Tải bản đầy đủ
5 Các kiểu khai thác gaslift

5 Các kiểu khai thác gaslift

Tải bản đầy đủ

Hình 3.11: Nguyên lý hoạt động của giếng gaslift liên tục
Khí nén có thể được đưa vào giếng theo khoảng không vành xuyến giữa cột ống
chống khai thác và ống khai thác (ống nâng), còn hỗn hợp sản phẩm khai thác theo ống
khai thác lên bề mặt (hoặc ngược lại).
Xét trường hợp khí được bơm ép vào giếng theo khoảng không vành xuyến tức
hệ thống khai thác vành xuyến (hình 3.10). Khí nén cao áp sẽ đẩy chất lỏng từ khoảng
không vành xuyến (ngoài cần) vào ống nâng qua các van gas lift đang mở. Khi đó mực
chất lỏng ngoài cần sẽ giảm dần. Khi mực chất lỏng đạt đến độ sâu L 1 của van gas lift
khởi động thứ nhất thì khí sẽ đi vào ống nâng và làm giảm mật độ cột chất lỏng trong
ống nâng từ van gas lift khởi động thứ nhất trở lên.
Khí nén đi qua van thứ nhất thì áp suất tại đây được ổn định dần và mực chất
lỏng ngoài cần giảm đến độ sâu L2 tương ứng. Van thứ hai này phải đặt cao hơn độ sâu
L2 (thường khoảng 20 m) để tạo chênh áp cần thiết cho khí qua van thứ hai.
Lúc này khí nén sẽ qua đồng thời hai van 1 và 2. Nếu thể tích khí nén ngoài cần
nhỏ hơn tổng lượng khí đi qua hai van thì áp suất ngoài cần sẽ giảm. Khi áp suất giảm

40

đến giá trị đóng van thứ nhất thì van thứ nhất sẽ đóng lại và lúc này khí chỉ đi qua van
thứ hai.
Cứ như vậy, mực chất lỏng ngoài cần giảm đến van thứ ba và quá trình trên tiếp
tục lặp lại cho đến khi mực chất lỏng ngoài cần giảm đến độ sâu van làm việc.
Tóm lại, nhờ giảm tỉ trọng cột chất lưu trong giếng mà áp suất đáy giảm dần đến
một giá trị xác định, đủ tạo mức chênh áp cần thiết kích thích dòng chảy từ vỉa vào
giếng. Khí nén cao áp từ bề mặt kết hợp với khí đồng hành từ vỉa cùng khí hóa cột chất
lỏng trong giếng, cung cấp đủ năng lượng cần thiết để đưa dòng hỗn hợp sản phẩm từ
đáy giếng lên bề mặt và vận chuyển đến hệ thống thu gom và xử lý.
Như vậy nguyên tắc làm việc của giếng gas lift cũng giống như giếng tự phun,
tức là dòng sản phẩm từ đáy giếng được đưa lên bề mặt nhờ năng lượng giãn nở của
khí nén. Điểm khác biệt chính trong phương pháp gas lift là khí nén cao áp được đưa từ
bề mặt, còn trong phương pháp tự phun là khí đồng hành trong vỉa sản phẩm.
3.5.1.2 Đối tượng áp dụng````
0
Gas lift liên tục được áp dụng cho các giếng có:
- Lưu lượng khai thác lớn (nếu kích thước ống nâng nhỏ thì áp dụng sơ đồ nén
khí dạng trung tâm);
- Sản phẩm khai thác có chứa cát, ngậm nước hoặc độ nhớt cao;
- Tỷ suất khí lỏng cao;
- Nhiệt độ vỉa cao.
3.5.1.3 Ưu nhược điểm
• Ưu điểm nổi bật của kiểu khai thác gas lift liên tục là:
- Năng lượng của khí nén và khí đồng hành được tận dụng tại miệng giếng để
vận chuyển sản phẩm đi tiếp đến các thiết bị thu gom – xử lý;
- Khí được bơm vào giếng và lưu lượng khai thác tương đối ổn định, nhờ vậy
hạn chế các vấn đề phức tạp trong quá trình khai thác;
- Điều chỉnh lưu lượng khí nén (bằng côn tiết lưu) rất đơn giản.
• Nhược điểm chủ yếu của kiểu khai thác này là:
- Không hiệu quả khi hệ số sản phẩm của giếng thấp;
- Không hiệu quả khi mực chất lưu trong giếng quá thấp;
- Không áp dụng được với những giếng có áp suất vỉa thấp.
41

3.5.2 Gas lift định kỳ
Trong quá trình khai thác, các thông số liên quan đến hệ thống vỉa sản phẩm –
giếng khai thác thay đổi theo chiều hướng bất lợi, chẳng hạn như áp suất vỉa giảm đáng
kể so với ban đầu, hệ số sản phẩm giảm, độ ngậm nước tăng, hệ số nhúng chìm tương
đối của cột ống nâng giảm... Trong thực tế khai thác dầu bằng phương pháp gas lift liên
tục, khi hệ số nhúng chìm nhỏ hơn 0,5 ÷ 0,6 thì lưu lượng riêng của khí nén tăng
nhanh. Điều này làm giảm đáng kể hiệu quả làm việc của giếng. Để khắc phục vấn đề
này, có thể chuyển giếng sang khai thác bằng các phương pháp cơ học khác. Việc
chuyển giếng sang khai thác bằng các loại máy bơm như đã trình bày trong chương 4
không phải lúc nào cũng thành công, nhất là những trường hợp khai thác có điều kiện
địa chất và kỹ thuật không thích hợp với các thông số vận hành của máy bơm.
Kiểu khai thác gas lift định kỳ dựa trên sự vận chuyển các nút chất lỏng, thường
là kết hợp quá trình dịch chuyển và khí hóa các nút chất lỏng từ đáy giếng lên bề mặt
bằng khí nén cao áp diễn ra không liên tục mà theo một chu kỳ nhất định. Khí nén từ
khoảng không vành xuyến đi vào ống nâng, qua một hay nhiều van gas lift với một lưu
lượng đủ lớn để duy trì vận tốc đi lên của các nút chất lỏng và giảm thiểu lượng chất
lỏng rơi xuống.
3.5.2.1 Nguyên lý làm việc
Chu kỳ làm việc của hệ thống khai thác bằng gas lift định kỳ được minh hoạ ở
hình 3.11. Nguyên lý hoạt động của hệ thống giếng khai thác bằng gas lift định kỳ có
thể được trình bày theo ba giai đoạn chính sau đây:
- Giai đoạn tích lũy: Ở giai đoạn này, sản phẩm khai thác chảy từ vỉa vào đáy
giếng và tích lũy dần trong cột ống nâng do van ngược mở và chênh áp. Thiết bị điều
khiển chu kỳ trên bề mặt và van gas lift bề mặt đều đóng (hình 3.12a).
- Giai đoạn bơm nén khí: Khi áp suất cột chất lỏng trong ống nâng cân bằng với
áp suất vỉa (mực chất lỏng trong ống nâng không dâng cao hơn nữa) thì thiết bị điều
khiển chu kỳ trên bề mặt mở để khí nén đi vào giếng. Lúc này van ngược đóng, ngăn
không cho chất lỏng chảy ngược vào vỉa. Áp lực khí nén làm van gas lift làm việc mở,
cho phép khí đi vào cột ống nâng, đẩy nút chất lỏng tích lũy được trên van làm việc
dần lên bề mặt (hình 3.12b).
- Giai đoạn sản phẩm lên đến bề mặt: Khi cột chất lỏng vừa được nâng lên đến
miệng giếng, thì thiết bị điều khiển chu kỳ trên bề mặt đóng. Van gas lift làm việc vẫn
còn ở trạng thái mở (hình 3.12c).Khi nút chất lỏng đi vào đường ống vận chuyển trên
42

bề mặt thì áp suất trong cột ống nâng giảm, làm cho van gas lift làm việc đóng lại.Van
ngược vẫn đóng cho đến khi áp suất trong cột ống nâng trên van nhỏ hơn áp suất vỉa.
Khi toàn bộ nút chất lỏng được đẩy hết vào hệ thống thu gom, áp suất miệng giếng
bằng áp suất bình tách. Lúc này thiết bị điều khiển chu kỳ trên bề mặt và van gas lift
làm việc đóng, chấm dứt một chu kỳ làm việc và bắt đầu một chu kỳ mới (hình 3.12d).

Hình 3.12: Nguyên lý làm việc của giếng gaslift định kỳ

3.5.2.2 Đối tượng áp dụng
Phương pháp khai thác hiệu quả nhất đối với các giếng dầu lưu lượng thấp ở
những điều kiện phức tạp (như lưu lượng khai thác nhỏ, dễ thành tạo parafin trong hệ
thống thiết bị lòng giếng và miệng giếng, độ lệch của giếng lớn, tiêu hao lượng khí nén
lớn, giếng hoạt động với xung áp cao, khí thoát lên từng đợt không có dầu...) là gas lift
định kỳ. Điểm đặc biệt của phương pháp khai thác này là tiêu tốn lượng khí nén ít và
đảm bảo thông khí các đường ép khí sau khi kết thúc chu kỳ nâng chất lỏng, nhờ vậy
giải quyết được vấn đề lắng đọng parafin trong thiết bị lòng giếng ở những giếng khai
thác lưu lượng thấp với nhiệt độ hạ thấp của dầu cao.

43

Những yếu tố làm tăng khả năng ứng dụng gaslift định kỳ so với các phương
pháp khác là:
-

Mỏ đang có hệ thống khai thác bằng gaslift;
Độ nghiêng của giếng lớn (khó sử dụng bơm điện ly tâm ngầm);
Có khả năng sử dụng khí đồng hành;
Có khả năng giảm lượng khí nén để nâng một đơn vị sản phẩm;
Giảm hiện tượng giếng hoạt động không ổn định do xung áp;
Hiện diện các vấn đề phức tạp trong khai thác (parafin, hydrate).

Tóm lại, kiểu khai thác gaslift định kỳ thích hợp cho các giếng có:
-

Áp suất đáy thấp.
Hệ số sản phẩm thấp.
Áp suất đáy thấp và hệ số sản phẩm cao
Mực chất lỏng trong giếng thấp.
Lưu lượng khai thác nhỏ.
3.5.2.3 Ưu nhược điểm

Ưu điểm chính của kiểu khai thác gaslift định kỳ là mang lại hiệu quả kinh tế
cao và sự linh hoạt trong vận hành, chi phí thiết bị và vận hành ứng với một độ sâu xác
định là tương đối thấp.Mực chất lỏng động trong giếng thấp.Khai thác định kỳ có thể
ứng dụng trong một dải rộng về lưu lượng và độ sâu giếng.Chiều sâu giếng lớn cho
cùng một cấu trúc lắp đặt.
Do có những giếng mang đặc tính chuyển tiếp giữa gas lift định kỳ và gas lift
liên tục do đó rất khó xác định điểm kết thúc của dòng chảy liên tục và bắt đầu nâng
định kỳ. Nhược điểm chính của kiểu khai thác này là:
- Không thích hợp với các giếng sâu có ống khai thác nhỏ, đặc biệt khi đường
kính danh nghĩa của ống nhỏ hơn 1 ¼ inch;
- Các xung áp ở vùng cận đáy có thể gây nguy hiểm cho một số giếng;
- Khó điều khiển quá trình đóng mở chính xác các van gas lift.
- Các giếng khai thác gas lift định kỳ thường áp dụng phương pháp điều khiển
quá trình làm việc của giếng theo thời gian chứ không phải theo đặc tính của dòng vào.
Điều này gây trở ngại lớn trong việc chọn lựa kiểu khai thác giếng tối ưu, đòi hỏi đội
ngũ cán bộ kỹ thuật và công nhân lành nghề cũng như gây nhiều trở ngại do có lắp đặt
những thiết bị phụ trợ ở miệng giếng.
- Lưu lượng khai thác cực đại bị giới hạn.

44

- Hiệu suất khai thác tương đối thấp do một phần đáng kể chất lỏng bị rơi lại vào
giếng, đặc biệt đối với các giếng có mực chất lỏng sâu.
3.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ làm việc của giếng
3.6.1 Đặc điểm làm việc của giếng khai thác gaslift
Trong khai thác dầu bằng phương pháp gaslift, mối quan hệ giữa lượng chất
lỏng khai thác được từ giếng và lượng khí nén tương ứng Q d = f(Vk) theo từng chế độ
làm việc của giếng là mối quan hệ đặc trưng cho hiệu quả khai c r hệ thống giếng – vỉa,
trên cơ sở đó chọn ra chế độ khai thác cho từng giếng và cho từng giai đoạn khai thác.
Do đó mối quan hệ này được nghiên cứu và quan tâm đặc biệt. Giả sử ống nâng có
chiều dài L và chiều sâu nhúng chìm h (hình 3.13a). Khí được nén xuống đầy cột ống
nâng theo ống nén khí và được điều chỉnh nhờ lưu lượng kế. Áp suất ở đáy ống nâng là
P1 không phụ thuộc vào lượng khí bơm nén vào giếng và bằng ρgh.

Hình 3.13: Sự phụ thuộc lưu lượng khai thác Q vào lượng khí nén V
Tỷ trọng hỗn hợp trong ống nâng phụ thuộc vào lượng khí nén V. Bằng cách
thay đổi V có thể điều chỉnh H và như vậy sẽ có các trường hợp sau (hình 3.13b):






V < V1, Q = 0 (H < L);
V = V1, Q = 0 (H = L): dòng hỗn hợp dâng đến miệng giếng;
V1 < V < V2, 0 < Q < Qmax (H > L): lưu lượng dòng hỗn hợp tăng dần;
V = V2, Q = Qmax: điểm ứng với lưu lượng khai thác cực đại;
V2 < V < V3, Qmax > Q > 0: lưu lượng dòng hỗn hợp giảm dần;
45

• V = V3, Q = 0: ở miệng ống nâng chỉ toàn khí.
Trong thực tế khai thác dầu, người ta phân biệt 2 chế độ khai thác giếng gas lift:
chế độ khai thác tối ưu (tương ứng với lưu lượng khí riêng nhỏ nhất) và chế độ khai
thác tối đa (tương ứng với lưu lượng khai thác cực đại).
Trên mỗi đường cong Q(V) điểm lưu lượng khai thác tối ưu sẽ ứng với hệ số
hiệu dụng của quá trình gas lift là lớn nhất. Hệ số hiệu dụng (η) là tỉ số giữa công có
ích và công toàn phần được xác định bằng công thức sau:
= C

với: C – hằng số.

[3.1]

Hệ số hiệu dụng sẽ đạt giá trị lớn nhất tại điểm mà tại đó tỉ số Q/V là cực đại,
hay nói cách khác tại điểm tiếp tuyến với đường cong Q(V) vẽ từ gốc tọa độ sẽ nhận
được hệ số hiệu dụng cực đại. Ở chế độ nén khí tối ưu, tức hệ số hiệu dụng lớn nhất thì
lưu lượng khí riêng (đại lượng đo bằng tỉ số V/Q) là nhỏ nhất, hay nói cách khác cần
một lượng khí nén tối thiểu để nâng một đơn vị thể tích chất lỏng (hình 3.14). Ở chế độ
lưu lượng khai thác cực đại (Qmax), η < ηmax.Vì vậy lưu lượng khí riêng Rk ở chế độ này
sẽ lớn hơn lưu lượng khí riêng ở chế độ tối ưu.

Hình 3.14: Biểu đồ xác định vùng làm việc của gaslift
3.6.2 Các chế độ làm việc của giếng gaslift
3.6.2.1 Chế độ khai thác tối ưu
Như phần trên đã trình bày, khi thể tích khí nén tăng, lưu lượng khai thác cũng
tăng.Tuy nhiên, việc tăng lưu lượng khí nén không làm cho lượng dầu tăng liên
tục.Lượng dầu chỉ tăng đến một giá trị cực đại nào đó, sau đó lại giảm cho dù vẫn tiếp

46