Tải bản đầy đủ
Hình 5.4- Sơ đồ van tuần hoàn.

Hình 5.4- Sơ đồ van tuần hoàn.

Tải bản đầy đủ

+ Khi áp suất và tốc độ dòng sản phẩm vượt quá giới hạn thiết kế ban đầu.
+Khi có báo động khẩn cấp (hỏa hoạn, xuất hiện khí độc…)
Khi lắp các van an toàn sâu người ta phải thử áp suất đóng, mở van và lắp van an
toàn sâu vào nhippen khi giếng đã làm việc ổn định. Van an toàn sâu có thể đóng mở
bằng trạm điều khiển thủy lực TKS ở trên mặt đất.

∗ Van an toàn sâu điều khiển bằng dòng chảy:
- Đặc điểm: Van được lắp sâu trong lòng giếng, dưới paker; Van này tự động
đóng mở khi tốc độ dòng chảy thay đổi so với thiết kế ban đầu.
- Nhược điểm: Thiết kế và bảo dưỡng phức tạp, tốn kém; hạn chế lưu lượng
dòng chảy, thiếu an toàn.

∗ Van an toàn sâu điều khiển trên mặt đất:
- Đặc điểm: Van được đóng mở nhờ dòng chất lưu có áp suất cao được bơm từ
trên mặt đất xuống theo đường ống riêng. Chiều sâu đặt van từ 120-180m cách thiết
bị miệng giếng.
5.1.10. Van gaslift.
Van Gaslift là thiết bị chính trong khai thác bằng phương pháp Gaslift. Van
Gaslift ngày càng được cải tiến và hiện đại hóa. Có thể tóm tắt qua 3 thế hệ sau:
- Thế hệ 1: Là thế hệ cổ điển, van Gaslift được nối với ống khai thác bằng ren.
Do đó nếu hỏng hóc thì phải kéo cả ống khai thác lên, dẫn đến chi phí cao, khó sửa
chữa và không thao tác được thiết bị lòng giếng bằng kỹ thuật cáp tời.
- Thế hệ 2: Van được đặt ngoài ống khai thác, tuy nhiên khi thay vẫn phải kéo
cả ống khai thác lên.
- Thế hệ 3: Van được cải tiến hơn, đặt trong mandrel, do đó quá trình thay van
và sửa chữa được thực hiện bằng dụng cụ cáp tời.
Tại xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro mỗi giếng khai thác Gaslift có khoảng
6-7 Mandrel, mỗi Mandrel chứa 1 van BKT-1. Các van Gaslift mở dưới tác dụng
của khí nén, được đóng nhờ áp suất khí N 2 nạp trong buồng khí gọi là Siphôn.
Mandrel cuối cùng chứa van làm việc DKO-2 loại 1, vì không có buồng khí nên van
luôn mở.
Van khởi động hay van làm việc đều có van ngược và đường kính côn tiết lưu
từ 1/8- 3/8”. Các van đều có khóa trên hoặc khóa dưới có tác dụng định vị van đúng
vị trí. Do đó van được thu hồi khi có tác dụng thích hợp để làm đứt các chốt định vị
của khóa.
a. Chức năng và phân loại van Gaslift:
76

Chức năng:
- Tự động đóng mở để cách ly hoặc khai thông vùng không gian bên ngoài và
bên trong ống nâng.
- Giảm áp suất khởi động, do vậy tăng hiệu quả sử dụng năng lượng của thiết
bị nén khí (cùng công suất máy nén khí, chiều sâu khí nén vào ống nâng tăng lên).
Phân loại van Gaslift:
Phụ thuộc vào chế độ khai thác, chức năng sử dụng, nguyên lý hoạt động, cấu
trúc hay nguyên lý lắp đặt, van Gaslift có thể phân loại như sau:
* Theo chức năng: Van gaslift khởi động hoặc làm việc.
+ Van Gaslift khởi động: van Gaslift khởi động dùng để tăng độ sâu dẫn khí
vào cột ống nâng bằng cách lần lượt khí hoá cột chất lỏng bắt đầu từ van trên cùng.
Các van Gaslift khởi động sẽ lần lượt đóng cho đến khi khí đi vào các van Gaslift
làm việc. Sau khi đưa giếng vào hoạt động ổn định các van khởi động này đều phải
đóng kín. Các van này có thể dùng cho cả giếng khai thác liên tục và giếng khai
thác theo chế độ định kỳ.
+ Van Gaslift làm việc: Dùng dẫn khí vào cột ống nâng và duy trì khí hoá cột
chất lỏng liên tục. Phụ thuộc vào độ chênh lệch áp suất của khí nén và của cột chất
lỏng tại nơi đặt van mà van Gaslift làm việc có thể tự điều chỉnh lượng khí nén theo
yêu cầu.
* Theo nguyên lý hoạt động của van:
Van điều khiển bằng áp suất, độ chênh áp hay cơ học.
+ Van Gaslift điều khiển bằng áp suất : Van Gaslift điều khiển bằng áp suất có
quá trình đóng mở van được điều khiển bằng áp suất của khí nén hay của cột chất
lỏng khai thác.
+ Van Gaslift điều khiển bằng chênh áp: Van Gaslift điều khiển bằng chênh áp
có quá trình đóng mở van điều khiển bằng độ chênh áp của cột chất lỏng khai thác
và khí nén.
+ Van Gaslift cơ học: Van Gaslift cơ học ít được sử dụng trong công nghiệp
khai thác dầu khí bằng Gaslift do tính chưa hoàn thiện về cấu tạo và bất tiện về
điều khiển. Quá trình đóng mở van loại cơ học phụ thuộc vào tác động cơ học trên
mặt đất.
* Theo Cấu trúc:
Van Gaslift dạng buồng khí, dạng lò xo hay dạng kết hợp.

77

+ Van Gaslift dạng buồng khí: tác nhân để đóng van của loại van này là do áp
suất của khí nén trong buồng chứa khí.
+ Van Gaslift dạng lò xo: tác nhân để đóng van của loại van này là do lực đàn
hồi của lò xo thay vì áp suất của khí nén trong buồng chứa khí.
+ Van Gaslift dạng kết hợp: tác nhân để đóng van của loại van này là do tổng hợp
lực đàn hồi của lò xo và lực áp suất nén của khí trong buồng chứa khí.
* Theo phương pháp lắp đặt:
Loại cố định có thể tháo gỡ:
+ Van Gaslift cố định: Được lắp đặt ngay trên cột ống nâng và thả cùng với vột
ống nâng vào giếng. Van loại này hầu như không được sử dụng vì tính bất tiện do
phải tiến hành kéo thả toàn bộ cột ống khai thác khi cần tháo dỡ van.
+ Van Gaslift có thể tháo gỡ: Được lắp đặt vào túi chứa nhờ kỹ thuật tời. Túi
chứa được nối và thả cùng với cột ống nâng vào giếng theo độ sâu thiết kế. Sau đó
van Gaslift được lắp đặt hay tháo dỡ để thay thế hoặc sửa chữa bằng kỹ thuật tời mà
không cần phải kéo thả toàn bộ cột ống khai thác. Điều này giảm đáng kể chi phí
cho sửa chữa và thời gian dừng giếng.
* Theo chế độ khai thác:
Gồm van Gaslift liên tục và van Gaslift định kỳ.
* Theo thiết bị lắp đặt:
Gồm van Gaslift lắp đặt nhờ tời hoặc lắp đặt nhờ thuỷ lực.
b. Nguyên lý cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của van gaslift.
Nguyên lý cấu tạo:
Van gaslift được đặt vào trong túi đựng (mandrel) ở độ sâu thiết kế nhằm đưa
khí vào dòng sản phẩm khai thác để khí hoá phần cột chất lỏng phía trên van. Van
có cấu tạo đặt biệt cho phép điều khiển quá trình đóng mở van một cách dễ dàng
bằng áp suất khí nén hay bằng áp suất cột chất lỏng khai thác. Van gaslift cấu tạo
chủ yếu từ các thành phần chính sau: thân van 1, buồng chứa khí nitơ 2, ti van 3 và
lỗ dẫn khí 4

78

Hình 5.5.- Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của van gaslift.
Nguyên tắc hoạt động của van gaslift:
Để dễ hình dung nguyên tắc hoạt động của van gaslift, ta xem xét van dạng
buồng chứa khí Nitơ. Bộ phận quan trọng nhất của van gaslift loại này là buồng
chứa khí Nitơ nén. Van gaslift dạng buồng chứa khí Nitơ có ba tiết diện quan trọng
mà áp suất có thể tác động lên: tiết diện của buồng khí nén A b, tiết diện của lỗ dẫn
khí Ap và tiết diện hiệu dụng của buồng khí nén (A b – Ap) (xem Hình 5.6). Trên cơ
sở các tiết diện, đưa ra các khái niệm sau:
Yếu tố buồng chứa khí Nitơ Fb = Ab / (Ab – Ap)
Yếu tố lỗ dẫn khí Fp = Ap / (Ab – Ap).
* Nguyên tắc hoạt động của van gaslift kiểu buồng chứa khí Nitơ điều khiển
bằng áp suất khí nén (loại không cân bằng-áp suất đóng mở van không bằng
nhau):
+Phương trình cân bằng áp suất khi mở van (khi van đang đóng):
Tại thời điểm van đang đóng, diện tích Ap phía dưới ti van chịu áp suất chất
lỏng trong ống khai thác Pl và diện tích dưới buồng khí nitơ (A b – Ap) bị áp suất khí
nén Pk tác động đẩy lên. Diện tích buồng khí nitơ A b chịu áp suất khí nitơ nén Ap tác
động đẩy xuống. Khi van chuẩn bị mở thì ta có thể viết phương trình cân bằng lực
sau:
Pkm (Ab – Ap) + Plm Ap = PbAb
(5.1.1)
Trong đó: kí hiệu m: chỉ trạng thái van đang chuẩn bị mở.
Nếu van gaslift kiểu kết hợp nghĩa là có lò xo để hỗ trợ lực đóng van thì
phương trình có thể viết lại như sau:
Pkm (Ab – Ap) + Plm Ap = PbAb + Plx (Ab – Ap)
(5.1.2)

79

Trong đó: Plx là áp suất đàn hồi của lò xo.
Chia đẳng thức (5.1.1) và (5.1.2) cho (Ab – Ap ) ta có phương trình tương
đương sau:

Pkm + Plm

Pkm + Plm

Ap
( Ab − A p )

Ap
( Ab − Ap )

= Pp

= Pp

Ap
( Ab − A p )

Ap
( Ab − Ap )

(5.1.3)

+ Plx

(5.1.4)
Thay các yếu tố buồng chứa khí nitơ F b = Ab / (Ab – Ap) và yếu tố lỗ dẫn khí
Fb = Ap / (Ab – Ap ) vào (5.1.3) và (5.1.4) ta được:
Pkm + PlmFp = PbFb
(5.1.3’)
Pkm + PlmFp = PbFb + Plx
(5.1.4’)
Khi biết được áp suất Pkm và Plm, áp suất cần phải nạp vào buồng khí nén có
dạng tổng quát:
1
Fp

Pb =
( Pkm + PlmFp – Plx )
(5.1.5)
Từ (5.1.1), sau khi biến đổi toán học, áp suất cần phải nạp vào buồng khí nén
có thể viết dưới dạng như sau:
Ap
Pb=Pkm- Ab (Pkm-Plm)
(5.1.6)
+ Phương trình cân bằng áp suất khi đóng van (khi van đang mở):
Tại thời điển van đang mở diện tích phía dưới van Ap và diện tích dưới buồng khí
Nitơ (Ab-Ap) chịu áp suất khí nén Pk tác động đẩy lên và diện tích buồng khí nén Nitơ
Ab chịu áp suất khí Nitơ nén Pb tác dụng đẩy xuống (xem Hình 5.6). Khi van chuẩn bị
đóng ta có thể viết phương trình cân bằng lực sau:
Pkd(Ab - Ap) + PkdAp = PbAb
(5.1.7)
Trong đó: kí hiệu d chỉ trạng thái van khi chuẩn bị đóng.
Nếu van gaslift kiểu kết hợp thì phương trình (5.1.2)viết lại như sau:
Pkd(Ab - Ap) + PkdAp = PbAb + Plx(Ab - Ap)
(5.1.8)
Sau khi biến đổi toán học các đẳng thức (5.1.7) và (5.1.8), ta có các phương
trình tương đương sau: Pkd = Pb .
(5.1.9)

80

Hình 5.6.- Sơ đồ nguyên lý quá trình đóng mở van
gaslift kiểu buồng khí bằng áp suất khí nén.
1
Pkd = Pb + Fb Plx .

(5.1.10)
So sánh hai công thức tính áp suất đóng (5.1.7) và áp suất mở van (5.1.1) có thể
đưa ra công thức xác định áp suất đóng theo công thức mở hay ngược lại:
Ap

Pkd = Pkm - Ab (Pkm – Plm)
(5.1.11)
Như vậy,theo công thức (5.1.11) để van gaslift kiểu buồng khí đóng thì chỉ có
một cách duy nhất theo lý thuyết là giảm áp suất khí nén đến giá trị bằng áp suất
buồng chứa khí Nitơ.
*Nguyên tắc nạp khí cho van gaslift kiểu buồng chứa khí Nitơ:
Quá trình nạp khí buồng chứa khí Nitơ và hiệu chỉnh cho đúng với giá trị thiết
kế được tiến hành ở trạm nạp khí và thử van gaslift. Trong Hình 5.7 trình bày sơ đồ
nguyên lý cấu tạo của trạm nạp khí và thử van. Van gaslift 1 được đặt vào buồng thử
áp suất 2. Khí nén đi vào buồng thử 2 qua van điều khiển A và được theo dõi bởi áp
kế 3, khí nén sau khi mở van 1 sẽ đi qua van điều khiển B và thoát ra ngoài. Áp kế 4
dùng để theo dõi áp suất sau van.
Áp suất cho buồng chứa khí Nitơ thường được hiệu chỉnh nhờ giá trị áp suất
biểu kiến. Áp suất biểu kiến là giá trị áp suất khí cần thiết để mở van P ko ở điều kiện
nhiệt độ 15,5 oC (60 oF) và áp suất chất lỏng tác động lên ti van Plo bằng áp suất khí
quyển. Như vậy, trên cơ sơ công thức xác định áp suất mở van (5.1.2), có thể viết lại
cho trường hợp này là:
Pko (Ab - Ap) + 0 = PboAb + Plx(Ab -Ap)
(5.1.12)
81

Pko = FbPbo + Plx
(5.1.13)
Trong đó:
Pbo- Áp suất cần nạp vào buồng khí Nitơ ở điều kiện nhiệt độ 15,5 oC

1. Van gaslift; 2. Buồng thử áp suất; 3 và 4. Áp kế
Hình 5.7.- Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của trạm nạp khí và thử van gaslift.
Đối với hầu hết van gaslit loại buồng chứa khí Nitơ điều khiển bằng áp suất cột
chất lỏng, áp suất trong buồng khí Nitơ bằng không. Do đó phương trình (5.13) có
dạng đơn giản sau:
Pko = Plx
(5.1.14)
Do lực đàn hồi của lò xo hầu như không bị ảnh hưởng bởi yếu tố nhiệt độ
của các giếng khai thác nên phương trình (5.1.14) có thể xác định được áp suất của
lò xo đúng theo giá trị tính toán trong điều kiện làm việc trong thân giếng, nghĩa là:
Pko = Plm + PkmFp
(5.1.15)
Trong khi đó, đối với van gaslift có nạp khí Nitơ vào buồng khí, nghĩa là áp
suất Pbo khác không, cần thiết phải tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ lên giá trị áp
suất mở van. Để thực hiện được việc này, trước hết phải xác định áp suất mở van
trong điều kiện giếng làm việc.
Pb
Dựa trên hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ C t = Pbo , với Ct được xác định theo công

thức sau:
[ 460 + (1,8t + 32)] z t
520 z15
Ct =

(5.1.16)

Trong đó:

82

t – nhiệt độ tại độ sâu đặt van;
zt và z15 – hệ số nén của Nitơ ở điều kiện nhiệt độ t và ở 15,5 oC tương ứng.
Như vậy, có thể xác định được áp suất nạp khí vào buồng khí theo công thức
sau:

Pb
Pbo = C t
(5.17)
Trong đó, Pb được xác định theo công thức (5.5) với điều kiện không có lò xo,
1
nghĩa là Pb = Fb (Pkm + PlmFp). Lúc này giá trị áp suất nạp biểu kiến được xác định

theo công thức:
1
Pko = C t (Pkm + PlmFp) .

83

Hình 5.8. Sơ đồ mô tả thiết bị lòng giếng

84

85

5.2. Thiết bị miệng giếng.
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.
Hình 5.9- Sơ đồ thiết bị miệng giếng
a. Chức năng nhiệm vụ của thiết bị miệng giếng.
Thiết bị miệng giếng là một trong những bộ phận quan trọng của giếng khai
thác, là bộ phận nối liền ngay trên đầu các cột ống chống của giếng, chúng được sử
dụng để:
- Liên kết các đầu ống chống, bịt kín và kiểm tra áp suất ở không gian vành
xuyến giữa các cột ống chống.
- Treo và giữ cột ống nâng, đo áp suất ở đường nén, đường dập giếng, đường
tuần hoàn giếng để:
+ Dập giếng.
+ Rửa giếng.
+ Gọi dòng sản phẩm.
+ Xử lý vùng cận đáy giếng.
b. Các thành phần chính của thiết bị miệng giếng và chức năng của chúng:
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.
86