Bài giảng Công nghệ mỏ - Lê Phước Thảo

442 trang hapham 90

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Công nghệ mỏ - Lê Phước Thảo", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_cong_nghe_mo_le_phuoc_thao.pdf

Nội dung text: Bài giảng Công nghệ mỏ - Lê Phước Thảo

NỘI DUNG MÔN HỌC Nhắc lại các tính chất của môi trường rỗng (đá) và của chất lưu (khí, dầu và nước). Thiết lập phương trình cân bằng vật chất (PTCBVC) tổng quát của các loại vỉa dầu khí(khímột pha, khí ngưng tụ, dầu chưa bão hoà và dầu bão hoà). Áp dụng phương pháp cân bằng vật chất và phương pháp thể tích để tính toán các thông số của vỉa. Tính toán lượng nước xâm nhập vào vỉa. Nghiên cứu sự chuyển dịch của dầu và khí bằng mô hình dòng thấm hai pha. Các phương pháp thu hồi dầu. Công nghệ thử vỉa và các thông số mô phỏng vỉa. ©Copyright 2007 GIỚI THIỆU 3
HÌNH THỨC ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC Kiểm tra thường kỳ (10%), giữa kỳ (20%), và cuối kỳ (50%). Bài tập về nhà (10%): nộp bài trước khi kiểm tra giữa kỳ và thi cuối kỳ Seminar (10%): mỗi SV (hoặc nhóm SV) chọn 1 chủ đề (nâng cao, mở rộng phần lý thuyết có trong chương trình, hay ứng dụng thực tế ), đăng ký vào đầu học kỳ, nhận tài liệu và chuẩn bị báo cáo trước lớp (10 phút) và trả lời các câu hỏi liên quan. ©Copyright 2007 GIỚI THIỆU 4
TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH [1] Huỳnh Thanh Sơn, Lê Phước Hảo, Công nghệ mỏứng dụng, NXB ĐHQG Tp. HCM, 2003. [2] CRAFT B. C., HAWKINS M. F. and TERRY R. E. (1991). Applied Petroleum Reservoir Engineering. Prentice-Hall Inc., New Jersey. [3] MIAN M. A. (1992). Petroleum Engineering Handbook for the Practicing Engineer, Vol. I. PennWell Publishing Company, Oklahoma. [4] TIMMERMAN E.H. Practical Reservoir Engineering, Vol. I and Vol II. ©Copyright 2007 GIỚI THIỆU 5
CÁC CHỦ ĐỀ CHÍNH 1. KỸ SƯ VỈA 2. ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 3. TÍNH CHẤT CỦA ĐÁTẦNG CHỨA 4. ĐẶC TÍNH PVT CỦA DẦU 5. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT TỔNG QUÁT 6. VỈA KHÍ MỘT PHA 7. VỈA DẦU CHƯA BÃO HÒA ©Copyright 2007 GIỚI THIỆU 6
CÁC CHỦ ĐỀ CHÍNH 9. VỈA DẦU BÃO HÒA 10. VỈA KHÍ NGƯNG TỤ 11. DÒNG CHẢY MỘT PHA TRONG VỈA 12. TÍNH TOÁN LƯỢNG NƯỚC XÂM NHẬP VÀO VỈA 13. SỰ CHUYỂN DỊCH CỦA DẦU VÀ KHÍ 14. THIẾT KẾ THỬ VỈA 15. CÁC THÔNG SỐ MÔ PHỎNG VỈA ©Copyright 2007 GIỚI THIỆU 7
NỘI DUNG Nhiệm vụ của Kỹ sư vỉa Yêu cầu đối với kỹ sư vỉa Công việc của kỹ sư vỉa Ví dụ minh hoạ đề án phát triển mỏ Dữ liệu Đặc tính chung Mô hình vỉa Phương thức tiến hành Những công việc chính của kỹ sư vỉa ©Copyright 2007 KỸ SƯ VỈA 2
Nhiệm vụ của Kỹ sư vỉa Am hiểu về sự tương tác giữa đất đávàchất lưu trong vỉa Am hiểu về quá trình dịch chuyển phức tạp của chất lưu trong vỉa Thiết lập mô hình vỉa phù hợp từ dữ liệu về địa chất, đặc tính của đất đávàchất lưu vỉa đo được hoặc đã có trước đó Dự đoán khả năng thu hồi trong tương lai Xây dựng qui trình và phương pháp nâng cao khả năng thu hồi hydrocarbons từ vỉa ©Copyright 2007 KỸ SƯ VỈA 3
Yêu cầu đối với kỹ sư vỉa Hiểu biết về địa chất học và các quá trình địa chất xảy ra trong vỉa Am hiểu về cơ học chất lỏng và các phương pháp toán học để giải quyết những vấn đề liên quan đến dòng chảy Am hiểu về nhiệt động lực học cơ bản Có những kỹ năng về máy tính, điện tử, cơ khí, hoá học, vật liệu Quan trọng nhất là phải biết áp dụng những kiến thức liên ngành ©Copyright 2007 KỸ SƯ VỈA 4
Công việc của kỹ sư vỉa Xác định các tính chất của đất đá trong vỉa Kết hợp với các nhà địa chất, địa vật lý để xác định ranh giới vỉa Sử dụng phương trình cân bằng vật chất để xác định cơ chế vận động của vỉa, của hydrocarbon Mô phỏng dòng chảy trong vỉa Đưa ra các phương án quản lý vỉa Thiết kế và phân tích các quy trình nâng cao khả năng thu hồi dầu ©Copyright 2007 KỸ SƯ VỈA 5
Ví dụ minh hoạ đề án phát triển mỏ Mục tiêu chính: Vạch ra biên của vỉa và đề xuất chiến lược tối ưu cho công tác tìm kiếm thăm dò Mô tả vỉa: cát kết thạch anh, độ hạt từ mịn đến trung bình Độ sâu vỉa: 10,000 ft Độ rỗng: 16% - 23% Độ thấm: 152 mD – 1 Darcy Độ bão hoà nước đồng hành < 2% (oil wet rock) Sự giảm độ rỗng và độ thấm trong vỉa (phụ thuộc vào quá trình hình thành trầm tích và ximăng canxit) ©Copyright 2007 KỸ SƯ VỈA 6
Đặc tính chung Tỷ trọng thấp (57O API) Chưa bão hoà Độ nhớt: 0.09 cps Hệ số thể tích thành hệ: 1.8 RB/STB Tỷ số khí - dầu: 1.433 scf/STB Áp suất vỉa: >1000psi Vỉa rất thích hợp cho việc bơm ép Cần phác hoạ các biên của vỉa Dữ liệu địa vật lý: sóng địa chấn cao tần dùng để xác định tầng thấm : < 8ft ©Copyright 2007 KỸ SƯ VỈA 8
Phương thức tiến hành 1. Xác định độ thấm bằng phương pháp thử giếng và phân tích 2. Xác định phạm vi phân bố và thể tích vỉa 3. Dùng phương trình cân bằng vật chất để ước tính trữ lượng đầu ban đầu (khoảng 22 – 27 tỷ thùng) 4. Dùng phương pháp thể tích, tính trữ lượng: 24 tỷ thùng 5. Mô phỏng vỉa (dùng các mô hình địa chất cơ bản, sự biến đổi về độ thấm, ước lượng tỷ lệ thu hồi dầu có bơm ép) vào khoảng 66% ©Copyright 2007 KỸ SƯ VỈA 12
Những công việc chính của kỹ sư vỉa 1. Tổng hợp báo cáo về viả. 2. Thiết lập mô hình vỉa và dự đoán chương trình khai thác. 3. Kiểm soát vỉa và lập báo cáo thường kì về những thay đổi của vỉa dựa trên những thông số khoan và hoàn thiện giếng. 4. Đánh giá và tối ưu hoá công tác hoàn thiện giếng và quá trình khai thác. 5. Tham gia công tác quản lý, dự hội thảo, tham gia báo cáo chuyên đề, cung cấp dữ liệu cho các báo cáo. 6. Bảo đảm liên lạc cũng như cộng tác tốt với các nhóm kỹ thuật khác: khoan, hoàn thiện giếng, khai thác, địa chất. 7. Đóng góp vào công tác phát triển nhân sự: giám sát, hướng dẫn, đào tạo chuyên gia địa chất, kỹ sư dầu khí, kỹ thuật ©Copyright 2007 viên KỸ SƯ VỈA 13
NỘI DUNG LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VIDEO VỈA DẦU KHÍ VÀ QUÁ TRÌNH KHAI THÁC VỈA DẦU KHÍ CÁC HỆ THỐNG ĐƠN VỊ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA ĐÁ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA DẦU THÔ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC TRONG VỈA ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 2
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Dầu thô, khí thiên nhiên và nước gọi chung là chất lưu Phân chia các chất lưu thành các pha lỏng và khí phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất Từ 1928, thiết bị đo những dữ liệu cận đáy (áp kế đo sâu) đầu tiên đã được chế tạo để đo áp suất vỉa. Từ 1933, nghiên cứu về vật lý vỉa như độ rỗng, độ thấm, suất dẫn điện, cấu trúc khe rỗng, dòng chảy hai pha và ba pha Từ 1935, phương pháp đo các quan hệ về áp suất - thể tích - nhiệt độ (PVT), sự bão hoà hay áp suất điểm bọt khí, tổng lượng khí hoà tan trong dầu, lượng khí được phóng thích dưới những điều kiện nhiệt độ và áp suất khác nhau Từ 1936, Schilthuis đã thiết lập phương trình cân bằng vật chất, cho phép tính toán thể tích và khối lượng của chất lưu ban đầu, khai thác hay bơm ép. ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 3
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Vào những năm 1960, thuật ngữ “Mô phỏng số vỉa dầu khí” và “Mô hình toán vỉa dầu khí” đã trở nên phổ biến, nhờ sử dụng các phương trình toán học và vật lý để mô phỏng động thái của vỉa dầu khí nhằm dự đoán hiệu suất khai thác của chúng. Cùng với sự phát triển nhanh chóng của các máy tính tốc độ cao, quy mô lớn và các phương pháp tính số phức tạp (sai phân hữu hạn, phần tử hữu hạn), cho đến ngày nay việc mô phỏng vỉa dầu khí đã có nhiều tiến bộ đáng kể. Kỹ thuật tính toán vỉa dầu khí có thể được định nghĩa như là sự áp dụng các nguyên lý khoa học vào những bài toán khai thác chất lưu từ vỉa và bơm ép chất lưu vào vỉa trong quá trình khai thác dầu khí nhằm mục đích nâng cao hệ số thu hồi dầu. ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 4
VỈA DẦU KHÍ VÀ QUÁ TRÌNH KHAI THÁC h Bẫy dầu khí: ¬ được tạo nên do những đặc điểm địa tầng và/hay cấu trúc địa chất, trong đó dầu và khí được tích tụ trong những khe rỗng liên thông, các kênh dẫn và đứt gãy, chủ yếu trong cát, sa thạch, đá vôi, dolomite và đôi khi trong đá móng nứt nẻ ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 6
VỈA DẦU KHÍ VÀ QUÁ TRÌNH KHAI THÁC h Vỉa dầu khí ¬ một phần của bẫy dầu, có chứa dầu và/hay khí, tạo nên một hệ thống liên thông về mặt thủy lực. Trong trường hợp toàn bộ bẫy chứa đầy dầu và khí, thì hai khái niệm bẫy và vỉa sẽ trùng nhau h Tầng thấm nước ¬ tầng chứa nước có mối liên kết về mặt thủy lực với vỉa dầu khí. Khi nhiều vỉa có chung một tầng thấm nước thì việc khai thác dầu từ vỉa này sẽ làm giảm áp trong những vỉa khác do sự lưu thông của chất lưu. h Trạng thái một pha ¬ Pha lỏng, trong đó có thể có phần khí bị hoà tan trong dầu, cần ước tính trữ lượng khí bị hoà tan và trữ lượng dầu thô ¬ Pha khí, trong đó có thể có những hydrocarbon bị hoá khí và được thu hồi như những chất lỏng trên bề mặt, cần ước tính trữ lượng chất lỏng do ngưng tụ khí và trữ lượng khí ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 7
VỈA DẦU KHÍ VÀ QUÁ TRÌNH KHAI THÁC h Trạng thái hai pha ¬ Pha khí trong mũ khí nằm trên vùng chứa dầu, cần ước tính 4 loại trữ lượng: khí tự do hay liên kết, khí hoà tan, dầu trong vùng dầu, chất lỏng ngưng tụ từ khí trong mũ khí h Trữ lượng • Định nghĩa của Hiệp hội Kỹ sư dầu khí: trữ lượng là thể tích được ước tính của dầu thô, khí ngưng tụ, khí thiên nhiên, chất lỏng do ngưng tụ khí thiên nhiên và những sản phẩm có ích khác, có khả năng thu hồi và tiêu thụ được về mặt thương mại tại một thời điểm xác định của vỉa (mỏ) trong những điều kiện kỹ thuật-kinh tế hiện có và theo những qui định của chính phủ hiện hữu. • Trữ lượng được tính toán dựa trên những dữ liệu địa chất và kỹ thuật có thể có được. Việc đánh giá trữ lượng được cập nhập hoá trong quá trình khai thác mỏ. ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 8
VỈA DẦU KHÍ VÀ QUÁ TRÌNH KHAI THÁC h Các giai đoạn khai thác mỏ dầu khí: ¬ Giai đoạn khai thác sơ cấp: dùng năng lượng vỉa thiên nhiên để khai thác ¬ Giai đoạn khai thác thứ cấp: bơm khí hay nước vào vỉa để duy trì áp suất vỉa ¬ Giai đoạn khai thác tam cấp (hay thu hồi tăng cường): được dùng khi giai đoạn khai thác thứ cấp không còn hiệu quả, nhằm mục đính nâng cao hiệu suất thu hồi. ) Trong thời gian khai thác, mỏ có thể được chuyển từ giai đoạn khai thác này sang giai đoạn khác một cách tự nhiên hay theo hoạch định ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 9
CÁC HỆ THỐNG ĐƠN VỊ Bristish Engineering System (BES) System International (SI) Thông số → SI → BES 1 in (inch) = 0,0254 m 1 m = 39,37 in Chiều dài 1 ft (foot) = 12 in = 0,3048 m 1m = 3,281 ft Lực 1 lb (pound) = 4,448 N 1 N = 0,2248 lb 1 lbm(lb.s2/32,2 ft) = 0,4536 kg 1 kg = 2,2 lbm Khối lượng 1 slug (lb.s2/ft) = 14,59 kg 1 kg = 0,06854 slug Thời gian 1 sec = 1 s 1 s = 1 sec Trọng lượng riêng 1 lb/ft3 = 157,1 N/m3 1 N/m3 = 0,006366 lb/ft3 Khối lượng riêng 1 slug/ft3 = 515,2 kg/m3 1kg/m3 = 0,001941slug/ft3 Hệ số nhớt động 1 ft2/sec = 0,0929 m2/s 1 m2/s = 10,76 ft2/sec học Áp suất 1 lb/in2 (psi) = 6,895 kPa 1kPa = 0,145 psi °F (Fareinheit) °C (Celsius) = (5/9)(°F - 32) Nhiệt độ °R (Rankine) = °F + 460 °K (Kelvin) = °C + 273 ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 10
CÁC HỆ THỐNG ĐƠN VỊ • Một số qui đổi đơn vị khác Gia tốc trọng trường g = 32,2 ft/sec2 = 9,81 m/s2 1 ft3 (cubic foot) = 7,48 US gallon = 28,32 lít = 0,178 bbl 1 barrel (bbl) = 5,614 ft3 = 42 US gallon = 159 lít (đối với dầu mỏ) 1 yard = 3 ft 1 acre = 4840 yard2 = 43560 ft2 1 atm = 101,3 kPa = 14,7 psi 1 cp = 0,001 Pa.s = 0,01 g/cm.s = 0,01 poise 1 ac.ft = 43560 ft3 1 mile = 5280 ft 1 os = 1/16 pound = 28,35 gr ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 11
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA ĐÁ Độ rỗng ) φ = thể tích rỗng/tổng thể tích khối đá - Độ rỗng toàn phần - Độ rỗng hiệu dụng Hệ số nén đẳng nhiệt 1 dV C = − ⋅ f V dp ⇒ Cf diễn tả sự thay đổi thể tích của vật chất khi thay đổi áp suất. Nếu V là thể tích rỗng thì C ≡ Cf, hệ số nén thể tích rỗng. Đơn vị: psi-1 Tính chất: ¬ Sự thay đổi độ rỗng đối với một loại đá chỉ phụ thuộc vào sự khác biệt áp suất trong (của chất lưu) và ngoài (của khối đá) mà không phụ thuộc vào giá trị tuyệt đối của các áp suất đó. ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 13
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA ĐÁ ¬ Khi áp suất trong của chất lưu giảm 1000 psi thì độ rỗng của đá giảm khoảng 0,5%. -6 -6 -1 ¬ Đối với đá vôi và sa thạch: Cf = 2.10 ÷ 25.10 psi 97,32.10−6 ¬ Sa thạch cố kết: Cf = (0,02 < φ < 0,23) (1.2) ()1+ 55,87φ 1,43 0,854 ¬ Đá vôi: Cf = (0,02 < φ < 0,33) (1.3) 6 0,93 (1+ 2,48.10 φ) Độ bão hoà của chất lưu trong đá Theå tích chaát löu chieám choã S = Theå tích roãng (1.4) ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 14
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ KHÍ LÝ TƯỞNG h Định luật khí lý tưởng: P.V = n.R’.T (1.5) với: P - áp suất tuyệt đối (psia); V - thể tích (ft3); n - số mole (lb-mole); R’ - hằng số = 10,73 psia.ft3/lb.mole.°R; T - nhiệt độ tuyệt đối (°R) h Mole: Lượng vật chất (số nguyên tử hoặc phân tử) có khối lượng bằng trọng lượng nguyên tử hoặc phân tử của vật chất đó. ¬ Không khí: M = 28,97 lbm/lb-mol = 28,97 kg/kmol ¬ Ethane: M = 30,07 lbm/lb-mol = 30,07 kg/kmol ¬ Oxygen: M = 32 lbm/lb-mol = 32 kg/kmol h Thể tích khí tiêu chuẩn: Thể tích mà 1 lb-mol choán chỗ ở những điều kiện chuẩn về áp suất (14,7 psia = 1 atm = 760 mmHg) và nhiệt độ (60°F = 15,5 °C = 520 °R) n.R'.T 1.10,73.520 V = = = 379,4 SCF (Standard Cubic Feet) (1.6) tc P 14,7 ¬ Một lượng khí ròng có thể được biểu diễn theo ft3 (ở một nhiệt độ và á p suất nhất định), theo số mole, số pound hay số phân tử. ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 15
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ Ví dụ 1.1: Tính lượng khí ethane trong bồn chứa theo số mole, pound, số phân tử và SCF. Cho biết V = 1000 ft3 ở áp suất p = 100 psia và nhiệt độ T = 100 °F. Giải: ¬ Giả sử định luật khí lý tưởng được thỏa mãn: PV = nR’T PV 100.1000 ) Số mole: n = = = 16,64 lb-moles R' T 10,73.560 ) Khối lượng: m = n.M = 16,64× 30,07 = 500,4lbm ) Số pound: G = n.M = 16,64×30,07 = 500,4 lb ) Số phân tử = n.(2,733.1026 ) = 45,5.1026 Chú ý: Hệ thống BES, trọng lượng (lb) = khối lượng (lbm = lb.s2/32,2 ft) × g (= 32,2 ft/s2). ⇒Thể tích khí ethane ở điều kiện chuẩn: Vtc = n.379,6 SCF = 6316 SCF ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 16
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ Khối lượng và tỷ trọng 1- Khối lượng riêng: PV M Khoái löôïng n.M ) ρ = = = R'T (1.7) Theå tích V V pM ⇒ρ = (phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ) (1.8) R'T 2- Tỷ trọng: ρg ) γ g = (ở cùng áp suất và nhiệt độ) (1.9) ρair pM M ⇒γ = R' T = (không phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ) (1.10) g p.28,97 28,97 R' T Ví dụ 1.2: Tỷ trọng của một chất khí là γg = 0,75 thì khối lượng mole của nó là: M = 28,97γg = 28,97×0.75 = 21,7 lbm/lb-mole. ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 17
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ KHÍ THỰC The å tích thöïc Va cuûa n mole chaát khí ôû p vaø T Hệ số lệch khí: z = (1.11) The å tích khí ly ùtöôûng Vi cuûa n mole khí ôû p vaø T ) z = 0,7 ÷ 1,2 (= 1 đối với khí lý tưởng) Định luật khí thực: p.Va = z.n.R’.T (1.12) Các phương pháp tính hệ số lệch khí z: h Phương pháp 1 Đo thể tích mẫu khí ở nhiệt độ và á p suất cần tính hệ số lệch khí rồi đo thể tích mẫu khí đó ở nhiệt độ và áp suất sao cho có hệ số lệch khí ≈ 1. p1.Va1 = z1.n.R.T1 ⎫ z1 p1Va1 T2 ⇒ ⎬ ⇒ = ⋅ (1.13) p1.Va2 = z2.n.R.T2 ⎭ z2 T1 p2Va2 3 3 Ví dụ 1.3: Một mẫu khí có Va1 = 364,6 ft ở 213 °F và 3250 psia, Va2 = 70860 ft ở 82 °F và 14,8 psia (z2 ≈ 1). Tính hệ số lệch khí? z 3250.364,6 460 + 82 Giải: 1 = ⋅ = 0,91 ⇒ z = 0,91 1 460 + 213 14,8.70860 1 ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 18
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ h Phương pháp 2 ¬ Ước tính z từ tỷ trọng γg của chất khí (theo Sutton): ) Tí nh áp suất và nhiệt độ giả tới hạn theo công thức (1.14) và (1.15) ) Tính áp suất và nhiệt độ giả giảm theo công thức (1.16) và (1.17) ) Tra z nhờ đồ thị của Standing & Beggs (H.1.2). 2 ¬ Áp suất giả tới hạn: ppc = 756,8 - 131,0γg - 3,6γg (0,57 < γg < 1,68) 2 ¬ Nhiệt độ giả tới hạn: Tpc = 169,2 + 349,5γg - 74γg (0,57 < γg < 1,68) ¬ Áp suất giả giảm: ppr = p/ppc ¬ Nhiệt độ giả giảm: Tpr = T/Tpc ¬ Dùng đồ thị của Standing & Katz (ppr, Tpr, z) ⇒ z. ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 19
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ Ví dụ 1.4: Chất khí trong vỉa có γg = 0,665, p = 3250 psia, T = 213 °F. Tính z? Giải: ¬ Dựa theo công thức (1.14) và (1.15) ⇒ ppc = 668 psia,Tpc = 369 °R 3250 160 + 213 ¬ Công thức (1.16) và (1.17) ⇒ p = = 4,87;p = = 1,82 pr 668 pr 369 ¬ ppr = 4,87 và Tpr = 1,82, tra đồ thị H.1.2 ⇒ z = 0,918. h Phương pháp 3: Phân tích các thành phần của khí: z được tính theo giả thiết rằng các áp suất và nhiệt độ giả tới hạn đối với mỗi thành phần khí thì tỷ lệ thuận với thể tích của thành phần khí đó và với áp suất và nhiệt độ tới hạn của nó. ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 20
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ Ví dụ 1.5: Tính z của một chất khí từ các thành phần của nó ở 3250 psia và 213 °F. Thành phần Tỉ lệ Mo Áp suất Nhiệt độ Mg ppc Tpc khí mole tới hạn pc tới hạn Tc (2) x (3) (2) x (4) (2) x (5) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) Methane CH4 0,8612 16,04 673 343 13,81 579,59295,39 Ethane C2H6 0,0591 30,07 708 550 1,78 41,84 32,51 Propane C3H8 0,0358 44,09 617 666 1,58 22,09 23,84 Butane iC4H10 0,0172 58,12 550 766 1,00 9,46 13,18 Pentane nC5H12 0,0050 72,15 490 846 0,36 2,45 4,23 CO2 0,0010 44,01 1070 548 0,44 1,07 1,07 N2 0,0207 28,02 492 227 0,58 10,18 4,70 Tổng 1,0000 19,55 666,68374,92 19,55 3250 460 + 213 γ = = 0,675; p = = 4,875; T = = 1,80 g 28,97 pr 666,68 pr 374,92 Từ đồ thị Standing & Katz (ppr, Tpr, z) ⇒ z = 0,91. ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 21
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ h Chú ý: ¬ Đường cong hệ số lệch khí là đường quan hệ (p, z) ¬ Nhiệt độ tới hạn là nhiệt độ mà trên nó, trạng thái khí không thể chuyển thành trạng thái lỏng dù có tăng áp suất. Ví dụ : nước ở 374 °C, CO2 ở 31,1 °C ¬ Áp suất tới hạn là áp suất cần phải đạt được để chất khí ngưng tụ thành lỏng ở nhiệt độ tới hạn. ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 22
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ Hệ số thể tích thành hệ khí znR' T The åtích khí trong væa (ôû p vaø T) Va p = ' ) The å tích khí treân be àmaët (ôû Psc vaøT sc ) V a,sc znRTsc sc psc V p z T ⇒ a = sc × × (1.18) Va,sc Tsc zsc p psc zT với Va,sc = 1 SCF và zsc = 1 ⇒ Bg = × (1.19) Tsc p zT Khi psc = 14,7 psia và Tsc = 60 °F ⇒ B = 0,02829 cuft / SCF (1.20) g P ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 23
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ Ví dụ 1.6: Chất khí trong vỉa ở p = 3250 psia và T = 213 °F, có z = 0,91. Tính hệ số thể tích thành hệ khí Bg? 0,91(213 + 460) Giải: B = 0,02829× = 0,00533 cuft / SCF g 3250 ⇒ Suy ra 1 SCF thể tích khí ở điều kiện chuẩn trên bề mặt sẽ chiếm 3 3 thể tích Va = 0,00533 ft trong vỉa ở 3250 psia và 213 °F. 1000 ft thể tích khí trong vỉa ở 3250psia và 213°F sẽ tương ứng với thể tích: 1000 =188000SCF= 188MSCF ở điều kiện chuẩn. 0,00533 ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 24
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ ¬ Tính khối lượng riêng của khí trong vỉa: 3 pV p ) Số mole khí chứa trong V = 1 ft của vỉa: n = = zR' T zR'T ) Khối lượng mol của 1 mol khí: M = 28,97γg 28,97.γ g.p ) Khối lượng riêng của khí trong vỉa: ρ = nM = g zR' T (1.21) Ví dụ 1.7: Hãy tính khối lượng của khí trong vỉa biết γg = 0,665, z = 0,91 ở p = 3250 psia và T = 213 °F. 28,97.0,665.3250 Giải: ρ = = 9.53 lbm / cuft g 0,91.10.73(213 + 460) ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 25
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ Hệ số nén đẳng nhiệt znR'T z ) V = = nR'T (T không đổi) p p dV nR'T dz znR'T ⎛ znR'T ⎞ 1 dz ⎛ znR'T ⎞ 1 = − = ⎜ ⎟ − ⎜ ⎟ × 2 ) dp p dp p ⎝ p ⎠ z dp ⎝ p ⎠ p i dV 1 dz 1 × = − V dp z dp p 1 1⎛ dz ⎞ ⇒ Cg = − ⎜ ⎟ (1.22) p z ⎝ dp⎠ dz 1 ) Đối với khí lý tưởng thì z = 1 nên = 0 ⇒ C = dp g,lt p ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 26
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ Ví dụ 1.8: Tìm hệ số đẳng nhiệt Cg củ a một chất khí theo đường cong hệ số lệch khí (p, z) (H.1.3). Giải: Vì đường (p, z) không thể diễn tả được bằng hàm giải tích nên phải tính dz bằng đồ thị. Kết quả được cho trong dp bảng 1.1. 1 1 ) p = 1000 psia ⇒ C = − (−127.10−6 ) = 1153.10−6 psi−1 g 1000 0,83 1 ) p = 2500 psia ⇒ C = = 400.10−6 psi-1 g 2500 1 1 −6 −6 -1 ) p = 4500 psia ⇒ C = − ()110.10 = 100.10 psi g 4500 0,90 ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 27
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ h Một cách khác để xác định Cg của khí thực: p ) ppr = ⇒ p = ppr .ppc ppc 1 1⎛ dz ⎞ 1 i ⎡ dz ⎤ ) Cg = − ⎜ ⎟ = − ⎢ ⎥ p z ⎝ dp⎠t ppr .ppc z ⎢d(pprppc )⎥ ⎣ ⎦ tpr 1 1⎛ dz ⎞ ⎛ dz ⎞ C = C p = − ⎜ ⎟ ⎜ ⎟T ) pr g pc ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ pr (1.23) ppr z dppc dppr ⎝ ⎠Tpr ⎝ ⎠ Cpr- hệ số nén đẳng nhiệt giả giảm (không thứ nguyên). 1 1 −6 -1 C = = = 500.10 psi xác định từ đồ thị (ppr, Tpr, z) của g p 2000 Standing & Katz. ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 28
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ Ví dụ 1.9: Khí có γg = 0,72, tính Cg ở 2000 psia và 140 °F trong trường hợp: Khí lý tưởng và khí thực Giải: 1- Khí lý tưởng: 2 ppc = 756,8−131(0,72) −3,6(0,72) = 756,8−94,3−1,87 = 660,6 psia 2 2- Khí thực: Tpc = 169,2+ 349,5(0,72) −74(0,72) = 169,2+ 251,6−38,4 = 382,4 °R 2000 600 ⎛ dz ⎞ p = = 3,03 , T = = 1,57; ⎜ ⎟ = −0,025 pr pr ⎜ ⎟ 660,6 382,4 dppr ⎝ ⎠ Tpr =1,57 ) Từ đồ thị Standing & Katz (H.1.2) ⇒ z = 0,82 1 1 ) Từ đồ thị này, tìm được: C = − (−0,025) = 0,33 + 0,0305 ≅ 0,361 pr 3,03 0,82 Cpr −6 −1 T 212 + 460 p 2680 Cg = = 546.10 psi ;Tpr = = = 1,58;ppr = = = 4,21 ppc Tpc 424 ppc 636 ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 30
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ Hệ số nhớt động lực ¬ Hệ số nhớt động lực μg: phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và cấu tạo của khí. Đơn vị: centipoise (cp) = 0,001 Pa.s = 0,01 g/ cm.s = 0,01 poise ¬ Cách xác định μg: đồ thị củ a Carr, Kobayashi và Burrows để ước tính μg từ áp suất giả giảm ppr và nhiệt độ giả giảm Tpr (H.1.4c) ) Hệ số nhớt động lực μ1’ ở áp suất 1 atm và nhiệt độ vỉa phụ thuộc nhiệt độ vỉa T và tỉ trọng khí γg (H.1.4a) ) Các giản đồ ở H.1.4b giúp hiệu chỉnh hệ số nhớt μ1’ ở áp suất 1 atm khi chất khí có chứa N2, CO2 và/hay H2S ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 31
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ Ví dụ 1.10: Dùng các đồ thị trên H.1.4 để ước tính μg. Biết áp suất vỉa = 2680 psia, nhiệt độ vỉa = 212 °F, γg = 0,9, Tpc = 424 °R, ppc = 636 psia, hàm lượng CO2 = 5%mol. Giải: ¬ Từ H.1.4a, với γg = 0,9 và T = 212 °F ⇒ μ1’ = 0,0117 cp ¬ Hiệu chỉnh đối với CO2: từ H.1.4b đối với CO2 có hàm lượng 5% ⇒ Δμ1 = 0,0003 cp μg μ1 = μ1’ + Δμ1 = 0,012 cp; = 1,6 μ1 ¬ Từ H.1.4c, với Tpr = 1,58 và ppr = 4,21 dR 567 − 337 ⇒ so = = 0,177 SCF/STB/psi dp 2500 −1200 ⇒ μg = 1,6 μ1 = 0,0192 cp ở T = 212 °F và p = 2680 psia ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 34
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA DẦU THÔ Tỷ số hoà tan khí - dầu Rso ¬ Nhiệt độ không đổi, áp suất tăng ⇒ V giảm ⇒ ρ tăng ⇒ lượng khí hoà tan tăng ¬ Áp suất không đổi, nhiệt độ tăng ⇒ V tăng ⇒ ρ giảm ⇒ lượng khí hoà tan giảm ¬ Áp suất và nhiệt độ bất kỳ ⇒ lượng khí hoà tan tăng đối với khí có tỷ trọng cao và dầu có tỷ trọng thấp. h Dầu thô ở trạng thái bão hoà khí ở bất kỳ nhiệt độ và áp suất nào khi giảm nhẹ áp suất thì có một lượng khí được phóng thích khỏi dung dịch. Dầu thô ở trạng thái chưa bão hoà khí thì ngược lại. h Tỷ số hoà tan khí - dầu Rso là số SCF của khí hoà tan trong 1 STB (Stock Tank Barrel) của dầu ở áp suất và nhiệt độ nhất định, Rso thường được xác định bằng thực nghiệm và có đơn vị: là SCF/STB. ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 35
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA DẦU THÔ Ví dụ 1.11: Quan hệ giữa áp suất và Rso ở nhiệt độ T = 160 °F của dầu trong vỉa được trình bày trên đồ thị thực nghiệm H.1.5. Hãy đọc các tương quan. ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 36
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA DẦU THÔ Giải: ¬ Áp suất vỉa ban đầu p = 3500 psia, Rso = 567 SCF/STB ¬ Áp suất vỉa giảm còn p = 2500 psia, Rso không đổi → dầu chưa bão hoà ¬ Áp suất vỉa giảm < 2500 psia, Rso giảm ¬ Áp suất pb = 2500 psia gọi là áp suất điểm bọt khí (bubble point pressure) vì ở áp suất này các bóng khí tự do bắt đầu xuất hiện. ¬ Áp suất vỉa p = 1200 psia ⇒ Rso = 337 SCF/STB ¬ Khả năng hoà tan trung bình: dR 567 − 337 so = = 0,177 SCF/STB/psi dp 2500 −1200 ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 37
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA DẦU THÔ h Xác định Rso: bằng biểu thức tương quan của Standing và Beggs khi không 1,2048 ⎡ p ⎤ có dữ liệu thực nghiệm:R = γ ⎢ ⎥ (1.24) so g Y ⎣⎢18(10) g ⎦⎥ với:Yg = 0,00091T − 0,0125ρo,API ; T (°F) ; p (psia) ; p ≤ pb ¬ Phạm vi sử dụng: 130 < p (psia) < 7000; 100 < T (°F) < 258; 20 < Rso (SCF/STB) < 1425; 0,59 < γg < 0,95; 1,024 < Bo (bbl/STB) < 2,05; 16,5 < ρo,API (°API) < 63,8 Ghi chú: ) °API (American Petroleum Institute): tỷ trọng API 141,5 ) Đối với chất lỏng nhẹ hơn nước: ρ°API = −131,5 (1.25) γ o ρ ) γ = o (ρ = 62,4 lb/ cuft) (1.26) o 62,4 w ) 1 ft3 = 28,32 l = 0,178 bbl ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 38
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA DẦU THÔ 3 Ví dụ 1.12: Cho biết ρo = 51,3 lb/ft , T = 237 °F, p = 2884, γg = 0,898. Hãy xác định RSO? Giải: ) γo = 0,822 ⇒ ρ °API = 40,6 ; ) Yg = - 0,292 ⇒ Rso = 914 SCF/STB HỆ SỐ THỂ TÍCH THÀNH HỆ DẦU h Bo ở một áp suất nhất định: là thể tích (bbl) mà1 STB (dầu + khí hoà tan) chiếm chỗ trong vỉa ở áp suất đó. Đơn vị: bbl/STB h Vì khí hoà tan (và cả nhiệt độ) làm tăng thể tích dầu nên Bo > 1. h Biểu thức thực nghiệm của Standing và Begg: Bo = f (Rso, γg, γo, T) 1,175 ) Đối với p ≤ pb: Bo = 0,972 + 0,000147F (1.27) 0,5 ⎛ γg ⎞ - F = Rso⎜ ⎟ +1,25T (chú ý Rso giảm khi p giảm) (1.28) ⎝ γo ⎠ co (pb −p) ) Đối với p > pb: Bo = Bob.e (1.29) Bob - hệ số thể tích thành hệ dầu ở áp suất điểm bọt khí ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 39
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA DẦU THÔ h Hệ số thể tích thành hệ 2 pha Bt: thể tích (bbl) mà 1 STB dầu và khí được phóng thích chiếm chỗ trong vỉa ở nhiệt độ và áp suất bất kỳ: Bt = Bo + Bg (Rsoi − Rso ) (bbl/STB) (1.30) 3 3 Bg - hệ số thể tích thành hệ khí (ft /SCF ⇒ bbl/SCF, 1 ft = 0,178 bbl) Rsoi - tỉ số hoà tan khí - dầu ban đầu (SCF/STB) Rso - tỉ số hoà tan khí - dầu ở áp suất đang xét (SCF/STB) ) Với p ≥ pb thì Rsoi = Rso ⇒ Bt = Bo ) Với p < pb thì Bo giảm khi p giảm nhưng Bt tăng do khí thoát ra từ hỗn hợp và sự giãn nở của khí tự do biểu diễn bằng số hạng Bg(Rsoi - Rso). Chú ý rằng sự giảm của Bo nhỏ hơn sự tăng của Bg(Rsoi - Rso). ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 40
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA DẦU THÔ ) Áp suất vỉa ban đầu po = 3500 psia ⇒ Boa = 1,310 bbl/STB ) Áp suất điểm bọt khí pb = 2500 psia ⇒ Bob = 1,333 bbl/STB. Có sự tăng của Bo do sự giảm áp suất và hỗn hợp ở trạng thái lỏng. ) Áp suất nhỏ hơn pb = 2500 psia: thể tích dầu giảm do khí thoát từ hỗn hợp. • Áp suất pc = 1200 psia ⇒ Boc = 1,210 bbl/STB • Hệ số thể tích thành hệ khí ở p = 1200 psia và T = 160 °F với z = 0,89: zT 1(460 + 160 ) B = 0,02829 . = 0,02829 = 1,19 ft 3 /SCF = 0,212 bbl/SCF g P 14 ,7 • Hệ số thể tích 2 pha: B t = B o + B g (R soi − R so ) = 1,210 + 0,002316 (567 − 337 ) = 1,210 + 0,533 = 1,743 bbl / STB = 2,99 cuft / STB ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 42
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA DẦU THÔ ) Áp suất pd = 14,7 psia và T = 160 ° F: Bod = 1,040 bbl/STB; zT 1(460 + 160 ) B = 0,02829 . = 0,02829 g P 14,7 = 1,19 ft 3 /SCF = 0,212 bbl/SCF B = B + B (R − R ) = 1,040 + 0,212 (567 − 0) t o g soi so = 1,040 + 120 ,2 = 124 ,24 bbl / STB ) Áp suất pe = 14,7 psia và nhiệt độ T = 60 °F (điều kiện chuẩn) • Dầu: VT = V60 [1+ β(T − 60)]; β = 0,0004 / °F, hệ số giãn nở vì nhiệt V = V [1+ 0,0004 (160 − 60)] 160 60 1,04 = V60 []1,04 ⇒ V60 = 1 STB = B o (ôû ñieàu kieän chuaån) • Khí: số mole ở p = 14,7 psia và T = 160 °F pV 14,7 × 676 n = = = 1,494 lb - mole R' T 10,73 × (460 + 160 ) ⇒ thể tích khí theo SCF: Vg = nV tc = 1,494 × 379 ,6 = 567 SCF ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 43
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA DẦU THÔ HỆ SỐ NÉN ĐẲNG NHIỆT 1 dV C = − ⋅ (1.31) o V dp 1 V2 − V1 h Hệ số nén đẳng nhiệt trung bình: Co = − ⋅ (1.32) V1 p2 − p1 Ví dụ 1.14: p1 = 5000 psi , V1 = 0,9739Vb ⎫ 1 (0,9829 − 0,9739)Vb ⎬ → Co = − ⋅ p2 = 4100 psi , V2 = 0,9829Vb ⎭ 0,9739Vb 5000 − 4100 = 10,27.10−6 psi-1 ) Như vậy, thể tích 106 barrels của dầu sẽ gia tăng 10,27 barrels khi áp suất giảm 1 psi. ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 45
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA DẦU THÔ h Các biểu thức thực nghiệm: • p ≤ pb, pb: áp suất điểm bọt khí (theo Villena - Lanzi) log(C ) = −0,664 −1,430log(p) − 0,395log(p ) + 0,390log(T) + o b (1.33) + 0,455log(Rsob) + 0,262log(ρo,ABI) Phạm vi sử dụng: -6 -1 -6 31,0.10 pb (theo Vasquez - Beggs): 5Rsob +17,2T −1180γ g +12,61.ρD,API −1433 co = (1.34) p.105 Phạm vi sử dụng: 126 < p (psig) < 9500; 1,006 < Bo (bbl/STB) < 2,226 9,3 < Rso (SCF/STB) < 2199; 15,3 < ρo,API (°API) < 59,5; 0,511 < γg < 1,351 ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 46
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA DẦU THÔ HỆ SỐ NHỚT ĐỘNG LỰC - p pb: μo tăng khi p tăng h Các biểu thức thực nghiệm: ¬ Khi p ≤ pb ) Dầu chết (theo Egbogah): lg[lg(μ od + 1)] = 1,8653 − 0,025086 ρ D,API − 0,5644 lg T (1.35) Phạm vi sử dụng: 59 < T (°F) < 176 5,0 < ρo,API (°API) < 58,0 B ) Dầu mới (theo Beggs & Robinson):μ o = Aμ od (1.36) −0,515 −0,338 A = 10,715(Rso + 100) ; B = 5,44(Rso + 150) Phạm vi sử dụng: 0 < p (psig) < 5250 70 < T (°F) < 295 20 < Rso (SCF/STB) < 2070 16 < ρo,API (°API) < 58 ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 47
MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA DẦU THÔ ¬ Khi p > pb: m ⎛ p ⎞ μo = μob ⎜ ⎟ (theo Vasquez & Beggs) (1.37) ⎝ pb ⎠ 1,187 −5 m = 2,6.p .exp[−11,513 − 8,98.10 p] μob (cp) -hệ số nhớt động lực của dầu ở áp suất điểm bọt khí Phạm vi sử dụng: 126 < p (psig) < 9500 0,117 < μo (cp) < 148,0 9,3 < Rso (SCF/STB) < 2199 15,3 < ρo,API (°API) < 59,5 0,511 < γg < 1,351 ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 48
CÁC TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC TRONG VỈA HỆ SỐ THỂ TÍCH THÀNH HỆ NƯỚC BW Bw = (1+ ΔVwt )(1+ ΔVwp ) (theo Mc Cain) (1.38) −2 −4 −7 2 ΔVwt = −1,00010.10 +1,33391.10 T + 5,50654.10 T −9 −13 2 −7 −10 2 ΔVwp = −1,95301.10 pT −1,72834.10 p T − 3,58922.10 p− 2,25341.10 p TỈ SỐ HOÀ TAN KHÍ - NƯỚC Rsw −0,0840655 −0,285854 ⎧0 < S(%) < 30 = 10 ST ⎨ D (1.39) Rswp ⎩70 < T( F) < 250 S (% phần trăm trọng lượng chất rắn): độ mặn, T (°F) Rswp (SCF/STB) - tỉ số hoà tan khí đối với nước ròng 2 ⎧1000 < p (psia) < 10.000 Rswp = A + Bp + Cp ⎨ D ⎩100 < T ( F) < 340 ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 49
CÁC TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC TRONG VỈA với A, B, C là những hệ số phụ thuộc nhiệt độ T (°F): A = 8,15839 − 6,12265.10−2 T +1,91663.10−4 T 2 − 2,1654.10−7 T −3 B = 1,01021.10−2 − 7,44241.10−5 T + 3,05553.10−7 T 2 − 2,94883.10−10 T 3 C = −10−7 (9,02505 − 0,130237T + 8,53425.10−4 T 2 − 2,34122.10−6 T 3 + + 2,37049.10−9 T 4 ) HỆ SỐ NÉN ĐẲNG NHIỆT ¬ Khi p > pb: 1 ⎛ ∂Bw ⎞ 1 Cw = − ⋅⎜ ⎟ = (1.40) Bw ⎝ ∂p ⎠ T []7,033p+ 541,5CNaCl − 537,0T + 403,3 CNaCl (g NaCl/l): độ mặn, T (°F) Phạm vi sử dụng: 1000 < p (psia) < 20.000; 0 < CNaCl (g NaCl/l) < 200; 200 < T (°F) < 270 ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 50
CÁC TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC TRONG VỈA ¬ Khi p ≤ pb (chỉ dùng để ước tính sơ bộ Cw): 1 ⎛⎞∂Bw BRgswp⎛⎞∂ C w =− ⋅⎜⎟ + ⋅⎜⎟ Bp∂∂ B p ww⎝⎠ T ⎝⎠ T = Tính theo bieåu B + 2Cp (1.41) thöùc ñoái vôùi p > pb (vôùi B vaø C xaùc ñònh theo bieåu thöùc tính Rswp ) HỆ SỐ NHỚT ĐỘNG LỰC B μ w1 = AT (1.42) A = 109,574 − 8,40564S+ 0,313314S2 + 8,72213.10−3 S3 B = −1,12166 + 2,63951.10−2 S− 6,79461.10−4 S2 − 5,47119.10−5 S3 + với +1,55586.10−6 S4 T (°F), S (% trọng lượng chất rắn): độ mặn Phạm vi sử dụng: 100 < T < 400; 0 < S < 26 ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 51
CÁC TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC TRONG VỈA Hệ số nhớt động lực ở áp suất và nhiệt độ vỉa: μ w = 0,9994 + 4,0296.10−5 p+ 3,1062.10−9 p2 (1.43) μ w1 Phạm vi sử dụng: 86 < T < 167; p < 15000 ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 52
Cross Section Of A Petroleum System (Foreland Basin Example) Geographic Extent of Petroleum System Extent of Play Extent of Prospect/Field O OO Stratigraphic Extent of Petroleum Overburden Rock System Essential Elements Seal Rock of Reservoir Rock Petroleum Pod of Active System Source Rock Source Rock Basin Fill Underburden Rock Sedimentary Petroleum Reservoir (O) Basement Rock Fold-and-Thrust Belt Top Oil Window (arrows indicate relative fault motion) Top Gas Window ©Copyright 2007 (modified from Magoon and Dow, 1994)TÍNH CHẤT CỦA ĐÁTẦNG CHỨA 2
Thành phầnhạt Phân tích thành phầnhạtlàđo độ lớn hay kích thước các phầntử tạo nên đá Sự phân bố cỡ hạtcóý nghiãlớn trong nghiên cứu điềukiện thành tạo Cỡ hạt đóng vai trò quan trọng trong danh pháp đá Ví dụ: - Đátơixốp (cát), hay bở rời - Đágắnkết ©Copyright 2007 TÍNH CHẤT CỦA ĐÁTẦNG CHỨA 5
Các dạng lỗ rỗng Theo kích thước các khoảng trống: • Lỗ rỗng hình mạng: khoảng trống gầnbằng các mạng tinh thể • Lỗ rỗng dạng keo: 200 - 300 • Vi lỗ rỗng: d 2,5 mm Theo hình thái và tổ chứcpharắn: • Lỗ rỗng giữahạtvàlỗ rỗng dạng khe nứt • Lỗ rỗng kín & lỗ rỗng liên thông • Lỗ rỗng dạng bẫyvàlỗ rỗng dạng lạch ©Copyright 2007 TÍNH CHẤT CỦA ĐÁTẦNG CHỨA 6
Độ rỗng Độ rỗng: tỉ số giữathể tích các khoảng trống và thể tích tổng cộng củamẫu Vv V-V n = .100 = s .100 VV Thể tích lỗ rỗng Vv Thể tích phầnrắn V s V Thể tíchtoànmẫu Hệ số rỗng V s e = V Mốiquanhệ giữa độ rỗng và hệ số rỗng e n = 1+e ©Copyright 2007 TÍNH CHẤT CỦA ĐÁTẦNG CHỨA 7
Tính độ rỗng từ thành phần hóa họcvàkhối lượng thể tích Khốilượng thể tích: là tỷ số giữakhốilượng và thể tích Đốimẫu đáchotrước, ta biết: − Khốilượng thể tích mẫu ρ − Khốilượng thể tích pha rắn ρs ©Copyright 2007 TÍNH CHẤT CỦA ĐÁTẦNG CHỨA 8
ĐỘ RỖNG VÀ HỆ SỐ RỖNG ĐỘ RỖNG, n HỆ SỐ RỖNG Độ rỗng: (%) e, (%) 55.26 V n = v 10 11.1 Vt 15 17.6 Vv: Thể tích rỗng 20 25 Vt: Thể tích tổng 25 33.3 Hệ số rỗng: 30 42.9 V n 35 53.9 e= v = 40 66.7 Vs 1−n 45 81.8 Vs: Thể tích khung đá 50 100 ©Copyright 2007 TÍNH CHẤT CỦA ĐÁTẦNG CHỨA 9
Influence Of Clay-Mineral Distribution On Effective Porosity Clay φe Minerals Dispersed Clay Detrital Quartz Grains φe Clay Lamination Structural Clay φe (Rock Fragments, Rip-Up Clasts, Clay-Replaced Grains) ©Copyright 2007 TÍNH CHẤT CỦA ĐÁTẦNG CHỨA 13
Sandstone Composition Framework Grains KF = Potassium Feldspar PRF = Plutonic Rock Fragment PRF KF P = Pore CEMENT Potassium Feldspar is Stained Yellow With a Chemical Dye P Pores are Impregnated With Blue-Dyed Epoxy Norphlet Sandstone, Offshore Alabama, USA Grains are About =< 0.25 mm in Diameter/Length ©Copyright 2007 TÍNH CHẤT CỦA ĐÁTẦNG CHỨA 14
NỘI DUNG Áp suất điểm bọt khí pb Tỷ trọng của dầu Hệ số thể tích thành hệ dầu Bo Hệ số nén đẳng nhiệt dầu Co Hệ số nén đẳng nhiệt tổng Ct Độ nhớt của dầu μ Ứng dụng đặc tính PVT của dầu trong tính toán ©Copyright 2007 Công nghệ mỏ ĐẶC TÍNH PVT CỦA DẦU 2
Áp suất điểm bọt khí pb Định nghĩa: là áp suất cao nhất mà tại đó lượng bọt khí bắt đầu được giải phóng khỏi dầu. Phụ thuộc vào: Tỷ số khí hòa tan Tỷ trọng khí, tỷ trọng dầu Nhiệt độ T ⇒ pb = f(Rs, γg, API, T) ©Copyright 2007 ĐẶC TÍNH PVT CỦA DẦU 3
Áp suất điểm bọt khí pb Phương pháp xác định: Phương pháp Standing: Dựa trên kết quả đo áp suất điểm bọt khí của các mỏ dầu ở Califonia, Standing đã đưa ra phương trình xác định pb như sau: 0.83 a pb=18.2[(Rs/γg) ×10 -1.4] Với a = 0.0091(T - 460) - 0.125*(API) Các phương pháp khác: − Phương pháp Lassater − Phương pháp Vasquez-Begg − Phương pháp Glasso − Phương pháp Marhoun ©Copyright 2007 ĐẶC TÍNH PVT CỦA DẦU 4
Tỷ trọng của dầu Sơ đồ biểu diễn sự phụ thuộc của tỷ trọng dầu vào áp suất Hình bên chỉ ra rằng: ng 9 Khi áp suất tăng, khí hòa ọ tr ỷ tan trong dầu và tỷ trọng sẽ T giảm 9 Tỷ trọng này sẽ tiếp tục giảm cho đến áp suất điểm ρob bọt khí 9 Nếu áp suất tăng thì tỷ pb p trọng dầu lại tăng do tính nén của dầu thô ©Copyright 2007 ĐẶC TÍNH PVT CỦA DẦU 5
Tỷ trọng của dầu Phương trình xác định: [Co(p - pb)] ρo = ρob*e với Co là hệ số nén đẳng nhiệt tai áp suất trung bình. Ngoài ra còn xác định theo: Phương pháp Vasquez-Beggs Phương pháp Ahmed ©Copyright 2007 ĐẶC TÍNH PVT CỦA DẦU 6
Hệ số thể tích thành hệ dầu Bo Định nghĩa: Bo là tỷ số của thể tích dầu tại điều kiện nhiệt độ và áp suất vỉa so với thể tích ở điều kiện chuẩn (14.7psia & 60oF) V (p,t) B = o (bbl / STB) Công thức: o Vo(sc) Bob Bo p pb Biểu đồ biểu diễn Bo theo áp suất p ©Copyright 2007 ĐẶC TÍNH PVT CỦA DẦU 7
Hệ số thể tích thành hệ dầu Bo Khi áp suất giảm dưới áp suất thành hệ ban đầu pi việc tăng thể tích dầu phụ thuộc vào sự giãn nở của dầu, kết quả làm tăng hệ số thể tích thành hệ Bo cho đến khi đạt đến áp suất điểm bọt khí pb. Tại áp suất điểm bọt khí pb, dầu giãn nở cực đại và cho ta Bo (max)= Bob Khi áp suất nhỏ hơn áp suất điểm bọt khí pb, thể tích dầu và Bo giảm bằng lượng khí hòa tan được giải phóng. Khi áp suất giảm đến áp suất khí quyển và nhiệt độ lúc này o là 60 F thì giá trị B0 = 1 ©Copyright 2007 ĐẶC TÍNH PVT CỦA DẦU 8
Hệ số thể tích thành hệ dầu Bo Trong trường hợp xác định lượng khí hòa tan, giá trị Bo tại các áp suất khác nhau sẽ phụ thuộc vào phương pháp giải phóng khí bao gồm: flash liberation và differential liberation. Bo Differential Liberation Flash Liberation p ©Copyright 2007 ĐẶC TÍNH PVT CỦA DẦU 9
Hệ số thể tích thành hệ dầu Bo Các phương pháp xác định Các phương pháp xác định Bo tại áp suất bão hòa Bob: Bo tại áp suất dưới bão hòa [Co(p - pb)] Phương pháp Standing po = pob*e Phương pháp Vasquez Với Co là hệ số nén đẳng và Begg nhiệt của dầu (phần sau). Phương pháp Glaso Phương pháp Marhuon Phương pháp Arp Phương pháp Ahmed Phương pháp khác ©Copyright 2007 ĐẶC TÍNH PVT CỦA DẦU 10
Hệ số thể tích tổng của thành hệ Công thức: Vo(p,t) −Vg(p,t) Bt = (bbl / STB) Vo(sc) Các phương pháp xác định Bt: Phương pháp Standing Phương pháp Glaso Phương pháp Marhoun ©Copyright 2007 ĐẶC TÍNH PVT CỦA DẦU 11
Hệ số nén đẳng nhiệt của dầu Co Công thức: −1 ∂Bo Co = Bo ∂p Co còn chịu ảnh hưởng của khí hòa tan lên sự thay đổi thể tích của pha loảng. Vì thế thông số thể hiện sự giảm thể tích pha khí bởi lượng khí hòa tan khi tăng áp suất phải được cộng thêm vào một lượng như sau: −1 ∂Bo Bg ∂Rs Co = + Bo ∂p Bo ∂p ©Copyright 2007 ĐẶC TÍNH PVT CỦA DẦU 12
Hệ số nén đẳng nhiệt tổng Ct Liên quan đến dòng chảy tức thời Các đặc tính của chất lỏng và độ xốp đất đátrong vỉa là các giá trị biểu thị sự thay đổi thể tích của chất lỏng có trong đất đávới sự thay đổi đáng kể áp suất vỉa. Ct= SoCo + SWCW + SgCg + Cf (*) Thay các giá trị Co,CW và Cg vào (*) ta được: ⎛ −1 ∂B B ∂R ⎞ ⎛ −1 ∂B B ∂R ⎞ C = S ⎜ o + g s ⎟ + S ⎜ w + g sw ⎟ o o ⎜ ⎟ w⎜ ⎟ ⎝ Bo ∂p Bo ∂p ⎠ ⎝ Bw ∂p Bw ∂p ⎠ ⎛ −1 ∂B ⎞ +S ⎜ g ⎟ +C g ⎜ ⎟ f ⎝ Bg ∂p ⎠ ©Copyright 2007 ĐẶC TÍNH PVT CỦA DẦU 13
Độ nhớt của dầu thô Ảnh hưởng bởi: Phân loại độ nhớt theo áp Nhiệt độ suất: Áp suất Độ nhớt thực: độ nhớt của dầu tại áp suất và Tỷ trọng dầu, tỷ trọng khí nhiệt độ khí quyển Khả năng hòa tan khí Độ nhớt dầu bão hòa: độ nhớt của dầu tại áp suất T điểm bọt khí và nhiệt độ R của vỉa s API t Độ nhớt dầu chưa bão ớ nh hòa: độ nhớt của dầu tại Độ p áp suất lớn hơn áp suất điểm bọt khí và tại nhiệt γg độ vỉa. ©Copyright 2007 ĐẶC TÍNH PVT CỦA DẦU 14
Độ nhớt của dầu thô Phương pháp xác định độ nhớt thực: Phương pháp Beal Phương pháp Beggs-Robinson Phương pháp Glaso Phương pháp xác định độ nhớt dầu bão hòa: Phương pháp Chew-Connally Phương pháp Beggs-Robinson Phương pháp Khan Phương pháp xác định độ nhớt dầu chưa bão hòa: Phương pháp Beal Phương pháp Vasquez-Beggs Phương pháp Khan ©Copyright 2007 ĐẶC TÍNH PVT CỦA DẦU 15
Ứng dụng đặc tính PVT của dầu trong tính toán vỉa Ứng dụng quan trọng của đặc tính PVT của dầu là xác định: Lưu lượng của dòng dầu trong vỉa Tính toán lượng hydrocácbon ban đầu trong vỉa Lưu lượng của dòng dầu hướng tâm Dạng khác của định luật Darcy: 1.1271(2πrh)kh dp qo = 1000μo dr Thêm vào Bo và chuyển sang dạng tích phân: re dr 1.1271(2πrh)kh pe Q = dp o ∫ r 1000μ B ∫ rw o o pwf ©Copyright 2007 ĐẶC TÍNH PVT CỦA DẦU 16
Ứng dụng đặc tính PVT của dầu trong tính toán vỉa 0.00708kh(pe − pwf ) Các điều kiện của phương Qo = μoBo ln(re / rw ) trình trên: Dòng chảy ổn định Trong đó: Dòng chảy tầng 9 Qo: lưu lượng dầu (STB/day) 9 h: bề dày vỉa (ft) Chất lưu không nén được 9 k: hệ số thấm (md) Chất lưu đồng nhất 9 pe: áp suất vỉa (psia) Vỉa đồng nhất 9 μo: độ nhớt của dầu (cp) 9 pwf: áp suất đáy giếng (psia) 9 Bo: hệ số thể tích thành hệ dầu (bbl/STB) 9 rw.: bán kính giếng (ft) 9 re: bán kính ảnh hưởng (ft) ©Copyright 2007 ĐẶC TÍNH PVT CỦA DẦU 17
Ví dụ tính toán lưu lượng dầu theo hướng tâm Ví dụ: Một giếng có bán kính ảnh hưởng re = 660 ft, và bán kính của giếng khai thác là rw = 0.5 ft, áp suất thành hệ và áp suất đáy lần lượt là 4000psia, 3800 psia. Tính lưu lượng dầu Qo? 9Biết k = 110 md, h = 27 ft, μo = 2.1 cp, Bo = 1.15 bbl/STB Giải: 0.00708×110×27(4000−3800) Q = = 242(STB/ day) o 2.1×1.15×ln(660/0.5) ©Copyright 2007 ĐẶC TÍNH PVT CỦA DẦU 18
GiỚI THIỆU Phương trình cân bằng vật chất (PTCBVC) diễn tả sự cân bằng thể tí ch đá và chất lưu trong vỉa: vì thể tí ch vỉa (được giới hạn bởi các biên ban đầu của nó) là hằng số nên tổng đại số củ a những thay đổi thể tí ch của dầu, khí tự do, nước và đá trong vỉa phải bằng 0. ©Copyright 2007 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT TỔNG QUÁT 3
GIỚI THIỆU Khi nhiệt độ vỉa về cơ bản được xem là không đổi (đẳng nhiệt) trong quá trình khai thác thì mức độ giãn nở của phần dầu và khí cò n lại chỉ phụ thuộc vào áp suất vỉa. Bằng cách lấy các mẫu cận đáy chịu áp suất và đo thể tích tương đối của chúng trong phòng thí nghiệm ở nhiệt độ vỉa và ở những áp suất khác nhau, có thể dự đoán tính chất của những chất lưu trong vỉa khi áp suất vỉa giảm. Hệ số nén đẳng nhiệt (psi-1) của đá, nước, dầu và khí: -6 - Đá Cp = (2 ÷ 10)×10 -6 - Nước Cp = (2 ÷ 4)×10 -6 - Dầu chưa bão hòa Cp = (5 ÷ 100)×10 -6 - Khí ở 1000 psia Cp = (900 ÷ 1300)×10 -6 - Khí ở 5000 psia Cp = (50 ÷ 200)×10 Trong thực tế người ta thường bỏ qua hệ số nén đẳng nhiệt của đá và nước, trừ trường hợp đối với những vỉa dầu chưa bão hòa khai thác ở áp suất lớn hơn áp suất điểm bọt khí. ©Copyright 2007 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT TỔNG QUÁT 4
Các thông số cần biết Thieát laäp PTCBVC toång quaùt, döõ lieäu sau: - AÙp suaát væa ban ñaàu vaø aùp suaát væa trung bình ôû nhöõng thôøi ñoaïn khai thaùc keá tieáp nhau sau khi baét ñaàu khai thaùc. - Löôïng daàu khai thaùc (STB) ôû ñieàu kieän chuaån (14,7 psia vaø 60 °F) ôû baát kyø thôøi ñieåm naøo hay trong khoaûng thôøi gian khai thaùc naøo. - Toång löôïng khí khai thaùc (SCF ). Trong tröôøng hôïp khai thaùc baèng phöông phaùp gaslift, löôïng khí naøy seõ laø hieäu giöõa toång löôïng khí khai thaùc vaø löôïng khí bôm eùp. Theå tíchkhí töï do ban ñaàu trong muõ khí - Heä soá muõ khí:m = Theå tích daàu ban ñaàu trong væa ©Copyright 2007 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT TỔNG QUÁT 7
Thiết lập PTCBVT tổng quát SÖÏ THAY ÑOÅI THEÅ TÍCH DAÀU - Theå tích daàu ban ñaàu trong væa: NBoi (bbl) - Theå tích daàu trong væa ôû thôøi ñieåm t vaø aùp suaát p: (N – Np)Bo (bbl) - Söï thay ñoåi theå tích daàu: NBoi – (N – Np)Bo (bbl) (2.1) SÖÏ THAY ÑOÅI THEÅ TÍCH KHÍ TÖÏ DO GBgi - Tæ soá m = ⇒ Theå tích khí töï do ban ñaàu: GBgi = NmBoi (bbl) NBoi - Khí töï do (SCF) ôû thôøi ñieåm t (hoaëc aùp suaát p) = [Khí töï do vaø khí hoøa tan ban ñaàu (SCF)] - [Khí khai thaùc (SCF)] - [Khí coøn hoøa tan trong hoãn hôïp daàu khí (SCF)], töùc laø: Gf = []G + NRsoi − [NpRp ]− [(N − Np )Rso ] (2.2) - Theå tích khí töï do ôû aùp suaát p = GfBg (bbl) - Söï thay ñoåi theå tích khí töï do: G.Bgi − Gf.Bg (bbl) (2.3) ©Copyright 2007 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT TỔNG QUÁT 10
Thiết lập PTCBVT tổng quát SÖÏ THAY ÑOÅI THEÅ TÍCH NÖÔÙC - Theå tích nöôùc ban ñaàu trong væa: W (bbl) - Theå tích nöôùc khai thaùc coäng doàn ôû aùp suaát p: BwWp (bbl) - Theå tích nöôùc xaâm nhaäp vaøo væa ôû aùp suaát p: We (bbl) - Theå tích nöôùc taêng do giaûm aùp suaát: WCwΔ p (bbl) - Theå tích nöôùc trong væa ôû aùp suaát p: W + We + WCwΔ p - BwWp (bbl) Ta coù söï thay ñoåi theå tích nöôùc: W – (W + We + WCwΔ p - BwWp) = -We - WCwΔ p + BwWp (bbl) (2.4) SÖÏ THAY ÑOÅI THEÅ TÍCH ÑAÙ - Theå tích roãng ban ñaàu: Vf (bbl) - Theå tích nöôùc ban ñaàu: W = Vf .Swi ©Copyright 2007 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT TỔNG QUÁT 11
Thiết lập PTCBVT tổng quát Vf = theå tích daàu ban ñaàu + theå tích khí ban ñaàu + theå tích nöôùc ban ñaàu NBoi + GBgi = NBoi + GBgi + VfSwi ⇒ Vf = (2.5) 1− Swi - Ñoä giaûm theå tích roãng ôû aùp suaát p: VfCfΔp - Theå tích roãng ôû aùp suaát p: Vf − VfCfΔp - Söï thay ñoåi theå tích roãng: Vf − [Vf − VfCfΔp] = VfCfΔp ⇒ söï thay ñoåi theå tích ñaù = - söï thay ñoåi theå tích roãng = − VfCfΔp (2.6) ¬ Vì toång thay ñoåi theå tích cuûa daàu, khí, nöôùc vaø ñaù = 0, neân: ⇒ (söï thay ñoåi theå tích daàu + khí) = - (söï thay ñoåi theå tích nöôùc + ñaù) Thay (2.1), (2.3), (2.4) vaø (2.6) vaøo ñaúng thöùc treân, ta ñöôïc: [NBoi − (N − Np )Bo ]+ [GBgi − GfBg]= [− We + BwWp − WCwΔp]+ [− VfCfΔp] (2.7) ©Copyright 2007 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT TỔNG QUÁT 12
Thiết lập PTCBVT tổng quát Thay GBgi = NmBoi (baûng 2.1), Gf baèng (2.2), Vf baèng (2.5), sau ñoù theâm vaø bôùt soá haïng NpBgRsoi vaøo veá traùi cuûa (2.7). Saép xeáp laïi caùc soá haïng vaø nhaän ñöôïc: NBoi + NmBoi − N[Bo + (Rsoi − Rso )Bg]+ Np[Bo + (Rsoi − Rso )Bg]+ NmBtiBg ⎡CwSwi + Cf ⎤ (2.8) + ()Rp − Rsoi BgNp − = We − BwWp + ()1+ m NBoi ⎢ ⎥Δp Bgi ⎣ 1− Swi ⎦ Ñaët Bti = Boi vaø Bt = Bo + (Rsoi – Rso)Bg (heä soá theå tích thaønh heä 2 pha) vaø saép xeáp laïi phöông trình (2.8), nhaän ñöôïc PTCBVC toång quaùt: NmB ⎡C S + C ⎤ N(B − B ) + ti (B − B ) + (1+ m)NB w wi f Δp + W t ti g gi ti ⎢ ⎥ Ne Bgi ⎣ 1− Swi ⎦ 1 4 2 3 = N [B + (R − R )B ]+ B W (2.9) p t p soi g w p 5 6 ©Copyright 2007 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT TỔNG QUÁT 13
Thiết lập PTCBVT tổng quát NmB ⎡C S + C ⎤ N(B − B ) + ti (B − B ) + (1+ m)NB w wi f Δp + W = N [B + (R − R )B ]+ B W t ti g gi ti ⎢ ⎥ Ne p t p soi g w p Bgi ⎣ 1− Swi ⎦ 1 4 5 6 2 3 Moãi soá haïng ôû veá traùi cuûa phöông trình (2.9) keå ñeán moät cô cheá naêng löôïng coøn soá haïng ôû veá phaûi bieåu thò löôïng daàu-khí vaø nöôùc khai thaùc, cuï theå: • (1) vaø (2): söï giaõn nôû cuûa vuøng daàu vaø/hay khí coù trong væa • (3) : söï giaõn nôû cuûa nöôùc vaø ñaù • (4) : theå tích nöôùc xaâm nhaäp vaøo væa • (5) : theå tích daàu vaø khí khai thaùc ñöôïc • (6) : theå tích nöôùc khai thaùc ñoàng haønh. ©Copyright 2007 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT TỔNG QUÁT 14
Áp dụng Phöông trình caân baèng vaät chaát toång quaùt (2.9) ñöôïc aùp duïng cho caùc væa daàu baõo hoaø coù muõ khí . VÆA DAÀU CHÖA BAÕO HOØA Ñoái vôùi væa khoâng coù muõ khí (khoâng coù khí töï do ban ñaàu) thì m = 0, phöông trình (2.9) trôû thaønh: ⎡CwSwi + Cf ⎤ N(Bt − Bti) + NBti ⎢ ⎥Δp + We = Np[]Bt + ()Rp − Rsoi Bg + BwWp (2.10) ⎣ 1− Swi ⎦ VÆA KHÍ Thay NmBti baèng GBgi , NpRp baèng Gp vaøo (2.9) roài ruùt goïn, ta coù: ⎡CwSwi + Cf ⎤ N()Bt − Bti + G()()Bg − Bgi + NBti + GBgi ⎢ ⎥Δp + We ⎣ 1− Swi ⎦ (2.11) = NpBt + ()Gp − NpRsoi Bg + BwWp ©Copyright 2007 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT TỔNG QUÁT 15
Áp dụng Vì khoâng coù daàu trong caùc væa khí neân N = Np = 0 trong (2.11), nhaän ñöôïc: ⎡CwSwi + Cf ⎤ G()Bg − Bgi + GBgi ⎢ ⎥Δp + We = GpBg + BwWp (2.12) ⎣ 1− Swi ⎦ Phöông trình naøy ñöôïc söû duïng khi nghieân cöùu caùc væa khí moät pha vaø væa khí ngöng tuï trong caùc chöông 3 vaø 6. ) Chuù yù raèng daàu vaø khí coù theå ñöôïc khai thaùc baèng moät, hai hay ñoàng thôûi caû ba cô cheá nguoàn naêng löôïng væa sau: - Cô cheá naêng löôïng cuûa muõ khí (cap drive) - Cô cheá naêng löôïng taàng nöôùc ñaùy hoaëc nöôùc rìa (water drive) - Cô cheá naêng löôïng khí hoaø tan vaø troïng löïc (depletion drive). Boû qua soá haïng thöù 3 trong coâng thöùc (2.9) do söï neùn ñaúng nhieät cuûa nöôùc vaø ñaù nhoûù, saép xeáp laïi ta ñöôïc: NmB N()B − B + ti ()B − B + ()()W − B W = N []B + R − R B (2.13) ©Copyright 2007 t ti g gi e w p p t p soi g Bgi PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT TỔNG QUÁT 16
Áp dụng Chia hai veá cuûa phöong trình (2.13) cho veá phaûi, ta coù: NmB ti (Bg − Bgi ) N()B − B Bgi ()We − BwWp t ti + + = 1 (2.14) Np []Bt + (Rp − Rsci )Bg Np []Bt + (Rp − Rsoi )Bg Np []Bt + (Rp − Rsoi )Bg hay: DDI + SDI + WDI = 1(2.15) (Depletion drive index) (Segregation drive index) (Water drive index) (1) (2) (3) Töû soá cuûa caùc soá haïng ôû veá traùi trong coâng thöùc pirson (2.14) dieãn taû: 1- Söï giaõn nôû cuûa vuøng daàu ban ñaàu 2- Söï giaõn nôû cuûa vuøng khí ban ñaàu 3- Theå tích nöôùc xaâm nhaäp vaøo væa. Maãu soá cuûa caùc soá haïng trong coâng thöùc treân dieãn taû theå tích cuûa daàu vaø khí khai thaùc coäng doàn. ©Copyright 2007 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT TỔNG QUÁT 17
Áp dụng NHÖÕNG SAI SOÁ TRONG THU THAÄP DÖÕ LIEÄU VAØ TÍNH TOAÙN Muïc ñích söû duïng phöông trình caân baèng vaät chaát ñeå giaûi quyeát caùc vaán ñeà sau: - Xaùc ñònh löôïng daàu khí ban ñaàu trong væa. - Öôùc löôïng theå tích væa. - Tính toaùn löôïng nöôùc xaâm nhaäp vaøo væa. N vaø g khoâng ñoåi trong quaù trình tính toaùn laø daáu hieäu cuûa væa theå tích, ngöôïc laõi G, N thay ñoåi laø daáu hieäu coù nöôùc xaâm nhaäp. Ñoä chính xaùc phuï thuoäc vaøo: - Ñoä baõo hoaø, maët tieáp xuùc daàu nöôùckhoâng phaúng (nghieâng, loõm). - Nhieàu taàng saûn phaåm coù tính chaát khaùc nhau. - AÙp suaát væa trung bình (μo cao vaø ñoä thaám thaáp) khai thaùc chung nhieàu gieáng môùi taùch (G, N chung cho giaøn) ©Copyright 2007 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT TỔNG QUÁT 18
Áp dụng PHÖÔNG PHAÙP TUYEÁN TÍNH HOAÙ PTCBVC CUÛA HAVLENA VAØ ODEH F = Np [Bt + (Rp − Rsoi )Bg ]+ BwWp − We Eo = ()Bt − Bti Theá: Eg = ()Bg − Bgi ⎡CwSwi + Ct ⎤ Ef,w = ⎢ ⎥Δp ⎣ 1− Swi ⎦ ⇒ Löôïng chaát löu thöïc teá khai thaùc töø væa F ñöôïc tính baèng coâng thöùc: ⎡ ⎤ F NmBti F = NEo + N()1+ m BtiEf,w + ⎢ ⎥Eg ⎣⎢ Bgi ⎦⎥ m = 0 (khoâng coù muõ khí) N We = 0 (khoâng coù nöôc xaâm nhaäp) Eo Heä soá neùn thaønh heä cuûa ñaù vaø nöôùc boû qua. ⇒ F = NEo⇒ Coâng cuï döï baùo quaù trình khai thaùc trong töông lai ©Copyright 2007 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT TỔNG QUÁT 19
NỘI DUNG GiỚI THIỆU TÍNH TOÁN KHÍ TRONG VỈA BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỂ TÍCH (PPTT) TÍNH TOÁN ÁP SUẤT VỈA TRUNG BÌNH TÍNH TOÁN SỰ THU HỒI ĐƠN VỊ TỪ CÁC VỈA KHÍ THỂ TÍCH (VKTT) TÍNH TOÁN SỰ THU HỒI ĐƠN VỊ TỪ CÁC VỈA KHÍ CÓ TẦNG NƯỚC ĐÁY PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT ĐỐI VỚI VỈA KHÍ CÁC VỈA KHÍ CÓ ÁP SUẤT DỊ THƯỜNG ©Copyright 2007 VỈA KHÍ MỘT PHA 2
GIỚI THIỆU Vỉa khí một pha (vỉa khí khô: dry gas reservoir) là loại vỉa khí thiên nhiên trong đó pha khí được duy trì ở điều kiện vỉa suốt trong quá trình khai thác, nghĩa là không có sự ngưng tụ khí trong vỉa. Trong thực tế, do áp suất và nhiệt độ trong các giếng khai thác và trên bề mặt rất khác với áp suất và nhiệt độ trong vỉa, nên một số thành phần khí có thể bị ngưng tụ ở điều kiện ngoài vỉa và được khai thác dưới dạng lỏng. ©Copyright 2007 VỈA KHÍ MỘT PHA 3
TÍNH TOÁN KHÍ TRONG VỈA BẰNG PPTT THIẾT LẬP CÔNG THỨC 3 Thể tích vỉa Vb (ft ) Hệ số thể tích thành hệ khí Bg (ft3/SCF) Độ rỗng của đá φ Thể tích rỗng của vỉa Vbφ Độ bão hoà của nước Sw Thể tích nước VbφSw 3 Thể tích khí Vg (ft ) 3 ⇒ Thể tích khí Vg = Vbφ – VbφSw = Vbφ(1 – Sw) (ft ) hay thể tích khí V φ(1− S ) trong một đơn vị thể tích vỉa: G = g = 43560 w (SCF) (3.1) Bg Bg ©Copyright 2007 VỈA KHÍ MỘT PHA 6
TÍNH TOÁN KHÍ TRONG VỈA BẰNG PPTT ƯỚC TÍNH THỂ TÍCH VỈA VB 1- Dùng các bản đồ thể hiện các đường bao đồng mức về cao độ hay chiều dày 2- Đo diện tích Ai giới hạn bởi mỗi đường đẳng dày. 3- Ước tính thể tích ΔVb giữa 2 đường đẳng dày liên tiếp i và (i + 1): - Dùng biểu thức hình chóp cụt: h ΔV = (A + A + A .A ) khi Ai+1/Ai ≤ 0,5 (3.2) b 3 i i+1 i i+1 h - Dùng biểu thức hình thang: ΔV = ()A + A khi Ai+1/Ai > 0,5 (3.3) b 2 i i+1 4- Ước tính thể tích vỉa: Vb = ∑(ΔVb) ©Copyright 2007 VỈA KHÍ MỘT PHA 7
TÍNH TOÁN KHÍ TRONG VỈA BẰNG PPTT Ví dụ 3.1: Ước tính thể tích khí trong vỉa với các dữ liệu sau đây: φ = 18,6%, Sw = 26,6%, áp suất ban đầu p = 4400 psia, nhiệt độ vỉa T = 191°F = 651°R, hệ số lệch khí z = 0,89. (bảng 3.1) Ñöôøng A (acre) A /A h (ft) ΔV (acre-ft) ñaúng daøy i i+1 i b 0 1340 Hình thang Choùp cuït Keát hôïp 4 1152 0,86 4 4984 4979 4984 8 929 0,81 4 4162 4154 4162 12 721 0,78 4 3300 3291 3300 16 539 0,75 4 2520 2511 2520 20 158 0,29 4 1394 1318 1318 20+ 0 0 4 316 211 211 Coäng 16676 16464 16495 Nhaän xeùt: Keát quaû tính Ve theo 3 caùch khaùc nhau khoâng sai leäch ñaùng keå zT 0,89.651 B = 0,02829 = 0,02829 = 0,00373 cuft/SCF g P 4400 43560.16495.0,186(1− 0,266) G = = 26,3.109 SCF 0,00373 ©Copyright 2007 VỈA KHÍ MỘT PHA 8
TÍNH TOÁN ÁP SUẤT VỈA TRUNG BÌNH n ∑pi 1- Theo số giếng: p = i=1 (3.4) n n ∑Aipi i=1 2- Theo diện tích: p = n (3.5) ∑Ai i=i n ∑ Aihipi p = i=1 3- Theo thể tích: n (3.6) ∑ Aihi i=1 ©Copyright 2007 VỈA KHÍ MỘT PHA 9
TÍNH TOÁN ÁP SUẤT VỈA TRUNG BÌNH Ví dụ 3.2: Các số liệu được cho ở 4 cột đầu trong bảng (H.3.2). Hãy tính áp suất vỉa trung bình theo 3 cách? Gieáng soá pi (psia) Ai (acres) hi (ft) Aipi Aihipi Aihi 1 2700 150 20 405000 8100000 3000 1 2 2 2630 125 25 32875 8218750 3125 3 2860 190 30 543400 16302000 5700 3 4 4 2750 143 18 393250 7078500 2574 5 3045 204 27 621180 16771860 5508 Coäng 13985 812 120 1995705 56471110 19907 5 Giải: p 13985 H.3.2 - Theo số giếng: p = ∑ i = = 2797 psia n 5 A p 1995705 - Theo diện tích: p = ∑ i i = = 2822 psia ∑ Ai 812 A h p 5647110 - Theo thể tích: p = ∑ i i i = = 2837 psia ∑ Aihii 19907 ©Copyright 2007 VỈA KHÍ MỘT PHA 10
TÍNH TOÁN ÁP SUẤT VỈA TRUNG BÌNH Ví dụ 3.3: Số liệu được cho trong 4 cột đầu của bảng 3.3 (H.3.3). Hãy tính áp suất vỉa trung bình theo thể tích OÂ Ai (acres) pi (psia) hi (ft) Aihi Aihipi A 26,4 2750 25 660 1815000 B 20,1 2750 15 301,5 829125 C 35,6 2850 25 890 2536500 2700 psia Ñöôøng ñaúng aùp D 27,3 2850 15 409,5 1167075 Coäng 2270 6347700 2800 psia A B 2900 psia C D Ñöôøng ñaúng daøy A hp p = ∑ i i i = 2807 psia 30 ft ∑ Aihi 20 ft 10 ft ©Copyright 2007 VỈA KHÍ MỘT PHA 11
TÍNH TOÁN SỰ THU HỒI ĐƠN VỊ TỪ CÁC VKTT ¾ Thể tích tiêu chuẩn của khí trong một đơn vị thể tích vỉa ở áp suất ban đầu pi: φ(1− S ) G = 43560 wi (SCF/ac-ft) (3.7) Bgi ¾ Đối với các vỉa khí thể tích, thể tích nước không đổi: φSwi = cte ⇒ thể tích khí không đổi: φ(1 – Swi) 0= cte ¾ Ở áp suất từ bỏ pa, hệ số thể tích thành hệ khí Bga, thể tích tiêu chuẩn: φ(1− Swi) Ga = 43560 (SCF/ac-ft) (3.8) Bga ¾ Sự thu hồi đơn vị (Unit Recovery): ⎛ 1 1 ⎞ UR = G − G = 43560φ(1− S )⎜ − ⎟ a wi ⎜ ⎟ (SCF/ac-ft) (3.9) ⎝ Bgi Bga ⎠ ¾ Hệ số thu hồi (Recovery Factor): UR G− G B ⎛ B ⎞ RF = = a = 1− gi = 100⎜1− gi ⎟% ⎜ ⎟ (3.10) G G Bga ⎝ Bga ⎠ ©Copyright 2007 VỈA KHÍ MỘT PHA 12
TÍNH TOÁN SỰ THU HỒI ĐƠN VỊ TỪ CÁC VỈA KHÍ CÓ TNĐ φ(1− Swi ) ¾ Ở áp suất pi, thể tích khí tự do ở ĐKTC: G= 43560 (SCF/ac-ft) Bgi (3.11) ¾ Khi lượng nước xâm nhập vào vỉa cân bằng với lượng khí khai thác thì áp suất vỉa ổn định ở áp suất từ bỏ pa ¾ Độ bão hòa khí thặng dư: Sgr = 1 – Sw (chú ý là Sw ≠ Swi) 3 ¾ Thể tích khí trong vỉa: 43560.φSgr (ft /ac-ft) φS ¾ Thể tích tiêu chuẩn của khí còn trong vỉa: G = 43560 wa (SCF/ac-ft) (3.12) Bga ⎡ ⎤ 1−Swi Sgr ¾ Sự thu hồi đơn vị: UR = G−Ga = 43560φ⎢ − ⎥ (SCF/ac-ft) (3.13) ⎣⎢ Bgi Bga ⎦⎥ UR ⎡ Bgi Sgr ⎤ ¾ Hệ số thu hồi: RF = = 100⎢1− ⎥% (3.14) G ⎣⎢ Bga 1−Swi ⎦⎥ Khi nước xâm nhập vào vỉa cân bằng với lượng khí khai thác coi như không ¾ ⎡ Sgr ⎤ có sự giảm áp suất vỉa thì Bga ≈ Bgi, nên: ⇒ RF = 100⎢1− ⎥ % (3.15) ⎣ 1−Swi ⎦ ©Copyright 2007 VỈA KHÍ MỘT PHA 13
TÍNH TOÁN SỰ THU HỒI ĐƠN VỊ TỪ CÁC VỈA KHÍ CÓ TNĐ Ví dụ 3.4: Tính thể tích tiêu chuẩn của khí, UR và RF của khí trong một vỉa khí khô được khai thác nhờ năng lượng của tầng nước đáy. Các số liệu của vỉa như sau: φ = 20 %, Swi = 25 %, Sgr = 35 %, A = 200 acres, h = 50 ft 3 Bgi = 0,0055 ft /SCF ở pi = 3500 psia 3 Bg = 0,0067 ft /SCF ở p = 2500 psia 3 Bg = 0,036 ft /SCF ở p = 500 psia Giải: • Thể tích tiêu chuẩn của khí ban đầu vỉa: (1− S ) G = 43560φ wi = 1188 (MSCF/ac-ft) Bgi • Ở pa = 3500 psia (khai thác nhờ năng lượng toàn phần của nước từ tầng nước đáy xâm nhập vào vỉa, sao cho Bga ≅ Bgi): - Thể tích tiêu chuẩn của khí trong một đơn vị thể tí ch vỉa ở pa = 3500 φSgr psia: G3 = 43560 = 544,4(MSCF/ac-ft) Bgi ©Copyright 2007 VỈA KHÍ MỘT PHA 14
TÍNH TOÁN SỰ THU HỒI ĐƠN VỊ TỪ CÁC VỈA KHÍ CÓ TNĐ - UR = G – G3 = 633,6 MSCF/ac-ft G− G - RF = 3 = 0,533 = 53,3 % G • Ở pa = 2500 psia (khai thác nhờ một phần năng lượng của nước từ tầng 3 nước đáy xâm nhập vào vỉa sao cho Bga = 0,0067 ft /SCF): - Thể tích tiêu chuẩn của khí ở pa = 2500 psia trong một đơn vị thể tích vỉa: Sgr G3 = 43560φ = 455,0(MSCF/ac-ft) Bga - UR = G – G2 = 733 MSCF/ac-ft G − G - RF = 2 = 0,617 = 61,7 % G • Ở pa = 500 psia (khai thác nhờ chính năng lượng khí của vỉa thể tích): - Thể tích tiêu chuẩn của khí ở pa = 500 psia trong một đơn vị thể tích vỉa: (1− S ) G = 43560φ wi = 181,5 MSCF/ac-ft Bg - UR = G – G1 = 1006,5 G− G - RF = 1 = 0,847 = 84,7 % G • Thể tích vỉa: Vb = A.h = 10.000 ac-ft. ©Copyright 2007 VỈA KHÍ MỘT PHA 15
TÍNH TOÁN SỰ THU HỒI ĐƠN VỊ TỪ CÁC VỈA KHÍ CÓ TNĐ Thể tích tiêu chuẩn của khí trong toàn bộ vỉa Ban đầu: G’ = Vb G = 11880 MM SCF Ở p = 500 psia: G’ = Vb G1 = 5444 MM SCF Ở p = 3500 psia: G’ = Vb G2 = 1815 MM SCF Ở p = 2500 psia: G’ = Vb G3 = 4550 MM SCF ©Copyright 2007 VỈA KHÍ MỘT PHA 16
PTCBVT ĐỐI VỚI CÁC VỈA KHÍ • PTCBVC tổng quát đối với một vỉa khí: ⎛ C S + C ⎞ ⎜ w wi f ⎟ G()Bg − Bgi + GBgi ⎜ ⎟Δp +We = G pBg + Bw Wp (3.16) ⎝ 1-Swi ⎠ ¾ Bỏ qua sự giãn nở của nước và đá (3.16) trở thành: G(Bg −Bgi )+ We = GpBg + BwWp (3.17) ¾ Vỉa khí loại thể tích thì We = Wp = 0 ⇒ G(Bg − Bgi )= GpBg (3.18) ⎛ psc zT ⎞ ⎛ psc ziTi ⎞ ⎛ zsc zT ⎞ hay: G⎜ ⎟ − G⎜ ⎟ = Gp⎜ . ⎟ ⎝ Tsc p ⎠ ⎝ Tsc pi ⎠ ⎝ Tsc p ⎠ ¾ Vì quá trình khai thác là đẳng nhiệt: Ti = T= cte − ⎛ z ⎞ ⎛ zi ⎞ ⎛ z ⎞ z zi p pi (G Gp ) ⇒ G⎜ ⎟ − G⎜ ⎟ = G p ⎜ ⎟ ⇒ (G− G ) = G ⇒ = . ⎜ p ⎟ ⎜ p ⎟ ⎜ p ⎟ p ⎝ ⎠ ⎝ i ⎠ ⎝ ⎠ p pi z zi G p pi pi ⇒ = − .Gp + (3.19) z ziG zi ©Copyright 2007 VỈA KHÍ MỘT PHA 17
PTCBVT ĐỐI VỚI CÁC VỈA KHÍ p/z Đối với một vỉa khí khai thác nhờ năng lượng của tầng pi/zi nước đáy thì quan hệ (p/z, Khai thaùc nhôø nöôùc xaâm nhaäp vaøo væa Gp) không còn tuyến tính nữa và đường cong (p/z, p/z Gp) trong trường hợp này nằm cao hơn đường thẳng Phöông phaùp theå tích của trường hợp vỉa khí thể tích (H.3.4). ’ 0Gp G GGp Hình 3.4. Quan hệ giữa Gp và p/z trong 2 trường hợp vỉa khí khai thác nhờ tầng nước đáy và vỉa thể tích ⇒ Có thể biến đổi phương trình (3.18), thể tích khí ban đầu:Vi = GBgi Vi psczT pscziTi ⇒ G = và Bg = , Bgi = Bgi Tscp Tscpi ©Copyright 2007 VỈA KHÍ MỘT PHA 18
PTCBVT ĐỐI VỚI CÁC VỈA KHÍ ¾ Thay những biểu thức trên đây vào (3.18): p pi psc ziTi 1 pi p psc Ti pi = − Gp + ⇒ = − Gp + z zi Tsc pi Vi zi z Tsc Vi zi p V ⎛ p p ⎞ sc i ⎜ i ⎟ ⇒ Gp = ⎜ − ⎟ (3.20) Tsc Ti ⎝ zi z ⎠ ¾ Trong thực tế, trong quá trình khai thác vỉa ta ghi nhận được các điểm dữ liệu (p/z, Gp), nên dùng phương pháp bình phương tối thiểu để xác định phương trình đường thẳng (H.3.5): p = a + bG (3.21) z p ⎛ p⎞ p n ⎜ ⎟G − G ∑ z p ∑ z∑ p b = ⎝ ⎠ n G2 − G 2 ∑ p ()∑ p (3.22) p ∑ G a = z − b ∑ p n n a G = − b ©Copyright 2007 VỈA KHÍ MỘT PHA 19
PTCBVT ĐỐI VỚI CÁC VỈA KHÍ Ví dụ 3.5: Tính toán thể tích khí ban đầu G và thể tích thu hồi Gr của một vỉa khí thể tích có các dữ liệu sau: 0 0 9 pi = 3250psia, Ti = 213 F, psc = 14,7psia, Tsc = 60 F, Gp = 10 SCF khi p = 2864 psia pi = 3250psia → zi = 0,91; p = 2864 psia → z = 0,888 ; pa = 500 psia → za = 0,951 Giải: psc Vi ⎛ pi p ⎞ ¾ Từ phương trình (3.20): Gp = − ⎜ − ⎟ Tsc Ti ⎝ zi z ⎠ 9 14,7.10 Vi ⎛ 3250 2864 ⎞ 6 3 ⇒ = ⎜ − ⎟ ⇒ Vi = 55.10 ft 520 673 ⎝ 0,91 0,888 ⎠ ¾ Thể tích tiêu chuẩn của khí ban đầu trong vỉa: G = Vi/Bgi psc ziTi 0,91.673 3 9 Bgi = . = 0,02829. = 0,00533 ft /SCF ⇒ G = 10,32.10 SCF Tsc pi 3250 ¾ Thể tích tiêu chuẩn của khí còn trong vỉa ở áp suất pa = 500 psia: Ga = Vi/Bga psc zaT 0,951.673 3 9 Bga = . = 0,02829 . = 0,036 ft /SCF ⇒ Ga = 1,53.10 SCF Tsc pa 500 9 ¾ Thể tích khí thu hồi: Gr = G − Ga = 8,79.10 SCF ¾ Hệ số thu hồi: RF = G /G = 85% ©Copyright 2007 r VỈA KHÍ MỘT PHA 21
PTCBVT ĐỐI VỚI CÁC VỈA KHÍ Ví dụ 3.6: Tính toán thể tích nước xâm nhập vào vỉa We và độ bão hòa thặng dư của khí Sgr trong một vỉa khí khai thác nhờ năng lượng của tầng nước đáy với các dữ liệu sau: Thể tích vỉa ban đầu: Vb = 6 3 415,3 10 ft ; φ = 17,2%, Swi = 25%, pi = 3200 psia; Bgi = 0,00526 3 3 ft /SCF; pa = 2925 psia, Bga = 0,0057 ft /SCF; Wp = 15200 STB, Bw = 6 1,03 bbl/STB; Gp = 935,4.10 SCF; Thể tích vỉa bị nước xâm nhập 6 chiếm ở pa: Va = 13,04.10 cuft V φ(1− S ) Giải: Thể tích khí ban đầu: G = b wi = 10180.106 SCF Bgi ¾ Thể tích nước xâm nhập vào vỉa: Ve = −G(Bga -Bgi)+ GpBga + BwWp (từ 3.17) = -10180.106(0,0057 - 0,00526) + 935,4.106.0,0057 + 1,03.15200.5,614 = 960400 ft3 (5,614 là hệ số qui đổi từ bbl/STB sang ft3/STB). ¾ Độ bão hòa nước sau cùng trong vỉa: Nöôùc coùsaün + Nöôùc theâm vaøo -Nöôùc khai thaùc S = w Theå tích roãng chöùa nöôùc V .φ.S +W − B W = a wi e w p = 64 % Vaφ ©Copyright 2007 ¾ Độ bão hòa thặng dư của khí ở pa: Sgr = 1− Sw = 36 % VỈA KHÍ MỘT PHA 22
PTCBVT ĐỐI VỚI CÁC VỈA KHÍ o Ví dụ 3.7: Một vỉa khí (Ti = 180 F) có thành phần và hai dữ liệu về áp suất và thể tích khí khai thác theo thời gian sau: a- Tính thể tích khí khai thác cộng dồn khi áp suất giảm còn p = 2000 psia b- Tính diện tích vỉa nếu φ = 12%, Swi = 30% và bề dày trung bình của vỉa h = 15 ft. Giải: a- Tính z (xem phương pháp 3 tính hệ số lệch khí z ở mụ c 1.3.3, chương 1) ©Copyright 2007 VỈA KHÍ MỘT PHA 23
PTCBVT ĐỐI VỚI CÁC VỈA KHÍ p 2000 ⎫ p = = = 2,29 pr ⎪ p ppc 668,5 ⎪ p 2000 ⎛ ⎞ ⎬ ⇒ z = 0,8 ⇒ = = 2500 ) Vẽ quan hệ ⎜ ,Gp ⎟ theo T 180 + 460 z 0,8 ⎝ z ⎠ T = = = 1,58⎪ pr ⎪ Tpc 404,1 ⎭ các dữ liệu đã cho b- Dễ dàng thấy rằng 3 cặp điểm dữ liệu cùng nằm trên một đường thẳng có phương p trình: = −9.10-7 G + 4600 z p ¾ Thể tích khí khai thác cộng dồn ở p = 2000 psia hay p/z = 2500 psia có thể được 4600 − 2500 tính từ công thức trên như sau: G = = 2,33.10 9 SCF p 9.10−7 ¾ Thể tích khí ban đầu G nhận được bằng cách cho p/z = 0 trong công thức trên: 4600 G = = 5,11.10 9 SCF 9.10−7 ¾ Thể tích khí ban đầu trong vỉa: ⎛ ⎞ 9 zi 9⎛ 640 ⎞ 6 3 Vi = GBgi = 5,11.10 .⎜0,02829. T⎟ = 5,11.10 ⎜0,02829. ⎟ = 20,1.10 ft ⎝ pi ⎠ ⎝ 4600 ⎠ ¾ Mặt khác: Vi = Vbφ(1− Swi ) = Ah.φ(1− Swi ) V 20,1.106 ⇒ A = i = = 15,95.106 ft2 = 366 acres hφ()1− Swi 15.0,12.()1− 0,30 ©Copyright 2007 VỈA KHÍ MỘT PHA 24
CÁC VỈA KHÍ CÓ ÁP SUẤT DỊ THƯỜNG • Gradient áp suất bình thường trong các vỉa khí: 0,4 ÷ 0,5 psia/ft chiều sâu • Gradient áp suất dị thường trong các vỉa khí: 0,7 ÷ 1,0 psia/ft chiều sâu. • Cịu áp suất dị thường là do ảnh hưởng sự giãn nở khá lớn của đá và nước khi áp suất vỉa giảm. Do vậy, quan hệ (p/z, Gp) không còn tuyến tính như trong giai đoạn đầu của quá trình khai thác (H.3.6). Phương pháp hiệu chỉnh ♦ Xác định thể tí ch khí biểu kiến Gbk trong vỉa nhờ PTCBVC đối với vỉa khí thể tí ch Hình 3.6. Hiệu ứng giãn nở thành hệ khi áp suất vỉa giảm GpBg (từ 3.18): Gbk = (3.24) Bg − Bgi ♦ Xác định hệ số hiệu chỉnh kbt bằng cách kể thêm vào sự giã n nở củ a nước và đá: Bg −Bgi kbt = < 1 (3.25) Bgi()Cf + CwSwi Bg −Bgi + Δp 1− Swi ♦ Xác định Gthực = kbt.Gbk (3.26) ©Copyright 2007 VỈA KHÍ MỘT PHA 25
CÁC VỈA KHÍ CÓ ÁP SUẤT DỊ THƯỜNG 0 Ví dụ 3.8: Vỉa khí ở độ sâu 12500 ft với áp suất pi = 8921 psia, T = 248 F; -6 -1 -6 -1 0 Cw = 3.10 psia , Cf =21.9 10 psia , Sw = 0,34. ppc = 609 psia, Tpc = 475 R 6 Gp = 15.10 khi p = 6921 psia Giải: 8921 ¾ Gradient áp suất: = 0,714 psia/ft chiều sâu > 0,7 12500 ¾ Vỉa chịu áp suất dị thường nên cần tính hệ số hiệu chỉnh khc. p 6921 T 708 ppr = = = 11,36 và Tpr = = = 1,49 ⇒ z = 1,23 ppc 609 Tpc 475 pi 8921 Ti 708 ppr = = = 14,64 và Tpr = = = 1,49 ⇒ z = 1,47 ppc 609 Tpc 475 ziTi 3 zT 3 Bgi = 0,02829 . = 0,0033 ft / SCF và Bg = 0,02829 . = 0,00356 ft / SCF pi p Δp = 8921− 6921 = 2000 psia 15.106.0,00356 G = = 205,4.106 SCF bk 0,00356 − 0,0033 0,00356 − 0,0033 khc = = 0,53 0,0033()21,9 + 0,34.3 10 −6 0,00356 − 0,033 + 2000 1− 0,34 6 6 Gthöïc = 205,4.10 .0,53 = 108,9.10 SCF ©Copyright 2007 VỈA KHÍ MỘT PHA 26
NỘI DUNG GIỚI THIỆU TÍNH TOÁN THỂ TÍCH DẦU BAN ĐẦU TRONG VỈA BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỂ TÍCH (PPTT) VÀ ƯỚC LƯỢNG HỆ SỐ THU HỒI DẦU TÍNH TOÁN VỈA DẦU BÃO HOÀ BẰNG PTCBVC MỘT SỐ VÍ DỤ ©Copyright 2007 VỈA DẦU CHƯA BÃO HÒA 2
GIỚI THIỆU Các vỉa dầu chưa bão hòa là những vỉa dầu ban đầu chỉ chứa hỗn hợp dầu khí. Trong quá trình khai thác, khi áp suất vỉa giảm xuống dưới áp suất điểm bọt khí thì khí được phóng thích khỏi hỗn hợp dầu khí. Tùy theo dữ liệu có được, có thể tính toán các vỉa dầu chưa bão hòa bằng phương pháp thể tích (PPTT) bằng chính áp suất vỉa (không có hiện tượng nước xâm nhập từ tầng nước đáy vào vỉa) hoặc bằng phương trình cân bằng vật chất (PTCBVC) đối với trường hợp nước xâm nhập từ tầng nước đáy vào vỉa. ©Copyright 2007 VỈA DẦU CHƯA BÃO HÒA 3
Tính toán thể tích dầu ban đầu trong vỉa ¾ Tính cho 1 đơn vị thể tích vỉa: 7758φ(1 - Swi) (bbl/ac-ft) (4.1) hay: No = 7758φ(1 - Swi)/Boi (STB/ac-ft) (4.2) với 1 ac.ft = 7758 bbl ¾ Tính cho toàn bộ thể tích vỉa Vb = Ah (ac-ft): N = VbNo = 7758Ahφ(1 - Swi)/Boi (STB) (4.3) ©Copyright 2007 VỈA DẦU CHƯA BÃO HÒA 6
Ước lượng hệ số thu hồi dầu khi khai thác bằng PPTT Trong quá trình khai thác bằng PPTT (không có nước xâm nhập vào vỉa), thể tích dầu lấy ra khỏi vỉa sẽ được thay thế bằng thể tích khí tương đương: ¾ Tính cho một đơn vị thể tích vỉa • Thể tích khí = 7758 φSgr (4.4) với Sgr là độ bão hòa khí thặng dư ở áp suất từ bỏ pa. • Thể tích dầu còn trong vỉa ở áp suất pa: Noa = 7758φ(1 - Swi - Sgr)/Bo (STB/ac-ft) (4.5) với Bo (bbl/STB) là hệ số thể tích thành hệ dầu ở áp suất pa. ¾ Tính cho toàn bộ thể tích vỉa Vb • Thể tích dầu còn trong vỉa ở áp suất pa: Na = Noa.Vb = 7758 Ahφ(1 - Swi - Sgr)/Bo (STB) (4.6) ©Copyright 2007 VỈA DẦU CHƯA BÃO HÒA 7
Ước lượng hệ số thu hồi dầu khi khai thác bằng PPTT ¾ Thu hồi dầu đơn vị: 1− S 1− S − S wi − wi gi UR = No - Noa = 7758φ (STB/ac-ft) Boi Bo (4.7) 1− S − S B 1− wi gi . oi ¾ Hệ số thu hồi: RF = UR/No = (4.8) 1− Swi Bo Chú ý: Thể tích dầu thu hồi tổng cộng (tích luỹ) = No - Noa = Vb.UR (STB), còn hệ số thu hồi RF = thể tích dầu thu hồi/thể tích dầu ban đầu vẫn được tính theo (4.8). ©Copyright 2007 VỈA DẦU CHƯA BÃO HÒA 8
Ước lượng hệ số thu hồi dầu của vỉa có TNĐ Vỉa có tầng nước đáy, thường thì áp suất vỉa được duy trì ở giai đoạn đầu rất tốt nên không có khí phóng thích: Sgr = 0 ⇒ Bo = Boi. ¾ Thể tích dầu còn trong vỉa ở áp suất từ bỏ: Noa = 7758φSor/Boi (4.9) với Sor là độ bão hòa dầu thặng dư ở áp suất từ bỏ pa. ¾ Thu hồi dầu đơn vị: UR = No -Noa = 7758φ(1 - Swi -Sor)/Boi (STB/ac-ft) (4.10) ¾ Hệ số thu hồi: RF = UR/No = (1 - Swi -Sor)/(1 - Swi) (4.11) ©Copyright 2007 VỈA DẦU CHƯA BÃO HÒA 9
Xác định Sor và Sgr ¾ Thể tích rỗng: Vp (bbl) ¾ Thể tích dầu ban đầu trong vỉa: NoBoi = Vp(1 - Swi)⇒ Vp = NoBoi/(1 - Swi) (4.12) ¾ Thể tích dầu khai thác cộng dồn ở áp suất pa: Np ¾ Thể tích dầu còn trong vỉa ở áp suất pa: (N - Np)Bo (4.13) ¾ Độ bão hòa dầu thặng dư (Sor = thể tích dầu còn/thể tích rỗng) ở pa: N ⎛ p ⎞ Bo Bo Sor = ⎜1− ⎟()1− Swi = ()()1− RF 1− S (4.14) ⎜ N ⎟ B wi ⎝ ⎠ oi Boi ¾ Độ bão hòa khí thặng dư ở pa: ⎡ Bo ⎤ Sgr = 1 - Swi - Sor = ()1− Swi ⎢1− (1− RF) ⎥ (4.15) ⎣ Boi ⎦ ©Copyright 2007 VỈA DẦU CHƯA BÃO HÒA 10
Một số công thức thực nghiệm ¾ Công thức thực nghiệm tính RF của các vỉa sa thạch có tầng nước đáy: RF = 0,114 + 0,272logk + 0,256Swi - 0,136logμo - 1,538φ - 0,00035h (4.16) k (darcies) - hệ số thấm của sa thạch, μo (cp) - hệ số nhớt của dầu h (ft) - chiều dày trung bình của vỉa. ¾ Quan hệ thực nghiệm giữa hệ số nhớt μo của dầu và độ bão hòa thặng dư Sor (% thể tích rỗng): μo (cp) Sor (% thể tích rỗng) 0,2 30 0,5 32 1,0 34,5 2,0 37 5,0 40,5 10,0 43,5 20,0 64,5 ©Copyright 2007 VỈA DẦU CHƯA BÃO HÒA 11
Khi áp suất vỉa không nhỏ hơn áp suất điểm bọt khí pb ¾ PTCBVC đối với vỉa dầu chưa bão hòa: ⎡Cf + CwSwi ⎤ N(Bt - Bti) + NBti ⎢ ⎥Δp + We = Np [Bt + (Rp - Rsoi) Bg] + BwWp ⎣ 1− Swi ⎦ (4.17) Rp = Rso = Rsoi (4.18) ¾ Thay (4.18) vào (4.17) ta được: ⎡Cf + CwSwi ⎤ N (Bt - Bti) + NBti ⎢ ⎥ Δp + We = Np Bt + BwWp (4.19) ⎣ 1− Swi ⎦ N B − W + B W ¾ Từ (4.19) ta tính được: N = p t e w p (4.20) ⎛ Cf + CwSwi ⎞ Bt − Bti + Bti ⎜ ⎟Δp ⎝ 1− Swi ⎠ Chú ý rằng công thức (4.20) có thể được biến đổi dưới một dạng khác gọn hơn bằng cách dùng hệ số nén của dầu Co và hệ số nén hiệu dụng Ce như được trình bày sau đây: ¾ Co = (Vo - Voi)/(Voi Δp ) theo định nghĩa của hệ số nén (4.21a) ©Copyright 2007 VỈA DẦU CHƯA BÃO HÒA 13
Khi áp suất vỉa không nhỏ hơn áp suất điểm bọt khí pb ¾ Trong (4.21), nếu lấy Voi = 1 STB dầu thì ta có thể viết: Co = (Bo - Boi)/(Boi Δp ) (4.21b) Bo = Boi + Boi.Co.Δp (4.21c) ¾ Dùng hệ số thể tích hai pha Bt (chương 2) và lưu ý rằng khi p > pb, ta có Bt = Bo và Bti = Boi. Do đó biểu thức (4.21c) trở thành: Bt = Bti + Bti.Co.Δp (4.21d) ⇒ Bt - Bti = Bti.Co.Δp (4.21e) ¾ Thay (4.21e) vào số hạng đầu của (4.19) ta được: ⎛ Cf + CwSwi ⎞ NBti.Co.Δp + NBti ⎜ ⎟. Δp + We = Np Bt + BwWp (4.21f) ⎝ 1− Swi ⎠ ¾ Nhận xét rằng khi p > pb thì chỉ có dầu và nước nên độ bão hòa của dầu So = 1 - Swi. ⇒ Co = CoSo/So = CoSo/(1 - Swi) (4.21g) ¾ Thay (4.21g) vào số hạng đầu của (4.21f) rồi kết hợp với số hạng thứ ⎛ Cf + CwSwi + CoSo ⎞ hai, ta được: NBti⎜ ⎟ Δp + We = NpBt + BwWp (4.21h) ⎝ 1− Swi ⎠ ©Copyright 2007 VỈA DẦU CHƯA BÃO HÒA 14
Khi áp suất vỉa không nhỏ hơn áp suất điểm bọt khí pb ¾ Phương trình (4.21h) trở thành: NBtiCe.Δp + We = Np Bt + BwWp N B − W + B W ⇒ N = p t e w p (4.23) BtiCeΔp ¾ Nhận xét rằng hai công thức (4.20) và (4.23) thực chất là một. • Đối với vỉa dầu loại thể tích thì We = Wp = 0 nên: N B (4.20) thành ra: N = p t (4.24) ⎛ Cf + CwSwi ⎞ Bt − Bti + Bti ⎜ ⎟Δp ⎝ 1− Swi ⎠ N B (4.23) thành ra: N = p t (4.25) CeBtiΔp • Đối với vỉa dầu loại thể tích, nếu bỏ qua sự giãn nở của nước và của đá (Cf = Cw = 0) thì từ biểu thức (4.21e) ta có: Ce = Co = (Bt - Bti)/(Bti.Δp ) ⇒ CeBti.Δp = Bt - Bti (4.26) Bt ¾ Thay (4.26) vào (4.25) ta được: N = Np (4.27) Bt − Bti ⇒ Chỉ trong trường hợp này ta nhận được một biểu thức hết sức đơn giản về hệ số thu hồi: RF = Np/N = 1 - Bti/Bt (4.28) ©Copyright 2007 VỈA DẦU CHƯA BÃO HÒA 15
Khi áp suất vỉa nhỏ hơn áp suất điểm bọt khí pb ¾ Trong trường hợp này, khí được phóng thích khỏi hỗn hợp dầu khí và trở thành khí tự do trong vỉa. ¾ Ở áp suất p nào đó, thể tích dầu còn là (N - Np), thể tích khí hòa tan còn trong hỗn hợp dầu khí là (N - Np).Rso và thể tích khí khai thác cộng dồn là Gp = Rp.Np (xem sơ đồ H.4.1b). ©Copyright 2007 VỈA DẦU CHƯA BÃO HÒA 16
Khi áp suất vỉa nhỏ hơn áp suất điểm bọt khí pb N [B + (R − R )B ]+ B W − W ¾ Từ (4.17) tìm được: N = p t p soi g w p e (4.29) ⎛ Cf + CwSwi ⎞ Bt − Bti + Bti ⎜ ⎟Δp ⎝ 1− Swi ⎠ ¾ Đối với vỉa dầu loại thể tích, We = Wp = 0 nên: N [B + (R − R )B ] N = p t p soi g (4.30) ⎛ Cf + CwSwi ⎞ Bt − Bti + Bti ⎜ ⎟Δp ⎝ 1− Swi ⎠ Chú ý rằng khi p < pb, khái niệm về hệ số nén hiệu dụng không còn giá trị nữa. ¾ Nếu bỏ qua sự giãn nở của nước và của đá đối với loại vỉa thể tích thì: N [B + (R − R )B ] N= p t p soi g (4.31) Bt − Bti + Bti • Cách tính tỉ số khí - dầu khai thác cộng dồn Rp N p R.dN ∫0 p ¾ Theo định nghĩa ta có: Rp = Gp/Np = − (4.32) Np ©Copyright 2007 VỈA DẦU CHƯA BÃO HÒA 17
Khi áp suất vỉa nhỏ hơn áp suất điểm bọt khí pb ¾ Hình 4.2 trình bày quan hệ tổng quát giữa R và Np. Tích phân trong (4.32) được thực hiện theo phương pháp hình thang: NpbRsoi + (Np1 − Npb )R1 + (Np2 − Np1)R2 + Rp = (4.33) Npb + (Np1 − Npb ) + (Np2 − Np1) + R1 là trung bình cộng của hai giá trị của R tương ứng với hai giá trị của Npb và Np1, Hình 4.2. Đường cong tỷ số khí-dầu của vỉa khai thác nhờ nguồn năng lượng khí hoà tan ©Copyright 2007 VỈA DẦU CHƯA BÃO HÒA 18
4.4. MỘT SỐ VÍ DỤ Ví dụ 4.1: Một vỉa dầu chưa bão hòa loại thể tích có các dữ liệu sau đây: pi = 3112 psia, pb = 1725 psia, φ = 7,7 %, Swi = 20 % p (psia) Bo (bbl/STB) Bg (bbl/SCF) Rso (SCF/STB) Bt (bbl/STB) pi = 3112 1,4235 885 1,4235 pb = 1725 1,4509 885 1,4509 1600 1,4303 0,00151 842 1,4952 Bỏ qua sự giãn nở của nước và đá. 1- Tính N. 2- Tính RFb và Npb ở áp suất pb. 3- Tính Rp cho đến áp suất 1600 psia. 4- Tính Np và RF cho đến áp suất 1600 psia. 5- Tính Sor và Sgr ở 1600 psia. Nhận xét? ©Copyright 2007 VỈA DẦU CHƯA BÃO HÒA 19
MỘT SỐ VÍ DỤ 1- Vì không có dữ liệu về thể tích vỉa nên ta chỉ tính thể tích dầu ban đầu cho một đơn vị thể tích vỉa (ac-ft). Theo (4.2), N = 7758.0,077 (1 - 0,2)/1,4235 = 335,7 STB/ac-ft 2- Vỉa loại thể tích, bỏ qua sự giãn nở của nước và đá nên tại áp suất pb theo (4.28) ta có: RFb = 1 - 1,4235/1,4509 = 0,0189 = 1,89% Npb = RF.N = 6,34 STB/ac-ft 3- R1= [Rso(1725) + Rso(1600)]/2 = 864 SCF/STB Theo (4.33): Rp = [6,34.885 + (Np - 6,34).864]/Np = (133 + 864Np)/Np (a) 4- Thay (a) vào (4.31), sau vài phép tính ta tìm được: Np = 15,9 STB/ac-ft và RF = Np/N = 4,74% 5- Theo (4.14), Sor = (1 - 0,0474)(1 - 0,2).1,4303/1,4235 = 0,767 = 76,7% Sgr = 1 - Swi - Sor = 0,033 = 3,3% Vì Sgr nhỏ nên khí tự do còn bất động. Nếu áp suất giảm thêm thì RF tăng lên, Sor giảm đi và Sgr tăng lên cho đến khi Sgr ≅ Sgr giới hạn (≅ 10%) thì phải dừng cách tính toán trên vì khi đó khí khí tự do bắt đầu dịch chuyển. ©Copyright 2007 VỈA DẦU CHƯA BÃO HÒA 20
MỘT SỐ VÍ DỤ Ví dụ 4.2: Một vỉa dầu chưa bão hòa có các dữ liệu sau: - Thể tích rỗng chứa dầu = 74.106 ft3 - Khả năng hòa tan của khí trong dầu thô = 0,42 SCF/STB/psi - Áp suất vỉa ban đầu pi = 3500 psi; - Áp suất điểm bọt khí pb = 2400 psia 6 - Boi = 1,333 bbl/STB; Ở p = 1500 psia, Np = 10 STB, Rp = 2800 SCF/STB 1- Tính N; 2- Tính Rsoi; 3- Tính thể tích khí hòa tan ban đầu trong vỉa 4- Tính thể tích khí còn lại ở p = 1500 psia 5- Tính thể tích khí tự do ở p = 1500 psia. Giải: 6 7 1- N = Vo/Boi = 74.10 /(5,614. 1,333) = 10 STB 2- Rsoi = (dRso/dp).pb = 0,42.2400 = 1000 SCF/STB 7 3 10 3- G = NRsoi = 10 .10 = 10 SCF 10 6 9 4- G’ = G - Gkhai thác = G - NpRp = 10 - 10 .2800 = 7,2.10 SCF 5- Gf = G - Ghoà tan - Gkhai thác = G’ - (N - Np).Rso ©Copyright 2007 VỈA DẦU CHƯA BÃO HÒA 21
MỘT SỐ VÍ DỤ Ví dụ 4.3: Một vỉa dầu chưa bão hòa có các dữ liệu như sau: -6 -1 -6 -1 Swi = 20%, Cw = 3,6.10 psi , Cf = 4.10 psi pi = 5000 psia, Bti = 1,3547 bbl/STB - Ở áp suất pb = 3600 psia, Bt = 1,375 bbl/STB, Np = 1,25 MMSTB, Wp = 32000 STB, We = 0, Bw = 1,04 bbl/STB - Tính N? Giải: • Cách 1: Thay các giá trị đã biết vào (4.20) tìm được: N = 51,73.106 STB • Cách 2: -6 -1 Tính Co từ (4.21e) ⇒ Co = 10,7.10 psi -6 -1 Tính Ce từ (4.22) ⇒ Ce = 17,9.10 psi Tính N từ (4.23) ⇒ N = 51,73.106 STB • Nếu tính N mà bỏ qua sự giãn nở của nước và của đá thì sẽ tìm được: N’ = 86,24.106 STB nghĩa là sai số (N’ - N)/N = 66,7% ©Copyright 2007 VỈA DẦU CHƯA BÃO HÒA 22
GIỚI THIỆU Các vỉa dầu bão hòa là những vỉa dầu có mũ khí ở phía trên vùng chứa dầu. Tồn tại các chế độ năng lượng khai thác: Nguồn năng lượng vỉa cạn kiệt: năng lượng khí hoà tan và trọng lực. Nguồn năng lượng dịch chuyển − Năng lượng của mũ khí − Năng lượng của tầng nước đáy − Hỗn hợp các cơ chế năng lượng trên ©Copyright 2007 VỈA DẦU BÃO HÒA 3
PTCBVC đối với một vỉa dầu bão hòa Bti N(Bt – Bti) + Nm (Bg – Bgi) + We = Np[Bt + (Rp – Rsoi)Bg] + BwWp (5.1) Bgi ¾ Từ (5.1) ta tìm được thể tích dầu ban đầu trong vỉa theo cách cổ điển: N [B + (R − R )B ] + B W − W N = p t p soi g w p e (5.2) Bti Bt − Bti + m (Bg − Bgi ) Bgi ©Copyright 2007 VỈA DẦU BÃO HÒA 6
Dạng PTCBVC do Pirson đề nghị ¾ Chuyển số hạng BwWp ở vế phải của (5.1) về vế trái rồi chia hai vế cho vế phải: Bti Nm (Bg −Bgi) N(B −B ) Bgi We −BwWp t ti + + =1 (5.3) Np[Bt +(Rp −Rsoi).Bg] Np[Bt +(Rp −Rsoi).Bg] Np[Bt +(Rp −Rsoi).Bg] DDI + SDI + WDI = 1 (5.4) (Depletion Drive Index) (Segregation Drive Index) (Water Drive Index) 9 Tử số của DDI biểu thị sự giãn nở của vùng dầu ban đầu. 9 Tử số của SDI biểu thị sự giãn nở của mũ khí ban đầu. 9 Tử số của WDI biểu thị thể tích nước xâm nhập vào vỉa . 9 Mẫu số của 3 số hạng trên biểu thị thể tích dầu và khí khai thác cộng dồn. ©Copyright 2007 VỈA DẦU BÃO HÒA 7
Dạng PTCBVC do Havlena và Odeh đề nghị TRƯỜNG HỢP TỔNG QUÁT ¾ Đặt: F = Np [Bt + (Rp – Rsoi) Bg] + BwWp (5.5) Eo = Bt - Bti (5.6) Eg = Bg - Bgi (5.7) Bti và E = Eo + m Eg (5.8) Bgi Thay các biểu thức từ (5.5) đến (5.8) vào phương trình (5.1) ta được: F = NE + We (5.9) Chia hai vế của biểu thức (5.9) cho E ta có phương trình: F/E = N + We/E (5.10) ©Copyright 2007 VỈA DẦU BÃO HÒA 8
Dạng PTCBVC do Havlena và Odeh đề nghị ¾ Đường biểu diễn của phương trình (5.10) trong hệ trụ c (We/E, F/E) là một đường thẳng có độ dốc bằng 1 và cắt trục tung (F/E) tại điểm có tung độ bằng N (H.5.1). Chú ý rằng trên H.5.1, những dữ liệu khai thác có ký hiệu x, còn đường thẳng được vẽ nhờ phép bình phương tối thiểu. ©Copyright 2007 VỈA DẦU BÃO HÒA 9
Dạng PTCBVC do Havlena và Odeh đề nghị TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT 1 ¾ Nếu không biết Wp thì đặt F’ = F - WpBw và W’e = We - WpBw ¾ Khi đó phương trình (5.10) trở thành: F’/E = N + W’e/E (5.11) ¾ Đường biểu diễn của (5.11) cũng là đường thẳng như trên H.5.1 trong hệ trục (W’e/E, F’/E). TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT 2 Nếu We = Wp = 0 thì từ phương trình (5.10) ta suy ra quan hệ đơn giản sau đây: F = NE (5.12) ©Copyright 2007 VỈA DẦU BÃO HÒA 10
Dạng PTCBVC do Havlena và Odeh đề nghị Cần phân biệt ba cách áp dụng: 1- Biết m, tính N ¾ Khi đó ta hoàn toàn có thể xác định E và F ở từng thời điểm khai thác khác nhau. Đường biểu diễn của phương trình (5.12) là một đường thẳng qua gốc tọa độ và có độ dốc bằng N trong hệ trục (E, F) (H.5.2). ©Copyright 2007 VỈA DẦU BÃO HÒA 11
Dạng PTCBVC do Havlena và Odeh đề nghị 2- Biết N, tính m ¾ Phương trình (5.12) có thể viết lại như sau: Bti (F/N – Eo) = m Eg (5.13) Bgi Như vậy, quan hệ giữa (F/N - Eo) và Bti/Bgi Eg là quan hệ tuyến tính: đường thẳng đi qua gốc O và có độ dốc bằng m (H.5.3). ©Copyright 2007 VỈA DẦU BÃO HÒA 12
Dạng PTCBVC do Havlena và Odeh đề nghị 3- Không biết cả N và m ¾ Phương trình (5.12) có thể viết lại như sau: F ⎛ B E ⎞ = N + mN ⎜ ti . g ⎟ ()⎜ ⎟ (5.14) E0 ⎝ Bgi Eo ⎠ ¾ Trong hệ trụ c ⎛ B E F ⎞ ⎜ ti . g , ⎟ ⎜ ⎟ , phương ⎝ Bgi Eo E0 ⎠ trình (5.14) được biểu diễn bằng một đường thẳng có độ dốc mN, cắt trục tung tại điểm có tung độ N (H.5.4). ©Copyright 2007 VỈA DẦU BÃO HÒA 13
MỘT SỐ VÍ DỤ Ví dụ 5.1: Một vỉa dầu bão hòa có các dữ liệu sau đây: - Thể tích vùng chứa dầu Vo = 112000 ac-ft; - Thể tích mũ khí Vg = 19600 ac-ft 3 - Ở áp suất ban đầu pi = 2710 psia, Bti = 1,34 bbl/STB, Bgi = 0,00627 ft /SCF, Rsoi = 562 SCF/STB 6 - Ở áp suất p = 2000 psi, Np = 20.10 STB, Rp = 700 SCF/STB, 3 Bt = 1,4954 bbl/STB, Bg = 0,00848 ft /SCF, Bw = 1,028 bbl/STB 6 6 We = 11,58.10 bbl, Wp = 1,05.10 STB Xác định N? Giải: m = Vg/Vo = 0,175 ¾ Cần chú ý sự trùng hợp đơn vị (đổi tất cả sang bbl hay ft3) với 1 bbl = 5,614 ft3: 3 Bgi = 0,00627 ft /SCF = 0,001117 bbl/SCF 3 Bg = 0,00848 ft /SCF = 0,00151 bbl/SCF Thay các số liệu đã biết vào (5.2), tìm được N = 99.106 STB ©Copyright 2007 VỈA DẦU BÃO HÒA 14
MỘT SỐ VÍ DỤ Ví dụ 5.2: Một vỉa dầu bão hòa loại thể tích (We = Wp = 0) có các dữ liệu trong quá trình khai thác như sau: 6 p (psia) Np (10 STB) Rp (SCF/STB) Bo (bbl/STB) Rso (SCF/STB) Bg (bbl/SCF) 1 pi = 3330 1,25 510 0,00087 2 3000 5,9 1060 1,22 450 0,00096 3 2700 11,5 1235 1,20 401 0,00107 4 2400 17,7 1300 1,18 352 0,00120 Xác định N và m? Giải: Trong ví dụ nà y, cả m và N đều không biết nên phải dùng cách thứ 3 của trường hợp đặc biệt 2. Ta lập bảng tính như sau: B F E E F/E (B /B )(E /E ) t o g o ti gi g o (bbl/STB) (106 bbl) (bbl/STB) (bbl/STB) (106STB) (SCF/STB) 1 2 1,2776 10,65 0,0276 0,00009 385,9 4,685 3 1,3166 24,09 0,0666 0,00020 361,7 4,315 4 1,3696 41,13 0,1196 0,00033 343,9 3,964 ©Copyright 2007 VỈA DẦU BÃO HÒA 15
MỘT SỐ VÍ DỤ ¾ Dùng phương pháp bình phương tối thiểu để xác định phương trình đường thẳng qua ba cặp điểm ở hai cột cuối của bảng trên, ta tìm được phương trình: F 6 6 ⎛ B E ⎞ ⎜ ti . g ⎟ = 120,2.10 + (56,4.10 )⎜ ⎟ (5.15) Eo ⎝ Bgi Eo ⎠ ¾ So sánh các biểu thức (5.14) và (5.15) ta có: N = 120,2.106 STB và m = 0,47. ©Copyright 2007 VỈA DẦU BÃO HÒA 16
MỘT SỐ VÍ DỤ Ví dụ 5.3: Một vỉa dầu bão hòa có các dữ liệu sau đây: Vo = 810000 ac-ft, Vg 3 = 181225 ac-ft (⇒ m = Vg /Vo = 0,224); Bti = 7,37 ft /STB, Bgi = 0,00637 3 ft /SCF, Rsoi = 600 SCF/STB Số tháng khai thác Ghi chú 12 24 36 6 Np (10 STB) 9,07 32,03 48,24 Rp (SCF/STB) 1630 1070 995 p (psia) 2143 2098 2091 3 Bg (ft /SCF) 0,00676 0,00691 0,00693 3 Bt (ft /SCF) 7,46 7,51 7,52 6 3 W’e (10 ft ) 51,5 178 320 W’e = We - BwWp N (106 STB) 415 602 594 Tính theo (5.2) RF (%) 2,2 5,3 8,1 RF = Np / N DDI (%) 28,5 24,5 18,0 Tính theo (5.3) SDI (%) 32,0 23,9 17,4 - nt - WDI (%) 39,5 51,6 64,6 - nt - ¾ Nhận xét: N tăng trong giai đoạn đầu (12 tháng), sau đó ổ n định (≅ 600.106 STB), trong khi lẽ ra N phải là hằng số ngay từ đầu (vì thể tích dầu ban đầu trong vỉa không đổi). Lý do: có những sai số trong việc xác định các thông số, đặc biệt là áp suất vỉa trung bình (vì áp suất vỉa này ©Copyright 2007 có liên quan đến Bg, Bt, ). VỈA DẦU BÃO HÒA 17
MỘT SỐ VÍ DỤ Các chỉ số DDI và SDI giảm khi thời gian khai thác tăng. Ở tháng thứ 36, áp suất vỉa trở nên ổn định (≅ 2095 psia) và sự khai thác chủ yếu nhờ năng lượng của nước xâm nhập vào vỉa. • Để xác định N, ta dùng trường hợp đặc biệt 1: - Bảng tính toán: Số tháng khai thác Ghi chú 12 24 36 6 F’ (10 STB) 131 345 495 F’ = F - BwWp 3 Eo (ft /STB) 0,09 0,14 0,15 3 Eg (ft /STB) 0,00039 0,00054 0,00056 E (ft3/SCF) 0,191 0,280 0,295 F’/E (106 STB) 686 1232 1678 6 W’e/E (10 STB) 270 636 1085 ©Copyright 2007 VỈA DẦU BÃO HÒA 18
GIỚI THIỆU Vỉa khí ngưng tụ là vỉa chứa một lượng nhỏ hydrocarbon lỏng (thành phần rất nhẹ của dầu thô tồn tại ở dạng khí trong điều kiện nhiệt độ và áp suất ban đầu của vỉa). Khi áp suất vỉa giảm do khai thác, còn nhiệt độ vẫn giữ tương đối không đổi thì các hydrocarbon ở dạng khí sẽ ngưng tụ lại thành dạng lỏng trong các bình tách trên bề mặt. Nói một cách gần đúng, các vỉa khí ngưng tụ khai thác chủ yếu là khí, còn chất lỏng thì không màu hay có màu nhạt với tỉ trọng > 50 oAPI và có tỉ số khí - dầu thay đổi trong phạm vi từ 5000 đến 100000 SCF/STB. ©Copyright 2007 VỈA KHÍ NGƯNG TỤ 3
GIỚI THIỆU ¾ Sau đây là bảng so sánh thành phần mol điển hình của khí ngưng tụ, khí một pha (khí khô) và dầu dễ bay hơi: Các chất Dầu dễ bay hơi (%) Khí ngưng tụ (%) Khí khô (%) Methane C1 64,4 87,1 95,9 Ethane C2 7,5 4,4 2,7 Propane C3 4,7 2,3 0,3 Butane C4 4,1 1,7 0,5 Pentane C5 3,0 0,8 0,1 Hexane C6 1,4 0,6 0,1 + + Heptane C7 14,9 3,8 0,4 Tổng cộng 100,0 100,0 100,0 Tỉ số khí-dầu (SCF/STB) 2000 18200 105000 Tỉ trọng oAPI 50 61 55 ©Copyright 2007 VỈA KHÍ NGƯNG TỤ 4
TÍNH TOÁN THỂ TÍCH BAN ĐẦU Bước 1: Xác định tỉ trọng trung bình của chất lưu lấy từ giếng ¾ Đối với hệ thống bình tách ba giai đoạn (H.6.1): R1γ1 + R2γ 2 + R3γ3 + 4602γo γm = γo R1 + R2 + R3 + 133,316 Mwo ©Copyright 2007 VỈA KHÍ NGƯNG TỤ 6
TÍNH TOÁN THỂ TÍCH BAN ĐẦU ¾ Đối với hệ thống bình tách hai giai đoạn (không có bình tách phụ): R1γ1 +R3γ3 + 4602γo γm = (6.2) γo R1 +R3 +133,316 Mwo R1, R2, R3 - tỉ số khí-dầu (SCF/STB) khai thác lần lượt trong các bình tách chính, phụ, bồn chứa. γ1, γ2, γ3 - tỉ trọng khí lần lượt trong các bình tách chính, phụ, bồn chứa. 141,5 γo - tỉ trọng dầu trong bồn chứa: γo = (6.3) ρo,API +131,5 Mwo - trọng lượng mol của dầu trong bồn chứa: 5954 42,43γo Mwo = = (6.4) ρo,API − 8,8 1,01− γo ©Copyright 2007 VỈA KHÍ NGƯNG TỤ 7
TÍNH TOÁN THỂ TÍCH BAN ĐẦU Bước 2: Xác định hệ số lệch khí z theo γm. Bước 3: Xác định tổng số mol trong (R1+ R2 + R3) SCF khí và 1 STB dầu: R + R + R - Số mol khí: n = 1 2 3 (6.5) g 379,4 350γ o - Số mol dầu: no = (6.6) Mwo - Tổng số mol = ng + no Bước 4: Xác định tỉ lệ khí chiếm trong toàn bộ chất lưu khai thác: ng fg = (6.7) ng + no pV Bước 5: Xác định tổng thể tích khí ban đầu : G = 379,4 (SCF/ac-ft) (6.8) zR'T Bước 6: Xác định thể tích khí ban đầu trong vỉa được khai thác như khí: Gg = fg.G (6.9) Bước 7: Xác định thể tích khí ban đầu trong vỉa được khai thác như dầu: Gg go = (6.10) R1 + R2 + R3 ©Copyright 2007 VỈA KHÍ NGƯNG TỤ 8
PTCBVC ĐỐI VỚI VỈA KHÍ NGƯNG TỤ ¾ Hầu hết các vỉa khí ngưng tụ có áp suất ban đầu là áp suất điểm sương (*), nên thường có sự hiện diện của một vùng dầu tiếp xúc với mũ khí ngưng tụ. ¾ Nếu vùng dầu có kích thước tương đương hoặc lớn hơn mũ khí thì vỉa cần được xem như một vỉa khí hai pha (tức vỉa dầu bão hòa, chương 5). ¾ Nếu vùng dầu không có hoặc có nhưng không đáng kể thì PTCBVC đối với vỉa sẽ được xét như là đối với vỉa khí một pha: G(Bg – Bgi) + We = GpBg + BwWp (6.11) ¾ Trong đó hệ số thể tích khí Bg có chứa z là hệ số lệch khí hai pha đối với chất lưu ngưng tụ khí trong vỉa khi áp suất nhỏ hơn áp suất điểm sương: pV z = (6.12) nR'T Với n = (G - Gp)/379,4, Gp là thể tích khí khai thác cộng dồn (khí khô + khí tương đương với các hydrocarbon lỏng). ©Copyright 2007 VỈA KHÍ NGƯNG TỤ 9
MỘT SỐ VÍ DỤ Ví dụ 6.1: Một vỉa khí ngưng tụ có các dữ liệu như sau: o pi = 2865 psia, T = 240 F, Swi = 30%, φ = 22% o - Mức khai thác dầu trong bồn chứa = 221 STB/d, ρoAPI = 52 API - Mức khai thác khí trong bình tách chính = 3500 MSCF/d, γ1 = 0,68 - Mức khai thác khí trong bồn chứa = 135 MSCF/d, γ3 = 1,18 - Xác định Gg và Go? Giải: Bước 1: 141,5 - (6.3) ⇒ γ = = 0,77 o 52 + 131,5 42,43.0,77 - (6.4) ⇒ M = = 139,8 wo 1,01− 0,77 - R1 = 3.500.000/221 = 15837 SCF/STB - R3 = 135.000/221 = 611 SCF/STB ©Copyright 2007 VỈA KHÍ NGƯNG TỤ 10
MỘT SỐ VÍ DỤ 15837.0,68 + 4602.0,77 - (6.2) ⇒ γ = = 0,875 m 0,72 15837 + 611+ 133,316. 139,8 Bước 2: - ppc = 639,4; Tpc = 418 - ppr = pi/ppc = 4,5 ; Tpr = T/Tpc = 1,67 ⇒ z = 0,85 (theo đồ thị quan hệ (z, ppr, Tpr) Bước 3: 15837 + 611 - (6.5) ⇒ n = = 43,35 g 379,4 350.0,77 - (6.6) ⇒ n = = 1,93 g 139,8 Bước 4: - (6.7) ⇒ fg = 0,957 ©Copyright 2007 VỈA KHÍ NGƯNG TỤ 11
MỘT SỐ VÍ DỤ - (6.7) ⇒ fg = 0,957 Bước 5: - V = 43560.0,22.(1 - 0,3) = 6708 ft3/ac-ft 2865.6708 - (6.8) ⇒ G = 379,4. = 1142MSCF/ac-ft 0,85.10,73()460 + 240 Bước 6: 3 - (6.9) ⇒ Gg = 0,957.1142.10 = 1093 MSCF/ac-ft Bước 7: 1093 - (6.10) ⇒ G = = 66,5STB/ac-ft o 15837 + 611 ©Copyright 2007 VỈA KHÍ NGƯNG TỤ 12
MỘT SỐ VÍ DỤ Ví dụ 6.2: Vỉa khí ngưng tụ có các dữ liệu sau: o pi = 2960 psia, T = 195 F, Swi = 30%, φ = 25%, zi = 0,771. Quá trình biến đổi áp suất và thể tích khí khai thác cộng dồn Gp được cho trong bảng sau: p (psia) 2960 2500 2000 1500 1000 500 Gp (MSCF/ac-ft) 0 240 485 751 1022 1271 Hãy xác định: a- G ; b- z ứng với từng áp suất. Giải: 3 a- Vi = 43560.0,25.(1 - 0,3) = 7623 ft /ac-ft (6.8) ⇒ G = 379,4.(2960.7623)/(0,771.10,73.655) = 1581 MSCF/ac-ft ©Copyright 2007 VỈA KHÍ NGƯNG TỤ 13
MỘT SỐ VÍ DỤ b- p (psia) Gp (MSCF/ac-ft) (G - Gp) (MSCF/ac-ft) z (theo 6.12) 2960 0 1581 0,771 2500 240 1341 0,768 2000 485 1096 0,752 1500 751 830 0,745 1000 1022 561 0,738 500 1271 310 0,666 Trong trường hợp chỉ biết tỉ trọ ng của hỗn hợp mà không biết thành phần của khí tự nhiên, các thông số giả tới hạn ppc và Tpc (1,05 ≤ Tpc < 3; 0,2 ≤ ppc ≤ 3,0) có thể được tính theo các công thức của Standing: ¾ Đối với vỉa khí tự nhiên: 2 Tpc = 168 + 325γg – 12,5γg 2 ppc = 677 + 15,0γg – 37,5γg ¾ Đối với vỉa khí ngưng tụ: 2 Tpc = 187 + 330γg – 71,5γg 2 ppc = 706 – 51,7γg – 11,1γg với γg – tỉ trọng của hỗn hợp. ©Copyright 2007 VỈA KHÍ NGƯNG TỤ 14
NỘI DUNG GiỚI THIỆU VIDEO NHẮC LẠI ĐỊNH LUẬT DARCY VÀ HỆ SỐ THẤM PHÂN LOẠI HỆ THỐNG DÒNG CHẢY TRONG VỈA CÁC HỆ THỐNG DÒNG CHẢY ỔN ĐỊNH THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH TỔNG QUÁT ĐỐI VỚI DÒNG CHẢY HƯỚNG TÂM CÁC HỆ THỐNG DÒNG CHẢY CHUYỂN TIẾP CÁC HỆ THỐNG DÒNG CHẢY GIẢỔN ĐỊNH ÁP DỤNG NGUYÊN LÝ CHỒNG CHẤT VÀO BÀI TOÁN GIẾNG KHAI THÁC THỬ ÁP SuẤT CHUYỂN TIẾP CỦA VỈA ©Copyright 2007 DÒNG CHẢY MỘT PHA TRONG VỈA 2
GIỚI THIỆU Trong các chương trước, PTCBVC đã được dùng để tính toán thể tích dầu - khí theo từng giai đoạn khai thác, đặc biệt là xác định thể tích dầu - khí ban đầu trong vỉa, mà không để ý đến dòng chảy trong vỉa. Nói cách khác, PTCBVC là một phương trình “tĩnh” theo nghĩa vĩ mô, không có sự tham gia trực tiếp của yếu tố thời gian. Trong phần này, chúng ta sẽ nghiên cứu quá trình khai thác dầu - khí theo thời gian, đặc biệt quan tâm đến lưu lượng dòng chảy trong vỉa, dòng chảy từ vỉa đến giếng khai thác theo áp suất vỉa khi thời gian thay đổi. Bài toán ở đây trở thành bài toán “động” theo nghĩa vi mô, nghĩa là chúng ta xét sự chuyển động của chất lưu trong vỉa. ©Copyright 2007 DÒNG CHẢY MỘT PHA TRONG VỈA 3
ĐỊNH LUẬT DARCY Trong tröôøng hôïp toång quaùt, ñònh luaät Darcy ñöôïc vieát döôùi daïng: k ⎡dp ⎤ v = −α − 0,433γ'cosβ (7.1) μ ⎣⎢ds ⎦⎥ trong ñoù: v - vaän toác bieåu kieán, goïi taét laø vaän toác (bbl/d-ft2); α - heä soá qui đổi đơn vị, α = 0,001127; k - heä soá thaám cuûa ñaát ñaù (md); μ - heä soá nhôùt ñoäng löïc cuûa chaát löu (cp); s - khoaûng caùch doïc theo chieàu doøng chaûy (ft); p - aùp suaát (psia); dp/ds - gradient aùp suaát (psi/ft) ; γ’ - tæ troïng cuûa chaát löu (so vôùi nöôùc) ; β - goùc giöõa vectô troïng löïc vaø höôùng doøng chaûy ; 0,433γ’cosβ - gradient troïng löïc. Boû qua giaù trò cuûa gradient troïng löïc ⇒ ñònh luaät Darcy ñoái vôùi doøng thaám: k dp v = −α (7.2) μ ds Vaän toác v coù quan heä vôùi löu löôïng q : v = qB/A (7.3) v (bbl/d-ft2), q (STB/d), B (bbl/STB), A (ft2) ©Copyright 2007 DÒNG CHẢY MỘT PHA TRONG VỈA 5
Hệ số thấm Hệ số thấm k chỉ phụ thuộc môi trường đất đá, còn độ dẫn suất thủy lực K phụ thuộc cả môi trường đất đálẫn loại chất lưu (mà thông số đặc trưng là μ) Ñôn vò cô baûn cuûa k laø darcy ñöôïc ñònh nghóa nhö sau: moät khoái ñaát ñaù coù k = 1 darcy laø khoái ñaát ñaù trong ñoù chaát löu coù μ = 1cp di chuyeån vôùi vaän toác v = 1 cm/s döôùi moät gradient aùp suaát dp/ds = 1 atm/cm. Ñôn vò: milidarcy (md) = 10-3 darcy. ©Copyright 2007 DÒNG CHẢY MỘT PHA TRONG VỈA 6
PHÂN LOẠI HỆ THỐNG DÒNG CHẢY TRONG VỈA Theo tính neùn cuûa chaát löu - Chaát löu khoâng neùn ñöôïc khi theå tích V hay khoái löôïng rieâng ρ khoâng ñoåi theo aùp suaát. - Chaát löu ít neùn ñöôïc khi theå tích V hay khoái löôïng rieâng ρ ít thay ñoåi theo aùp suaát: V = VR[1− c(pR − p)] (7.4a) ρ = ρR[1− c(pR − p)] (7.4b) VR , ρR laø theå tích hay khoái löôïng rieâng qui chuaån ôû aùp suaát pR c laø heä soá neùn ñaúng nhieät cuûa chaát löu. znR'T - Chaát löu neùn ñöôïc (chaát khí): V = (7.5) p ©Copyright 2007 DÒNG CHẢY MỘT PHA TRONG VỈA 7
PHÂN LOẠI HỆ THỐNG DÒNG CHẢY Theo pha cuûa chaát löu - Moät pha: khí, daàu hay nöôùc - Hai pha: khí-daàu, khí-nöôùc, daàu-nöôùc - Ba pha: khí-daàu-nöôùc Theo thôøi gian - Doøng chaûy oån ñònh - Doøng chaûy chuyeån tieáp - Doøng chaûy giaû oån ñònh Theo daïng hình hoïc cuûa væa: thöôøng gaëp hai moâ hình ñôn giaûn laø moâ hình doøng chaûy tuyeán tính (H.7.1) vaø moâ hình doøng chaûy höôùng taâm truï (H.7.2) ©Copyright 2007 DÒNG CHẢY MỘT PHA TRONG VỈA 8