Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ xử lý giếng bằng phương pháp nứt vỉa thủy lực ở mỏ bạch hổ

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Khái quát các phương pháp nghiên cứu trước đây, đề tài đưa ra được các điểm hoàn thiện sau: Hoàn thiện quy trình công nghệ xử lý giếng bằng phương pháp Nứt vỉa thu

TRẦN THÀNH TÀI

NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ GIẾNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỨT VỈA THUỶ LỰC

Ở MỎ BẠCH HỔ

Chuyên ngành: Kỹ thuật Khoan-Khai thác và Công nghệ Dầu Khí

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS LÊ PHƯỚC HẢO

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: TRẦN THÀNH TÀI Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh :02/11/1974 Nơi sinh : Long An

Chuyên ngành : Kỹ thuật Khoan – Khai thác và Cơng nghệ Dầu khí

Khố (Năm trúng tuyển) : 2006

1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỒN THIỆN CƠNG NGHỆ XỬ LÝ GIẾNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỨT VỈA THUỶ LỰC Ở MỎ BẠCH HỔ

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- Trình bày cơ sở lý thuyết nứt vỉa thủy lực

- Trên cơ sở phân tích hiện trạng cơng tác xử lý vùng cận đáy giếng tại mỏ Bạch Hổ, hãy đề xuất các giải pháp nhằm hồn thiện cơng nghệ nứt vỉa thủy lực ở mỏ Bạch Hổ

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 11/2007

4- NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ : 6/2008

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ):

1-PGS TS LÊ PHƯỚC HẢO 2-TS CAO MỸ LỢI

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

(Họ tên và chữ ký)

PGS TS LÊ PHƯỚC HẢO TS CAO MỸ LỢI

LỜI CÁM ƠN

Luận văn này được hoàn thành tại bộ môn Khoan – khai thác, Khoa Kỹ thuật Địa Chất – Dầu Khí, Trường Đại học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Lê Phước Hảo – Ban QLDA trường Đại học Dầu khí Việt Nam và TS Cao

Mỹ Lợi – XNLD VSP Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới các Thầy hướng dẫn, các đồng chí lãnh đạo XNLD VSP, Phòng Đào Tạo sau đại học Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, các thầy trong Bộ môn Khoan – khai thác dầu khí,

đã giúp đỡ và tạo điều kiện trong suốt quá trình học tập cũng như làm luận văn tốt nghiệp Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn tới tất cả các cán bộ khoa học, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành luận văn này

PHẦN MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hiện tại một số giếng ở mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng đang chuyển sang giai đoạn hậu khai thác Lưu lượng khai thác ở từng giếng ngày càng giảm đi, điều này đồng nghĩa với sản lượng khai thác hàng năm của Xí nghiệp Liên doanh Vietsovpetro (XNLD VSP) cũng giảm theo Một trong những nguyên nhân làm cho sản lượng giảm

đi nhanh chóng là do trong quá trình khai thác vùng lân cận đáy giếng khai thác bị nhiễm bẩn, vùng bị nhiễm bẩn này ngăn cản dòng sản phẩm từ vỉa đi vào giếng Ở những giếng trong quá trình khoan, sữa chữa giếng vùng lân cận đáy giếng cũng thường hay bị nhiễm bẩn do dung dịch khoan hay mùn khoan gây ra tạo thành một vùng nhiễm bẩn, do dó làm mất đi tính thẩm thấu tự nhiên của vỉa (làm tăng hệ số skin) Trong giai đoạn giá dầu thế giới đạt hết kỷ lục này tới kỷ lục khác thì việc nâng cao hệ số thu hồi dầu từ vỉa là một trong những mục tiêu hàng đầu của các công ty dầu khí nói chung và XNLD VSP nói riêng Để giải quyết vấn đề trên thì các phương pháp kích thích vùng cận đáy giếng được áp dụng để nâng cao hệ số thu hồi dầu khí từ vỉa bằng cách tăng khả năng thẩm thấu của vùng lân cận đáy giếng Một trong những phương pháp kích thích vùng cận đáy giếng là phương pháp Nứt vỉa thuỷ lực (NVTL) Bản chất của phương pháp nứt vỉa thuỷ lực là bơm dung dịch nứt vỉa với áp suất lớn hơn áp suất nứt vỉa, dưới áp suất lớn hơn áp suất nứt vỉa các khe nứt được tạo ra, vật liệu chèn được bơm vào để giữ cho khe nứt không đóng lại Các khe nứt mới tạo ra là một trong những kênh dẩn quan trọng để dẩn dầu khí từ vỉa đi vào giếng Trên thế giới phương pháp NVTL đã và đang được áp dụng rộng rải, tuy nhiên ở Việt Nam phương pháp này chưa được áp dụng rộng rải do một số hạn chế về mặt kỹ thuật cũng như công nghệ, ngoài ra vấn đề chi phí cho NVTL so với hiệu quả kinh tế do NVTL mang lại cũng cần phải tính đến trước khi tiến hành NVTL

Để nâng cao hiệu quả NVTL áp dụng cho điều kiện mỏ Bạch Hổ, do đó tôi mạnh dạn nghiên cứu: NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ GIẾNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỨT VỈA THUỶ LỰC Ở MỎ BẠCH HỔ

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Mục đích nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu và đưa ra các giải pháp hoàn thiện công nghệ Nứt vỉa thuỷ lực ở mỏ Bạch Hổ, từ đó lựa chọn ra các đối tượng (giếng) phù hợp để tiến hành NVTL, nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế trong điều kiện mỏ Bạch Hổ của XNLD VSP Đồng thời từ đó có thể áp dụng cho các cấu tạo tương đồng trong bồn trũng Cửu Long ở Việt Nam

3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ CÁC VẤN ĐỀ CẦN GIẢI QUYẾT

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của phương pháp NVTL

Nghiên cứu kỹ thuật và công nghệ NVTL trong khai thác dầu khí

Hoàn thiện công nghệ NVTL nhằm đạt hiệu quả tốt nhất , lựa chọn đối tượng phù hợp để tiến hành Nứt vỉa áp dụng cho các giếng ở mỏ Bạch Hổ, đồng thời đánh giá hiệu quả kinh tế mang lại khi áp dụng NVTL trong thời gian qua ở XNLD VSP

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Khái quát các phương pháp nghiên cứu trước đây, đề tài đưa ra được các điểm hoàn thiện sau:

Hoàn thiện quy trình công nghệ xử lý giếng bằng phương pháp Nứt vỉa thuỷ lực

để ứng dụng cho mỏ Bạch Hổ

Nêu ra một số sự cố thường xảy ra, nguyên nhân và cách khắc phục

Thử nghiệm công nghiệp và đánh giá hiệu quả kinh tế đối với phương pháp đã đề xuất

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

Bằng phương pháp tổng hợp, phân tích tài liệu lý thuyết và thực tế, đề tài này đề xuất áp dụng các biện pháp kỹ thuật công nghệ mới có ý nghĩa khoa học nhằm khắc phục những khó khăn của thực tế sản xuất

Biện pháp kỹ thuật công nghệ mới được trình bày trong luận văn đã và đang được áp dụng ở mỏ Bạch Hổ góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế cho XNLD VSP

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Luận văn gồm phần mở đầu, bốn chương, phần kết luận và kiến nghị Cuối cùng

là phần danh mục tài liệu tham khảo Toàn bộ nội dung luận văn được trình bày trong

114 trang A4, trong đó có 14 bảng biểu, 29 hình vẽ

Nội dung của luận văn có bố cục như sau:

Phần Mở đầu:

Chương 1: Tình hình khai thác dầu khí tại mỏ Bạch Hổ

Chương 2: Các phương pháp tác động lên vùng cận đáy giếng áp dụng tại mỏ Bạch Hổ

Chương 3: Cơ sở lý thuyết nứt vỉa thuỷ lực

Chương 4: Hoàn thiện công nghệ Nứt vỉa thuỷ lực ở mỏ Bạch Hổ

Phần Kết luận và kiến nghị

MỤC LỤC

Trang

Phần mở đầu i

Chương 1: Tình hình khai thác dầu khí tại mỏ Bạch Hổ 1

1.1: Đặc điểm giếng và vỉa dầu khí tại mỏ Bạch Hổ 1

1.2: Tình trạng khai thác dầu khí tại mỏ Bạch Hổ 4

Chương 2: Các phương pháp tác động lên vùng cận đáy giếng áp dụng tại mỏ Bạch Hổ 6

2.1: Phương pháp xử lý bằng axít 9

2.2: Phương pháp xử lý nhờ các chất hoạt tính bề mặt 11

2.3: Phương pháp xử dụng trái nổ có kích thước bé 13

2.4: Phương pháp tạo xung thuỷ lực 15

2.5: Phương pháp nứt vỉa thuỷ lực 15

Chương 3: Lý thuyết quá trình Nứt vỉa thuỷ lực 18

3.1: Bản chất của phương pháp 18

3.2: Đối tượng áp dụng phương pháp NVTL và quá trình lựa chọn đối tượng 18 3.3: Trạng thái ứng suất của đất đá quanh giếng khoan 20

3.4: Mô hình hình thành và phát triển của khe nứt 26

3.4.1: Mô hình KGD 27

3.4.2: Mô hình PKN 30

3.5: Dung dịch dùng cho NVTL 32

3.5.1 Chức năng của chất lỏng nứt vỉa 32

3.5.2 Dung dịch gốc nước 34

3.5.3 Dung dịch gốc dầu 34

3.5.4 Dung dịch nhiều pha 35

3.6: Vật liệu chèn 38

3.7: Thiết kế NVTL 52

Chương 4: Hoàn thiện Công nghệ NVTL ở mỏ Bạch Hổ 70

4.1: Công nghệ chung khi tiến hành NVTL 70

4.1.1 Quá trình chuẩn bị giếng 70

4.1.2 Công nghệ tiến hành và các bước kết thúc quá trình NVTL 73

4.1.3 Thiết bị xử lý 82

4.1.4 Kỹ thuật dự đoán chiều cao khe nứt 91

4.2: Cơ sở lựa chọn NVTL ở mỏ Bạch Hổ 95

4.3: Thực trạng và đề suất các giải pháp hoàn thiện NVTL ở mỏ Bạch Hổ 99

Phần Kết luận và kiến nghị 111

DANH MỤC HÌNH ẢNH

1 Hình 3.1: Ba thành phần ứng suất chính của đất đá vỉa trong giếng khoan

2 Hình 3.2: Ảnh hưởng của trường ứng suất đất đá đến sự phát triển khe nứt

3 Hình 3.3: Đường cong quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị

4 Hình 3.4: Mô hình GDK

5 Hình 3.5: Mô hình PKN

6 Hình 3.6: Giá trị độ tròn và độ cầu của các hạt vật liệu chèn

7 Hình 3.7: Sự biến dạng của thành hệ do vật liệu chèn

8 Hình 3.8: Ảnh hưởng của ứng suất đóng lên vật liệu chèn

9 Hình 3.9: Sự lựa chọn vật liệu chèn dựa theo ứng suất đóng

10 Hình 3.10: Biểu đồ thực nghiệm biểu thị mối tương quan giữa sự gia tăng hệ

số sản phẩm và tỉ số độ thuỷ dẩn nhờ Nứt vỉa thuỷ lực do Mc Guire- Sikora xây dựng

11 Hình 3.11: Các đường cong tăng sản lượng theo Mc Guire- Sikora

12 Hình 3.12: Tỷ số khai thác dự kiến sau khi tạo Nứt vỉa thuỷ lực theo phương ngang với re/ rw = 2000

13 Hình 3.13: Tỷ số khai thác dự kiến sau khi tạo Nứt vỉa thuỷ lực theo phương thẳng đứng với re/ rw = 2500

14 Hình 4.1: Xử lý nứt vỉa dùng một Packer và cầu xi măng để xử lý thành hệ

15 Hình 4.2: Lựa chọn cặp Packer để xử lý NVTL

16 Hình 4.3: Giai đoạn bắt đầu bơm

17 Hình 4.4: Giai đoạn dừng bơm

18 Hình 4.5: Sơ đồ phân bố thiết bị trên tàu

19 Hình 4.6: Sơ đồ phân bố thiết bị bồn chứa dung dịch nứt vỉa có đầ ra chung nối với cụm manifold

20 Hình 4.7: Sơ đồ phân bố các thiết bị ở cây thông và đầu giếng

21 Hình 4.8: Sự phát triển của khe nứt qua ranh giới tầng sản phẩm

22 Hình 4.9: Ký đồ nhiệt của khe nứt trước và sau khi xử lý

23 Hình 4.10: Kết quả đo carota nhiệt so với carota phóng xạ gamma

24 Hình 4.11: Biểu đồ khai thác của giếng 505

25 Hình 4.12: Biểu đồ khai thác của giếng 193

26 Hình 4.13: Sơ đồ cấu trúc giếng dùng để tiến hành nứt vỉa thuỷ lực

27 Hình 4.14: Tổng kết sản lượng khai thác gia tăng khi áp dụng NVTL cho các giếng tại mỏ Bạch Hổ

28 Hình 4.15: Hiệu quả NVTL của các giếng (BOPD)

29 Hình 4.16: Hiệu quả kinh tế NVTL ở mỏ Bạch Hổ (USD)

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

1 Bảng 1.1: Giá trị thông số dầu vỉa đối tượng Mioxen dưới

2 Bảng 1.2: Giá trị thông số dầu vỉa đối tượng Oligoxen

3 Bảng 1.3: Đặc tính của dầu thô và các thông số cơ bản của các đối

tượng chứa chính trong mỏ Bạch Hổ

4 Bảng 1.4: Bảng số liệu khai thác tại mỏ Bạch Hổ từ năm 2003 đến 2005

5 Bảng 2.1: Bảng kết quả của việc xử lý axít tại mỏ Bạch Hổ

6 Bảng 2.2: Một số kết quả thu được khi xử lý bằng các chất hoạt tính bề mặt tại mỏ Bạch Hổ

7 Bảng 2.3: Tóm tắt hiệu quản xử lý bằng việc sử dụng trái nổ tạo áp suất PGD tại mỏ Bạch Hổ trong thời gian vừa qua

8 Bảng 3.1: Giá trị của các hệ số C

9 Bảng 3.2: Các giá trị C1, C2, C3 áp dụng cho mô hình GDK và PKN

10 Bảng 3.3: Dung dịch nứa vỉa và điều kiện áp dụng chúng

11 Bảng 3.4: Tóm tắt các chất phụ gia thêm vào

12 Bảng 3.5: Kích thước ô lưới của vật liệu chèn theo tiêu chuẩn API

13 Bảng 3.6: Độ mở tiêu chuẩn của sàng rây

14 Bảng 4.1: Các sự cố trong NVTL và cách khắc phục

CHƯƠNG 1 TÌNH HÌNH KHAI THÁC DẦU KHÍ TẠI MỎ BẠCH HỔ 1.1 ĐẶC ĐIỂM GIẾNG VÀ VỈA DẦU KHÍ TẠI MỎ BẠCH HỔ

Mỏ Bạch Hổ nằm trong lô 09.1, thuộc thềm lục địa Việt Nam cách Vũng Tàu khoảng 120 km về phía Đông Nam, được công ty Mobil phát hiện vào đầu những năm

1975 bằng giếng khoan thăm dò BH-1 Mỏ có diện tích khoảng 120 đến 130km2 với chiều sâu nước biển khoảng 50m Các đối tượng khai thác bao gồm: tầng cát kết Mioxen dưới, Oligoxen trên, Oligoxen dưới và tầng đá móng granit nứt nẻ phong hoá

Mỏ Bạch Hổ là mỏ dầu đầu tiên tìm thấy trên lục địa phía Nam Việt Nam do XNLD VSP quản lý XNLD VSP được thành lập theo thoả thuận giữa hai chính phủ nước Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam và Liên Xô cũ ký vào ngày 19 tháng 06 năm 1981

Việc lựa chọn phương pháp khai thác cơ học khả thi để phục hồi và gia tăng hệ

số thu hồi dầu của mỏ dầu khí là hết sức phức tạp đòi hỏi phải thu thập đầy đủ và nắm bắt chính xác các thông số địa chất, đặc điểm lý - hoá lưu chất của đối tượng khai thác cũng như phải cân nhắc tới vấn đề tài chính, trang thiết bị công nghệ Từ đó mới đưa ra giải pháp kỹ thuật – công nghệ phù hợp với đối tượng khai thác

1.1.1 Độ chứa dầu của vỉa sản phẩm

Mỏ Bạch Hổ trữ lượng dầu tập trung chủ yếu ở tầng 23 thuộc Mioxen dưới, tầng

VI – X thuộc Oligoxen dưới và tầng đá móng

Tầng 23 có cấu tạo là cát và bột cát kết, phát triển hầu như toàn bộ diện tích mỏ

Ở một vài khu vực đá chứa sét hoá đáng kể Các thân dầu ở tầng này thuộc dạng vỉa, vòm có ranh giới dầu nước song vai trò quan trọng trong phân bố độ chứa dầu là đứt gãy kiến tạo và màng chắn thạch học

Tầng sản phẩm Oligoxen dưới chứa thân dầu dạng khối vỉa Đá chứa chỉ có phạm

vi ở vòm Bắc cũng như sườn Đông của vòm Trung Tâm và vòm Nam Riêng ở vòm trung tâm cũng như cánh Tây của vòm Bắc không chứa trầm tích Oligoxen dưới Ngoài

ra ở phần nghiêng xoay của vòm Bắc đã phát hiện đới kết tinh dị dưỡng kém

Tầng sản phẩm đá móng chứa thân dầu lớn nhất và là thân dầu cho sản lượng lớn nhất của mỏ Tính dị dưỡng của chúng được tạo bởi những quá trình địa chất như phong hoá, khử kiềm những khoáng vật không bền vững bằng các dung dịch thuỷ nhiệt, nứt nẻ kiến tạo Đứt gãy chuyển dịch cùng với việc tạo thành các đới phá huỷ kiến tạo dọc theo các mặt trượt, nứt và co lại của đá khi đông đặc hỗn hợp mắc ma Kết quả thành tạo đá chứa dạng hang hốc, nứt nẻ mà các kênh dẫn là các khe nứt nẻ

1.1.2 Các tính chất lý hoá cơ bản của vỉa dầu mỏ Bạch Hổ

Trên cơ sở các mẫu đại diện được lựa chọn, tiến hành tách vi phân cho từng đối tượng nghiên cứu sau đó quy về điều kiện STOCK TANK ( P=1at T=400C) Các kết quả phân tích dựa theo hai điều kiện tham số cơ bản là hàm lượng khí và hệ số thể tích Giá trị trung bình của các thông số dầu vỉa theo đối tượng khai thác như sau:

Bảng 1.1: Giá trị thông số dầu vỉa đối tượng Mioxen dưới

Bảng 1.2: Giá trị thông số dầu vỉa đối tượng Oligoxen

Đối tượng khai thác Oligoxen trên Oligoxen dưới Các thông số

Áp suất bão hoà (atm) 156.3 43.4 154.6 207.6 221.8 294.0

Tỷ suất dầu – khí (m3/tấn) 100.8 29.0 92.6 174.0 178.7 290.1 Mật độ của dầu (kg/m3) 753.1 761.2 740.4 658.4 653.3 587.7

Đô nhớt (mPa.s) 1.35 3.39 2.96 0.476 0.423 0.249

Hệ số thể tích 1.27 1.20 1.30 1.488 1.501 1.851 Mật độ của khí (kg/m3) 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 Giá trị thông số của vỉa dầu tầng móng

Phân tích tổng quát các đặc trưng chủ yếu của dầu trong tầng móng từ nóc đến các khối nằm sâu hơn (có độ sâu tuyệt đối từ 3086m đến 4495m) Thông qua kết quả nghiên cứu các mẫu dầu hiện có ta thấy sự phân dị các đặc tính của dầu vỉa trong tầng móng theo độ sâu Các mối quan hệ đó được biểu diễn bằng các biểu thức toán học sau:

Áp suất bão hoà:

Ps = 0.003378 * H + 34.73 (MPa) (1.1)

Tỷ suất dầu khí:

G = 0,03864 * H + 329,2 (m3/tấn) (1.2) Mật độ của dầu trong điều kiện vỉa:

Độ nhớt dầu trong điều kiện vỉa:

Nhìn chung dầu của các vỉa thuộc loại dầu có tỷ trọng trung bình, độ nhớt thấp và thành phần có trong dầu từ thấp đến cao, vỉa có độ sâu trung bình từ 3000 m đến 3500

m, nhiệt độ cao từ 900 C đến 1700C, độ rỗng thấp đến trung bình (đá cát) và thấp Đặc tính của dầu thô và các thông số cơ bản của các đối tượng chứa chính trong

Có thành phần nhẹ

Nhiều thành phần nhẹ

Nhiều thành phần nhẹ

Độ bão hoà

Loại đá chứa Cát kết Cát kết Cát kết Granit phong

hoá, nứt nẻ Chiều dày vỉa

Mỏng, trung bình, góc nghiêng nhỏ

Mỏng, trung bình, góc nghiêng nhỏ

Trung bình – lớn góc nghiêng nhỏ đến trung bình

Chiều dày lớn hơn 500m

Chiều sâu vỉa

(m) < 3000 < 3500 < 4200 3100 đ÷ 5000 Nhiệt độ vỉa < 90 100 đ÷ 300 120 đ÷ 150 120 đ÷ 170

1.2 TÌNH TRẠNG KHAI THÁC TẠI MỎ BẠCH HỔ

Mỏ khai thác được đưa vào khai thác công nghiệp năm 1986 Sau 20 năm khai thác sản lượng khai thác đã đạt đỉnh điểm vào năm 2003 Hiện tại sản lượng hàng năm

đang có chiều hướng giảm nhanh Vào cuối năm 2005 số giếng khai thác tại mỏ Bạch

Hổ là 166 giếng trong đó có 64 giếng khai thác tự phun và 102 giếng khai thác gaslift Qua bảng 1.4 cho ta thấy số liệu khai thác từ năm 2003 đến 2005

Bảng 1.4: Bảng số liệu khai thác tại mỏ Bạch Hổ từ năm 2003 đến 2005 [1]

Số giếng khai thác bằng các phương pháp

Tổng lượng dầu khai thác (tấn) 11,723,000 10,703,000 9,170,000 Tổng lượng dầu khai thác tự phun (tấn) 11,331,000 10,165,000 8,567,000 Tổng lượng dầu khai thác gaslift (tấn) 391,000 538,000 606,000 (Nguồn[1]: Số liệu báo cáo hàng năm của XN khai thác dầu khí – XNLD)

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁC ĐỘNG LÊN VÙNG CẬN ĐÁY

GIẾNG ÁP DỤNG TẠI MỎ BẠCH HỔ Ngày nay, trên thế giới cũng như ở Việt Nam,dầu khí là một nguồn năng lượng rất cần thiết đối với chúng ta Ở một số nước, dầu khí đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Tuy vậy nhu cầu về dầu khí trên thế giới càng ngày càng tăng, nhưng trữ lượng dầu khí trên thế giới có hạn Do đó ngoài vấn đề sử dụng có hiệu quả nguồn năng lượng này còn phát sinh ra vấn đề là làm sao đạt được hiệu quả khai thác tối ưu các mỏ dầu khí và nâng cao hệ số thu hồi dầu khí từ vỉa Khi đánh giá một

mỏ dầu khí, người ta thường đánh giá thông qua tổng trữ lượng dầu khí của mỏ và lượng dầu khí có thể thu hồi được Thực tế cho thấy, lượng dầu có thể thu hồi được so với tổng trữ lượng của mỏ không vượt quá 50% Điều này có nghĩa là khoảng hơn 50% dầu còn lại trong vỉa không khai thác được Có nhiều nguyên nhân dẫn tới vấn đề này Trong đó có phần hạn chế do trình độ phát triển khoa học kỹ thuật và công nghệ chưa cao

Nhiệm vụ cơ bản trong tìm kiếm và khai thác dầu khí là tăng trữ lượng khai thác công nghiệp, tăng sản lượng khai thác các giếng dầu và tăng khả năng tiếp nhận của các giếng bơm ép nước Quá trình gọi dòng sau khi kết thúc quá trình xử lý giếng

và sau mỗi quá trình sửa chữa giếng đóng một vai trò quan trọng trong việc giải quyết vấn đề trên Rõ ràng kết quả gọi dòng phụ thuộc nhiều vào tính chất thẩm thấu của đất

đá vùng lân cận đáy giếng mà chính nó lại bị biến đổi nhiều trong quá trình xây dựng

và khai thác giếng Trong quá trình xây dựng giếng, việc mở vỉa lần thứ hai làm xấu đi khả năng thẩm thấu của đất đá chủ yếu là do các nguyên nhân sau:

Các thành phần dung dịch khoan hay dung dịch rửa bịt kín các rãnh thẩm thấu

Sự lắng đọng các thành phần muối và các chất parafin tại vùng tiếp giáp giữa nước và dầu

Sự hình thành nhũ tương dầu - nước

Sự tương nở của các thành phần sét của đất đá tầng chứa sản phẩm và tăng độ chứa nước trong đất đá, điều này dẫn đến giảm quá trình thấm pha đối với dầu

Các hiện tượng khác liên quan đến vấn đề biến dạng đất đá (làm hẹp các khe nứt) và quá trình hình thành trường điện thẩm

Bán kính vùng có độ thẩm thấu xấu đi thường khoảng vài tấc đến vài mét ít khi đạt tới vài chục mét, trong khi đó vùng ảnh hưởng đến quá trình làm việc của giếng (giá trị hoàn thiện thủy động lực) chỉ trong bán kính 0.5 đến 1.0 mét

Các phương pháp xử lý vùng cận đáy giếng với mục đích tăng cường dòng chảy không chỉ tập trung vào việc phục hồi khả năng thẩm thấu tự nhiên nhờ vào việc tẩy rửa các khe nứt và lỗ rỗng của đất đá cũng như loại trừ ảnh hưởng quá trình mở vỉa trong khi khoan và bắn vỉa lần thứ hai Các phương pháp xử lý vùng cận đáy giếng quan tâm đến việc làm tăng mối liên kết thủy động lực giữa giếng và vỉa bằng cách tác động để mở rộng và tạo thêm mạng khe nứt trong đất đá vùng lân cận đáy

Để gia tăng dòng chảy của đầu từ vỉa vào giếng và tăng độ tiếp nhận của giếng bơm ép cần có các giải pháp công nghệ và kỹ thuật tác động lên vùng lân cận đáy giếng Với mục đích tăng cường khả năng thu hồi dầu và thời gian khai thác của mỏ, ngoài những phương pháp duy trì áp suất vỉa, việc khai thác mỏ bằng phương pháp thứ cấp, chuyển những giếng khai thác đã ngừng phun sang khai thác bằng cơ học thì các phương pháp tác động lên vùng lân cận đáy giếng rất cần thiết để tiến hành ngay sau khi kết thúc công việc xây dựng các giếng khoan và trong suốt quá trình khai thác chúng Việc phân tích và lựa chọn các phương pháp tác động lên vùng lân cận đáy giếng là một vấn đề vô cùng quan trọng đòi hỏi phải có nhiều thời gian nghiên cứu thu

thập đầy đủ các số liệu địa chất vùng mỏ, các tính chất vật lý của đất đá tầng chứa (collector) và các chất lỏng trong vỉa sản phẩm, đặc tính của giếng Kết hợp với việc phân tích và khả năng công nghệ, kỹ thuật và phạm vi ứng dụng của từng phương pháp

mà đề ra các phương pháp tác động thích hợp lên vùng lân cận đáy giếng cho từng đối tượng cụ thể

Trong quá trình nghiên cứu, phân tích đã lựa chọn được các phương pháp cơ bản thích hợp để xử lý vùng cận đáy giếng ở mỏ Bạch Hổ Hiện nay phần lớn các phương pháp này đang được tiến hành nghiên cứu thí nghiệm, một số phương pháp đã được đưa vào áp dụng công nghiệp Các phương pháp cơ bản đó là:

Phương pháp xử lý bằng hồn hợp dung dịch axit

Phương pháp xử lý nhờ các chất hoạt tính bề mặt

Phương pháp tạo mạng khe nứt nhờ trái nổ có kích thước bé (PGD) kết hợp với chất lỏng hoạt tính bề mặt

Phương pháp tạo xung thủy lực

Phương pháp NVTL có chèn cát nhân tạo

Tại mỏ Bạch Hổ đang tiến hành khai thác ở ba đối tượng: Mioxen dưới, Oligoxen dưới (collector lục nguyên) và tầng móng dạng khối (đá garanit nứt nẻ) Xét

về đặc điểm từng đối tượng nhận thấy rằng Oligoxen dưới có độ thẩm thấu nhỏ và trung bình (độ thẩm thấu trung bình của các đối tượng này là 0.08D và 0.031D tương ứng) Độ phân lớp lớn (3 và 10 tương ứng) và có tính không đồng nhất (hệ số cát đối với Mioxen dưới là 0.34 - 0.32; còn đối với Oligoxen dưới - 0.18) Tầng móng dạng khối chứa collector nứt nẻ có hang hóc và lỗ rỗng, trong đó các khe nứt và vi khe nứt

là những đường thẩm thấu chủ yếu, còn các hang hóc lỗ rỗng và vùng khe nứt là những bồn chứa dầu Độ thẩm thấu thay đổi trong phạm vi rộng từ 0.004 đến 864D Nhiệt độ

ở các vỉa sản phẩm rất cao (90 - 1200C ở Mioxen dưới, còn Oligoxen dưới và tầng móng khoảng 130 - 1550C)

2.1 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BẰNG AXÍT

Phương pháp xử lý bằng dung dịch axít được sử dụng rộng rãi hơn cả Đã có nhiều giếng sau khi xử lý, lưu lượng khai thác (bơm ép) tăng 2 - 3 lần hoặc từ giếng không làm việc trở nên giếng làm việc với lưu lượng lớn

Bản chất của phương pháp xử lý axít là bơm ép dung dịch hỗn hợp các axít vào vùng lân cận đáy giếng Phản ứng giữa dung dịch axít với một số hợp chất trong đất đá

sẽ làm sạch hoặc mở rộng các lỗ rỗng, khe nứt dẫn đến tăng độ thẩm thấu của đất đá được xử lý

2HCl + CaCO3 - CaCL2 + H2CO3 (2.1) Hay: HCl + CaCO3 = CaCL2 + CO2 ↑ + H2O (2.2) Tuy nhiên, công nghệ xử lý bằng axít đối với mỏ Bạch Hổ liên quan đến một số vấn đề cần được xem xét Một trong những vấn đề đó là nhiệt độ của vỉa cao (đến

1550C Trên thực tế, dưới tác động của nhiệt độ cao đã xảy ra phản ứng nhanh và trung hòa tính chất axít trong quá trình di chuyển của dung dịch axít từ giếng vào vỉa Tùy thuộc vào mức độ giảm tính axít và hiệu quả của phản ứng thứ cấp mà trong vỉa có xảy

ra sự lắng động sản phẩm phản ứng như: Fe(OH)3; Si(OH)4; muối canxi có thể làm bịt kín các khe dẫn ở trong vỉa sản phẩm và làm giảm độ thẩm thấu của các collector vùng xử lý Vấn đề khắc phục hệ quả xấu quá trình phản ứng nhanh của dung dịch axít

do tác động của nhiệt độ cao và đưa nhanh các sản phẩm sau phản ứng ra khỏi vỉa và giếng, hạn chế tối đa tác động ăn mòn của dung dịch axít đối với ống chống khai thác đang được thực hiện bằng cách sử dụng hệ dung dịch đặc biệt có tác dụng ức chế tức thời axít trên đường bơm vào giếng và làm chậm phản ứng ở trong vỉa, đồng thời kết hợp với công nghệ gọi là dòng nhờ hóa phẩm “DMC” nhằm lôi nhanh sản phẩm sau

phản ứng ra khỏi vỉa và giếng, xói rửa sạch vùng cận đáy giếng để nâng cao hiệu quả

xử lý Ngoài ra, tại mỏ Bạch Hổ chưa có điều kiện sử dụng công nghệ xử lý phân đoạn đối với các tầng, vỉa có độ dày rất lớn, đặc tính kỹ thuật của máy bơm dung dịch axít chưa đảm bảo yêu cầu, nên hiệu quả xử lý bằng phương pháp này chưa cao, đạt được khoảng 0.4 Phương pháp xử lý này chủ yếu để phục hồi độ thẩm thấu tự nhiên của vỉa

Tại mỏ Bạch Hổ từ năm 1988 đến nay đã áp dụng nhiều lần xử lý bằng axít ở đối tượng Mioxen hạ, Oligoxen hạ và móng và đã đem lại kết quả đáng kể Trong đất

đá trầm tích của mỏ có chứa hàm lượng lớn cacbonat, đolomit, thạch anh, penpat, đá sừng, mica, cao lanh Do đó việc áp dụng phương pháp xử lý axít tại đáy giếng sẽ xảy

ra các phương trình phản ứng hòa tan các loại đất đá này, do đó tăng độ thẩm thấu của giếng:

Bảng 2.1: Bảng kết quả của việc xử lý axít tại mỏ Bạch Hổ

Sản lượng trước khi xử

lý (T/ng-đ)

Sản lượng sau khi xử lý (T/ng-đ)

Số lần gia tăng (lần)

đáy giếng Sự chênh áp này sẽ tạo ra dòng chất lỏng từ vỉa đi vào giếng, kèm theo các chất bẩn, tạp chất cơ học lắng động gây cản trở trong vỉa Tất cả những chất đó sẽ được đưa lên bề mặt

Viện NCKH & TK dầu khí biển thuộc XNLD “Vietsovpetro” cùng công ty dung dịch khoan “DMC” và xí nghiệp khai thác đã nghiên cứu, ứng dụng biện pháp xói rửa và gọi dòng giếng ngay sau khi xử lý vùng cận đáy giếng nhờ hỗn hợp các hóa phẩm được phân giải dưới tác dụng của nhiệt độ cao (>800C) và tạo ra một lượng khí trơ lớn Kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệp cho thấy với nồng độ 560g hỗn hợp hóa phẩm trong một lít nước, sau 150 phút ở trong điều kiện vỉa thì tách ra được một lượng khí khoảng 50 - 60 lít Đối với mỏ Bạch Hổ người ta đã sử dụng một loại hóa phẩm mà sản phẩm của phản ứng là khí Nitơ tạo thành theo phương trình phản ứng:

NH4Cl + NaNO2 = N2 ↑ + NaCl + 2H2O (2.3) Phương pháp xử lý vùng lân cận đáy giếng bằng hóa phẩm mà chủ yếu là hai loại hóa chất là NH4Cl và NaNO2 được áp dụng trong các trường hợp sau đây:

Các giếng sau khi sửa chữa cần phải được gọi dòng nhưng áp suất vỉa thấp hơn cột thủy tĩnh

Các giếng xử lý bằng axít cần phải được gọi dòng ngay, nâng cao hiệu quả

xử lý

Phương pháp này có các ưu điểm sau:

Đơn giản, không phải trang bị loại máy móc đắt tiền, sử dụng nhân lực ít, công nghệ để tiến hành

Không gây độc hại, các hóa phẩm không phải là loại đắt tiền

Được áp dụng ở những nơi không được trang bị máy nén khí hoặc không có điều kiện trang bị được

Ở mỏ Bạch Hổ xử lý bằng hóa phẩm được áp dụng tốt và đạt hiệu quả cao đối với các collector nứt nẻ của các giếng tầng móng

Bảng 2.2: Một số kết quả thu được khi xử lý bằng các chất hoạt tính bề mặt tại

mỏ Bạch Hổ

Số lượng giếng xử lý/số lần xử lý

Số lần xử lý có hiệu quả Sản lượng gia tăng Năm Đối tượng xử lý Giếng

khai thác

Giếng bơm ép

Giếng khai thác

Giếng bơm ép

Dầu khai thác (tấn)

Nước bơm ép (tấn)

sẽ tăng lên thêm, đồng thời tồn tại biến dạng của một phần khe nứt có tính dư (các khe nứt không bị đóng lại hoàn toàn), điều này cho phép không cần bổ sung thêm các biện pháp gia cố chúng

Việc sử dụng trái nổ tạo áp suất dạng PGD với mục đích tăng sản lượng các giếng khai thác dầu tại mỏ Bạch Hổ đã được tiến hành trong năm 1993 - 1994 với sự hợp tác của công ty NPF (Geophysika - Russia)

Đối tượng được chọn lọc để tiến hành xử lý tại mỏ Bạch Hổ gồm 2 loại tầng sản phẩm: tầng sản phẩm Oligoxen dưới (đất đá chủ yếu chứa hợp chất silic) và sản phẩm

đá móng (đất đá chủ yếu là graint có các khẽ nứt) được đặc trưng bởi các tính chất sau:

Tầng Oligoxen dưới có độ sâu đến 4000m, độ rổng khoảng 0.02 - 0.2 đơn vị, độ thẩm thấu trong khoảng 0.12 - 240 mD, thành phần sét khoảng 0.01 - 0.37 đơn vị

Tầng đá móng có độ rổng khoảng 0.01 - 0.09 đơn vị, độ thẩm thấu khoảng 0.02

- 13.9 mD, độ mở khe nứt khoảng 0.05 - 0.14mm, thỉnh thoảng đạt tới 2mm đường kính rảnh nứt 0.5 - 15mm Công nghệ xử lý vùng cận đáy giếng bằng trái nổ có kích thước bé (D42mm) được tiến hành bằng cách thả trái nổ qua ống khai nhờ cáp địa vật

lý có trang bị thiết bị chống phun (lubricator) Công nghệ trên bảo đảm tiến hành xử lý

mà không cần phải dập giếng, không cần phải tiến hành các công việc liên quan đến việc nâng và thả ông, điều này cho phép giảm đi rất nhều thời gian, sức lao động và tiền bạc

Đối với điều kiện mỏ Bạch Hổ, theo tính toán và trong thực tế thường sử dụng trái nổ có thể đạt đến giá trị 900 - 1200atm Theo tính toán khi 5 -15 kg thuốc nổ, nổ để

xử lý tầng sản phẩm có độ dày từ 10 - 50m, với áp suất thủy tĩnh 350 - 400atm, mật độ

lổ bắn ống chống 12 18 lổ/m thì kích thước khe nứt có thể đạt được chiều dài 0.5 1.5m và độ mở 0.02 - 0.15m Kích thước nhỏ nhất tương ứng với độ dày của vỉa sản phẩm là 50m

-Trong thực tế, khi xử lý các tầng có độ dày lớn hơn 50m, thường tiến hành 2 hay 3 lần theo dọc tầng sản phẩm của giếng Trong trường hợp tiến hành xử lý nứt nở vỉa bằng trái nổ có kích thước bé kết hợp với hỗn hợp axít thì đối với tầng sản phẩm Oligoxen dưới nên dùng hỗn hợp axit HF + HCL cùng với các chất phụ gia khác như

chất ức chế chống ăn mòn Đối với các loại đất đá tầng móng thì dùng hỗn hợp axít HCL cùng với các chất phụ gia nêu trên

Tuy nhiên trong quá trình xử lý, xung áp suất cực đại do trái nổ tạo ra ban đầu

có thể đạt tới 1800at, làm ảnh hưởng tới chất lượng trám xi măng và trạng thái kỷ thuật của ống chống khai thác làm giảm phạm vi sử dụng của phương pháp này

Mặt khác các khe nứt tạo thành sau khi xử lý không được chèn cát nên sau một thời gian do quá trình phục hồi biến dạng dư, các khe nứt này khép lại làm giảm lưu lượng và thời gian khai thác có hiệu quả của giếng (trung bình thời gian khai thác có hiệu quả là từ 3 - 6 tháng)

Bảng 2.3: Tóm tắt hiệu quản xử lý bằng việc sử dụng trái nổ tạo áp suất PGD

tại mỏ Bạch Hổ trong thời gian vừa qua

Sản lượng trung bình, t/ng- đ

Số lần xử lý/giếng

2.4 PHƯƠNG PHÁP TẠO XUNG THỦY LỰC

Bản chất của quá trình xử lý giếng bằng tạo xung thủy lực được thể hiện như sau:

Người ta thả máy tạo xung thủy lực trong vỉa sản phẩm, khi vận hành máy sẽ tạo ra các xung tần với tần số và biên độ khác nhau Các xung này tác động lên vỉa một cách liên tục tạo ra các khe nứt nhỏ Có ý nghĩa là một phương pháp tạo nên độ chênh

áp suất lớn tại vùng cận đáy giếng làm cho đất đá bị rạng nứt nhờ thiết bị tạo xung thủy

lực Xung dao động thủy lực cùng lúc gây ảnh hưởng tới các tính chất cơ lý của các collector, các đặc tính lưu biến bề mặt và mao dẫn của chất lỏng trong vỉa sản phẩm

Giải pháp xung dao động thủy lực được tiến hành ở các giếng có collector nhiễm bẩn trong quá trình mở vỉa sản phẩm hoặc sau khi dập giếng bằng dung dịch nặng (dung dịch sét hoặc nước biển để sửa chữa giếng) Ngoài ra giải pháp này còn được tiến hành ở các giếng có độ thẩm thấu thấp và chứa hàm lượng sét đáng kể Việc chọn lựa giếng để tiến hành giải pháp tác động bằng xung dao động thủy lực cần đảm bảo các yêu cầu và điều kiện như khi lựa chọn giếng để tiến hành xử lý bằng giải pháp nứt vỉa thủy lực

2.5 PHƯƠNG PHÁP NỨT VỈA THỦY LỰC

Phương pháp NVTL có chèn các nhân tạo là một trong những phương pháp tốt nhất để làm tăng lưu lượng các giếng khoan dầu và độ tiếp nhận của các giếng bơm ép Bản chất của phương pháp này là bơm ép chất lỏng với áp suất lớn để tạo và mở rộng những khe nứt trong vỉa sản phẩm Sau đó bơm ép hỗn hợp chất lỏng - cát và vỉa để chèn những khe nhứt tạo thành và bảo đảm khả năng thấm tốt sau khi kết thúc quá trình nứt vỉa

Để tiến hành NVTL cần tiến hành chuẩn bị một khối lượng công việc lớn liên quan đến việc nghiên cứu số liệu thực địa, khảo sát giếng và xem xét tình trạng kỹ thuật của giếng (cột ống chống khai thác, chất lượng trám xi măng…) đồng thời phải bảo đảm công nghệ kỹ thuật tiến hành quá trình nứt vỉa trong điều kiện khai thác ở ngoài biển Đối với những vỉa dự định tiến hành xử lý NVTL, trước hết cần phải phân tích tất cả các số liệu địa chất kỹ thuật Xác định độ sâu phân bố và chiều dày của vỉa, khả năng tách đất đá từ vỉa vào giếng, yếu tố khí và nguyên nhân làm yếu tố khí tăng, công nghệ và kết quả xử lý vùng cận đáy giếng trước đó…

Theo kết quả phân tích các số liệu địa chất, kỹ thuật mà dự định khối lượng công việc bổ sung để tiến hành khảo sát địa chất, kỹ thuật và thủy động lực nhằm thu

được đầy đủ thông tin cần thiết về giếng và vỉa phục vụ cho công việc lập kế hoạch công tác NVTL Thông thường, NVTL đạt kết quả tốt ở những giếng có hệ số sản phẩm thấp hơn hệ số sản phẩm của những giếng lân cận Ngoài ra có thể tiến hành ở những giếng khai thác dầu có yếu tố khí Đặc biệt, ở những giếng được mở vỉa có chứa nhiều tầng và có tổng chiều dài lớn hơn 50m nên tiến hành nứt vỉa nhiều lần

Xét về đặc tính địa chất kỹ thuật của các giếng thuộc đối tượng Oligoxen dưới ở

mỏ Bạch Hổ, khả năng đáp ứng của tàu dịch vụ XNLD VSP đã lựa chọn công nghệ nứt vỉa nhiều lần

Kết quả ban đầu cho thấy hệ số sản phẩm của các giếng khai thác sau khi tiến hành NVTL tăng nhiều và sau một năm làm việc mà chế độ khai thác vẫn ổn định Điều này đã chứng tỏ phương pháp NVTL có chèn ép cát để xử lý vùng cận đáy giếng tại mỏ Bạch Hổ mang lại hiệu quả cao, thể hiện tính ưu việc của nó Tuy nhiên, công nghệ này rất phức tạp và khá mới mẻ, chi phí ban đầu lớn, vì vậy cần phải xem xét kỹ các yêu cầu về công nghệ, kinh tế để đạt hiệu quả tốt nhất Vấn đề này sẽ được nghiên cưu kỹ hơn ở phần sau

có giếng xiên qua sẽ hình thành hệ thống khe nứt được lắp đầy vật liệu chèn là các kênh dẫn có độ thủy dẫn dầu khí từ vỉa vào giếng hay nước bơm ép từ giếng vào vỉa đạt hiệu quả cao

3.2 ĐỐI TƯỢNG ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP NVTL VÀ QUÁ TRÌNH CHỌN LỰA ĐỐI TƯỢNG

3.2.1 Đối tượng áp dụng phương pháp NVTL

Các vỉa, giếng bị nhiễm bẩn nghiêm trọng và đã từng được xử lý axít nhưng không cho kết quả cao Phương pháp NVTL giúp tạo ra khe nứt để vượt qua vùng nhiễm bẩn bao bọc quanh giếng và tạo được mối liên kết thủy động giữa vỉa và giếng, giảm đi hay loại trừ được hiệu ứng skin

Các vỉa có độ dính kết kém và có hiện tượng các thành phần hạt mịn, cát bở rời chảy từ vỉa vào giếng làm nhiễm bẩn vùng đáy

Các giếng vỉa phân tầng cát sét xen kẽ và mối liên kết thủy động của các thấu kính cát và giếng qua lỗ bắn bị hạn chế Việc tạo ra một khe nứt thủy lực theo phương thẳng đứng sẽ tạo ra mối liên kết tầng có hiệu quả cao

Vỉa có độ dẫn thấp và cần có các khe nứt có độ thủy dẫn thích hợp để nâng cao sản lượng khai thác sau cùng

Vỉa có các thành hệ liên kết yếu tố có thể bị gãy vỡ do chênh áp cao trong suốt quá trình khai thác Các khe nứt có độ thủy dẫn cao được tạo ra làm cho năng lượng cần thiết (áp suất) để cung cấp cho dòng chảy nhỏ đi Độ chênh áp giảm sẽ làm giảm nguy cơ phá vỡ mối liên kết của thành hệ

3.2.2 Quá trình nhận biết đối tượng cần xử lý

Các bước tiến hành khi chọn lựa, nhận biết đối tượng cần xử lý:

Thu thập các số liệu địa vật lý giếng, các số liệu về thông số vỉa và các thông tin

về việc hoàn tất và sửa chữa giếng trước đó, các mẩu đất đá lấy khi khoan

Lập các biểu đồ sản lượng giếng để hỗ trợ cho việc nhận biết đối tượng (các giếng khai thác dưới tiềm năng) Đối với các giếng dầu, đó là các thông số: hệ số sản phẩm, lưu lượng khai thác, hiệu ứng skin phải được ghi nhận ở mỗi giếng Quá trình này giúp ta nhận biết được các giếng khai thác dưới tiềm năng và mối quan hệ với các giếng trong mỏ

Kiểm tra và xác định xem là có các khiếm khuyết có thể xảy ra sự cố khi xử lý các giếng này hay không Như có tầng ngậm nước nằm ở trên hay ở dưới, chất lượng trám xi măng không tốt, ống chống không đủ độ bền hay là các điều kiện gây hạn chế khác Vì vậy ta nên chọn những giếng với khả năng xảy ra sự cố hay rủi ro thấp nhất trong khi xử lý

Tính thời gian sau khi xử lý để đưa giếng vào khai thác đạt trạng thái ổn định

Độ thấm được dự đoán trước Nếu có sai số quá lớn thì ta cho giá trị mới vào và tính lại

tpss

k/1rC948

tpss = φµ t e2 (3.1) Trong đó:

tps : là thời điểm giả định, (giờ)

Tiến hành phân tích hệ thống để kết hợp lịch sử khai thác giếng và các thông số

đo được từ đó hiệu chỉnh, tính toán chiều dày vỉa, độ ẩm, áp suất trung bình, hệ số skin của giếng Mục đích của sự hiệu chỉnh hệ thống là để dự đoán trước quá trình khai thác dựa trên các phương án xử lý khác nhau

Xây dựng các đường cong tiềm năng khai thác khi áp dụng phương pháp NVTL hay các phương pháp xử lý giếng khác

Lập ra các phương pháp thiết kế và tính toán so sánh mức gia tăng sản lượng khai thác khác nhau do kết quả xử lý của từng phương pháp kết hợp với tính toán hiệu quả kinh tế sau cùng của từng phương án xử lý

Chọn ra phương án khả thi nhất, mang lại hiệu quả tốt nhất và tiếp tục thiết kế chi tiết phương án này

3.3 TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT CỦA ĐẤT ĐÁ QUANH GIẾNG KHOAN

3.3.1 Các thông số đất đá liên quan đến quá trình nứt vỉa thủy lực Gradient nứt vỉa: Là gradient áp suất cần thiết để tách đất đá, tạo khe nứt ở giai đoạn đầu Về mặt lý thuyết khe nứt có xu hướng vuông góc với phương ứng suất chính nhỏ nhất của vỉa và gradient nứt vỉa tỷ lệ với ứng suất chính nhỏ nhất này, giá trị của

nó được tính theo công thức

( )

D

TPPv

1

v

+α+α

−σ

α : là ứng suất theo phương thẳng đứng

Áp suất phát triển khe nứt: là áp suất cần thiết để mở rộng và phát triển thêm khe nứt vừa được tạo ra Nó thường lớn hơn áp suất đóng

Module đàn hồi Young: Đặc trưng cho đặc tính đàn hồi và độ cứng của đất đá

Nó là hệ số đặc trưng cho khả năng biến dạng của đất đá khi chịu một tải trọng nào đó

Hệ số Poisson v: đặc trưng cho khả năng nở nang của đất đá khi chịu tải trọng theo phương thẳng đứng

Module trượt G: biểu diễn mối quan hệ giữa module đàn hồi E và tỉ số poisson Công thức xác định module trượt như sau:

3.3.2 Trạng thái ứng suất đất đá quanh giếng khoan

Trạng thái ứng suất quang giếng khoan có ảnh hưởng rất quan trọng đến hình dạng khe nứt Ứng suất của đất đá vỉa bị chi phối bởi tải trọng của lớp phủ của cột đất

đá và của các hoạt động kiến tạo diễn ra do quá trình đá trầm tích Trạng thái ứng suất của đất đá được biểu diễn qua ba phương ứng suất chính như hình vẽ 3.6

Hình 3.1: Ba thành phần ứng suất chính của đất đá vỉa trong giếng khoan

H

σ : ứng suất ngang lớn nhất, (psi)

h

σ : ứng suất ngang nhỏ nhất, (psi)

Công thức tính giá trị các ứng suất này là:

v

+α+α

−σ

v1

v

+σ

Sự sai biệt giữa các giá trị ứng suất có trong các lớp đất đá vỉa

Bề dày tương đối của lớp của các thành hệ ở vùng lân cận khe nứt

Sự khác biệt về các đặc tính cơ học của đất đá (module đàn hồi, tỉ số poisson ) giữa các thành hệ

Gradient áp suất chất lỏng trong khe nứt

Sự sai biệt về các giá trị giữa áp suất lỗ rỗng trong các thành hệ, các tầng khác nhau

Các trường ứng suất cục bộ và sự sai biệt giữa các giá trị ứng suất giữa các thành hệ kế cận nhau là yếu tố chi phối hướng phát triển của khe nứt Khi khe nứt được tạo ra chúng thường có xu hướng phát triển vuông góc với phương của ứng suất chính nhỏ nhất của trường ứng suất đất đá đó

Hình vẽ 3.2 minh họa tác dụng của sự khác nhau về độ lớn giữa các ứng suất theo phương ngang và phương đứng lên bề mặt phát triển của khe nứt:

Hình 3.2: Ảnh hưởng của trường ứng suất đất đá đến sự phát triển khe nứt

Trên hình vẽ, độ lớn của giá trị ứng suất được biểu diễn tỉ lệ với độ dài của mũi tên Ở các giếng nông, khe nứt tạo thành có thể nằm ngang do ứng suất chính theo phương ngang có thể lớn hơn ứng suất theo phương thẳng đứng như hình A Chiều cao của các khe nứt loại này thường bị giới hạn trong các thành hệ có ứng suất ngang thấp Các tầng có ứng suất ngang lớn hơn đóng vai trò như những tầng chắn như hình vẽ B

Tuy nhiên trong thực tế, khe nứt tạo thành có thể có hình dạng phức tạp hơn, do

sự phân bố ứng suất của trường ứng suất đất đá phức tạp

3.3.3 Hệ số cường độ ứng suất (Fracture Toughness hay Stress Intensity Factor)

Hệ số cường độ ứng suất là khái niệm liên quan đến cường độ ứng suất trong cơ học rạn nứt đàn hồi tuyến tính Cơ học rạn nứt giả thuyết vật thể luôn luôn tồn tại khuyết tật tỏa khắp trong đất đá Nó gây ra sự tập trung ứng suất cao trong vùng cận của chúng và trở thành nơi trung tâm tạo ra khe nứt và phát triển khe nứt Irwin (1957)

đã đưa ra được độ lớn của các ứng suất trong vùng lân cận vết nứt theo r−1 / 2

( )

fr2

K

ij I

Khe nứt sẽ phát triển khi KI đạt đến một giá trị tới hạn được gọi là hệ số cường

độ ứng suất tới hạn của đất đá KI đạt đến một giá trị tới hạn được gọi là hệ số cường độ ứng suất tới hạn của đất đá KIc Đây là một thuộc tính của vật liệu được đánh giá bằng thực nghiệm Đơn vị để tính KIc là áp suất nhân với căn bậc hai của chiều dài

Fracture Toughness dùng để đo sức kháng của đất đá đến sự phát triển của khe nứt và nó không nhầm lẫn với sức bền kéo của đất đá Tuy nhiên hai tính chất được quan hệ với nhau khi tồn tại các khuyết tật nhỏ ở tỉ lệ vi mô Nếu ac biểu diễn kích thước khuyết tật lớn nhất Ta có thể dễ dàng thấy sức bền kéo của đất đá được tính theo công thức:

c

Ic t

a

Kπ

=

Sự tồn tại của giá trị ứng suất lớn vô hạn ở gần đỉnh của khe nứt gây khó khăn

để đưa ra một mô hình để thử nghiệm, bởi vì một vùng các vết nứt vi mô được tạo ra ở trên đầu của chóp của khe nứt

Mẩu thử được nén theo đường kính của nó, với tốc độ chuyển vị không đổi Trạng thái ứng suất tăng mạnh trong mẫu thử tạo ra một khe nứt ban đầu ở bên trong giếng và lan truyền dọc theo lực dọc trục Hình sau đây cho thấy đường cong quan hệ giữa tải trọng và độ dịch chuyển của mẫu thử trong thí nghiệm:

Hình 3.3: Đường cong quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị

Đồ thị cho thấy có 3 vùng rõ rệt Trong vùng OA các ứng suất đang đạt tới hệ số cường độ ứng suất tới hạn của vết nứt từ khởi tạo Từ A đến B sự lan truyền của vết nứt là không ổn định, trong vùng này gradient ứng suất kéo cao Sau điểm B khe nứt phát triển trở nên ổn định, bởi vì bề mặt của nó bị kiềm hãm, đòi hỏi năng lượng thêm vào gây ra sự lan truyền thêm Ở điểm riêng biệt đó vùng xử lý bị giới hạn về kích thước, các biểu thức cơ học rạn nứt tuyến tính có thể được dùng để tính KIc

Rõ ràng những thí nghiệm này có thể được tiến hành dưới áp suất tới hạn để đạt được giá trị thỏa đáng cho thiết kế nứt vỉa thủy lực Trong điều kiện đấy giếng được

mô phỏng đa số các đất đá vỉa có sự gia tăng giá trị hệ số cường độ ứng suất so với các

số liệu thu được trong các thí nghiệm không bị giới hạn

3.4 MÔ HÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CÁC KHE NỨT

Mô hình toán học của quá trình hình thành và phát triển khe nứt là rất cần thiết

để chỉ mối liên hệ giữa lưu lượng bơm ép q, thời gian xử lý t và lượng dung dịch bị mất

đi do rò rỉ qf với các số đo kích thước của khe nứt là độ rộng w, chiều dài L, chiều cao

hf, thể tích chất lỏng và loại vật liệu chèn sử dụng, các thông số tính chất của chất lỏng nứt vỉa được dùng Các số đo kích thước của khe nứt và lượng dung dịch bị mất đi do

rò rỉ là một hàm số theo thời gian Có nhiều mô hình tính toán đã được xây dựng, mỗi

mô hình có ưu, khuyết điểm riêng, phạm vi sử dụng riêng Trên cơ sở các mô hình tính toán này mà người ta xây dựng nên các chương trình máy tính, các phần mềm này là một công cụ hỗ trợ đắc lực cho việc thiết kế công nghệ nứt vỉa thủy lực

Trong quá trình xử lý nứt vỉa thủy lực, khe nứt được tạo ra thường phát triển theo ba hướng đó là: thẳng đứng, ngang hay là hướng chéo Tùy thuộc vào độ sâu của tầng xảy ra nứt vỉa, hay phụ thuộc vào gradient địa tĩnh

Khe nứt thẳng đứng thông thường xảy ra ở độ sâu lớn hơn 6000ft, khi gradient

xử lý nứt vỉa là 0.7psi/ft hoặc thấp hơn Độ rộng của khe nứt nằm ngang tương đương nhau theo mọi phương trong giếng

Giữa chiều sâu từ 4000-6000ft thành hệ có thể sinh ra khe nứt cả theo phương ngang lẫn phương đứng phụ thuộc vào đặc tính tự nhiên của thành hệ

Tuy nhiên để đơn giản hóa trong việc tính toán, ta xem như chiều cao khe nứt là một số đã biết trước (thường bằng với độ dày của vỉa) Đó là mô hình tính toán thông dụng 2D Hai mô hình 2D mô phỏng kích thước của khe nứt Sự dự đoán và sự phát triển và hình dạng của khe nứt đã được xây dựng và đã được công nhận rộng rãi, đó là

mô hình KGD (do Kristianovic và Zeltov, Geertsmass và de Klerk thiết lập) và mô hình PKN (do Perkins, Kern và Nordgren thiết lập)

Hình 3.4: Mô hình GDK