VẤNCÁC
ĐỀ MÔ
HÌNH
HOÁ
CÁC THÂN
DẦU NỨT NẺ
THIẾT KẾ KHAI THÁC
THÂN
DẦU
TRONG
ĐÁ MÓNG

CHƯƠNG IV

VẤN ĐỀ MÔ HÌNH HOÁ CÁC THÂN DẦU

1


VẤN
ĐỀHÌNH
MÔ HÌNH
CÁC THÂN
VẤN ĐỀ
MÔ
HOÁ HOÁ
CÁC THÂN
DẦU DẦU

ĐẶT VẤN ĐỀ
Mô hình hoá các thân dầu bằng mô hình số thuỷ động

lực học đã được nghiên cứu, áp dụng từ giữa thế kỷ 20
và phát triển mạnh trong thời gian gần đây.
■ Hiện nay trên thế giới, việc sử dụng mô hình số thuỷ
động học để kiểm soát và tính toán dự báo các chỉ số
công nghệ khai thác được áp dụng rộng rãi ở tất cả các
công ty khai thác dầu, khí.
■ Quá trình khai thác dầu, khí diễn ra duy nhất cho một
đời mỏ, vì vậy việc mô hình hoá các thân dầu cho phép
lặp đi lặp lại quá trình đó nhiều lần, với nhiều phương
án thu hồi dầu khác nhau.
■

2


VẤN ĐỀ
MÔ
HOÁ HOÁ
CÁC THÂN
DẦU DẦU
VẤN
ĐỀHÌNH
MÔ HÌNH
CÁC THÂN

4.1 Mô hình vật lý và mô hình toán học
Các mỏ dầu khí thường có cấu trúc địa chất rất phức tạp, việc tính
toán các chỉ số khai thác như sản lượng chất lưu, năng lượng vỉa, tình
trạng ngập nước của thân dầu v.v. rất khó khăn.
■ Mô hình hoá các quá trình khai thác bằng mô hình số thuỷ động đã giải

quyết được những khó khăn gặp phải, tính toán các chỉ số công nghệ
cần thiết và xác lập những đặc trưng chung nhất của mỏ.
■ Có thể chia thành hai nhóm là mô hình vật lý và mô hình số toán học.
■ Mô hình vật lý ứng dụng để nghiên cứu các hiện tượng, các quá trình
xẩy ra trong thực tế bằng việc khảo sát chính các hiện tượng, các quá
trình đó trên mô hình có kích thước nhỏ hơn (hay lớn hơn) với những
điều kiện thực tương tự.
■ Kết quả nhận được trên mô hình vật lý cho phép xác định những tính
chất, đặc trưng về định lượng và định tính của các đối tượng, khảo sát
trong điều kiện thực tế.
■

3


VẤN ĐỀ
MÔ
HOÁ HOÁ
CÁC THÂN
DẦU DẦU
VẤN
ĐỀHÌNH
MÔ HÌNH
CÁC THÂN

Kết quả nhận được trên mô hình vật lý cho phép xác
định những tính chất, đặc trưng về định lượng và
định tính của các đối tượng, quá trình khảo sát
trong điều kiện thực tế.
■ Những kết quả nhận được trên mô hình vật lý phù

hợp với thực tế.
■ Điều kiện tương tự hình học – Hai hệ thống thuỷ khí
động lực được gọi là tương tự hình học, nếu các
kích thước tương ứng của chúng tỷ lệ.
■

4


VẤN ĐỀ
MÔ
HOÁ HOÁ
CÁC THÂN
DẦU DẦU
VẤN
ĐỀHÌNH
MÔ HÌNH
CÁC THÂN

Điều kiện tương tự động học
Hai hệ thống thuỷ khí động lực được gọi là tương tự động học nếu thời
gian di chuyển Tn của chất lỏng giữa hai điểm trên một quỹ đạo trong
hệ thống này tỷ lệ với thời gian di chuyển Tm của chất lỏng giữa hai
điểm tương ứng của hệ thống kia.
■

Từ đây suy ra giữa vận tốc và gia tốc sẽ có các tỷ lệ sau:

5



VẤN ĐỀ
MÔ
HOÁ HOÁ
CÁC THÂN
DẦU DẦU
VẤN
ĐỀHÌNH
MÔ HÌNH
CÁC THÂN

Điều kiện tương tự động lực học – Hai hệ thống thuỷ khí
động lực được gọi là tương tự động lực học nếu khối lượng
của các phần tử chất lỏng tương ứng trong hai hệ thống tỷ
lệ với nhau:

■

■

Kρ = const - là điều kiện cơ bản để có tương tự động học.
Từ đây suy ra các lực tỷ lệ với nhau nếu:

Ne = const – là điều kiện cơ bản để có tương tự động lực
học.
6


VẤN ĐỀ
MÔ

HOÁ HOÁ
CÁC THÂN
DẦU DẦU
VẤN
ĐỀHÌNH
MÔ HÌNH
CÁC THÂN

Mô hình toán học
Ứng dụng để khảo sát quá trình khai thác diễn ra trong các thân dầu
bằng hệ các phương trình toán học với những điều kiện tương hợp với
thực tế.
■ Mô hình toán học đã lý tưởng hoá các quá trình khai thác thân dầu, xây
dựng sơ đồ tính toán, giữ lại những đặc trưng chính diễn ra trong thực
tế.
■ Trong quá trình tính toán, các chỉ số công nghệ khai được khảo sát trên
mô hình số thuỷ động học như động thái biến đổi chất lưu thu được tại
các giếng, đặc trưng năng lượng vỉa v.v.
■ Việc sử dụng mô hình toán học để mô tả quá trình khai thác các thân
dầu với những thông số vật lý, đã “vật lý hoá” mô hình toán học và tạo
nên mô hình hỗn hợp “vật lý - toán”.
■ Việc sử dụng hệ các phương trình thuỷ động học, được “toán học hoá”
và “vật lý hoá” để nghiên cứu quá trình khai thác, không cho nghiệm
chính xác cũng như nghiệm gần đúng, mà cho nghiệm của lớp bài toán
có nghiệm tương tự.
■ Lớp các bài toán tương tự có kết quả tin cậy trong khoảng thời gian
~1÷3 năm.
■

7



VẤN ĐỀ MÔ HÌNH HOÁ CÁC THÂN DẦU

Mô hình tương tự
■ Được xây dựng trên cơ sở sự tương đồng giữa các quá trình thấm và
những hiện tượng vật lý (khuyếch tán, truyền dẫn nhiệt, dòng điện
v.v.);
■ Có các phương trình toán học cơ sở giống nhau, cùng mô tả những quá
trình vật lý khác nhau;
■ Tính tương tự được thiết lập trên cơ sở các phương trình đặc trưng (ví
dụ định luật Darcy trong lý thuyết thấm và định luật Ôm của dòng
điện), có cùng nguyên lý bảo toàn (khối lượng, xung lượng, năng
lượng, điện năng v.v.) của các hiện tượng vật lý.
■ Hiện nay với những công nghệ mới trong kỹ thuật tính toán, mô hình
tương tự ít được sử dụng.

8


VẤN ĐỀ MÔ HÌNH HOÁ CÁC THÂN DẦU

Phân tích thứ nguyên
■ Các quá trình thuỷ động lực học là tổ hợp các dịch chuyển của chất
lưu từ trong vỉa đến giếng và từ đáy giếng lên bề mặt.
■ Trong nhiều trường hợp, không thể giải các bài toán kỹ thuật với sự hỗ
trợ của máy tính, thậm chí không thể đặt bài toán một cách đúng đắn.
■ Áp dụng lý thuyết thứ nguyên có ý nghĩa quan trọng, giúp giải quyết
vấn đề một cách rõ ràng và dễ hiểu.
■ Lý thuyết thứ nguyên được xây dựng theo nguyên tắc: tất cả các đại

lượng vật lý đều có thứ nguyên (đơn vị đo) và được biểu diễn bởi các
đơn vị - chiều dài (L), khối lượng (M) và thời gian (t).
■ Áp dụng lý thuyết thứ nguyên có thể giải quyết được nhiều bài toán
phức tạp.

9


VẤN ĐỀ
MÔ
HOÁ HOÁ
CÁC THÂN
DẦU DẦU
VẤN
ĐỀHÌNH
MÔ HÌNH
CÁC THÂN

Một số dạng mô hình hoá các thân dầu
1. Mô hình đồng nhất Các thông số của thân dầu (độ rỗng m, độ
4.2

thấm K) được xem là các hằng số.

2.

Mô hình phân lớp

3.


Mô hình thân dầu trong đá nứt nẻ, hang hốc

Thân dầu có cấu trúc bất đồng nhất, được
chia thành nhiều lớp với độ rỗng (mi), độ thấm (ki), chiều dày hi của mỗi
lớp khác nhau. Tại mỗi lớp các thông số mi, ki được xem là hằng số.
Thân dầu đá chứa nứt nẻ hang hốc được lý tưởng hoá dạng khối hộp, bị
chia cắt bởi mạng lưới các nứt nẻ. Hệ thống nứt nẻ được xem như mạng
lưới phân chia thân dầu thành nhiều ô nhỏ với độ rỗng m Ni, độ thấm KNi;
mỗi ô lưới là một khối matric nhỏ có độ rỗng mi, độ thấm Ki. Giữa các nứt
nẻ, hang hốc và matríc có sự vận động trao đổi chất lưu.

Hai loại mô hình của đá chứa nứt nẻ:
■ Mô hình Kazemi được áp dụng cho đá chứa nứt nẻ phân lớp;
■ Mô hình nứt nẻ Warren – Roots áp dụng cho đá chứa nứt nẻ hang hốc, bất
đồng nhất.

10


VẤN ĐỀ
MÔ
HOÁ HOÁ
CÁC THÂN
DẦU DẦU
VẤN
ĐỀHÌNH
MÔ HÌNH
CÁC THÂN

11



VẤN ĐỀ
MÔ
HOÁ HOÁ
CÁC THÂN
DẦU DẦU
VẤN
ĐỀHÌNH
MÔ HÌNH
CÁC THÂN

4.3 Mô hình số thuỷ động
■ Mô hình số thuỷ động được ứng dụng rộng rãi để tính toán các chỉ số
công nghệ khai thác mỏ.
■ Những bộ chương trình lớn như IMEX, GEM, STAR của CMG,
ECLIPSE của Schlumberger, Workbanch của Beicip-Franlab v.v.
được nhiều công ty khai thác dầu khí trên thế giới sử dụng.
■ Quá trình chuyển động của chất lưu trong các thân dầu được biểu diễn
dưới dạng hệ phương trình thuỷ động lực học.
■ Việc tìm nghiệm chính xác của hệ phương trình này chỉ mới thành công
ở một số trường hợp riêng, đơn giản.
■ Hệ phương trình thuỷ động được sai phân hoá theo nhiều phương pháp.
■ Phương pháp thông thường được sử dụng là phương pháp IMPES (bán
tường minh, áp suất là hàm ẩn, còn độ bão hoà dầu, nước, khí được
cho dưới dạng đã biết).
■ Kết quả nhận được cho phép thay thế hệ phương trình thuỷ động bằng
hệ phương trình dưới dạng sai phân hoá, trên cơ sở đó thiết lập
chương trình phần mềm để tính toán.


12


VẤN ĐỀ
MÔ
HOÁ HOÁ
CÁC THÂN
DẦU DẦU
VẤN
ĐỀHÌNH
MÔ HÌNH
CÁC THÂN

■ Mô hình số thuỷ động của một thân dầu cần có hai điều
kiện cơ bản: liên tục về áp suất và liện tục của dòng chảy.
■ Hai điều kiện này là cơ sở để hiệu chỉnh trường độ thấm,
độ rỗng và một số thông số khác trong quá trình lặp lại
lịch sử khai thác.
■ Mô hình số thuỷ động được thiết lập trên cơ sở số liệu của
mô hình địa chất và những thông số thuỷ động học của
thân dầu.
■ Sơ đồ mạng ô lưới của mô hình số thuỷ động được lựa
chọn tương hợp với mạng lưới của mô hình địa chất.
■ Việc lựa chọn sơ đồ mạng ô lưới hợp lý sẽ giúp cho việc
nhập các dữ liệu dễ dàng, rút ngắn thời gian tính toán.
13


VẤN ĐỀ
MÔ

HOÁ HOÁ
CÁC THÂN
DẦU DẦU
VẤN
ĐỀHÌNH
MÔ HÌNH
CÁC THÂN

3.1 Trường độ thấm xây dựng theo ĐVLGK
■ Được xây dựng trên cơ sở số liệu độ thấm xác định theo khí.
■ Phương pháp này có hạn chế, độ thấm xác định gián tiếp theo khí, theo
tài liệu địa vật lý giếng khoan, khi giếng chưa làm việc, vì vậy ít trùng
hợp với thực tế.

3.2 Trường độ thấm xây dựng trên quan hệ
phụ thuộc giữa độ thấm và độ rỗng
■ Giữa độ rỗng và độ thấm của đá chứa không có quan hệ phụ thuộc trực
tiếp.
■ Quan hệ phụ thuộc giữa độ rỗng và độ thấm vẫn được áp dụng cho đá
trầm tích để xác định giá trị độ thấm.
■ Kết quả phân tích các mẫu đo được, nhận thấy giữa độ rỗng và độ thấm
chỉ có xu hướng độ rỗng tăng cao thì độ thấm cũng có xu hướng như vậy
nhưng với mức độ khác.
■ Cùng một giá trị độ rỗng nhưng có nhiều giá trị độ thấm ở nhiều mẫu lõi
và ngược lại.
■ Phương pháp này không được áp dụng cho đá chứa nứt nẻ hang hốc.

14



VẤN ĐỀ MÔ HÌNH HOÁ CÁC THÂN DẦU

15


VẤN ĐỀ
MÔ
HOÁ HOÁ
CÁC THÂN
DẦU DẦU
VẤN
ĐỀHÌNH
MÔ HÌNH
CÁC THÂN

3.3 Trường độ thấm hình thành do các dứt gãy, dập vỡ tạo nên

■

Trường độ thấm được xây dựng trên giả thiết cho rằng các đứt gãy
(được tạo thành do nhiều nguyên nhân như sự vận động trong quá trình
hình thành địa chất của thân dầu hay những tác nhân thuỷ nhiệt khác
v.v.) đã tạo nên miền dập vỡ, có độ thấm

■ Giá trị độ thấm phụ thuộc vào mức độ dập vỡ, đứt gãy của đá. Độ thấm
có giá trị lớn nhất nằm ở tâm đứt gãy, càng xa tâm đứt gãy giá trị độ
thấm giảm dần theo một xu hướng nào đó. Vị trí của tâm đứt gãy, nơi
có giá trị độ thấm cực đại không thể xác định được.

■ Trường độ thấm xây dựng theo phương pháp này mang tính định tính,


ít phù hợp với thực tế. Trường độ thấm trong SĐCN 1998, 2003 của đá
Móng mỏ Bạch Hổ được thiết lập theo phương pháp này.

■ Thực tế khai thác ở thân dầu đá Móng mỏ Bạch Hổ cho thấy, các số đứt
gãy trực tiếp cắt ngang qua giếng khai thác nhưng không có độ thấm.

16


VẤN ĐỀ MÔ HÌNH HOÁ CÁC THÂN DẦU

17


VẤN ĐỀ
MÔ
HOÁ HOÁ
CÁC THÂN
DẦU DẦU
VẤN
ĐỀHÌNH
MÔ HÌNH
CÁC THÂN

3.4 Trường độ thấm xây dựng theo phương pháp thống kê
■ Giá trị độ thấm được xác định theo nhiều phương pháp

(đóng giếng, khảo sát sự phục hồi áp suất vỉa; phương
pháp khảo sát dòng với nhiều chế độ làm việc của giếng

(PLT); theo mẫu lõi; theo mặt cắt dòng nhiệt; theo
đường biểu đồ).
■ Trên cơ sở tập hợp nhiều giá trị độ thấm phân bố theo
diện tích và theo chiều sâu lát cắt thiết lập trường độ
thấm.
■ Trường độ thấm xây dựng cần có khối lượng số liệu lớn,
nhiều thời gian để xử lý số liệu nhưng kết quả thu được
có độ tin cậy cao, phù hợp với thực tế khai thác.
18


VẤN ĐỀ
MÔ
HOÁ HOÁ
CÁC THÂN
DẦU DẦU
VẤN
ĐỀHÌNH
MÔ HÌNH
CÁC THÂN

3.5 Nhận xét chung về trường độ thấm đá Móng

■ Độ thấm của thân dầu đá Móng mỏ Bạch hổ được xác định theo nhiều
phương pháp (theo ĐVLGK, theo mẫu lõi, theo đóng giếng phục hồi áp
suất vỉa và theo nhiệt thuỷ động).

■ Độ thấm xác định theo mẫu lõi, theo địa vật lý giếng khoan và theo nghiên
cứu nhiệt thuỷ động lực học đều phản ảnh đặc tính bất đồng nhất cao và
biến đổi phức tạp của thân dầu, theo chiều sâu và theo diện tích.


■ Độ thấm xác định theo mẫu lõi, quan hệ của nó với độ rỗng hở phản ánh
tính phức tạp của cấu trúc không gian lỗ hổng, đặc trưng kiểu tầng chứa
hỗn hợp, trong đó tương quan tỷ lệ giữa độ nứt nẻ, hang hốc và lỗ hổng
giữa hạt thay đổi trong phạm vi rộng. Phần lớn giá trị độ thấm thu được
từ nghiên cứu mẫu lõi đặc trưng cho phần đá chặt sít.

■ Trên cơ sở tập hợp số liệu độ thấm, thiết lập được quy luật biến đổi của
độ thấm theo chiều sâu và theo diện tích.

19


VẤN ĐỀ
MÔ
HOÁ HOÁ
CÁC THÂN
DẦU DẦU
VẤN
ĐỀHÌNH
MÔ HÌNH
CÁC THÂN

4.4 Các đường thấm pha tương đối
● Các đường thấm pha có ảnh lớn đến sự dịch chuyển của chất lưu, sự
xuất hiện sớm hay muộn của nước ở giếng khai thác và sự tồn đọng
dầu trong thân dầu.
● Trên biểu đồ đường thấm pha của dầu (khí), nước những điểm tới hạn,
mà từ đó dầu (khí), nước tham gia vào chuyển động quyết định đặc
trưng khai thác của thân dầu.

● Đối với pha nước, trong trường hợp tổng quát, giá trị nước liên kết ban
đầu khác biệt với giá trị tới hạn.
● Không phải bao giờ giá trị nước liên kết ban đầu cũng khác biệt với giá
trị tới hạn.
● Những thân dầu có nước đáy hoặc nước rìa hoạt động, ở những vùng
dầu cận ranh giới dầu nước, tỉ phần nước đã cao, chỉ cần vượt ngưỡng
này là nước tham gia vào chuyển động; còn đối với những vùng ở xa
ranh giới dầu nước, tỉ phần nước thấp hơn, nước tham gia vào chuyển
động muộn hơn.

20


VẤN ĐỀ
MÔ
HOÁ HOÁ
CÁC THÂN
DẦU DẦU
VẤN
ĐỀHÌNH
MÔ HÌNH
CÁC THÂN

21


VẤN ĐỀ
MÔ
HOÁ HOÁ
CÁC THÂN

DẦU DẦU
VẤN
ĐỀHÌNH
MÔ HÌNH
CÁC THÂN

22


VẤN ĐỀ
MÔ
HOÁ HOÁ
CÁC THÂN
DẦU DẦU
VẤN
ĐỀHÌNH
MÔ HÌNH
CÁC THÂN

4.5 Lựa chọn mô hình số thuỷ động
■ Thân dầu đá Móng là đối tượng khai thác trong đá chứa
nứt nẻ hang hốc, tồn tại các khối matric hầu như không
chứa dầu. Đá Móng có các nứt nẻ, hang hốc bão hoà dầu.
Các nứt nẻ lớn được bao bởi vô số vi nứt nẻ và là các kênh
dẫn chính dẫn dầu tới các giếng; các vi nứt nẻ không cho
dầu chảy qua, đóng vai trò nguồn nuôi, chứa dầu.
■ Mô hình thuỷ động phù hợp với đá Móng mỏ Bạch Hổ là
mô hình chuẩn hai độ rỗng (standard dual-porosity
model), trong mô hình này các nứt nẻ sẽ là các kênh dẫn
chính dầu đến các giếng khai thác, các matric chứa dầu nguồn nuôi đóng vai trò các vi nứt nẻ.

23


VẤN ĐỀ
MÔ
HOÁ HOÁ
CÁC THÂN
DẦU DẦU
VẤN
ĐỀHÌNH
MÔ HÌNH
CÁC THÂN

24


VẤN ĐỀ MÔ HÌNH HOÁ CÁC THÂN DẦU

25