Tải bản đầy đủ
1 Các phương pháp khai thác cơ học phổ biến

1 Các phương pháp khai thác cơ học phổ biến

Tải bản đầy đủ

35
b Ưu điểm
- Đáng tin cậy, ít gặp sự cố trong quá trình hoạt động.
- Hệ thống cấu tạo cơ học tương đối đơn giản.
- Dễ dàng thay đổi tốc độ khai thác cho phù hợp.
- Dễ dàng tháo lắp và di chuyển đến các giếng khai thác với chi phí thấp.
- Quá trình vận hành đơn giản hiệu quả.
- Ứng dụng với giếng có lưu lượng nhỏ và khai thác ở nhiều tầng sản phẩm, ở
áp suất thấp, nhiệt độ và độ nhớt cao.
- Dễ dàng xác định hư hỏng của máy bơm và xử lý khi bị ăn mòn.
c Nhược điểm
- Phải lắp đặt ở vị trí trung tâm của giếng.
- Hệ thống bơm pitton cần nặng cồng kềnh đối với việc khai thác dầu khí trên
biển.
- Rất nhạy cảm với trường hợp có parafin.
- Không thể sơn phủ bên trong ống khai thác một lớp chống ăn mòn.
- Độ sâu để bơm bị hạn chế bởi nồng độ H2S.
d Phạm vi ứng dụng
Giải pháp này được áp dụng chủ yếu ở các mỏ thuộc các nước Liên Xô cũ, các
mỏ ở Trung Cân Đông và các mỏ ở Mỹ. Các mỏ này có chung đặc điểm là vỉa sản
phẩm có độ sâu không lớn, đang trong giai đoạn khai thác giữa và cuối đời của mỏ, có
áp suất đáy giếng thấp dao động trong khoảng 10 ÷ 15at. Bơm pitton cần chỉ sử dụng
có hiệu quả trong những giếng có lưu lượng khai thác < 70 tấn/ngđ. Do điều kiện khai
thác trên biển bằng giàn cố định hay giàn tự nâng có diện tích sử dụng nhỏ nếu áp
dụng phương pháp này sẽ có nhiều điểm hạn chế so với các phương pháp khai tác cơ
học khác. Phương pháp này không được áp dụng ở mỏ Bạch Hổ.
3.1.2 Khai thác dầu bằng máy bơm thuỷ lực ngầm
a Bản chất của phương pháp
Hiện nay trong công nghiệp khai thác dầu người ta sử dụng hai loại máy bơm
thuỷ lực ngầm chính : Bơm đẩy thuỷ lực ngầm và bơm tia.

36
+ Bơm đẩy thuỷ lực ngầm làm việc bằng động cơ pitton thuỷ lực được nối với
pitton của bản thân máy bơm. Dòng chất lỏng mang năng lượng (dầu hoặc nước) được
bơm xuống từ mặt đất theo không gian giữa cột ống khai thác và ống chống khai thác
cung cấp năng lượng cho máy bơm, sau đó dòng chất lỏng mang năng lượng cùng với
dòng sản phẩm từ giếng được đẩy lên bề mặt.
+ Bơm tia hoạt động nhờ vào sự biến đổi các dạng năng lượng từ áp suất sang
vận tốc và ngược lại. Dòng chất lỏng mang năng lượng cao (áp suất cao) được bơm
xuống giếng từ miệng giếng theo ống khai thác đến thiết bị chuyển hoá năng lượng. Ở
đó năng lượng áp suất được biến thành năng lượng vận tốc. Dòng chất lỏng có vận tốc
lớn nhưng áp suất nhỏ này tiếp tục đẩy dòng sản phẩm khai thác cùng đi vào bộ phận
phân ly và sau đó cùng đi lên bề mặt theo khoảng không giữa ống chống khai thác và
ống khai thác.
b Ưu điểm
- Không cần lắp đặt tại vị trí trung tâm giếng.
- Không bị ảnh hưởng do giếng khoan bị lệch.
- Dễ dàng thay đổi vận tốc cho phù hợp với lưu lượng giếng.
- Có thể khai thác với áp suất tương đối thấp và độ nhớt của dầu tương đối cao.
Vì chất lỏng mang năng lượng có thể nung nóng sản phẩm khai thác.
- Có thể khai thác nhiều tầng sản phẩm cùng một lúc và áp dụng khai thác trên
biển.
- Hệ thống khép kín đã hạn chế được sự ăn mòn.
- Dễ dàng chọn chế độ bơm theo chu kỳ với thời gian định sẵn.
- Các hoá phẩm chống lắng đọng hay chống ăn mòn có thể bơm xuống cùng với
chất lỏng mang năng lượng.
c. Nhược điểm
- Lưu lượng khai thác của giếng phải tương đối lớn.
- Khả năng hư hỏng thiết bị khai thác trong quá trình hoạt động tương đối cao,
khi sửa chữa phải dùng hệ thống cơ học chuyên dụng.
- Không áp dụng được trong trường hợp dòng sản phẩm có chất lượng cao.
- Giá thành vận hành thường cao hơn dự tính.

37
- Việc xử lý phần rỉ sắt bên dưới Paker rất khó.
- Mất an toàn do áp suất vận hành trên bề mặt cao.
- Đòi hỏi đội ngũ công nhân vận hành lành nghề hơn so với máy bơm ly tâm
ngầm hay Gaslift vì vận tốc máy bơm cần hiệu chỉnh thường xuyên và không
cho phép vượt quá giới hạn.
d Phạm vi ứng dụng
Phương pháp cơ học này chủ yếu được áp dụng ở những vùng mỏ trên đất liền
và ngoài biển của Liên Xô cũ, các vùng mỏ trên đất liền và thêm lục địa của Mỹ, ở
vùng Biển Bắc. Giếng khai thác bằng máy bơm thuỷ lực ngầm có sản phẩm vừa và
trung bình, thường đạt 100 m 3/ngđ. Các vùng mỏ kế cận có độ sâu tầng sản phẩm từ
1500 ÷ 2500m. Thân giếng có độ nghiêng trung bình từ 20 ÷ 300. Phương pháp này
không được áp dụng ở mở Bạch Hổ.
3.1.3 Phương pháp khai thác dầu bằng máy bơm ly tâm điện ngầm
a Bản chất của phương pháp
Đây là loại máy bơm ly tâm nhiều cấp, hệ thống hoạt động nhờ năng lượng điện
được cung cấp từ máy biến thế trên mặt đất theo cáp truyền xuống mô tơ điện đặt
trong giếng ở phần dưới của may bơm. Chuyển động quay của động cơ điện được
truyền qua trục dẫn làm quay các bánh công tác (Rôto). Chất lỏng trong bánh công tác
sẽ bị đẩy theo các hướng của cánh Rôto đập vào cánh tĩnh (Stato) có chiều ngược lại,
tạo ra sự tăng áp đẩy dầu chuyển động lên tầng trên. Cứ như vậy dầu khi qua mỗi tầng
bơm sẽ được tăng áp và được đẩy lên mặt đất theo cột ống khai thác. Đối với giếng
khai thác có tỷ số khí lớn thì người ta lắp thêm bộ chìm bao gồm các thành phần
chính : động cơ điện ba pha, thiết bị bảo vệ động cơ, thiết bị tách khí kiểu ly tâm, máy
bơm, cáp tải điện năng và các thiết bị chuyên dùng trên bề mặt như đầu giếng, trạm
điều khiển, trạm biến thế.
b Ưu điểm
- Có thể khai thác với lưu lượng lớn.
- Có thể áp dụng cho các giếng khai thác đơn lẻ trong điều kiện chi phí hạn chế.
- Chi phí đầu tư ban đầu thấp hơn phương pháp Gaslift.
- Thuận lợi trong khai thác các giếng có độ ngậm nước cao (lớn hơn 80%) và
yếu tố khí thấp, nhất là trong giai đoạn khai thác thứ cấp.

38
- Không gian dành cho thiết bị ít hơn so với các phương pháp khác, phù hợp
khai thác ngoài khơi.
- Nguồn năng lượng điện cung cấp cho các máy bơm là nguồn điện cao thế
hoặc được tạo ra nhờ động cơ điện.
- Áp dụng trong giai đoạn cuối của quá trình khai thác áp suất vỉa rất thấp để
hút cạn dòng dầu (do tạo được chênh áp lớn).
- Là phương pháp khai thác an toàn, việc theo dõi và điều khiển dễ dàng.
- Cho phép đưa giếng vào khai thác sau khi khoan xong.
c Nhược điểm
- Không tận dụng được nguồn năng lượng tự nhiên (khí đồng hành).
- Hàm lượng tạp chất ảnh hưởng lớn đến hoạt động của máy bơm.
- Kém hiệu quả trong những giếng có yếu tố khí cao hệ số sản phẩm thấp, nhiệt
độ vỉa cao, hàm lượng vật cứng và hàm lượng Parafin cao.
- Khó khăn trong việc lắp đặt các thiết bị an toàn sâu.
- Đòi hỏi phải có thiết bị kiểm tra và điều khiển cho từng giếng.
- Thực tế không khai thác được giếng có lưu lượng thấp hơn 21m 3/ngđ đối với
giếng sâu 2500m.
- Do bị giới hạn bởi đường kính ống chống khai thác nên không thể khai thác
các giếng có sản lượng lớn hơn 700m3/ngđ ở độ sâu 2400m đối với máy bơm
có trục nhỏ và không lớn hơn 100m3/ngđ đối với máy bơm có đường kính lớn
từ các giếng có đường kính ống chống khai thác 168mm.
- Lưu lượng giảm nhanh theo chiều sâu lắp đặt, thường khai thác ở độ sau nhỏ
hơn 4000m.
- Khó tiến hành khảo sát nghiên cứu giếng, đo địa vật lý ở các vùng nằm dưới
máy bơm và khó xử lý vùng cận đáy giếng.
- Khó điều chỉnh được lưu lượng khai thác.
d Phạm vi ứng dụng
Phương pháp này tương đối phổ biến vì cấu trúc thiết bị và hệ thống khai thác
đơn giản, máy làm việc dễ dàng có khả năng thu được lượng dầu tương đối lớn đến
hàng trăm tấn/ngđ. Loại máy bơm này rất thuận lợi khi khai thác dầu ở những vỉa có tỷ

39
số dầu thấp, nhiệt độ vỉa dưới 250 0F. Đặc biệt hiệu quả trong những giếng khai thác
dầu có độ ngậm nước cao và giếng dầu chưa bão hoà nước.
Ngày nay với sự phát triển của kỹ thuật hệ thống bơm điện chìm được sử dụng
trong những giếng có nhiệt độ lên tới 350 0F, khắc phục những giếng có tỷ lệ khí dầu
cao, bằng cách lắp đặt thiết bị tách khí đặc biệt. Các chất ăn mòn gây hư hỏng như
H2O, CO2 có thể khắc phục nhờ các vật liệu đặc biệt phủ bên ngoài. Phương pháp này
hiện đang được áp dụng tại một số giếng ở mỏ Bạch Hổ và Mỏ Rồng.
3.1.4 Khai thác dầu bằng phương pháp Gaslift
a Giới thiệu chung về phương pháp
Bản chất của phương pháp
Khai thác dầu bằng phương pháp Gaslift dựa trên nguyên tắc bơm khí nén cao
áp vào vùng không gian vành xuyến giữa ống khai thác và ống chống khai thác, nhằm
đưa khí cao áp đi vào trong ống khai thác qua van Gaslift với mục đích làm giảm tỷ
trọng của sản phẩm khai thác trong cột ống nâng, dẫn đến giảm áp suất đáy và tạo nên
độ chênh áp cần thiết để sản phẩm chuyển động từ vỉa vào giếng. Đồng thời do sự thay
đổi nhiệt độ và áp suất trong ống khai thác làm cho khí giãn nở góp phần đẩy dầu đi
lên, nhờ đó mà dòng sản phẩm được nâng lên mặt đất và vận chuyển đến hệ thống thu
gom và xử lý.
Ưu điểm :
- Có thể đưa ngay giếng vào khai thác khi giai đoạn tự phun kém hiệu quả
- Cấu trúc cột của ống nâng đơn giản không có chi tiết chóng hỏng.
- Phương pháp này có thể áp dụng với giếng có độ sâu, độ nghiêng lớn.
- Khai thác với giếng có yếu tố khí lớn và áp suất bão hòa cao.
- Khai thác lưu lượng lớn và điều chỉnh lưu lượng khai thác dễ dàng.
- Có thể khai thác ở những giếng có nhiệt độ cao và hàm lượng Parafin lớn,
giếng có cát và có tính ăn mòn cao.
- Khảo sát và xử lý giếng thuận lợi, không cần kéo cột ống nâng lên và có thể
đưa dụng cụ qua nó để khảo sát.
- Sử dụng triệt để khí đồng hành.
- Ít gây ô nhiễm môi trường.

40
- Có thể khai thác đồng thời các vỉa trong cùng một giếng.
- Thiết bị lòng giếng tương đối rẻ tiền và chi phí bảo dưỡng thấp hơn so với
phương pháp khai thác cơ học khác.
- Giới hạn đường kính ống chống khai thác không ảnh hưởng đến sản lượng
khai thác khi dùng khai thác Gaslift.
- Có thể sử dụng kỹ thuật tời trong dịch vụ sửa chữa thiết bị lòng giếng. Điều
này không những tiết kiệm thời gian mà còn làm giảm chi phí sửa chữa.
Nhược điểm :
- Đầu tư cơ bản ban đầu rất cao so với các phương pháp khác.
- Năng lượng sử dụng để khai thác một tấn sản phẩm cao hơn so với các
phương pháp khác.
- Không tạo được chênh áp lớn nhất để hút dầu ở trong vỉa ở giai đoạn cuối của
quá trình khai thác.
- Nguồn cung cấp năng lượng khí phải lớn đủ cho toàn bộ đời mỏ.
- Chi phí vận hành và bảo dưỡng trạm khí nén cao, đòi hỏi đội ngũ công nhân
vận hành và công nhân cơ khí lành nghề.
Phạm vi ứng dụng :
Hiện nay giải pháp khai thác dầu bằng phương pháp Gaslift đang được áp dụng
rộng rãi trên cả đất liền và cả ngoài biển, đặc biệt đối với vùng xa dân cư và khó đi lại.
Giải pháp này thích hợp với những giếng có tỷ số khí dầu cao, có thể khai thác ở
những giếng có độ nghiêng lớn và độ sâu trung bình của vỉa sản phẩm trên 3000m.
Phương pháp này hiện đang được áp dụng rộng rãi trên mỏ Bạch Hổ.
b Các phương pháp khai thác dầu bằng gaslift
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:

41
+ 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.
* 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 ky
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.

42
+ Không thích hợp với các giếng sâu, ống nâng nhỏ đặc biệt là ống dạng mì
ống đo 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.
3.2 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 3.1, 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.
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 đđiểm 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.

43
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, ta 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 tư 3000 ÷ 5000m, sản lượng khai thác lại
lớn, nên giải pháp khai thác bẳng máy bơm pitton 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 pitton 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 ngâm 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 :
- 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 điên 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/ngđ thì có thể
sử dụng máy bơm ly tâm điện ngầm, đối với các giếng có độ sâu 3500m và không thể