Phương pháp khai thác mỏ dầu khí bằng bơm ép bù để duy trì áp suất vỉa được sử dụng rộng rãi cho các đối tượng mỏ trên thế giới. Phương pháp này cũng là phương pháp khai thác dầu tăng cường chủ đạo được sử dụng cho phần lớn các mỏ ở Việt Nam. Trong quá trình thực hiện khai thác dầu bằng bơm ép bù, lưu lượng các giếng khai thác dầu và bơm ép nước ảnh hưởng trực tiếp đến dòng chảy trong vỉa chứa, qua đó ảnh hưởng đến khả năng quét dầu và hệ số thu hồi dầu của mỏ. Ảnh hưởng này có thể rất lớn đối với các đối tượng mỏ đá móng nứt nẻ (phổ biến tại Việt Nam) mà trong đó tồn tại nguy cơ hình thành các lưỡi nước và vùng dầu cô lập trong môi trường nứt vỡ. Việc thay đổi chế độ khai thác-bơm ép trên phạm vi toàn mỏ và từng giếng một cách hợp lý vì vậy có thể xem như một giải pháp tăng cường hệ số thu hồi dầu hiệu quả và ít tốn kém.

Về lý thuyết, việc giảm nhịp độ khai thác-bơm ép (giảm tổng lượng dầu khai thác và bơm ép hàng năm) có thể là một giải pháp hạn chế việc hình thành các lưỡi nước và vùng dầu cô lập trong vỉa. Tuy nhiên, giải pháp này không khả thi do nhiều vấn đề liên quan đến tính toán kinh tế, đầu tư và các vấn đề xã hội khác. Vì vậy, bài toán thực tế đặt ra trở thành: Tối ưu hóa phân bố lưu lượng chất lưu khai thác và bơm ép bù các giếng sao cho tổng lượng dầu khai thác đạt hoặc vượt mức kế hoạch đề ra và giảm thiểu độ ngập nước toàn mỏ. Về bản chất, việc giảm thiểu độ ngập nước trong khai thác đồng nghĩa với việc nâng cao khả năng quét dầu của nước bơm xuống, hạn chế sự hình thành các vùng dầu không di chuyển và hạn chế khả năng đóng giếng do ngập nước cao, vì vậy sẽ có tác động nâng cao hệ số thu hồi dầu của mỏ.

Do có ý nghĩa to lớn trong điều hành khai thác mỏ, tối ưu hóa phân bố lưu lượng khai thác - bơm ép bù đã được quan tâm nghiên cứu rộng rãi trên thế giới và ở Việt Nam. Để giải quyết bài toán này, rõ ràng điều kiện tiên quyết là phải có một mô hình dự báo khai thác mỏ đủ tin cậy và trong đó phản ánh được tương đối chính xác sự thay đổi của tổng lượng dầu và lượng nước khai thác khi thay đổi phân bố lưu lượng của các giếng khai thác và bơm ép.

Xuất phát từ thực tiễn trên, TS. Đoàn Duy Hiên cùng nhóm nghiên cứu tại Viện dầu khí Việt Nam thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ dự báo khai thác và tối ưu hóa nhịp độ phân bố khai thác-bơm ép bù cho mỏ dầu khí trưởng thành sử dụng kết hợp một số thuật toán trí tuệ nhân tạo” với mục tiêu xây dựng một chu trình tính toán dự báo sản lượng khai thác của mỏ dầu khí trưởng thành bằng các thuật toán dự báo ko mô phỏng thuỷ động lực học (bao gồm các phương pháp từ mô hình vật lý, số liệu khai thác, bơm ép và mô hình vật lý hoặc các phương pháp chỉ sử dụng số liệu khai thác và bơm ép) từ đó để xây dựng được kế hoạch bơm ép.

Đề tài đã xây dựng được các phương pháp khớp lịch sử và dự báo sản lượng bằng các thuật toán không mô phỏng bao gồm: Điện trở điện dung, Mạng lưới thô và các thuật toán học máy (MLR, SVM, ANN, tree based methods). Các phương pháp này đều tính toán nhanh và có thể sử dụng máy tính cá nhân trong việc thử nghiệm và tối ưu, do đó khá tiện dụng cho các kỹ sư công nghệ mỏ trong việc sử dụng. Các quy trình công nghệ này đã được thử nghiệm và đăng ký sở hữu trí tuệ.

Các phương pháp này đều đã được thử nghiệm với số liệu thực tế phần trung tâm mỏ Bạch Hổ và đều đã thực hiện thành công với tập số liệu này và có thể thực hiện cho các mỏ clastic khác. Kết quả thử nghiệm cho khối trung tâm mỏ Bạch hổ cho thấy các phương pháp học máy, cụ thể là phương pháp rừng ngẫu nhiên cho kết quả khớp lịch sử và dự báo phù hợp nhất với độ tin cậy cao.

Việc thử nghiệm đối với CRM không thật chính xác nhưng có thể định tính trong việc đánh giá tính tương tác giữa giếng bơm ép và giếng khai thác, điều này hỗ trợ các kỹ sư công nghệ mỏ trong việc quản lý, nâng cao hiệu quả quản lý khai thác.

Các giải thuật tối ưu được đề xuất và thử nghiệm với phương pháp CRM, ANN và SVM và đều cho những kết quả tính toán có thể tối ưu được nhịp độ bơm ép cho các giếng đang hoạt động và tính toán gia tăng được khoảng từ 4% đến hơn 5% so với đường lưu lượng khai thác cơ sở.

Đối với các phương pháp học máy khác việc sử dụng các thuật toán tối ưu truyền thống khó khăn vì tính toán đạo hàm riêng của hàm số, do đó các phương pháp tối ưu không sử dụng gradient được sử dụng như tìm kiếm ngẫu nhiên, tìm kiếm theo lưới và kết quả cũng tìm được nhịp độ bơm ép tối ưu cho các giếng đang hoạt động. Kết quả tính toán cho thấy với nhịp độ bơm ép này có thể gia tăng sản lượng cơ sở lên khoảng 2% đến 4%.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 23268/2023) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Đ.T.V (NASATI)