Nghiên cứu đánh giá các yếu tố ảnh hưởng và dự báo quá trình ngưng tụ lỏng lẻo xảy ra trong đại lý 188bet khai thác ở mỏ khí Condensate.

Email: quynm@vpi.pvn.vn

Tóm tắt

Hiện tượng ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet là nguyên nhân chính gây ra tình trạng suy giảm sản lượng ở các mỏ khí condensate, đặc biệt là trong giai đoạn khai thác cuối. Hiện tượng này chịu ảnh hưởng của các yếu tố như: các thông số thủy động lực học, cơ chế dòng chảy, quỹ đạo đại lý 188bet, thành phần chất lưu vỉa hoặc sự thay đổi lưu lượng trong quá trình điều hành khai thác.

Bài báo phân tích các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình ngưng tụ lỏng và cơ chế chảy ngược tích tụ đáy đại lý 188bet khai thác từ các nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của áp suất vùng cận đáy đại lý 188bet, quỹ đạo đại lý 188bet khoan, thành phần chất lưu vỉa, áp suất đáy đại lý 188bet, áp suất miệng đại lý 188bet, tổn hao nhiệt độ - áp suất theo thân đại lý 188bet khai thác, cơ chế dòng chảy, lưu lượng khai thác.

Kết quả nghiên cứu mô hình mô phỏng thủy động lực học dòng chảy đa pha trong đại lý 188bet W-3P cho thấy nếu lưu lượng khí khai thác giảm < 800 nghìn ft3/ngày thì khả năng xảy ra hiện tượng ngưng tụ lỏng và nguy cơ dừng khai thác rất cao. Đây là cơ sở giúp nhà điều hành triển khai các giải pháp giúp ngăn ngừa hiện tượng ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet, có thể thiết kế tối ưu các đại lý 188bet khai thác với quỹ đạo đại lý 188bet, đường kính đại lý 188bet phù hợp.

Từ khóa:Ngưng tụ lỏng, vận tốc tới hạn, dòng chảy trong đại lý 188bet khí, tối ưu khai thác.

1. Giới thiệu

Trong quá trình khai thác các mỏ khí condensate, thành phần chất lưu vỉa từ đại lý 188bet di chuyển lên bề mặt luôn có một lượng pha lỏng tồn tại trong dòng chảy, có thể là nước và hydrocarbon lỏng tùy thuộc vào trạng thái cân bằng pha. Trong thời gian đầu khai thác khi vận tốc của dòng khí đủ lớn để cung cấp động năng cho các hạt lỏng, dòng khí sẽ mang theo các hạt lỏng lên trên bề mặt. Tuy nhiên khi khai thác một thời gian, áp suất vùng cận đáy đại lý 188bet giảm làm vận tốc của dòng khí giảm dần đến một giá trị nhất định gọi là vận tốc tới hạn, các hạt lỏng ngưng tụ hoặc lượng lỏng trong dòng khí bị cuốn từ vỉa vào đại lý 188bet sẽ bắt đầu rơi hoặc chảy ngược trở lại đáy đại lý 188bet dưới tác dụng của trọng lực. Lượng chất lỏng chảy ngược sẽ tích tụ dần ở đáy đại lý 188bet làm áp suất thủy tĩnh ở đáy đại lý 188bet tăng lên, dẫn đến lưu lượng khí khai thác giảm dần và cản trở hoạt động khai thác. Vận tốc dòng khí tiếp tục giảm, pha lỏng tích tụ nhiều hơn nên hình thành các màng chất lỏng chảy ngược liên tục theo thành ống khai thác xuống đáy đại lý 188bet. Khi cột chất lỏng ở đáy đại lý 188bet đủ lớn sẽ ngăn hoàn toàn dòng khí đi vào đại lý 188bet.

Hiện tượng ngưng tụ lỏng và chảy ngược, tích tụ lỏng ở đáy đại lý 188bet khai thác được tạo ra và bị ảnh hưởng bởi các yếu tố thủy động lực học thay đổi trong quá trình khai thác của đại lý 188bet (như áp suất - nhiệt độ và lưu lượng), cơ chế dòng chảy (như sự chảy rối của dòng khí và lỏng), quỹ đạo đại lý 188bet khai thác, độ nhám thành đại lý 188bet, tổn hao nhiệt - áp hoặc sự thay đổi trong quá trình điều hành khai thác (như tăng giảm van, côn điều tiết trên miệng đại lý 188bet đột ngột)... Hiện tượng này còn phụ thuộc vào thành phần của khí - lỏng của từng đối tượng khai thác với hàm lượng lỏng trong khí cao, trạng thái pha của condensate – khí - nước và quá trình tách pha của phần lỏng khi thay đổi nhiệt độ và áp suất.

Các nghiên cứu đầu tiên trên thế giới về ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet tập trung vào dòng khí với các yếu tố như chế độ chảy, kích thước hạt lỏng, tỷ lệ pha khí và pha lỏng, các lực tương tác lên hạt lỏng trong chuyển động. Turner đã đưa ra phương pháp dự báo tốc độ tới hạn của dòng khí dựa trên các tính toán cân bằng giữa lực nâng và trọng lực tác dụng lên các hạt lỏng có kích thước tối đa có thể. Hai yếu tố cơ bản để xác định sự hình thành của quá trình ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet là: (i) hiện tượng ngưng tụ bắt đầu diễn ra khi kích thước của hạt lỏng ngưng tụ đủ lớn để dòng khí chuyển động không đủ khả năng mang theo và hạt lỏng bắt đầu rơi ngược xuống đáy đại lý 188bet do tác dụng của trọng lực; (ii) tính ổn định của lớp màng lỏng bám dọc theo thành ống. Sau này, mô hình Turner tiếp tục được phát triển với nhiều quan điểm mới và đã chứng minh rằng quá trình ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet cần phải nghiên cứu và tính đến chuyển động của dòng chảy pha lỏng dạng màng dọc theo thành ống.

Hiện tượng ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet gồm 5 quá trình liên tục diễn ra trong đại lý 188bet khai thác như sau (Hình 1):

 Hình 1. Các quá trình của hiện tượng ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet

- Quá trình 1: Cả 2 pha khí và lỏng cùng chuyển động lên bề mặt.

- Quá trình 2: Vận tốc của dòng khí giảm thấp đến mức không đủ khả năng đẩy các hạt pha lỏng lên bề mặt. Dòng chất lỏng chảy ngược trở lại đáy đại lý 188bet và bắt đầu tích tụ tại đây.

- Quá trình 3: Lớp chất lỏng tích tụ tại đáy đại lý 188bet dẫn đến tăng áp suất thủy tĩnh ở đáy đại lý 188bet làm giảm lưu lượng dòng khí từ vỉa đi vào đại lý 188bet, quá trình này tiếp tục cho đến khi dòng khí đi vào đại lý 188bet dừng hẳn.

- Quá trình 4: Lượng chất lỏng tích tụ ở đáy đại lý 188bet sau đó bị ép trở lại vỉa khi áp suất ở đáy đại lý 188bet cao hơn áp suất vỉa vùng cận đáy đại lý 188bet. Trong quá trình ép ngược lại đó, áp suất của vùng cận đáy đại lý 188bet được bổ sung (từ năng lượng của vỉa).

- Quá trình 5: Áp suất vùng cận đáy đại lý 188bet được bổ sung cho đến khi đủ để nâng cột chất lưu (2 pha khí - lỏng) trong đại lý 188bet khai thác lên bề mặt, dòng chảy trong đại lý 188bet sẽ hoạt động trở lại.

Các quá trình được mô tả như trong Hình 1 và được lặp lại cho đến khi vỉa không thể bổ sung áp suất cho vùng cận đáy đại lý 188bet đạt áp suất cần thiết để tiếp tục nâng cột lưu chất trong đại lý 188bet đi lên. Khi đó đại lý 188bet sẽ dừng hoạt động hoàn toàn.

Do tính chất phức tạp của hiện tượng ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet khai thác khí, bài báo này tập trung vào các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình ngưng tụ và cơ chế chảy ngược của pha lỏng cũng như quá trình và thể tích lỏng tích tụ có thể dẫn đến phải dừng khai thác của đại lý 188bet. Nghiên cứu đã đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet như: quỹ đạo đại lý 188bet khoan, thành phần khí hydrocarbon của khí khai thác, lưu lượng khai thác, IPR (Inflow Performance Relationship), áp suất miệng đại lý 188bet, tổn hao nhiệt độ - áp suất theo thân đại lý 188bet khai thác, cơ chế dòng chảy trong đại lý 188bet.

Để nghiên cứu và đánh giá yếu tố ảnh hưởng, dự báo quá trình ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet khai thác sử dụng các số liệu như quỹ đạo đại lý 188bet khoan, tính chất chất lưu vỉa, thông số khai thác thực tế của 1 đại lý 188bet khai thác (W-3P) của mỏ khí condensate để xây dựng mô hình dòng chảy trong đại lý 188bet trên phần mềm chuyên dụng. IPR, áp suất miệng đại lý 188bet, hệ số tổn hao nhiệt và hệ chất lưu vỉa đưa vào mô hình được khớp lịch sử với các thông số thực tế khai thác của đại lý 188bet W-3P để chính xác lại mô hình thủy động lực học của đại lý 188bet. Mô hình đủ độ tin cậy để chạy mô phỏng nghiên cứu, đánh giá các yếu tố chính ảnh hưởng đến đại lý 188bet và phân tích cơ chế cũng như dự báo quá trình ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet khai thác.

2. Hiện trạng khai thác và các yếu tố ảnh hưởng

Về hiện trạng khai thác, khu vực nghiên cứu có 4 đại lý 188bet khai thác với lưu lượng trung bình đại lý 188bet khoảng 20 triệu ft3 khí tiêu chuẩn/ngày (mmsfc/d). Tuy nhiên động thái khai thác từng đại lý 188bet có sự khác biệt rất lớn, lưu lượng khí thay đổi từ 3 - 50 triệu ft3 khí/ngày, tỷ số condensate và khí (CGR) thay đổi từ 60 - 180 thùng trong điều kiện tiêu chuẩn/triệu ft3 khí. Phân tích lưu lượng dòng và đồ thị áp suất đáy đại lý 188bet cho thấy tại các đại lý 188bet, áp suất đều giảm xuống thấp hơn so với áp suất bão hòa, dẫn đến quá trình tách pha và hiện tượng ngưng tụ lỏng xuất hiện ở các đại lý 188bet đang khai thác. Tuy nhiên, mức độ ảnh hưởng của quá trình này đến hiệu quả khai thác của từng đại lý 188bet khác nhau, do chất lượng đá chứa tại các khu vực có sự biến đổi tương đối lớn. Các đại lý 188bet khai thác chịu ảnh hưởng lớn nhất của ngưng tụ lỏng trong vỉa là đại lý 188bet W-2P và W-3P. đại lý 188bet W-3P hiện đang khai thác với hệ số sản phẩm thấp và tốc độ suy giảm nhanh.

Trong phạm vi bài báo này, các thông số vỉa vùng cận đáy đại lý 188bet, chất lưu vỉa, thông số đại lý 188bet, động thái khai thác của đại lý 188bet W-3P đã được sử dụng để xây dựng mô hình mô phỏng dòng chảy trong đại lý 188bet, phục vụ cho các đánh giá chuyên sâu. Tính từ thời điểm bắt đầu đưa vào hoạt động tới thời điểm tiến hành nghiên cứu, đại lý 188bet W-3P khai thác được 2 tỷ ft3 khí và 0,218 triệu thùng condensate. Sản lượng trung bình của đại lý 188bet đạt 2,7 triệu ft3 tiêu chuẩn/ ngày và 366 thùng condensate/ngày, CGR của đại lý 188bet rất cao, từ 112 - 130 thùng/triệu ft3 khí. Áp suất của đáy đại lý 188bet

trung bình là 4.368psi, khi khai thác giảm xuống 2.733psi và áp suất ngưng tụ condensate của mỏ nằm trong khoảng 6.984,7 - 7.428,7psi. Do đó, ngay khi bắt đầu khai thác thì tại vùng cận đáy đại lý 188bet đã có quá trình tách pha của condensate và gây ra hiện tượng ngưng tụ lỏng trong vỉa làm ảnh hưởng tới khả năng khai thác của đại lý 188bet. Tuy nhiên ngưng tụ lỏng trong vỉa chủ yếu xảy ra tại khu vực cận đáy đại lý 188bet nên khi đóng đại lý 188bet áp suất phục hồi rất nhanh. Như vậy, quá trình ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet diễn ra rất phức tạp và bất thường do áp suất vùng cận đáy đại lý 188bet, lưu lượng khí - lỏng và thành phần khí khai thác sẽ thay đổi do phụ thuộc vào quá trình ngưng tụ lỏng tại vùng cận đáy đại lý 188bet.

Lịch sử đại lý 188bet W-3P cho thấy giai đoạn Q1 (Hình 2) có động thái khai thác ổn định. Các kết quả đánh giá đã khẳng định quá trình ngưng tụ lỏng tại vùng cận đáy đại lý 188bet không ảnh hưởng nhiều đến trạng thái khai thác của đại lý 188bet nên nhóm tác giả đã chọn giai đoạn Q1 làm số liệu đầu vào cho mô hình đại lý 188bet để chính xác và dự báo ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet. Tính đến thời điểm thực hiện nghiên cứu, đại lý 188bet W-3P và các đại lý 188bet khai thác khác của mỏ đều không có nước khai thác, chủ yếu là vi lượng nằm trong dòng khí khai thác đi lên. Do đó, quá trình ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet W-3P là quá trình ngưng tụ của các hydrocarbon từ các giọt chất lỏng tồn tại trong dòng khí hoặc màng chất lỏng trên bề mặt ống khai thác trong quá trình dịch chuyển của hệ chất lưu từ đáy đại lý 188bet lên miệng đại lý 188bet. 

Hình 2. Biểu đồ sản lượng khai thác đại lý 188bet W-3P

3. Mô hình dòng chảy đa pha thủy động lực của đại lý 188bet W-3P

Mô hình nghiên cứu hiện tượng ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet W-3P được xây dựng trên phần mềm mô phỏng dòng chảy đa pha để mô phỏng dòng chảy động trong đại lý 188bet theo quá trình khai thác của đại lý 188bet. Các phương trình tính toán cân bằng khối lượng đã được sử dụng cho từng trạng thái và pha riêng biệt phụ thuộc vào tính chất của lưu thể như với pha khí đã tách lỏng, nước khai thác dạng giọt, nước khai thác dạng màng, condensate dạng giọt hoặc condensate dạng màng. Phương trình động lượng cũng được tính toán đồng thời trong phần mềm cho nhiều pha của hệ lưu thể vỉa.

3.1. Quỹ đạo đại lý 188bet khai thác W-3P

Quỹ đạo đại lý 188bet, khoảng hoàn thiện, thiết bị lòng đại lý 188bet thực tế của đại lý 188bet W-3P đã được đưa vào mô hình mô phỏng (Hình 3).

3.2. Hệ số trao đổi nhiệt

Hệ số trao đổi nhiệt của hệ chất lưu trong đại lý 188bet với nhiệt độ đá vỉa theo thân đại lý 188bet khoan được mô phỏng lại thông qua giá trị OHTC (overall heat transfer coefficient). Hệ số trao đổi nhiệt được đưa vào dựa trên thông số của chất liệu của thành đại lý 188bet cũng như giá trị phù hợp để mô phỏng sự tổn hao nhiệt độ theo thân đại lý 188bet phù hợp với thực tế' khai thác của quá trình thay đổi từ nhiệt độ vỉa (150oC) lên đến miệng đại lý 188bet (52oC).

Hình 3: Sơ đồ cấu trúc và quỹ đạo đại lý 188bet W-3P trên phần mềm chuyên dụng

Hình 4. Giản đó pha của khí vỉa của đại lý 188bet W-3P

3.3. Tính chất của khí khai thác

Tính chất hệ chất lưu là vấn đề quan trọng khi khí khai thác trên điểm sương ở điều kiện vỉa do sự dịch chuyển từ khí vỉa sang khí có chứa condensate tách từ khí vỉa là yếu tố ảnh hưởng quan trọng lên sự tổn hao áp suất từ vỉa vào đại lý 188bet và dọc thân đại lý 188bet khai thác, ngoài ra còn ảnh hưởng đến quan hệ giữa ngưng tụ lỏng và cân bằng pha khí - lỏng. Thành phần khí của đại lý 188bet W-3P đưa vào mô hình được lấy từ kết quả phân tích thử vỉa để loại trừ khả năng sai lệch do bị mất phần nặng từ quá trình ngưng tụ lỏng trong vỉa (Hình 4).

3.4. Các thông số khai thác của đại lý 188bet W-3P

IPR trong giai đoạn Q1 của đại lý 188bet khai thác W-3P được sử dụng làm thông số đầu vào cho mô hình đại lý 188bet. Áp suất đáy đại lý 188bet, áp suất miệng đại lý 188bet, lưu lượng khai thác khí và tỷ số CGR được khớp với thực tế của giai đoạn Q1 của đại lý 188bet khai thác. IPR được xác định từ số liệu đo đạc thực tế và tính toán cùng giai đoạn khai thác Q1 với công thức sau:

Q = 0,052 (PR2 - P 2) với Q = scf/D, P = psia

Áp suất đáy đại lý 188bet được tính từ đường IPR cho kết quả khớp với thực tế đo của đại lý 188bet là khoảng 155bar. Ngoài ra, các thông số khác cũng được khớp với thực tế như áp suất miệng đại lý 188bet được khớp với thực tế khoảng 90bar, lưu lượng khớp với thực tế khoảng 2 triệu ft3 tiêu chuẩn/ngày và CGR khoảng 120 thùng trong điều kiện tiêu chuẩn/ triệu ft3. Mô hình mô phỏng thủy động lực học của đại lý 188bet W-3P đã được chính xác với thực tế khai thác để chạy dự báo phục vụ nghiên cứu đánh giá các yếu tố ảnh hưởng, cơ chế ngưng tụ lỏng và lưu lượng tới hạn để không xảy ra quá trình ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet làm giảm sản lượng khai thác.

3.5. Các kịch bản mô phỏng

Các kịch bản mô phỏng được thực hiện mô phỏng lại quá trình suy giảm lưu lượng đại lý 188bet W-3P. Các phương án đánh giá ảnh hưởng của tính chất hệ chất lưu được mô phỏng như CGR thay đổi từ 125, 170 và 270 thùng/triệu ft3 khí, hàm lượng nước thay đổi theo tỷ lệ của pha lỏng do WCT từ 0 đến 0,5. Các thông số quan trọng như đường kính đại lý 188bet và góc nghiêng được nghiên cứu chi tiết nhằm đánh giá ảnh hưởng và đưa ra các bài học cho việc thiết kế tối ưu các đại lý 188bet khai thác của mỏ sau này. Các kịch bản mô phỏng và dự báo như sau:

- Đánh giá ảnh hưởng và dự báo khả năng ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet W-3P theo sự suy giảm của lưu lượng khai thác khí.

- Đánh giá ảnh hưởng và dự báo khả năng ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet W-3P do lượng lỏng tăng lên trong pha khí (CGR).

- Đánh giá ảnh hưởng và dự báo khả năng ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet W-3P do WCT tăng từ 0 đến 0,5.

- Đánh giá ảnh hưởng và dự báo khả năng ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet W-3P với các thay đổi góc nghiêng của đại lý 188bet W-3P.

4. Kết quả dự báo hiện tượng ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet W-3P

Kết quả mô phỏng trên điều kiện thực đại lý 188bet W-3P cho thấy lưu lượng khai thác giảm theo thời gian và đại lý 188bet dừng hoạt động tại time-step 260. Áp suất đáy đại lý 188bet biến động và tăng cao trong giai đoạn cuối đến khi không thể đẩy được chất lỏng lên miệng đại lý 188bet và lưu lượng khí tại time-step 260 bằng 0 (Hình 5 và 6).

Hình 5. Mối quan hệ giữa ngưng tụ lỏng và sự suy giám lưu lượng khí

Ngưng tụ lỏng bắt đầu xảy ra khi lưu lượng giảm xuống dưới 750 nghìn ft3 khí/ngày, pha lỏng ngưng tụ ở đáy đại lý 188bet tăng dần tới thời điểm dòng khí không đủ động năng để chảy lên bề mặt, đại lý 188bet bị ngừng khai thác. Quá trình ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet W-3P xảy ra theo 3 giai đoạn sau (Hình 5):

- Giai đoạn 1: Thời gian bắt đầu mô phỏng tương ứng với lưu lượng khí cũng như các thông số khai thác khác (BHP, THP, THT, CGR...) được mô phỏng khớp với giai đoạn khai thác thực tế Q1.

- Giai đoạn 2: Theo thời gian khai thác lưu lượng khí đại lý 188bet W-3P giảm dần xuống và quá trình ngưng tụ lỏng bắt đầu xuất hiện với cả 2 hiện tượng ngưng tụ dạng giọt và ngưng tụ dạng màng. Lưu lượng khí bắt đầu không ổn định khi giảm đến 750 nghìn ft3 khí/ngày.

- Giai đoạn 3: Quá trình ngưng tụ lỏng với quá trình ngưng tụ ngược từ miệng đại lý 188bet đến đáy đại lý 188bet và tích tụ dần dưới đáy đại lý 188bet làm cản trở dòng khí đi lên và kết quả là năng lượng dòng khí không đủ để tiếp tục đẩy cột chất lỏng đi lên, có thể khiến đại lý 188bet dừng hoạt động mặc dù chênh áp giữa đáy đại lý 188bet và miệng đại lý 188bet vẫn lớn.
Giai đoạn 1 chính là trạng thái khai thác hiện tại của đại lý 188bet W-3P với CGR = 125 thùng trong điều kiện tiêu chuẩn/triệu ft3 khí và lưu lượng khí khoảng 2 triệu ft3 thì hiện tượng ngưng tụ lỏng chưa xảy ra, thể hiện qua VL = 0 (Hình 6). Lượng lỏng trong pha khí tiếp xúc với bề mặt ống khai thác và dòng khí vẫn đủ năng lượng để đẩy lên trên miệng đại lý 188bet.

Giai đoạn 2 với lưu lượng khí giảm xuống theo IPR giảm. Tại thời điểm với lưu lượng khí khoảng 800 nghìn ft3 khí/ngày và áp suất đáy đại lý 188bet BHP = 150bar thì quá trình ngưng tụ lỏng bắt đầu xuất hiện. Hiện tượng này làm cản trở dòng chảy của khí dẫn đến lưu lượng khí khai thác không ổn định (Hình 7). Quá trình chảy ngược của hệ chất lỏng tại một số vị trí trên thân đại lý 188bet (Hình 8) ở vị trí góc nghiêng của đại lý 188bet (1.400 mTVD). Tuy nhiên lưu lượng khí còn cao và đến một giá trị chênh áp đủ lớn đã đẩy lượng chất lỏng ngưng tụ lên miệng đại lý 188bet, dẫn đến lưu lượng khí lên bề mặt không ổn định. Sự tăng/giảm phụ thuộc vào các nút chất lỏng được đẩy lên.

Giai đoạn 3 được nghiên cứu và đánh giá nhằm xác định ảnh hưởng của quá trình ngưng tụ lỏng đến hiệu quả khai thác của đại lý 188bet W-3P cũng như xác định thời gian từ khi xuất hiện ngưng tụ lỏng đến khi đại lý 188bet không còn có khả năng cho dòng khí. Lượng chất lỏng chảy xuống và tích tụ ở đáy đại lý 188bet được thể hiện qua VL = -0,5 đến -1 ứng với thời gian và vị trí trong thân đại lý 188bet từ đáy đại lý 188bet lên miệng đại lý 188bet (Hình 9).

Quá trình ngưng tụ lỏng xảy ra trong đại lý 188bet W-3P làm lưu lượng khí khai thác giảm nhanh và sau một thời gian lưu lượng lỏng thu hồi trên miệng đại lý 188bet cũng bằng 0. Điều này cho thấy ảnh hưởng của quá trình ngưng tụ lỏng lên đại lý 188bet rất nhanh và khi cột chất lỏng tích tụ dần ở đáy đại lý 188bet đủ lớn đến khi vận tốc của dòng khí không đủ năng lượng để nâng nút chất lỏng lên miệng đại lý 188bet sẽ làm đại lý 188bet dừng hoạt động mặc dù chênh áp giữa đáy đại lý 188bet và miệng đại lý 188bet là rất lớn (Hình 10).

Hình 6: Cơ chế dòng chảy và vận tốc khí- lỏng trong đại lý 188bet W- 3P

Hình 7. Lưu lượng khítại thời gian mô phỏng 165 -170 ngày 

Hình 8: Cơ chế dòng chảy theo thân đại lý 188bet khoan khi ngưng tụ lỏng hình thành

Hình 9. Lưu lượng khítại thời gian mô phỏng 165 -170 ngày 
 

Hình 10. Chênh áp giữa áp suốt đáy đại lý 188bet và miệng đại lý 188bet W-3P
 

Hình 11. Ảnh hưởng của CGR lên quá trình ngưng tụ lỏng của đại lý 188bet W-3P

Hình 12. Ảnh hưởng của quỹ đạo đại lý 188bet đến hiện tượng ngưng tụ lỏng

4.1. Ảnh hưởng của CGR lên quá trình ngưng tụ lỏng của đại lý 188bet W-3P

Kết quả phân tích thành phần hydrocarbon của khí ở đại lý 188bet W-3P theo các giai đoạn khai thác từ thử vỉa đến nay và kết quả phân tích khí của mỏ cho thấy tính chất và chỉ số CGR thay đổi theo thời gian khai thác cũng như các khu vực trên mỏ. Sự thay đổi CGR sẽ làm thay đổi thời điểm cũng như cơ chế dòng chảy của quá trình ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet. Nghiên cứu đã tiến hành đánh giá ảnh hưởng CGR với các trường hợp độ nhạy CGR = 125, 170 và 270 thùng trong điều kiện tiêu chuẩn/triệu ft3 theo các kết quả phân tích về mức độ biến động CGR của đại lý 188bet và của mỏ.

Kết quả mô phỏng cho thấy với CGR tăng dẫn đến quá trình ngưng tụ lỏng xảy ra sớm hơn và mức độ nghiêm trọng hơn (Hình 11). Lưu lượng khí của đại lý 188bet

W-3P với các tỷ số CGR cao có độ dao động không ổn định lớn hơn so với các trường hợp có CGR thấp hơn. Ngoài ra, tỷ số CGR thấp thì lưu lượng khí để quá trình ngưng tụ lỏng không xảy ra phải lớn hơn 750 nghìn ft3 khí/ngày còn với các tỷ số CGR cao hơn thì phải hơn 1 triệu ft3 khí/ngày.

4.2 Đánh giá ảnh hưởng của quỹ đạo đại lý 188bet đến hiện tượng ngưng tụ lỏng

Kết quả mô phỏng cho thấy với quỹ đạo đại lý 188bet W-3P hiện tại khả năng xảy ra ngưng tụ lỏng là cao nhất với góc nghiêng 30 - 40o ở độ sâu 1.400 mTVD (Hình 12). Các phân tích về áp suất tổn hao dọc thân đại lý 188bet cũng cho thấy với quỹ đạo hiện tại thì mức độ tổn hao lớn nhất tại góc nghiêng này nên quá trình ngưng tụ lỏng xảy ra nghiêm trọng nhất tại vị trí này. Một số quỹ đạo với góc nghiêng khác được nghiên cứu nhằm đưa ra các thông số phục vụ tối ưu thiết kế các đại lý 188bet mới sau này của mỏ.

Hình 13. Hiện tượng ngưng tụ lỏng với các đường kính đại lý 188bet

4.3. Đánh giá ảnh hưởng của đường kính đại lý 188bet

Nghiên cứu đã xây dựng và đánh giá ảnh hưởng trên thông số đại lý 188bet W-3P với các đường kính ống ID = 4,67"; 3,5" và 2,48". Kết quả cho thấy với đường kính đại lý 188bet ID = 2,48" sẽ không có khả năng xảy ra hiện tượng ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet suốt quá trình khai thác. ID = 3,5" thì hiện tượng ngưng tụ lỏng xảy ra muộn hơn so với trường hợp ID = 4,67" hiện tại của đại lý 188bet W-3P và với lưu lượng khí tới hạn cũng thấp hơn khoảng 600 nghìn ft3/ngày (Hình 13). Kết quả cũng cho thấy việc xử lý khi đại lý 188bet W-3P có hiện tượng ngưng tụ lỏng với ống nhỏ sẽ hiệu quả trong tương lai.

4.4. Đánh giá ảnh hưởng của độ ngập nước

Tính đến thời điểm thực hiện nghiên cứu, đại lý 188bet W-3P chưa xuất hiện nước khai thác, song trong tương lai hiện
tượng nước xâm nhập có thể xảy ra. Với tỷ trọng riêng của nước lớn hơn condensate, khi xuất hiện nước sẽ làm hiện tượng ngưng tụ lỏng xảy ra trầm trọng hơn. Kết quả mô phỏng cho thấy ở WCT = 0,5 (tương đương 250 thùng trong điều kiện tiêu chuẩn/ngày) đại lý 188bet W-3P xuất hiện hiện tượng ngưng tụ lỏng ở lưu lượng khí khá lớn khoảng 1,1 triệu ft3/ngày (Hình 14). Khi nước vỉa xâm nhập sẽ khiến đại lý 188bet khai thác dừng rất nhanh do hiện tượng ngưng tụ lỏng xảy ra sớm hơn, lượng chất lỏng chảy ngược và tích tụ đáy đại lý 188bet nhanh hơn.

5. Kết luận

Kết quả nghiên cứu mô hình mô phỏng đại lý 188bet đứng (đại lý 188bet chuẩn) và đại lý 188bet nghiêng đã chứng minh các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet khai thác khí. Ngoài ra, các yếu tố khác cũng có ảnh hưởng đến quá trình ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet khai thác thực tế như: đường kính đại lý 188bet khai thác, tổn hao nhiệt độ - áp suất dọc đại lý 188bet khoan do vật liệu của đại lý 188bet.

Hình 14. Ảnh hưởng của WCT tới quá trình ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet

Nghiên cứu và kết quả mô hình mô phỏng thủy động lực học dòng chảy 2 pha trong đại lý 188bet thực tế' W-3P cho thấy với lưu lượng khí vỉa khai thác hiện tại gần 2 triệu ft3 khí/ngày thì chưa xảy ra hiện tượng ngưng tụ lỏng. Điều này giải thích lý do đại lý 188bet W-3P có lưu lượng khí khai thác và áp suất đáy đại lý 188bet, áp suất miệng đại lý 188bet ổn định. Trong giai đoạn tới, nếu lưu lượng khí khai thác của đại lý 188bet W-3P giảm < 800 nghìn ft3/ngày thì hiện tượng ngưng tụ lỏng sẽ xảy ra và có nguy cơ dừng khai thác của đại lý 188bet.

Với các kết quả mô phỏng đánh giá ảnh hưởng của CGR, đường kính của đại lý 188bet và với cấu hình hiện tại của đại lý 188bet W-3P có góc nghiêng 30o cho thấy có rủi ro ngưng tụ lỏng khá lớn. Các kết quả mô phỏng là cơ sở giúp nhà điều hành triển khai các giải pháp giúp ngăn ngừa hiện tượng ngưng tụ lỏng trong đại lý 188bet, có thể thiết kế tối ưu các đại lý 188bet khai thác với quỹ đạo đại lý 188bet phù hợp, đường kính đại lý 188bet nhỏ hơn.

Tài liệu tham khảo

1. R.G.Turner, M.G.Hubbard, A.E.Dukler. Analysis and prediction of minimum flow rate for the continuous removal of liquids from gas wells. Journal of Petroleum Technology. 1968; 21(11): p. 1.475 - 1.482.

2. Steve B.Coleman, Hartley B.Clay, David G.McCurdy, Lee H.Norris III. Applying gas well load up technology. Journal of Petroleum Technology. 1991; 43(3): p. 344 - 349.

3. Steve B.Coleman, Hartley B.Clay, David G.McCurdy, Lee H.Norris III. A new look at predicting gas well load up. Journal of Petroleum Technology. 1991; 43(3): p. 329 - 333.

4. Min Li, Sun Lei, Shilun Li. New view on continuous- removal liquids from gas wells. SPE Permian Basin Oil and Gas Recovery Conference, Midland, Texas. 15 - 17 May, 2001.

5. Niek Dousi, Cornelis A.M.Veeken, Peter K.Currie. Modeling the gas well liquid loading process. Offshore Europe, Aberdeen, United Kingdom. 6 - 9 September, 2005.

6. Mutaz A.Daas, Thomas Stephen Golczynski, Jason J.Harry. Minimum flowrate to unload gas wells: Dynamic multiphase modeling to validate existing correlations. SPE Latin American and Caribean Petroleum Engineering Conference, Mexico. 16 - 18 April, 2012.

7. Fernando S.Flores-Avila, John Rogers Smith, Adam T.Bourgoyne, Darryl A.Bourgoyne. Experimental evaluation of control fluid fallback during off-bottom well control: Effect of deviation angle. IADC/SPE Drilling Conference, Dallas, Texas. 26 - 28 February, 2002.

8. Eric G.Grija. Experimental study of gas liquid flow through a tubing casing annulus with application to natural gas wells. Colorado School of Mines. 2006.

9. Stefan Belfroid, Wouter Schiferli, Garrelt Alberts, Cornelis A.M.Veeken, Ewout Biezen. Predicting onset and dynamic behaviour of liquid loading gas wells. SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Denver, Colorado, USA. 21 - 24 September, 2008.

10. Donald F.B. Jackson, Claudio Juan Jose Virues, David Sask. Investigation of liquid loading in tight gas horizontal wells with a transient multiphase flow simulator. Canadian Unconventional Resources Conference, Calgary, Alberta, Canada. 15 - 17 November, 2011.

11. Cem Sarica, Ge Yuan, Robert P.Sutton, Eduardo Javier Pereyra. An experimental study on liquid loading of vertical and deviated gas wells. SPE Production and Operations Symposium, Oklahoma, USA. 23 - 26 March, 2013.

12. Anton Skopich, Eduardo Pereyra, Cem Sarica, Mohan Kelkar. Pipe diameter effect on liquid loading in vertical gas wells. SPE Production and Operations. 2013; 30(2): p. 164 - 176.

13. William James Hearn. Gas well deliquification application overview. Abu Dhabi International Petroleum Exhibition & Conference, Abu Dhabi, UAE. 1 - 4 November, 2010.

14. Abdul Rehman, Nitsupon Soponsakulkaew, Oladele Olalekan Bello, Gioia Falcone. A generic model for optimizing the selection of artificial lift methods for liquid loaded gas well. SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Denver, CO, USA. 30 October - 2 November, 2011.

15. Curtis Hays Whitson, Silvya Dewi Rahmawati, Aleksander Juell. Cyclic shut-in eliminates liquid loading in gas well. SPE/EAGE European Unconventional Resources Conference and Exhibition, Viena, Austria. 20 - 22 March,2012.

RESEARCH AND EVALUATION OF IMPACT FACTORS AND FORECAST OF LIQUID LOADING PROCESS IN PRODUCTION WELLS OF GAS CONDENSATE FIELDS

Nguyen Minh Quy( 1), Ngo Huu Hai (2), Dang Anh Tuan (2), Tran Vu Tung (2), Hoang Long (1), Pham Truong Giang (1), Le Thi Thu Huong (1) 

1. Vietnam Petroleum Institute

2. Bien Dong POC

Email: quynm@vpi.pvn.vn

Summary

The liquid loading process in wellbore is one of the main reasons which causes production rate decline in gas-condensate field, especially in the end of field life. This process is influenced by many factors such as the change of hydrodynamic parameters, flow regime, well trajectory, properties of reservoir fluids or the change of production rate during operating activities. The article analysed the mechanism and the main factors that have impact on the process of liquid loading, based on investigations of the impact of production regime, well trajectory, reservoir fluid properties during production. Research results of hydrodynamic model of multi-phase well-flow in Well W-3P show a high possibility of liquid loading and a high risk of operation suspension if gas production rate drops below 800 thousand ft3/day. This is the basis for operator to deploy solutions to prevent the liquid loading process and develop optimal designs for production wells with appropriate well trajectory and well diameter.
Key words: Liquid loading, critical gas rate, well flow, production optimisation.