Giáo trình Cơ sở khai thác (Nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí Trình độ Trung cấp)

TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: CƠ SỞ KHAI THÁC NGHỀ: VẬN HÀNH THIẾT BỊ KHAI THÁC DẦU KHÍ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số: 192/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng năm 2020 Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2020 (Lưu hành nội bộ) TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm Trang LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình CƠ SỞ KHAI THÁC biên soạn theo chương trình đào tạo Lao động Thương binh Xã hội Giáo trình dựa tham khảo nhiều tài liệu, sách, giáo trình mơn học môn liên quan khác dành cho hệ đào tạo đại học, cao đẳng, đào tạo nghề trung học chuyên nghiệp nước Các kiến thức toàn giáo trình có mối liên hệ lơgic chặt chẽ Tuy vậy, giáo trình phần nội dung chuyên ngành đào tạo người dạy, người học cần tham khảo thêm giáo trình có liên quan ngành học để việc sử dụng giáo trình có hiệu Giáo trình “Cơ sở khai thác” tài liệu bắt buộc học viên nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí hệ Trung cấp, cao đẳng, ngồi ra, dùng làm tài liệu tham khảo cho giáo viên học viên nghề Khi biên soạn giáo trình, chúng tơi cố gắng cập nhật kiến thức liên quan đến môn học, phù hợp với đối tượng sử dụng yêu cầu đào tạo nhà Trường cố gắng sử dụng thật nhiều hình ảnh minh họa để người học dễ dàng tiếp thu Nội dung giáo trình biên soạn với thời lượng 45 giờ, gồm chương: Chương 1: Cơng tác hồn thiện giếng Chương 2: Cơ sở lý thuyết khai thác dầu khí Chương 3: Các phương pháp khai thác Chương 4: Xử lý vùng cận đáy Tài liệu lưu hành nội nhà Trường Trong trình biên soạn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong người sử dụng đồng nghiệp đóng góp nhằm làm cho giáo trình ngày hồn thiện Trân trọng cảm ơn./ Bà rịa - Vũng Tàu, tháng năm 2020 Tham gia biên soạn Chủ biên: Ths Phạm Thị Nụ Ks Vũ Xuân Thạch Ks Bùi Đức Sơn Trang MỤC LỤC TRANG CHƯƠNG 1: CƠNG TÁC HỒN THIỆN GIẾNG 13 1.1 CÔNG TÁC ĐÁNH GIÁ THÀNH HỆ 14 1.1.1 Mục đích 14 1.1.2 Các phương pháp đánh giá thành hệ 15 1.2 CÁC CƠNG ĐOẠN HỒN THIỆN GIẾNG 17 1.2.1 Khái niệm 17 1.2.2 Phân loại 18 1.2.3 Các cơng đoạn hồn thiện giếng 24 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHAI THÁC DẦU KHÍ 36 2.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 37 2.1.1 Áp suất vỉa 37 2.1.2 Áp suất mao dẫn 38 2.2 TÍNH CHẤT VẬT LÝ CƠ BẢN CỦA ĐẤT ĐÁ VÀ CHẤT LƯU 38 2.2.1 Độ rỗng () 38 2.2.2 Độ thấm k 39 2.2.3 Tính dính ướt 40 2.2.4 Sức căng bề mặt 40 2.2.5 Tính linh động 40 2.3 CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG VỈA 40 2.3.1 Nguồn lượng tự nhiên 41 2.3.2 Nguồn lượng nhân tạo 45 2.4 DUY TRÌ ÁP SUẤT VỈA 47 2.4.1 Bơm ép nước ranh giới vùng chứa dầu 47 2.4.2 Bơm ép nước ranh giới vùng chứa dầu 48 2.4.3 Bơm ép nước ranh giới vùng chứa dầu 49 2.4.4 Các nguồn nước bơm ép 51 CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC 54 3.1 PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC TỰ PHUN 55 3.1.1 Điều kiện 55 3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả tự phun 56 3.1.3 Thiết bị khai thác tự phun 57 3.2 PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC CƠ HỌC 84 3.2.1 Cơ sở lựa chọn 84 Trang 3.2.2 Phân loại 86 3.3.3 Những khó khăn trình khai thác dầu khí 107 CHƯƠNG 4: XỬ LÝ VÙNG CẬN ĐÁY 110 4.1 MỤC ĐÍCH VÀ PHƯƠNG PHÁP 111 4.1.1 Mục đích 111 4.1.2 Phương pháp 115 4.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP THƯỜNG DÙNG 115 4.2.1 Phương pháp học 115 4.2.2 Phương pháp gia nhiệt 122 4.2.3 Phương pháp hoá học 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO .125 Trang DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1 Nguyên lý thử vỉa cần Trang 15 Hình 1-2 Biểu đồ dạng log đo tia Gamma qua tầng đất đá Trang 16 Hình 1-3 Lấy mẫu đáy giếng khoan thành giếng khoan Trang 17 Hình 1-4 Hồn thiện giếng đơn tầng Trang 19 Hình 1-5 Các kiểu hồn thiện giếng đa tầng Trang 20 Hình 1-6 Hoàn thiện giếng đa tầng, đơn cần đa cần Trang 21 Hình 1-7 Các kiểu hồn thiện giếng Trang 23 Hình 1-8 Cách thả thiết bị bắn mở vỉa vào giếng nguyên lý làm việc súng bắn mở vỉa Trang 25 Hình 1-9 Quy trình bắn mở vỉa Trang 26 Hình 1-10 Gọi dịng hỗn hợp lỏng khí thành tạo mặt đất Trang 28 Hình 1-11 Gọi dịng Nitơ lỏng ống mềm Trang 30 Hình 1-12 Phương pháp hạ thấp mực chất lỏng giếng bơm phun tia Trang 32 Hình 1-13 Phương pháp khí nén Trang 33 Hình 1-14 Phương pháp khí nén sử dụng van gaslift Trang 34 Hình 2-1 Chế độ lượng trọng lực Trang 44 Hình 2-2 Áp suất vỉa giảm theo thời gian t đến áp suất pi > pbk Trang 46 Hình 2-3 Sơ đồ bố trí bơm ép nước ngồi ranh giới dầu - nước Trang 48 Hình 2-4 Sơ đồ bố trí bơm ép nước ranh giới dầu - nước Trang 49 Hình 2-5 Sơ đồ bố trí bơm ép nước ranh giới dầu - nước Trang 50 Hình 2-6 Sơ đồ bơm ép 2, 3, 4, 5, điểm Trang 51 Hình 3-1 Sơ đồ liên kết ống chống khai thác với đầu ống chống Trang 58 Hình 3-2 Đầu miệng giếng loại chữ T cho hai cột ống nâng (áp suất thử 250at) Trang 59 Hình 3-3 Đầu miệng giếng loại chữ thập cho hai cột ống nâng (áp suất thử 250at) Trang 60 Hình 3-4 Sơ đồ tổ hợp thiết bị lịng giếng Trang 62 Hình 3-5 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo phễu định hướng Trang 63 Hình 3-6 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo thiết bị định vị không thông (không lựa chọn) Trang 64 Hình 3-7 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo thiết bị định vị thơng (có thể lựa chọn) Trang 65 Hình 3-8 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo ống đục lỗ Trang 66 Hình 3-9 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo van cắt Trang 67 Hình 3-10 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo packer học Trang 69 Hình 3-11 Sơ đồ nguyên lý trình bung đưa packer học vào hoạt động Trang 71 Hình 3-12 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo, trình bung đưa packer thuỷ lực vào hoạt động Trang 72 Hình 3-13 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo thiết bị bù trừ học Trang 74 Hình 3-14 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo phận tháo rời thiết bị bù trừ học Trang 75 Hình 3-15 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo thiết bị bù trừ thuỷ lực Trang 76 Hình 3-16 Van tuần hồn kiểu ống rời Trang 78 Hình 3-17 Van tuần hồn kiểu ống trượt Trang 79 Hình 3-18 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo van dập giếng Trang 80 Hình 3-19 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo Mandrel Trang 82 Hình 3-20 Van an tồn giếng sâu Trang 83 Hình 3-21 Cấu tạo tổ hợp máy bơm cần kéo (a) cần xoắn (b) Trang 87 Hình 3-22 Khai thác dầu bơm cần kéo Trang 87 Hình 3-23 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo thiết bị bảo vệ động điện Trang 91 Hình 3-24 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo động điện Trang 92 Hình 3-25 Phương pháp khai thác gaslift Trang 95 Hình 3-26 Hệ thống khai thác trung tâm Trang 97 Hình 3-27 Hệ thống khai thác vành xuyến Trang 98 Trang Hình 3-28 Sơ đồ nguyên lý khai thác gaslift Trang 99 Hình 3-29 Sơ đồ nguyên lý trình khai thác dầu gaslift Trang 100 Hình 3-30 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo Mandrel Trang 101 Hình 3-31 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo van Gaslift Trang 102 Hình 3-32 Sơ đồ nguyên lý giếng khai thác gaslift định kỳ Trang 104 Hình 3-33 Sơ đồ nguyên lý hoạt động chu kỳ giếng khai thác gaslift định kỳ Trang 105 Hình 4-1 Ảnh hưởng nhiễm bẩn lên tốc độ dòng chảy Trang 111 Hình 4-2 Sự sụt áp đáy giếng hiệu ứng skin Trang 112 Trang DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3-1 Khả hiệu áp dụng phương pháp khai thác học Bảng 4-1 Các hoạt động nguyên nhân gây nhiễm bẩn tầng chứa Trang 85 Trang 112 Trang GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: Cơ sở khai thác Mã mơn học: KKT19MH34 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: 3.1 Vị trí: Là mơn học thuộc phần mơn học chun mơn chương trình đào tạo nghề vận hành thiết bị khai thác dầu khí hệ trung cấp, cao đẳng khoan khai thác dầu khí hệ cao đẳng Mơn học môn học chuyên môn, dạy sau mơn học kỹ thuật sở 3.2 Tính chất: Môn học trang bị kiến thức chuyên môn sở khai thác dầu khí cho nghề vận hành thiết bị khai thác dầu khí trung cấp, cao đẳng khoan khai thác dầu khí hệ cao đẳng 3.3 Ý nghĩa vai trị mơn học: Mơn học giúp cho thợ khoan đưa phương pháp khoan hiệu mà khơng ảnh hưởng đến q trình khai thác cung cấp kiến thức chuyên môn tổng quan thợ khai thác Mục tiêu mơn học: 4.1 Về kiến thức: A1 Trình bày khái niệm, thuật ngữ chuyên ngành ngành khai thác dầu A2 Trình bày cơng đoạn hồn thiện giếng A3 Trình bày tính chất đất đá chất lưu A4 Mô tả nguồn lượng vỉa trì áp suất vỉa A5 Trình bày giải pháp xử lý vùng cận đáy giếng 4.2 Về kỹ năng: B1 Lựa chọn giải pháp trì áp suất vỉa xử lý axít vùng cận đáy giếng phù hợp với điều kiện địa chất 4.3 Về lực tự chủ trách nhiệm: C1 Tự đọc tài liệu tham khảo tìm kiếm nguồn tài liệu, videos tham khảo internet C2 Rèn luyện thái độ học tập nghiêm túc, cách suy luận logic xác Nội dung mơn học: 5.1 Chương trình khung Mã MH/MĐ/HP Tên mơn học, mơ đun Số tín Tổng Thời gian đào tạo (giờ) Trong Trang số I Các môn học chung/ đại cương MHCB19MH01 Giáo dục trị MHCB19MH03 Pháp luật 14 285 117 153 10 30 15 15 13 0 MHCB19MH05 Giáo dục thể chất 30 24 MHCB19MH07 Giáo dục quốc phòng An ninh 45 21 21 MHCB19MH09 Tin học 45 15 29 90 30 56 46 1140 285 803 20 32 Môn học, mô đun kỹ thuật sở 14 270 130 126 10 An toàn vệ sinh lao động Vẽ kỹ thuật - Điện kỹ thuật Cơ sở điều khiển q trình Mơn học, mơ đun chuyên môn ngành, nghề Cơ sở khai thác Vận hành van Thiết bị hoàn thiện giếng khai thác Vận hành Bơm Vận hành máy nén Vận hành thiết bị tách dầu khí Hệ thống thu gom vận chuyển dầu khí Vận hành hệ thống khai thác dầu khí mơ hình Thực tập sản xuất Tổng cộng 2 30 45 45 45 23 15 36 14 28 29 1 32 870 155 677 10 28 3 45 75 42 14 58 3 75 14 58 4 105 75 105 14 14 14 87 58 87 1 3 75 14 58 135 14 116 4 180 15 155 10 53 1290 337 893 25 35 TA19MH01 II II.1 ATMT19MH01 CK19MH01 KTĐ19MH11 TĐH19MĐ12 II.2 KKT19MH34 KKT19MĐ50 KKT19MĐ51 KKT19MĐ52 KKT19MĐ53 KKT19MĐ54 KKT19MĐ56 KKT19MĐ58 KKT19MĐ60 Tiếng Anh Các môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề Thi/ Thực hành/ Kiểm thí nghiệm/ Lý tra tập/ thuyết thảo luận LT TH 5.2 Chương trình chi tiết mơn học Thời gian (giờ) Số TT Tên chương, mục Tổng Lý Thực Kiểm số thuyết hành tra Chương Công tác hoàn thiện giếng 5 0 Chương Cơ sở lý thuyết khai thác dầu 10 Trang - Các điều kiện khác: Khơng có ❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG - Nội dung: ✓ Kiến thức: Kiểm tra đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kiến thức ✓ Kỹ năng: Đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kĩ ✓ Năng lực tự chủ trách nhiệm: Trong trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu trước đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học + Nghiêm túc trình học tập - Phương pháp: ✓ Điểm kiểm tra thường xun: khơng có ✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: điểm kiểm tra (Tự luận/ trắc nghiệm) ❖ NỘI DUNG CHƯƠNG 4.1 MỤC ĐÍCH VÀ PHƯƠNG PHÁP 4.1.1 Mục đích Trong q trình khoan, hoàn thiện giếng, khai thác, độ thấm tự nhiên đá chứa dầu vùng cận đáy giếng bị giảm nhiễm bẩn dung dịch sét tạp chất học Do kích thước lỗ hổng kênh dẫn bị thu hẹp nên tốc độ dòng chảy vùng bị nhiễm bẩn giảm đáng kể (H.4.1) Hình 0-1 Ảnh hưởng nhiễm bẩn lên tốc độ dòng chảy Chương 4: Xử lý vùng cận đáy Trang 111 Xử lý vùng cận đáy giếng nhằm loại bỏ chất nhiễm bẩn, trì cải thiện độ thấm tự nhiên thành hệ, tăng lưu lượng dòng chảy vào giếng khai thác tăng độ tiếp nhận giếng bơm ép Kết xử lý vùng cận đáy giếng ảnh hưởng trực tiếp đến lưu lượng dầu khí khai thác từ vỉa sản phẩm Việc lựa chọn phương pháp xử lý phụ thuộc vào thành phần tính chất tầng đá chứa thời gian tiếp xúc dung dịch khoan với vỉa sản phẩm, mà cịn phụ thuộc vào cơng nghệ kỹ thuật khoan, hoàn thiện giếng, tác động nên vùng cận đáy giếng thực trình khai thác Vì thế, việc đánh giá mức độ nhiễm bẩn tầng chứa sản phẩm quan trọng, cho phép: - Dự đốn lưu lượng khai thác ban đầu giếng - Xác định loại nhiễm bẩn, từ có biện pháp xử lý tác nhân gây hư hỏng tầng sản phẩm Các nguyên nhân gây nhiễm bẩn thành hệ: Trong thực tế thi công khai thác giếng làm thay đổi đáng kể tính thấm tự nhiên đất đá vùng cận đáy giếng Hiệu ứng gây tổn hao áp suất P vùng cận đáy giếng gọi hiệu ứng Skin (H.6.2) Pskin → Skin (s, s) Hình 0-2 Sự sụt áp đáy giếng hiệu ứng skin Các hoạt động nguyên nhân gây nhiễm bẩn tầng chứa tóm tắt bảng sau: Bảng 0-1 Các hoạt động nguyên nhân gây nhiễm bẩn tầng chứa Chương 4: Xử lý vùng cận đáy Trang 112 Các hoạt Stt động gây nhiễm bẩn Các nguyên nhân gây nhiễm bẩn Các yếu tố làm gia tăng mức độ nhiễm bẩn - Do hiệu ứng thấm lọc - Vỉa có độ thấm cao dung dịch khoan - Dung dịch khoan gốc nước - Sự xâm nhập tạp - Thành hệ có chứa muối chất dung dịch khoan - Dung dịch sét bentonit Trong - Sụp lỡ thành giếng khoan - Khoan điều kiện áp trình khoan - Do vụn khoan suất cột dung dịch khoan lớn áp suất vỉa - Dung dịch khoan có hàm lượng chất rắn cao - Do vữa ximăng xâm nhập - Thành hệ có độ thấm cao vào vỉa Q trình chống ống trám ximăng - Do hiệu ứng ngấm lọc - Sản phẩm sau phản ứng chất phụ gia dung dịch đệm - Do mảnh vụn Bắn mở vỉa - Bắn vỉa điều kiện áp suất - Sự nén ép xung quanh lỗ cột dung dịch khoan lớn áp suất vỉa bắn vỉa - Sự xâm nhập hạt vụn - Làm việc điều kiện áp dung dịch hoàn thiện suất cột dung dịch khoan lớn áp suất vỉa Quá trình lắp giếng đặt thiết bị - Hiệu ứng thấm lọc dung - Thành hệ có độ thấm cao khai thác dịch - Thiết bị khai thác giếng - Sự hịa tan xi măng khoan khơng gắn kết Trong - Sự di chuyển hạt - Tốc độ khai thác cao trình khai mịn - Tỉ số nước dầu tăng thác Chương 4: Xử lý vùng cận đáy Trang 113 Các hoạt Stt Các nguyên nhân gây nhiễm bẩn động gây nhiễm bẩn Các yếu tố làm gia tăng mức độ nhiễm bẩn - Sự di trú sét thành - Áp suất vỉa giảm hệ - Kỹ thuật chèn sỏi khống - Sự tích tụ parafin, muối, chế cát condensat nước - Sự hình thành nhũ tương, hydrat - Hiệu ứng thấm lọc dung - Hệ số thấm dị hướng dịch lèn sỏi - Cát vỉa không đồng Trong kỹ - Sự xâm nhập hạt thuật chèn sỏi rắn, cặn bẩn - Cát giàu khoáng vật sét - Sự trộn lẫn sỏi cát thành hệ - Các chất kết tủa tạo thành - Do tính khơng tương hợp sau phản ứng axit, chất phụ gia với Trong - Kết tủa sắt giếng khống vật thành trình xử lý hệ khoan axit - Vụn vật liệu lòng - Do chất khuếch tán giếng bị ăn mòn - Hệ số độ thấm dị hướng - Do hạt vụn sinh - Thiết kế Nứt vỉa trình nứt vỉa - Do lưu chất nứt vỉa - Vữa xi măng dư - Hoạt động điều kiện vỉa Sửa giếng áp suất cột dung dịch khoan - Các cặn bẩn parafin lớn áp suất vỉa chữa ống khai thác - Vỉa có độ thấm cao - Các mảnh vụn kim loại - Hệ số độ thấm dị hướng ống chống - Giếng khoan không - Do dung dịch sửa chữa - Dùng chất chống ăn mòn Chương 4: Xử lý vùng cận đáy Trang 114 Các hoạt Stt Các nguyên nhân gây nhiễm bẩn động gây nhiễm bẩn giếng Các yếu tố làm gia tăng mức độ nhiễm bẩn chất phá nhũ - Do vật liệu tạo cầu xi măng 4.1.2 Phương pháp Hậu việc nhiễm bẩn vùng cận đáy giếng làm giảm lưu lượng khai thác giếng mà giảm đáng kể hiệu khai thác vỉa Với mục đích phục hồi làm tăng độ thấm đá vùng cận đáy, người ta áp dụng phương pháp xử lý sau: - Phương pháp xử lý hoá học: chủ yếu xử lý axit, dựa phản ứng hoá học xảy dung dịch axit với tầng chứa - Phương pháp xử lý học: dùng thuỷ lực, chất nổ tạo khe nứt nối vùng cận đáy giếng với vỉa phương pháp thường xử dụng cho tầng chứa rắn chắc, đặc sít - Phương pháp xử lý nhiệt: dùng nhiệt để giảm độ nhớt dầu nặng, dầu chứa nhiều parafin,… Tất phương pháp phải đảm bảo yêu cầu sau: - Thời gian xử lý ngắn, hiệu cao - Tránh hiệu ứng phụ (tạo chất kết tủa sau phản ứng, tắc nghẽn hệ thống kênh rãnh thơng với đáy giếng) - Bảo tồn cấu trúc giếng, tránh làm giảm tuổi thọ giếng (ăn mòn mức sụp lở) giếng 4.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP THƯỜNG DÙNG 4.2.1 Phương pháp học Phương pháp đạt hiệu cao nhờ tạo kênh dẫn sâu có độ dẫn lưu tốt cho vỉa có độ thấm kém, nâng cao lưu lượng khai thác khả tiếp nhận giếng bơm ép mà khoan thêm giếng Khác với phương pháp xử lý axit tập trung vào việc phục hồi độ thấm ban Chương 4: Xử lý vùng cận đáy Trang 115 đầu vùng cận đáy giếng, phương pháp học làm tăng mối quan hệ thuỷ động lực vỉa giếng nhờ mở rộng tạo thêm mạng khe nứt đá vùng cận đáy giếng Khi thành hệ chứa dầu khí với trữ lượng thương mại độ thấm tầng chứa lại thấp, không cho phép đạt lưu lượng khai thác hệ số thu hồi cao, người ta sử dụng phương pháp xử lý học (nứt vỉa) để tăng độ thấm thực tế tầng Phương pháp xử lý học bao gồm phương pháp nứt vỉa thủy lực (có khơng có hạt chèn), nứt vỉa axit, phương pháp trái nổ, phương pháp gây rung phương pháp xử lý nhiệt a Nứt vỉa thuỷ lực Phương pháp nứt vỉa thủy lực ứng dụng mỏ Hugoton (Mỹ) vào tháng 7/1947 nhờ bơm dung dịch gốc nước rẻ tiền mang lại hiệu kinh tế cao Từ đến phương pháp nứt vỉa thủy lực hồn thiện khơng ngừng, từ kỹ thuật nứt vỉa đơn giản với lưu lượng áp suất bơm thấp ban đầu kỹ thuật cao với thiết bị chuyên dụng ngày Trong thực tế phương pháp nứt vỉa thủy lực có khả tăng nhanh sản lượng khai thác thời gian dài Trong phương pháp nứt vỉa thủy lực, người ta phân biệt nứt vỉa thủy lực thơng thường nứt vỉa thủy lực có hạt chèn Nguyên lý mục đích: nguyên tắc phương pháp dùng dung dịch nứt vỉa (gốc dầu, gốc nước, axit) bơm với áp suất đủ lớn vào giếng nhằm tạo khe nứt vùng lân cận giếng mở rộng khe nứt có sẵn để tạo hệ thống kênh rãnh giúp cho lưu thông lưu chất từ vỉa vào giếng dễ dàng Áp suất bơm ép thường lớn áp suất thuỷ tĩnh từ 1,5-2,5 lần, trình bơm ép tiếp tục khe nứt tạo thành hệ mở rộng Các khe nứt có khuynh hướng khép lại sau áp suất giếng trở lại bình thường Để đảm bảo khe nứt trạng thái mở, không bị sập lở, người ta trộn hạt chèn vào chất lỏng bơm ép (thạch anh, bauxit,…) vào chất lỏng bơm ép Vật liệu chèn vào khe nứt thành hệ ngừng bơm, áp suất hạ thấp, vật chèn giữ khe nứt tạo cách kênh dẫn dầu khí vào giếng Chất lỏng nứt vỉa thủy lực lấy lên khai thác Phương pháp nứt vỉa thủy lực thực với nhiệm vụ sau đây: − Tăng độ thấm đá tầng chứa giếng khai thác (và độ tiếp nhận giếng bơm ép), nhờ kênh dẫn có độ dẫn lưu cao, giảm hệ số skin − Giảm tổn thất áp suất nhằm tăng hiệu sử dụng nguồn lượng vỉa Chương 4: Xử lý vùng cận đáy Trang 116 − Tăng tổng sản lượng dầu khai thác, cải thiện hệ số thu hồi dầu − Điều chỉnh dòng độ tiếp nhận theo chiều dày tầng sản phẩm − Tao màng chắn ngăn cách giếng bơm ép nước nhằm hạn chế tượng nước giếng khai thác − Thu hồi vốn nhanh Quá trình nứt vỉa thủy lực thường tiến hành theo giai đoạn: − Khởi tạo khe nứt: sử dụng dung dịch nứt vỉa thủy lực (khơng có vật liệu chèn) bơm vào giếng với áp suất cao tạo khe nứt thành hệ Dung dịch có chứa chất phụ gia để tăng khả xâm nhập vào vỉa − Phát triển khe nứt: bơm dung dịch đệm (không chứa hạt chèn) có tác dụng mở rộng hệ thống khe nứt cũ khởi tạo, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi để hạt chèn dễ dàng theo dung dịch vào khe nứt − Bơm dung dịch nứt vỉa có vật liệu chèn vào giếng: thơng số hạt chèn cần phù hợp với thông số tầng chứa điều kiện địa chất vùng mỏ − Đẩy hạt chèn vào khe nứt: bơm dung dịch nứt vỉa mang vật liệu chèn vào khe nứt để giữ khe nứt mở Sau hạt chèn ép vào khe nứt, người ta trộn thêm chất phụ gia làm giảm độ nhớt phá vỡ cấu trúc chất lỏng nứt vỉa giúp dễ dàng tuần hoàn rửa sau xử lý Đối tượng áp dụng: phương pháp áp dụng cho trường hợp sau: − Các tầng sản phẩm bị nhiễm bận nặng mà công tác xử lý axit trước khơng mang lại hiệu Nứt vỉa thủy lực tạo khe nứt xuyên qua vùng bị nhiễm bẩn quanh giếng, tạo mối liên hệ thủy động lực vỉa giếng − Vỉa có thành phần hạt mịn sét, cát bở rời,…chảy vào giếng làm nhiễm bẩn, khe nứt cung cấp vùng thấm lớn làm thay đổi dòng chảy cát − Thành hệ có tầng sét-cát xen kẽ nhau, mối liên kết thuỷ động lực thấu kính cát với lỗ bắn vỉa bị hạn chế Nứt vỉa thủy lực tạo mối liên hệ thủy động lực theo phương thẳng đứng thấu kính tầng chứa với − Vỉa có độ thấm thấp, cần có khe nứt để mở rộng vùng bán kính ảnh hưởng tầng sản phẩm, nâng cao sản lượng khai thác Thành hệ yếu, bị vỡ q trình khai thác Khi nứt có độ dẫn lưu cao, dịng chảy thuận lợi tạo độ chênh áp thấp, giảm bớt ứng suất tác dụng lên thành hệ Chương 4: Xử lý vùng cận đáy Trang 117 Nứt vỉa thủy lực tạo nhiều hệ thống khe nứt khoảng tất tầng sản phẩm vỉa Nứt vỉa thuỷ lực có hạt chèn sử dụng tốt cho vỉa mà phát triển khe nứt không phụ thuộc vào khe nứt tự nhiên Trong trường hợp này, xuyên sâu phân bố hạt chèn điều chỉnh dễ dàng so với phản ứng hóa học phương pháp nứt vỉa axit cần trì ăn sâu tạo kênh dẫn cho khe nứt Việc ép hạt chèn vào khe nứt thường gây thất thoát lưu chất vào khe nứt tự nhiên Sự phát triển khe nứt gặp khe nứt tự nhiên bị rẽ nhánh chậm lại dọc theo bề mặt khe nứt tự nhiên giảm độ rộng khe nứt cục tạo thành nút vật liệu chèn Các thơng số vỉa ảnh hưởng đến q trình nứt vỉa thủy lực: − Gradien nứt vỉa: áp suất cần thiết để tạo khe nứt đất đá vùng cận đáy giếng Thông thường khe nứt vng góc với phương có ứng suất nhỏ vỉa gradien nứt vỉa tỷ lệ với giá trị ứng suất nhỏ − Áp suất phát triển khe nứt: áp suất cần thiết để mở rộng khe nứt nhờ dung dịch nứt vỉa ban đầu − Mô đun đàn hồi E: hệ số đặc chưng cho tính đàn hồi độ cứng đất đá chịu tải Chất lỏng nứt vỉa: Trong trình làm việc, chất lỏng nứt vỉa truyền áp suất từ bề mặt xuống đáy nhằm tạo khe nứt, sau xâm nhập vào khe nứt nhằm phát triển khe nứt mang theo vật liệu chèn để giữ khe nứt mở hay tạo bề mặt không chỉnh hợp khe nứt, từ tạo độ liên thơng tốt từ vỉa vào giếng sau q trình xử lý Chất lỏng nứt vỉa có chung đặc điểm sau: ⬧ Tương thích với đất đá chất lỏng thành hệ ⬧ Có khả trì vật liệu chèn trạng thái lơ lửng để vận chuyển sâu vào khe nứt ⬧ Có độ nhớt tối ưu để tạo độ rộng khe nứt cần thiết, dễ bơm vật liệu chèn hay cho axit xâm nhập sâu vào thành hệ ⬧ Có độ ổn định cao hệ số dung dịch thấp điều kiện nhiệt độ áp suất vỉa ⬧ Dễ pha chế chi phí hợp lý ⬧ Khơng gây nhiễm bẩn thành hệ khai thác, không gây độc hại người môi trường xung quanh Chương 4: Xử lý vùng cận đáy Trang 118 ⬧ Tổn hao lực cản cột ống khai thác nhỏ để công suất bơm cần thiết nhỏ ⬧ Dung dịch nứt vỉa thủy lực chia làm loại: dung dịch gốc nước, dung dịch gốc dầu dung dịch nhiều pha Các chất phụ gia: Được thêm vào chất lỏng nứt vỉa thủy lực để đảm bảo yêu cầu tăng hiệu xử lý Chất phụ gia dùng để hạn chế ăn mòn, giúp chất xử lý phân tán, cải thiện khả làm sạch, chống lắng đọng sản phẩm phản ứng, làm ổn định sét, phân tán parafin, asphal chống gây kết tủa, lắng đọng hữu Các chất phụ gia bao gồm: ⬧ Chất chống ăn mịn ⬧ Chất hoạt tính bề mặt ⬧ Chất bơi trơn ⬧ Chất tạo gen chống dung dịch ⬧ Các chất chống tạo cặn ⬧ Các chất phụ gia rượu ⬧ Các chất chống tạo bọt ⬧ Các tác nhân chelet hóa ⬧ Các chất đổi dịng ⬧ Các chất làm chậm phản ứng Vật liệu chèn: Việc trì độ mở khe nứt nhiệm vụ quan trọng hạt chèn phương pháp nứt vỉa thủy lực có hạt chèn Một số loại hạt chèn thường dùng nứt vỉa thủy lực gồm: ⬧ Cát thạch anh (kích thước 0,5 đến 1,2 mm, tỉ trọng 2650 kg/m3) ⬧ Bi thủy tinh (bằng tỉ trọng cát) ⬧ Bột bauxit nung kết (tỉ trọng 1400 kg/m3) ⬧ Hạt polimer tổng hợp (1100 kg/m3) b Nứt vỉa axit Nguyên lý nứt vỉa axit giống nứt vỉa thủy lực (có khơng sử dụng vật liệu chèn), khác dùng dung dịch axit làm chất lỏng nứt vỉa Ngoài việc truyền áp, dung dịch axit cịn có tác dụng hịa tan chất bề mặt khe nứt làm tăng độ thủy dẫn cần thiết Phương pháp áp dụng tốt cho thành hệ Chương 4: Xử lý vùng cận đáy Trang 119 đá vơi dolomit áp dụng cho thành hệ cát kết (trừ trường hợp lỗ rỗng khe nứt bị lấp đẩy cacbonat) Nứt vỉa axit q trình kích thích axit bơm vào thành hệ với áp suất đủ lớn để tạo khe nứt thành hệ mở rộng khe nứt có sẵn Trong di chuyển dọc theo khe nứt, phần vật liệu bề mặt khe nứt bị hòa tan tạo hệ thống kênh dẫn vỉa Hiệu phương pháp phụ thuộc vào độ dài khe nứt tạo ra, tốc độ phản ứng vận tốc dòng chảy khe nứt Để tạo độ dẫn tốt, axit phải phản ứng với bề mặt khe nứt hòa tan lượng đáng kể khoáng vật thành hệ Khi xử lý nứt vỉa axit, khe nứt thường có dạng ngoằn ngo đặc tính hịa tan axit Thông thường dung dịch HCl nồng độ 15-30% sử dụng Để nâng cao hiệu xử lý, người ta thêm chất phụ gia để điều chỉnh tốc độ phản ứng, chất chống axit, chất ổn định,… Nứt vỉa axit áp dụng tốt cho vỉa nứt nẻ Mặc dù không liên tục khe nứt ảnh hưởng tới dòng chảy axit, ăn mòn liên tục xảy kênh dẫn hình thành Axit phản ứng với đá nên giảm nhanh nồng độ, đặc biệt thành hệ nhạy cảm (canxit, nhiệt độ cao) kết đoạn khe nứt (nhiều 100 ft) hình thành so với 1500 ft tạo phương pháp nứt vỉa có hạt chèn Về phương diện khai thác, nứt vỉa axit có nhiều ưu điểm so với nứt vỉa thuỷ lực có hạt chèn Những cố hạt chèn gây nghiêm trọng giếng xử lý lại axit, lúc axit làm rộng khe nứt gần giếng vật liệu chèn di chuyển ngược lại vào bơm thiết bị tách lọc Sự khó khăn vận hành làm giảm độ dẫn xuyên sâu từ việc nứt vỉa axit việc thiết kế tổ chức trường hợp mà nứt vỉa có sử dụng hạt chèn đạt hiệu so với nứt vỉa axit Khó khăn khắc phục nhờ xử lý axit nhằm tối ưu hóa thời gian khai thác giếng c Trái nổ ➢ Cơ sở lý thuyết Bản chất phương pháp kích nổ lượng thuốc nổ đặt giếng, tạo áp suất tức thời lớn áp suất vỉa vùng lân cận đáy giếng, hình thành mạng khe nứt với độ thấm cao Sau mạng khe nứt tạo ra, người ta bơm ép vào vùng cận đáy giếng chất hoạt tính bề mặt axit để làm tăng kích thước khe nứt tăng độ thấm đất đá Xung áp cháy nổ tạo vượt độ bền đất đá, nhờ chất lỏng giếng với phần khí bắn sâu vào vỉa tạo hệ thống khe nứt đất đá Chương 4: Xử lý vùng cận đáy Trang 120 vùng cận đáy giếng Hiệu trình tác động lên vỉa chủ yếu trình cháy vật liệu nổ Quá trình cháy kết hợp với việc tăng áp suất (hơn hai lần so với áp suất thủy tĩnh) xung áp suất với biên độ giảm dần theo thời gian lớn so với thời gian cháy nổ Việc trì kéo dài độ phẳng xung áp suất cực đại dẫn đến việc tăng kích thước khe nứt làm tăng hiệu xử lý ➢ Phạm vi áp dụng Phương pháp áp dụng cho trường hợp + Đất đá rắn lưu lượng giếng thấp + Giếng chưa gọi dịng + Giếng có lưu lượng giảm nhanh khe nứt bị tắc nghẽn + Giải phóng ống kẹt giếng, phá huỷ kim loại đáy giếng ➢ d Ưu nhược điểm phương pháp Ưu điểm: không cần dập giếng kéo ống khai thác lên trước xử lý nhờ đạn kích nổ có kích thước bé thả qua thiết bị miệng giếng ống khai thác xuống đáy giếng Việc kéo dài thời gian cháy thay đổi hình dạng trái nổ, phương pháp kích nổ cơng nghệ tiến hành cho phép phân bố lại ứng suất vùng lân cận đáy giếng tăng độ dài khe nứt nâng cao hiệu phương pháp Nhược điểm: tính chất đàn hồi đất đá khơng có vật chèn nên sau khai thác thời gian (từ – 12 tháng) khe nứt bị khép kín lại, lưu lượng bị giảm đáng kể d Nứt vỉa đạn tạo áp suất phối hợp với phương pháp xử lý axit Bản chất phương pháp tạo hệ thống khe nứt vỉa đồng thời xử lý chất cặn, mảnh vụn nứt vỉa đạn tạo áp suất nhằm gia tăng độ liên thông vỉa giếng Để tạo mạch khe nứt nối vùng lân cận đáy giếng với vỉa, người ta tiến hành nứt vỉa với đạn tạo áp suất phối hợp với xử lý axit Đây tác dụng tổng hợp hóa-lý-nhiệt Đạn tạo áp suất thả vào giếng cáp điện đến chiều sâu đối diện với tầng sản phẩm kích nổ Trái nổ tạo khe nứt dài từ tâm giếng theo hướng bán kính e Gây rung Chương 4: Xử lý vùng cận đáy Trang 121 Là phương pháp tạo độ chênh áp lớn vùng cận đáy giếng làm cho đất đá bị rạn nứt nhờ thiết bị tạo xung thủy lực Xung dao động thủy lực lúc gây ảnh hưởng tới tính chất lý đất đá tầng chứa đặc tính lưu biến chất lỏng vỉa sản phẩm Việc chọn giếng để tác động xung thủy lực cần đảm bảo yêu cầu điều kiện lựa chọn để tiến hành nứt vỉa thủy lực Phương pháp thường sử dụng khi: − Vùng cận đáy giếng có độ thấm thấp độ thấm trung bình vỉa − Giếng bị nhiễm bẩn nặng sau dập giếng dung dịch nặng − Đá chứa có độ thấm kém, lẫn vật liệu sét − Đá chứa có độ thấm kém, áp suất vỉa cao 4.2.2 Phương pháp gia nhiệt Đây phương pháp bơm chất mang nhiệt vào vùng cận đáy đốt nóng (trực tiếp) vùng cận đáy thiết bị thả xuống giếng a Đối tượng xử lý nhiệt − Các giếng khai thác dầu nặng có hàm lượng paraffin cao (5 đến 6%) − Giếng có độ sâu khơng q 1300m b Các phương pháp xử lý ➢ Phương pháp bơm chất mang nhiệt Bơm nước nóng, nước, chất dung mơi dầu nóng vào giếng tạo vùng nóng có bán kính từ 10 – 20m quanh đáy giếng Nhược điểm lớn phương pháp hiệu giếng nông, dễ gây trương nở thành phần sét cần nhiều thiết bị cồng kềnh ➢ Đốt nóng vùng cận đáy giếng − Ưu điểm phương pháp thiết bị cồng kềnh, khả mát nhiệt ít, lúc xử lý cho nhiều giếng Vì rẻ 2,8 lần phương pháp bơm chất mang nhiệt − Nhược điểm chủ yếu phương pháp thiết bị sử dụng phải chịu nhiệt độ cao, bán kính vùng chịu ảnh hưởng nhỏ sau ngừng tác động nhiệt, nhiệt độ giảm nhanh đến 5 Vì sau ngừng tác động nhiệt phải khai thác hiệu phương pháp kéo dài từ đến tháng ➢ Phương pháp xử lý nhiệt hóa vùng cận đáy giếng Chương 4: Xử lý vùng cận đáy Trang 122 Bản chất phương pháp tác đông nhiệt lên vùng cận đáy cách đốt cháy khối thuốc nổ thả xuống đáy cáp điện Do trình cháy tạo luồng khí cháy làm áp suất nhiệt độ vùng cận đáy giếng lên cao Luồng khí nóng tạo q trình cháy nổ thâm nhập vào vỉa, làm tăng độ thấm vùng cận đáy giếng 4.2.3 Phương pháp hoá học a Nguyên tắc xử lý Bơm ép vào giếng với áp suất nhỏ áp suất vỡ vỉa dung dịch axit có khả phản ứng với đất đá tầng chứa, hoà tan đất đá loại bỏ chất nhiễm bẩn, mở rộng kích thước lỗ rỗng kênh dẫn nhằm phục hồi độ thấm tự nhiên vùng cận đáy giếng b Đối tượng xử lý Giếng khai thác bơm ép tầng chứa đá vôi, dolomit, cacbonat, sét, silic Đối với thành hệ cát kết, người ta thường dùng HF HF kết hợp với HCl để xử lý c Các loại axit chất phụ gia Bốn loại axit sử dụng rộng rãi xử lý axit: HCl, HF, CH3COOH, HCOOH d Các dạng xử lý: Trong công nghiệp khai thác dầu, người ta sử dụng rộng rãi dạng xử lý dung dịch axit sau đây: rửa axit, xử lý axit bình thường, xử lý axit áp suất cao, xử lý nhiệt axit, xử lý axit tập, xử lý bọt axit, xử lý nhũ tương axit Tốc độ phản ứng dung dịch axit xử lý axit phụ thuộc vào loại axit, nồng độ axit, thành phần khoáng vật vỉa, áp suất, nhiệt độ xử lý, vận tốc dòng chảy, độ nhớt, tỷ số diện tích/ thể tích Đối với phần lớn axit, áp suất cao làm giảm tốc độ phản ứng Nồng độ axit cao tốc độ phản ứng nhanh ❖ TÓM TẮT CHƯƠNG Trong chương này, số nội dung giới thiệu: - Mục đích phương pháp xử lý vùng cận đáy giếng - Các phương pháp xử lý vùng cận đáy giếng thường dùng CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN CHƯƠNG Câu hỏi Tại phải xử lý vùng cận đáy giếng? Câu hỏi Trình bày phương pháp xử lý vùng cận đáy giếng? Chương 4: Xử lý vùng cận đáy Trang 123 Câu hỏi Trình bày ưu nhược điểm phương pháp nứt vỉa thủy lực? Câu hỏi Trình bày ưu nhược điểm phương pháp xử lý axit? Câu hỏi Mỏ Bạch Hổ áp dụng phương pháp để xử lý vùng cận đáy giếng bị nhiễm bẩn? Chương 4: Xử lý vùng cận đáy Trang 124 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS-TS Cao Ngọc Lâm, Cơng nghệ khai thác dầu khí, Trường Đại học Mỏ địa chất Hà Nội, 2002 [2] Lê Phước Hảo, Cơ sở khoan khai thác dầu khí, NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM, 2002 [3] Dương Danh Lam, Phùng Đình Thực, Lê Bá Tuấn, Nguyễn Văn Cảnh, Cơng nghệ kỹ thuật khai thác dầu khí, NXB Giáo dục, 1999 Tài liệu tham khảo Trang 125 ... Thiết bị hoàn thiện giếng khai thác Vận hành Bơm Vận hành máy nén Vận hành thiết bị tách dầu khí Hệ thống thu gom vận chuyển dầu khí Vận hành hệ thống khai thác dầu khí mơ hình Thực tập sản xuất... sở 3.2 Tính chất: Mơn học trang bị kiến thức chuyên môn sở khai thác dầu khí cho nghề vận hành thiết bị khai thác dầu khí trung cấp, cao đẳng khoan khai thác dầu khí hệ cao đẳng 3.3 Ý nghĩa vai... dụng giáo trình có hiệu Giáo trình ? ?Cơ sở khai thác? ?? tài liệu bắt buộc học viên nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí hệ Trung cấp, cao đẳng, ngồi ra, dùng làm tài liệu tham khảo cho giáo