Tải bản đầy đủ
a. Xác định chiều dài cột ống nâng L(m).

a. Xác định chiều dài cột ống nâng L(m).

Tải bản đầy đủ

Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

γ de
Với :

(Q

SV: Phạm Văn Độ

+ 43,2 D 2 γ cl )γ cl
=
Q d ( G 0 − αPde ) γ cl
+ Qcl + 43,2 D 2 γ cl
( Pde + 1)γ cl
; (g/cm³)

(Q

cl

)

+ 43,2 D 2 γ cl γ cl
γd =
Qd ( G0 − αPde )γ cl
+ Qcl + 43,2 D 2 γ cl
( Pd + 1)γ d
cl

; g/cm³

(3.2)

(3.3)

Qcl = Qd = Q = K. ∆ P = K ; γ cl = γ d .
Q : Lưu lượng khai thác ( m³/ng.đ )
b. Xác định đường kính cột ống nâng khi làm việc ở chế độ tối ưu
(3.4)

d tu  0,235

Q cl
1
3
 1   cl

ε = 10.

Pde − Pm
Lγ 1

Với:
(3.5)
Sau khi tính toán chọn giá trị d gần với giá trị đường kính chuẩn nhất.
Lưu lượng riêng toàn phần tối ưu của khí (kể cả khí có lẫn trong giếng) được xác định theo
công thức:
0,077 L(1 − ε )
P
d 0,5 ε lg de
Pm
Rtp =

(3.6)

Lưu lượng riêng của khí ép:

 Pde − Pm
G 0α 
2

Roep = Rotp - 





(3.7)

Pm : áp suất miệng giếng ( at)
Lưu lượng khí ép:
V = Roep.Q(m3/ng.đ)
G0: tỷ số khí của giếng ( m³/t)

(3.8)

α: Hệ số hoà tan của khí (1/at)
3.3.2. Tính toán cột ống nâng khi không khống chế lưu lượng khai thác
Ngoài các số liệu đã biết ở trên trong trường hợp này còn có các số liệu sau:
- Độ dầy của vỉa: a(m).
- Lưu lượng riêng của khí ép: Rcep (m3/T).
34

Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

SV: Phạm Văn Độ

a. Xác định chiều dài cột ống nâng (L):
Để thu được lưu lượng lớn thì áp suất trên đáy phải nhỏ. Ta thả cột ống nâng đến phần
lọc của giếng, tại đó Pđ = Pđế.
Do vậy chiều dài cột ống nâng là : L on = H – a
(3.9)
b. Xác
định đường kính cột ống nâng (d).
Ta có: Rotp = Roep + Go
(3.10)
Nếu chúng ta biết R otp và L thì ta có thể xác định được P để theo đồ thị sau:
P Đế

L2

L1
O

R

L3

1
Tối ưu

Rtối ưu

Hình 3.4. Đồ thị xác định Pđế theo L và Rtối ưu
Khi đó lưu lượng khai thác sẽ là:
Q = K . ∆P = K(Pv – Pđ) (m3/ng.đ)

dtưa = 0,235

(3.11)

Q cl
1
3
3 (1 − ε )γ cl

(3.12)

Pde − Pm
ε = 10 Lγ cl

Lưu lượng khí ép:

(3.13)
V = Roep. Q (m3/ng.đ)

3.4. Phương pháp tính toán chiều sâu đặt van gaslift.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp xác định độ sâu đặt van Gaslift, tuỳ thuộc vào những
ưu, nhược điểm của từng phương pháp và đặc điểm vùng mỏ mà ta có thể sử dụng phương
pháp nào đơn giản và nhanh chóng nhất.

35

Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

SV: Phạm Văn Độ

Trong đồ án chỉ đề cập đến 2 phương pháp được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất đó
là phương pháp giải tích và phương pháp dùng đồ thị Camco.
Trước hết ta hãy tìm hiểu phương pháp tính toán độ sâu đặt van Gaslift theo phương pháp
giải tích.
Khi bơm khí vào ống bơm ép, chất lỏng ở ống bơm ép đi ra ngoài qua ống nâng. Mực chất
lỏng trong ống bơm ép dừng lại ở chiều sâu h1(ứng với công suất lớn nhất của máy nén khí).
Để khí nén đi vào ống nâng một cách dễ dàng người ta lắp van Gaslift số 1 ở độ sâu H 1.
Khi lắp van Gaslift số 1 (đang mở) khí nén đi vào ống nâng qua van số 1 trộn với chất lỏng
trong ống nâng làm cho tỷ trọng cột chất lỏng từ van 1 đến miệng giếng giảm, tại thời điểm
này áp suất ở đế ống nâng giảm dẫn đến mực chất lỏng trong ống bơm ép tiếp tục giảm và
dừng lại ở độ sâu h2 (ứng với công suất lớn nhất của máy nén khí).
Cũng như trường hợp trên để khí nén đi vào ống nâng một cách dễ dàng người ta lắp van
Gaslift số 2 ở độ sâu H2.
H2 = h2 - 20m
S?n ph?m
Khí nén
h1
H1

P n1

h2

H2
P t1
1
P t2

P n2

2

20 m

20 m

Hình 3.5. Sơ đồ nguyên tắc tính toán chiều sâu đặt van

Khi lắp van Gaslift số 2 khí nén đi vào ống nâng qua cả van 1 và 2 làm cho áp suất bên
ngoài Png giảm nhanh. Sự chênh áp suất tại van 1(∆ P1 = Png1- Ptr1) giảm. Khi ∆ P1 đạt đến
một giá trị nhất định (gọi là áp suất đóng van) thì van 1 đóng lại.
Quá trình trên lặp lại với van 3, 4 cho tới khi mực chất lỏng đạt đến van làm việc. Cuối cùng
chỉ có van làm việc mở còn các van khởi động đều đóng lại.
36

Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

SV: Phạm Văn Độ

* Công thức xác định chiều sâu đặt van Gaslift như sau:
- Xác định vị trí đặt van thứ nhất:
Áp suất bên ngoài van 1 là:
Png1 = ρ L g ( H 1 + 20 ) + Pm
Vậy chiều sâu đặt van sẽ được xác định là:
H1 =

Png1 − Pm

ρL g

− 20

(m)
- Xác định vị trí đặt van thứ hai:

(3.14)

Png2 = ρ L g ( H 2 − H 1 + 20) + Ptlm
H 2 = H1 +

P2 − Ptlm
− 20
ρL g

(3.15)

- Xác định vị trí đặt van thứ n:
H n = H n −1 +

P ng 2 − Pt ( n −1) min

ρL g

− 20

(3.16)

Trong đó:
Pm: Áp suất miệng giếng khi khởi động.
Ptlm: Áp suất cột chất lỏng trong ống nâng từ van 1 đến miệng giếng.
P (n-1)min : Áp suất cột chất lỏng trong ống nâng tạo ra tại độ sâu đặt van thứ n-1 khi khí nén
đạt đến độ sâu của van khởi động thứ n.
Pngn : Áp suất khí nén tại ống nâng tại độ sâu đặt van Gaslift
Trong thực tế: Png1 – Png2 = … = PMNK
ρLg(H2 – H1 + 20) : Áp suất cột chất lỏng từ van 1 đến van 2, đến van n trong các công thức
trên là khoảng cách (m) cần thiết để tạo được chênh áp suất khi khí chảy vào van và khi khí
hoá cột hỗn hợp sản phẩm khai thác trên van. Giá trị này có thể thay đổi tuỳ thuộc vào từng
điều kiện khai thác cụ thể.
Song song với phương pháp pháp thiết kế dựa vào các công thức giải tích còn có phương
pháp thiết kế bằng đồ thị trên hệ trục toạ độ “áp suất P – độ sâu H” được sử dụng rất rộng
rãi và tiện lợi. Gọi là phương pháp đồ thị Camco. Phương pháp này sẽ được trình bày vào
thiết kế giếng một cách tỷ mỉ ở chương tiếp theo.

37

Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

SV: Phạm Văn Độ

3.5. Phương pháp tính áp suất khởi động.
3.5.1. Tính toán áp suất khởi động đối với hệ vành xuyến hai cột ống.
Các đại lượng cần thiết khi xác định áp suất khởi động.
- Đường kính ống nâng: d1(mm)
- Đường kính ống bơm ép: d2(mm)
- Đường kính ống chống khai thác: D(mm).
- Độ nhúng chìm của ống nâng: h(m).
- Độ dâng cao của mực chất lỏng trong ống nâng khí ép đến đế ống nâng: ∆ h(m).
Khi ép khí vào khoảng không vành xuyến, cột chất lỏng trong khoảng không vành xuyến bị
ép đến đế cột ống nâng. Lúc đó mực chất lỏng trong ống nâng sẽ dâng cao hơn mức thuỷ
tĩnh một khoảng ∆ h. Khi đó ta có áp suất khởi động là:
Pkđ = (h + Δh).ρlg
(3.17)
Thể tích chất lỏng bị ép xuống trong khoảng không vành xuyến giữa ống nâng và ống bơm
ép.

π 2
(
d 2 − d 12 ).h
V1 = 4

(3.18)
Và thể tích của chất lỏng dâng lên trong ống nâng và khoảng không vành xuyến giữa ống
chống và bơm ép.
V2 =
(3.19)
Nếu chất lỏng không xâm nhập vào vỉa thì V1 = V2

Thay vào công thức trên ta có :
Pkđ= (h+Δh)..g g
⇒ Pkđ = g.h

; at

(3.20)

Khi ép khí vào khoảng không vành xuyến mực chất lỏng trong khoảng không vành xuyến
hạ xuống một khoảng là (h) và mực chất lỏng trong ống nâng dần lên một khoảng là ( ∆ h),
(h+ ∆ h) có thể lớn hơn, nhỏ hơn hoặc bằng chiều dài của cột ống nâng

38

Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

SV: Phạm Văn Độ

Hình 3.6. Sơ đồ tính toán áp suất khởi động hệ thống vành xuyến 2 cột ống
+ Nếu (h + ∆ h) > L thì chất lỏng trào ra khỏi giếng. Nghĩa là áp suất khởi động sẽ tương
ứng với áp suất chất lỏng trong ống nâng.
Pkđ = ρ L.gL (Pkđ = Pmax)
+ Nếu (h + ∆ h) < L thì :

D2
ρ L gh
2
2
2
D

d

d
2
1
Pkđ =

(

)

3.5.2. Tính toán áp suất khởi động đối với hệ vành xuyến một cột ống.
Tương tự ta có :

π 2
(
D − d 2 ).h
V1 = 4
π 2
d ∆h
4
V2 =

(3.21)

Nếu chất lỏng chưa xâm nhập vào vỉa ta có V1 = V2
39

Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

SV: Phạm Văn Độ

π
π
(
D2 − d 2 ).h = d 2 ∆h
4
4

(3.22)

Vậy áp suất khởi động được tính theo công thức sau :

Pkđ = (h +
+ Nếu h +
+ Nếu h +

[

h+

D2 − d 2

d2
.g
=
L
∆ h > L thì Pkđ = ρ L.g.L

∆ h). ρ

∆h

≥ L thì Pkđ

D2
h ] ρ L g 2 ρ L gh
d

(3.23)

D2
2
= d ρ L.gh

3.5.3. Tính toán áp suất khởi động với hệ trung tâm một cột ống.
Tương tự trên ta có :
π
V1 = 4 d2h

(3.24)

π
(
D2 − d 2 ) ∆h
V2 = 4

(3.25)

d2
h
2
2
⇒ ∆h = D − d

Vậy áp suất khởi động được tính theo công thức sau :

Pkđ = (h +

∆ h). ρ L.g

[
=

h+

d2
D2 − d 2

h ]ρ L g =

D2
ρ L gh
D2 − d 2

(3.26)

3.6. Các phương pháp khác để làm giảm áp suất khởi động.
Việc khai thác dầu khí ở mỏ Bạch Hổ thường sử dụng cấu trúc một cột ống chế độ vành
xuyến, áp suất khởi động của cấu trúc một cột ống này được tính theo công thức :
P kđ
D2
ρ L gh
2
= d

Do áp suất khởi động thường lớn hơn nên trong thực tế khai thác bằng Gaslift gặp nhiều
khó khăn hoặc không thể khởi động được giếng, đôi khi khởi động giếng được nhưng
không đạt hiệu quả kinh tế. Vì vậy cần phải tiến hành giảm áp suất khởi động.
Vì D và d là cấu trúc đã có sẵn nên muốn giảm áp suất khởi động thì ta phải tìm mọi cách
giảm ρ và h.
3.6.1. Các phương pháp làm giảm h.
a. Phương pháp ép chất lỏng vào vỉa
40

Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

SV: Phạm Văn Độ

Khí nén với một áp suất cực đại vào giếng sau đó đóng giếng lại cho chất lỏng thấm vào vỉa
(nhằm giảm h). Dưới tác dụng của áp suất khí nén thì P kđ > Pv nên chất lỏng thấm vào vỉa
dẫn đến mực chất lỏng trong giếng giảm xuống. Sau một thời gian ta mở van cho giếng làm
việc bình thường thì Pkđ giảm. Phương pháp này sử dụng cho những giếng có độ thấm lớn.
b. Phương pháp dung piston để múc bớt chất lỏng
Dùng piston chuyên dụng múc bớt chất lỏng trong giếng nhằm mục đích giảm chiều cao
mực chất lỏng trong giếng. Sau đó mở van cho giếng làm việc bình thường. Phương pháp
này được sử dụng cho những giếng có áp suất vỉa và hệ số sản phẩm nhỏ.
c. Phương pháp thả ống nâng từng đợt :
Dùng piston chuyên dụng để múc bớt chất lỏng trong giếng nhằm mục đích giảm chiều cao
của cột chất lỏng trong giếng. Như vậy khi ta khởi động giếng thì P kđ sẽ nhỏ. Phương pháp
này chỉ áp dụng cho những giếng có áp suất vỉa nhỏ và hệ số sản phẩm nhỏ.
d. Phương pháp dùng đầu nối có lỗ thủng (Mupta thải)
Thả ống nâng đến chiều cao thiết kế. Trên các đầu nối chuyên dụng có các lỗ thủng (gần
giống như van Gaslift). Phương pháp này có nhược điểm là trong suốt quá trình làm việc
khí ép luôn luôn đi qua lỗ thủng do vậy làm tăng chi phí ép khí lên (vượt khoảng 10%). Để
khắc phục trường hợp này người ta sử dụng van Gaslift để thay thế các đầu nối chuyên
dụng này.
e. Phương pháp dùng van Gaslift
Dùng van Gaslift để khởi động sẽ làm giảm được áp suất khởi động, đồng thời giảm được
chi phí áp trong quá trình làm việc. Bản chất của phương pháp này là chia h ra thành nhiều
đoạn h1, h2, … < h. Ở đây chúng ta chọn phương pháp khởi động giếng thiết kế bằng cách
đặt van Gaslift.
3.6.2. Các phương pháp làm giảm ρ :
D2
ρ L gh
2
= d
.

Ta có : Pkđ
Để giảm áp suất khởi động ta tìm cách giảm ρ L bằng phương pháp hoà khí vào chất lỏng.
Hiện nay phương pháp này đang được sử dụng rộng rãi, sử dụng phương pháp này có ưu
điểm là giếng làm việc êm. Phương pháp này sử dụng trong hai trường hợp sau :
a. Phương pháp hoà trộn khí vào chất lỏng trên bề mặt
Quá trình hoà trộn khí như sau :
- Mở các van hút của máy bơm và van xả 1 để máy bơm hút dầu từ bể chứa và bơm vào
ngoài cần khai thác.
- Mở van 2 để khí hoà chung vào dòng dầu đang bơm vào KGVX.

41

Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

SV: Phạm Văn Độ

- Mở lớn dần van 2 cho khí vào giếng nhiều hơn. Mở khoá trên đường 4 để dầu hồi về bể
chứa, giảm lưu lượng dầu bơm vào giếng.
- Điều chỉnh dầu để lượng khí vào giếng cực đại và dầu bơm bị ngắt bằng cách mở hết khoá
van trên đường 4, đóng van và tắt máy bơm.

7

1.Van xả
2.Van chận
3.Bể chứa dầu
5
4.Đường hồi của máy bơm
5.Đường ra manhenfon
6.Van thuỷ lực trung tâm
7. Đồng hồ

6

1

2

Khí từ trạm
nén khí

4
3

Hình 3.7.-Sơ đồ phương pháp hoá khí vào chất lỏng
b. Phương pháp tạo nút khí xen kẽ nút dầu bơm vào khoảng không vành xuyến
Người ta bơm vào khoảng không vành xuyến một lượng khí áp suất cực đại, dùng đường
nén khí và bơm dầu vào vành xuyến để tạo ra nút dầu nén nút khí xuống và cứ như vậy tạo
ra nút khí, nút dầu, nút khí, nút dầu, … Khi những nút khí, nút dầu này vào trong ống sẽ
nâng tỷ trọng của cột chất lỏng trong ống nâng giảm áp đáy giảm và tạo dòng chảy từ vỉa
vào giếng và đẩy dầu lên tới miệng giếng khi giếng làm việc.

42

Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

SV: Phạm Văn Độ

3.6.3 Phương pháp chuyển từ chế độ vành xuyến sang chế độ trung tâm
Để giảm áp suất khởi động người ta có thể chuyển tạm thời chế độ vành xuyến sang chế
độ trung tâm, bởi vì chế độ trung tâm được xác định theo công thức sau :
P kđ =
D2
ρ L gh
D2 − d 2
.

Trong đó :

D 2 – d2 > d2

3.7. Trình tự khởi động giếng khai thác bằng gaslift.
Có nhiều yếu tố làm ảnh hưởng đến áp suất khởi động:
- Cấu trúc hệ thống cột ống nâng.
- Đường kính của ống nâng và ống chống khai thác.
- Độ nhúng chìm của ống nâng.
- Mực thuỷ tĩnh trong giếng.
- Tỷ trọng của chất lỏng trong giếng.
Đường biến thiên Pkđ theo thời gian (đến khi giếng làm việc bình thường) thể hiện qua đồ thị
:

Hình 3.8.- Sơ đồ biến thiên áp suất theo thời gian khi khởi động
43

Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

SV: Phạm Văn Độ

Độ sâu lắp van được tính toán sao cho khi cột khí nén ở KGVX nén chất lỏng xuống dưới
mức đặt van thì sau đó van đóng lại.
∗ Trình tự khởi động:
- Khi bơm khí vào ống bơm ép, chất lỏng ở ống bơm ép đi ra ngoài qua ống nâng.
Mực chất lỏng trong ống bơm ép dừng lại ở chiều sâu h 1 (ứng với công suất max của máy
nén khí).
- Để khí nén đi vào ống nâng một cách dễ dàng, người ta lắp van gaslift số 1 ở độ sâu
H1. H1 = h1 – 20m
- Khi lắp van gaslift số 1 (đang mở), khí nén đi vào ống nâng qua van số 1 trộn với chất
lỏng trong ống nâng làm cho tỷ trọng cột chất lỏng từ van 1 đến miệng giếng giảm, tại thời
điểm này áp suất ở đế ống nâng giảm dẫn đến mực chất lỏng ở ống bơm ép tiếp tục giảm và
dừng lại ở độ sâu h2 (ứng với công suất max của máy nén khí).
- Cũng như trường hợp trên, để khí nén đi vào ống nâng dễ dàng người ta đặt van gaslift
số 2 ở độ sâu H2 :
H2 = h2 – 20m
Khi lắp van số 2, khí nén đi vào ống nâng qua cả 2 van 1 và 2 làm cho áp suất bên ngoài P ng
∆P = Png1 − Ptr1 )
giảm nhanh. Sự chênh áp tại van 1 ( 1
giảm. Khi ∆ P1 đạt đến 1 giá trị nhất
định (gọi là áp suất đóng van) thì van 1 đóng lại. . Mực chất lỏng tiếp tục đi xuống.
- Mực chất lỏng ở KGVX đã hạ thấp hơn van 3. Khí nén đi vào ống nâng qua van 2 và 3 .
Áp suất ngoài cần tiếp tục giảm đi và chênh áp ở van 2 đạt đến giá trị đóng van, van 2 đóng
lại.
Cứ như vậy mực chất lỏng hạ xuống tới van cuối cùng là van làm việc. Các van phía trên
đóng trong suốt quá trình khai thác, chỉ riêng van làm việc mở. Tuy nhiên ở một số giếng
người ta còn lắp thêm một số van dự phòng dưới van làm việc để dùng cho thời gian sau
này khi lưu lượng của giếng giảm đi.

44