Dự báo năng suất khai thác của vỉa dầu khí bằng phương pháp thử vỉa phân đoạn interval pressure transient testing

Minh giải thử vỉa là một quá trình ngược trong đó các thông số của mô hình được suy ra từ việc phân tích phản ứng của mô hình đối với một tập hợp số liệu đầu vào và đầu ra cho trước bằng

LÊ HUY VIỆT

DỰ BÁO NĂNG SUẤT KHAI THÁC CỦA VỈA DẦU KHÍ

BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỬ VỈA PHÂN ĐOẠN INTERVAL PRESSURE TRANSIENT TESTING

CHUYÊN NGÀNH: KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Thành phố Hồ Chí Minh – Tháng 6 Năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: LÊ HUY VIỆT Giới tính : Nam / Nữ Ngày, tháng, năm sinh : 20/12/2082 Nơi sinh : HẢI DƯƠNG

Chuyên ngành : Khoan Khai Thác Dầu Khí Mã học viên: 10376053

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2010

1- TÊN ĐỀ TÀI:

Ứng dụng phương pháp thử vỉa phân đoạn vào giếng có vỉa mỏng và xen kẹp

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

.Nhiệm vụ/Mục tiêu của luận văn: Giới thiệu cấu tạo và cách vận hành phương pháp thử vỉa phân đoạn Interval Pressure Transient Testing (IPTT) Xây dựng mô hình phân tích số liệu thử vỉa phân đoạn và ứng dụng phương pháp thử vỉa phân đoạn vào giếng khoan GVC-2X nhằm chứng minh các ưu điểm và sự phù hợp với các đối tượng nghiên cứu là các vỉa mỏng và xen kẹp So sánh với các kết quả thử vỉa thông thường DST cũng tại giếng khoan đó để có những nhận định khách quan về ứng dụng của phương pháp thử vỉa phân đoạn trong thực tiễn Nội dung nghiên cứu: Giới thiệu các phương pháp thử vỉa đang áp dụng hiện tại và khái niệm các vỉa mỏng và xen kẹp Giới thiệu cấu tạo và vận hành thiết bị thử vỉa phân đoạn IPTT Xây dựng mô hình phân tích số liệu thử vỉa phân đoạn IPTT và ứng dụng của mô hình này vào giếng khoan GVC-2X có các vỉa mỏng và xen kẹp

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 14/02/2011

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 31/06/2011

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Tiến sỹ Mai Cao Lân

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

(Họ tên và chữ ký)

Cuối cùng kính chúc quý thầy cô và các bạn học viên sức khỏe và công tác tốt

Tp HCM, tháng 6 năm 2011

Lê Huy Việt

MỤC LỤC

DANH SÁCH HÌNH VẼ v

DANH SÁCH THUẬT NGỮ CHUYÊN NGÀNH ix

DANH SÁCH KÝ HIỆU TOÁN HỌC x

MỞ ĐẦU xii

CHƯƠNG I 1

TỔNG QUAN VỀ THỬ VỈA VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA 1

VỈA MỎNG VÀ XEN KẸP 1

1.1 Tổng quan về các phương pháp thử vỉa 1

1.2 Mục tiêu của quá trình thử vỉa 2

1.2.1 Nhóm các phương pháp thử vỉa nhằm đánh giá khả năng khai thác của vỉa (productivity well testing) 3

1.2.2 Nhóm các phương pháp thử vỉa nhằm đánh giá cấu trúc địa chất của vỉa (descriptive well testing) 4

1.3 Các phương pháp thử vỉa thông dụng 4

1.3.1 Thử vỉa bằng phương pháp giảm áp (Drawdown Pressure Test) 4

1.3.2 Thử vỉa bằng phương pháp phục hồi áp suất (Buildup Pressure Test) 5

1.3.3 Thử giếng bơm ép (Injection test) 7

1.3.4 Thử giếng áp suất chuyển tiếp (falloff test) 7

1.3.5 Thử giếng gây nhiễu (Interference Test): 8

1.3.6 Thử giếng thông thường Drill Stem Test (DST) 9

1.3.7 Thử giếng bằng phương pháp đo địa vật lý - Wireline Formation Tester (WFT) 9

1.4 Quá trình phân tích số liệu thử vỉa 10

1.4.1 Xử lí dữ liệu đầu vào (Data processing): 10

1.5 Các nghiên cứu về vỉa mỏng và xen kẹp 12

1.5.1 Khái niệm: 12

1.5.2 Các nghiên cứu về vỉa mỏng và xen kẹp [4] 14

1.6 Những vấn đề khó khăn đối với vỉa xen kẹp 16

CHƯƠNG II 17

PHƯƠNG PHÁP THỬ VỈA PHÂN ĐOẠN VÀ QUÁ TRÌNH PHÂN TÍCH THỬ VỈA 17

2.1 Cấu tạo và cơ chế hoạt động của thiết bị thử vỉa phân đoạn 17

2.1.1 Lịch sử phát triển các thiết bị thử vỉa bằng cáp địa vật lý (Wireline Formation Tester – WFT) 17

2.1.2 Các giai đoạn dòng chảy trong vỉa cần xây dựng phương trình 25

2.1.3 Các thông số ghi nhận trong quá trình phân tích thử vỉa phân đoạn 26

2.2 Ảnh hưởng của các yếu tố trong vỉa tới quá trình phân tích thử vỉa phân đoạn 33

2.2.1 Ảnh hưởng của các tính chất của vỉa lên các chế độ dòng chảy 33

2.2.2 Ảnh hưởng của độ thấm bất đẳng hướng tới quá trình phân tích kết quả thử vỉa phân đoạn 34

CHƯƠNG III 36

MÔ HÌNH PHÂN TÍCH SỐ LIỆU THỬ VỈA VÀ ỨNG DỤNG VÀO GIẾNG GVC-2X 36

3.1 Xây dựng mô hình phân tích số liệu (workflow) cho phương pháp thử vỉa phân đoạn đối với vỉa mỏng và xen kẹp 36

3.1.1 Sử lý số liệu thu thập (Quality Analysis/Quality Control) 37

3.1.2 Xây dựng mô hình mỏ trong phân tích thử vỉa phân đoạn 38

3.2 Tổng quan về giếng khoan thực tế GVC-2X 46

3.2.1 Phân tích kết quả thử vỉa phân đoạn IPTT tại vỉa 103 48 3.2.2 Phân tích kết quả thử vỉa phân đoạn tại vỉa 107 56

3.3 Phân tích kết quả thử vỉa thông thường DST tại giếng GVC -2X 64 3.4 Kết quả so sánh các thông số thử vỉa giữa 2 phương pháp thử vỉa phân đoạn và thử vỉa thông thường DST 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1: Thử vỉa giảm áp và phục hồi áp suất 5

Hình 1.2: Thử giếng bằng phương pháp phục hồi áp suất 6

Hình 1.3: Thử giếng bơm ép 7

Hình 1.4: Thử giếng falloff 8

Hình 1.5: Mẫu lõi đăc trưng của vỉa mỏng và xen kẹp 12

Hình 1.7: Các vỉa mỏng và xen kẹp gặp khó khăn trong quá trình phân tích và minh giải trên các phương pháp đo địa vật lý thông thường 14

Hình 2.1: Các thiết bị đo áp suất thành hệ trong quá trình đo địa vật lý giếng khoan bằn cáp tời – Wireline Formation Tester 18

Hình 2.2: Cấu tạo của bộ thiết bị thử vỉa phân đoạn 20

Hình 2.3: Cấu tạo chi tiết khoảng không cách ly giữa vỉa và giếng khoan 21

Hình 2.4: Các lực nén ép xảy ra trong quá trình tạo không gian cách ly khi thử vỉa phân đoạn 22

Hình 2.5: Áp suất chênh lệch giữa áp suất thủy tĩnh và áp suất trong khoảng không cách ly 23

Hình 2.6: Quy trình vận hành thiết bị thử vỉa phân đoạn 24

Hình 2.7: Thiết bị cao su có thể giãn nở cách ly các vỉa riêng biệt (packer) 25

Hình 2.8: Các dạng dòng chảy xuất hiện trong quá trình thử vỉa phân đoạn 25

Hình 2.9: Mô hình dòng chảy hướng tâm 27

Hình 2.10: Các mô hình dòng chảy hướng tâm trong các vỉa 27

Hình 2.11: Mô hình dòng chảy hướng tâm xuất hiện ở giai đoạn cuối Các giá trị của độ thấm và hệ số skin và áp suât vỉa ngoại suy có thể tính toán 28

Hình 2.12: Mô hình dòng chảy cầu 29

Hình 2.13: Các mô hình dòng chảy cầu và dòng chảy bán cầu xuất hiện trong vỉa 29

Hình 2.14: Mô hình dòng chảy ngang 30

Hình 2.15: Mô hình dòng chảy ngang 30

Hình 2.16: Các mô hình dòng chảy ngang từ vỉa vào giếng 31

 Hệ số skin: 31

Hình 2.17: Mô hình thể hiện sự ảnh hưởng của hiệu ứng skin 32

Hình 2.18: Các chế độ dòng chảy trong vỉa đơn giản và không xen kẹp 33

Hình 2.19: Ảnh hưởng của vị trí packer tới quá trình phân tích thử vỉa phân đoạn 34

Hình 2.20: Ảnh hưởng của độ thấm bất đẩng hướng kv/kh tới quá trình phân tich thử vỉa phân đoạn 35

Hình 3.1: Vùng bán kính ảnh hưởng của các phương pháp thử vỉa 39

Hình 3.2: Mô hình thử vỉa phân đoạn đối với các giếng có góc lệch từ 0 đến 90 40

Hình 3.3: So sánh chế độ dòng chảy trong mô hình thử vỉa phân đoạn IPTT và thử vỉa DST đối với các giếng có góc lệch từ 0 đến 90(trường hợp 1) 42

Hình 3.4: So sánh chế độ dòng chảy của mô hình thử vỉa phân đoạn IPTT và thử vỉa DST đối với giếng có nghiêng 45(trường hợp 2) 43

Hình 3.5: So sánh chế độ dòng chảy của mô hình thử vỉa phân đoạn IPTT và thử vỉa DST đối với giếng có góc lệch 90(trường hợp 3) 43

Hình 3.6: Mô hình phân tích số liệu thử vỉa phân đoạn 45

Hình 3.7: Sơ đồ vị trí giếng khoan GVC-2X trong rìa đới nâng Côn Sơn 47

Hình 3.9: Vỉa mỏng và xen kẹp 103 được thể hiện trên các tài liệu đo địa vật lý giếng khoan (chiều dày vỉa là 5m) 49

Hình 3.10: Quá trình thử vỉa phân đoạn IPTT tại vỉa 103 50

Hình 3.11: Quá trình bơm rửa vùng nhiễm bẩn ở xung quanh đáy giếng cho tới khi xuất hiện chất lưu từ vỉa vào giếng trong thử vỉa phân đoạn IPTT 50

Hình 3.12: Các đường biểu diễn sự thay đổi áp suất phục hồi trong quá trình thử vỉa phân đoạn IPTT trong đồ thị log –log 51

Hình 3.13: Dòng chảy hướng tâm và dòng chảy cầu xuất hiện trong quá trình thử vỉa phân đoạn IPTT52 Hình 3.14: Sự ảnh hưởng của các lớp chắn ở vùng ngoại biên có hệ số góc gấp 2 lần hệ số góc ban đầu (m 2 =2m 1 ) 53

Bảng 3.1: Các thông số ban đầu và mô hìnnh của vỉa mỏng và xen kẹp 103 53

Hình 3.15: Sự trùng khớp giữa kết quả và mô hình tính toán với số liệu thử vỉa thực tế trên đồ thị log -

log 54

Hình 3.16: Sự trùng khớp giữa kết quả phân tích thử vỉa phân đoạn với số liệu thử vỉa ban đầu trên đồ thị Horner 55

Hình 3.17: Sự trùng khớp kết quả tính toán sau khi phân tích thử vỉa phân đoạn với số liệu thử vỉa ban đầu tại vỉa 103 (history production matching) 55

Hình 3.18: Thiết bị thử vỉa phân đoạn thực hiện khảo sát vỉa 107 57

(chiều dày vỉa 5m) 57

Hình 3.19: Hình ảnh vi điện trở FMI cho thấy có sự xuất hiện của các nếp uốn trong vỉa mỏng và xen kẹp 107(trong khoảng 2524 – 2525m) 58

Hình 3.20: Quá trình thử vỉa phân đoạn tại vỉa 107 59

Hình 3.21: Quá trình bơm rửa vùng xâm nhiễm ở xung quanh giếng tới khi xuất hiện các dấu hiệu chất lưu của vỉa và lấy mẫu trong điều kiện vỉa 60

Hình 3.22: Các giai đoạn phục hồi áp suất trong quá trình thử vỉa phân đoạn tại vỉa 107 cho thấy có sự tương đồng phản ánh các yếu tố địa chất của vỉa 60

Hình 3.23: Sự xuất hiện của dòng chảy cầu và dòng chảy hướng tâm, và ảnh hưởng của yếu tố ngoại biên tác động lên vỉa 107 61

Hình 3.24: Mô hình của vỉa và các dòng chảy cầu, dòng chảy hướng tâm giữa kết quả minh giải thử vỉa phân đoạn và số liệu thực của quá trình phục hồi áp suất số 4(BU#4) 62

Hình 3.25: Sự trùng khớp giữa mô hình tính toán với số liệu ban đầu của vỉa 107 trên đồ thị Horner 62

Hình 3.26: Sự trùng khớp giữa mô hình của vỉa và số liệu thử vỉa ban đầu 63

(History matching production) 63

Hình 3.27: Thông số bắn mở vỉa trong phương pháp thử vỉa thông thường DST 64

Hình 3.28: Quá trình thử vỉa bằng phương pháp thử vỉa thông thường DST tại vỉa 103 và 107 65

Hình 3.29: Sự biển đổi của áp suất trong 2 quá trình phục hồi áp suất khi thử vỉa thông thường DST cùng lúc hai vỉa 103 và 107 66

Hình 3.30: Sự trùng khớp giữa kết quả phân tích thử vỉa DST và số liệu thực tế 67

Hình 3.31: Các đường biểu diễn áp suất giữa kết quả và số liệu thử vỉa thực tế 67

Bảng 3.2: So sánh kết quả 2 phương pháp thử vỉa phân đoạn IPTT với 68 thử vỉa thông thường DST 68

DANH SÁCH THUẬT NGỮ CHUYÊN NGÀNH

Semilog analysis: Phân tích theo hệ trục bán log

Type Curve analysis: Phân tích theo phương pháp đường

DANH SÁCH KÝ HIỆU TOÁN HỌC

: độ nhớt, cp

: độ nhớt dầu, cp

độ rỗng, %

: hệ số nén lưu chất, psi-1

: hệ số nén của dầu, đất đá và tổng, psi-1

: chiều dày của vỉa, ft

: hệ số thấm, md

hệ số thấm của dầu, tương đối của dầu và khi xét hiệu ứng skin, md

hệ số góc đường thẳng tuyến tính, psi/ cycle

: áp suất ban đầu của vỉa, psi

áp suất ngoại suy, psi

áp suất vỉa tại vị trí r ứng với thời gian t, psi

áp suất vỉa trung bình trong giai đoạn dòng chảy giả ổn định, psi

áp suất đáy giếng, psi

áp suất đáy giếng trong trường hợp thử giếng tích áp, psi

áp suất tại thời điểm t = 1h, đồ thị semilog

áp suất không thứ nguyên

: thời gian, giờ, h

thời gian khai thác trung bình trước khi đóng giếng khảo sát tích áp, h : thời gian khai thác trung bình không thứ nguyên trước khi đóng giếng, thời gian kết thúc giai đoạn dòng chảy hướng tâm, h

: thời gian bắt đầu gian đoạn dòng chảy giả ổn định, h

lw: khoảng không gian giữa 2 packer trong thiết bị thử vỉa phân đoạn θ: góc lệch giếng so với phương thẳng đứng

MỞ ĐẦU

Hiện nay, công tác tìm kiếm thăm dò và khai thác dầu khí trên thềm lục địa Việt nam đang gặp một số khó khăn như các mỏ phát hiện với trữ lượng lớn không còn nhiều, khu vực phát hiện ở các vùng nước sâu cũng như thành hệ phức tạp và hay sự cố

Công tác đánh giá và thẩm định trữ lượng một giếng khoan đòi hỏi phải được xem xét, thu thập dữ liệu và phân tích được tiến hành ngay từ những giai đoạn đầu trong quá trình khoan và đo đạc giếng khoan Các thông số của vỉa như hệ số thấm, hệ số nhiễm bẩn và bán kính ảnh hưởng là những đặc trưng của vỉa cần được thu thập và minh giải để xác định và dự báo năng suất khai thác của vỉa cũng như cả vùng mỏ

Trước những khó khăn hiện tại đang đặt ra và những yêu cầu trong công tác đánh giá trữ lượng các giếng khoan có thành hệ phức tạp là các đới xen kẹp và đất đá

bở rời (thinly laminated) với hệ số thành công chưa cao cũng như phân tích các yếu tố ảnh hưởng tới kết quả thử vỉa Tác giả xin được giới thiệu và tìm hiểu các yếu tố kỹ thuật và công nghệ cũng như các kiến nghị về phương pháp phân tích thử vỉa đối với các vỉa mỏng và xen kẹp bằng phương pháp thử vỉa phân đoạn – Interval Pressure Trasient Testing (IPTT)

Phương pháp thử vỉa phân đoạn (IPTT) được áp dụng trong các vỉa có hệ tầng phức tạp và chất lưu là dạng khí dầu gas condensate Với sự tìm hiểu và phân tích phương pháp thử vỉa phân đoạn qua đề tài “ Dự báo năng suất khai thác của vỉa dầu khí bằng phương pháp thử vỉa phân đoạn Interval Pressure Transient Testing”

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ THỬ VỈA VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA

VỈA MỎNG VÀ XEN KẸP

1.1 Tổng quan về các phương pháp thử vỉa

Các yếu tố kỹ thuật về công nghệ và yếu tố về kinh tế luôn là những quan tâm hàng đầu trong quá trình nghiên cứu và phát triển các mỏ dầu khí Công tác đánh giá hiệu quả của việc phát triển mỏ được đặt ra như là một yêu cầu tất yếu, việc đánh giá mô hình mỏ thông qua các công tác dự báo vể thủy động lực và các mô hình địa chất được xem xét ngay từ khi giai đoạn thăm dò và thu thập số liệu cho đến suốt quá trình phát triển mỏ

Việc đánh giá khả năng và tiềm năng dầu khí của mỏ thông qua các công tác nghiên cứu, minh giải các thông số thủy động lực của mỏ như lưu lượng khai thác, hệ số thu hồi trong từng giai đoạn vận hành mỏ là một trong nhưng thông số

cơ bản và rất quan trọng Tùy theo từng giai đoạn phát triển của vùng mỏ mà yêu cầu và nhiệm vụ đặt ra cho công tác thử vỉa có khác nhau và mức độ tin cậy cũng khác nhau Việc xác định tính chất của dầu khí, khả năng khai thác (reservoir deliverability) và năng suất khai thác (productivity index) đối với các đối tượng khai thác phức tạp như các vùng nước sâu, các vỉa cận biên, các vỉa mỏng và xen kẹp và không đồng nhất càng khó khăn hơn và đòi hỏi độ chính xác cao hơn, vì đây là những yếu tố quyết định tới tính kinh tế của công tác đầu tư và phát triển

mỏ

Thử vỉa là tạo một nhiễu động ở thành giếng khai thác (thay đổi lưu lượng khai thác) và quan sát sự biến đổi áp suất theo thời gian Thử vỉa sẽ cung cấp thông tin về giếng như hệ số thấm trung bình, hệ số skin, diện tích tháo lưu của giếng…Trong quá trình thử vỉa, phản ứng của vỉa theo sự thay đổi lưu lượng được kiểm soát Phản ánh của vỉa ít hay nhiều, ở mức độ nào đó sẽ phản ánh

thuộc tính của vỉa, cho nên thuộc tính của vỉa có thể suy ra thông qua sự thay đổi này Minh giải thử vỉa là một quá trình ngược trong đó các thông số của mô hình được suy ra từ việc phân tích phản ứng của mô hình đối với một tập hợp số liệu đầu vào và đầu ra cho trước bằng cách sử dụng các mô hình toán học để liên hệ

sự thay đổi áp suất vỉa với sự thay đổi của lưu lượng và thời gian, sự thay đổi của

số liệu đầu ra đo được ứng với các số liệu đầu vào cho trước sẽ thể hiện các thông số thuộc tính của vỉa đó

1.2 Mục tiêu của quá trình thử vỉa

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ và nhanh chóng của ngành dầu khí đặc biệt là công tác tìm kiếm thăm dò và thẩm lượng các mỏ mới, cac mỏ ở vùng nước sâu thì công tác thử vỉa cũng có những bước phát triển rõ rệt và theo kịp với yêu cầu, đòi hỏi về kỹ thuật và công nghệ thử vỉa Quá trình thu thập số liệu được thực hiện một cách cẩn trọng và đòi hỏi tính chính xác, chất lượng, phản ánh đúng thực trạng của vỉa dầu khí Các công nghệ thử vỉa ngày nay có thể cho phép chúng ta thu thập số liệu một cách liên tục, cập nhập trong suốt quá trình thử vỉa

và hơn hết có thể đánh giá, phân tích nhanh chóng, chính xác các số liệu cần thiết trong giai đoạn thăm dò

Các phương pháp thử vỉa được thực hiện và áp dụng ngày nay đang được chia làm 2 nhóm chính đó là dự báo năng suất khai thác và mô tả các thông số về vỉa: Nhóm các phương pháp thử vỉa nhằm dự báo khả năng khai thác của vỉa sẽ cung cấp các thông tin sau đây:

 Xác định tính chất của dầu hoặc khí, đánh giá thể tích tồn tại trong điều kiên mỏ

 Đo đạc các thông số của vỉa như áp suất và nhiệt độ

 Thu thập và lấy mẫu dầu khí để phục vụ công tác thực nghiêm PVT trong phòng thí nghiệm

 Đánh giá khả năng khai thác của vỉa dầu khí

 Khảo sát sự hiệu quả của công tác hoàn thiện giếng

 Phân tích các yếu tố suy giảm sản lượng hoặc công tác xử lý vùng cận đáy giếng

Nhóm các phương pháp thử vỉa nhằm đánh giá và mô tả các yếu tố địa chất của vỉa dầu khí sẽ cung cấp các thông tin:

 Khảo sát và đánh giá các thông số của vỉa như độ thấm

 Nghiên cứu đặc điểm của các vỉa không đồng nhất

 Nghiên cứu và đánh giá các vỉa cận biên và cấu trúc thành hệ

 Đánh giá các chế độ thủy động lực của các giếng với nhau

Nhưng dù có nhiệm vụ và mục đích khác nhau nhưng các công tác thử vỉa luôn hết sức cần thiết cho công tác phân tích và đánh giá cũng như cải thiện các thông số đặc trưng của vỉa và có những dự báo chính xác, đáng tin cậy trong quá trình phát triển mỏ sau này

1.2.1 Nhóm các phương pháp thử vỉa nhằm đánh giá khả năng khai thác của vỉa (productivity well testing)

Các phương pháp thử vỉa nhằm đánh giá khả năng khai thác của vỉa là những yêu cầu cơ bản nhất của công tác thử vỉa dầu khí, nhăm cung cấp các thông tin để phả ánh rõ tính chất của dầu khí tồn tại trong vỉa, lấy mẫu và xác định khả năng khai thác của vỉa

Thành phần của dầu khí sẽ được phân tích và đánh giá qua công tác phân tích PVT trong phòng thí nghiệm nhằm hiểu rõ các thông số như trạng thái pha của hydrocarbon trong các điều kiện áp suất và nhiệt độ khác nhau Việc phân tích PVT sẽ giúp cung cấp cho chúng ta đầy đủ các thông số cơ bản của chất lưu trong vỉa áp suất bọt khí, hệ số giãn nở thành hệ, hệ số nén phục vụ cho công tác thử vỉa và mô phỏng các dòng chảy trong giếng Khả năng khai thác của mỏ là một trong những thông số quan trọng trong việc đánh giá mức độ thương mại của

mỏ dầu khí, một yếu tố quyết định trong quá trình đánh giá tiềm năng dầu khí của mỏ

Quá trình này được thực hiện bằng cách thông qua đánh giá lưu lượng khai thác với từng khoảng giảm áp suất trong giếng Giếng sẽ được khai thác với những lưu lượng khác nhau thông qua việc thay đổi đường kính van hay đánh giá

sự ổn định và phục hồi áp suất trong quá trình thay đổi van tiết lưu

1.2.2 Nhóm các phương pháp thử vỉa nhằm đánh giá cấu trúc địa chất của vỉa (descriptive well testing)

Các phương pháp thử vỉa nhằm đánh giá cấu tạo địa chất, cấu trúc của thành

hệ nhằm có thể hiểu rõ hơn về các yếu tố địa chất có thể ảnh hưởng đến khả năng khai thác và tiềm năng dầu khí của vỉa Bất kỳ sự thay đổi về lưu lượng cũng dẫn tới những thay đổi của áp suất đáy giếng và vùng kế cận Bằng việc ghi nhận sự thay đổi trong quá trình phục hồi áp suất đáy giếng theo thới gian cho phép có thể biết được sự không đồng nhất trong các cấu trúc địa chất hay các bất đẳng hướng trong cấu trúc của mỏ Để đạt được những yêu cầu này thì việc phân tích

và đánh giá sự thay đổi áp suất đáy giếng được thực hiện bằng việc phân tích trên

3 dạng đồ thị: đồ thị log – log (mô hình mỏ sẽ được xác định); đồ thị semilog (dự đoán các giá trị của vỉa); và hệ quy chiếu Đê-các-tơ (Cartersian – đánh giá các giá trị của vỉa và mô hình mỏ)

Các đặc trưng của sự thay đổi áp suất có thể quan sát thấy cùng với sự khác biệt với từng đặc điểm của vỉa Mỗi đồ thị log – log gồm có 2 đường cong biểu diễn trên đó, đường cong phía trên biểu diễn sự thay đổi của áp suất tương ứng với bất kỳ thay đổi của lưu lượng, và đường cong phía dưới là đạo hàm của áp suất biểu diễn mức độ thay đổi của áp suất theo thời gian Các đường cong này

có độ nhạy với bất kỳ sự thay đổi nào trong giếng cũng như trong cấu trúc địa chất của vỉa

1.3 Các phương pháp thử vỉa thông dụng

1.3.1 Thử vỉa bằng phương pháp giảm áp (Drawdown Pressure Test)

Trong thử vỉa giảm áp, lưu lượng được giữ ổn định trước khi thử vỉa, sau đó giếng được đóng lại để áp suất đáy giếng cân bằng với áp suất vỉa, lưu lượng

bằng không, sau đó mở giếng và ghi nhận áp suất thay đổi theo thời gian với một lưu lượng không đổi

Hình 1.1: Thử vỉa giảm áp và phục hồi áp suất

Những nhược điểm của phương pháp thử vỉa giảm áp:

- Khó giữ lưu lượng ổn định trong suốt quá trình thử giếng,

- Điều kiện giếng ban đầu thường không ổn định

Phạm vi ứng dụng: của phương pháp thử vỉa giảm áp được tiến hành cho

những giếng khai thác với áp suất vỉa còn cao, tạo được dòng chảy tự phun lên bề mặt Ngoài ra, thử vỉa giảm áp còn được ứng dụng trong những trường hợp giá dầu cao, vì giếng có thể được khai thác trong suốt quá trình thử

1.3.2 Thử vỉa bằng phương pháp phục hồi áp suất (Buildup Pressure Test)

Giếng đang khai thác được đóng lại và ghi nhận sự thay đổi áp suất theo thời gian

Ưu điểm của thử vỉa bằng phương pháp phục hồi áp suất là trong khi thử, giếng được đóng nên lưu lượng là hằng số (bằng không) được kiểm soát tốt trong suốt quá trình thử giếng

Tuy nhiên thử vỉa bằng phương pháp phục hồi áp suất cũng có những nhược điểm sau:

- Khó khăn để đạt được lưu lượng là hằng số trước thời điểm đóng

giếng,

- Không khai thác được khi đang thử giếng

Phạm vi ứng dụng: ngoài việc tính toán thông số thuộc tính vỉa, thử vỉa bằng

phương pháp phục hồi áp suất còn được ứng dụng trong những trường hợp muốn nghiên cứu tính ổn định của áp suất vỉa mà không phải chờ đợi trong một thời gian dài (áp suất vỉa có thể ổn định một vài giờ sau khi đóng giếng)

Thử vỉa bằng phương pháp phục hồi áp suất sẽ khảo sát được một khoảng xa hơn so với phương pháp giảm áp, khoảng vài feet nếu như các yếu tố cho phép như độ nhạy của các thiết bị đo cũng như quá trình phục hồi áp suất có thời gian

đủ dài Ngay cả trường hợp đối với các vỉa có độ thấm kém và thời gian phục hồi

áp suất ngắn thì phương pháp này vẫn có thể đánh giá và tính toán được độ thấm trong cả vùng thấm nhiễm hay vùng chưa bị thấm nhiễm

Hình 1.2: Thử giếng bằng phương pháp phục hồi áp suất

tp RATE

t = t - t p

1.3.3 Thử giếng bơm ép (Injection test)

Là một quá trình ngược của thử giếng hạ áp, chất lưu được bơm ép vào vỉa thay vì được lấy ra khỏi vỉa như trong thử giếng hạ áp, tuy nhiên phương pháp

này dễ dàng kiểm soát lưu lượng là hằng số hơn

Phạm vi ứng dụng: thử giếng bơm ép được tiến hành trong những trường hợp

áp suất vỉa đã suy giảm, không có dòng chảy tự phun từ vỉa lên bề mặt và giếng đang được khai thác bằng các phương pháp thứ cấp

1.3.4 Thử giếng áp suất chuyển tiếp (falloff test)

Phương pháp này ghi nhận sự thay đổi áp suất theo thời gian tại đáy giếng khi đóng giếng kết thúc quá trình thử giếng bơm ép, theo lí thuyết phương pháp này tương đương với thử giếng tích áp

Phạm vi ứng dụng: thử giếng áp suất chuyển tiếp thường được tiến hành sau

khi kết thúc thử giếng bơm ép

1.3.5 Thử giếng gây nhiễu (Interference Test):

Trong thử giếng gây nhiễu, người ta khai thác một giếng và ghi nhận sự thay đổi áp suất tại một giếng khác Thử giếng gây nhiễu giám sát áp suất thay đổi trong vỉa tại một khoảng cách tương đối so với giếng khai thác đang thử nên rất hữu ích trong việc đánh giá thuộc tính vỉa trong một khu vực rộng hơn so với thử giếng đơn Tuy nhiên, vì lí do đó nên sự thay đổi áp suất tại giếng quan sát là khá nhỏ, cần có thiết bị ghi nhận áp suất nhạy hơn và thời gian thử giếng cũng lâu hơn

Phạm vi ứng dụng: dùng để đánh giá vỉa trên một khu vực rộng hơn thử

giếng thông thường

1.3.6 Thử giếng thông thường Drill Stem Test (DST)

Phương pháp thử giếng này sử dụng một dụng cụ đặc biệt đặt tại chuỗi cần khoan Trong DST, giếng được mở bởi một van đặt tại dụng cụ thử giếng cho chất lưu chảy vào chuỗi cần khoan (luôn được tháo khô trước khi thử giếng) Thử giếng DST gồm một chuỗi các động tác đóng và mở van liên tiếp đồng thời với việc ghi nhận sự thay đổi áp suất tại đáy giếng Do sự đóng kín của van cuối cho nên thử giếng DST tránh được hiệu ứng tích chứa làm cho thời gian thử ngắn hơn Tuy nhiên, thử giếng DST vẫn có nhiều nhược điểm khi ảnh hưởng của quá trình khoan và hoàn thiện giếng trước đó làm điều kiện giếng không ổn định, tác động đến kết quả thử giếng

Quá trình phân tích sự thay đổi áp suất trong phương pháp thử giếng DST kết quả thường là có giá trị trung bình và độ thấm hiệu dụng được xác định, các kết quả này cần phải được phân tích kỹ hơn để đánh giá sự thay đổi áp suất theo thời gian Có nhiều phương pháp phân tích các dữ liệu này như phân tích qua chế độ dòng chảy (flow regimes) hay phương pháp phân tích bằng đường cong (type curve) hay mô hình của vỉa Nhưng quan trọng hơn hết là biết được độ linh động của vỉa (kh/µ) trong quá trình xuất hiện dòng chảy hướng tâm Ngoài ra mức độ không đồng nhất của vỉa cũng được xác định nhưng sự phân bố của độ thấm thì không thể xác đinh được

1.3.7 Thử giếng bằng phương pháp đo địa vật lý - Wireline Formation Tester (WFT)

Các phương pháp thử vỉa bằng đo địa vật lý thông qua cáp tời có thể cho biết các đặc điểm sau:

 Đặc điểm theo phương ngang hoặc phương thẳng đứng của các biên

 Tính toán độ thấm đứng

 Đánh giá sự liên thông về thủy lực giữa các giếng

 Xác định sự di chuyển của các ranh giới

Phương pháp này cũng có thể sử dụng trong công tác lấy mẫu chất lưu của thành hệ với đặc trưng là các mẫu được lấy trong điều kiện của vỉa và vì vậy mà phương pháp WFT cho kết quả lấy mẫu đáng tin cậy

1.4 Quá trình phân tích số liệu thử vỉa

1.4.1 Xử lí dữ liệu đầu vào (Data processing):

Sau khi ghi nhận các dữ liệu đo đạc thực tế, đó là quan hệ giữa áp suất và thời gian từ quá trình thử vỉa, ta sẽ tiến hành phân tích chúng theo khoảng thời gian giảm áp hay phục hồi áp suất, nhằm tìm ra các ranh giới chuyển tiếp, thời gian xảy ra của các trạng thái dòng chảy khác nhau, ứng với sự phản ứng của vỉa trong từng trường hợp, tìm ra quy luật dòng chảy, đặc tính của vỉa và chất lưu Các dạng của các đường cong biểu diễn sự thay đổi của áp suất chịu ảnh hưởng tương ứng với các thay đổi của lưu lượng giếng và với mỗi sự thay đổi lưu lượng sẽ tạo

ra một sự thay đổi mới trong sự biến thiên của áp suất đáy giếng và tổ hợp lại tất

cả những sự thay đổi đó cho thấy sự phản ứng của áp suất trong suốt quá trình thử vỉa

Các phương pháp phân tích số liệu phổ biến bao gồm:

 Phân tích giảm áp suất (Drawdown test - semilog)

 Phân tích phục hồi áp suất (Buildup test - semilog)

 Phân tích tích áp bằng biểu đồ Horner (Semilog)

 Phương pháp phân tích đường cong (Types curve, log-log)

 Phương pháp đạo hàm áp suất (Derivative Method)

Phương pháp kết hợp giữa phân tích đường cong áp suất và đạo hàm áp suất

1.4.2 Phân tích các chế độ dòng chảy trong vỉa (flow regime identification):

Việc xác định các chế độ dòng chảy trong vỉa với các đặc trưng của các chế độ dòng chảy được thể hiện trên đường cong biểu diễn của đạo hàm áp suất (pressure derivative data) Điều này rất quan trọng vì thông qua xác định các chế

độ dòng chảy trong vỉa có thể hiểu được các tính chất và đặc trưng của vỉa, từ đó

có thể dự báo và tính toán các thông số của vùng lân cận giếng Các chế độ dòng chảy trong vỉa có thể được sử dụng trong quá trình phân tích số liệu và xử lý kết quả thử vỉa như:

 Dòng chảy hướng tâm (radial flow)

 Dòng chảy cầu (spherical flow)

 Dòng chảy tuyến tính (linear flow)

 Dòng chảy bán tuyến tính (bilinear flow)

 Các dòng chảy ổn định và dòng chảy do sự nén ép, giãn nở (steady-state, compression/expansion)

Mô tả đặc tính vỉa trong vùng phụ cận giếng, từ đó có thể suy ra cho toàn hệ thống vỉa, vấn đề quan trọng là cần xác định thời gian khảo sát đủ dài để có thể cho một kết quả tương đối chính xác mà không làm ảnh hưởng tới quá trình khai thác

Trong vùng phụ cận giếng, là các thông tin cơ bản gồm:

 Áp suất vỉa ban đầu (pi)

 Độ thấm của chất lưu (tuyệt đối, hiệu dụng ,bất đẳng hướng)

 Hệ số nhiểm bẩn thành hệ skin

 Khoảng thời gian xảy ra và chuyển tiếp của các trạng thái dòng chảy

Trong toàn hệ thống vỉa, là các thông tin cơ bản sau:

 Bán kính ảnh hưởng, bán kính biên

 Loại biên vỉa, cũng như vị trí tương đối của giếng đối với chúng

 Xác định mô hình vỉa, loại vỉa, mức độ đồng nhất, liên tục của vỉa

 Xác định thể tích lưu chất trong vỉa

1.5 Các nghiên cứu về vỉa mỏng và xen kẹp

1.5.1 Khái niệm:

Các vỉa mỏng và xen kẹp (thinly laminated) hiện nay ngày quan trọng và trở thành các đới nghiên cứu thường gặp trong quá trình thăm dò và tìm kiếm dầu khí Khái niệm về vỉa mỏng và xen kẹp được sử dụng nhiều trong các nghiên cứu

về địa chất là các lớp đất đá mỏng rất dễ tách rời thành các lớp nhưng trong về quan điểm khảo sát và minh giải các cấu trúc địa chất và nghiên cứu về thành hệ thì các vỉa mỏng và xen kẹp có các đặc điểm mà chiều dày của vỉa dưới mức độ ghi nhận của các phương pháp đo địa vật lý thông thường (vertical resolution) tức vào khoảng 1inch – 6feet (2,54 cm – 1,8m) Các phương pháp đo địa vật lý thông thường mới nhất hiện nay chỉ có thể xác định chiều dày vỉa chính xác trong khoảng 1foot (30 cm) Vì thế việc đánh giá các vỉa mỏng và xen kẹp hiện nay gặp nhiều khó khăn và không chính xác Do vậy bằng việc kết hợp minh giải các thông số đặc trưng của vỉa và đánh giá khả năng khai thác và tiềm năng dầu khí đòi hỏi có những phương pháp mới có độ chính xác cao và đáng tin cậy

Hình 1.5: Mẫu lõi đăc trưng của vỉa mỏng và xen kẹp

Các vỉa mỏng và xen kẹp được nghiên cứu có chiều dày vào khoảng dưới 1m cho đến vài mét với độ thấm quan sát được qua tài liệu hình ảnh vi điện trở

A aa

(Formation Micro Image –FMI) có độ thấm tương đối tốt Vỉa mỏng và xen kẹp thường thành tạo bởi các lớp cát kết có độ rỗng, độ thấm tương đối tốt xen lẫn với các đới sét kết mịn và chặt sít Bản thân các vỉa cát là những đới thấm cao nhưng các đới sét kết mịn và chặt sít này ảnh hưởng đến độ thấm của vỉa theo phương thẳng đứng Trên các đường log của các phương pháp đo địa vật lý thông thường (gamma, điện trở) thì các vỉa này trông giống như các vỉa không tiềm năng dầu khí hình 1.6 và hình 1.7

Hình 1.6: Các lớp cát kết được tính toán thể hiện trên hình ảnh vi điện trở FMI

Hình 1.7: Các vỉa mỏng và xen kẹp gặp khó khăn trong quá trình phân tích và

minh giải trên các phương pháp đo địa vật lý thông thường

1.5.2 Các nghiên cứu về vỉa mỏng và xen kẹp [4]

1 Năm 1977 J.G Richarson nghiên cứu về hệ số thu hồi của các vỉa bao gồm các đới thấm và các đới không có tính thấm, thiết lập nên các công thức tính toán khả năng thu hồi dầu từ các vỉa có lớp chắn Đồng thời sử dụng các mô hình dạng lưới (fine – grid) để chứng minh tính đúng đắn của các mô hình toán học

đó Các tác giả trình bày ảnh hưởng của các đới chắn nhỏ và không liên tục tới dòng chảy thẳng đứng và theo thời gian thì khả năng thu hồi dầu phụ thuộc tuyến tính với diện tích và độ nhớt của chất lưu, nghịch đảo với độ thấm ngang

và tỷ trọng

2 Năm 1983 Mehdi Azari và Iraj Ershaghi trình bày về các phương pháp phân tích sự ảnh hưởng của các lớp chắn nằm nghiêng trong quá trình phục hồi áp suất và giảm áp Các tác giả cho rằng đối với các lớp chắn theo phương thẳng đứng thì ảnh hưởng của lớp chắn này thấy rõ trong đường thăng Horner với hệ

số góc gấp 2 lần hệ số góc ban đầu

3 Năm 1999 Siswantoro và I.A Prasetyo nghiên cứu các khả năng của phương pháp thử vỉa phân đoạn với 2 thiết bị cách ly có thể giãn nở (packer) với các vỉa mỏng và xen kẹp hoặc các vỉa có độ thấm tương đối kém, nhưng các thiết

bị cách ly đã không thể tạo một khoảng không cách ly vỉa hoàn toàn với phần khác của vỉa, do có thể vùng tiếp xúc giữa thiết bị cách ly với vỉa quá nhỏ không đủ để tạo chênh áp

4 Năm 2004 S Daungkaew giới thiệu vể các thông số có thể thu thập được khi thực hiện phương pháp thử vỉa bằng Modular Formation Tester – MDT Phương pháp này đã chứng tỏ có thể xác định được các thông số đặc trưng của dòng chảy cầu (spherical flow) hay tỉ số giữa độ thấm ngang và độ thấm đứng,

hệ số nhiễm bẩn và bán kính ảnh hưởng

5 Năm 2005 I.M Gok nghiên cứu về sự ảnh hưởng của vùng không đồng nhất (heterogeneities) trong vùng lân cận đáy giếng (từ 1m đến 2m) và dự báo được

sự phân bố của các đới không đồng nhất này theo phương thẳng đứng

6 Năm 2007 S Daungkaew giới thiệu về các phương pháp thử vỉa phân đoạn (Interval Pressure Transient Testing – IPTT) trong các vỉa mỏng và xen kẹp ở Malaixia chỉ thấy rằng phương pháp thử vỉa phân đoạn có thể áp dụng tại các vỉa có độ thấm kém và chỉ ra các thành phần cơ bản của đường cong đạo hàm

áp suất trên đồ thị log – log đầu tiên là sự ảnh hưởng của vùng lân cận đáy giếng (wellbore storage), tiếp đến là ảnh hưởng bởi dòng chảy cầu (spherical flow) và cuối cùng là sự xuất hiện của dòng chảy hướng tâm (radial flow)

7 Năm 2009 Richard R Jackson đã so sánh quá trình suy giảm áp suất giữa các phương pháp thử vỉa bằng MDT với các đường kính thiết bị probe khác nhau với phương pháp thử vỉa phân đoạn IPTT với các khoảng thử vỉa khác nhau tại các vỉa trầm tích bở rời (uncosolidated formation) Với lưu lượng là 10cc/s và

độ linh động của chất lưu là 100 mD/cp

1.6 Những vấn đề khó khăn đối với vỉa xen kẹp

Các vỉa mỏng và xen kẹp không chỉ gặp khó khăn trong quá trình đo đạc địa vật lý giếng khoan bằng các phương pháp thông thường vì các lý do về công nghệ đã nêu ở trên mà còn tồn tại những khó khăn trong công tác đánh giá khả năng khai thác và tiềm năng dầu khí

Trước đây các phương pháp đo áp suất thành hệ bằng công nghệ MDT gặp nhiều khó khăn trong các vỉa mỏng và xen kẹp vì đây là các đới mỏng, thành hệ không ổn định vì vậy rất khó khăn cho các thiết bị MDT tạo được một vùng cách

ly để thực hiện các phương pháp thử vỉa và đo áp suất thành hệ cũng như công tác lấy mẫu

Với các phương pháp thử vỉa thông thường DST thì do đây là các đới luôn gặp khó khăn trong công tác thăm dò và đánh giá trữ lượng dầu khí nên khả năng thực hiện các phương pháp thử vỉa thông thường đã nêu trên luôn được tính toán thận trọng vì các yêu cầu về tính kinh tế Và kết quả của các phương pháp thử vỉa thông thường có độ chính xác không cao và chưa đủ tin cậy

Tại Việt nam tính tới thời điểm hiện tại, một số giếng và vùng mỏ dầu khí đã tiến hành sử dụng phương pháp thử vỉa phân đoạn cho phù hợp với đặc trưng địa chất của tầng sản phẩm là xen kẹp và bở rời Do một số hạn chế về công nghệ và vận dụng các phương pháp phân tích đo đạc phụ trợ cho nên hệ số thành công chưa cao Có 3 giếng khoan trong điều kiện nhiệt độ vỉa cao dẫn tới thiết bị phân tích thử vỉa bị sự cố trước khi tiến hành đo đạc Một giếng khoan thành công với chất lưu là khí condensate, các thiết bị thử vỉa phân đoạn đã giúp kết quả phân tích thử vỉa có sự động thuận và phù hợp với kết quả phân tich mẫu cũng như kết quả thử vỉa DST sau này.Chính vì những yêu cầu cấp thiết của việc nghiên cứu

và đánh giá một cách chính xác và đáng tin cậy, giải quyết được các bài toán về công nghệ và tính kinh tế mà tác giả đã nghiên cứu và ứng dụng phương pháp thử vỉa phân đoạn đối với các vỉa mỏng và xen kẹp ở Việt nam sẽ trình bày trong các chương tiếp theo

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP THỬ VỈA PHÂN ĐOẠN VÀ QUÁ TRÌNH

PHÂN TÍCH THỬ VỈA

Quá trình thử vỉa phân đoạn Interval Pressure Transient Testing – IPTT được thực hiện nhằm đánh giá khả năng dầu khí của các vỉa mỏng và xen kẹp Quá trình thử vỉa này được thực hiện bởi những thiết bị chuyên dụng phát triển từ bộ thiết bị thử vỉa bằng Modular Formation Dynamic Tester - MDT với thành phần đặc biệt và quan trọng là 2 thiết bị cách ly cao su (packer) chế tạo đặc biệt chịu được nhiệt độ và áp suất cao, có thể giãn nở Sau khi thực hiện cách ly vỉa dầu khí tiềm năng bằng 2 thiết bị cách ly sau đó sẽ tạo một chênh áp giữa vỉa và khoảng không cách ly phân đoạn với phần còn lại của giếng khoan cả trên và dưới, bằng việc xử lý số liệu và phân tích sự thay đổi của áp suất trong quá trình thử vỉa phân đoạn này mà các thông số đặc trưng của vỉa có thể xác định được Việc phân tích số liệu thử vỉa bằng xác định các chế độ dòng chảy trong giếng và các cấu trúc địa chất có thể được hiểu rõ hơn

2.1 Cấu tạo và cơ chế hoạt động của thiết bị thử vỉa phân đoạn

2.1.1 Lịch sử phát triển các thiết bị thử vỉa bằng cáp địa vật lý (Wireline Formation Tester – WFT)

Các thiết bị thử vỉa bằng cáp địa vật lý như MDT được giới thiệu lần đầu tiên vào thập kỷ 1950 và chỉ với mục đích ban đầu là lấy được mẫu dầu khí trong điều kiện vỉa Sau đó là việc phát triển công nghệ và kỹ thuật để có thể đo đạc áp suất thành hệ Các kết quả đo đạc áp suất thành hệ được phân tích và đánh giá dựa trên các dạng thử vỉa như giảm áp hay phục hồi áp suất, từ đó các kết quả như độ linh động (mobility) hay độ thấm (permeability) được xác định Việc phân tích

áp suất đo được trong quá trình đo địa vật lý giếng khoan được nêu lên vào

RFT với các modul đo áp suất thành hệ được giới thiệu Giai đoạn này thiết bị đã

có thể đo đạc không giới hạn các điểm lấy áp suất thành hệ và có thể lấy 2 mẫu trong một chu trình làm việc Giai đoạn này khi mà công tác thăm dò tìm kiếm dầu khí phát triển mạnh mẽ thì các yêu cầu về đánh giá khả năng khai thác được đòi hỏi một mức cao hơn Vì vậy tới những năm 1980 thì các thiết bị thử vỉa Modular Formation Dynamics Tester (MDT) được sáng chế với đặc điểm nổi bật

là các modul có thể lắp ráp với nhau thành một chuỗi, tổ hợp các thiết bị tùy theo mục đích lấy mẫu hay đo áp suất thành hệ và các yêu cầu khác Các modul mới

có thể cho phép kiểm tra chất lượng chất lưu trong quá trình lấy mẫu trong điều kiện vỉa, hơn thế nữa mỗi modul sẽ có những chức năng riêng biệt (hình 2.1)

Hình 2.1: Các thiết bị đo áp suất thành hệ trong quá trình đo địa vật lý giếng

khoan bằn cáp tời – Wireline Formation Tester

Thiết bị thử vỉa phân đoạn được cấu tạo đặc biệt với 2 thiết bị cao su có thể giãn nở và cách ly, làm kín tạo thành một khoảng không gian cách ly vùng cần nghiên cứu có chiều dài khoảng 1 mét Các thiết bị cao su được chế tạo chịu

được nhiệt độ và áp suất làm việc cao 150 độC (225 độ F) với cơ chế giãn nở bằng việc bơm ép chính dung dich khoan hay nước (chứa trong các modul để lấy mẫu) bằng modul bơm thủy lực Các thiết bị cách ly này sẽ tạo ra một vùng chênh áp có diện tích tiếp xúc với thành giếng khoan lớn hơn rất nhiều lần (khoảng 679 in2) so với các thiết bị thử vỉa bằng MDT trước đây bằng các probe kích cỡ chỉ vảo khoảng 0.1521 in2 (vào khoảng 3000 lần) Chính điều này cho phép tạo một sự giảm áp rất nhỏ và có thể lấy mẫu được trong các vỉa có kích thước nhỏ, mỏng và xen kẹp nơi mà các phương pháp thử vỉa khác không thực hiện thành công Thiết bị thử vỉa phân đoạn có thể lặp lại nhiều lần, nhiều vỉa khác nhau chỉ trong một lần khảo sát giếng Trong quá trình thử vỉa phân đoạn thì sự thay đổi áp suất được kiểm soát liên tục và cập nhật, các chế độ dòng chảy trong vỉa được xác định và các thông số đặc trưng của vỉa như độ thấm, lưu lượng có thể được biết

Dưới đây là cấu tạo của bộ thiết bị thực hiện phương pháp thử vỉa phân đoạn như hình 2.2 và hình 2.3

Hình 2.2: Cấu tạo của bộ thiết bị thử vỉa phân đoạn

Hình 2.3: Cấu tạo chi tiết khoảng không cách ly giữa vỉa và giếng khoan

Thiết bị thử vỉa phân đoạn được cung cấp điện bởi module thiết bị cung cấp điện có nhiệm vụ chuyển đổi dòng điện xoay chiều sang dòng điện một chiều cho tất cả các thiết bị thông qua các bó mạch và dây dẫn điện đi qua tất cả các thiết

bị

Các thiết bị cao su này có khả năng giãn nở như quả bóng và được bơm ép bởi thiết bị bơm thủy lực, bơm dung dich khoan từ giếng vào bên trong các bộ phận cao su cho tới khi chúng giãn nở áp chặt vào thành giếng khoan và tạo một khoảng không cỡ 1m cách ly hoàn toàn với phần còn lại của giếng (cả phía trên

và phía dưới) Trong suốt quá trình các thiết bị cách ly giãn nở thì áp suất trong khoảng không giữa chúng được kiểm soát hoàn toàn, một khi các packer bắt đầu

áp chặt vào thành giếng khoan thì áp suất bơm ép các packer sẽ tăng lên đột ngột

và trong một vài giây thì áp suất giữa 2 packer cũng tăng lên điều này chứng tỏ rằng các packer đã tạo với thành giếng khoan một khoảng không gian cách ly hoàn toàn đủ kín

Hình 2.4: Các lực nén ép xảy ra trong quá trình tạo không gian cách ly khi thử

vỉa phân đoạn

Sau khi các packer đã ép chặt vào thành giếng khoan thì chúng tạo lên một hiệu ứng giống như các piston trong giếng khoan vì thế mà áp suất chênh lệch bên trong và bên ngoài rất khác nhau đặc biệt trong quá trình tạo vùng giảm áp

để thực hiện quá trình thử vỉa phân đoạn Do vậy bên trong các packer là các mandrel có thể đỡ và chống lại các lực ép nén như hình 2.4 và áp suất trong khoảng không này được kiểm soát suốt quá trình giảm áp cũng như quá trình lấy mẫu sao cho chênh lệch này không quá lớn

Hình 2.5: Áp suất chênh lệch giữa áp suất thủy tĩnh và áp suất trong khoảng

không cách ly

Thiết bị bơm thủy lực có nhiệm vụ chính là bơm dung dịch từ giếng vào 2 packer để tạo khoảng không cách ly giữa 2 packer Bộ phận này có thể được sử dụng để bơm chất lưu từ vỉa vào giếng khoan trong quá trình thử vỉa hay làm sạch vùng bị xâm nhiễm trong quá trình lấy mẫu

Tốc độ bơm phụ thuộc vào áp suất chênh lệch giữa áp suất thủy tĩnh và áp suất bên trong khoảng không

Ngoài ra còn có các bộ phận kiểm soát trong suốt quá trình bơm rửa và lấy mẫu

Hình 2.6: Quy trình vận hành thiết bị thử vỉa phân đoạn

Hình 2.7: Thiết bị cao su có thể giãn nở cách ly các vỉa riêng biệt (packer)

2.1.2 Các giai đoạn dòng chảy trong vỉa cần xây dựng phương trình

Khi chất lưu di chuyển từ vỉa vào giếng và lên bề mặt thì trạng thái của dòng lưu chất sẽ thay đổi thành nhiều giai đoạn do sự thay đổi các giá trị của áp suất theo thời gian và không gian

Dựa vào các dữ liệu đo được giữa các điểm áp suất và thời gian tương ứng, ta

sẽ vẽ được đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa áp suất và thời gian trong trường hợp tổng quát như sau:

Hình 2.8: Các dạng dòng chảy xuất hiện trong quá trình thử vỉa phân đoạn

Như vậy, theo thời gian sự biến thiên của áp suất sẽ được chia ra thành 4 giai đoạn như sau:

 Giai đoạn I: là giai đoạn hiệu ứng tích chứa, giai đoạn này xuất hiện

trong khoảng thời gian đầu khi tiến hành khảo sát giếng (wellbore storage

effect), các dữ liệu trong giai đoạn này không có ý nghĩa trong việc xác định

các thông số đặc tính vỉa, do giữa vỉa và đáy giếng lúc này chưa tạo được sự

liên thông thủy lực, mà chỉ nhằm xác định khoảng thời gian khảo sát đủ dài để

vượt qua giai đoạn này và thu được các dữ liệu thể hiện đặc tính vỉa thật sự

trong các giai đoạn sau, đồng thời là cơ sở để lựa chọn mô hình lí thuyết

 Giai đoạn II: là giai đoạn chuyển tiếp giữa giai đoạn hiệu ứng tích

chứa và giai đoạn dòng chảy cầu (spherical flow), giai đoạn này tiếp theo sau giai đoạn I (transition flow)

thời (radial flow – transient flow), trong giai đoạn này dòng chảy từ vỉa bắt đầu xâm nhập vào giếng một cách ổn định, lúc này sự thay đổi của áp suất sẽ phụ thuộc vào thời gian (t) và vị trí (r) của điểm khảo sát, do đó phương trình dòng

chảy trong giai đoạn này sẽ tương ứng với phương trình dòng chảy hướng tâm

không ổn định với chất lưu nén ít (slightly compressibility – dầu) và vỉa hoạt

động như vỉa có biên vô hạn Các dữ liệu thu nhận trong giai đoạn này là quan trọng nhất vì thể hiện đặc tính thật sự của vỉa do giữa vỉa và giếng đã tạo

được sự liên thông thủy lực

đổi của áp suất vỉa (boundary effect), tùy theo tính chất của từng loại biên mà

ta sẽ có hình dạng của giai đoạn này khác nhau, các hình dạng này cũng là cơ

sở để phán đoán loại biên tác động cũng như lựa chọn các mô hình lí thuyết

gần khớp nhất với mô hình thực tế

2.1.3 Các thông số ghi nhận trong quá trình phân tích thử vỉa phân đoạn

 Dòng chảy hướng tâm: Một trong những chế độ dòng chảy quan trọng

của quá trình phân tích thử vỉa Dòng chảy hướng tâm được miêu tả giống như dòng chảy của chất lưu từ ngoại biên của khối trụ tròn cùng hội tụ tại tâm (hình 2.5) Dòng chảy hướng tâm xuất hiện thì các giá trị như độ thấm k và hệ số skin có thể được xác định và nếu ở giai đoạn cuối thì có thể ngoại suy giá trị của áp suất vỉa