Tải bản đầy đủ
Hình 2.1: Sơ đồ khai thác dầu bằng gaslift

Hình 2.1: Sơ đồ khai thác dầu bằng gaslift

Tải bản đầy đủ

+ Cấu trúc ống nâng đơn giản, không có chi tiết dễ hư hỏng.
+ Sử dụng ở giếng có độ sâu và nghiêng lớn.
+ Khai thác được lưu lượng lớn, dễ điều chỉnh Qkt.
+ Khai thác giếng có yếu tố khí Giếng lớn và Pbh cao.
+ Khai thác giếng có t0 cao, hàm lượng parafin lớn, có cát, tính ăn
mòn mạnh.
+ Khảo sát và xử lý giếng thuận lợi (Không cần nâng cột ống khai thác).
+ Sử dụng triệt để khí đồng hành.
+ Ít gây ô nhiễm môi trường.
+ Có thể khai thác đồng thời từng vỉa trong cùng một giếng
* Nhược điểm :
+ Đầu tư ban đầu lớn.
+ Năng lượng chi phí cho 1 tấn sản phẩm lớn.
+ Hệ số hiệu dụng của cột ống nâng và cả hệ thống thấp.
Tùy thuộc vào phương pháp bơm ép khí nén và lưu lượng khai thác mà chia
ra làm 2 phương pháp khai thác Gaslift.
Phương pháp khai thác gaslift liên tục:
Phương pháp Gaslift liên tục là phương pháp khí nén đưa vào khoảng không
vành xuyến giữa ống chống khai thác và cột ống nâng, còn sản phẩm theo ống nâng
lên mặt đất liên tục.
* Phạm vi ứng dụng: khai thác Gaslift liên tục được áp dụng tốt nhất đối với các
giếng:
+ Có lưu lượng khai thác lớn.
+ Sản phẩm cát hay bị ngập nước.
+ Sản phẩm có độ nhớt cao, dòng chảy có nhiệt độ lớn.
+ Có tỷ suất khí cao mặc dù sản lượng giếng có thể nhỏ.
* Ưu điểm:
+ Năng lượng của khí nén và khí đồng hành được tận dụng tại miệng giếng
để vận chuyển sản phẩm đi tiếp đến hệ thống thu gom và xử lý.
+ Lưu lượng khai thác tương đối ổn định, hạn chế được nhiều phức tạp trong
hệ thống Gaslift.
+ Điều chỉnh lưu lượng khí nén thuận lợi bằng côn điều khiển.
+ Có thể điều chỉnh lưu lượng khai thác bằng việc điều chỉnh lưu lượng khí
nén.

23

* Nhược điểm: Không hiệu quả đối với giếng có mực nước động thấp (mặc dù lưu
lượng khai thác lớn).
Phương pháp khai thác Gaslift định kỳ:
Khai thác Gaslift định kỳ được tiến hành bằng cách ép khí vào khoảng không
vành xuyến và hỗn hợp sản phẩm khai thác theo ống khai thác lên mặt đất diễn ra
không liên tục mà có định kỳ được tính toán dựa theo các thông số địa chất kỹ thuật
của đối tượng khai thác.
* Phạm vi áp dụng:
+ Có áp suất đáy thấp nhưng hệ số sản phẩm cao.
+ Có hệ số sản phẩm thấp.
+ Giếng sâu và mực chất lỏng thấp.
+ Có lưu lượng khai thác nhỏ.
* Ưu điểm:
+ Kinh tế và linh hoạt (giá thành khai thác và thiết bị cho các giếng sâu với
mực chất lỏng thấp, thấp hơn so với các phương pháp cơ học khác).
* Nhược điểm:
+ Lưu lượng cực đại bị giới hạn.
+ Không thích hợp với các giếng sâu, ống nâng nhỏ đặc biệt là ống dạng mì
ống do khả năng tải của ống bị giới hạn.
+ Áp suất dao động mạnh vùng cận đáy giếng có thể dẫn đến sự phá huỷ đáy
giếng.
+ Khó điều khiển trong hệ thống Gaslift khép kín và nhỏ .
Ngoài ra còn có phương pháp khai thác Gaslift không cần máy nén khí.
c. Cơ sở lý luận chọn phương pháp khai thác gaslift liên tục cho giếng thiết kế.
Từ đặc tính của những phương pháp đã nêu trên, cùng với bảng tổng kết khả
năng hiệu quả áp dụng các phương pháp khai thác cơ học theo bảng 2.1, ta có thể
thấy rõ luận chứng khoa học lựa chọn phương pháp Gaslift ở mỏ Bạch Hổ.
Điều kiện khai thác ngoài biển phức tạp và khó khăn hớn rất nhiều so với đất
liền. Do vậy thời gian khai thác và phát triển mỏ thường kéo dài trong khoảng 20 ÷
30 năm. Vì vậy bên cạnh việc đưa nhanh tốc độ khoan và đưa giếng mới vào khai
thác, chúng ta cần áp dụng các phương pháp khai thác khác nhau, nhằm gia tăng sản
lượng khai thác và tận dụng cơ chế năng lượng của vỉa sản phẩm.

24

Với điều kiện hiện tại ở mỏ Bạch Hổ ngoài đối tượng móng đang khai thác
theo chế độ tự phun cho sản lượng cao và áp suất giảm không đáng kể thì hầu hết
các giếng khai thác ở tầng Mioxen và Oligoxen đã ờ thời kỳ cuối của quá trình tự
phun hoặc ngừng phun và bị ngập nước. Do đó việc đưa các giếng này vào giai
đoạn khai thác cơ học là rất cần thiết.
Qua phân tích các ưu nhược điểm của từng phương pháp khai thác cơ học ở
trên ta nhận thấy rằng một số hạn chế của phương pháp này có thể khắc phục bằng
phương pháp khác. Nhưng điều này không toàn diện vì bản thân ưu và nhược điểm
của các phương pháp trên không thể bù trừ nhau. Để có cơ sở lựa chọn phương
pháp khả thi và hiệu quả nhất đối với điều kiện mỏ Bạch Hổ cần phải xét đến các
yếu tố sau:
- Tính chất lưu thể của vỉa (dầu, khí, nước)
- Tính chất colectơ của đá chứa.
- Điều kiện địa chất của mỏ tiến hành khai thác.
- Tình trạng kỹ thuật, công nghệ áp dụng trên mỏ và thiết bị hiện có.
- Điều kiện thời tiết, khí hậu và kinh tế xã hội.
- Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật thông qua các thí nghiệm trên mỏ.
Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp khai thác dầu bằng cơ
học trên thế giới, liên hệ với điều kiện thực tế của mỏ Bạch Hổ, em thấy rằng : với
các giếng khai thác tập trung trên giàn cố định hay giàn tự nâng với diện tích sử
dụng hạn chế, độ sâu vỉa sản phẩm tương đối lớn từ 3000 ÷ 5000m, sản lượng khai
thác lại lớn, nên giải pháp khai thác bằng máy bơm piston thuỷ lực là kém hiệu quả
đối với mỏ Bạch Hổ.
Năm 1998 Viện nghiên cứu khoa học và thiết kế dầu khí biển của xí nghiệp
liên doanh Vietsovpetro đã tiến hành thử nghiệm với bộ máy bơm piston thuỷ lực và
máy bơm ly tâm điện chìm trên một số giàn cố định. Kết quả thử nghiệm cho thấy
khả năng sử dụng máy bơm thuỷ lực khi khai thác giếng có lưu lượng 30 ÷
50m3/ngđ và sản phẩm khai thác có độ ngậm nước cao là không hiệu quả. Các lần
thử nghiệm máy bơm thuỷ lực đã chỉ ra hàng loạt nhược điểm về đặc tính kỹ thuật
của máy bơm, do vậy máy bơm không bền và chóng hỏng.
Từ năm 1991 tại mỏ Bạch Hổ đã tiến hành thử nghiệm khai thác bằng máy
bơm ly tâm điện chìm với mục đích xác định phạm vi sử dụng của máy bơm đối với
dầu có yếu tố khí cao. Kết quả thử nghiệm như sau :

25

- 50% hỏng hóc của máy bơm ly tâm điện ngầm xảy ra ở phần điện trong đó
có 30% hỏng là do đường dây điện bị chầy xước trong khi thả máy bơm xuống
giếng nghiêng và sâu.
- 83% máy bơm ly tâm điện ngầm làm việc trong điều kiện có hệ số làm việc
tối ưu.
- Chu kỳ giữa hai lần sửa chữa giếng khai thác bằng máy bơm ly tâm điện
ngầm tại mỏ Bạch hổ thay đổi trong phạm vi tương đối lớn, trung bình từ 6 - 8
tháng.
Kết quả cho thấy nhiệt độ làm việc của động cơ trong thời gian làm việc luôn
gần giá trị tới hạn của động cơ, nhất là khi khai thác ở tầng móng có nhiệt độ cao.
Trong điều kiện làm việc như vậy tuổi thọ và khả năng làm việc của máy bơm giảm.
Mặt khác ở mỏ Bạch Hổ có nhiều giếng khoan nghiêng, điều đó dẫn tới khó khăn
trong việc thả máy bơm. Hệ thống bảo vệ dây cáp bị xây xát trong quá trình thả
hoặc máy bơm có thể kẹt không quay được do độ nghiêng của giếng lớn.
Bên cạnh đó phần lớn giếng ở mỏ Bạch Hổ có đường kính ống chống khai
thác là 168mm. Với đường kính đó nếu lưu lượng khai thác nhỏ hơn 200m 3/ng.đ thì
có thể sử dụng máy bơm ly tâm điện ngầm, đối với các giếng có độ sâu 3500m và
không thể sử dụng máy bơm ly tâm điện ngầm để khai thác với sản lượng lớn hơn
300T/ng.đ. Vì đường kính ống khai thác nhỏ.
Nếu dùng máy bơm ly tâm điện ngầm cho toàn bộ mỏ thì vấn đề kéo thả máy
bơm trong quá trình sản xuất trở thành nan giải và cần đến tầu khoan kết hợp điều
kiện thời tiết cho phép. Giải pháp sử dụng máy bơm ly tâm điện ngầm chỉ có tính
khả thi, khi khai thác cục bộ ở từng giếng.
Từ những vấn đề thực tế trên : với bơm piston không sử dụng do hàm lượng
khí trong dầu cao. Bơm ly tâm điện chìm làm việc kém hiệu quả không phù hợp với
điều kiện tại mỏ Bạch Hổ. Kết hợp với điều kiện cụ thể của các giếng dầu trên mỏ
Bạch Hổ: hiện nay có khoảng 60% các giếng đã ngưng tự phun do ngập nước do áp
suất vỉa thấp. Các giếng đều có profin xiên, song có 2 trạm nén khí đặt tại mỏ, có
công suất 2 triệu m3/ngđ và 8,1 triệu m3/ngđ dùng cho việc khai thác và vận chuyển
khí vào đất liền.
Như vậy, phương pháp khai thác bằng Gaslift là phù hợp hơn cả. Phương pháp
Gaslift có thể khai thác kế tiếp phương pháp tự phun. Nó có nhiều ưu điểm hơn so
với các phương pháp khai thác cơ học khác không những về mặt kỹ thuật công nghệ
mà còn về mặt kinh tế. Với các trang thiết bị hiện đại rất phù hợp phương pháp khai

26

thác này đã hứa hẹn mang lại hiệu quả cao hơn các phương pháp khai thác cơ học
khác. Vậy việc lựa chọn phương pháp Gaslift áp dụng cho toàn mỏ Bạch Hổ nói
chung và cho giếng đang thiết kế nói riêng là hoàn toàn đúng đắn.
Đối với giếng thiết kế em chọn phương pháp khai thác gaslift liên tục vì giếng
có lưu lượng khai thác cao, hệ số sản phẩm tương đối cao và giếng có mực nước
thủy động cao. Vậy các điều kiện đó đảm bảo cho giếng có thể khai thác bằng
phương pháp gaslift liên tục với hiệu quả cao.

Bằng cần
Điều kiện khai thác
MB cần
kéo
Ngoài khơi
Sa mạc
Thành phố đông dân
Một giếng riêng lẻ

Trung
bình
Khá

Loại
Piston
Loại
guồng thuỷ lực
phun tia
xoắn
ngầm
Trung bình
Tốt
Tốt
Khá
Khá Trung bình

Trung
bình
Khá

Tốt

Tốt

Khá

Khá

Tốt

Tốt

T. bình

Khá

Khá

Xấu

Khá

Tốt

Xấu

Xấu

Tốt
Trung
bình
Trung
bình
Trung
bình
Khá

Khá
Tốt

Khá
Tốt

Xấu
Xấu

Tốt
Tốt

Tốt

Tốt

Xấu

Khá

Khá

Tốt

Xấu

Trung
bình
T. bình

Trung
bình
Trung
bình
Khá

T.
bình
Tốt
Trung
bình
Trung
bình
Khá

Trung
bình
Trung
bình

Trung
bình
Khá

Khá

Xấu

Tốt

Xấu

Áp suất vỉa thấp

Tốt

Thay đổi sản lượng và
chuyển sang khai thác
định kỳ

Trung
bình

Khá

Tốt
Tốt

Độ sâu giếng lớn

Yếu tố khí dầu cao

Khá

Tốt
Tốt

Khá

Xuất hiện lắng đọng
muối
Xuất hiện nhũ tương

Gaslif
t

Tốt

Trung
bình
T. bình

Khá
Trung
bình
Trung
bình
Trung
bình
Trung
bình
Tốt

Loại
xoắn

Tốt

Khá
Trung bình

Nhiệt độ vỉa cao
Sản phẩm có độ nhớt
cao
Sản phẩm có độ ăn mòn
cao
Sản phẩm có chứa cát

Loại
bơm ly
tâm
Khá

Bằng
khí

Trung
bình
Khá
Trung
bình
Khá

Xấu
Tốt

Một nhóm giếng

Nguyên lý truyền động
Bằng thuỷ lực
Bằng điện

27

Khá

Khá

Khá
Trung
bình
Khá

Khá
Xấu

Trung
bình
Trung
bình

Tốt

Xấu
T.
bình
Khá
Tốt

Tiến hành khảo sát
giếng
Giếng khoan nghiêng và
ngang
Sửa chữa bằng tời
Bơm hoá phẩm

Xấu

Xấu

Xấu

Xấu

Xấu

Xấu

Xấu

Tốt

Trung
Trung
Tốt
Trung
Trung
Tốt
bình
bình
bình
bình
Xấu
Xấu
Xấu
Tốt
Xấu
Xấu
Tốt
Trung
Trung
Trung
Tốt
Trung
Trung
Tốt
bình
bình
bình
bình
bình
Bảng 2.1. Tổng kết khả năng và hiệu quả áp dụng các phương pháp khai thác
dầu bằng cơ học.

28

CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHAI THÁC GIẾNG DẦU BẰNG PHƯƠNG
PHÁP GASLIFT LIÊN TỤC
3.1.


Sơ đồ nguyên lý cấu trúc Hệ thống cột ống khai thác bằng gaslift.

Hệ thống ống khai thác bằng Gaslift có thể phân loại như sau :
- Theo số lượng cột ống thả vào giếng người ta chia ra :
+ Cấu trúc 1 cột ống.
+ Cấu trúc 2 cột ống.
- Theo hướng đi của khí nén và dòng sản phẩm người ta chia ra hai chế độ khai thác :
+ Chế độ vành khuyên.
+ Chế độ trung tâm.
- Theo số lượng cột ống thả vào giếng và hướng đi của khí nén và dòng sản phẩm
ta có 4 cấu trúc hệ thống ống khai thác sau :
+ Cấu trúc : chế độ vành khuyên 1 cột ống (hình 3.1)
+ Cấu trúc : chế độ vành khuyên 2 cột ống (hình 3.2)
+ Cấu trúc : chế độ trung tâm 1 cột ống (hình 3.3)
+ Cấu trúc : chế độ trung tâm 2 cột ống (hình 3.4)

KN

SP

KN

KN

SP

29

SP

KN

SP

Hình 3.1

Hình 3.2

Hình 3.3



Hình 3.4

Trong thực tế, thường sử dụng cấu trúc chế độ vành khuyên 1 cột ống. Tuỳ
theo việc trang bị paker và van ngược trong hệ thống, mà chia ra 3 dạng cấu trúc cơ
bản sau:
- Hệ thống ống khai thác dạng mở : (hình 3.5)
Đặc điểm :
+ Không trang bị paker và van 1 chiều.
+ Áp dụng khi Pd lớn hơn áp suất khí ép.
+ Áp dụng khi thực hiện phương pháp Gaslift liên tục.
- Hệ thống khi khai thác dạng bán đóng (hình 3.6)
Đặc điểm :
+ Trang bị paker, không trang bị van 1 chiều.
+ Áp dụng khi thực hiện phương pháp khai thác Gasilrt liên tục.
- Hệ thống ống khai thác dạng đóng (hình 3.7)
Đặc điểm :
+ Trang bị paker và van 1 chiều.
+ Áp dụng khi thực hiện phương pháp khai thác Gaslift định kỳ.

30

Pv

Hình 3.5

Pv

Hình 3.6



Hình 3.7

Ưu nhược điểm của cấu trúc 1 cột ống :
- Cấu trúc 1 cột theo chế độ trung tâm :
+ Ưu điểm :
. Giảm áp suất khởi động PKd (so với chế độ vành khuyên).
. Đơn giản, gọn nhẹ, sử dụng triệt để cấu trúc của giếng.
+ Nhược điểm :
. Giảm độ bền của ống chống khai thác.
. Giảm độ bền của ống HKT (do vật cứng mài mòn đầu nối ống).
. Khó nâng cát và vật cứng ở đáy giếng lên mặt đất (do tiết diện KGVX lớn).
. Khó xử lý khi có parafin lắng đọng.
. Áp suất đáy giếng Pd giảm đột ngột khi khởi động và ngừng nén khí.
- Cấu trúc 1 cột ống theo chế độ vành khuyên :
+ Ưu điểm :
. Đơn giản, gọn nhẹ, sử dụng triệt để cấu trúc của giếng.
. Tăng độ bền của ống khai thác.
. Dễ nâng cát và vật cứng ở đáy giếng lên mặt đất (F nhỏ).
. Dễ xử lý khi có parafin lắng đọng.
. Thuận lợi khi trang bị van Gaslift khởi động.
31

+ Nhược điểm :
. Áp suất khởi động lớn (so với chế độ trung tâm)
. Áp suất đáy giếng Pd giảm đột ngột khi khởi động và ngừng nén khí, làm hư
hỏng vùng cận đáy giếng và tạo nút cát lấp ống lọc. Để khắc phục nhược điểm này
người ta lắp van Gaslift khởi động và đặt paker.
3.2. Tính toán đường kính và chiều dài cột ống khai thác cho giếng thiết kế.
3.2.1. Tính toán cột ống nâng khi khống chế lưu lượng khai thác:
a. Xác định chiều dài cột ống nâng L(m).
Chiều dài cột ống nâng được xác định theo công thức Krulov :

L=H−

10( Pd − Pde )
γ hh

(3.1)

Trong đó :
H: Chiều sâu của giếng (m).
Pd: Áp suất đáy giếng (at).
Pđế : Áp suất ở đế cột ống nâng, nhận sự tiêu hao áp suất trong quá trình
chuyển đông của khí từ máy nén khí đến cột ống nâng là 4 at nên:
Pđê = Plv – 4

γ hh : Trọng lượng riêng trung bình của hỗn hợp dầu khí giữa đáy giếng và
đế cột ống nâng:

γ hh =

γ d + γ de
2
γ de

Với :

(Q

)

+ 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

(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

(3.2.)

cl

Qcl = Qd = Q = K. = K.(Pv−Pd) ; γcl =

γd

Q : Lưu lượng khai thác.
b. Xác định đường kính cột ống nâng khi làm việc ở chế độ tối ưu:

32

(3.3)

d tu = 0,235

Với:

Qcl
1
3
ε (1 − ε ) γ cl

(3.4)

Pde − Pm
ε = 10 Lγ cl

(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
R =
(3.6)
tp

Lưu lượng riêng của khí ép:

 Pde − Pm
G 0α 
2

Roep = Rotp - 





(3.7)

Lưu lượng khí ép:
V = Roep.Q(m3/ng.đ)
G0: tỷ số khí của giếng

(3.8)

α: Hệ số hoà tan của khí
3.2.2. 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).
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 : Lon = 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:

33