Quản lý giếng bơm ép nước bằng phương pháp điện trở điện dung và đồ thị Hall

THĂMDÒ-KHAITHÁCDẦUKHÍ
 TẠP CHÍ DẦU KHÍ
 Số 4 - 2021, trang 20 - 25
 ISSN 2615-9902
QUẢNLÝGIẾNGBƠMÉPNƯỚCBẰNGPHƯƠNGPHÁPĐIỆNTRỞ 
ĐIỆNDUNGVÀĐỒTHỊHALL
Nguyễn Văn Đô
Viện Dầu khí Việt Nam
Email: donv@vpi.pvn.vn 
https://doi.org/10.47800/PVJ.2021.04-03
Tóm tắt
 Khi tiến hành bơm ép nước duy trì áp suất mỏ, việc giám sát và đánh giá quá trình bơm ép nước nhằm nâng cao hiệu quả thu hồi dầu 
đóng vai trò quan trọng. Sự suy giảm độ tiếp nhận của giếng bơm ép nước gây ra các vấn đề phức tạp, ảnh hưởng không tốt tới các thiết 
bị trên bề mặt cũng như thiết bị trong lòng giếng. Ngoài ra việc bơm ép không đúng lưu lượng gây ra hiện tượng ngập nước sớm tại các 
giếng khai thác ảnh hưởng đến thu hồi dầu. Bài báo giới thiệu chương trình quản lý giếng bơm ép nước bằng phương pháp điện trở điện 
dung và đồ thị Hall (Hall plot) nhằm hạn chế tối thiểu các vấn đề phức tạp này. 
Từ khóa: Bơm ép nước, đồ thị Hall, mô hình điện trở điện dung, mô hình Koval, mỏ Sư Tử Đen.
1. Giới thiệu 2. Phương pháp nghiên cứu
 Kỹ thuật bơm ép nước duy trì áp suất mỏ đã được 2.1. Mô hình điện trở điện dung kết hợp với mô hình 
chứng minh là phương pháp hiệu quả để nâng cao hiệu Koval trong quản lý và dự báo độ ngập nước
quả thu hồi dầu nhờ các ưu thế trong việc đẩy dầu và có 
 So với mô hình điện trở điện dung đã xây dựng [1] thì 
giá thành thấp hơn so với các phương pháp sử dụng các 
 mô hình hiện nay đã được tối ưu hơn về thuật toán cũng 
chất bơm ép khác. Khi tiến hành bơm ép nước, cần thiết 
 như thêm sự kết hợp với mô hình Koval.
phải giám sát và quản lý hiệu quả của các giếng bơm ép 
nhằm duy trì áp suất mỏ, tránh hiện tượng nước xâm nhập Mô hình điện trở điện dung vẫn được xây dựng theo 
vào giếng khai thác sớm làm ảnh hưởng đến thu hồi dầu. mô hình CRMIP dựa trên công thức sau:
Bất kỳ sự thay đổi nào về khả năng tiếp nhận của giếng 
bơm ép nước đều có thể ảnh hưởng tới áp suất vỉa, hiệu 
suất quét và tốc độ khai thác dầu.
 ()k ()k (1)
 Ninj n ∆p
 Dựa trên nguyên lý xếp chồng toán học và các phương fij∆ t i wf , j
 τij τ ij
 ij 1
trình liên tục, Viện Dầu khí Việt Nam (VPI) đã phát triển mô τ ∆tk ∆ t k
hình điện trở điện dung (Capacitance Resistance Model - 
CRM) để đánh giá mức độ ảnh hưởng của bơm ép nước tới Trong đó:
giếng khai thác cũng như phương pháp đồ thị Hall và đạo i: Số lượng giếng bơm ép; 
hàm để giúp các nhà thầu quản lý giếng bơm ép nâng cao 
 i : Lưu lượng bơm ép;
hiệu quả khai thác. i
 j: Hệ số sản phẩm; 
 Δpwf,j: Hiệu số áp suất đáy;
 to: Thời gian ban đầu; 
 fij: Sự tương tác của giếng bơm ép tới giếng khai thác 
 Ngày nhận bài: 2/3/2021. Ngày phản biện đánh giá và sửa chữa: 2 - 30/3/2021. (0 ≤ f ≤ 1);
 Ngày bài báo được duyệt đăng: 1/4/2021.
 tn: Thời gian; 
20 DẦUKHÍSỐ4/2021
 
 τij: Thời gian tương tác;
 qij(tn): Lưu lượng khai thác theo thời 
gian; 
 Δti: Bước nhảy thời gian bơm ép;
 qij(to): Lưu lượng khai thác ban đầu; 
 n: Tổng số điểm đưa vào;
 k: Số điểm từ 1-n. 
2.1.1. Mô hình Koval
 Mô hình Koval được đề xuất bởi Cao [2] sẽ 
được sử dụng để tính toán tỷ phần nước trong lỗ 
rỗng bằng cách xem xét các ảnh hưởng của tính 
bất đồng nhất và độ nhớt tương đối như sau:
 1
 0 < 
 ⎧
 ⎪ (2)
 = 
 − 1
 < < 
 ⎨ − 1 
 ⎪
 ⎪1 ≥ 
 ⎩
 Hình 1. Giao diện chương trình điện trở điện dung.
 Trong đó, Kval là hệ số Koval, phản ánh tính 
bất đồng nhất của vỉa và độ nhớt của chất lưu. Số liệu đầu vào:
 - Áp suất đáy giếng Mô hình Hall và đạo hàm 
Hệ số Koval lớn thường hàm ý mức độ không - Lưu lượng chất lưu CRMIP của Hall
đồng nhất của vỉa cao hoặc tỷ lệ độ nhớt dầu - - Lưu lượng bơm ép
nước cao. tD là thời gian không thứ nguyên biểu 
thị lưu lượng bơm ép cộng dồn. Fij, tij Mô hình Koval
 ∑ ∑
 = (3)
 Khớp chất lưu Khớp độ ngập nước
 Trong đó:
 f : Hệ số tương tác có thể được ước tính 
 ij Dự báo chất lưu Dự báo độ ngập nước
bằng cách sử dụng mô hình CRMIP cải tiến để 
khớp lịch sử; 
 Vpj: Lưu lượng kênh dẫn của 1 cặp giếng Dự báo dầu
bơm ép - khai thác, thùng; 
 Hình 2. Các bước tính toán của chương trình.
 I : Sự đóng góp giếng bơm ép đến giếng 
 i Vỉa bị nhiễm bẩn Quá trình bơm ép nước 
khai thác ở thời điểm tk, thùng/ngày. Đóng giếng khai thác lân cận có hiệu quả tốt
 Giảm kích thước ống nâng
 Đối với dòng chảy 2 pha dầu - nước, lưu Vỉa bị bít nhét
lượng khai thác dầu hoặc nước của giếng khai Vỉa nứt nẻ
 Xử lý đáy giếng không Tăng lưu lượng tại các giếng 
 hiệu quả
thác j ở thời điểm tk có thể dễ dàng có được dựa khai thác lân cận
trên ý nghĩa vật lý của phương trình tỷ phần Tăng kích thước ống nâng
 Xử lý vùng cận đáy giếng
nước được biểu thị sau: Giảm áp suất vỉa
 ( ) = ( ) ( ) (4) Giếng đặt trong vùng nứt nẻ 
 ngay từ ban đầu
 ( ) = ( ) [ 1 − ( )] (psi.ngày) Giảm (ΔP.Δt) tích lũyáp 
 ( ) = ( ) [ 1 − ( )] (5)
 Lượng nước bơm ép tích lũy (Wi) (bbl)
 Hình 3. Đồ thị Hall.
 DẦUKHÍSỐ4/2021 21
THĂMDÒ-KHAITHÁCDẦUKHÍ
 Sử dụng mô hình CRMIP - Koval cải tiến để 
 ước tính hệ số tương tác giữa giếng bơm ép 
 đến giếng khai thác, 6 ẩn số chưa biết cho mỗi 
 cặp giếng bơm ép - khai thác đó là hệ số tương 
 tác, hằng số thời gian trễ, lưu lượng (thùng/
 ngày) chảy vào vỉa (water inux), lưu lượng 
 khai thác chất lưu ở thời điểm to, hệ số Koval và 
 thể tích kênh dẫn được ước tính bằng phương 
 pháp hồi quy đa biến phi tuyến tính, hàm mục 
 tiêu có bình phương nhỏ nhất được mô tả như 
 sau:
 Hình 4. Giao diện chương trình.
 pro
 minmize J (u) = ∑ ∑ ( )− ( )
 uЄR
 (6)
 ₊ ( )− ( ) 
 Ngoại trừ phương trình (5) và (6) hàm mục 
 tiêu cũng bị ràng buộc bởi
 ≥ 0, wij ≥ 0, ≥ 1 
 ≤ 
 Trong đó, Vp là tổng thể tích lỗ rỗng (kênh 
 Hình 5. Vị trí các giếng mỏ Sư Tử Đen. dẫn) của một vỉa hay khối.
 2.1.2. Chương trình tính toán
 Mô hình điện trở điện dung kết hợp với mô 
 hình Koval được xây dựng trên phần mềm Mat-
 lab có các bước tính toán được thể hiện trong 
 Hình 1 và 2. 
 2.2. Mô hình đồ thị Hall và đạo hàm 
 Theo tác giả về áp dụng phương pháp đồ thị 
 Hall để theo dõi và dự báo hiệu quả giếng bơm 
 Hình 6. Kết quả khớp lịch sử giếng 28P. ép nước [3], đồ thị Hall biểu diễn mối quan hệ 
 giữa lượng nước bơm ép tích lũy (Wi) và giảm áp 
 tích lũy.
 Các dữ liệu cần để vẽ đồ thị Hall là áp suất 
 miệng giếng và lưu lượng bơm ép hàng ngày. 
 Khi biểu diễn đồ thị giảm áp tích lũy và lượng 
 nước bơm ép tính lũy theo ngày, đồ thị Hall cho 
 thấy nếu như giếng bơm ép được xử lý vùng 
 cận đáy hoặc tiến hành nứt vỉa thì độ dốc của 
 đường cong giảm, còn khi vùng cận đáy giếng 
 bị nhiễm bẩn thì độ dốc của đường cong sẽ 
 tăng (Hình 3).
 Hình 7. Kết quả khớp lịch sử giếng 26P.
22 DẦUKHÍSỐ4/2021
 
 Hình 8. Kết quả khớp lịch sử giếng 10P. Hình 9. Kết quả khớp độ ngập nước giếng 28P.
 Hình 10. Kết quả khớp độ ngập nước giếng 26P. Hình 11. Kết quả khớp độ ngập nước giếng 10P.
3. Áp dụng thực tế 
  Đánh giá trên chương trình điện trở 
điện dung
 Dựa trên số liệu đã có nhóm tác giả tiến 
hành đánh giá sự tương tác của giếng bơm 
ép tới giếng khai thác của các đối tượng ở 
Miocene dưới mỏ Sư Tử Đen để kiểm định 
và thử nghiệm, hiệu chỉnh mô hình xây 
dựng. Mỏ Sư Tử Đen có 12 giếng khai thác 
và 3 giếng bơm ép tại tầng B10 được thể 
hiện ở Hình 5. 
 Kết quả khớp giữa lưu lượng thực tế với 
lưu lượng dự đoán và mức độ tương tác, 
thời gian ảnh hưởng được thể hiện trong 
 Hình 12. Kết quả ảnh hưởng của các giếng bơm ép tới giếng khai thác.
các Hình 6 - 8. Nhìn chung, toàn bộ 12 giếng 
khai thác đều cho thấy kết quả khớp tốt,  Đánh giá phương pháp đồ thị Hall và đạo hàm áp dụng cho mỏ 
điển hình là các giếng 28P, 26P, 10P. Sư Tử Đen
 Trên cơ sở mức độ tương tác và thời Đối với giếng 16I và 27I cho thấy sự thay đổi xu hướng của đường 
gian tương tác được lấy từ mô hình điện trở đạo hàm và đồ thị Hall phản ánh quá trình xử lý vùng cận đáy giếng trong 
điện dung sẽ được đưa vào mô hình Koval giai đoạn này. Còn giếng 13I phản ánh quá trình bơm ép ổn định không 
để tiến hành khớp độ ngập nước được thể có sự thay đổi nào xảy ra.
hiện trong các Hình 9 - 11.
 DẦUKHÍSỐ4/2021 23
THĂMDÒ-KHAITHÁCDẦUKHÍ
 Hình 13. Đồ thị Hall và đạo hàm cho giếng 16I.
 Hình 14. Đồ thị Hall và đạo hàm cho giếng 27I.
24 DẦUKHÍSỐ4/2021
 
  Trong thời gian tới, tác giả sẽ tiếp 
 tục cập nhật thêm phương pháp, đưa 
 thêm mạng lưới cũng như thông số đặc 
 tính vỉa chứa để hoàn thiện hơn nữa mô 
 hình quản lý giếng bơm ép.
 Tài liệu tham khảo
 [1] Nguyễn Văn Đô, “Áp dụng mô 
 hình điện dung đánh giá mức độ ảnh 
 hưởng của giếng bơm ép tới giếng khai 
 thác”, Tạp chí Dầu khí, số 7, tr. 28 - 36, 2019.
 [2] Fei Cao, Development of a two-
 phase ow coupled capacitance resistance 
 model. The University of Texas at Austin, 
 December 2014. 
 [3] Nguyễn Văn Đô, “Áp dụng phương 
 Hình 15. Đồ thị Hall và đạo hàm cho giếng 13I.
 pháp đồ thị Hall để theo dõi và dự báo 
5. Kết luận hiệu quả giếng bơm ép nước”, Tạp chí Dầu 
 khí, số 4, tr. 20 - 23, 2020.
  Mô hình điện trở điện dung được xây dựng mới đã tối ưu hơn so 
 [4] Rafael Wanderley de Holanda, 
với mô hình xây dựng trước đó về cả thuật toán lẫn giao diện.
 Eduardo Gildin, Jerry L. Jensen, Larry 
  Phương pháp đồ thị Hall và đạo hàm là phương pháp đơn giản, Lake and Shah Kabir, “A State-of-the-Art 
hiệu quả trong quản lý quá trình bơm ép do phương pháp này chỉ yêu literature review on capacitance resistance 
cầu thông số đầu vào là số liệu về áp suất miệng giếng và lưu lượng bơm models for reservoir characterization”, 
ép theo ngày. Energies, Vol. 11, No. 12, 2018. DOI:10.3390/
  Mô hình điện trở điện dung kết hợp với mô hình Koval cho thấy en11123368.
mức độ phù hợp trong khớp độ ngập nước tại mỏ Sư Tử Đen.
  Kết hợp cả 2 phương pháp CRM và Hall giúp hỗ trợ tốt trong quản 
lý giếng bơm ép nhằm duy trì áp suất vỉa và nâng cao thu hồi dầu.
WATERINJECTIONMANAGEMENTUSINGCAPACITANCERESISTANCE
METHODANDHALLPLOT
Nguyen Van Do
Vietnam Petroleum Institute
Email: donv@vpi.pvn.vn 
Summary
 In waterflooding operation, the surveillance and evaluation of injection well performance are very important to ensure optimum oil 
recovery. Loss in injectivity can cause several problems and will give a bad impact on both surface and subsurface facilities. In addition, 
the incorrect flow of pumping causes early flooding in the production wells, affecting oil recovery. This article introduces the management 
programme of water injection wells using capacitance resistance model and Hall plot to minimise these complications. 
Key words: Waterflooding, Hall plot, capacitance resistance model, Koval model, Su Tu Den field.
 DẦUKHÍSỐ4/2021 25