Tải bản đầy đủ
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC GASLIFT

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC GASLIFT

Tải bản đầy đủ

thuộc vào hệ số hấp phụ của vỉa và thời gian bơm ép). Áp suất bơm ép sẽ tăng dần và
khi khí nén xuống tới đế ống nâng thì áp suất đạt giá trị cực đại. Giá trị áp suất cực đại
này gọi là áp suất khởi động.
Khi khí đi vào cột ống khai thác và hoà tan vào chất lỏng trong ống nâng. Tỷ
trọng chất lỏng trong ống nâng sẽ giảm xuống, do vậy mà chất lỏng trộn khí sẽ được
nâng lên mặt đất và đưa đến hệ thống thu gom xử lí. Tại thời điểm khí bắt đầu vào ống
nâng áp suất nén khí sẽ giảm và khi đến gần miệng ống nâng, hỗn hợp chất lỏng khí có
năng lượng lớn hơn sẽ đẩy cột chất lỏng trên nó ra khỏi ống nâng làm cho áp suất ở đế
ống nâng giảm đột ngột xuống giá trị thấp nhất. Sau đó áp suất tăng dần đến giá trị nhất
định và không đổi trong suốt quá trình khai thác, áp suất tại thời điểm này gọi là áp
suất làm việc.

Hình 3.2:Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa áp suất khí nén và thời gian khi
khởi động giếng
3.2.2 Các biện pháp làm giảm áp suất khởi động
Do áp suất khởi động lớn nên trong thực tế khai thác bằng gaslift gặp nhiều khó
khăn hoặc không thể khởi động được giếng, đôi khi khởi động được nhưng lại không
đạt hiệu quả kinh tế. Vì vậy, cần phải tiến hành giảm áp suất khởi động. Vì D và d là
cấu trúc có sẵn được thiết kế theo tiêu chuẩn nên muốn giảm áp suất khởi động phải
giảm chiều cao cột chất lỏng (h) và giảm tỷ trọng cột chất lỏng (γL).

26

3.2.2.1 Các phương pháp giảm chiều cao cột chất lỏng (h)
-

Phương pháp thả ống nâng từng đợt

Đầu tiên ta thả ống nâng đến một chiều sâu nào đó, nén khí với một áp suất đủ
lớn để nâng cột chất lỏng trong ống nâng lên mặt đất. Khi mực chất lỏng hạ xuống ta
tiếp tục hạ ống nâng thêm 30m đến 50m và lại ép khí để nâng cột chất lỏng lên bề mặt.
Quá trình cứ tiếp tục như vậy cho tới khi thả được ống nâng đến chiều sâu thiết kế.
Phương pháp này áp dụng cho những giếng có chiều sâu nhỏ và hệ số sản phẩm thấp.
Nhược điểm của phương pháp này là tốn nhiều thời gian và phải có thiết bị nâng thả.
-

Phương pháp múc chất lỏng bằng bơm piston:

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
giảm. Phương pháp này chỉáp dụng cho những giếng có áp suất vỉa nhỏ và hệ số sản
phẩm nhỏ.
-

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 (vượt
khoảng 10%). Để khắc phục trường hợp này người ta sử dụng van Gaslift để thay thế
các đầu nối chuyên dụng này.
-

Phương pháp dùng van gaslift

Bản chất của phương pháp này là chia độ nhúng chìm h ra thành nhiều đoạn h 1,
h2, h3,….Chi tiết về kĩ thuật và công nghệ của phương pháp sẽ được trính bày ở phần
sau của đồ án.
3.2.2.2 Các phương pháp giảm tỷ trọng của chất lỏng (γL)
Để giảm áp suất khởi động ta tìm cách giảm γL bằng phương pháp hoà chất khí
hoặc lỏng có tỷ trọng nhỏ hơn vào dung dịch trong giếng.
-

Phương pháp thay dung dịch bằng nước lã

Người ta thả vào giếng cột ống khai thác đến phần ống lọc. Bơm nước lã vào
không gian vành xuyến đẩy dung dịch qua cột ống khai thác lên mặt đất. Khi thay dung
dịch bằng nước lã, nếu chưa gọi được dòng thì thay nước bằng dầu có tỷ trọng nhỏ hơn
nước. Nếu vẫn chưa gọi được dòng thì phải chuyển sang phương pháp khác.
27

-

Phương pháp giảm tỷ trọng bằng nitơ lỏng và công nghệ ống mềm

Người ta thả ống mềm vào ống HKT theo từng đợt, tăng dần. Mỗi đợt người ta bơm
nitơ lỏng qua ống mềm vào ống HKT. Tại đây do nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ hoá lỏng,
nitơ lỏng chuyển sang trạng thái khí, với thể thích đủ lớn hoặc hoà trộn với chất lỏng
trong ống HKT hoặc tạo thành nút khí đẩy chất lỏng trong ống HKT ra ngoài, khi thấy
miệng giếng xuất hiện khí nitơ, ta tiếp tục thả ống với vận tốc tuỳ thuộc vào lưu lượng
và áp suất của dòng đi lên. Trường hợp dòng đi lên yếu hoặc không có dòng đi lên ta
phải dừng thả ống mềm hoặc kéo ống mềm lên một đoạn và tiếp tục bơm nitơ lỏng cho
đến khi nhận được dòng sản phẩm.
-

Phương pháp giảm tỷ trọng bằng cách bơm nén hỗn hợp lỏng – khí

Bản chất của phương pháp là sử dụng nguồn khí đồng hành hoặc từ máy nén hoà
trộn hoặc nén thành từng tập riêng biệt cùng với hỗn hợp chất lỏng như nước, dầu thô
hoặc dầu Diesel…
Quá trình hoà trộn khí như sau: (hình 3.3)
- Mở van hút (4) của máy bơm và van xả (5) để bơm chất lỏng từ bình chứa vào
khoảng không ngoài cột ống khai thác;
- Mở van (2) để khí hoà chung vào dòng dầu đang bơm vào khoảng không vành
xuyến;
- Tiếp tục mở lớn van (2) để lượng khí vào giếng nhiều hơn. Sau đó mở van (3)
trên đường bypass (đường hồi) của máy bơm để dầu hồi về bình chứa, giảm lưu lượng
dầu bơm vào vành xuyến;
- Điều chỉnh để lượng khí vào giếng đạt cực đại và lượng dầu bị ngắt bằng cách
mở hết van (3) đóng van (4), và tắt máy bơm.

28

Hình 3.3:Sơ đồ quá trình trộn khí

3.3 Cấu tạo, phân loại và nguyên lý hoạt động của van gaslift
3.3.1 Cấu tạo của van gaslift
Van có cấu tạo đặc 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 gas lift cấu tạo
chủ yếu các thành phần chính sau:

29

Hình 3.4: Van gaslift
-

Buồng khí nitơ: buồng nạp nitơ để cung cấp lực đóng van.
Trục ti van: là trục đóng – mở van được gắn với một viên bi có tác dụng

-

chặn dòng khí qua van. Viên bi thường có đường kính lớn hơn đường kính
trong của cửa van 1/16 (inch).
Lò xo: cung cấp lực bổ sung đóng van.
Đế van: hạn chế sự chuyển dịch của trục ti van và tạo độ kín khi van đóng.
Côn tiết lưu: được gắn vào đầu ra hoặc đầu vào của van để điều chỉnh thể
tích khí đi qua van.

30

-

Van một chiều: ngăn dòng chảy ngược của chất lỏng từ ống khai thác đi
qua van và vào vùng khí nén hay ngăn cản sự mở lại của van khởi động khi
áp suất trong ống khai thác tăng.

3.3.2 Phân loại van gaslift
Theo kích thước van có thể chia làm 2 loại:
- Van có đường kính ngoài 1 inch. Loại van này thường được sử dụng trong
những giếng khai thác có sản lượng thấp do bị hạn chế về kích thước lỗ tiết
lưu của van, do đó hạn chế khả năng lưu lượng khí nén qua van. Do tiết
diện của buồng chứa khí nitơ nén nhỏ do vậy áp suất mở van thường lớn
hơn so với loại có đường kính ngoài 1.5 inch.
- Van có đường kính ngoài 1.5 inch. Loại van được dùng trong những giếng có
lưu lượng khai thác lớn vì van có lỗ tiết lưu lớn (đạt tới 1/2 inch).
Theo cơ cấu lò xo có thể chia van làm 2 loại:
-

Van gas lift dạng lò xo. Đây là loại van sử dụng lực đàn hồi của lò xo để
đóng mở van. Vì sử dụng lò xo nên áp suất đóng mở van ít chịu ảnh hưởng
bởi sự thay đổi nhiệt độ của giếng, tuy nhiên loại van này bị hạn chế trong
việc cân chỉnh áp suất đóng mở do sai số lớn.

-

Van gas lift dạng buồng chứa khí nitơ nén. Đối với loại van này buồng
chứa khí nitơ nén đóng vai trò lò xo để đóng/mở van.Khí nitơ được nén
vào buồng chứa khí nitơ nén làm bình này có khả năng co giãn như lò xo.
Áp suất khí nitơ trong bình chịu sự thay đổi của nhiệt độ giếng do vậy khi
cân chỉnh van thường phải tiến hành trong điều kiện tiêu chuẩn 60 oF và 1
atm. Áp suất mở/đóng van cũng được đưa về điều kiện này. Loại van này
cho phép cân chỉnh với sai số đóng/mở van rất nhỏ 2-5 psi.

Theo nguyên lý điều khiển van cũng có thể chia làm 2 loại (hình 3.5)
- Van hoạt động theo áp suất ngoài vùng vành xuyến – áp suất ngoài vùng
vành xuyến đóng vai trò chính trong việc đóng/mở van.
- Van hoạt động theo áp suất trong cần – áp suất trong cần đóng vai trò chính
trong việc đóng/mở van.

31

3.3.3 Nguyên lý hoạt động của van gaslift
Trong quá trình làm việc, áp suất cao của khí nén từ khoảng không vành xuyến
sẽ đi vào các lỗ nhỏ trên van và tác động lên buồng chứa khí nitơ nén tạo ra lực nén
làm cho buồng chứa khí nitơ nén lại.Khi đó bi làm kín được nâng lên khỏi đế van, van
sẽ bắt đầu mở.Khí nén sẽ đi qua đế van, qua van ngược gắn ở mũi van và đi vào trong
cần khai thác. Khi áp suất khí nén ở khoảng không vành xuyến tại độ sâu đặt van giảm
đi và nhỏ hơn áp suất mở van, lúc này áp suất bản thân buồng chứa khí nitơ tác động
đẩy bi vào lại đế van, van sẽ đóng.
Trong quá trình làm việc, bi, đế và buồng chứa khí nitơ nén của van được bảo vệ
bởi dung dịch silicon trong van.Trong quá trình chế tạo van, dung dịch silicon này
được bơm vào trong van.Khi van đóng dung dịch silicon nằm ở phần dưới của buồng
chứa khí nitơ nén.Khi buồng chứa khí nitơ nén nén lại để mở van, dung dịch này bị nén
ra ngoài qua một lỗ nhỏ được khoan trên trục dẫn hướng.Với kích thước nhỏ lượng
silincon chỉ có thể thoát ra từ từ, do vậy bi van cũng được nâng lên từ từ khỏi đế
van.Khi van đóng dung dịch silicon lại từ phần dưới chảy về buồng chứa khí nitơ nén.

32

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo van gas lift điều khiển bằng áp suất khí
nén ngoài vùng vành xuyến và áp suất trong cần

33

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo van gas lift
3.4 Các hệ thống ống khai thác dầu bằng gaslift
Một giếng khai thác chịu ảnh hưởng của các điều kiện khai thác như điều kiện
vỉa, chiều sâu và đặc tính của tầng chứa, tính chất của chất lưu… Chính vì vậy để thích
ứng với từng điều kiện khai thác cụ thể có thể chia cấu trúc giếng gaslift thành các loại
sau đây:
- Theo số lượng cột ống thả vào giếng: cấu trúc một dãy ống và cấu trúc hai dãy
ống.
- Theo hướng của dòng khí nén và dòng sản phẩm: hệ thống khai thác trung tâm
và hệ thống khai thác vành xuyến. Cấu trúc một dãy ống có ưu điểm là tiết kiệm ống,

34

nhưng xung áp tại vùng đáy giếng sẽ gây ảnh hưởng xấu đến vùng cận đáy giếng và độ
bền của cấu trúc ống nói chung.
Với cấu trúc hai dãy ống, dãy ống lớn bên ngoài thường có đường kính 73 hoặc
102 mm được thả xuống đến độ sâu khoảng bắn vỉa.Dãy ống nhỏ bên trong (thường có
đường kính 48 hoặc 73 mm) được thả xuống dưới mức chất lỏng tương ứng với áp suất
làm việc của khí nén.Trong cấu trúc hai dãy ống, người ta phân biệt cấu trúc thẳng và
cấu trúc phân bậc (bậc thang).
- Cấu trúc thẳng được sử dụng trong giếng có cát với ưu điểm là dễ dàng thay
đổi độ ngập của ống bên trong tùy thuộc vào mực chất lỏng, sản lượng khai thác hoặc
các nguyên nhân khác. Cấu trúc này có nhược điểm là cần lượng ống lớn và chỉ sử
dụng khi khoảng không ngoài cần không kín.
- Cấu trúc phân bậc là cấu trúc với kích thước cột ống ngoài bên dưới nhỏ hơn
cột ống phía trên nhằm tiết kiệm chi phí về ống và tăng vận tốc dòng chảy. Nhược điểm
chính của cấu trúc này là không cho phép thay đổi độ ngập của ống bên trong và gây
khó khăn trong khảo sát giếng.
3.4.1 Hệ thống khai thác vành xuyến.
* Cấu trúc một cột ống theo chế độ vành xuyến
Trong chế độ khai thác này, khí nén được ép vào vùng vành xuyến giữa cột ống
nâng và cột ống chống khai thác, dầu đi lên theo ống nâng.
Khi hệ thống ống nâng này làm việc thì mực chất lỏng trong ống bơm ép sẽ nằm
sát đáy ống nâng. Hiện nay kiểu cấu trúc này được áp dụng phổ biến trên thế giới
Ưu điểm:
-

Đơn giản, gọn nhẹ, sử dụng triệt để cấu trúc của giếng.
Tăng độ bền của ống khai thác.
Dễ dàng nâng cát và vật cứng ở đáy giếng lên mặt đất, dễ xử lý khi có
parafin lắng đọng.

35

Hình 3.7: Cấu trúc vành xuyến 1 cột ống
Nhược điểm:
- Áp suất khởi động lớn (so với chế độ trung tâm).
- Áp suất đáy giếng Pđ giảm đột ngột khi khởi động và dừng nén khí, làm
hư vùng cận đáy giếng và tạo nút cát lấp ống lọc. Để khắc phục nhược
điểm này nhười ta lắp đặt van gaslift khởi động và đặt paker.
* Cấu trúc 2 cột ống: Chia làm 2 loại.
● Cấu trúc 2 cột ống thông thường:
Khí nén được bơm vào vùng không gian vành xuyến giữa ống bơm ép và
ống nâng. Sản phẩm khai thác sẽ theo ống nâng lên mặt đất.
● Cấu trúc 2 ống đặc biệt:
Trong hệ thống này, cột ống bơm ép được phân bậc.Phía dưới là ống có
đường kính nhỏ, còn phần trên cột ống có đường kính lớn.

36