NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: “Các giải pháp công nghệ xử lí giếng nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu giai đoạn khai thác cuối mỏ Bạch Hổ” NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Thăm dò, Khai thác Các giải pháp cơng nghệ xử lí giếng nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu giai đoạn khai thác cuối mỏ Bạch Hổ Việc tăng sản lượng giếng khai thác dầu, nâng cao hệ số khai thác dầu mỏ nhiệm vụ quan trọng cơng ty dầu khí Bài báo trình bày chất, quy trình cơng nghệ tiến hành, đánh giá học kinh nghiệm phương pháp Xử lí giếng mỏ Bạch Hổ 20 năm qua Trong trình tiến hành từ 1988 đến 2008 Các giải pháp cơng nghệ xử lí giếng mang lại hiệu kinh tế cao, góp phần hoàn thành kế hoạch khai thác dầu XNLD Vietsovpetro (VSP) I MỞ ĐẦU Khai thác dầu khí Việt Nam ngành công nghiệp mũi nhọn mang lại hiệu kinh tế cao so với ngành khác Tuy nhiên trình khoan, hoàn thiện giếng, khai thác sửa chữa giếng gây tượng nhiễm bẩn thành hệ mức độ khác nhau, làm giảm lưu lượng khai thác giếng Chính cần phải có giải pháp công nghệ tối ưu tác động lên vùng cận đáy giếng để tăng hệ số thu hồi dầu khí kéo dài thời gian khai thác mỏ Trong năm qua, XNLD Vietsovpetro tiến hành hàng loạt giải pháp công nghệ tác động lên vùng cận đáy giếng mỏ Bạch Hổ & Rồng mang lại hiệu kinh tế to lớn Mỏ Bạch Hổ thuộc loại có trữ lượng lớn giới với hai đặc trưng bản: Dầu chứa đá móng dầu nhiều parafin Với trữ lượng dầu – khí có, từ hai đặc trưng trên, việc nghiên cứu ứng dụng giải pháp công nghệ - kỹ thuật nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu có ý nghĩa đặc biệt quan trọng Sau phân tích nguyên nhân gây nhiễm bẩn thành hệ & giải pháp công nghệ - kỹ thuật áp dụng XNLD Vietsovpetro để trì khai thác bền vững, nâng cao hệ số thu hồi dầu mỏ dầu khí II CÁC NGUN NHÂN CHÍNH GÂY NHIỄM BẨN THÀNH HỆ Quá trình khoan Sự trương nở khống vật sét có mặt tầng sản phẩm tiếp xúc với nước, đặc biệt tiếp xúc với dung dịch có độ kiềm cao (hệ Lignosunfonal) làm co thắt lỗ rỗng tầng chứa Quá trình thấm lọc nước từ dung dịch khoan vào lỗ hổng mao dẫn thuộc tầng chứa tạo thể nhũ tương nước – dầu bền vững, làm giảm độ thấm Ngồi ra, chất thấm lọc cịn mang theo ion tạo phản ứng hóa học để tạo thành muối không tan Thêm vào đó, xâm nhập pha rắn dung dịch khoan vào thành hệ làm bít nhét lỗ hỗng khe nứt collector Mức độ nhiễm bẩn tầng chứa nghiêm trọng chênh áp cột dung dịch vỉa lớn, sập lở thành giếng khoan dung dịch khoan… Quá trình chống ống trám xi măng Sau chống ống bơm trám xi măng, khu vực nhiễm xi măng có độ thấm khơng Việc khơi phục độ thấm tự nhiên vỉa gặp khó khăn tổn thất thủy lực cục bề mặt phân cách đáy giếng vỉa sản phẩm tăng, làm triệt tiêu phần áp lực vỉa làm giảm hệ số sản phẩm giếng Ngoài ra, sản phẩm sinh phản ứng chất phụ gia dung dịch đệm gây nhiễm bẩn thành hệ Cơng nghệ hồn thiện giếng mức độ mở vỉa Các loại nhiễm bẩn dung dịch hoàn thiện giếng gây tương tự dung dịch khoan: + Làm giảm độ thấm khả khai thác vỉa bít nhét vật rắn polime có dung dịch + Do trương nở khuếch tán sét, thấm lọc khối nhũ lắng đọng chất cặn bẩn Đặc biệt giếng khai thác có áp suất thấp, cần ý đến biện pháp khống chế dung dịch làm chết giếng Giếng hoàn thiện mặt thủy động lực giếng mở vỉa toàn chiều dày tầng sản phẩm không chống ống để đảm bảo tính thấm tự nhiên vỉa Khi mở vỉa cách chống ống, trám xi măng sau bắn mở vỉa thỉ nhiễm bẩn lớp xi măng, mảnh vụn, nén ép xung quanh lỗ bắn, lớp kim loại nóng chảy… làm giảm hệ số sản phẩm vỉa giảm Quá trình khai thác Hiện tượng nhiễm bẩn dễ xảy khai thác với tốc độ cao gây tượng giảm áp đột ngột Sự lắng đọng muối, parafin, chất rắn, trình sinh cát, tạo thành hydrat nhũ tương trình khai thác làm tăng đáng kể mức độ nhiễm bẩn thành hệ Quá trình sửa chữa xử lí giếng Trong q trình sửa chữa giếng gây nhiễm bẩn thành hệ dung dịch sửa chữa giếng, vật liệu tạo cầu xi măng, vữa xi măng dư giếng… Dung dịch dập giếng (thường sử dụng dung dịch gốc nước, nước biển xử lí PAV dung dịch sét), có tỷ trọng lớn nên dễ dàng xâm nhập sâu vào vỉa dung dịch khoan dung dịch mở vỉa dễ tạo muối kết tủa Thêm vào hiệu ứng pistơng kéo thả dụng cụ sửa chữa giếng, thiết bị đo giếng làm trầm trọng vấn đề Ngoài ra, q trình xử lí giếng cịn có nguy tạo kết tủa sử dụng sản phẩm có chứa ion gây kết tủa kết tủa sắt ống chống thiết bị lòng giếng Các thành phần hạt vụn trình nứt vỉa nguyên nhân gây nhiễm bẩn tầng sản phẩm Để khắc phục nguyên nhân gây nhiễm bẩn thành hệ làm giảm sản lượng khai thác dầu khí mỏ, XNLD Vietsovpetro tiến hành hàng loạt giải pháp công nghệ khắc phục III CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ VÙNG CẬN ĐÁY GIẾNG Ở mỏ Bạch Hổ & Rồng thời gian khai thác từ năm 1988-2008 tiến hành giải pháp công nghệ xử lí vùng cận đáy giếng nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu & khí kéo dài thời gian khai thác mỏ Vỡ vỉa thủy lực Phương pháp có hiệu tầng Oligoxen Cơng nghệ nứt vỉa phức tạp địi hỏi nhiều thời gian, công sức thiết bị cho q trình xử lí Khơng tiến hành nứt vỉa thủy lực giếng có cố kỹ thuật khoảng bắn (phin lọc) giếng bị phá vỡ, cột ống chống bị biến dạng, chất lượng xi măng bơm trám a Bản chất & vai trị cơng nghệ vỡ vỉa thuỷ lực Phương pháp vỡ vỉa thủy lực ứng dụng Mỹ năm 1947, từ đến nay, phương pháp vỡ vỉa thủy lực ngày hồn thiện khơng ngừng cơng nghệ-kỹ thuật, thiết bị chuyên dụng đại XNLDVSP bắt đầu ứng dụng từ 1994 công ty tiếng chuyên thực hiện: Schumberger, Halliburton * Bản chất phương pháp bơm dung dịch vỡ vỉa (gốc dầu gốc nước) vào giếng với áp suất cao, lưu lượng lớn để gây vỡ vỉa tạo khe nứt vỉa (Hình 1) Tại mỏ Bạch Hổ, áp suất vỡ vỉa bề mặt ghi nhận giếng khác có giá trị khác dao động khoảng 350-500 atm Khối lượng chất lỏng dùng cho lần vỡ vỉa thuỷ lực từ 120-150m3 Sau bơm chất lỏng gây vỡ vỉa chất lỏng liên kết dạng gel trộn với cát nhân tạo (proppant) theo tỷ lệ tăng dần (1-3-5-7-9 PPA) (pound propant added = pound/gallon) tiếp tục bơm vào vỉa Tổng khối lượng proppant dùng cho lần vỡ vỉa giếng khác có giá trị khác dao động khoảng 20-50 Proppant đóng vai trò làm chất chèn khe nứt vỉa vừa tạo thành để tạo vùng có độ thẩm thấu tốt giữ cho khe nứt không bị khép lại sau xả áp suất bơm Hình Sự tạo thành khe nứt vỉa b Vai trò phương pháp vỡ vỉa thủy lực - Tăng độ thấm tầng đá chứa tăng hệ số sản phẩm giếng - Tăng sản lượng khai thác dầu, cải thiện hệ số thu hồi dầu mỏ - Giảm tổn thất áp suất nhằm tăng hiệu sử dụng nguồn lượng vỉa - Điều chỉnh d.ng độ tiếp nhận theo chiều dày tầng sản phẩm - Thu hồi vốn nhanh hơn, mang hiệu kinh tế lớn c Công nghệ vỡ vỉa thuỷ lực Công nghệ phá vỡ vỉa thủy lực có chèn cát tiến hành theo bước sau: * Công việc chuẩn bị giếng lắp đặt thiết bị chuyên dụng giàn Tiến hành sửa chữa giếng để kéo toàn bộ cần ống ép thiết bị lòng giếng lên, bơm rửa giếng, tiến hành công việc khảo sát địa chất – kỹ thuật hay công tác khác để chuẩn bị giếng cần thiết, thả cần ống ép với Packer chuyên dụng đến độ sâu thiết kế, mở Packer, lắp đặt đường ống cao áp từ miệng giếng đến đầu treo ống mềm cao áp, sau tàu vỡ vỉa chuyên dụng cập vào giàn, kéo ống mềm cao áp lên đầu treo kết nối với đường ống cao áp vừa lắp đặt giàn Toàn hệ thống đường ống cao áp từ máy bơm tàu tới miệng giếng bơm ép thử áp suất tới 700 atm * Q trình vỡ vỉa thủy lực - Chính xác hố thơng số địa chất - kỹ thuật hệ giếng-vỉa (Data Frac): + Bơm ép vào vỉa chất lỏng “tuyến tính” với chế độ bơm khác (Hình 2) nhằm xác định thơng số kỹ thuật-địa chất hệ giếng-vỉa mức độ tổn thất áp suất hệ, áp suất vỡ vỉa, áp suất vỉa đóng lại, hệ số chất lỏng vỡ vỉa, hình thành khe nứt vỉa v.v + Sau thực bước đây, phân tích số liệu tiến hành, thông số kể xác định kế hoạch vỡ vỉa thuỷ lực ban đầu tính tốn thiết kế lại điều chỉnh cho phù hợp với thực tế Hình Biểu đồ thực tế trình thực DataFrac Hình Biểu đồ thực tế trình thực Main Frac * Quy trình vỡ vỉa thuỷ lực (Main Frac) (Hình 3, Hình 4): - Bơm ép vào vỉa chất lỏng linear fluid vào vỉa nhằm tạo nứt vỉa thuỷ lực với khối lượng khoảng 50-60m3, lưu lượng - 3.18m3/ph., áp suất bơm bề mặt khoảng 400-500 atm (Hình 4a) - Bơm ép vào vỉa chất lỏng gel liên kết “Crosslinked gel” với cát nhân tạo (Proppant), khối lượng proppant cho vào theo tỷ lệ tăng dần 1- 3-5-7-9 PPA (pound/gallon) phụ thuộc vào tính chất vỉa (Hình 4b) Theo dõi cẩn thận trình bơm proppant vào vỉa phải dừng lúc thấy có tượng áp suất tăng đột ngột gây tắc nghẽn proppant lòng giếng - Bơm ép thay toàn khối lượng gel với proppant l.ng giếng vào vỉa (Hình 4c).Bước kết thúc cơng nghệ vỡ vỉa thủy lực: Đóng giếng chừng khoảng thời gian 12 – 24 để proppant vùng cận đáy giếng ổn định vị trí liên kết gel bị phá huỷ Kéo Packer lên, bơm rửa làm vùng đáy giếng Thả cần ống khai thác với thiết bị lòng giếng phù hợp, lắp đặt thơng Tiến hành gọi dịng sản phẩm đưa giếng vào khai thác Hình Sơ đồ trình vỡ vỉa thủy lực (Main Frac) Đạn tạo áp suất phối hợp xử lí axit Phương pháp có hiệu tầng Oligoxen Ưu điểm phương pháp thời gian cơng sức, vừa tạo khe nứt vừa xử lí chất cặn, mảnh vụn, mở rộng khe nứt cũ Nhược điểm khe nứt dễ bị khép lại, dễ làm biến dạng cột ống hay bị rối cáp ảnh hưởng đến chất lượng giếng Bản chất phương pháp: Đạn tạo áp suất thả dây cáp điện xuống vùng đáy giếng đốt cháy nổ tạo áp suất cho phép làm phá vỡ vỉa Thời gian cháy điều chỉnh kéo dài vài phút đến phần giây (0,01-1giây) khoảng giới hạn vùng thân giếng tạo áp suất lớn từ 100-250MPa Cường độ mạnh trình thay đổi phụ thuộc vào khối lượng đạn nổ (từ 20- 500kg) Xử lí axít a Dung dịch axit Phương pháp xử lí áp dụng vỉa có nhiệt độ thấp có hiệu cao tầng Mioxen Ưu điểm đơn giản thời gian xử lí nhanh Phương pháp có nhược điểm tốc độ ăn mịn cao, khơng xâm nhập sâu vào vỉa, cần nhiều kinh nghiệm để chọn thời gian giữ axit hợp lí Bản chất phương pháp là: Hỗn hợp dung dịch axit (axit HCl, axit HF, axit acetic CH3COOH với chất chống ăn mòn) bơm ép vào vùng cận đáy giếng Chờ phản ứng xảy ra, tiến hành gọi dòng sản phẩm vỉa đánh giá hiệu b Rửa axit Rửa axit dạng cần thiết tác dụng axit tất giếng có thân trần vỉa sản phẩm (thân giếng qua vùng sản phẩm không thả ống chống bơm trám xi măng) sau khoan, mở vỉa trình mở vỉa Bản chất phương pháp: Hỗn hợp dung dịch axit tính tốn bơm vào vùng đáy giếng khối lượng thích hợp Chờ phản ứng xảy bơm rửa ngược để đưa sản phẩm phản ứng lên, làm đáy giếng Phương pháp áp dụng nhiều giếng khai thác, bơm ép có hiệu Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro c Bọt axit Phương pháp xử lí hiệu tầng Oligoxen Ưu điểm bọt axit xâm nhập sâu vào vỉa, tăng bao bọc tác dụng lên toàn chiều dày tầng sản phẩm Cơng tác gọi dịng sau xử lí dễ dàng Phương pháp có hạn chế cơng nghệ xử lí tương đối phức tạp cần đặc biệt ý đến cơng tác an tồn (a) Bơm ép chất lỏng vỡ vỉa thuỷ lực (linear fuid) (b) Bơm ép chất lỏng gel liên kết (Crosslinked gel) với proppant vào vỉa (c) Bơm ép thay chất lỏng gel liên kết với proppant giếng vào vỉa Bản chất dạng xử lí thể sau: Trong vùng cận đáy giếng, bơm hỗn hợp dung dịch bọt tạo dung dịch axit với khí Nitơ với chất hoạt tính bề mặt bơm ép vào vỉa sản phẩm Khi tiến hành xử lí sử dụng máy bơm axit chun dụng máy nén khí (Hình 5) Hình Sơ đồ thiết bị cơng nghệ xử lí giếng bọt axit d Nhũ tương axit Phương pháp xử lí hiệu tầng Móng Oligoxen, đạt hiệu cao phương pháp xử lí axit Các ưu điểm cơng nghệ khơng phức tạp, áp suất làm việc khơng cao, tính ăn mòn thép thấp, khả xâm nhập sâu Tuy nhiên cần xác định cách hợp lí thời gian đóng giếng sau chu kỳ bơm ép, nồng độ axit, tỷ lệ pha chế nhũ tương thích hợp với tính chất đất đá tầng chứa Bản chất giải pháp là: Dung dịch xử lí ngồi axit cịn có dầu tách khí (có thể dầu diezel) với chất hoạt tính bề mặt dạng nhũ tương Nhũ dầu axit làm giảm bề mặt tiếp xúc axit với đất đá vịng ngồi tạo điều kiện hỗn hợp vào vỉa sâu so với hỗn hợp axit bình thường Đồng thời nhũ tương dầu-axit làm giảm khả ăn mòn kim loại axit Giải pháp nhũ tương dầu-axit tiến hành cách bơm đồng thời thành phần nhũ tương khí-dầu-axit vào giếng xử lí (Hình 6) Tỉ lệ thể tích thành phần trình tự bơm nhũ tương lựa chọn cho đạt khả hồ khí lớn hỗn hợp nhũ tương dầu-axit Công nghệ áp dụng xử lí đối tượng có áp suất vỉa thấp Ưu giáp pháp khơi thông mạnh & tháo nhanh chất gây bẩn sản phẩm phản ứng từ vỉa vào đáy giếng sau theo sản phẩm khai thác lên Hình Sơ đồ thiết bị cơng nghệ xử lí giếng nhũ tương axit IV HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA CÁC GIẢI PHÁP CƠNG NGHỆ XỬ LÍ GIẾNG TỪ 1988 - 2008 Bảng Kết phương pháp xử lí giếng mỏ Bạch Hổ Rồng Nghiên cứu số liệu thực tế mỏ Bạch Hổ giai đoạn 1988 - 2008 cho thấy công tác xử lí giếng khai thác dầu khơng ngừng tăng số lượng hiệu xử l.: 414 lần xử lí phương pháp khác với lượng dầu thu thêm 1.835.104 Hiệu phương pháp xử lí giếng đánh giá dựa kết lượng dầu thu thêm lần xử lí Kết xử lí (Bảng 1, Hình Hình 8) cho thấy: - Phương pháp nhũ tương axit áp dụng nhiều với 229 lần (chiếm 55,3%), có 182 lần xử lí thành cơng (79,5%) với lượng dầu thu thêm 1.394.850 (chiếm 76,0%) Hiệu xử lí phương pháp cao mỏ Bạch Hổ - Phương pháp nứt vỉa thủy lực tiến hành 55 lần (chiếm 15%) có 37 lần thành cơng (67,2%) với lượng dầu thu thêm có 176.928 (chiếm 9,6%) Hiệu kinh tế phương pháp xử lí mang lại cao - Phương pháp xử lí đạn tạo áp suất phối hợp với xử lí axit áp dụng 33 lần (chiếm 7,9%), 16 lần thành cơng (48,5%) với lượng dầu thu thêm 117.590 (chiếm 6,4%) Hiệu kinh tế đạt mức trung bình - Phương pháp xử lí dung dịch axit tiến hành 86 lần (chiếm 21,0%) có 63 lần thành công (73,0%) với lượng dầu thu thêm 134.036 (chiếm 7,3%) Hiệu kinh tế mang lại cao - Phương pháp xử lí bọt axit áp dụng với lần (chiếm 1,2%) có lần thành cơng (60%), thu thêm 11.700 (chiếm 0,64%) đạt hiệu kinh tế mức trung bình - Năm 2001 năm xử lí thành công với lượng dầu thu thêm cao 558.000 với hai phương pháp nhũ tương axit nứt vỉa thủy lực, xử lí nhũ tương axit tăng thêm 550.000 Như vậy, phương pháp nhũ tương axít phương pháp xử lí vùng cận đáy giếng áp dụng rộng rãi phương pháp đạt hiệu cao mỏ Bạch Hổ Hình Mức độ áp dụng hiệu xử lí vùng cận đáy giếng mỏ Bạch Hổ từ 1988 2008 Hình Khối lượng dầu khai thác thêm phương pháp xử lí giếng từ 1988 – 2008 KẾT LUẬN Cơng tác xử lí vùng cận đáy giếng thời gian 1988 – 2008 mỏ Bạch Hổ & Rồng mang lại hiệu kinh tế cao, góp phần trì gia tăng sản lượng khai thác toàn mỏ Phương pháp, nhũ tương axit phương pháp xử lí áp dụng rộng rãi đạt hiệu cao Theo thời gian khai thác áp suất vỉa giảm dần, việc xử lí ngày gặp khó khăn, đặc biệt cơng tác gọi dịng sau sửa chữa xử lí giếng Do thời gian tới cần phải: - Tiếp tục hồn thiện cơng nghệ xử lí tăng sản lượng khai thác dầu sở đúc kết kinh nghiệm năm qua, đặc biệt trọng nâng cao hiệu xử lí phương pháp - Tăng cường cơng tác xử lí giếng hóa chất chủ yếu là dung dịch axit nhũ tương axit - Tổng kết, đánh giá hoàn thiện quy trình cơng nghệ xử lí giếng phương pháp học (vỡ vỉa thuỷ lực) - Tìm kiếm phương pháp xử lí giếng mới, đảm bảo có hiệu cao (gây xung rung vùng cận đáy, phương pháp ngăn cách vỉa nước nhỏ giếng khai thác dầu hóa chất…) Ks Trần Văn Hồi, Ts Cao Mỹ Lợi Ks Nguyễn Văn Kim, Ks Lê Việt Hải XNLD Vietsovpetro (Theo TCDK số 5-2009 ...NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Thăm dò, Khai thác Các giải pháp cơng nghệ xử lí giếng nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu giai đoạn khai thác cuối mỏ Bạch Hổ Việc tăng sản lượng giếng khai thác dầu, nâng cao. .. cơng nghệ xử lí giếng nhũ tương axit IV HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ XỬ LÍ GIẾNG TỪ 1988 - 2008 Bảng Kết phương pháp xử lí giếng mỏ Bạch Hổ Rồng Nghiên cứu số liệu thực tế mỏ Bạch. .. nghiên cứu ứng dụng giải pháp công nghệ - kỹ thu? ??t nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu có ý nghĩa đặc biệt quan trọng Sau phân tích nguyên nhân gây nhiễm bẩn thành hệ & giải pháp công nghệ - kỹ thu? ??t