Với thực trạng các mỏ dầu lớn trong nước đang ở thời kỳ suy thoái, các phát hiện mới không đủ bù nhu cầu trong khi tiềm năng khí khá dồi dào, để đảm bảo an ninh năng lượng của Việt Nam, việc khai thác và sử dụng khí sẽ được đẩy mạnh trong thời gian tới với việc đã và đang phát triển đồng bộ các nhà máy khí, điện, đạm trong cả nước. Để đảm bảo nguồn cung cấp khí, các mỏ khí sẽ được đẩy nhanh đưa vào khai thác. Việc nghiên cứu cơ chế và tối ưu khai thác các mỏ khí là nhiệm vụ quan trọng đặt ra cho ngành công nghiệp dầu khí. Trong công nghệ khai thác các mỏ khí, hiện tượng ngưng tụ condensat vùng cận đáy giếng và trong hệ thống khai thác là nguyên nhân chính gây sụt giảm sản lượng, giảm hiệu quả kinh tế khi khai thác các mỏ khi-condensat. Vấn đề đặt ra là cần thiết và cấp bách phục vụ trực tiếp sản xuất. Hiện tại tại Việt Nam chưa có một nghiên cứu chuyên sâu và chi tiết nào về hiện tượng này.

Bộ Công Thương cùng Chi nhánh Viện Dầu Khí Việt Nam - Trung tâm Nghiên cứu Tìm kiếm Thăm dò và Khai thác Dầu khí đã ký Hợp đồng số 12/HĐ-ĐT.12.14/ĐMCNKK về việc giao thực hiện đề tài: “Nghiên cứu đặc thù vỉa chứa và tối ưu khai thác các mỏ khí condensat tại bể Nam Côn Sơn” cùng với Chủ nhiệm đề tài Kỹ sư Lê Vũ Quân thuộc “Chương trình khoa học và công nghệ trọng điểm về công nghệ khai thác và chế biến khoáng sản” thực hiện Đề án “Đổi mới và hiện đại hoá công nghệ trong ngành công nghiệp khai khoáng đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025”.

Hiện tượng ngưng tụ condensat trong vỉa (condensate banking), đặc biệt là vùng cận đáy giếng khai thác, xuất hiện khi áp suất vỉa thấp hơn áp suất ngưng tụ của hệ hydrocarbon. Lúc này, condensat tách ra khỏi pha khí và ngưng tụ tại vùng xung quanh đáy giếng làm giảm độ thấm khí của đá chứa ở vùng cận đáy giếng, gây cản trở dòng khí vào giếng, giảm chỉ số khai thác của giếng dẫn đến sụt giảm sản lượng.

Ở Việt Nam, hoạt động phát triển khai thác khí condensat ở quy mô công nghiệp mới được phát triển trong thời gian gần đây tại các mỏ Lan Tây, Lan Đỏ, Rồng Đôi, Rông Đôi Tây, Hải Thạch và Mộc Tinh. Việc nghiên cứu mối quan hệ dòng chảy và hiện tượng ngưng tụ lỏng đối với dòng khí từ vỉa vào giếng, từ đáy giếng lên đến hệ thống khai thác vẫn còn tương đối hạn chế ngay cả đối với các mỏ khí condensat trong nước. Các nghiên cứu trong nước mới chỉ tập trung vào nguồn gốc và điều kiện sinh thành khí, condensat ở bể Cửu Long và Nam Côn Sơn, hoặc đánh giá nguyên lý công nghệ của giàn khai thác và xử lý khí - condensat. Bên cạnh đó, cũng có một số nghiên cứu đơn lẻ đánh giá giải pháp kỹ thuật, công nghệ nhằm tận thu condensat trên một số giàn nén khí cụ thể như mỏ Bạch Hổ. Những nghiên cứu này chủ yếu đi sâu vào đánh giá các thiết bị trên giàn nén khí chứ chưa đi sâu nghiên cứu bản chất quá trình khai thác của các giếng khí - condensat.

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu tổng quan, thực nghiệm, mô hình mô phỏng, đề tài đưa ra một số kết luận chính như sau: 

- Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước nêu rõ hiện tượng ngưng tụ condensat trong vỉa và trong hệ thống khai thác có ảnh hưởng lớn đến năng suất khai thác của giếng, làm giảm sản lượng, thậm chí giếng không còn khả năng khai thác.

- Đặc điểm địa chất, cấu kiến tạo, cơ chế nhiệt áp của bể Nam Côn Sơn có các điều kiện thuận lợi cho việc hình thành các tích tụ khí và condensat lớn trong các vỉa carbonate tuổi Miocen trung, vỉa cát kết turbidite tuổi Miocen muộn và các vỉa cát kết có tuổi từ Miocen sớm đến Pliocen. 

- Tại bể Nam Côn Sơn, các mỏ/cụm mỏ đang khai thác chính bao gồm Hải Thạch - Tinh, Lan Tây-Lan Đỏ và Rồng Đôi-Rồng Đôi Tây. Tổng sản lượng khai thác trung bình của các cụm mỏ này lên đến trên 700 triệu bộ khối/ngày, cung cấp nguồn năng lượng chính phục vụ phát triển kinh tế xã hội khu vực Nam bộ.

- Hiện tượng ngưng tụ condensat, lắng đọng thành phần lỏng đã xuất hiện tại một số giếng thuộc mỏ Hải Thạch và cụm mỏ Rồng Đôi-Rồng Đôi Tây dẫn đến nguy cơ giảm sản lượng trầm trọng tại các mỏ này. 

- Công tác phân tích, đánh giá đặc tính đá chứa, đặc tính và thành phần chất lưu, đặc điểm nhiệt độ, áp suất các mỏ khí condensat tại bể Nam Côn Sơn đã lựa chọn được vỉa MMF30 tuổi Miocen giữa mỏ Hải Thạch là mỏ đặc trưng để thực hiện các nghiên cứu chuyên sâu. 

- Kết quả thực nghiệm trong phòng thí nghiệm trên mẫu lõi, tại điều kiện nhiệt độ, áp suất vỉa tầng chứa MMF30 mỏ Hải Thạch đã chỉ rõ cơ chế và nguyên nhân gây ngưng tụ condensat trong vỉa. Hiện tượng này đã làm giảm độ thấm của đá chứa, gây bít nhét trong các lỗ rỗng, giảm khả năng dịch chuyển của dòng khí từ vỉa. Đây chính là nguyên nhân gây giảm sản lượng khai thác tại giếng HT-3P

- Kết quả thực nghiệm mô phỏng dòng chảy đa pha trong giếng khai thác và trong hệ thống thu gom được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Viện nghiên cứu công nghệ Hàn Quốc (KITECH) đã làm rõ cơ chế và nguyên nhân ngưng tụ thành phần lỏng trong lòng giếng và đường ống thu gom, chỉ rõ mối quan hệ giữa vận tốc (lưu lượng khai thác) với gradient áp suất, góc nghiêng của giếng là yếu tố ảnh hưởng chính đến hiện tượng này. Từ kết quả thực nghiệm cùng với các thông số của giếng HT-3P, kết quả tính toán đã xác định được lưu lượng khai thác tới hạn cho giếng này là 2.845.000 bộ khối/ngày

- Kết quả xây dựng và nghiên cứu mô hình mô phỏng dòng chảy trong giếng (giếng HT-3P) và hệ thống khai thác (trên giàn đầu giếng HT-WHP) bằng phần mềm chuyên ngành (PIPESIM và OLGA) chỉ rõ các yếu tố như sự thay đổi của nhiệt độ, sự thay đổi của áp suất và lưu lượng khai thác ảnh hưởng lớn đến khả năng ngưng tụ lỏng trong giếng và trong hệ thống thu gom. Từ đó, lưu lượng khai thác tới hạn của giếng HT-3P theo tính toán là 2.838.000 bộ khối/ngày.

- Từ kết quả thực nghiệm và kết quả nghiên cứu mô hình mô phỏng dòng chảy trong giếng, giải pháp được đề xuất cho các giếng khai thác tập vỉa MMF30 mỏ Hải Thạch là lắp đặt ống gia tốc với đường kính 2 7/8” nhằm làm giảm lưu lượng khai thác tới hạn, qua đó gia tăng sản lượng khai thác cộng dồn của giếng lên 34,6%.

- Kết quả xây dựng và nghiên cứu mô hình thủy động lực học mô phỏng vỉa MMF30 mỏ Hải Thạch (bằng phần mềm chuyên ngành ECLIPSE) đã cho thấy hiện tượng ngưng tụ condensat trong vỉa ảnh hưởng nghiêm trọng đến năng suất khai thác của giếng. Kết quả nghiên cứu cũng đã chỉ rõ các yếu tố, thông số ảnh hưởng đến quá trình ngưng tụ condensat trong vỉa và đưa ra một số giải pháp phù hợp nhằm hạn chế hiện tượng này, đồng thời nâng cao hiệu quả khai thác.

- Từ kết quả nghiên cứu mô hình thủy động lực học, các giải pháp về công nghệ và chế độ khai thác đề xuất áp dụng cho tập vỉa MMF30 là nứt vỡ vỉa thủy lực, khoan giếng ngang và khai thác tuần hoàn kết hợp bơm ép chu kỳ. Kết quả nghiên cứu cho thấy, các giải pháp trên góp phần gia tăng sản lượng khai thác khí hàng năm lần lượt là 11,1%/năm cho nứt vỉa thủy lực, 19,3%/năm cho khoan giếng ngang và 0,5%/năm đối với giải pháp khai thác tuần hoàn kết hợp bơm ép chu kỳ.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 15270/2018) tại Cục Thông tin KH&CNQG.

Đ.T.V (NASATI)