Tải bản đầy đủ
CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHAI THÁC GIẾNG DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GASLIFT LIÊN TỤC

CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHAI THÁC GIẾNG DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GASLIFT LIÊN TỤC

Tải bản đầy đủ

29

- Theo hướng đi của khí nén và dòng sản phẩm người ta chia ra hai chế độ khai thác :
+ Chế độ vành khuyên.
+ Chế độ trung tâm.
- Theo số lượng cột ống thả vào giếng và hướng đi của khí nén và dòng sản phẩm ta
có 4 cấu trúc hệ thống ống khai thác sau :
+ Cấu trúc : chế độ vành khuyên 1 cột ống (hình 3.1)
+ Cấu trúc : chế độ vành khuyên 2 cột ống (hình 3.2)
+ Cấu trúc : chế độ trung tâm 1 cột ống (hình 3.3)
+ Cấu trúc : chế độ trung tâm 2 cột ống (hình 3.4)

KN

SP

KN

KN

SP

KN

SP

SP

Hình 3.1

Hình 3.2

Hình 3.3

Hình 3.4

30



Trong thực tế, thường sử dụng cấu trúc chế độ vành khuyên 1 cột ống. Tuỳ
theo việc trang bị paker và van ngược trong hệ thống, mà chia ra 3 dạng cấu trúc cơ
bản sau:
- Hệ thống ống khai thác dạng mở : (hình 3.5)
Đặc điểm :
+ Không trang bị paker và van 1 chiều.
+ Áp dụng khi Pd lớn hơn áp suất khí ép.
+ Áp dụng khi thực hiện phương pháp Gaslift liên tục.
- Hệ thống khi khai thác dạng bán đóng (hình 3.6)
Đặc điểm :
+ Trang bị paker, không trang bị van 1 chiều.
+ Áp dụng khi thực hiện phương pháp khai thác Gasilrt liên tục.
- Hệ thống ống khai thác dạng đóng (hình 3.7)
Đặc điểm :
+ Trang bị paker và van 1 chiều.
+ Áp dụng khi thực hiện phương pháp khai thác Gaslift định kỳ.

Pv

Hình 3.5


Pv

Hình 3.6

Ưu nhược điểm của cấu trúc 1 cột ống :
- Cấu trúc 1 cột theo chế độ trung tâm :

Hình 3.7

31

+ Ưu điểm :
. Giảm áp suất khởi động PKd (so với chế độ vành khuyên).
. Đơn giản, gọn nhẹ, sử dụng triệt để cấu trúc của giếng.
+ Nhược điểm :
. Giảm độ bền của ống chống khai thác.
. Giảm độ bền của ống HKT (do vật cứng mài mòn đầu nối ống).
. Khó nâng cát và vật cứng ở đáy giếng lên mặt đất (do tiết diện KGVX lớn).
. Khó xử lý khi có parafin lắng đọng.
. Áp suất đáy giếng Pd giảm đột ngột khi khởi động và ngừng nén khí.
- Cấu trúc 1 cột ống theo chế độ vành khuyên :
+ Ưu điểm :
. Đơn giản, gọn nhẹ, sử dụng triệt để cấu trúc của giếng.
. Tăng độ bền của ống khai thác.
. Dễ nâng cát và vật cứng ở đáy giếng lên mặt đất (F nhỏ).
. Dễ xử lý khi có parafin lắng đọng.
. Thuận lợi khi trang bị van Gaslift khởi động.
+ Nhược điểm :
. Áp suất khởi động lớn (so với chế độ trung tâm)
. Áp suất đáy giếng Pd giảm đột ngột khi khởi động và ngừng nén khí, làm hư
hỏng vùng cận đáy giếng và tạo nút cát lấp ống lọc. Để khắc phục nhược điểm này
người ta lắp van Gaslift khởi động và đặt paker.
3.2. Tính toán đường kính và chiều dài cột ống khai thác cho giếng thiết kế.
3.2.1. Tính toán cột ống nâng khi khống chế l ưu l ượng khai thác:
a. Xác định chiều dài cột ống nâng L(m).
Chiều dài cột ống nâng được xác định theo công thức Krulov :

L=H−

10( Pd − Pde )
γ hh

(3.1)

Trong đó :
H: Chiều sâu của giếng (m).
Pd: Áp suất đáy giếng (at).
Pđế : Áp suất ở đế cột ống nâng, nhận sự tiêu hao áp suất trong quá trình
chuyển đông của khí từ máy nén khí đến cột ống nâng là 4 at nên:
Pđê = Plv – 4

32

γ hh : Trọng lượng riêng trung bình của hỗn hợp dầu khí giữa đáy giếng và đế
cột ống nâng:

γ hh =

γ d + γ de
2
γ de

Với :

(Q

)

+ 43,2 D 2 γ cl γ cl
=
Q d ( G 0 − αPde )γ cl
+ Qcl + 43,2 D 2 γ cl
( Pde + 1)γ cl

(Q

cl

(3.2.)

+ 43,2 D 2 γ cl )γ cl
γd =
Qd ( G0 − αPde )γ cl
+ Qcl + 43,2 D 2 γ cl
( Pd + 1)γ d
cl

Qcl = Qd = Q = K. = K.(Pv−Pd) ; γcl =

(3.3)

γd

Q : Lưu lượng khai thác.
b. Xác định đường kính cột ống nâng khi làm việc ở chế độ tối ưu:

d tu = 0,235

Với:

Qcl
1
3
ε (1 − ε ) γ cl

(3.4)

Pde − Pm
ε = 10 Lγ cl

(3.5)

Sau khi tính toán chọn giá trị d gần với giá trị đường kính chuẩn nhất.
Lưu lượng riêng toàn phần tối ưu của khí (kể cả khí có lẫn trong giếng) được
xác định theo công thức:
0,077 L(1 − ε )
P
d 0,5 ε lg de
Pm
Rtp =
(3.6)
Lưu lượng riêng của khí ép:

 Pde − Pm
G 0α 
2

Roep = Rotp - 

Lưu lượng khí ép:
V = Roep.Q(m3/ng.đ)
G0: tỷ số khí của giếng

α: Hệ số hoà tan của khí





(3.7)
(3.8)

33

3.2.2. Tính toán cột ống nâng khi không khống ch ế l ưu l ượng khai thác:
Ngoài các số liệu đã biết ở trên trong trường hợp này còn có các số liệu sau:
- Độ dầy của vỉa: a(m).
- Lưu lượng riêng của khí ép: Rcep (m3/T).
a. Xác định chiều dài cột ống nâng (L):
Để thu được lưu lượng lớn thì áp suất trên đáy phải nhỏ. Ta thả cột ống nâng đến
phần lọc của giếng, tại đó Pđ = Pđế.
Do vậy chiều dài cột ống nâng là : Lon = H – a

(3.9)

b.Xác định đường kính cột ống nâng (d).
Ta có: Rotp = Roep + Go

(3.10)

Nếu chúng ta biết R otp và L thì ta có thể xác định được P để theo đồ thị sau:

Hình 3.8. Đồ thị xác định Pđế theo L và Rtối ưu
Khi đó lưu lượng khai thác sẽ là:
Q = K . ∆P = K(Pv – Pđ) (m3/ng.đ)

dtưa = 0,235 .

Qcl
1
3
3 (1 − ε )γ cl

Pde − Pm
ε = 10 Lγ cl

Lưu lượng khí ép:

(3.11)

(3.12)

(3.13)
V = Roep. Q (m3/ng.đ)

34

3.3. Phương pháp tính toán chiều sâu đặt van gaslift.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp xác định độ sâu đặt van Gaslift, tuỳ thuộc
vào những ưu nhược điểm của từng phương pháp và đặc điểm vùng mỏ mà ta có thể
sử dụng phương pháp nào đơn giản và nhanh chóng nhất.
Trong đồ án chỉ đề cập đến 2 phương pháp được sử dụng rộng rãi và phổ biến
nhất đó là phương pháp giải tích và phương pháp dùng đồ thị Camco.
Trước hết ta hãy tìm hiểu phương pháp tính toán độ sâu đặt van Gaslift theo
phương pháp giải tích.
Khi bơm khí vào ống bơm ép, chất lỏng ở ống bơm ép đi ra ngoài qua ống
nâng. Mực chất lỏng trong ống bơm ép dừng lại ở chiều sâu h 1(ứng với công suất lớn
nhất của máy nén khí). Để khí nén đi vào ống nâng một cách dễ dàng người ta lắp van
Gaslift số 1 ở độ sâu H1.
Khi lắp van Gaslift số 1 (đang mở) khí nén đi vào ống nâng qua van số 1 trộn
với chất lỏng trong ống nâng làm cho tỷ trọng cột chất lỏng từ van 1 đến miệng giếng
giảm, tại thời điểm này áp suất ở đế ống nâng giảm dẫn đến mực chất lỏng trong ống
bơm ép tiếp tục giảm và dừng lại ở độ sâu h2 (ứng với công suất lớn nhất của máy nén
khí).
Cũng như trường hợp trên để khí nén đi vào ống nâng một cách dễ dàng người
ta lắp van Gaslift số 2 ở độ sâu H2.
H2 = h2 - 20m

Hình 3.9. Sơ đồ nguyên tắc tính toán chiều sâu đặt van

35

Khi lắp van Gaslift số 2 khí nén đi vào ống nâng qua cả van 1 và 2 làm cho áp
suất bên ngoài Png giảm nhanh. Sự chênh áp suất tại van 1(∆ P1 = Png1- Ptr1) giảm. Khi ∆
P1 đạt đến một giá trị nhất định (gọi là áp suất đóng van) thì van 1 đóng lại.
Quá trình trên lặp lại với van 3, 4 cho tới khi mực chất lỏng đạt đến van làm việc.
Cuối cùng chỉ có van làm việc mở còn các van khởi động đều đóng lại.
* Công thức xác định chiều sâu đặt van Gaslift như sau:
- Xác định vị trí đặt van thứ nhất:
Áp suất bên ngoài van 1 là:

Png1 = ρ L g ( H 1 + 20 ) + Pm

Vậy chiều sâu đặt van sẽ được xác định là:

H1 =

Png 1 − Pm

ρL g

− 20

(3.14)
- Xác định vị trí đặt van thứ hai:

Png2 = ρ L g ( H 2 − H 1 + 20) + Ptlm
H 2 = H1 +

P2 − Ptlm
− 20
ρL g

(3.15)
- Xác định vị trí đặt van thứ n:

H n = H n −1 +

P ng 2 − Pt ( n −1) min

ρL g

− 20

(3.16)
Trong đó:
Pm: Áp suất miệng giếng khi khởi động.
Ptlm: Áp suất cột chất lỏng trong ống nâng từ van 1 đến miệng giếng.
P (n-1)min : Áp suất cột chất lỏng trong ống nâng tạo ra tại độ sâu đặt van thứ n-1
khi khí nén đạt đến độ sâu của van khởi động thứ n.
Pngn : Áp suất khí nén tại ống nâng tại độ sâu đặt van Gaslift
Trong thực tế: Png1 – Png2 = … = PMNK

ρLg(H2 – H1 + 20) : Áp suất cột chất lỏng từ van 1 đến van 2, đến van n trong
các công thức trên là khoảng cách (m) cần thiết để tạo được chênh áp suất khi khí chảy

36

vào van và khi khí hoá cột hỗn hợp sản phẩm khai thác trên van. Giá trị này có thể
thay đổi tuỳ thuộc vào từng điều kiện khai thác cụ thể.
Song song với phương pháp pháp thiết kế dựa vào các công thức giải tích còn
có phương pháp thiết kế bằng đồ thị trên hệ trục toạ độ “áp suất P – độ sâu H” được sử
dụng rất rộng rãi và tiện lợi. Gọi là phương pháp đồ thị Camco. Phương pháp này sẽ
được trình bày vào thiết kế giếng một cách tỷ mỉ ở chương tiếp theo.
3.4. Phương pháp tính áp suất khởi động.
a. Tính toán áp suất khởi động đối với hệ vành xuyến hai cột ống.
Các đại lượng cần thiết khi xác định áp suất khởi động.
- Đường kính ống nâng: d1(mm)
- Đường kính ống bơm ép: d(mm)
- Đường kính ống chống khai thác: D(mm).
- Độ nhúng chìm của ống nâng: h(m).
- Độ dâng cao của mực chất lỏng trong ống nâng khí ép đến đế ống nâng: ∆ h(m).
Khi ép khí vào khoảng không vành xuyến, cột chất lỏng trong khoảng không
vành xuyến bị ép đến đế cột ống nâng. Lúc đó mực chất lỏng trong ống nâng sẽ dâng
cao hơn mức thuỷ tĩnh một khoảng ∆ h. Khi đó ta có áp suất khởi động là:
Pkđ = (h +∆h).ρLg
(3.17)
Thể tích chất lỏng bị ép xuống trong khoảng không vành xuyến giữa ống nâng và
ống bơm ép.

π 2
(
d 2 − d 12 ).h
V1 = 4

(3.18)
Và thể tích của chất lỏng dâng lên trong ống nâng và khoảng không vành xuyến
giữa ống chống và bơm ép.
π 2 π
2 
 4 d1 + 4 D2 − d 1  ∆h
V2 =
Nếu chất lỏng không xâm nhập vào vỉa thì V1 = V2

(

π 2 π
2
 4 d1 + 4 D2 − d1

(



∆h =

)

)∆h =  π4 d

d 22 − d 12

(

d 12 + D 2 − d 22



)



2
2


− d12 .h


h

Thay vào công thức trên ta có :
Pkđ = (h +∆h). ρLg =

[

h=

d 22 − d 12
h ]ρ L g
d 12 + D 2 − d 12

(

)

(3.19)

37

D2
h ] ρ L gh
2
2
2
D

d

d
2
1
⇒ Pkđ =

(

)

(3.20)

Khi ép khí vào khoảng không vành xuyến mực chất lỏng trong khoảng không
vành xuyến hạ xuống một khoảng là (h) và mực chất lỏng trong ống nâng dần lên một
khoảng là (∆h), (h +∆h) có thể lớn hơn, nhỏ hơn hoặc bằng chiều dài của cột ống nâng
L

Hình 3.10. Sơ đồ tính toán áp suất khởi động hệ thống vành xuyến 2 cột ống
+ Nếu (h +∆h) > L thì chất lỏng trào ra khỏi giếng. Nghĩa là áp suất khởi động sẽ
tương ứng với áp suất chất lỏng trong ống nâng.
Pkđ = ρLgL (Pkđ = Pmax)
+ Nếu (h +∆h) > L thì :
D2
ρ L gh
2
2
2
D

d

d
2
1
Pkđ =
b. Tính toán áp suất khởi động đối với hệ vành xuyến một cột ống.
Tương tự ta có :

(

π 2
(
D − d 2 ).h
V1 = 4

)

(3.21)

38

π 2
d ∆h
V2 = 4
Nếu chất lỏng chưa xâm nhập vào vỉa ta có V1 = V2

π
π
(
D2 − d 2 ).h = d 2 ∆h
4
4

(3.22)

Vậy áp suất khởi động được tính theo công thức sau :

[

h+

D2 − d 2

d2
Pkđ = (h +∆h ). ρLg =
+ Nếu h +∆h > L thì Pkđ = ρLg
+ Nếu h +∆h ≥ L thì Pkđ

D2
h ] ρ L g 2 ρ L gh
d

(3.23)

D2
2
= d ρ L.gh

c. Tính toán áp suất khởi động với hệ trung tâm một cột ống.
Tương tự trên ta có :
π
V1 = 4 d2h

(3.24)

π
(
D2 − d 2 ) ∆h
V2 = 4

(3.25)

d2
h
2
2
⇒ ∆h = D − d

Vậy áp suất khởi động được tính theo công thức sau :

[
Pkđ = (h +∆h). ρLg =

h+

d2
D2 − d 2

h ]ρ L g =

D2
ρ L gh
D2 − d 2

(3.26)

3.5. Các phương pháp làm giảm áp suất khởi động.
Việc khai thác dầu khí ở mỏ Bạch Hổ thường sử dụng cấu trúc một cột ống chế
độ vành xuyến, áp suất khởi động của cấu trúc một cột ống này được tính theo công
D2
ρ L gh
2
= d

thức :
Pkđ
Do áp suất khởi động thường lớn hơn nên trong thực tế khai thác bằng Gaslift gặp
nhiều khó khăn hoặc không thể khởi động được giếng, đôi khi khởi động giếng được
nhưng không đạt hiệu quả kinh tế. Vì vậy cần phải tiến hành giảm áp suất khởi động.
Vì D và d là cấu trúc đã có sẵn nên muốn giảm áp suất khởi động thì ta phải tìm
mọi cách giảm ρ và h.

39

a. Các phương pháp làm giảm h.
* Phương pháp ép chất lỏng vào vỉa:
Khí nén với một áp suất cực đại vào giếng sau đó đóng giếng lại cho chất lỏng
thấm vào vỉa (nhằm giảm h). Dưới tác dụng của áp suất khí nén thì P kđ > Pv nên chất
lỏng thấm vào vỉa dẫn đến mực chất lỏng trong giếng giảm xuống. Sau một thời gian
ta mở van cho giếng làm việc bình thường thì P kđ giảm. Phương pháp này sử dụng cho
những giếng có độ thấm lớn.
* Phương pháp dung piston để múc bớt chất lỏng:
Dùng piston chuyên dụng múc bớt chất lỏng trong giếng nhằm mục đích giảm
chiều cao mực chất lỏng trong giếng. Sau đó mở van cho giếng làm việc bình thường.
Phương pháp này được sử dụng cho những giếng có áp suất vỉa và hệ số sản phẩm
nhỏ.
* Phương pháp thả ống nâng từng đợt :
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 nhỏ.
Phương pháp này chỉ áp 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 lên
(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 :
Dùng van Gaslift để khởi động sẽ làm giảm được áp suất khởi động, đồng thời
giảm được chi phí áp trong quá trình làm việc. Bản chất của phương pháp này là chia h
ra thành nhiều đoạn h1, h2, … < h. Ở đây chúng ta chọn phương pháp khởi động giếng
thiết kế bằng cách đặt van Gaslift.
b. Các phương pháp làm giảm ρ :
D2
ρ L gh
2
= d
.

Ta có : Pkđ
Để giảm áp suất khởi động ta tìm cách giảm ρ L bằng phương pháp hoà khí vào
chất lỏng. Hiện nay phương pháp này đang được sử dụng rộng rãi, sử dụng phương