Vi Hùng, Hoàng M ạnh Tấn, Dự đoán tính chất vật lý D ầu mỏ bằng các ươtng quan thực nghiệm PVT, Tuyển tập báo cáoộhi nghị khoa học công ngh ệ “ Vi ện Dầu Khí Việt Nam: 25 năm xây d ựng và tr ưởng thành”

Các tác ảgiđã xây d ựng các ươtng quan phù hợp (phương trình thực nghiệm) cho việc dự đoán tính chất PVT của dầu mỏ thềm lục địa Việt Nam qua việc phân tích hàng trăm mẫu dầu từ hai bể Cửu Long và Nam Côn S ơn (được phân tích t ại phòng thí

nghiệm PVT của Viện Dầu Khí-VPI và Vi ện NCKH-TK Vietsovpetro) Đồng thời thôngqua các thực nghiệm được xây d ựng bằng cách ửs dụng phân tích h ồi quy tuyến tính để

dự báo áp ấsut bảo hòa, t ỷ suất dầu-khí, hệ số thể tích, tỷ trọng, hệ số nén và độ nhớt của

mỏ dầu… v ới sai số nhỏ so với số liệu thực nghiệm tác giả cho rằng đã kh ắc phục được những nhược điểm của các nghiênứcu trước đây khi s ử dụng các ươtng quan thông d ụngnhư Standing, Glaso hay Vasquez và Beggs Cu ối cùng các tác ảgi còn đưa ra nhận định

có th ể sử dụng các phương trình thực nghiệm mới trong việc tính toán các thông ốs PVT của chất lưu (như tính toán áp suất bảo hòa c ủa dầu mỏ trong trường hợp không l ấy được mẫu…) cho các khu v ực khác trên ềthm lục địa Việt Nam

3.2 Nguyễn Minh Viễn, Hiện tượng tích tụ condensat vùng cận đáy giếng và chiến lượt nâng cao kh ả năng khai thác mỏ khí-condensat

Tác giả đã nêu được nguyên nhân hình thành condensat trong khu vực lân c ận giếngkhoan do suy giảm áp suất dưới áp suất điểm sương trong quá trình khai thác và hậu quả của nó tác động như thế nào đến hệ số thu hồi của mỏ khí-condensat Đồng

thời tác giả đề xuất sử dụng mô hình s ố học của Wheaton và Zang (2000) để mô ph ỏng

sự hình thành condensat trong m ỏ chứa, trong mô hình này cho bi ết sự hình thànhcondensat hay sự thay đổi của tổng phần mole của thành ph ần i do áp suất thay đổi làhàm s ố của thời gian t và không gian r T ừ những biện luận của mình tác giả đi tới việcxác ậlp mô hình th ủy động lực cho mỏ khí Bạch Kim với kết luận “Vi ệc duy trì chế độkhai thác với áp suất đáy giếng cao hay với chế độ kéo dài thời gian suy giảm áp suất

mỏ sẽ làm nh ẹ bớt những ảnh hưởng của tích tụ condensat đến quá trình khai thácũcngnhư giảm đi một lượng đáng kể thành ph ần nặng tích tụ nằm lại trong thành h ệ Mặc

dù, sản lượng khai thác có giảm nhưng chỉ số khai thác của các giếng được duy trì tốtcho đến cuối khoảng thời gian khai thác, góp phần làm duy trì s ản lượng ổn định và kéodài”

3.3 Nguyễn Hoàng Long, Xây d ựng mô hình ứng xử pha cho cácứng dụng

mô ph ỏng mỏ dầu khí đa thành ph ần.

Tác giả nhấn mạnh ý ngh ĩa của phương trình trạng thái trong việc mô ph ỏng sựthay đổi của các thành phần pha khi áp suất và nhi ệt độ thay đổi sẽ dẫn tới các chất lưunhư khí ngưng tụ, dầu mất dần các thành phần nhẹ… khi đó t ỷ lệ mol của từng thànhphần trong mỗi pha biến động rất lớn, dẫn đến làm thay đổi tỷ lệ cân b ằng pha khí-lỏng

và ứng xử pha Tuy nhiên việc xây d ựng phương trình trạng thái ốtn rất nhiều thời gian

và theo tác giả cần phải hiểu rõ các thông số có độ tin cậy không cao ảnh hưởng nhiềuđến quá trình hồi qui để hiệu chỉnh, giúp cải thiện sự phù hợp giữa các dữ liệu thựcnghiệm và d ữ liệu tính toán ừt phương trình trạng thái bằng phần mềm PVTi Bằngcáchđưa ra ví dụ cụ thể tác giả đã đưa ra được nhận định một cách ổtng quát về mức độảnh hưởng của từng thông s ố có độ tin cậy không cao, t ừ đó đưa ra cácđề xuất về cácbước hiệu chỉnh cũng như gợi ý v ề các ựla chọn tối ưu cho các nhóm biến hồi quy vàquy trình hi ệu chỉnh cho từng biến Mặc dù đạt được những kết quả khả quan nhưng tácgiả cũng kiến nghị nên phân tích thêmả nh hưởng của các mô hình nhóm thành phầnhydrocacbon đến quá trình hiệu chỉnh mô hình ứng xử pha khi có thêm điều kiện về thờigian

3.4 D.l.O’Reilly, University of Adelaide, Comparative PVT Simulation: An application to Australasian Fluid Samples, SPE-129517.

Bài báo nêu lênế tkquả so sánhđộ chính xác của các phương trình trạng thái (EOS)trong các thí nghiệm PVT, về mô ph ỏng cácứng xử pha và th ể tích pha của các mẫu chấtlưu khác nhauđược thu thập tại các khu vực của nước Úc Các phương trình

trạng tháiđược sử dụng để so sánh bao gồm 9 phương trình trạng thái: Kwong (SRK), Peng-Robinson (PR), Adachi-Lu (AL), Patel-Teja (PT), Schmidt-Wenzel (SW), Esmaeilzadeh-Roshanfekr (ER), ngoài 6 phương trình trạng thái thông dụng trên 3 phương trình SPR, PR và ER c ải tiến được hiệu chỉnh bằng phần mềm MATLAB được

Soave-Redlich-sử dụng trong mô ph ỏng Kết quả so sánhđộ chính xác của từng phương trình trạng thái khi mô phỏng các trạng thái và thể tích pha của các mẫu chất lưu khác nhauđược kết luận:

- Đối với khí condensat các phương trình trạng thái Peng-Robinson (PR), Redlich-Kwong (SRK), Esmaeilzadeh-Roshanfekr (ER), Patel-Teja (PT)… cho k ết quả tương đồng với kết quả thực nghiệm Trong đó ph ương trình trạng thái Esmaeilzadeh-Roshanfekr (ER) với 4 biến có hi ệu chỉnh cho kết quả gần với kết quả thực nghiệm nhất

Soave Đối với dầu thông th ường các phương trình trạng thái 3 biến mang tính đại diệnnhất là các phương trình Patel-Teja (PT), Schmidt-Wenzel (SW) và Es maeilzadeh-Roshanfekr (ER)

- Đối với dầu có áp suất bảo hòa th ấp với thành ph ần chủ yếu là các thành phầntrung bình thì kết quả mô ph ỏng bằng các phương trình trạng tháiđều cho kết quả gầngiống với kết quả thực nghiệm và sai khác ở các phương trình trạng thái khác nhau làkhông nhi ều

- Đối với dầu nhẹ có tính ch ất vừa của pha lỏng vừa của pha khí nên trạng thái phacủa nó được mô ph ỏng qua các phương trình trạng thái khác nhau cho những kết quảkhác nhau như: Esmaeilzadeh-Roshanfekr (ER) 4 biến cho kết quả matching tốt nhất vớithông s ố thể tích trong thí nghiệm CVD trong khi đó ph ương trình Peng-Robinson cảitiến lại cho kết quả hệ số nén khí Z với sai số nhỏ nhất…

3.5 A.H El-Banbi, K.A Fattah and M.H Sayyouh: New Modified Black-Oil Correlations for Gas Condensat and Volatile Oil Fluids, SPE 102240.

Bài báo nêu lênệvic phát triển các công thức tương quan mới từ mô hình đặc tính dầucải tiến (MBO-modified black oil) và ứng dụng của nó cho các mô hình mỏ khí condensat

và d ầu nhẹ (ban đầu phương pháp MBOđược sử dụng để mô ph ỏng mỏ chứa với 3 thành

ph ần chủ yếu là: khí khô, d ầu và n ước) Trong báo cáo có 4 thông ốs PVT được quan tâm

kh ảo sát chính là tỷ số dầu-khí (Rv), tỷ số khí hòa tan-d ầu (Rs), hệ số thành h ệ thể tích

số dầu-khí, thông s ố quan trọng trong các tính toán cân ằbng vật chất và mô hình th ủy động lực đa thành ph ần E300, không th ể tính toán bằng các ươtng quan thông th ường trong mô hình đặc tính dầu mà ph ải được tính thông qua các thí nghiệm trong phòng lab kết hợp với các phương trình trạng tháiđược tính toán ỉt mỉ Để xây d ựng được các tươngquan mới (công th ức thực nghiệm) các tác ảgiđã s ử dụng phương pháp Whitson & Torp kết hợp với 1850 giá trị từ kết quả phân tích PVT c ủa 8 mẫu khí condensat, 1180 giá trị

từ kết quả phân tích 6 m ẫu dầu nhẹ) để xây d ựng các thông số PVT (các thông s ố này

ph ải phù hợp với kết quả thực nghiệm và ph ương trình trạng thái của chất lưu) Kết quả các ươtng quan mới giúp cho việc tính toán 4 thông số PVT tỷ số dầu-khí (Rv), tỷ số khí hòa tan-d ầu (Rs), hệ số thành h ệ thể tích của Dầu (Bo) và h ệ số thành h ệ thể tích của khí (Bg), trở nên chính xácơhn trong các mô hình mỏ khí-condensat và dầu nhẹ

4 Phương pháp nghiênứ u:c

Phương pháp nghiênứcu của đề tài là d ựa trên ơc sở lý thuy ết về tính chất củachất lưu, các thí nghiệm PVT và các phương trình trạng thái EOSđể xây d ựng mô hìnhứng xử pha, ứng dụng cho đối tượng nghiên cứu là m ỏ khí Condensat Hừng Đông.Ngoài ra, các công cụ có th ể hỗ trợ cho việc xây d ựng mô hình ứng xử pha là công c ụPVTi Trong thời gian nghiên cứu đề tài, ph ần mềm ECLIPSE được sử dụng để phục

vụ cho quá trình xây dựng mô hình th ủy động lực đặc tính dầu cải tiến và hi ệu chỉnhlại mô hình cho phù h ợp với số liệu thực nghiệm

5 Ý Ngh ĩa khoa học và th ực tiễn của đề tài:

Phân tích, ki ểm tra dữ liệu đầu vào, nêu lên quy trình ục thể để xây d ựng mô hìnhứng xử pha cho khí condensat với đối tượng nghiên ứcu là ch ất lưu thu thập từ mỏ khícondensat Hừng Đông Đay là m ột trong những thông tin đầu vào quan tr ọng trong quytrình xây d ựng mô hình th ủy động lực, đặc biệt với mô hình mô hình th ủy động đặctính dầu cải tiến

Ứng dụng kết quả xây d ựng mô hình ứng xử pha làm đầu vào xây d ựng mô hình thủy động lực đặc tính dầu cải tiến (MBO) cho mỏ khí condensat Hừng Đông, là m ột mỏhoàn toàn m ới chưa có các thông số khai thác thực tế để đánh giáđược tất cả các rủi ro

có th ể gặp trong quá trình khai thác ếKt quả mô ph ỏng bằng mô hình th ủy dộng lực khi

sử dụng thông s ố đầu vào đặc tính PVT của chất lưu được xây d ựng ở trên ẽs là cơ sở để

dự báo khai thácừ tđó đưa ra phương án khai thácơsbộ hợp lý, đánh giáềtim

năng khai thác ủca mỏ (ảnh hưởng của số lượng giếng khoan, và ảnh hưởng của các thông s ố không ch ắc chắn đến hệ số thu hồi).

6 Cấu trúc của luận văn:

Luận văn bao gồm mở đầu, kết luận và ki ến nghị, nội dung chính gồm 4 chương

và ph ần kết luận kiến nghị sau đây:

Chương 1: là ch ương cơ sở lý thuy ết cho luận văn Trong chương trình sẽ trình bày

cácứng xử pha của các hệ Hydrocacbon từ đơn giản đến phức tạp, tập trung vào ứng xử pha của khí ngưng tụ ngược và các đặc trưng của nó Ngoài ra còn đề cập đến quy trình lấy mẫu chất lưu, các thí nghiệm PVT áp dụng cho khí condensat, các tính toán cân b ằng pha, giới thiệu các phương trình trạng thái (EOS) thông dụng và các ứng dụng của nó

Chương 2: nêu lên quy trình xây ựdng mô hình ứng xử pha một cách ổtng quát.

Chương 3: ứng dụng quy trình xây d ựng mô hình ứng xử pha ở Chương 2 để áp dụng

cho 1 đối tượng cụ thể là ch ất lưu mỏ khí condensat Hừng Đông, b ồn trũng Cửu Long

Chương 4: ứng dụng mô hình ứng xử pha từ chương 3 làm c ơ sở dữ liệu đầu vào cho

mô hình th ủy động lực đặc tính dầu cải tiến (MBO) để dự báo khai thác ỏmkhícondensat Hừng Đông

Phần Kết luận và ki ến nghị:

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUY ẾT

Chương 1 sẽ trình bày các ứng xử pha của các hệ Hydrocacbon từ đơn giản đến phức tạp, tập trung vào ứng xử pha của khí ngưng tụ ngược và các đặc trưng của nó, là đối tượng nghiên ứcu chính của luận văn này Ngoài ra còn đề cập đến quy trình lấymẫu chất lưu, các thí nghiệm PVT áp dụng cho khí condensat, các tính toán cân ằbngpha, giới thiệu các phương trình trạng thái (EOS) thông dụng và các ứng dụng của nó

1.1 Lý thuy ết về ứng xử pha

1.1.1 Khái niệm cơ bản

Pha là các phần có cùng c ấu trúc, cùng trạng thái, có tính chất cơ – lý – hóa xác định và các pha phân cách nhau bởi các ranh giới phân chia

Ứng xử pha là s ự thay đổi pha (pha rắn – l ỏng – khí) d ưới tácđộng của điều kiệnnhiệt độ và áp suất nhất định, như tinh thể đá (pha ắrn) sẽ chuyển thành n ước (phalỏng) khi nhiệt độ tăng, nếu tiếp tục gia tăng về áp suất thì nước sẽ chuyển thành h ơi(pha khí)

Những biểu đồ toán học hay thực nghiệm thể hiện cácđiều kiện vật lý liên quan đến

sự biến đổi của các phađược gọi là bi ểu đồ pha

1.1.2 Ứng xử pha của các hệ hydrocacbon

Dầu-khí thông th ường là h ỗn hợp của nhiều cấu tử, để hiểu được ứng xử pha củahỗn hợp này ta kh ảo sát ầln lượt ứng xử pha các hệ cấu tử từ đơn giản đến phức tạp:

1.1.2.1 Hệ đơn cấu tử

Hệ đơn cấu tử là h ệ hydrocacbon đơn giản nhất, chỉ chứa một loại nguyên ửt hayphân t ử (hệ sạch) Hiểu rõ m ối quan hệ giữa áp suất, nhiệt độ và th ể tích của hệ đơncấu tử là n ền tảng để nghiên ứcu ứng xử pha các hệ hydrocacbon phức tạp

Theo quy tắc pha, đối với hệ đơn cấu tử, hai pha chỉ cần sử dụng một thông s ốnhiệt độ hay áp suất để mô t ả trạng thái nhiệt động học của hệ thống Khảo sátảnhhưởng của áp suất và th ể tích đến ứng xử pha của hệ đơn cấu tử được biểu diễn ở biểu

đồ pha, hình 1.1:

Với: p c, áp suất tới hạn

T c, nhiệtđộtới hạn

V c, thểtích tới hạn

Hình 1.1 Biểu đồ Áp su ất – Th ể tích của hệ đơn cấu tửVùng bên trong ủca biểu đồ được giới hạn bởi hai đường áp suất bão hòa BC (đường áp suất điểm bọt khí, đại diện chất lỏng bão hòa) và CA ( đường áp suất điểm đọng sương, đại diện thành ph ần hơi bão hòa) là vùng hai pha L ỏng + Khí Vùng bên trái của biểu đồ là pha l ỏng và bên phải là pha khí Điểm C là điểm tới hạn, tại đây tính chất vật lý c ủa pha lỏng và pha khí gi ống nhau, với áp suất và nhi ệt độ tương ứng là áp suất tới hạn p c và th ể tích tới hạn V c

Khảo sát hệ đơn cấu tử trên biểu đồ Áp su ất – Nhi ệt độ ( p/T ), ta có bi ểu đồ

pha, hình 1.2:

Hình 1.2 Biểu đồ Áp su ất – Nhi ệt độ của hệ đơn cấu tửBiểu đồ p/T đặc trưng cho hệ đơn cấu tử với đường liền nét thể hiện ranh giới giữa các pha riêng ệbit: đường liền nét BA chỉ sự cùng tồn tại hai pha Rắn + Khí ở trạng thái cân bằng, tương tự AD chỉ sự cùng tồn tại hai pha Rắn + Lỏng, AC (đường cong áp suất hóa h ơi hay đường công điểm sôi) t ồn tại hai pha Khí + Lỏng và k ết thúc tại điểm tới hạn C Ứng với điểm tới hạn C, nhiệt độ tới hạn T C là nhi ệt độ mà trên giá trị này, h ỗn hợp Lỏng - Khí không th ể tồn tại cùng nhau bất kể giá trị áp suất Tương tự, áp suất tới hạn P C là áp suất mà trên giá ịtrnày, hai pha L ỏng - Khí cũng không th ể tồn tại cùng nhau bất kể nhiệt độ nào.

1.1.2.2 Hệ hai cấu tử

Đặc trưng cơ bản của hệ hai cấu tử là đồng thời với sự thay đổi thành ph ần cấu tửthì các tính chất nhiệt động lực và tính ch ất vật lý s ẽ có s ự thay đổi tương ứng Vì thếđối với hệ hai cấu tử cần thiết phải xácđịnh tỷ phần mol và kh ối lượng từng thành phầntrong hệ Thí nghiệm nénđẳng nhiệt, sử dụng piston nén một lượng xácđịnh chất lưuchứa hai thành ph ần (hai cấu tử) trong xylanh với tổn thất ma sát không đáng kể như

trên ta có biểu đồ Áp su ất-Thể tích, hình 1.3:

Hình 1.3 Biểu đồ Áp su ất – Th ể tích của hệ hai cấu tửTiếp tục khảo sát hệ hai cấu tử trên biểu đồ Áp su ất – Nhi ệt độ ( p/T ), ta có bi ểu

đồ pha, hình 1.4:

Hình 1.4 Biểu đồ Áp su ất – Nhi ệt độ của hệ hai cấu tử

Hình 1.4 mô ph ỏng biểu đồ gồm hai đường cong: đường áp suất điểm bọt khí và

đường áp suất điểm đọng sương Hai đường này c ắt nhau tại điểm tới hạn C Tại điểm

này thì tính ch ất vật lý c ủa hai pha lỏng và khí gi ống nhau Khác với hệ đơn cấu tử, hai pha có th ể cùng tồn tại ở áp suất và nhi ệt độ lớn hơn áp suất và nhi ệt độ tới hạn

Áp suất cao nhất mà hai pha có th ể cùng tồn tại là áp suất ngưng tới hạn, p cb

(cricondenbar-trên giáịtráp suất này thểkhí không thểtồn tạiởbất kỳnhiệtđộnào) Nhi ệt độ cao nhất mà hai pha có th ể cùng tồn tại gọi là nhi ệt độ ngưng tới

hạn, T ct (cricondentherm-trên giá ị trnhiệt độ này th ể lỏng không th ể tồn tại ở bất kỳ áp suất nào) Nh ư vậy điểm khác biệt chính giữa hệ đơn cấu tử và h ệ hai cấu tử là điểm tới hạn không xác định sự mở rộng của vùng hai pha

1.1.2.3 Hệ đa cấu tử

Hệ đa cấu tử là h ệ đặc trưng cho các chất lưu Dầu-Khí (phần lớn là các cấu tửhydrocacbon) Ứng xử pha của hệ đa cấu tử hydrocacbon đơn giản tương tự như ứng xửpha của hệ hai cấu tử Tuy nhiên, cácệhđa cấu tử phức tạp hơn với nhiều thành phầnkhác nhau thìứng xử pha của hệ này r ất nhạy cảm với sự thay đổi của áp suất và nhiệt

độ Ứng xử pha của hệ đa cấu tử được biểu diễn qua biểu đồ Áp su ất – Nhi ệt độ ( p/

T ), hình 1.5, sau:

Hình 1.5 Biểu đồ Áp su ất – Nhi ệt độ của hệ đa cấu tử

Hệ đa cấu tử với các thành phần khác nhau ẽs có các biểu đồ pha tương ứng khác nhau, do đó bi ểu đồ pha của hệ đa cấu tử được sử dụng để phân lo ại các chất lưu Dầu-Khí Khảo sát một vài bi ểu đồ pha đặc trưng cho từng loại chất lưu Dầu-Khí cơ bản

như (hình 1.6) sau:

Hình 1.6 Biểu đồ pha Áp su ất-Nhiệt độ của khí khôKhí khô t ồn tại trong điều kiện nhiệt độ vỉa lớn hơn nhiệt độ ngưng tới hạn,T ct(cricondentherm) và điều kiện áp suất, nhiệtđộbình tách nằm ngoài vùng hai pha.Trong quá trình giảm áp ừt điểm A đến điều kiện bình tách, khí khô chỉ tồn tại ở trạng

thái một pha khí, như hình 1.7:

Hình 1.7 Biểu đồ pha Áp su ất-Nhiệt độ của khí ướt

Khí ướt tồn tại trong điều kiện nhiệt độ vỉa lớn hơn nhiệt độ ngưng tới hạn

,T ct(cricondentherm), nhưngở điều kiện áp suất, nhiệtđộbình tách, khíướt tồn tạiởtrạng thái hai pha ở( điều kiện vỉa khí ướt tồn tại dưới dạng pha khí, ở điều kiện bình

tách một phần pha khí ngưng tụ thành pha l ỏng), hình 1.8:

Hình 1.8 Biểu đồ pha Áp su ất-Nhiệt độ của khí ngưng tụ ngượcTại áp suất vỉa ban đầu (1) khí ngưng tụ ngược chỉ tồn tại ở trạng thái pha khí Trong quá trình khai thác, ápấsutvỉa giảm đẳng nhiệt từ điểm (1) đến điểm (2), điểm đọng sương, pha lỏng bắt đầu xuất hiện, khí ngưng tụ ở trạng thái hai pha ỏlng-khí Khi

áp suất vỉa tiếp tục giảm, tỷ lệ phần trăm pha lỏng tăng lên và đạt cực đại tại điểm (3) Tuy nhiên, khi áp suất tiếp tục giảm thành ph ần lỏng hóa h ơi ngược trở lại làm ph ần trăm pha lỏng trong khí ngưng tụ giảm dần đến (4), quá trình này gọi là quá trình ngưng

tụ ngược Cuối cùng, tại điều kiện bình tách, khí ngưng tụ ngược tồn tại ở trạng thái hai

pha ỏlng và khí, nh ư hình 1.9:

Hình 1.9 Biểu đồ pha Áp su ất-Nhiệt độ của dầu thôTại áp suất vỉa ban đầu (1) hệ tồn tại ở trạng thái pha ỏlng, trong quá trình giảm ápớti E, pha khí bắt đầu xuất hiện và t ăng dần tới F, tương ứng với sự suy giảm tỷ lệ phalỏng và áp suất vỉa Tại bình tách G, hệ tồn tại hai pha lỏng và khí.

1.2 Đặc trưng cơ bản của khí condensat

Đối tượng nghiên cứu của luận văn này là khí condensat, h ệ chất lưu Dầu-Khí cóứng xử pha và đặc trưng dòng ch ảy biến đổi phức tạp theo sự suy giảm của áp suất, do

đó c ần thiết phải nghiên ứcu, đánh giá các tínhấchtvật lý c ủa nó m ột cách cẩn thận

1.2.1 Tính chất cơ bản của khí condensat

Chất lưu Dầu-Khí tồn tại đa

và điều kiện và nhi ệt độ xácđịnh:

Hình 1.10 Biểu đồ tam giác phân loại chất lưu Dầu-Khí dựa vào thành ph ầnBảng 1.1 Thành ph ần và tính ch ất vật lý c ơ bản của các chất lưu Dầu-Khí (Wall, 1982)

Khí condensat đặc trưng bởi tỷ số condensat-khí (CGR) từ 30 đến 300 thùng phalỏng (condensat ngưng tụ) trên một triệu bộ khối khí tại điều kiện chuẩn Độ sâu h ầuhết của các vỉa khí condensat vào kho ảng 5,000-10,000ft, áp suất vỉa từ 3,000-8,000 psi

và nhi ệt độ vỉa khoảng 200-400oF

1.2.2 Đặc trưng dòng ch ảy của khí condensat

1.2.2.1 Ứng xử và tr ạng thái cân bằng pha

Ứng xử pha của hệ đa cấu tử khí condensat phụ thuộc vào bi ểu đồ pha và điềukiện vỉa chứa Khảo sát biểu đồ pha Áp su ất-Nhiệt độ tiêu biểu của vỉa khí condensat ,

(hình 1.11) như sau:

Hình 1.11 Biểu đồ pha Áp su ất-Nhiệt độ của vỉa khí condensatBiểu đồ pha của khí condensat tương tự biểu đồ pha của hệ đa cấu tử khí ngưng tụngược, với đường bao pha có giá trị ít thay đổi cùng với sự thay đổi áp suất tại điều kiệnnhiệt độ vỉa lớn hơn điểm tới hạn và ng ược lại Tùy thuộc vào giá trị nhiệt độ và áp suấtban đầu của vỉa có th ể phân chia:

Vỉa chỉ tồn tại pha khí: tại điểm A (hình 1.11) áp suất vỉa giảm đẳng nhiệt theo

đường A-A’, nhi ệt độ vỉa lớn hơn nhiệt độ ngưng tới hạn (cricondentherm) nên vỉa

Vỉa tồn tại hai pha (khí ngưng tụ ngược): tại điểm B, áp suất vỉa giảm đẳng nhiệttheo đường B-B1-B2-B3, nhiệt độ vỉa nhỏ hơn nhiệt độ ngưng tới hạn, áp suất vỉa gầnvới đường đọng sương Trong quá trình giảm áp, B-B1 chỉ tồn tại 1 pha khí, tại B1 khíbắt đầu ngưng đọng thành pha l ỏng Quá trình giảm áp tiếp tục dưới giá trị áp suất điểmđọng sương (B1) tỷ lệ pha lỏng tăng dần tới (B2), tại đây t ỷ lệ pha lỏng đạt cực đại Áp

su ất tiếp tục giảm từ B2 đến B3, pha lỏng hóa h ơi ngược trở lại thành pha khí (tỷ lệ phalỏng giảm), đây chính là đặc trưng cơ bản của khí ngưng tụ ngược

1.2.2.2 Sự thay đổi ứng xử pha trong quá trình khai thác

Thực tế tại môi tr ường vỉa, quá trình giảm áp khi khí condensatđược khai thác (thay đổi từ trạng thái ĩtnh sang trạng tháiđộng) đã d ẫn đến sự thay đổi về thành ph ần và

các tính chất vật lý c ủa hệ từ đó ảnh hưởng đến đường bao pha như trong hình 1.12:

Hình 1.12 Ảnh hưởng của thành ph ần đến đường bao pha trong quá trình giảm ápNguyên nhân sự thay đổi thành ph ần hệ (dẫn tới sự thay đổi các tính chất vật lý)

của khí condensat có th ể được minh họa bởi hình 1.13:

Hình 1.13 Mô hình thay đổi thành ph ần khí condensat trong quá trình khai thác

Mô hình di ễn tả sự thay đổi trong quá trình khí condensat di chuyển từ vị trí ô 1sang vị trí ô 2 c ạnh nhau (mô ph ỏng quá trình khai thác trong môi trường vỉa) Phầntrên ủca mô hình th ể hiện giá trị độ bão hòa d ầu và khí, ph ần dưới thể hiện tổng thànhphần của hệ (C1, C4, C10) Trong quá trình mô phỏng dòng ch ảy khí condensat từ vịtrí ô 1 sang v ị trí ô 2 ch ỉ phần lớn pha khí thay đổi hay bị khai thác (vì tính linhđộngcủa pha khí lớn hơn nhiều lần độ linh động của pha lỏng) Tuy nhiên, giáịtrĩnh ô 2 có

tỷ lệ của pha lỏng và thành ph ần nặng (C4, C10) tăng so với giá trị tĩnh ban đầu nguyênnhân chính là do s ự suy giảm áp suất nhiều hơn ô 1 ( điều kiện cần có để hỗn hợp dichuyển từ ô 1 sang ô 2) Chính s ự thay đổi về độ bão hòa và thành ph ần này d ẫn tới sựthay đồi về tỷ trọng, độ nhớt, GOR,… của hệ

1.2.2.3 Ứng xử dòng ch ảy khí condensat lân c ận giếng khoan

Theo Fevang (1995), có th ể chia dòng ch ảy của khí condensat từ vỉa vào gi ếng khoan thành 3 vùng c ơ bản:

Hình 1.14 Biểu đồ phân chia 3 vùng ứng xử khác nhau của dòng ch ảy khí condensat

- Vùng 3(khu vực đơn pha) khu vực chỉ tồn tại pha khí (áp suất lớn hơn áp suất điểm sương)

- Vùng 2 (khu vực tỷ lệ pha lỏng tăng dần theo sự suy giảm của áp suất) trongkhu vực này pha khí ng ưng đọng thành pha l ỏng cùng với sự suy giảm của áp suất dưới ápsuất điểm sương Tuy nhiên,độ bão hòa pha l ỏng chưa đạt đến mức để hình thành dòng ch

ảy do đó trong quá trình khai thác chỉcó pha khí tham gia vào dòng s ản phẩm

- Vùng 1 (khu vực lân c ận giếng khoan) khu vực áp suất suy giảm nhanh, độ bãohòa pha l ỏng tăng cao đến giá trị ngưỡng, một phần pha lỏng bắt đầu tham gia vào dòng

ch ảy khai thác làm suy giảm tỷ phần dòng ch ảy của pha khí (hình 1.15) Trong khu

vực này c ả pha khí và pha l ỏng cùng tham gia vào dòng s ản phầm

Trong từng khu vực sự thay đổi về áp suất vỉa cũng như thành ph ần của hệ trong quá trình khai thácẫdn tới sự thay đổi về độ bão hòa d ầu và độ linh động của các pha Khí– L ỏng như minh họa theo biểu đồ sau:

Hình 1.15 Biểu đồ minh họa sự thay đổi độ bão hòa D ầu và độ linh

động của từng pha theo vùngBiểu đồ minh họa một cáchđịnh lượng bán kínhảnh hưởng của từng vùng 1,2,3ứng với sự thay đổi về độ bão hòa pha l ỏng do sự suy giảm của áp suất xung quanhvùng cận đáy giếng Sự hình thành c ủa pha lỏng ngày càng nhi ều dẫn tới sự thay đổithành ph ần hệ, từ đó thay đổi giá trị độ linh động của từng pha Độ linh động của phadầu tăng dần, pha khí giảm dần khi dòng ch ảy đến gần giếng khoan

1.2.2.4 Hiện tượng tích tụ condensat vùng cận đáy giếng

Trong vùng cận giếng khoan (vùng 1) độ suy giảm nhanh của áp suất dẫn tới sựngưng tụ pha lỏng (sự tích tụ của các thành phần nặng) ngày càng nhi ều của khícondensat trong các không gian lỗ rỗng của thành h ệ Sự tích tụ này (có th ể chiếm mộtphần hay hoàn toàn không gian r ỗng) gây nên sự cản trở dòng ch ảy đối với các thành

phần nhẹ (pha khí), làm gi ảm độ linh động của pha khí (hình 1.15) ảnh hưởng đến hệ

số thu hồi sản phẩm của vỉa, hiện tượng này được gọi là hi ện tượng tích tụ condenatetại vùng lân c ận đáy giếng khoan

Hình 1.16 Biểu đồ mô t ả sự hình thành condensat tích t ụ vùng cận đáy giếng

Sự hiểu biết về quá trình tích ụt condensat trong các vỉa khí condensat, đặc biệt làcác vỉa có h ệ thống độ thấm trung bình kém, giá ịtráp suất điểm sương gần với áp suấtvỉa… s ẽ giúp nhà quản lý có th ể đưa ra được các kế hoạch khai thác phù hợp nhằm hạnchế sự suy giảm hệ số thu hồi sản phẩm do hiện tượng này gây ra

Như vậy, sự hiểu biết một cách cơ bản cácứng xử pha trong cùng 1 chất lưu, đặcbiệt tại khu vực lân c ận giếng khoan và các rủi ro của nó là điều rất quan trọng cần lưu

ý, tr ước khi tìm hiểu sâu thêm về những biến đổi này b ằng các thí nghiệm PVT

1.3 Các phương pháp ấly mẫu và các thí nghiệm phân tích PVT

1.3.1 Các phương pháp ấly mẫu chất lưu

Mẫu chất lưu (được xem là đại diện của chất lưu vỉa) là d ữ liệu đầu vào quantrọng nhất của các thí nghiệm phân tích PVT và phân tích thành ph ần Do đó quy trình

và k ế hoạch lấy mẫu hợp lý cho t ừng loại chất lưu, cùng với điều kiện thiết bị phù hợp

sẽ mang lại thông tin chính xác và đáng tin ậcy hơn

Có hai ph ương pháp ấly mẫu chất lưu cơ bản: phương pháp ấly mẫu đáy giếng vàphương pháp ấly mẫu bề mặt Việc lựa chọn phương pháp ấly mẫu phù hợp sẽ phụthuộc vào các yếu tố sau:

- Dung tích mẫu cần lấy

- Loại chất lưu vỉa cần lấy mẫu

- Mức độ suy giảm áp suất vỉa

- Thiết bị bề mặt và thi ết bị lòng gi ếng.

1.3.1.1 Phương pháp ấly mẫu đáy giếng

Phương pháp ấly mẫu đáy giếng thường được áp dụng trong trường hợp dung tích mẫu cần lấy nhỏ (khoảng 600cm3), độ nhớt chất lưu không quá lớn có th ể gây ảnh hưởng đến thiết bị lấy mẫu, áp suất đáy giếng được xácđịnh lớn hơn áp suất bão hòa củachất lưu, thiết bị lòng gi ếng phù hợp không gây khó kh ăn cho việc vận hành đưa thiết

bị lấy mẫu lên và xuống độ sâu c ần lấy mẫu Ưu điểm của phương pháp này là mẫu chấtlưu đại diện cho thành h ệ Nhược điểm là chi phí l ấy mẫu cao, rủi ro cao trong quá trình ấly mẫu

Quy trình lấy mẫu cơ bản tuân theo các bước và điều kiện sau:

- Thiết lập điều kiện vỉa ổn định, trong trường hợp vỉa chưa bão hòa ph ảiđảm bảo áp suất của dòng ch ảy đáy giếng lớn hơn áp suất bão hòa để tránh hiệntượng tách pha và hàm lượng khí hòa tan trong các mẫu dầu không đổi, giúp đođạc giá trị Rs chính xác.Đối với các vỉa bão hòa, ph ương pháp ấly mẫu này ph ảiđược chú ý hơn do áp suất của vỉa nhỏ hơn áp suất bão hòa

- Khảo sát giá ịtrnhiệt độ và áp suất dọc thành h ệ giếng khoan tại điều kiệntĩnh (đóng gi ếng) để xácđịnh các ranh giới Khí-Dầu, Dầu-Nước… b ằng biểu đồ

áp suất theo độ sâu, ( hình 1.17).

- Xácđịnh độ sâu điểm cần lấy mẫu (mẫu chất lưu được lấy từ khoảng cho dòng chính để đảm bảo tính đại điện cho chất lưu vỉa)

- Đưa thiết bị đến độ sâu c ần lấy mẫu, kích hoạt thiết bị và ti ến hành thuthập mẫu, thông th ường nên ấly khoảng 3 mẫu, kiểm tra độ nhất quán giữa các mẫubằng cáchđo áp suất điểm bọt khí ở nhiệt độ bề mặt Các mẫu có áp suất bọt khí không sai l ệch nhau quá 2%được lấy làm m ẫu chất lưu đại diện cho vỉa và gửi tới phòng thí nghi ệm phân tích các tính chất PVT

Hình 1.17 Biểu đồ phân b ố áp suất theo độ sâu mô t ả ranh giới Khí-Dầu và D ầu-Nước

1.3.1.2 Phương pháp ấly mẫu bề mặt

Phương pháp ấly mẫu dầu và khí t ại bình tách với nhiệt độ, áp suất và l ưu lượngdòng ch ảy được ghi nhận đầy đủ giúp tính toán cácỉ ltệ kết hợp các mẫu dầu và khí phùhợp Phòng thí nghi ệm sẽ tái ạto lại các mẫu dầu và khí để đạt được mẫu chất lưu đạidiện cho vỉa trước khi phân tích thí nghi ệm PVT

Phương pháp thường được áp dụng trong các trường hợp: dung tích mẫu cần lấy lớn(thông th ường áp dụng cho các vỉa khí condensat), các thiết bị đo đạc tại bình tách có độ chính xácđáng tin cậy, khi mẫu chất lưu lấy tại đáy giếng không đại diện cho chất lưu vỉa(như mẫu đáy giếng bị lẫn nhiều nước)…

Ưu điểm của phương pháp này là có th ể thu thập được nhiều mẫu, chi phí lấy mẫu

rẻ, có th ể ghi nhận được giá trị GOR đáng tin cậy Nhược điểm: mẫu lấy chưa hoàntoàn đại diện cho chất lưu trong vỉa

Quy trình lấy mẫu cơ bản tuân theo các bước và điều kiện sau:

- Thiết lập điều kiện vỉa ổn định: ổn định lưu lượng dầu khí trên bề mặt, ổn định

áp suất đầu giếng, ổn định áp suất dòng ch ảy tại đáy giếng, bảo đảm không có s ựtách pha trong quá trình chất lưu chảy vào lòng gi ếng

- Duy trì sự ổn định của dòng ch ảy (lưu lượng khai thácđược điều chỉnh thấp nhất

có th ể), tính toán và ghi nhận chính xác giá ịtrGOR của dòng ch ảy

- Lấy mẫu dầu và khí t ại bình tách ơs cấp hay bình táchđầu tiên hình( 1.18) với

giá trị áp suất bình táchđược ghi nhận để kiểm tra chất lượng mẫu (áp suất điểm bọt khí của mẫu được tái kết hợp tại nhiệt độ bình tách phải bằng với áp suất của bình tách) Ghi nhận chính xác cácữdliệu của mẫu lấy được và g ởi về phòng thí nghiệm PVT

Nơi chứamẫu chất lưudầu và khí

Hình 1.18 Sơ đồ thiết bị bề mặt trong phương pháp ấly mẫu bề mặt

1.3.2 Các thí nghiệm phân tích PVT c ủa khí condensat

Đối tượng nghiên cứu của luận văn này là v ỉa khí condensat, do đó ch ỉ có các thí nghiệm phân tích PVT c ụ thể cho đối tượng khí condensat sẽ được trình bày

1.3.2.1 Thí nghiệm CCE