MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA ...........................................................................................................i
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .............................................................................. ii
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................ iii
LỜI CAM KẾT ................................................................................................................v
TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................................vi
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... vii
MỤC LỤC ................................................................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ..................................................................................xi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...........................................................................................xv
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT................................................................ xvii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP

CÂN

BẰNG VẬT CHẤT .........................................................................................................3
1.1. Đặc tính PVT của chất lưu ....................................................................................3
1.2. Phương trình cân bằng vật chất (Material Balance Equations – MBE) ................6
1.2.1. Giới thiệu lịch sử phương pháp cân bằng vật chất .........................................6
1.2.2. Giả thiết và giới hạn của phương trình cân bằng vật chất ..............................7
1.2.3. Xây dựng dạng tổng quát của phương trình cân bằng vật chất ......................9
1.3. Phương trình cân bằng vật chất biễu diễn các cơ chế năng lượng vỉa ................13
1.4. Phương trình cân bằng vật chất dưới dạng phương trình đường thẳng ..............16

viii


1.5. Phương pháp tìm nghiệm cho MBE dạng đường thẳng ......................................17
1.5.1. Xác định N ở vỉa thể tích dưới bão hòa (Volumetric Undersaturated-Oil
Reservoir) : .............................................................................................................17

4.2. Đánh giá một số kết quả của MBAL...................................................................81
KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ..........................................................................................84
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................86

x


DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Dầu và khí khai thác được nhờ sự giãn nở của dầu/khí trong một vỉa dầu [2]
.........................................................................................................................................3
Hình 1.2: Sự phụ thuộc của các thông số PVT vào áp suất [1] .......................................5
Hình 1.3: Số liệu độ nhớt của dầu đo trong phòng thí nghiệm. ......................................5
Hình 1.4: Mô hình thùng chứa lý tưởng (Tank Model) [1] .............................................9
Hình 1.5: Giản đồ năng lượng (Energy graph) ..............................................................15
Hình 1.6: Phân loại vỉa [1] ............................................................................................18
Hình 1.7: F theo (Eo + Ew,f) [1] ......................................................................................18
Hình 1.8: F theo (Eo + mEg) [1] .....................................................................................19
Hình 1.9: (F/N − Eo) theo Eg [1] ....................................................................................20
Hình 1.10: (F/Eo) theo Eg /Eo [1] ...................................................................................21
Hình 1.11: Cấu trúc hình học của aquifer dạng Radial [1]............................................22
Hình 1.12: (F/Eo) theo (Δp/Eo) [1] ................................................................................23
Hình 1.13: Thể tích nước xâm nhập KTN WeD phụ thuộc vào thời gian KTN tD và các
giá trị tỷ số bán kình aquifer và bán kính vỉa re/rR [1] ...................................................25
Hình 1.14: Đường thẳng Havlena và Odeh [1] .............................................................26
Hình 1.15: Cambell plot [4]...........................................................................................28
Hình 1.16: Campbell Plot dùng trong MBAL [4] .........................................................29
Hình 2.1: So sánh hướng tiếp cận bằng cân bằng vật chất và mô phỏng số [7]............30
Hình 2.2: Minh họa mô hình tank chứa cân bằng vật chất [6] ......................................31
Hình 2.3: Quy trình tính toán trên MBAL....................................................................33
xi

Hình 3.2: Cột địa tầng tổng hợp bể Malay [5] ..............................................................50
Hình 3.3: Vị trí địa lý mỏ X [5] .....................................................................................53
Hình 3.4: Bản đồ biên độ địa chấn - cấu trúc nóc vỉa I-90U, mỏ X [5] ........................53
Hình 3.5: Mặt cắt địa chất hướng Tây - Đông qua tầng vỉa I-90U, mỏ X [5]...............54
Hình 3.6: Bản đồ cấu trúc đẳng sâu nóc vỉa vỉa I-90U, mỏ X [5] .................................54
Hình 3.7: Log địa vật lý ở các giếng thăm dò cho mỏ X [5] .........................................55
Hình 3.8: Vùng khai thác và bơm ép của các giếng trong mỏ X [5] ............................56
Hình 4.1: Tương quan địa chất và mô hình tank chứa của mỏ X xây dựng trên MBAL
.......................................................................................................................................59
Hình 4.2: Kết quả khớp tương quan thực nghiệm dữ liệu PVT của mỏ X. ...................61
Hình 4.3: Áp suất vỉa Buildup test cho 4 giếng trong vỉa X [6]....................................62
Hình 4.4: Biến thiên áp suất trong 2 khối của vỉa [5]. ..................................................64
Hình 4.5: Lịch sử khai thác trên toàn mỏ [5]. ...............................................................64
Hình 4.6: Hiệu quả bơm ép trên toàn mỏ. [5] ...............................................................65
Hình 4.7: Các đường cong độ thấm tương đối. .............................................................66
Hình 4.8: Analytic method cho 2 tank thể hiện trên MBAL. ........................................67
Hình 4.9: Kết quả hồi quy phi tuyến. ............................................................................68
Hình 4.10: Kết quả dạng đường thẳng của cân bằng vật chất. ......................................69
Hình 4.11: Cơ chế năng lượng vỉa ở 2 Tank thể hiện trên MBAL................................70
xiii


Hình 4.12: Kết quả history simulation trên MBAL.......................................................72
Hình 4.13: Phù hợp tốc độ dòng chảy tỷ đối trong 2 Tank. ..........................................73
Hình 4.14: VLP và IPR từ mô hình giếng Well 3 xây dựng trong PROSPER. ............75
Hình 4.15: Dự báo áp suất trong 2 Tank. ......................................................................76
Hình 4.16: Dự báo hệ số thu hồi ở 2 Tank. ...................................................................77
Hình 4.17: Dự báo lượng dầu khai thác cộng dồn ở 2 Tank. ........................................77
Hình 4.18: Dự báo sản lượng dầu khai thác ở 2 Tank. ..................................................78
Hình 4.19: Dự báo sản lượng dầu khai thác và water cut ở Well 03. ...........................79


xv


Bảng 4.12: So sánh HCIIP của vỉa tính theo hai phương pháp: Volumetric và MBE. .81
Bảng 4.13: So sánh kết quả dự báo khai thác theo hai phương pháp: DCA và MBE. ..82

xvi


DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Kí hiệu

Thông số

Đơn vị

Bgi

Hệ số thể tích thành hệ khí ban đầu

bbl/scf

Bginj

Hệ số thể tích thành hệ khí bơm ép

bbl/scf


Hệ số nén đẳng nhiệt cùa nước

Psi-1

cf

Hệ số nén đẳng nhiệt của đá

Psi-1

co

Hệ số nén đẳng nhiệt của dầu

Psi-1

ct

Hệ số nén tổng

Psi-1

C

Hằng số water influx

bbl/scf

bbl/day/psi


EOR

Enhanced Oil Recovery

-

Eo

Lượng giãn nở của dầu và khí ban đầu

-

Eg

Lượng giãn nở của mũ khí
Lượng giãn nở của nước vỉa ban đầu và sự giảm thể tích lỗ
rỗng

-

Ef,w

-

Ex

Điểm cuối của phase x trên đường thấm tương đối

fg



Gp

Thể tích khí khai thác cộng dồn

scf

Ginj

Thể tích khí nén vào vỉa cộng dồn

scf

GOR

Tỷ số khí – dầu tức thời

GOC

Gas Oil Contact

feet

GWC

Gas Water Contact

feet

h

MBE

scf/STB

mD

Không thứ nguyên

-

Tỷ số thể tích mũ khí ban đầu và thể tích dầu ban đầu

bbl/bbl

Material Balance

-

Material Balance Equations

-

N

Thể tích dầu ban đầu trong vỉa

STB

Np


Δp

Biến thiên áp suất vỉa = pi – pr

psi

pb

Áp suất điểm bọt khí

psi

Tổng thể tích lỗ rỗng chứa Hydrocarbon

bbl

p
pi (p*)

P.V
PETEX
PVT
PD
PLT

Petroleum Expert

-

Pressure, volume, temperature



q

Lưu lượng khai thác bề mặt

STB/day

QT

Tổng lưu lượng dòng đáy giếng

bbl

Qo

Lưu lượng dầu khai thác tại áp suất đáy giếng pwf

bbl

Rsi

Tỷ số khí hòa tan - dầu ban đầu

scf/STB

Rs

Tỷ số khí hòa tan – dầu ở áp suất đang xét


-

Swi

Độ bão hòa nước ban đầu

-

Sw

Độ bão hòa nước

-

Sx

Độ bão hòa pha x

-

Srx

Độ bão hòa tàn dư pha x

-

Smx

Độ bão hòa cực đại pha x.


cP

Vo

Thể tích dầu

bbl

Vg

Thể tích khí

scf

WC

Water Cut

%

Wi

Thể tích ban đầu của aquifer

bbl

Wp

Thể tích nước khai thác cộng dồn


dựng các mô hình 3D của toàn mỏ bằng các phần mềm mô phỏng số (simulator) như
ECLIPSE hay Tnavigator. Để xây dựng và hiệu chỉnh các mô hình này, đòi hỏi sự hợp
tác toàn diện của các ngành chuyên môn khác nhau (Geoscience, RE, Production,
Drilling… ), cùng biện luận để đảm bảo sự phù hợp của mô hình là công việc lâu dài và
tốn nhiều thời gian, công sức với rất nhiều thông số khác nhau. Và đôi khi kết quả từ
mô hình lại bị che lấp bởi rất nhiều các thông số, do đó người kỹ sư cần nhận thức được
các quá trình thực đang xảy ra trong điều kiện vỉa hay nguyên nhân nào dẫn đến sự sai
lệch của mô hình so với thực tế.
Một cách tiếp cận khác là sử dụng phương pháp cân bằng vật chất, xây dựng các mô
hình đơn giản hóa của vỉa bằng phần mềm MBAL (một phần mềm trong gói phần mềm
Petroleum Expert của PETEX) để đánh giá các ứng xử động của vỉa trong quá trình khai
thác. Phương pháp cân bằng vật chất xây dựng mô hình đơn giản hơn mô hình ECLIPSE
nhưng vẫn có thể giúp ta hiểu được các quá trình trong vỉa một cách tương đối dễ dàng
và nhanh chóng.
Tuy nhiên, ở Việt Nam hiện nay, hướng tiếp cận này vẫn còn ít được quan tâm, có phần
xem nhẹ khi so sánh với phương pháp mô phỏng số, trong khi ở khu vực và thế giới (Ví
dụ như PETRONAS, Talisman, SPE,...) đã sử dụng hiệu quả phương pháp này để hỗ trợ
cho mô phỏng số. Vì lý do trên, đề tài “ Áp dụng phương pháp cân bằng vật chất và
Phần mềm MBAL để xác định thông số vỉa dầu khí” được lựa chọn làm đề tài đồ án tốt
nghiệp đại học. Ngoài ra, em cũng muốn đóng góp đồ án như một tài liệu tham khảo cho
các bạn sinh viên khóa sau bên cạnh các đồ án khác.
Mục đích của đồ án:
 Góp phần làm rõ về tình trạng năng lượng vỉa.
 Xác dịnh lượng OIIP tại chỗ.
1


 Đánh giá mức độ hoạt động của cơ chế áp lực nước đối với quá trình khai thác.
 Tìm hiểu hiệu chỉnh thông số trung bình của vỉa.
 Dự báo khai thác (định tính) cho đối tượng nghiên cứu.


Vg

Vggn
Vgn

VP
Vogn
Vo
Von
Von

Hình 1.1: Dầu và khí khai thác được nhờ sự giãn nở của dầu/khí trong một vỉa dầu [2]
Các hệ số thể tích được xác định trong phòng thí nghiệm đối với các mẫu dầu và khí lấy
từ vỉa. Định nghĩa cụ thể của các hệ số này như sau:
Rs : Tỷ số thể tích của khí hòa tan trong dầu [scf/STB] là số feet khối tiêu chuẩn của khí
hòa tan (tại một áp suất p và nhiệt độ T xác định) trong một thùng dầu thương mại (stock
tank barrel) khi cả hai thể tích này cùng đo ở điều kiện bề mặt.
V
ogn
R 
s V
on

3

(1.1)


Bo: Hệ số thể tích thành hệ của dầu [bbl/STB] được định nghĩa là tỷ số thể tích của dầu

(1.4)

Các hệ số Bo, Rs, Bg và GOR là các hàm phụ thuộc áp suất, như minh họa ở hình 1.2 .
Hệ số nén của dầu (Co): có thể được xác định cả trên hoặc dưới điểm bọt khí, tuy nhiên
giá trị cần trong quá trình mô phỏng phải được xác định ở điều kiện
chưa bảo hòa, khi đó hệ số nén được sử dụng để hiệu chỉnh cho hệ số thành thể tích
thành hệ dầu.
Hệ số nén của nước (Cw): được xác định thông qua các mối tương quan thực nghiệm,
thông thường ở điều kiện vỉa Cw vào khoảng 2.10-6 l/psi.
Hệ số nén của thành hệ (Cf): được xác định thông qua các mối tương quan thực nghiệm,
thông thường ở điều kiện vỉa Cf vào khoảng 3.10-6 1/psi. ÷ 8.10-6 l/psi.
Độ nhớt của nước (µw): được xác định trong phòng thí nghiệm dựa vào nhiệt độ và áp
suất của vỉa, giá trị thường trong khoảng 0.3÷0.8 cp.

4


Độ nhớt của khí (µg): được tính toán trong phòng thí nghiệm dựa vào áp suất khí quyển
hoặc áp suất vỉa, khi áp suất giảm thì độ nhớt của khí cũng giảm.
Rs

Bo

pb

pb

p

Bg

Rs

Tương quan thực nghiệm

Phạm vi áp dụng

Vasquez - Beggs (1980)
Lasater (1958)

15 < API < 30

Standing (1947)

API < 15

μo

Beggs - Robinson (1975)

16 < API < 58

Bg

Corresponding states

Non-polar hydrocarbons

μg

Lee et al. (1966)

1.2. Phương trình cân bằng vật chất (Material Balance Equations – MBE)
1.2.1. Giới thiệu lịch sử phương pháp cân bằng vật chất
Năm 1936, Schilthius lần đầu tiên đã giới thiệu phương trình cân bằng vật chất tổng quát
dựa trên nguyên lý bảo toàn khối lượng cho các chất lưu tồn tại trong vỉa. Kể từ đây,
phương trình này được máy tính hỗ trợ để xây dựng các mô hình hoàn thiện và phức tạp
hơn, cho phép xử lý chính xác hơn.
DeSorcy (1979) ước tính được độ chính xác của các biến trong phương trình cân bằng
vật chất. Galas (1994) khảo sát kỹ thuật khớp lịch sử bằng hàm hồi quy phi tuyến (nonlinear regression function) cho phương pháp cân bằng vật chất và kết luận rằng cần xác
định miền giá trị của các thông số đã khớp.
Bui et al. (2006) dùng phương pháp phân tích cân bằng vật chất để xác định đặc tính
phân chia các khối (compartmentalization) của mỏ Samarang. Tác giả đã xây dựng quy
trình phân tích tích cân bằng vật chất và đánh giá ảnh hưởng của đường cong độ thấm
tương đối đến khả năng khớp lịch sử (history match).
6


Mazloom et al, (2007) đã so sánh kết quả từ cân bằng vật chất theo mô hình single tank
và mô hình multi-tank với kết quả từ mô hình số dạng ô lưới (grid simulation model).
Tác giả kết luận rằng mô hình single-tank dự báo hệ số thu hồi cao hơn hai mô hình kia
và không thể đánh giá được tính bất đồng nhất của vỉa cho mỏ condensate mà họ nghiên
cứu, trong khi mô hình multi-tank cho kết quả trong miền chấp nhận được khi so sánh
với kết quả mô phỏng số.
Hơn nữa, một số nghiên cứu thể hiện khả năng dịch chuyển của chất lưu vỉa qua hệ số
truyền qua (transmissibility). Vera et al. (2009) phân tích hệ số truyền qua cho mô hình
single-tank và multi-tank và kết luận rằng kỹ thuật cân bằng vật chất multi-tank là
phương pháp hiệu quả để kiểm tra sự dịch chuyển của chất lưu vỉa.
Garcia et al. (2007) đề xuất phương pháp đánh giá các thông số ảnh hưởng tính toán cân
bằng vật chất, cụ thể OOIP tính được sẽ rất nhạy với dữ liệu áp suất vỉa và PVT
Amudo et al (2011) và Esor et al. (2004) đã áp dụng phương pháp cân bằng vật chất và
phần mềm MBAL để thiết lập sự liên kết giữa thể tích hydrocarbon in place và các cơ

•

Tính toán của MBE dựa trên sự thay đổi điều kiện vỉa theo thời gian lịch sử khai

thác. Do các giả thiết trên mà độ chính xác của phương pháp này bị ảnh hưởng ở thời
gian đầu của quá trình khai thác, khi mà sự dịch chuyển của chất lưu vỉa bị giới hạn và
áp suất vỉa thay đổi nhỏ. Phương pháp này cũng giảm độ chính xác đối với vỉa được
phát triển từng phần, không đồng đều trên toàn vỉa.
• Kết quả tính toán của MBE nhạy với áp suất vỉa và sự chính xác của thông số
PVT. Áp suất vỉa được xác định bằng cách lấy trung bình trọng số áp suất tĩnh đo được
tại các giếng ở các vùng khác nhau trong vỉa. Nếu vỉa gồm các vùng khác biệt độ thấm,
áp suất đo được ở các vùng độ thấm thấp thường cao, ở các vùng độ thấm cao áp suất
thường thấp và áp suất đo được lại thường lại thường gần giá trị vùng độ thấm cao hơn
nên áp suất trung bình của vỉa sẽ thấp hơn và kết quả tính sẽ ít dầu hơn thực tế. Hiện
tượng này là do dầu ở vùng thấm cao hoạt động hơn (active oil) nên dễ quan sát hơn,
trong khi dầu ở vùng thấm thấp giãn nỡ chậm hơn để bù lại sự giảm áp suất, khiến lượng
active oil quan sát được tăng từ từ theo thời gian. hiện tượng trên cũng quan sát được ở
các vỉa chỉ khai thác một phần, không phát triển đồng đều toàn vỉa khiến áp suất ghi

8


nhận được chỉ từ một phần của vỉa mà không phải áp suất cao hơn tại vùng chưa phát
triển.
•

Áp suất trong MBE dùng để xác định hiệu các giá trị PVT như: (Bo – Boi); (Bg

– Bgi); (Rsi – Rs). Sai số đo áp suất có thể ảnh hưởng kết quả tính OIIP và water influx
tùy theo tỷ số sai số đo trên áp suất vỉa suy giảm. Trong vỉa dầu dưới bão hòa hay vỉa


psi

p

Áp suất trung bình theo thể tích vỉa

psi

Δp

Biến thiên áp suất vỉa = pi – pr

psi

pb

Áp suất điểm bọt khí

psi

N

Thể tích dầu ban đầu trong vỉa

STB

Np

Thể tich dầu khai thác cộng dồn


scf

Bgi

Hệ số thể tích thành hệ khí ban đầu

bbl/scf

Bginj

Hệ số thể tích thành hệ khí bơm ép

bbl/scf

Bg

Hệ số thể tích thành hệ khí ở áp suất đang xét

bbl/scf

Rsi

Tỷ số khí hòa tan - dầu ban đầu

scf/STB

Rs

Tỷ số khí hòa tan – dầu ở áp suất đang xét


Winj

Thể tích nước nén vào vỉa cộng dồn

STB

Bw

Hệ số thể tích thành hệ nước vỉa

Swi

Độ bão hòa nước ban đầu

cw

Hệ số nén đẳng nhiệt cùa nước

Psi-1

Tổng thể tích lỗ rỗng chứa Hydrocarbon

bbl

Hệ sô nén đẳng nhiệt của đá

Psi-1

m


G.Bgi
Initial volume of gas cap
=
Volume of oil initially in place N.Boi

(1.6)

Thể tích mũ khí ban đầu:
Initial volume of the gas cap = G.Bgi = m.N.Boi

(1.7)

Tổng thể tích Hydrovarbon ban đầu là:

Initial oil volume  initial gas cap volume   P.V  (1  Swi )
 P.V 

N.Boi 1  m 
1  Swi

(1.8)

(1.9)

Thể tích OIIP tại pi

Initial volume oil-in-place = N.Boi

(1.10)

(1.15)

Net water influx =We - Wp .Bw

Thể tích connate-water giãn nở

V  V.c.p => Expansion of connate water  [ pore volume  .Swi ]. cw .p
Expansion of connate water 

N.Boi 1  m 
Swi . cw .p
1  Swi

(1.16)

Thể tích lỗ rỗng giảm do khung đá giãn nở tại p

Change in Pore volume 

N.Boi 1  m 
.cf .p
1  Swi

(1.17)

Thể tích nước + khí bơm ép tại p
Total Injected volume  Ginj.Bginj  Winj.Bw

(1.18)


Để đơn giản, giả sử không có bơm ép nước hay khí
N

N p  Bt  (R p  R si ).Bg    We  Wp Bw 
B

 S .c + c
 Bt  Bti   m.Bti  g  1  Bti 1  m   wi w f
 Bgi 
 1  Swi


 .p


(1.22)

Trong vỉa có cơ chế năng lượng tổng hợp, tất cả các cơ chế năng lượng có thể cùng có
mặt, ta có thể xác định cường độ tương đối của các cơ chế năng lượng khác nhau đóng
góp vào quá trình khai thác bằng cách sắp xếp lại phương trình (1.22):
 S .c + c
N.Boi . 1  m   wi w f
N  Bt  Bti  N.m.Bti .  Bg  Bgi  / Bgi We  Wp Bw
 1  Swi



A
A
A