Tải bản đầy đủ
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG THIẾT BỊ TRONG KHAI THÁC DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GASLIFT

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG THIẾT BỊ TRONG KHAI THÁC DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GASLIFT

Tải bản đầy đủ

34

1. Van tiết lưu
2. Van chặn
3. Van an toàn thủy lực
4. Đồng hồ đo áp suất trong cần HKT
5.Nhánh làm việc chính
6. Đầu bao cần HKT
7. Cần HKT
8.Đồng hồ đo áp suất ngoài cần HKT
9. Đồng hồ đo áp suất giữa các cột ống chống.
10. Đường tuần hoàn nghịch.
2.2.1.Các thành phần chính của miệng giếng
Thiết bị miệng giếng khai thác bằng Gaslift ở mỏ Bạch Hổ được chuyển nhận từ
đầu miệng giếng khai thác tự phun, được tạo thành từ 3 thành phần chính:
- Tổ hợp đầu ống chống;
- Đầu ống treo;
- Cây thông khai thác.
2.2.1.Tổ hợp đầu ống chống:
Tổ hợp đầu ống chống là bộ phận dưới cùng của thiết bị miệng giếng. Nó được lắp
ngay trên đầu các cột ống chống kỹ thuật và khai thác.
Tổ hợp ống chống bao gồm:
- Các đầu treo ống chống.
- Các đầu bao ống chống.
- Gioăng và vành làm kín.
- Van cửa, van cho áp kế và áp kế.
Đầu ống chống chỉ có một dạng, chúng được phân loại theo kích thước và mặt
bích nối.
Tổ hợp đầu ống chống có những nhiệm vụ sau:
- Liên kết các cột ống chống.
- Bịt kín khoảng không gian vàng xuyến giữa 2 cột ống chống liên tiếp.
- Đo áp suất trong khoảng không gian giữa 2 ống chống.
2.2.2.Đầu treo ống khai thác:
Đầu treo ống khai thác nằm ngay bên dưới cây thông khai thác và được nối với
đường dập giếng và đường tuần hoàn nghịch.
Bộ đầu treo ống khai thác bao gồm:
- Đầu treo cột ống nâng;

35

- Đầu bao cột ống nâng;
- Các van cửa, van cho áp kế và áp kế.
Bộ đầu treo cần có nhiệm vụ sau:
- Treo và giữ cột ống nâng;
- Bịt kín khoảng không gian vành xuyến giữa ống khai thác và ống chống khai
thác;
- Thông qua đường dập giếng nối với hệ thống máy bơm cao áp có công suất
lớn để thực hiện công nghệ dập giếng, bơm ép khi cần thiết;
- Thông qua đường tuần hoàn nghịch để xả áp suất ngoài cần, bơm rửa tuần
hoàn giếng;
- Thông qua các đồng hồ và van để kiểm tra áp suất ngoài cột ống nâng khi
thực hiện các giải pháp công nghệ khai thác.
Đầu ống treo có nhiều loại khác nhau, chúng có chức năng như nhau nhưng
khác nhau về hình dáng và cấu tạo.
2.2.3.Cây thông khai thác:
Là phần trên của thiết bị miệng giếng, được nối trên đầu ống khai thác. Thông
thường cây thông khai thác gồm 2 nhánh làm việc: nhánh làm việc chính và nhánh
dự phòng.
Trên đầu cây thông khai thác có thiết bị gọi là lubricater cho phép dùng các
phương pháp cơ học để nạo vét parafin lắng đọng hoặc để dùng thả các thiết bị đo
đạc kiểm tra trong giếng đang hoạt động mà không cần phải đóng giếng. Đối với
giếng Gaslift cây thông khai thác còn lắp đặt các bộ phận sau:
- Đồng hồ chỉ áp suất trong cột ống nâng;
- Van chặn trên nhánh làm việc;
- Van an toàn thuỷ lực;
- Van tiết lưu;
Cây thông khai thác có những nhiệm vụ sau:
- Hướng cho dòng sản phẩm đi vào hệ thống thu gom và xử lý;
- Cho phép điều chỉnh lưu lượng khai thác một cách thuận lợi, dễ dàng nhờ
côn điều tiết;
- Tạo đối áp trên miệng giếng để sử dụng năng lượng vỉa một cách hợp lý
- Cho phép đo được áp suất đường nén, đường xả;
- Đảm bảo an toàn khi có sự cố (đóng van an toàn trung tâm);

36

- Cho phép thực hiện các thao tác kỹ thuật sau: bơm dập giếng, xử lý vùng cận
đáy giếng, gọi dòng sản phẩm, bơm ép vỉa.
Cây thông có 2 loại: chạc 3 và chạc 4.
1. Áp kế
2. Van chặn
3. Chạc 3
4-Van tiết lưu
5.Nhánh làm việc chính
6. Nhánh dự phòng
7. Van an toàn trung tâm
8. Điểm giao cắt
9. Mặt bích
10. Áp kế
11. Đường dẫn khí ép
12. Đường tuần hoàn nghịch
Hình 2.2. Sơ đồ cây thông kiểu chạc 3.
1. Áp kế
2. Van chặn
3. Van tiết lưu
4. Nhánh làm việc chính;
5. Van an toàn trung tâm
6. Đường tuần hoàn nghịch
7. Đường dẫn khí ép
8. Mặt bích
9. Đường dập giếng

Hình 2.3.- Sơ đồ cây thông kiểu chạc 4
- Cây thông kiểu chạc 3.
+ Ưu điểm: khi chạc 3 bị hỏng thì có thể thay thế mà không phải đóng giếng.
Lúc đó ta chỉ cần đóng van và cho giếng làm việc theo nhánh dự phòng. Loại này
thường dùng cho giếng có cát hoặc tạp chất.

37

+ Nhược điểm: Kích thước cao, cồng kềnh vừa chiếm không gian vừa yếu sàn
công tác, khó vận hành
- Cây thông kiểu chạc 4:
+ Ưu điểm: Đỡ cồng kềnh dễ vận hành, kết cấu vững chắc, độ chịu mài mòn
cao.
+ Nhược điểm: Không có nhánh dự phòng nên khi có sự cố hư hỏng ở nhánh
làm việc chính và chạc tư thì phải ngừng làm việc để thay thế. Chỉ sử dụng loại này
cho giếng có sản phẩm ít cát.
2.3.Thiết bị lòng giếng
Thiết bị lòng giếng được trang bị cho hầu hết tất cả các giếng dầu bằng phương
pháp tự phun cũng như khai thác Gaslift nhằm mục đích tiến hành các quy trình
công nghệ kỹ thuật cần thiết, điều khiển dòng trong suốt quá trình khai thác, sửa
chữa, nghiên cứu giếng nhờ kỹ thuật tời mà không cần phải đóng giếng, dập giếng
hay nâng thả cột ống khai thác. Thiết bị lòng giếng có nhiệm vụ và chức năng sau:
- Cách ly và điều khiển dòng chảy từ đáy giếng đến miệng giếng trong quá trình
khai thác;
- Có khả năng điều khiển các thông số làm việc của giếng theo chế độ tự động và
bán tự động;
- Tiến hành nghiên cứu giếng và đo các thông số làm việc của giếng trong khi
giếng vẫn khai thác và cho sản phẩm (có thể lắp đặt các thiết bị chuyên dụng để
nghiên cứu như thiết bị đo áp suất và nhiệt độ);
- Bảo đảm sửa chữa giếng bằng tời;
- Có thể kéo toàn bộ thiết bị miệng giếng cùng với ống khai thác mà không cần phải
dập giếng;
- Bảo vệ cột ống chống, thiết bị miệng giếng và bảo toàn năng lượng vỉa;
- Bảo đảm an toàn, chống hiện tượng phun trào trong quá trình khai thác;
- Thực hiện tuần hoàn nghịch để rửa giếng và dập giếng nhờ van tuần hoàn;
- Có khả năng khởi động giếng khai thác bằng Gaslift một cách tự động.
2.3.1.Phễu định hướng
Phễu định hướng được lắp ngay đáy cột ống nâng, có nhiệm vụ hướng các thiết
bị tời chuyên dụng đi qua đáy cột ống nâng khi thao tác các công việc khảo sát hay sưa
chữa giếng. Phễu định hướng được thiết kế với đầu vào có dạng phễu hình côn và
đường kính trong không làm giảm đường kính cột ống nâng.

38

2.3.2.Nhippen
Bộ phận này được lắp ở dưới ống đục lỗ. Nhippen có tác dụng để đặt các thiết
bị đo sâu trong quá trình khảo sát giếng, ngoài ra nó có tác dụng để đặt các loại van
tùy theo mục đích của quá trình khai thác. Như vậy tác dụng chính của nó là để
khóa giữ và liên kết các thiết bị trong ống nâng.
2.3.3.Ống đục lỗ
Ống đục lỗ có nhiệm vụ cho phép dòng sản phẩm chảy liên tục vào cột ống
nâng trong quá trình khi tiến hành các quy trình công nghệ như khảo sát giếng bằng
kỹ thuật tời ở phần trên phía dưới sâu của nó. Ống đục lỗ được thiết kế tối ưu nhằm
giảm tối thiểu tổn hao năng lượng của dòng sản phẩm chảy qua các lỗ và đường
kính trong không nhỏ hơn so với đường kính trong của cột ống nâng tại điểm nối,
ống này được nắp ngay sau phễu định hướng và nhippen để đặt thiết bị đo sâu. Ống
có chiều dài ≥ 3m, đục nhiều lỗ ≥ 8 lỗ cho phép chất lỏng đi qua dễ dàng.
2.3.4.Van cắt
Van cắt nằm phía trên ống đục lỗ, nó có chức năng để mở paker vào trạng thái
làm việc.
Bên trong van được lắp đặt một viên bi và được giữ bởi các chốt, vòng lót, vòng
trượt để giữ bi. Van được sử dụng để bịt kín ống khai thác nhờ viên bi thả từ trên
mặt đất xuống. Sau khi paker được mở và đưa về trạng thái làm việc thì tác động
một lực lớn lên van cắt sâu để làm đứt các chốt giữ bi, khi đó viên bi sẽ rơi xuống
đáy giếng và cột ống khai thác được thông. Áp lực sử dụng để cắt bỏ van phải được
tính toán sao cho lớn hơn áp lực mở paker, nhưng giá trị này không được vượt quá
giới hạn cho phép của van, vì nếu quá lớn nó sẽ phá hỏng paker.

1-viên bi.
2-chốt giữ.
3-thép đàn hồi.

Hình

2.4.
Sơ đồ van cắt.

39

2.3.5.Paker
Hiện nay tại mỏ Bạch Hổ paker được sử dụng ở hầu hết các giếng. Có thể nói
paker là một trong những bộ phận cơ bản quan trọng của thiết bị lòng giếng.
Paker có thể phân chia thành các loại sau:
2.3.5.1.Phân loại Paker
Theo cách lắp đặt chia làm 2 loại:
- Paker cơ học;
- Paker thuỷ lực: gồm 2 loại
+ Loại 1: là loại paker được mở bằng lực bơm ép trong cần.
+ Loại 2: là loại paker được mở bằng áp lực thuỷ tĩnh ngoài cần.
∗ Theo tính chất đặc trưng chia làm 4 loại
- Paper thu hồi ;
- Paker cố định ;
- Paker thu hồi và cố định ;
- Paker trương phồng .
2.3.5.2.Nhiệm vụ của paker:
- Cách ly các tầng sản phẩm với nhau.
- Cách ly chất lỏng bên trong và bên ngoài ống khai thác. Việc cách ly nhằm
mục đích:
+ Giảm áp lực lên thiết bị miệng giếng, đảm bảo an toàn cho con người và
thiết bị trước hiện tượng phun và xuất hiện khí độc;
+ Tránh hiện tượng hư hỏng cột ống chống dẫn đến tăng độ bền cột ống
chống, chống hiện tượng rò rỉ do vậy bảo toàn năng lượng vỉa;
+ Góp phần cải thiện điều kiện dòng chảy;
- Cùng với van tuần hoàn paker góp phần thực hiện phương pháp tuần hoàn
ngược để rửa giếng, dập giếng và gọi dòng sản phẩm;
- Có tác dụng treo giữ đầu dưới của cột ống nâng với cột ống chống khai thác.
2.3.5.3.Cấu tạo và hoạt động của paker:
∗ Cấu tạo: Gồm 3 bộ phận cơ bản
+ Bộ phận trượt (slip) được chế tạo bằng kim loại;
+ Bộ phận nở để bịt kín được chế tạo bằng vật liệu chịu nhiệt độ và áp suất
cao, bộ phận này thường làm bằng cao su có tính đàn hồi cao;
+ Ngoài ra paker còn có các bộ phận khác như các chốt, vít sắt, piston, các
vòng lót;

40

Hiện nay ở mỏ Bạch Hổ hầu hết sử dụng loại paker điều khiển bằng thuỷ lực.
Số paker dùng trong giếng lớn nhất là 2, do điều kiện địa chất, số tầng sản phẩm và
yêu cầu công nghệ của một số giếng trong mỏ.
2.3.5.4. Nguyên lý hoạt động:
+ Paker được thả tới vị trí cần lắp. Người ta sử dụng van cắt hoặc van ngược
để mở paker. Trước khi bơm ép tạo áp suất, người ta thả viên bi xuống van cắt.
+ Khi tăng áp lực qua đường thuỷ lực, bộ phận slip trượt xuống và ép bộ phận
mở paker. Paker được mở ra và ép chặt vào thành ống chống. Bộ phận trượt được
giữ lại bằng một cạnh gờ và giữ cho bộ phận nở luôn luôn bị ép và mở khi áp suất
giảm.
+ Khi cần tháo bỏ Paker, người ta tác dụng một lực lớn (được tính toán trước
khi lắp đặt paker) để cắt chốt bám vào gờ nói trên. Khi đó bộ phận nở thu lại, ta có
thể kéo paker lên.
1.tấm cao su
2.xilanh (vỏ ngoài)
3.gioăng cao su
4.piston
5.chấu đứng
6.chốt đóng
7.chấu (bám ống)
8.vòng cắt
9.vỏ ngoài
10.thân ống HKT

Hình 2.5. Sơ đồ paker loại 1
2.3.6.Thiết bị bù trừ nhiệt
Hiện nay tại mỏ Bạch Hổ paker được sử dụng ở hầu hết các giếng. Có thể nói
paker là một trong những bộ phận cơ bản quan trọng của thiết bị lòng giếng.
Paker có thể phân chia thành các loại sau:
∗ Theo cách lắp đặt chia làm 2 loại:

41

- Paker cơ học;
- Paker thuỷ lực: gồm 2 loại
+ Loại 1: là loại paker được mở bằng lực bơm ép trong cần;
+ Loại 2: là loại paker được mở bằng áp lực thuỷ tĩnh ngoài cần.
∗ Theo tính chất đặc trưng chia làm 4 loại
- Paper thu hồi;
- Paker cố định ;
- Paker thu hồi và cố định ;
- Paker trương phồng .
Nhiệm vụ của paker:
- Cách ly các tầng sản phẩm với nhau;
- Cách ly chất lỏng bên trong và bên ngoài ống khai thác. Việc cách ly nhằm
mục đích:
+ Giảm áp lực lên thiết bị miệng giếng, đảm bảo an toàn cho con người và
thiết bị trước hiện tượng phun và xuất hiện khí độc;
+ Tránh hiện tượng hư hỏng cột ống chống dẫn đến tăng độ bền cột ống
chống, chống hiện tượng rò rỉ do vậy bảo toàn năng lượng vỉa;
+ Góp phần cải thiện điều kiện dòng chảy;
- Cùng với van tuần hoàn paker góp phần thực hiện phương pháp tuần hoàn
ngược để rửa giếng, dập giếng và gọi dòng sản phẩm;
- Có tác dụng treo giữ đầu dưới của cột ống nâng với cột ống chống khai thác.
Cấu tạo và hoạt động của paker:
∗ Cấu tạo: Gồm 3 bộ phận cơ bản
+ Bộ phận trượt (slip) được chế tạo bằng kim loại ;
+ Bộ phận nở để bịt kín được chế tạo bằng vật liệu chịu nhiệt độ và áp suất
cao, bộ phận này thường làm bằng cao su có tính đàn hồi cao;
+ Ngoài ra paker còn có các bộ phận khác như các chốt, vít sắt, piston, các
vòng lót.
Hiện nay ở mỏ Bạch Hổ hầu hết sử dụng loại paker điều khiển bằng thuỷ lực.
Số paker dùng trong giếng lớn nhất là 2, do điều kiện địa chất, số tầng sản phẩm và
yêu cầu công nghệ của một số giếng trong mỏ.
∗ Nguyên lý hoạt động:
+ Paker được thả tới vị trí cần lắp. Người ta sử dụng van cắt hoặc van ngược
để mở paker. Trước khi bơm ép tạo áp suất, người ta thả viên bi xuống van cắt.

42

+ Khi tăng áp lực qua đường thuỷ lực, bộ phận slip trượt xuống và ép bộ phận
mở paker. Paker được mở ra và ép chặt vào thành ống chống. Bộ phận trượt được
giữ lại bằng một cạnh gờ và giữ cho bộ phận nở luôn luôn bị ép và mở khi áp suất
giảm;
+ Khi cần tháo bỏ Paker, người ta tác dụng một lực lớn (được tính toán trước
khi lắp đặt paker) để cắt chốt bám vào gờ nói trên. Khi đó bộ phận nở thu lại, ta có
thể kéo paker lên.
1.tấm cao su
2.xilanh (vỏ ngoài)
3.gioăng cao su
4.piston
5.chấu đứng
6.chốt đóng
7.chấu (bám ống)
8.vòng cắt
9.vỏ ngoài
10.thân ống HKT
Hình 2.6. Sơ đồ paker loại 1xoắn ống.
Để khắc phục hiện tượng này người ta lắp đặt thêm thiết bị bù trừ nhiệt dùng
để cân bằng, bù trừ sự thay đổi chiều dài ống nâng khai thác do tác dụng của nhiệt
độ và áp suất cao thay đổi trong quá trình khai thác.
∗Nguyên lý làm việc:
Khi thả cột ống khai thác vào giếng khai thác thì lõi và vỏ của nó được liên
kết với nhau nhờ một chốt nối. Sau khi đã thả đến vị trí tính toán và sau khi đưa
paker vào làm việc thì lúc đó bằng phương pháp cơ học hay thuỷ lực người ta cắt
chốt để giải phóng mối liên kết này. Khi có nhiệt độ và áp suất thay đổi, chiều dài từ
cột ống từ paker đến miệng giếng bị co lại hoặc giãn ra. Sự co giãn này được bù trừ
nhờ sự di chuyển của lõi và vỏ.

43

1.vỏ nối với ống trên
2.bộ cao su
3.chốt - vòng hãm
4.lõi nối với ống dưới

Hình 2.7. Sơ đồ thiết bị bù trừ nhiệt.
2.3.7.Van tuần hoàn
∗Chức năng:
Van tuần hoàn có nhiệm vụ đóng hoặc mở cửa sổ liên thông giữa bên trong và
bên ngoài ống nâng trong các trường hợp rửa giếng, dập giếng và gọi dòng sản
phẩm. Ngoài ra van tuần hoàn còn được sử dụng như một nơi chứa các thiết bị phụ
hồi kế tiếp như bơm ly tâm, các lỗ van dùng để cho dòng sản phẩm đi qua và nâng
chất lỏng từ một tầng sản phẩm (đối với giếng khai thác ở nhiều tầng sản phẩm).
Thường trên thiết bị lòng giếng người ta bố trí 2 van tuần hoàn, tuỳ mục đích
sử dụng mà dùng từng van. Việc đóng mở van là nhờ dụng cụ cáp tời. Van tuần
hoàn đặc biệt có ích trong các hoạt động sau:
+ Gọi dòng sản phẩm bằng cách thay đổi tỷ trọng dung dịch;
+ Dập giếng để tiến hành sửa chữa, kéo cần khai thác;
+ Tuần hoàn dung dịch bằng nước biển;
+ Kiểm tra van an toan sâu.
∗Van tuần hoàn thường có 2 loại sau :
- Van tuần hoàn có lõi không kéo lên được:
+ Ưu điểm: kích thước bên trong của van lớn dẫn đến giảm tổn thất thủy lực;
+ Nhược điểm: khi hỏng phải kéo toàn bộ ống khai thác lên mặt đất để sửa chữa.
- Van tuần hoàn có lõi kéo lên được:
+ Ưu điểm: khi hỏng có thể kéo lõi lên mặt đất để sửa chữa mà không cần kéo
cột ống khai thác
+ Nhược điểm: Đường kính của lõi bị thu hẹp, làm tăng tổn thất thủy lực và
hạn chế dòng chảy.

44

1.Lõi
2.Cao su
3.Lỗ tuần hoàn
4.Khoá hãm

a.Van có lõi cố định

1. Lõi
2. Cao su
3. Lỗ tuần hoàn
4. Khoá hãm

b.Van có lõi kéo lên được
Hình 2.8- Sơ đồ van tuần hoàn.
2.3.8.Mandrel
Mandrel có dạng khửu hình ôvan lệch hẳn so với đường tâm của ống khai thác.
Vì vậy nó sử dụng để đặt van Gaslift, van điều khiển, van bơm ép hóa chất hay van
tiết lưu mà không ảnh hưởng đến tiết diện bên trong ống nâng và cho phép các thiết
bị tời đi qua dễ dàng.
Trong trường hợp giếng không phải lắp đặt các van thì người ta có thể sử dụng
các van giả đặt trong nó nhằm bịt kín lỗ thông của Mandrel giữa ống khai thác và
ống chống khai thác. Trong một cột ống khai thác người ta có thể lắp một hoặc
nhiều mandrel.
2.3.9.Van an toàn sâu
Là bộ phận không thể thiếu trong các giếng khai thác dầu khí ( đặc biệt là các
giếng tự phun có áp suất lớn). Nó được lắp đặt ở vị trí trên cùng của thiết bị lòng giếng.