Vietsovpetro và các nghiên cứu thầm lặng phía sau 'giọt dầu'

Vietsovpetro: Mô hình hợp tác quốc tế kiểu mẫu thành công ở Việt Nam

Hành trình tìm dầu trong móng mỏ Bạch Hổ

Bể trầm tích Cửu Long được lấp đầy bởi các đá trầm tích có tuổi tuyệt đối không quá 65 triệu năm, trong đó đá già nhất phát hiện được có tuổi địa chất là Oligocen. Các đá trầm tích nằm kề bên trên móng của bể. Móng hay đáy bể là đá magma có tuổi già hơn đá trầm tích. Theo lý thuyết hữu cơ về nguồn gốc dầu khí, thăm dò dầu khí sẽ tập trung cho các đá trầm tích. Móng không phải là đối tượng được quan tâm.

Năm 1974, Mobil tìm ra dầu trong tầng Miocen qua giếng khoan thăm dò BH-1X. Tiếp quản kết quả này, ngày 24/5/1984, Vietsovpetro tiếp tục thăm dò, khẳng định lại và chi tiết hóa sự tồn tại của dầu trong tầng 23 (Miocen) qua giếng khoan BH-5. Tuy nhiên, khi thử vỉa, lưu lượng chỉ đạt 20 tấn/ngày. Năm 1985, tiếp tục thăm dò, VSP khoan BH-4 phát hiện tầng dầu mới nằm sâu hơn Miocen, đặt tên là tầng 24, thuộc Oligocen.

Cũng trong năm này, với tư duy hướng đến các đối tượng sâu hơn, giếng BH-1 đã được khoan với thiết kế dự phòng đến 3.300m, trong khi độ sâu móng 3.150m. Khi khoan đến 3.118m dung dịch khoan không tuần hoàn lên bề mặt, chứng tỏ tại độ sâu này đá bị nứt nẻ mạnh làm mất dung dịch. Một giải pháp rất Việt Nam đã được áp dụng là trộn vỏ trấu vào dung dịch khoan để vỏ trấu bít, nhét các khe nứt hạn chế khả năng mất dung dịch. Bằng giải pháp này, giếng BH-1 khoan được đến 3.178m, tức là vào móng 28m thì dừng. Do bít nhét vỏ trấu quá nhiều, hoặc thử vỉa không hiệu quả, kết quả thử vỉa tầng 24 thất bại, không cho dòng dầu. May là thử vỉa tầng 23 còn cho dòng khoảng 100 tấn/ngày. Nhờ đó, giếng này đã được đưa vào khai thác từ năm 1986. Ai cũng biết là giai đoạn này Việt Nam rất khó khăn, 1 tấn dầu bán đi, 1 đồng ngoại tệ về với ngân sách đều rất quý.

Tuy nhiên, các giếng khoan tiếp theo cho thấy tầng 23 không có triển vọng tốt. Giếng BH-1 sau 4 tháng khai thác đã giảm sản lượng đáng kể. Song một bộ phận trong tập thể lao động Nga - Việt giữ vững niềm tin vào trí tuệ và sự nhạy cảm địa chất của mình. Tháng 5/1987, Vietsovpetro quyết định khoan giếng BH-6 để xác định ranh giới tầng 23 và Oligocen về phía Nam, đồng thời thử nghiên cứu tầng móng. Giếng khoan đạt chiều sâu 3.533m, trong đó khoan 23m vào móng. Văn liệu cho thấy, 3 lần thử, trong đó có 1 lần ghi là "thử trong móng", đều đạt khoảng 500 tấn/ngày.

Sau một thời gian khai thác, theo quy định giếng BH-1 đến giai đoạn phải tiến hành bảo dưỡng, sửa chữa. Khi sửa chữa, Vietsovpetro đã có một quyết định táo bạo là khoan lại vào tầng móng. Kết quả sau khi khoan và rửa đáy giếng, xuất hiện dòng lên đến 2.000 tấn/ngày. Do áp suất quá lớn, Ban lãnh đạo Vietsovpetro lúc đó đã quyết định khai thác luôn bằng cần khoan, đợi giảm áp rồi hoàn thiện giếng sau. Tấn dầu đầu tiên được khai thác từ móng, khi đó là 10 giờ ngày 6/9/1988, một thời khắc lịch sử.

Hình  1. Một số hình ảnh về đá móng nứt nẻ mỏ Bạch Hổ.

Việc phát hiện và đưa vào khai thác thành công thân dầu trong đá móng granitoid nứt nẻ mỏ Bạch Hổ, bể Cửu Long, thềm lục địa Việt Nam đã làm thay đổi quan điểm tìm kiếm, thăm dò dầu khí truyền thống, hình thành quan điểm tìm kiếm, thăm dò dầu khí mới trong khu vực và trên thế giới. Tư duy này mở ra một hướng tìm kiếm, thăm dò dầu khí mới không chỉ ở bể Cửu Long mà còn ở các bể trầm tích khác của Việt Nam, bổ sung thêm vào lý thuyết hệ thống dầu khí, đóng góp rất quan trọng về cả lý thuyết và thực tiễn cho khoa học - công nghệ dầu khí thế giới, tạo bước ngoặt cho sự phát triển của ngành Dầu khí Việt Nam.

Ngay sau khi phát hiện dầu trong đá móng và đưa vào khai thác vào năm 1988, Vietsovpetro đã tổ chức nghiên cứu tỷ mỉ thân dầu hiếm có này. Khó khăn lớn nhất là đá chứa móng mỏ Bạch Hổ thuộc loại phi truyền thống, trên thế giới chưa có nhiều công trình nghiên cứu về đối tượng này. Chuyên gia có kinh nghiệm nghiên cứu đá móng cũng ít. Nhiều vấn đề đã được các chuyên gia Vietsovpetro, vừa tìm hiểu, học hỏi vừa nghiên cứu và từng bước thành công, đã dần dần sáng tỏ cấu trúc địa chất, đặc thù về hệ thống dầu khí, cơ chế hình thành, mô hình đá chứa - đặc trưng thấm chứa, cũng như về mức độ sản phẩm của thân dầu. Qua đó, từng bước xây dựng hệ thống phương pháp luận đầy đủ, khoa học để nghiên cứu thân dầu trong đá móng từ giai đoạn thăm dò, thẩm lượng, thiết kế khai thác, công nghệ khoan và khai thác mỏ.

Cụm công trình "Tìm kiếm, phát hiện và khai thác có hiệu quả các thân dầu trong đá móng granitoid trước Đệ tam bể Cửu Long, thềm lục địa Việt Nam" đã được Chủ tịch nước trao tặng Giải thưởng Hồ Chí Minh về khoa học và công nghệ ngày 18/2/2012. Tập thể tác giả đã nghiên cứu, sáng tạo, hình thành và hoàn thiện tổ hợp các giải pháp công nghệ tìm kiếm, xác định, khai thác dầu trong đá móng chưa có tiền lệ, đạt trình độ khoa học công nghệ quốc tế, bao gồm:

1/ Các nghiên cứu về địa chất và tính toán trữ lượng, như: mô hình địa chất và tính toán trữ lượng dầu trong đá móng granitoit vòm Trung tâm mỏ Bạch Hổ; đặc điểm phân bố, đặc trưng chứa và điều kiện hình thành các vỉa dầu khí trong móng granitoid trước Cenozoic mỏ Bạch Hổ; tính trữ lượng dầu và khí hòa tan mỏ Bạch Hổ; các nghiên cứu về đặc trưng vật lý vỉa, thủy động lực thân dầu trong đá móng nứt nẻ,…

2/ Thiết kế, xây dựng và hoàn thiện công nghệ khai thác, thu gom và xử lý thân dầu trong đá móng nứt nẻ, bao gồm: thiết kế khai thác và xây dựng mỏ, gồm các công trình như: thiết kế khai thác thử công nghiệp thân dầu trong đá móng granitoid vòm Trung tâm mỏ Bạch Hổ năm 1990; sơ đồ công nghệ khai thác và xây dựng mỏ Bạch Hổ năm 1992; chính xác hóa sơ đồ công nghệ khai thác và xây dựng mỏ Bạch Hổ năm 1998; Sơ đồ công nghệ khai thác và xây dựng khu vực Đông Nam Rồng năm 2000…

Đồng thời, Vietsovpetro đã sáng tạo và áp dụng thành công hàng loạt các giải pháp kỹ thuật, công nghệ nhằm hoàn thiện và tối ưu hóa sơ đồ công nghệ khai thác dầu trong đá móng nứt nẻ đạt trình độ khoa học công nghệ tiên tiến của thế giới, trong đó có nhiều giải pháp đã được Việt Nam và nước ngoài cấp bằng phát minh/bằng độc quyền sáng chế. Cụ thể là:

- Phương pháp khai thác thân dầu dạng khối khí đóng kín, không có nước đáy của đá móng kết tinh, cấu thành từ granit, granodiorit và porohiarit nứt nẻ, hang hốc.

- Nghiên cứu các giải pháp công nghệ để xác định tham số mỏ phục vụ đánh giá trữ lượng và thiết kế khai thác dầu trong đá móng granitoit bằng phần mềm BASROC 3.0.

- Phương pháp xác định giá trị độ thấm cho các ô lưới trong mô hình toán học thủy động lực khai thác thân dầu nứt nẻ hang hốc trong đá móng macma kết tinh.

- Hệ thống cảnh báo giếng khoan.

Ứng dụng mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) trong khai thác dầu khí.

- Các giải pháp công nghệ nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu lên đến hơn 50%.

- Nghiên cứu, lựa chọn và áp dụng thành công chế độ bơm ép nước (đúng thời điểm, vị trí, khối lượng bơm ép…) để duy trì áp suất vỉa.

- Các giải pháp công nghệ trong xử lý vỉa, sử dụng gaslift, bơm ngầm.

- Các thành tựu trong công nghệ khoan giếng như: phương pháp khoan giếng xiên định hướng, giải pháp tối ưu hóa cấu trúc giếng khoan, giải pháp gia cố tạm thời thành giếng khoan bằng thiết bị công nghệ ABL, giải pháp khoan kiểm soát áp suất bằng "mũ dung dịch".

- Công nghệ vận chuyển dầu nhiều paraffine nhiệt độ đông đặc cao để vận chuyển bằng đường ống ngầm trong điều kiện thềm lục địa Việt Nam…

Kết quả, việc khai thác thành công, có hiệu quả thân dầu móng nứt nẻ mỏ Bạch Hổ và các mỏ khác ở Việt Nam đã sáng tạo, hình thành và khẳng định tổ hợp các giải pháp công nghệ khai thác thân dầu dạng mới, phi truyền thống trên thế giới. Với tổ hợp các giải pháp này, năng lượng tự nhiên của thân dầu được sử dụng triệt để, hiệu suất quét do bơm ép nước đạt giá trị cao nhất, hệ số thu hồi dầu cuối cùng cao nhất với chi phí phát triển mỏ thấp nhất.

Công nghệ thu gom, xử lý, vận chuyển dầu thô

Dầu khai thác ở mỏ Bạch Hổ có hàm lượng paraffin, độ nhớt và nhiệt độ đông đặc cao, do đó khi được vận chuyển bằng đường ống không bọc cách nhiệt sẽ gây ra hiện tượng lắng đọng paraffin và nguy cơ tắc nghẽn đường ống, dẫn đến phải dừng khai thác. Bằng phương pháp nghiên cứu tính chất lưu biến của dầu, xử lý nhiệt và hóa phẩm, Vietsovpetro đã nghiên cứu, áp dụng, phát triển công nghệ thu gom, xử lý, vận chuyển dầu thô ngoài khơi đạt hiệu quả kinh tế cao, làm thay đổi cơ bản công nghệ xử lý thu gom dầu mỏ Bạch Hổ và Rồng, giúp giảm chi phí xây dựng, vận hành khai thác, rút ngắn thời gian đưa mỏ vào khai thác, tạo điều kiện phát triển các mỏ nhỏ, cận biên bằng hình thức kết nối mỏ...

Từ các kết quả nghiên cứu trên, Cụm công trình "Nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện công nghệ thu gom, xử lý, vận chuyển dầu thô trong điều kiện đặc thù của các mỏ Liên doanh Việt - Nga Vietsovpetro và các mỏ kết nối trên thềm lục địa Nam Việt Nam" được Chủ tịch nước trao tặng Giải thưởng Hồ Chí Minh về khoa học và công nghệ ngày 15/1/2017.

Cụm công trình "Nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện công nghệ thu gom, xử lý, vận chuyển dầu thô trong điều kiện đặc thù của các mỏ Liên doanh Việt - Nga Vietsovpetro và các mỏ kết nối trên thềm lục địa Việt Nam" đã giúp vận chuyển dầu thô bằng đường ống ngầm an toàn, đảm bảo hoạt động khai thác dầu khí liên tục, có hiệu quả và tạo điều kiện đưa các khu vực mới phát hiện vào khai thác sớm.

Công nghệ này bao gồm tổ hợp các giải pháp như: gia nhiệt kết hợp với hóa chất; sử dụng condensate và khí hòa tan trong dầu để tăng độ linh động của chất lưu; công nghệ tách khí sơ bộ để giảm xung động lưu lượng và áp suất trong đường ống; vận chuyển dầu bão hòa khí; công nghệ tận dụng địa nhiệt của giếng dầu để đáp ứng yêu cầu xử lý dầu bằng hoá phẩm. Vietsovpetro đã áp dụng kết hợp các giải pháp công nghệ này một cách linh hoạt, tùy vào từng khu vực và thời kỳ khai thác của mỏ, giúp vận chuyển dầu thô có hàm lượng paraffin cao bằng đường ống ngầm an toàn, hiệu quả với chi phí thấp.

Nhóm tác giả đã cải tiến, đổi mới và sáng tạo ra công nghệ thu gom, xử lý và vận chuyển dầu thô nhiều paraffin bằng đường ống, áp dụng cho các mỏ Bạch Hổ và Rồng khác biệt so với công nghệ truyền thống xử lý, vận chuyển dầu đang được sử dụng trên thế giới. Theo tính toán sơ bộ, hiệu quả kinh tế trực tiếp từ các giải pháp khoa học của Cụm công trình đến nay ước đạt 779,7 triệu USD và con số này sẽ tiếp tục tăng thêm đến cuối đời khai thác các mỏ của Vietsovpetro, đồng thời cho phép kết nối thêm các mỏ nhỏ, cận biên trong thời gian tới.

Chế tạo, hạ thủy và lắp đặt chân đế siêu trường siêu trọng

Công trình "Nghiên cứu phương án tối ưu để chế tạo, hạ thủy và lắp đặt chân đế siêu trường siêu trọng ở vùng nước sâu hơn 100m phù hợp với điều kiện Việt Nam" của Vietsovpetro đã được Chủ tịch nước trao tặng Giải thưởng Nhà nước về khoa học và công nghệ ngày 15/1/2017.

Vietsovpetro đã nghiên cứu, phân tích, tính toán phương án quay lật panel siêu trường siêu trọng bằng kết hợp nhiều cẩu và kích thủy lực. Theo đó, panel được chế tạo bằng cách tổ hợp hoàn chỉnh trên đường trượt với hệ thống gối đỡ đã được thiết kế, bố trí sẵn, sau đó tiến hành quay lật panel bằng cách kết hợp nhiều cẩu và kết hợp với hệ thống kích thủy lực để nâng hạ đưa panel vào đúng vị trí. Giải pháp quay lật panel bằng cách kết hợp cẩu và hệ thống tie-back với vai trò chằng giữ trong quá trình quay lật do panel lệch tâm có xu hướng tự lật về phía trước khi đến một góc độ nhất định.

Công trình nghiên cứu đã xây dựng, hoàn thiện, chuẩn hóa các quy trình thực hiện, giải quyết các bài toán phục vụ công tác hạ thủy lắp đặt chân đế siêu trường, siêu trọng bằng phương pháp tự phóng phù hợp với điều kiện trang thiết bị tại Việt Nam như cẩu có sức nâng hạn chế. Kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả đã giúp cải hoán sà lan VSP-05 thành sà lan chuyên dụng phóng chân đế đầu tiên và duy nhất ở Việt Nam, tạo tiền đề chuẩn bị cơ sở vật chất phục vụ lắp đặt các chân đế siêu trường, siêu trọng; tiếp tục phát triển phương pháp "self uppending" giúp chân đế sau khi phóng từ sà lan chuyên dụng sẽ tự động quay lật về phương thẳng đứng.

Từ năm 2010 đến nay, Vietsovpetro đã chế tạo, hạ thủy và lắp đặt 6 chân đế tại khu vực nước sâu trên 100m, khẳng định năng lực làm chủ công nghệ trong lĩnh vực xây dựng công trình biển.

Phong trào phát huy sáng kiến, cải tiến kỹ thuật

Tính từ khi sáng kiến đầu tiên được công nhận (28/5/1984) đến ngày 11/9/2018, Vietsovpetro đã công nhận 1.811 sáng kiến, giá trị làm lợi hàng trăm triệu USD, giúp giải quyết các vấn đề khó khăn trong công tác tìm kiếm, thăm dò, khai thác dầu khí. Hiệu quả kinh tế của các sáng kiến trong năm đầu tiên áp dụng tính từ 2009 đến ngày 11/9/2018 ước đạt 69.401.608,68 USD.

Chỉ tính riêng năm 2018, Hội đồng sáng kiến sáng chế Vietsovpetro đã nhận được 152 giải pháp đăng ký sáng kiến, công nhận 101 sáng kiến, giá trị làm lợi trong năm đầu tiên áp dụng là gần 10,03 triệu USD.

Vietsovpetro đã được Cục Sở hữu Trí tuệ - Bộ Khoa học và Công nghệ cấp 2 Bằng độc quyền sáng chế: "Phương pháp thay thế ống dẫn dầu của kho nổi chứa dầu" (18016) và "Quy trình xử lý dữ liệu sóng siêu âm" (19512).

Vietsovpetro cũng được Tập đoàn Dầu khí Việt Nam công nhận 4 sáng kiến: "Sử dụng định tâm ngoài trong quá trình nối ống đứng bằng phương pháp hàn trên tàu Côn sơn hoặc tàu cẩu khác" (A); "Sử dụng nước ngưng tụ (condensate) để gia nhiệt cho dầu ở Trạm xử lý dầu, tàu Chí Linh" (A); "Xử lý lắng đọng muối trong các giếng khai thác bằng cách bố trí thiết bị-hóa phẩm trên giàn BK ThTC2" (A); "Phục hồi khối xử lý tín hiệu máy đo MWD từ những thiết bị đã bị hỏng" (B).

Để phong trào sáng kiến, sáng chế phát triển, Vietsovpetro xây dựng cơ chế khuyến khích, khen thưởng xứng đáng, tạo động lực cho người lao động; có chính sách ưu tiên cho công tác triển khai ứng dụng sáng kiến, thường xuyên đôn đốc việc xem xét các đơn đăng ký sáng kiến và việc tính hiệu quả kinh tế; có sự phối hợp hiệu quả với hoạt động khoa học - công nghệ, vì đây là cơ sở và nền tảng cho hoạt động sáng kiến - sáng chế phát triển.

Trong năm 2019 và các năm tiếp theo, Vietsovpetro sẽ tiếp tục đối diện với các khó khăn do các mỏ dầu khai thác đang ở giai đoạn cuối, sản lượng khai thác giảm mạnh, giá dầu chưa phục hồi ổn định… Trên cơ sở kế hoạch Hội đồng giao, Vietsovpetro cho biết sẽ tiếp tục đẩy mạnh tìm kiếm, thăm dò, tận thăm dò để gia tăng trữ lượng, nâng cao hệ số thu hồi dầu và hiệu quả khai thác các mỏ, các công trình biển, đưa nhanh các mỏ mới vào hoạt động, đồng thời nghiên cứu đề xuất cơ chế mới để mở rộng vùng hoạt động. Đặc biệt, Vietsovpetro sẽ đẩy mạnh áp dụng các công nghệ mới để nâng cao hệ số thu hồi dầu; tận thăm dò, nghiên cứu các bẫy phi cấu tạo, xác định sự phân bố của các tập sản phẩm chứa dầu, chính xác hóa mô hình mỏ; áp dụng các biện pháp địa chất - kỹ thuật như đưa giếng mới vào khai thác, chuyển đối tượng khai thác, khoan cắt thân hai, xử lý vùng cận đáy giếng, tối ưu hóa các giếng gaslift…

Quan trọng hơn cả, đối với Vietsovpetro trong bối cảnh hiện nay, đó là vận dụng trí tuệ, khoa học vào giải quyết khó khăn trong thực tiễn. Bằng việc phát huy năng lực và trí tuệ của tập thể lao động Việt - Nga, cùng với bản lĩnh kiên cường, dám chấp nhận rủi ro, vượt khó khăn, đã được tôi luyện qua thử thách cùng năm tháng, chắc chắn Vietsovpetro sẽ đóng góp xứng đáng vào thành công chung của ngành Dầu khí Việt Nam.

HỒNG MINH - VIỆT HÀ