Tải bản đầy đủ
2 Thiết bị lòng giếng

2 Thiết bị lòng giếng

Tải bản đầy đủ

96
- Tiến hành nghiên cứu giếng và đo các thông số làm việc của giếng trong khi
giếng vẫn khai thác và cho sản phẩm (có thể lắp đặt các thiết bị chuyên dụng để nghiên
cứu như thiết bị đo áp suất và nhiệt độ).
- Bảo đảm sửa chữa giếng bằng tời.
- Có thể kéo toàn bộ thiết bị miệng giếng cùng với ống khai thác mà không cần
phải dập giếng.
- Bảo vệ cột ống chống, thiết bị miệng giếng và bảo toàn năng lượng vỉa.
- Bảo đảm an toàn, chống hiện tượng phun trào trong quá trình khai thác.
- Thực hiện tuần hoàn nghịch để rửa giếng và dập giếng nhờ van tuần hoàn.
- Có khả năng khởi động giếng khai thác bằng Gaslift một cách tự động.
Thành phần của thiết bị lòng giếng tính từ đáy ống khai thác lên miệng giếng
gồm các bộ phận sau (Hình-6.12):
6.2.1 Phễu định hướng
Phễu định hướng được lắp ngay đáy cột ống nâng, có nhiệm vụ hướng các thiết
bị tời chuyên dụng đi qua đáy cột ống nâng khi thao tác các công việc khảo sát hay sưa
chữa giếng. Phễu định hướng được thiết kế với đầu vào có dạng phễu hình côn và
đường kính trong không làm giảm đường kính cột ống nâng.
6.2.2 Nhippen
Bộ phận này được lắp ở hai đầu ống đục lỗ. Cấu tạo gồm 3 phần chính là vai đỡ,
khớp định vị và ống trơn. Nhippen dưới có tác dụng để đặt các thiết bị đo sâu trong
quá trình khai thác và khảo sát giếng, còn Nhippen trên có tác dụng để đặt các loại
van tùy theo mục đích của quá trình khai thác. Như vậy tác dụng chính của nó là để
khóa giữ và liên kết các thiết bị trong ống nâng.
6.2.3 Ống đục lỗ
Ống đục lỗ có nhiệm vụ cho phép dòng sản phẩm chảy liên tục vào cột ống nâng
trong quá trình khi tiến hành các quy trình công nghệ như khảo sát giếng bằng kỹ thuật
tời ở phần trên phía dưới sâu của nó. Ống đục lỗ được thiết kế tối ưu nhằm giảm tối
thiểu tổn hao năng lượng của dòng sản phẩm chảy qua các lỗ và đường kính trong
không nhỏ hơn so với đường kính trong của cột ống nâng tại điểm nối, ống này được

97
nắp ngay sau phễu định hướng và nhippen để đặt thiết bị đo sâu. Ống có chiều dài ≥
3m, đục nhiều lỗ ≥ 8 lỗ cho phép chất lỏng đi qua dễ dàng.
6.2.4 Van cắt
Van cắt nằm phía trên ống đục lỗ, nó có chức năng để mở paker vào trạng thái
làm việc.
Bên trong van được lắp đặt một viên bi và được giữ bởi các chốt, vòng lót,
vòng trượt để giữ bi. Van được sử dụng để bịt kín ống khai thác nhờ viên bi thả từ trên
mặt đất xuống. Sau khi paker được mở và đưa về trạng thái làm việc thì tác động một
lực lớn lên van cắt sâu để làm đứt các chốt giữ bi, khi đó viên bi sẽ rơi xuống đáy
giếng và cột ống khai thác được thông. Áp lực sử dụng để cắt bỏ van phải được tính
toán sao cho lớn hơn áp lực mở paker, nhưng giá trị này không được vượt quá giới hạn
cho phép của van, vì nếu quá lớn nó sẽ phá hỏng paker.

1-Viên bi.
2-Chốt giữ.
3-Thép đàn hồi.

Hình 6.6 Sơ đồ van cắt

6.2.5 Paker
Hiện nay tại mỏ Bạch Hổ paker được sử dụng ở hầu hết các giếng. Có thể nói
paker là một trong những bộ phận cơ bản quan trọng của thiết bị lòng giếng.
Paker có thể phân chia thành các loại sau:
∗ Theo cách lắp đặt chia làm 2 loại:
- Paker cơ học
- Paker thuỷ lực: gồm 2 loại

98
+ Loại 1: là loại paker được mở bằng lực bơm ép trong cần.
+ Loại 2: là loại paker được mở bằng áp lực thuỷ tĩnh ngoài cần.
∗ Theo tính chất đặc trưng chia làm 4 loại
- Paper thu hồi .
- Paker cố định .
- Paker thu hồi và cố định .
- Paker trương phồng .
Nhiệm vụ của paker:
- Cách ly các tầng sản phẩm với nhau.
- Cách ly chất lỏng bên trong và bên ngoài ống khai thác. Việc cách ly nhằm
mục đích:
+ Giảm áp lực lên thiết bị miệng giếng, đảm bảo an toàn cho con người và thiết
bị trước hiện tượng phun và xuất hiện khí độc.
+ Tránh hiện tượng hư hỏng cột ống chống dẫn đến tăng độ bền cột ống chống,
chống hiện tượng rò rỉ do vậy bảo toàn năng lượng vỉa.
+ Góp phần cải thiện điều kiện dòng chảy.
- Cùng với van tuần hoàn paker góp phần thực hiện phương pháp tuần hoàn
ngược để rửa giếng, dập giếng và gọi dòng sản phẩm.
- Có tác dụng treo giữ đầu dưới của cột ống nâng với cột ống chống khai thác.
Cấu tạo và hoạt động của paker:
∗ Cấu tạo: Gồm 3 bộ phận cơ bản
+ Bộ phận trượt (slip) được chế tạo bằng kim loại .
+ Bộ phận nở để bịt kín được chế tạo bằng vật liệu chịu nhiệt độ và áp suất cao,
bộ phận này thường làm bằng cao su có tính đàn hồi cao.
+ Ngoài ra paker còn có các bộ phận khác như các chốt, vít sắt, piston, các vòng
lót.
Hiện nay ở mỏ Bạch Hổ hầu hết sử dụng loại paker điều khiển bằng thuỷ lực.
Số paker dùng trong giếng lớn nhất là 2, do điều kiện địa chất, số tầng sản phẩm và
yêu cầu công nghệ của một số giếng trong mỏ.

99

1.Tấm cao su
2.Xilanh (vỏ ngoài)
3.Gioăng cao su
4.Piston
5.Chấu đứng
6.Chốt đóng
7.Chấu (bám ống)
8.Vòng cắt
9.Vỏ ngoài
10.Thân ống HKT

Hình 6.7- Sơ đồ paker loại 1.
∗ Nguyên lý hoạt động:
+ Paker được thả tới vị trí cần lắp. Người ta sử dụng van cắt hoặc van ngược để
mở paker. Trước khi bơm ép tạo áp suất, người ta thả viên bi xuống van cắt.
+ Khi tăng áp lực qua đường thuỷ lực, bộ phận slip trượt xuống và ép bộ phận
mở paker. Paker được mở ra và ép chặt vào thành ống chống. Bộ phận trượt được giữ
lại bằng một cạnh gờ và giữ cho bộ phận nở luôn luôn bị ép và mở khi áp suất giảm.
+ Khi cần tháo bỏ Paker, người ta tác dụng một lực lớn (được tính toán trước
khi lắp đặt paker) để cắt chốt bám vào gờ nói trên. Khi đó bộ phận nở thu lại, ta có thể
kéo paker lên.
6.2.6 Thiết bị bù trừ nhiệt
Trong điều kiện khai thác ở mỏ Bạch Hổ, dầu được khai thác ở những giếng có
độ sâu lớn, do đó nhiệt độ và áp suất ở đáy giếng tương đối cao. Do sự biến đổi nhiệt
độ và áp suất làm cho ống nâng giãn dài ra rất nhiều, dẫn đến làm cong, méo, xoắn
ống. Để khắc phục hiện tượng này người ta lắp đặt thêm thiết bị bù trừ nhiệt dùng để
cân bằng, bù trừ sự thay đổi chiều dài ống nâng khai thác do tác dụng của nhiệt độ và
áp suất cao thay đổi trong quá trình khai thác.
∗ Nguyên lý làm việc:

100
Khi thả cột ống khai thác vào giếng khai thác thì lõi và vỏ của nó được liên kết
với nhau nhờ một chốt nối. Sau khi đã thả đến vị trí tính toán và sau khi đưa paker vào
làm việc thì lúc đó bằng phương pháp cơ học hay thuỷ lực người ta cắt chốt để giải
phóng mối liên kết này. Khi có nhiệt độ và áp suất thay đổi, chiều dài từ cột ống từ
paker đến miệng giếng bị co lại hoặc giãn ra. Sự co giãn này được bù trừ nhờ sự di
chuyển của lõi và vỏ.

1.Vỏ nối với ống trên
2.Bộ cao su(làm kốn)
3.Chốt - vòng hãm
4.Lõi nối với ống dưới

Hình 6.8 Sơ đồ thiết bị bù trừ nhiệt
6.2.7 Van tuần hoàn
∗ Chức năng:
Van tuần hoàn có nhiệm vụ đóng hoặc mở cửa sổ liên thông giữa bên trong và
bên ngoài ống nâng trong các trường hợp rửa giếng, dập giếng và gọi dòng sản phẩm.
Ngoài ra van tuần hoàn còn được sử dụng như một nơi chứa các thiết bị phụ hồi kế
tiếp như bơm ly tâm, các lỗ van dùng để cho dòng sản phẩm đi qua và nâng chất lỏng
từ một tầng sản phẩm (đối với giếng khai thác ở nhiều tầng sản phẩm).
Thường trên thiết bị lòng giếng người ta bố trí 2 van tuần hoàn, tuỳ mục đích sử
dụng mà dùng từng van. Việc đóng mở van là nhờ dụng cụ cáp tời. Van tuần hoàn đặc
biệt có ích trong các hoạt động sau:
+ Gọi dòng sản phẩm bằng cách thay đổi tỷ trọng dung dịch.
+ Dập giếng để tiến hành sửa chữa, kéo cần khai thác.
+ Tuần hoàn dung dịch bằng nước biển.
+ Kiểm tra van an toan sâu.

101
∗ Van tuần hoàn thường có 2 loại sau :
- Van tuần hoàn có lõi không kéo lên được:
+ Ưu điểm: kích thước bên trong của van lớn dẫn đến giảm tổn thất thủy lực.
+ Nhược điểm: khi hỏng phải kéo toàn bộ ống khai thác lên mặt đất để sửa
chữa.
- Van tuần hoàn có lõi kéo lên được:
+ Ưu điểm: khi hỏng có thể kéo lõi lên mặt đất để sửa chữa mà không cần kéo
cột ống khai thác.
+ Nhược điểm: Đường kính của lõi bị thu hẹp, làm tăng tổn thất thủy lực và hạn
chế dòng chảy.

1.Lõi
2.Cao su
3.Lỗ tuần hoàn
4.Khoá hãm
Van có lõi cố định

1. Lõi
2. Cao su
3. Lỗ tuần hoàn
4. Khoá hãm

Van có lõi kéo lên đươc
Hình 6.9 Sơ đồ van tuần hoàn
6.2.8 Mandrel

102

Hình 6.10 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo mandrel với tiết diện hình oval
Manẻel có dạng khửu hình ôvan lệch hẳn so với đường tâm của ống khai thác.
Vì vậy nó sử dụng để đặt van Gaslift, van điều khiển, van bơm ép hóa chất hay van tiết
lưu mà không ảnh hưởng đến tiết diện bên trong ống nâng và cho phép các thiết bị tời
đi qua dễ dàng.
Trong trường hợp giếng không phải lắp đặt các van thì người ta có thể sử dụng
các van giả đặt trong nó nhằm bịt kín lỗ thông của Mandrel giữa ống khai thác và ống
chống khai thác. Trong một cột ống khai thác người ta có thể lắp một hoặc nhiều
mandrel.
6.2.9 Van an toàn sâu
Là bộ phận không thể thiếu trong các giếng khai thác dầu khí ( đặc biệt là các
giếng tự phun có áp suất lớn). Nó được lắp đặt ở vị trí trên cùng của thiết bị lòng
giếng. Ở mỏ Bạch Hổ, van thường cách đáy giếng hơn 30m để đảm bảo an toàn trong
quá trình khai thác. Van an toàn sâu có nhiệm vụ đóng giếng trong các trường hợp sau:
+ 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…)

103
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.
6.2.10 Các loại ống khai thác
Ống khai thác có 2 loại : đầu chồn và đầu thường, chúng được tiện ren ở 2 đầu
và được thử ở điều kiện áp suất vỉa dự kiến. Ống khai thác được sản xuất theo tiêu
chuẩn API hoặc tiêu chuẩn GOST 633-80.
Bảng 6.1. Ống HKT sản xuất theo tiêu chuẩn GOST 633-80
Đường kính qui

Đường kính

Bề dày

Đường kính

ước HKT (mm)

ngoài (mm)

(mm)

trong (mm)

48

48,3

4,0

40,3

60

60,3

5,0

50,3

73

73,0

5,5

62,0

89

88,9

6,5

76,0

114

114,3

7,0

100,3

104

Bảng 6.2 Ống HKT sản xuất theo tiêu chuẩn API
Đường kính qui

Đường kính

Bề dày

Đường kính

ước HKT (mm)

ngoài (mm)

(mm)

trong (mm)

48

48,3

3,68

40,9

60

60,3

5,54

50,9

73

73,0

5,51

62,0

89

88,9

6,45

76,0

114

114,3

6,88

100,3

6.2.11 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 67 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
Chức năng:

105
- 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:

106
Van Gaslift dạng buồng khí, dạng lò xo hay dạng kết hợp.
+ 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