Nghiên cứu kích thước tối ưu và hợp lý ống nâng cho các giếng gaslift ở mở bạch hổ

Mụcđíchnghiên cứu

Trên kết quả đánh giá thực trạng hoạt động, đề xuất phương pháp mớitrong việc nghiên cứu trạng thái động học của các giếng khai thác bằngphương pháp gaslift nhằm làm cơ sở tính toán và lựa chọn cấu trúc bộ thiết bịlòng giếng chuẩn cho từng khu vực và đối tượng khai thác của mỏ Đề xuấtnhững giải pháp và chế độ công nghệ cụ the cho từng loại giếng gaslift nhằmtối ưu chi phí khí nén trên một đơn vị sản phẩm khai thác phù hợp với thựctrạngnănglượngvỉahiệnnayvà tronggiaiđoạntiếp theo.

Phươngphápnghiêncứu

Đeđạtđượcmụcđíchnêutrên,tácgiảđãtiếnhànhnghiên cứutheo cáchướngvà các phương phápsau:

- Thu thập, thống kê và phân tích các tài liệu liên quan tới lĩnh vựcnghiên cứucủa đề tài;

- Ứng dụng lý thuyết toán học Catastrof với các số liệu từ thực tế đeđánhgiátrạngtháicủa hệ thống“giếng-vỉa”;

- PhạmvinghiêncứulàcácđốitượngkhaitháccủamỏBạchHổ,như:Mioxend ưới,Oligoxentrên,OligoxendướivàtầngMóngtheotừngkhuvực củamỏvềnănglượng vỉanhưápsuất vỉa,hệsốkhaithác, sảnlượng khai tháccủa giếng

- Cấu trúc thiết bị lòng giếng, bao gồm đường kính của ống nâng, thiếtbịvangaslift,chiềusâuthả …

- Luận án đã xác định được kích thước tối ưu của cột ống nâng cho cácnhóm giếng ở khu vực và đối tượng khai thác khác nhau, làm cơ sở cho việclựa chọn kích thước cột ống nâng và chế độ công nghệ phù hợp cho các giếngkhaithác dầubằngphươngphápgaslift.

- Luận án đã khảo sát và đánh giá một cách định lượng trạng thái độnghọc của hệ thống “giếng - vỉa” trong quá trình khai thác, làm tiền đề cho cácnghiên cứu hoàn thiện công nghệvàthiếtbịtrong khai thácdầukhí.

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu, tác giả bảo vệ các kết quả và luậnđiemkhoa họcsau:

- Trạng thái động học của hệ thống “Giếng - Vỉa” của các giếng gasliftthường xuyên rơi vào trạng thái kém bền vững và mất ổn định động học, dovậycác giếng gaslifthoạtđộngtrongtrạngtháicưỡngbức.

- Xây dựng được các bản đồ đồng mức của chỉ số khai thác (PI) và mựcthủytĩnhcủa giếngkhaithác.

- Xácđịnhđượckíchthướccácbộốngnângchuẩntrêncơsởchiphíkhí riêng nhỏnhất chocácgiếnggaslift theotừngkhuvựctrong mỏBạchHổ.

Bằng việc sử dụng công cụ toán học của lý thuyết Catastrof đe chứngminh bản chất động học cũng như trạng thái động học của các giếng gaslift đãgóp phần đa dạng hóa các phương pháp tiếp cận và nghiên cứu một đối tượngcụthe.Đồng thờixáclậpcơsởkhoahọcchoviệctínhtoán kíchthướccác cột ốngnânghợplýdựa trênchỉtiêuchi p hí khíriêng nhỏnhấtchocác giếng khaithác bằnggasliftởmỏBạchHổ.

Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở cho việc lựa chọn và đề xuấtcác giải pháp công nghệ và kỹ thuật cho các giếng gaslift đang khai thác tạimỏ Bạch Hổ.

Luận án gồm:phần mở đầu,4chương, phần kết luận, kiến nghị,v à danh mục tàiliệuthamkhảo,phụlục.

Quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án đã được thực hiện dưới sựhướng dẫn khoa học tận tình của Tieu ban hướng dẫn, tác giả xin bày tỏ lòngbiết ơn sâusắcđếnPGS.TSCaoNgọc Lâmvà TS.NguyễnTiến Vinh.

Ngoài ra, trong quá trình nghiên cứu, tác giả còn nhận được sự giúp đỡnhiệt tình của các chuyên gia, các nhà khoa học thuộc Tập đoàn Dầu khí quốcgia Việt Nam, Xí nghiệp Liên doanh Việt - Nga Vietsovpetro, Viện Nghiêncứu khoa học và thiết kế dầu khí bien, phòng Công nghệ khai thác dầu khí,phòng NCKH & TK (Viện NHIPI) Tác giả xin chân chành cảm ơn sâu sắctrướcsựgiúpđỡnhiệttình,hiệuquảđó.

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện củaBan giám hiệu trường Đại học Mỏ- Đ ị a c h ấ t , p h ò n g Đ à o t ạ o s a u đ ạ i h ọ c , khoa Dầu khí, Bộ môn Khoan – Khai thác, Bộ môn Thiết bị Dầu khí & Côngtrình đãgiúpđỡtácgiả hoànthànhluậnánnày. Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới những ngườithântronggiađình,tớianhem,bạnbèđồngnghiệpđãluônđộngviên,ủnghộcảvềvậtchất lẫntinhthần giúp chotácgiảhoànthànhluận án củamình.

Giếng khai thác dầu bằng gaslift, về bản chất cũng giống như phươngpháp khai tháctựphun nhưngchỉ khác ởchỗsửd ụ n g n ă n g l ư ợ n g k h í b ổ sung đe nâng chất lỏng lên bề mặt (hình 1.1) Theo ống dẫn 1 khí từ trên bềmặtđượcbơmxuốngđếống2,khiđókhíhòatrộnvớichấtlỏngtạothành hỗnh ợ p k h í l ỏ n g v à đ ư ợ c n â n g l ê n b ề m ặ t t h e o ố n g n â n g 3 K h í b ơ m é p được hòa trộn với khí tách ra từ chất lỏng vỉa và hòa trộn với chất lỏng tạothànhh ỗ n h ợ p k h í l ỏ n g c ó t ỷ t r ọ n g n h ỏ s a o c h o v ớ i á p s u ấ t đ á y g i ế n g đ ủ nâng hỗnhợplên trênmiệnggiếng Cáck h á i n i ệ m v à đ ị n h n g h ĩ a m ô t ả tronglýt h u y ế t c h u y e n đ ộ n g c ủ a h ỗn hợpt r o n g ố n g đ ứ n g v à nghiêngđượcápdụngtrongkhaithácgaslift.

Hình1.1Sơđồnguyênlýkhaithácdầubằnggaslift Điemdẫnkhínénvàotrongốngnâng(đếcộtống)đượcnhúngchìm dướim ự c ch ất lỏ ng cóđ ộ sâulàH; á p suất k hí Plở điem dẫnk hí v à o ốn g vớiđ ộ n h ú n g c h ì m t ư ơ n g ứ n g c ó g i á t r ịP 1 Hg.Á p s u ấ t k h í n é n đ o t r ê n miệnggiếngđượcgọilàápsuấtlàmviệcPkn.Ápsuấtlàmviệcchỉkhácvới ápsuấtkhínéntạiđếcộtốngnângmộtgiátrịbằngápsuấtcộtkhí

(1.1) hoặc P kn  P 1  P 1  P 2 (1.2) Ởgiếngkhai thácthực t ế P 1chỉ chiếm vàiphầntrăm sovớiP1,còn

P 2 có giá trị rất nhỏ Vì áp suất làm việc và áp suấtkhí nén ở đế cột ống nângkhác nhau rất ít nên đe đơn giản hóa người ta có the coi áp suất ở đáy giếnggasliftlàmviệccógiátrịbằng ápsuất làmviệc củakhínén trênbềmặt. Điều này đơn giản hóa quá trình nghiên cứu giếng gaslift cũng như hiệuchỉnh quá trình làm việc và thiết lập chế độ tối ưu của chúng Phương phápkhai thác sử dụng năng lượng khí dầu (khí tự nhiên hay đồng hành) đe hòatrộn khí, làm giảm tỷ trọng cột chất lỏng và nâng sản phẩm lên bề mặt đượcgọi là phươngphápgaslift.

Sử dụng không khí trong khai thác (air lift) dẫn đến việc hình thành lớphydrate trên thành ống nâng và khi đó phải sử dụng chất hoạt tính bề mặt đexử lý Ngoài ra không khí tách ra trong hệ thống thiết bị tách trên bề mặt rấtnguy hiem dễ gây cháy nổ Điều này đòi hỏi phải xử lý hỗn hợp khí sau khitách.

Sử dụng khí nén hydrocarbon cũng tạo thành hydrate trên thành ốngnhưngmỏnghơnsovớitrườnghợpsửdụngkhôngkhíđebơmnén.Việcxửlý lớp nhũ hình thànhc ũ n g n h a n h v à đ ỡ t ố n k é m h ơ n Đ i ề u n à y đ ư ợ c g i ả i thích bởikhông cóhoặccó rất ítôxytrongkhíhydrocarbon.

Khí được sử dụng đe khai thác giếng gaslift là khí đã được xử lý và néntớiápsuấtcầnthiếtnhờ trạmnénkhí.

Nhưvậygasliftchophépcảithiệntìnhhìnhkhaitháccácmỏdầuhơnlà phương pháp sử dụng không khí Điem nổi trội của phương pháp sử dụngkhông khí là do có nguồn không khí vô tận Giếng khai thác gaslift thực tếkhông trang bị giống như hình1.1, bởi vì không nên thả vào giếng hai dãy ốngcó đoạn thông nhau như trên hình vẽ, mà đây chỉ là mô hình nhằm giải thíchnguyênlý làmviệccủacácgiếng khaithácdầu bằng phươngphápgaslift.

Với giếng khai thác gaslift, khí hydrocarbon được nén với áp suất từ 4đến10MPa.Khí đượcnén bởitrạm nén khí đặc biệt và đảm bảob ơ m k h í theo nhu cầu sử dụng Sơ đồ khai thác khí như vậy được gọi là khai thácgasliftbởikhínén.

Trong hệ thống khai thác trung tâm (hình 1.2), khí nén đi xuống giếngtheo ống trung tâm (ống trong) còn sản phẩm khai thác đi theo khoảng khôngvành xuyến (ống ngoài) lên bề mặt Ống trung tâm được gọi là ống ép khí cònống ngoàilàốngnâng.

Hệ thống khai thác trung tâm có cấu trúc một cột ống (hình 1.2a) và haicộtống(hình1.2b,1.2c).

Hệthốngnàycó các ưu,nhược điemsau:

- Hỗn hợp đi lên theo khoảng không vành xuyến sẽ mài mòn đầu nốigiữacác ống,cóthelàmtuộtrenkhisảnphẩmcóhàmlượngcát lớn;

- Khó sử dụng các phương pháp cơ học đe nạo vét parafin hay muốitích tụtrênthànhống;

- ÁpsuấtđáyPđgiảmđột ngộtkhikhởiđộng vàngừng nénkhí. a-Cấutrúcmộtcộtống b-Cấutrúchaicộtốngthẳng c-Cấutrúchaicộtốngphânbậc

Trong hệ thống khai thác vành xuyến (hình 1.3), khí nén đi theo khoảngkhôngv à n h x u y ế n g i ữ a ố n g é p k h í ( ố n g n g o à i ) c ò n s ả n p h ẩ m k h a i t h á c đ i theoốngnâng(ốngtrong)lênbề mặt.

Hệ thống khai thác vành xuyến phổ biến hơn do có the sử dụng phươngpháp cơ học đe nạo vét parafin tích tụ trên ống nâng và không mài mòn cácđầu nối ống chống Nhược điem chính của hệ thống này là áp suất khởi độnggiếng lớn, do vậy cần sử dụng các van gaslift khởi động Hệ thống khai thácvành xuyến cũng có cấu trúc một dãy ống (hình 1.3a) và hai dãy ống (hình1.3b và 1.3c).

Phạmvi nghiên cứu

- PhạmvinghiêncứulàcácđốitượngkhaitháccủamỏBạchHổ,như:Mioxend ưới,Oligoxentrên,OligoxendướivàtầngMóngtheotừngkhuvực củamỏvềnănglượng vỉanhưápsuất vỉa,hệsốkhaithác, sảnlượng khai tháccủa giếng

- Cấu trúc thiết bị lòng giếng, bao gồm đường kính của ống nâng, thiếtbịvangaslift,chiềusâuthả …

- Luận án đã xác định được kích thước tối ưu của cột ống nâng cho cácnhóm giếng ở khu vực và đối tượng khai thác khác nhau, làm cơ sở cho việclựa chọn kích thước cột ống nâng và chế độ công nghệ phù hợp cho các giếngkhaithác dầubằngphươngphápgaslift.

- Luận án đã khảo sát và đánh giá một cách định lượng trạng thái độnghọc của hệ thống “giếng - vỉa” trong quá trình khai thác, làm tiền đề cho cácnghiên cứu hoàn thiện công nghệvàthiếtbịtrong khai thácdầukhí.

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu, tác giả bảo vệ các kết quả và luậnđiemkhoa họcsau:

- Trạng thái động học của hệ thống “Giếng - Vỉa” của các giếng gasliftthường xuyên rơi vào trạng thái kém bền vững và mất ổn định động học, dovậycác giếng gaslifthoạtđộngtrongtrạngtháicưỡngbức.

- Xây dựng được các bản đồ đồng mức của chỉ số khai thác (PI) và mựcthủytĩnhcủa giếngkhaithác.

- Xácđịnhđượckíchthướccácbộốngnângchuẩntrêncơsởchiphíkhí riêng nhỏnhất chocácgiếnggaslift theotừngkhuvựctrong mỏBạchHổ.

Bằng việc sử dụng công cụ toán học của lý thuyết Catastrof đe chứngminh bản chất động học cũng như trạng thái động học của các giếng gaslift đãgóp phần đa dạng hóa các phương pháp tiếp cận và nghiên cứu một đối tượngcụthe.Đồng thờixáclậpcơsởkhoahọcchoviệctínhtoán kíchthướccác cột ốngnânghợplýdựa trênchỉtiêuchi p hí khíriêng nhỏnhấtchocác giếng khaithác bằnggasliftởmỏBạchHổ.

Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở cho việc lựa chọn và đề xuấtcác giải pháp công nghệ và kỹ thuật cho các giếng gaslift đang khai thác tạimỏ Bạch Hổ.

Luận án gồm:phần mở đầu,4chương, phần kết luận, kiến nghị,v à danh mục tàiliệuthamkhảo,phụlục.

Quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án đã được thực hiện dưới sựhướng dẫn khoa học tận tình của Tieu ban hướng dẫn, tác giả xin bày tỏ lòngbiết ơn sâusắcđếnPGS.TSCaoNgọc Lâmvà TS.NguyễnTiến Vinh.

Ngoài ra, trong quá trình nghiên cứu, tác giả còn nhận được sự giúp đỡnhiệt tình của các chuyên gia, các nhà khoa học thuộc Tập đoàn Dầu khí quốcgia Việt Nam, Xí nghiệp Liên doanh Việt - Nga Vietsovpetro, Viện Nghiêncứu khoa học và thiết kế dầu khí bien, phòng Công nghệ khai thác dầu khí,phòng NCKH & TK (Viện NHIPI) Tác giả xin chân chành cảm ơn sâu sắctrướcsựgiúpđỡnhiệttình,hiệuquảđó.

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện củaBan giám hiệu trường Đại học Mỏ- Đ ị a c h ấ t , p h ò n g Đ à o t ạ o s a u đ ạ i h ọ c , khoa Dầu khí, Bộ môn Khoan – Khai thác, Bộ môn Thiết bị Dầu khí & Côngtrình đãgiúpđỡtácgiả hoànthànhluậnánnày. Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới những ngườithântronggiađình,tớianhem,bạnbèđồngnghiệpđãluônđộngviên,ủnghộcảvềvậtchất lẫntinhthần giúp chotácgiảhoànthànhluận án củamình.

Giếng khai thác dầu bằng gaslift, về bản chất cũng giống như phươngpháp khai tháctựphun nhưngchỉ khác ởchỗsửd ụ n g n ă n g l ư ợ n g k h í b ổ sung đe nâng chất lỏng lên bề mặt (hình 1.1) Theo ống dẫn 1 khí từ trên bềmặtđượcbơmxuốngđếống2,khiđókhíhòatrộnvớichấtlỏngtạothành hỗnh ợ p k h í l ỏ n g v à đ ư ợ c n â n g l ê n b ề m ặ t t h e o ố n g n â n g 3 K h í b ơ m é p được hòa trộn với khí tách ra từ chất lỏng vỉa và hòa trộn với chất lỏng tạothànhh ỗ n h ợ p k h í l ỏ n g c ó t ỷ t r ọ n g n h ỏ s a o c h o v ớ i á p s u ấ t đ á y g i ế n g đ ủ nâng hỗnhợplên trênmiệnggiếng Cáck h á i n i ệ m v à đ ị n h n g h ĩ a m ô t ả tronglýt h u y ế t c h u y e n đ ộ n g c ủ a h ỗn hợpt r o n g ố n g đ ứ n g v à nghiêngđượcápdụngtrongkhaithácgaslift.

Hình1.1Sơđồnguyênlýkhaithácdầubằnggaslift Điemdẫnkhínénvàotrongốngnâng(đếcộtống)đượcnhúngchìm dướim ự c ch ất lỏ ng cóđ ộ sâulàH; á p suất k hí Plở điem dẫnk hí v à o ốn g vớiđ ộ n h ú n g c h ì m t ư ơ n g ứ n g c ó g i á t r ịP 1 Hg.Á p s u ấ t k h í n é n đ o t r ê n miệnggiếngđượcgọilàápsuấtlàmviệcPkn.Ápsuấtlàmviệcchỉkhácvới ápsuấtkhínéntạiđếcộtốngnângmộtgiátrịbằngápsuấtcộtkhí

(1.1) hoặc P kn  P 1  P 1  P 2 (1.2) Ởgiếngkhai thácthực t ế P 1chỉ chiếm vàiphầntrăm sovớiP1,còn

P 2 có giá trị rất nhỏ Vì áp suất làm việc và áp suấtkhí nén ở đế cột ống nângkhác nhau rất ít nên đe đơn giản hóa người ta có the coi áp suất ở đáy giếnggasliftlàmviệccógiátrịbằng ápsuất làmviệc củakhínén trênbềmặt. Điều này đơn giản hóa quá trình nghiên cứu giếng gaslift cũng như hiệuchỉnh quá trình làm việc và thiết lập chế độ tối ưu của chúng Phương phápkhai thác sử dụng năng lượng khí dầu (khí tự nhiên hay đồng hành) đe hòatrộn khí, làm giảm tỷ trọng cột chất lỏng và nâng sản phẩm lên bề mặt đượcgọi là phươngphápgaslift.

Sử dụng không khí trong khai thác (air lift) dẫn đến việc hình thành lớphydrate trên thành ống nâng và khi đó phải sử dụng chất hoạt tính bề mặt đexử lý Ngoài ra không khí tách ra trong hệ thống thiết bị tách trên bề mặt rấtnguy hiem dễ gây cháy nổ Điều này đòi hỏi phải xử lý hỗn hợp khí sau khitách.

Sử dụng khí nén hydrocarbon cũng tạo thành hydrate trên thành ốngnhưngmỏnghơnsovớitrườnghợpsửdụngkhôngkhíđebơmnén.Việcxửlý lớp nhũ hình thànhc ũ n g n h a n h v à đ ỡ t ố n k é m h ơ n Đ i ề u n à y đ ư ợ c g i ả i thích bởikhông cóhoặccó rất ítôxytrongkhíhydrocarbon.

Khí được sử dụng đe khai thác giếng gaslift là khí đã được xử lý và néntớiápsuấtcầnthiếtnhờ trạmnénkhí.

Nhưvậygasliftchophépcảithiệntìnhhìnhkhaitháccácmỏdầuhơnlà phương pháp sử dụng không khí Điem nổi trội của phương pháp sử dụngkhông khí là do có nguồn không khí vô tận Giếng khai thác gaslift thực tếkhông trang bị giống như hình1.1, bởi vì không nên thả vào giếng hai dãy ốngcó đoạn thông nhau như trên hình vẽ, mà đây chỉ là mô hình nhằm giải thíchnguyênlý làmviệccủacácgiếng khaithácdầu bằng phươngphápgaslift.

Với giếng khai thác gaslift, khí hydrocarbon được nén với áp suất từ 4đến10MPa.Khí đượcnén bởitrạm nén khí đặc biệt và đảm bảob ơ m k h í theo nhu cầu sử dụng Sơ đồ khai thác khí như vậy được gọi là khai thácgasliftbởikhínén.

Trong hệ thống khai thác trung tâm (hình 1.2), khí nén đi xuống giếngtheo ống trung tâm (ống trong) còn sản phẩm khai thác đi theo khoảng khôngvành xuyến (ống ngoài) lên bề mặt Ống trung tâm được gọi là ống ép khí cònống ngoàilàốngnâng.

Hệ thống khai thác trung tâm có cấu trúc một cột ống (hình 1.2a) và haicộtống(hình1.2b,1.2c).

Hệthốngnàycó các ưu,nhược điemsau:

- Hỗn hợp đi lên theo khoảng không vành xuyến sẽ mài mòn đầu nốigiữacác ống,cóthelàmtuộtrenkhisảnphẩmcóhàmlượngcát lớn;

- Khó sử dụng các phương pháp cơ học đe nạo vét parafin hay muốitích tụtrênthànhống;

- ÁpsuấtđáyPđgiảmđột ngộtkhikhởiđộng vàngừng nénkhí. a-Cấutrúcmộtcộtống b-Cấutrúchaicộtốngthẳng c-Cấutrúchaicộtốngphânbậc

Trong hệ thống khai thác vành xuyến (hình 1.3), khí nén đi theo khoảngkhôngv à n h x u y ế n g i ữ a ố n g é p k h í ( ố n g n g o à i ) c ò n s ả n p h ẩ m k h a i t h á c đ i theoốngnâng(ốngtrong)lênbề mặt.

Hệ thống khai thác vành xuyến phổ biến hơn do có the sử dụng phươngpháp cơ học đe nạo vét parafin tích tụ trên ống nâng và không mài mòn cácđầu nối ống chống Nhược điem chính của hệ thống này là áp suất khởi độnggiếng lớn, do vậy cần sử dụng các van gaslift khởi động Hệ thống khai thácvành xuyến cũng có cấu trúc một dãy ống (hình 1.3a) và hai dãy ống (hình1.3b và 1.3c).

Ýnghĩakhoa học

Bằng việc sử dụng công cụ toán học của lý thuyết Catastrof đe chứngminh bản chất động học cũng như trạng thái động học của các giếng gaslift đãgóp phần đa dạng hóa các phương pháp tiếp cận và nghiên cứu một đối tượngcụthe.Đồng thờixáclậpcơsởkhoahọcchoviệctínhtoán kíchthướccác cột ốngnânghợplýdựa trênchỉtiêuchi p hí khíriêng nhỏnhấtchocác giếng khaithác bằnggasliftởmỏBạchHổ.

Ýnghĩathựctiễn

Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở cho việc lựa chọn và đề xuấtcác giải pháp công nghệ và kỹ thuật cho các giếng gaslift đang khai thác tạimỏ Bạch Hổ.

Luận án gồm:phần mở đầu,4chương, phần kết luận, kiến nghị,v à danh mục tàiliệuthamkhảo,phụlục.

Quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án đã được thực hiện dưới sựhướng dẫn khoa học tận tình của Tieu ban hướng dẫn, tác giả xin bày tỏ lòngbiết ơn sâusắcđếnPGS.TSCaoNgọc Lâmvà TS.NguyễnTiến Vinh.

Ngoài ra, trong quá trình nghiên cứu, tác giả còn nhận được sự giúp đỡnhiệt tình của các chuyên gia, các nhà khoa học thuộc Tập đoàn Dầu khí quốcgia Việt Nam, Xí nghiệp Liên doanh Việt - Nga Vietsovpetro, Viện Nghiêncứu khoa học và thiết kế dầu khí bien, phòng Công nghệ khai thác dầu khí,phòng NCKH & TK (Viện NHIPI) Tác giả xin chân chành cảm ơn sâu sắctrướcsựgiúpđỡnhiệttình,hiệuquảđó.

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện củaBan giám hiệu trường Đại học Mỏ- Đ ị a c h ấ t , p h ò n g Đ à o t ạ o s a u đ ạ i h ọ c , khoa Dầu khí, Bộ môn Khoan – Khai thác, Bộ môn Thiết bị Dầu khí & Côngtrình đãgiúpđỡtácgiả hoànthànhluậnánnày. Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới những ngườithântronggiađình,tớianhem,bạnbèđồngnghiệpđãluônđộngviên,ủnghộcảvềvậtchất lẫntinhthần giúp chotácgiảhoànthànhluận án củamình.

Giếng khai thác dầu bằng gaslift, về bản chất cũng giống như phươngpháp khai tháctựphun nhưngchỉ khác ởchỗsửd ụ n g n ă n g l ư ợ n g k h í b ổ sung đe nâng chất lỏng lên bề mặt (hình 1.1) Theo ống dẫn 1 khí từ trên bềmặtđượcbơmxuốngđếống2,khiđókhíhòatrộnvớichấtlỏngtạothành hỗnh ợ p k h í l ỏ n g v à đ ư ợ c n â n g l ê n b ề m ặ t t h e o ố n g n â n g 3 K h í b ơ m é p được hòa trộn với khí tách ra từ chất lỏng vỉa và hòa trộn với chất lỏng tạothànhh ỗ n h ợ p k h í l ỏ n g c ó t ỷ t r ọ n g n h ỏ s a o c h o v ớ i á p s u ấ t đ á y g i ế n g đ ủ nâng hỗnhợplên trênmiệnggiếng Cáck h á i n i ệ m v à đ ị n h n g h ĩ a m ô t ả tronglýt h u y ế t c h u y e n đ ộ n g c ủ a h ỗn hợpt r o n g ố n g đ ứ n g v à nghiêngđượcápdụngtrongkhaithácgaslift.

Hình1.1Sơđồnguyênlýkhaithácdầubằnggaslift Điemdẫnkhínénvàotrongốngnâng(đếcộtống)đượcnhúngchìm dướim ự c ch ất lỏ ng cóđ ộ sâulàH; á p suất k hí Plở điem dẫnk hí v à o ốn g vớiđ ộ n h ú n g c h ì m t ư ơ n g ứ n g c ó g i á t r ịP 1 Hg.Á p s u ấ t k h í n é n đ o t r ê n miệnggiếngđượcgọilàápsuấtlàmviệcPkn.Ápsuấtlàmviệcchỉkhácvới ápsuấtkhínéntạiđếcộtốngnângmộtgiátrịbằngápsuấtcộtkhí

(1.1) hoặc P kn  P 1  P 1  P 2 (1.2) Ởgiếngkhai thácthực t ế P 1chỉ chiếm vàiphầntrăm sovớiP1,còn

P 2 có giá trị rất nhỏ Vì áp suất làm việc và áp suấtkhí nén ở đế cột ống nângkhác nhau rất ít nên đe đơn giản hóa người ta có the coi áp suất ở đáy giếnggasliftlàmviệccógiátrịbằng ápsuất làmviệc củakhínén trênbềmặt. Điều này đơn giản hóa quá trình nghiên cứu giếng gaslift cũng như hiệuchỉnh quá trình làm việc và thiết lập chế độ tối ưu của chúng Phương phápkhai thác sử dụng năng lượng khí dầu (khí tự nhiên hay đồng hành) đe hòatrộn khí, làm giảm tỷ trọng cột chất lỏng và nâng sản phẩm lên bề mặt đượcgọi là phươngphápgaslift.

Sử dụng không khí trong khai thác (air lift) dẫn đến việc hình thành lớphydrate trên thành ống nâng và khi đó phải sử dụng chất hoạt tính bề mặt đexử lý Ngoài ra không khí tách ra trong hệ thống thiết bị tách trên bề mặt rấtnguy hiem dễ gây cháy nổ Điều này đòi hỏi phải xử lý hỗn hợp khí sau khitách.

Sử dụng khí nén hydrocarbon cũng tạo thành hydrate trên thành ốngnhưngmỏnghơnsovớitrườnghợpsửdụngkhôngkhíđebơmnén.Việcxửlý lớp nhũ hình thànhc ũ n g n h a n h v à đ ỡ t ố n k é m h ơ n Đ i ề u n à y đ ư ợ c g i ả i thích bởikhông cóhoặccó rất ítôxytrongkhíhydrocarbon.

Khí được sử dụng đe khai thác giếng gaslift là khí đã được xử lý và néntớiápsuấtcầnthiếtnhờ trạmnénkhí.

Nhưvậygasliftchophépcảithiệntìnhhìnhkhaitháccácmỏdầuhơnlà phương pháp sử dụng không khí Điem nổi trội của phương pháp sử dụngkhông khí là do có nguồn không khí vô tận Giếng khai thác gaslift thực tếkhông trang bị giống như hình1.1, bởi vì không nên thả vào giếng hai dãy ốngcó đoạn thông nhau như trên hình vẽ, mà đây chỉ là mô hình nhằm giải thíchnguyênlý làmviệccủacácgiếng khaithácdầu bằng phươngphápgaslift.

Với giếng khai thác gaslift, khí hydrocarbon được nén với áp suất từ 4đến10MPa.Khí đượcnén bởitrạm nén khí đặc biệt và đảm bảob ơ m k h í theo nhu cầu sử dụng Sơ đồ khai thác khí như vậy được gọi là khai thácgasliftbởikhínén.

Trong hệ thống khai thác trung tâm (hình 1.2), khí nén đi xuống giếngtheo ống trung tâm (ống trong) còn sản phẩm khai thác đi theo khoảng khôngvành xuyến (ống ngoài) lên bề mặt Ống trung tâm được gọi là ống ép khí cònống ngoàilàốngnâng.

Hệ thống khai thác trung tâm có cấu trúc một cột ống (hình 1.2a) và haicộtống(hình1.2b,1.2c).

Hệthốngnàycó các ưu,nhược điemsau:

- Hỗn hợp đi lên theo khoảng không vành xuyến sẽ mài mòn đầu nốigiữacác ống,cóthelàmtuộtrenkhisảnphẩmcóhàmlượngcát lớn;

- Khó sử dụng các phương pháp cơ học đe nạo vét parafin hay muốitích tụtrênthànhống;

- ÁpsuấtđáyPđgiảmđột ngộtkhikhởiđộng vàngừng nénkhí. a-Cấutrúcmộtcộtống b-Cấutrúchaicộtốngthẳng c-Cấutrúchaicộtốngphânbậc

Trong hệ thống khai thác vành xuyến (hình 1.3), khí nén đi theo khoảngkhôngv à n h x u y ế n g i ữ a ố n g é p k h í ( ố n g n g o à i ) c ò n s ả n p h ẩ m k h a i t h á c đ i theoốngnâng(ốngtrong)lênbề mặt.

Hệ thống khai thác vành xuyến phổ biến hơn do có the sử dụng phươngpháp cơ học đe nạo vét parafin tích tụ trên ống nâng và không mài mòn cácđầu nối ống chống Nhược điem chính của hệ thống này là áp suất khởi độnggiếng lớn, do vậy cần sử dụng các van gaslift khởi động Hệ thống khai thácvành xuyến cũng có cấu trúc một dãy ống (hình 1.3a) và hai dãy ống (hình1.3b và 1.3c).

Dựa vào chế độ nén khí cao áp vào giếng là liên tục hay định kỳ(chukỳ), có the chia phương pháp khai thác dầu bằng gaslift thành gaslift liên tụcvàgasliftđịnhkỳ. nén Khí nén Khí nén

Sản phẩm Sản phẩm Sảnphẩm

Khí a-Cấutrúcmột dãy ống b-Cấu trúchai dãyốngthẳng c-Cấutrúchaidãy ốngphân bậc

Khí nén được đưa vào giếng một cách liên tục và dòng sản phẩm khaitháccũngđưalênbềmặtmột cáchliêntục(hình1.4).

Khí nén có the được đưa vào giếng theo khoảng không vành xuyến giữacột ống chống khai thác và ống khai thác (ống nâng), còn hỗn hợp sản phẩmkhaithác theo ốngkhaitháclênbề mặt (hoặcngượclại).

Xét trường hợp khí được bơm ép vào giếng theo khoảng không vànhxuyến tức hệ thống khai thác vành xuyến (hình 1.4) Khí nén cao áp sẽ đẩychất lỏng từ khoảng không vành xuyến (ngoài cần) vào ống nâng qua các vangaslift đang mở Khi đó mực chất lỏng ngoài cần sẽ giảm dần Khi mực chấtlỏng đạt đến độ sâu của van gaslift khởi động thứ nhất thì khí sẽ đi vào ốngnâng và làm giảm mật độ cột chất lỏng trong ống nâng từ van gaslift khởiđộng thứnhấttrởlên.

Khín é n đ i q u a v a n t h ứ nhất t h ì á p su ấ t t ạ i đ â y đượcổ n đ ị n h dầnv à mực chất lỏng ngoài cần giảm đến độ sâu mới tương ứng Van thứ hai nàyphải đặt cao hơn độ sâu mới này (thường khoảng 20 m) đe tạo chênh áp cầnthiết chokhíquavanthứhai.

Licảmơn

Chếđộ côngnghệtrongkhaithácdầubằng gaslift

Nhằm mục đích chọn lựa thiết bị trong chế độ khai thác tự phun vàgaslift của giếng, trong thực tế người ta thường sử dụng phương pháp hìnhhọcgiảitíchcủaviệnsỹviệnhànlâmNgaKrưlovA.P[4].

Nội dung cơ bản của phương pháp này là sử dụng họ đường cong phânbố áp suất dọc thành ống khai thác, mà ta thường gọi là đường cong gradientcủahàmsốP=f(H).Trongquátrìnhnghiêncứuthựcnghiệmđốiv ớiđiều kiện giếng có sản lượng khai thác chất lỏng đến 200 t/ngđ, với yếu tố khí lỏngđến 100 - 150 m3/m3 và độ nhớt không vượt quá 20 mPa.s, đã xác nhận rằngkết quả tính toán xác định phân bố áp suất dọc thành ống khai thác bằngphương pháp toán học và phương pháp hình học giải tích cho kết quả nhưnhau Đối với những trường hợp có giá trị sản lượng khai thác lớn, yếu tố khídầu cao hoặc độ nhớt lớn thì ưu thế thuộc về phương pháp đồ thị giải tích khixácđ ịn hp h â n b ố á p su ấ t d ọ c t hà nh ố n g khai th ác v ớ i h ọđ ư ờ n g c o n g b i e u diễnhàmsốP=f(H)đượcxâydựngtheophươngphápđãđượcnghiêncứu vàthực tế chấpnhậnchođiềukiệnđặcthùcủa từng mỏ.

Ta có the sử dụng bieu thức của Krưlov A.P đe xác định chế độ làmviệc cực đại và tối ưu của công nâng khí lỏng Trong hình 1.5, điem А tươngứng với chế độ khai thác cực đại Trong quá trình ống nâng khí lỏng làm việcở chế độ cực đại, tổng lượng năng lượng cần thiết đe nâng một đơn vị khốilượngchấtlỏnglàítnhất.Trongquátrìnhốngnângkhílỏnglàmviệcởchế độ tối ưu (tương ứng với điem B) thì chi phí năng lượng của pha khí là ít nhất.Nhưvậykhigiếnglàmviệcở chếđộ tối ưuthìlượngkhí riênglànhỏnhất.

Như vậy, theo quan điem chi phí năng lượng, thì cột nâng khí lỏng đốivới giếng khai thác bằng chế độ tự phun phải làm việc ở chế độ cực đại và đốivới giếng khai thác bằng gaslift phải ở chế độ tối ưu Đây là những điều kiệnlý tưởng làm cơ sở xác định đường kính ốngn â n g p h ù h ợ p v ớ i c h ế đ ộ l à m việccủacộtnânglỏngkhívàvỉasảnphẩm.Trongthựctếnhữngđiều kiện này khó đạt được Lý do chủ yếu, một phần là do việc chọn đường kính ốngnâng không đúng theo tính toán (trong thực tế chỉ sản xuất một số loại ốngnâng theo kích thước chuẩn), hai là do điều kiện làm việc của giếng thay đổitheo thời gian: như sự thay đổi áp suất vỉa và áp suất đáy, thay đổi độ ngậmnướccủasảnphẩm,chếđộnénkhí cho hệthốnggasliftkhôngổn định.

Cột ống nâng lỏng khí được chọn lựa đúng thì phải đảm bảo làm việctrong vùng gạch chéo giữa hai điem A và B, như trên hình 1.5, đối với cácgiếngkhaithácbằngchếđộtựphuncóchếđộlàmviệcgầnđiemAvàđối với giếngkhaithácbằnggasliftcóvùnglàmviệcgầnđiemB.

Tính toán xác định chế độ làm việc hệ thống gaslift bao gồm việc tínhtoánxácđịnhchếđộkhởiđộngvà chếđộlàmviệc ổnđịnh.

- Giếng sau khi sửa chữa hoặc tiến hành những công việc địa chất - kỹthuật(x ử lývùngcận đ á y giếng,cá ch ly vỉan ư ớ c , c hu ye n g i ế n g t ừ chế độkhaitháctựphunsangkhai thácbằngphương phápgaslift,v.v…;).

- Sau thời gian dài dùng hệ thống gaslift do sự cố hay sửa chữa, duy tuđịnh kỳcác bộphậnthiếtbịtronghệthốnggaslift. Đối với hai trường hợp đầu, giếng bị chứa đầy chất lỏng có tỷ trọng lớn:dung dịch khoan, các dung dịch hoà tan muối, thậm chí dầu thô, v.v… đối vớitrường hợp cuối giếng chứa đầy sản phẩm khai thác từ vỉa, phần trên của thângiếng là khí, phần dưới là dầu hoặc dầu và nước Áp suất khí do cột chất lỏngtạo ra cân bằngvớiáp suấtvỉa.

Việc đưa giếng khai thác bằng gaslift vào hoạt động bắt đầu bằng việcđẩy lượng chất lỏng tích tụ trong giếng lên miệng giếng và đưa giếng vào chếđộlàmviệcổnđịnh.Quátrìnhnàyđượcbắtđầubằngviệcgọidònggiến g, thay chất lỏng dập giếng bằng dầu thô, sau đó dùng khí nén đẩy cột dầu rakhỏi giếng (quá trình này đòi hỏi trang bị một số thiết bị bổ sung như máybơm dầu lưu động, bồn chứa, lượng dầu thô dự trữ) Trong trường hợp này ápsuấtkhởiđộngcaohơnnhiềuso vớiápsuấtlàmviệc.

Nhằm mục đích giảm áp suất khởi động, hiện nay trong thực tế khai thácdầu thường sử dụng hệ thống van khởi động cho phép khởi động và đưa giếngvào hoạt động với áp suất gần bằng áp suất làm việc Trong một vài trườnghợp,ngườitaápdụngphươngphápkhíhoácộtchấtlỏngbằngtổmáy nénlưuđộngcóápsuấtcao.

Nhằm thu thập đầy đủ thông tin về phương pháp tính toán xác định hệthống gaslift cần phải tiến hành nghiên cứu chi tiết quá trình khởi động và đưagiếngvàolàmviệc.

Ta xét quá trình khởi động và đưa giếng vào làm việc đối với trường hợpcó sửdụng vanhoạtđộng bằngkhíngoàiốngnâng. Đối với trường hợp đưa khí nén vào vùng vành xuyến, quá trình khởiđộng được bắt đầu bằng việc khí nén đẩy chất lỏng từ vùng vành xuyến đi vàotrong ống nâng thông qua các van gaslift đang mở Mực chất lỏng trong vùngvành xuyến giảm dần cho đến khi đạt đến độ sâu đặt van khởi động trên cùng,thì khíđiquavannàyvàotrongốngnâng.

Chất lỏng vẫn tiếp tục đi qua các van đặt bên dưới vì áp suất trong buồngnạp khí của các van này nhỏ hơn so với van thứ nhất Trong quá trình nén khíqua vanthứ nhất thì cộtchấtlỏngtrong ốngnângsẽ đượct i ế p n h ậ n m ộ t lượng khí hòa tan vào và giếng cho sản phẩm là chất lỏng chứa khí Nhờ vậymà mực chất lỏng trong vùng không gian vành xuyến giảm dần do áp suấtngoài vành xuyến và trong ống nâng tại vị trí đặt các van phía dưới cân bằngnhau Áp suất trong ống nâng tại độ sâu đặt van thứ nhất ổn định và mực chấtlỏngởvùngvànhxuyếngiảm đếnđộsâutươngứngnàođó.Vanthứhaiphải được đặt cao hơn độ sâu này một khoảng nhằm tạo độ chênh áp suất cần thiếtđe đưa khí nén qua van này Lúc này khí nén đi vào trong ống nâng qua đồngthời hai van Nếu the tích khí nén đi vào vùng vành xuyến nhỏ hơn lưu lượngkhí đi qua hai van một lúc, thì áp suất tại vùng vành xuyến bắt đầu giảm Khiáp suất khí nén giảm bằng áp suất buồng khí của van thứ nhất, thì van nàyđóng lại Lúc này khí nén chỉ đi qua van thứ hai Mực chất lỏng trong giếngtiếp tục giảm đến độ sâu đặt van thứ ba Khi khí nén bắt đầu đi vào van thứ bathì áp suất vùng vành xuyến sẽ giảm đến giá trị áp suất đóng van thứ hai. Nhưvậy,quátrìnhkhởiđộnggiếngtiếpdiễnchođếnkhikhínénđếnđượcva nlàmviệc.

Trong trường hợp sử dụng van gaslift hoạt động dưới tác độngc ủ a á p suất của ống nâng, điem khác ở đây là diện tích hiệu dụng của buồng nạp khínitơ sẽ bị tác động bởi áp suất trong ống nâng thay vì áp suất khí nén ngoàivànhxuyến.Nếuápsuấttrongốngnângtạiđộsâuđặtvannhỏhơnápsu ấtkhí nạp trong buồng van, thì van sẽ đóng không phụ thuộc vào áp suất khíngoài vùngvànhxuyến.

Những loại van này được sử dụng chủ yếu đối với hệ thống khai thácgaslift theo chu kỳ hoặc là van làm việc đối với hệ thống khai thác gaslift liêntục. Đe tính toán xác định thiết bị gaslift trang bị bằng van gaslift hoạt độngdưới tác động của áp suất khí nén cần có những số liệu sau: đường kính ốngnângvàốngchốngkhaithác;độsâuvỉasảnphẩm;sảnlượngcầnkhaithác; độ ngậm nước của sản phẩm; yếu tố khí của dầu; khối lượng riêng của khí,nước, dầu; phân bố nhiệt độ theo thân giếng; độ sâu thuỷ tĩnh; áp suất vỉa; ápsuất khởi động của khí nén; áp suất miệng giếng; nhiệt độ của khí nén tạimiệng giếng; hệ số sản phẩm của giếng; loại van gaslift được dùng; lượng khínén cực đạicóthe sửdụng.

Trong quá trình khởi động giếng gaslift đối với giếng có mực thuỷ tĩnhthấp, và khi khí nén đạt đến van thứ nhất mà chất lỏng vẫn không nâng lênđược đếnm i ệ n g g i ế n g , n ế u b ỏ q u a l ư ợ n g c h ấ t l ỏ n g đ i v à o v ỉ a s ả n p h ẩ m , t h ì độsâuđặt vanthứnhất được xácđịnh theophương trìnhsau:

P kn1- ápsuấtkhínéntạiđộsâuđặtvanthứnhất; P m - ápsuấtmiệng giếng;d,D-đườngkínhtrongcủaốngnângvà ốngchốngkhaithác;H t áptĩnhtronggiếng.

Trong trường hợp mực thuỷ tĩnh trong giếng đủ cao và chất lỏng thoát rakhỏi miệng giếng trước khi khí nén đạt đến độ sâu đặt van thứ nhất thì độ sâuđặtvanthứnhấtđượcxác địnhdựa theo bieuthức sau:

P t1min , , P t(n1)min- ápsuấtdocộtchấtlỏngtrongốngnângtạoratại độsâuđặt vanthứhai và vanthứn.

Cáccôngtrìnhnghiêncứu vềkhaithácdầubằnggaslift

Công trình nghiên cứu của TS Phùng Đình Thực,TS Lê Bá Tuấn về“Cơ sở khoa học lựa chọn phương pháp khai thác cơ học trong điều kiện mỏBạch Hổ” Tạp chí Dầu khí, Aderbaijan, số 5, 1999 có nội dung chủ yếu tậptrung vàocơ sở khoahọc lựac h ọ n p h ư ơ n g p h á p k h a i t h á c c ơ h ọ c v ớ i

Năm2004,ViệnKhoahọcvàCôngNghệViệtNam,ViệnCơhọccóđề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số cơ bản lên chế độ làm việc củacác giếng gaslift chu kỳ và xác định các đặc trưng kỹ thuật-công nghệ trongkhaitháccácgiếngdầubằngphươngphápgasliftchukỳ”vớiLD“Vietsovpetro” vớinộidung tậptrung vàgiảiquyếtcácvấnđềsau:

- Thu thập, phân loại và phânt í c h c á c s ố l i ệ u h i ệ n c ó c ủ a c á c g i ế n g khaithác dầu bằngphươngphápgasliftchukỳtạimỏBạchHổ.

- Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật-công nghệđặc trưng của quá trình làm việc của ống nâng gaslift chu kỳ trên cơ sở môhình vậtlývà cácthửnghiệmngoàihiệntrường.

- Lựa chọn và hiệu chỉnh phương pháp mô hình hóa toán học và ápdụng đe tính toán các chỉ số cơ bản của quá trình gaslift chu kỳ cho mỏ BạchHổ.

Năm 2006, Viện Khoa học và Công Nghệ Việt Nam, Viện Cơ học tiếptục thực hiện đề tài của năm 2004 với tên gọi “Công nghệ khai thác dầu bằngphương pháp gaslift chu kỳ dành cho những giếng lưu lượng nhỏ thuộc mỏBạch Hổ” mànộidungchủyếuđề cậpđến:

- Phát trien phiên bản đầu tiên của Công nghệ khai thác dầu bằngphương pháp gaslift chu kỳ cho những giếng lưu lượng nhỏ thuộc mỏ BạchHổ.

- Phát trien nhưng tiêu chí đe chuyen các giếng sang làm việc chu kỳ vàlựachọnvàtínhtoán cấutrúccũngnhưthôngsốlàmviệccủa giếng.

- Phát trien cấu trúc thiết bị lòng giếng tối ưu cho các giếng khai thácdầu bằngphươngphápgasliftchukỳ.

- Kiemsoátt h ô n g số là mviệccủ a g i ế n g g a sl i f t c h u k ỳ K i e m trađ ộ kín, đưa giếng vào làm việc Tìm hieu nguyên nhân và phương pháp khácphụchưhỏngđối vớigiếnggasliftchukỳ.

- Thửnghiệmcôngnghiệp. Đây là đề tài mở rộng của đề tài năm 2004, có đề cập đến cấu trúc thiếtbị lòng giếng của các giếng gaslift chu kỳ, tậpt r u n g v à o x á c đ ị n h s ố l ư ợ n g van gaslift chu kỳ và trạng thái kỹ thuật, cũng như quá trình làm việc của cácvan Xác định các tiêu chí đe chuyen các giếng khai thác gaslift liên tục sanglàmviệc chukỳ.

Năm 2011, Công ty Schlumberger với đề tài “Phát trien và ứng dụng kỹthuật tối ưu hóa hiệu quả làm việc cho các nhóm giếng gaslift và lựa chọnhợp lýthiếtbịlònggiếng”vớinội dungchínhnhưsau:

- Phântíchhiệuquảphươngphápgaslifthiệncó,xácđịnhhệsố sảnph ẩm,hiệu quả cảithiện.

- Cungcấpdịchvụghilạisựp h â n bốnhiệtđộtheoCôngnghệSensalinecủaSch lumberger khitốiưu hóa cácgiếnglựa chọn.

- Môh ì n h h ó a h ệ t h ố n g g a s l i f t c h o n h ó m g i ế n g x e m x é t t ố i ư u ( b a o gồmthiếtkếgiếnggasliftcho từnggiếng vàđềxuất chếđộ làmviệctốiưu).

- Cung cấp hai tài khoản sử dụng phần mềm mô phỏng Avocet GasliftModelingtrongthờigian1năm.

Bằng việc khảo sát thực trạng thông qua thiết bị ghi nhận phân bố nhiệtđộ đe làm cơsở xác định trạng tháilàm việccủa bột h i ế t b ị l ò n g g i ế n g k í n hay bị hở, qua đó đề xuất thay đổi các van gaslift không làm việc và đề xuấtchếđộcôngnghệphùhợpvớinhómgiếng.

Năm 2014, Trung tâm nghiên cứu tìm kiếm thăm dò và khai thác dầukhí (EPC) thuộc Viện dầu khí Việt Nam (VPI) đã hoàn thành đề tài:

“Hoànthiện công nghệ gaslift định kỳ đe tăng hiệu quả khai thác cho những giếng cólưu lượngnhỏ”vớinộidungtậptrung vàocác vấn đề sau:

- Xâydựng mô hìnhvàchươngtrình tính toán.

- Tìmhieunguyênnhânvàbiệnphápkhắcphụchưhỏngtrongkhaitháccácgiến gápdụnggasliftchu kỳ. Đề tài này cũng tập trung vào cụ the các giếng gaslift chu kỳ có sảnlượng thấp Trên cơ sở mô hình tính toán về tổn hao áp suất phân bố trên ốngnâng tìm ra những giếng có sự sai lệch đe xem xét và đánh giá mức độ cũngnhư nguyên nhân đe đề xuất các giải pháp khắc phục Lắp đặt thử nghiệm loạivan chukỳphù hợpvới kếtquả nghiêncứu.

Các công trình nghiên cứu trên đều tập trung chủ yếu vào giải quyếtnhững vấn đềcụthe vàchi tiết của bộthiết bị lòng giếngvớic h ế đ ộ c ô n g nghệ phù hợp với trạng thái cũng như hiện trạng của khu vực nghiên cứu Tấtcả đều tập trung chủ yếu vào các giếng có lưu lượng thấp và xác định chế độgaslift chukỳphù hợp.

Trong luận án này, tác giả bằng phương pháp nghiên cứu và cách tiếpcận đối tượng một cách tổng the đe đánh giá trạng thái làm việc của hệ thống“Giếng-Vỉa”, trên kết quả này làm cơ sở đề xuất các giải pháp cụ the đối với“Vỉa” và đối với “Giếng” dựa trên tiêu chí chi phí khí nén nhỏ nhất nhằm giảiquyết bàitoántrongtươnglai.

NGHI N CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI HOẠTĐNGCỦA HỆ THỐNG “GIẾNG- VỈA” CÁC GIẾNG GASLIFTTR NQUANĐIỂMBỀNĐNGHỌC

LýthuyếtCatastrophe(Catastrophetheory)

Lý thuyết Catastrophe (Catastrophe theory) được René Thom phát trienvào những năm đầu thập kỷ 1970 Lý thuyết Catastrophe nghiên cứu nhữngquátrìnhđột biếncủamộthệvàxếploại các độtbiếnđó.

René Thom là nhà toán học người Pháp được giải thưởng Fields (tươngđương giải thưởng Nobel trong toán học) năm 1958 về những công trình xuấtsắc trong toán học [1].

Lý thuyết Catastrophe cung cấp một cách nhìn và môtả thế giới có khả năng làm xuất hiện những điem dị đồng giữa những hiệntượng và hìnhthái rấtxa lạ củatựnhiên.[70]

1 Mỗi đối tượng hay mỗi hình thái vật lý được mô tả bởi một tập húttrong khônggian trạngtháicácbiếnsốtrong.

2 Đốitượngđólàổnđịnh,dođóchỉnhậnbiếtđượctrongtrườnghợptậphút tươngứngcócấutrúc ổn định.

3 Mọi tạo sinh hoặc hủy biến của hình thái (morphogenesis) có the môtả bởi sự biếnm ấ t c ủ a t ậ p h ú t t r o n g t r ạ n g t h á i b a n đ ầ u đ e đ ư ợ c t h a y t h ế b ở i tập hút mới Quá trình này gọi là tai biến và được mô tả trong không gian cácbiếnsốngoài. Đã có nhiều công trình khoa học mà trong đó lý thuyếtCatastropheđược áp dụng vào các đối tượng nghiên cứu như: nghiên cứu hoạt động củatim, hệ tuần hoàn, quang hình học, quang lý học, phôi học, ngôn ngữ học, tâmlý học thực nghiệm, kinh tế, thủy động học, địa chất học và lý thuyết hạt cơbản Những công trình khoa học đã công bố có sử dụng lý thuyết Catastrophebao gồm: công trình nghiên cứu tính bền động của tàu bien, mô hình hóa hoạtđộng của bộócvà rốiloạntâmsinhlý

Lý thuyết Catastrophe đưa ra một phương pháp nghiên cứu cho tất cảcác hiện tượng có bước chuyen tiếp không đồng nhất, đứt đoạn, những thayđổi địnhtính,bấtngờ.

Những hiện tượng dễ dàng nhận biết bởi giác quan của chúng ta, chínhlà tập những điem kỳ dị mà trong vật lý học người ta gọi là những điem tớihạn Một ví dụ về những điem tới hạn quen thuộc trong vật lý học: đó lànhững điem tới hạn trong lý thuyết chuyen pha Tại những điem đó trạng tháicủa hệ đột biến, nói cách khác, hệ nhảy từ trạng thái này sang trạng thái khácmột cách gián đoạn, như từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn Những hiệntượng đột biến đó trong lý thuyết Catastrophe của René Thom được gọi làCatastrophe (tai biến) ChữCatastrophe (tai biến) mà René Thom sử dụng ởđâychỉcóýnghĩa toánhọc.

Tai biến ở đây được hieu là sự biến đổi không đồng nhất tức thời xuấthiện ở trạng thái đột biến qua sự phản ánh của hệ thống nghiên cứu trong sựthayđổi đềuđặncủa các điều kiệnngoạibiên.

Lý thuyết Catastrophe cho rằng, trạng thái của hệ thống đang xem xétđược điều khien bởi một số hàm số thế năng mà điem cực tieu cục bộ của nótương ứngvớitrạngtháiổnđịnh.

Có the chọn một vài hàm tương quan từ một số các hàm chính tắc, haycòn được gọi là các tai biến sơ cấp được đề xuất bởi René Thom cho các hệthống được nghiên cứu Mô hình“ t h ự c ” c ủ a m ộ t h ệ t h ố n g , c h o d ù c ó d ạ n g nàođinữathìcũngchỉkhácvớimôhình(hàmsố)chuẩnchínhtắcb ởikếtquả chuyen đổi hệ tọa độ, nghĩa là mô hình thực cũng mang những tính chấttương tựnhưởmôhìnhchuẩnchínhtắc.

Giả sử rằng, mô hình hóa một hệ động lực học nào đó được mô phỏngdướidạngphươngtrìnhviphân: dx dx 2 dx= df(x,c,c c) (2.1) dt 1 2 n

Tiếpt ụ c g i ả t h i ế t r ằ n g , h ệ đ ộ n g l ự c h ọ c n à y r ấ t d ễ v à n h a n h c h ó n g chuyenđổitrạngtháiổnđịnh.Trạngtháiổnđịnhnàytươngứngvớimộtgiá trịcựctieucủahàmf,đượcxácđịnhtừphươngtrình d f dx 0.Nếucáctham số điều khien c1, c2 cnkhông ngừng biến đổi, với giá trị nào đó của chúnghàm f sẽ đạt cực tieu mới mà ở đó hệ động lực học rơi vào trạng thái ổn địnhmới Tương tự như vậy, các giá trị cực tieu khác của hàm f sẽ lại xuất hiện vớinhững giá trị khác của x và hệ động lực học lại chuyen sang trạng thái ổn địnhmới khác Cho nên, điều hết sức quan trọng là nhận biết và xác định được cácđiemđộtbiến(điemtớihạn).

Trong lý thuyếtCatastropheđiem đột biếnhay điem tớihạn cựct i e u của hàm f tại điemu(ứng với một bộ giá trị nào đó của c1, c2 cn) được xácđịnh khithỏa mãnđiềukiện:

(2.2) Đây chính là điều kiện đảm bảo cho hoạt động của hệ động lực họctương ứng ở trạng thái ổn định Còn khi các giá trị ở (2.2) đều bằng 0, sẽ xácđịnh được điem uốn của hàm f mà tại giá trị này hệ động lực học đang chuyentừ trạng thái này sang trạng thái khác Nói một cách khác, trạng thái động họccủa hệ động lực học bị thay đổi một cách đột biến Khi thay đổi bộ tham sốđiềukhienu(c 1,c2 cn),hệđộnglựchọcởtrạngtháiổnđịnhứngvớiđiemtới hạn, tức là điem cực tieu của hàm f Với một vài giá trị củau, hàm f có thecó một cực tieu min (giá trị nhỏ nhất trong số các giá trị cực tieu của hàm f),cónghĩalàmộttrạngtháiổnđịnhbềnvững.Cũngcóthexảyratrườnghợp

A 2 hàm f có một vài cực tieu min Rõ ràng, khi tồn tại hai cực tieu min thì giữachúng phải có một cực đại Như vậy, nếu hệ động học đồng thời có hai trạngtháiổnđịnh bền,tứclàgiữachúng sẽ cótrạngtháiổnđịnh không bền. Đe hieu và nắm được bản chất của lý thuyết Catastrophe, có the minhhọa như sau: Trên một đường cong gấp khúc (hình 2.1) ở các vị trí khác nhautrên đường cong này, hòn bi A sẽ có những trạng thái ổn định tức thời hoặc làkhông bền tức thời Trongc á c t r ạ n g t h á i n à y , v ớ i n h ữ n g t á c đ ộ n g b ê n n g o à i rất dễ làm cho hòn bi lăn sang vị trí khác như từ vị trí 1 sang vị trí 2, từ vị trí 2về vị trí 3 và tại đây tính ổn định và bền vững của hòn bi sẽ cao hơn Nhưngtrạng thái ổn định này cũng chỉ mang tính nhất thời khi các tương tác bênngoài không đủ lớn đe làm cho nó chuyen qua vị trí khác Do có sự đột biếntrongtươngtáccủacáclựcngoạibiên,hònbiArấtcóthesẽrơivàotrạn gthái khác hoặc trở về vị trí 2, tại thời điem này, tính ổn định hay bền vững củahònbiđãbịthayđổi.Chínhnhữngsự thayđổiđộtbiếncủa trạngtháiha ymức độ bền vững của hệ thống trong môi trường hoạt động được gọi là lýthuyết Catastrophe.

Hình2.1 Cáctrạngthái vàvị trí tương đốicủahòn bi A

ÁpdụnglýthuyếtCatastrophevàoviệcđánhgiátrạngtháihoạtđộn gcủacácgiếnggaslift

Từ bản chất của lý thuyết Catastrophe, việc áp dụng cụ the vào nghiêncứu và đánh giá trạng thái hoạt động của giếng khai thác dầu bằng phươngphápgasliftđược ápdụngnhưsau:

Trên cơ sở lý thuyết Catastrophe, ta có hàm (y) bậc ba có dạng như sau:Y= ax 3 +bx 2 +cx+d (2.3)

So sánh với thực tế, giá trị sản lượng của giếng theo tháng hoặc ngàycũng đều có dạng gấp khúc, nên giả thiết x = giá trị sản lượng của giếng (SL),tacóthe viết:

Y=a(SL) 3 +b(SL) 2 +cSL+d (2.4) Đạo hàmtheo thờigianhàmsố(2.4),tacó: dY/dt:d(SL) 2 /dt+2bd(SL)/dt +c (2.5)

Từ (2.5) ta thấy: d(SL)/dt chính là bằng giá trị lưu lượng của giếng,phương trình(2.5)códạng sau:

Theo lý thuyết Catastrophe, điem cân bằng là những điem mà Y’(t) 0với mọitvà khiđạohàmbậc hai(2.6)có:

Y’’(t)= 2A*Q +B (2.7) và nhận được điem tới hạn, tại điem tới hạn này sẽ cho thấy chính làthời điem mà hệ thống động học xuất hiện sự thay đổi trạng thái một cách độtngột khi (2.6) bằng 0 tại một vài giá trị của Q và đổi dấu Khi (2.7) bằng 0 thìxuấthiệnđiemuốn.

Như vậy, trạng thái động học của hệ thống “Giếng - Vỉa” sẽ đột ngộtthayđổi trạngtháikhi thỏa mãn điềukiện trên.

Căn cứ vào tập hợp các giá trị Q sẽ xác định được các hệ số a, b, c củaphươngtrình(2.8),theophươngphápbìnhphươngkhoảng cáchnhỏnhất.

Phương pháp bình phương khoảng cách nhỏ nhất đã được nhà toán họcngười Đức Carl Friedrich Gaus đưa ra vào năm 1795, đã được trình bày kỹtrong giáo trình Toánhọccao cấp,tập IIIcủaBộ GiáodụcvàĐào tạo.

Bản chất toán học của phương pháp bình phương khoảng cách nhỏ nhấtcó the tóm lược như sau Từ các kết quả thí nghiệm, hoặc từ các kết quả đođược trong thực tế,ta có các cặp tương quan yitheo xituân theo một hàm giảitích y = f(x) nhất định Tương quan giữa các đại lượng có the là tuyến tínhhoặc phi tuyến Vì đây là tương quan thực nghiệm nên các cặp giá trị xi, yitươngứ n g c h ắ c c h ắ n k h ô n g n ằ m trênc ù n g m ộ t đ ư ờ n g đ ồ t h ị m à c ó s ự s a i lệch nhấtđịnh.Gọiđộ sailệchđólàd,ta có: d1=y1-f(x1); d2=y2-f(x2);

Phươngphápbìnhphươngkhoảngcáchnhỏnhấtlàtìmmộtđườngy=f(x)khả dĩnhất,tức là điqua gầnnhấttấtcảcác điemxi,yi,saocho:

Bìnhphương2vếcủacácphươngtrìnhtronghệ(2.9)vàcộngvếtheovế,ta có:

(2.12) i=1 Đe xác định được phương trình (2.8), ta coi a, b và c là các ẩn số và xácđịnh điem cực tieu của hàm F, có nghĩa là tìm giá trị nhỏ nhất của tổng bìnhphương các giá trị d Chính vì vậy, phương pháp này gọi là phương pháp bìnhphương khoảngcáchnhỏnhất.

Tácgiả đã sử dụng phầnmềm trên nền tảngEXCEL đe xác địnhc á c giátrịa,b, c.Và từđócũng xác địnhđượcgiátrịcủa∆. Đekiem nghiệmtínhchính xáccủaviệcsửdụng p h ầ n mềmnày,tá cgiả đã vẽ bieu đồ phân bố các số liệu thực tế đó lên hệ tọa độ đề - các(Descartes) Hiện nay phần mềm EXCEL đã lập sẵn các phương trình chotương quan tuyến tính và phi tuyến, trong đó tương quan phi tuyến bao gồmhàm số mũ, hàm logarit,h à m đ a t h ứ c b ậ c c a o , h à m l ũ y t h ừ a , v v … , s a u k h i vẽ đường trendline, click vào ô “Display Equation on chart” sẽ xuất hiệnphương trìnhhồi quycủa cáctươngquannày(ứng với cácgiátrịa,b,c).[5]

Tập hợp các giá trị xi= Qisẽ được lấy giá trị trung bình hàng thángtrong sốliệuđothựctế vớin=5nhưsau:

Với mỗi một bộ số sẽ tìm được 1 giá trị a, b, c và Với đại lượngcho phép chúng ta đánh giá một cách khách quan về trạng thái làm việc củagiếng trên quan điem bền động học Khi> 0, phương trình (2.8) có 2 nghiệmriêngbiệtvàkhi=0phươngtrình(2.8)cómộtnghiệmduynhất,điềunà ycó nghĩa là hệ động học nghiên cứu có tính ổn định và bền động học cao, tứclà trạng thái hoạt động của đối tượng nghiên cứu có tính ổn định và bền vữngtrên quan điem bền động lực học Còn khi< 0 thì phương trình (2.8) khôngcóng hi ệm haynóic ác hk há c làp hư ơn gtr ìn h(2 8) cóng hi ệm ảo,đ iềun à y

-1800 -1000 tươngứngvớitrạngtháicủahệthốngđãrơivàotrạngtháimấttínhổnđịnhvà tính bền động Điều này có nghĩa là hệ thống "giếng-vỉa" của giếng khaithác dầu bằng phương pháp gaslift đã rơi vào trạng thái kém bền hay mất tínhổnđịnhcủ a nó.Điềun ày cũngcó nghĩalàhiệusuất l àm việccủagiến gsẽkémhiệuquả.

Kếtquảnghiên cứu

Kếtq u ả t í n h t oá nt h e o l ý t h u y ế t C a t a s t r o p h e c ủ a c ác g i ế n g k h a i t há c dầubằng phươngpháp gaslift đượctrìnhbàytrongcácđồ thịởphầnphụlục.

Hình 2.2 Kết quả tính toán giá trịtheo thời gian khai tháccủagiếng9007

L ưu lư ợn g kh ai th ác D el ta

Q2 - Q1 Sản lượng khai thác trung bình hàng tháng Delta 400000

Hình 2.3 Kết quả tính toán giá trịtheo thời gian khai tháccủagiếng10005

Hình 2.4 Kết quả tính toán giá trịtheo thời gian khai tháccủagiếng90

L ưu lư ợn g kh ai th ác K h ố i lư ợ n g d ầ u k h a it h á c , tấ n D el ta G iá tr iD e lt a

Sản lượng khai thác trung bình hàng tháng

Q2 - Q1 Sản lượng khai thác trung bình hàng tháng Delta 250000 400200000

Hình 2.5 Kết quả tính toán giá trịtheo thời gian khai tháccủagiếng140 +ĐốivớitầngmóngTrung tâm:

Hình2.6Kết quảtínhtoángiátrịtheo thờigian khaithác củagiếng 479

K h ố il ư ợ n g d ầ u k h a it h á c ,t ấ n K h ố il ư ợ n g d ầ u k h a it h á c ,t ấ n G iá tr ịD e lt a G iá tr ịD e lt a

Q2 - Q1 Sản lượng khai thác trung bình hàng tháng Delta

Q2 - Q1 Sản lượng khai thác trung bình hàng tháng 60000 Delta

Hình 2.7 Kết quả tính toán giá trịtheo thời gian khai tháccủagiếng68 +ĐốivớitầngOligoxentrên:

Hình 2.8 Kết quả tính toán giá trịtheo thời gian khai tháccủagiếng1013 +ĐốivớitầngMioxen VòmTrungtâm:

K h ố il ư ợ n g d ầ u k h a it h á c ,t ấ n K hố ilư ợ ng dầ uk ha it há c, tấ n G iá tr ịD el ta G iá tr ịD e lt a

Q2 - Q1 Sản lượng khai thác trung bình tháng

Q2 - Q1 Sản lượng khai thác trung bình hàng tháng Delta

Hình2.9Kếtquảtínhtoán giátrịtheothờigiankhai tháccủagiếng28

Đánhgiátrạngtháihoạtđộngcủagiếnggaslift

Tất cảcác kếtquả tính toánđều chothấymột quyluật chunglàgiátrị ở các giếng khai thác bằng phương pháp gaslift thay đổi dấu liên tục từ giá trịdương sang giá trị âm khi có sự thay đổi đáng ke giá trị lưu lượng khai thácdầu Điều này cho phép khẳng định rằng trạng thái hoạt động của hệ thống"giếng- vỉa"củacácgiếngkhaithácbằngphươngphápgasliftluônlàmviệc

K h ố il ư ợ n g k h a it h á c d ầ u ,t ấ n K h ố il ư ợ n g d ầ u k h a it h á c ,t ấ n G iá tr ịD e lt a G iá t rị D e lt a trong trạng thái bất ổn định, kém bền vững Trong tất cả các bieu đồ, đườngmàu đỏ the hiện giá trị Delta () và đường màu xanh đậm là hiệu (Q

= Q2 -Q1) của giá trị lưu lượng sau trừ cho giá trị lưu lượng ngay trước nó. Mốitương quan giữa giá trị Delta vàQ gần như theo một quy luật là khiQ > 0thì giátrị Delta< 0và ngượclạikhiQ 0. Ở khoảng thời gian đầu của giai đoạn chuyen giếng sang chế độ khaithác bằng gaslift, mối tương quan giữa giá trị Delta vàQ the hiện khá rõ nét.Sự chuyen đổi trạng thái của giếng ngay tức thì Điều này cũng dễ hieu làtrong giai đoạn đầu năng lượng vỉa còn khá cao nên với thời điem dầu đượckhai thác vượt quá giới hạn bền động của hệ thống thì trạng thái bền vững củahệ thốngngay lập tức chuyentừ trạng tháiổnđịnh sang trạngtháimấtổ n định Nhưng khi giá trịQ nhỏ hơn 0, tức là lưu lượng khai thác dầu tại thờiđiem xem xét thấp hơn giá trị trước đó thì năng lượng vỉa được hồi phục ngaylậptứcvàtrạngthái củahệthống lại trởvềtrạngtháibền vữngvàổnđịnh.

Nhưngk h i n ă n g l ư ợ n g v ỉ a s u y k i ệ t t h e o t h ờ i g i a n , t h ì k h ả n ă n g h ồ i phục trạng thái của hệ thống cũng bị ảnh hưởng đáng ke Tức là hệ thống phảimất một thờigiannhất định mới quayvềđượctrạngtháiổnđịnh vàbền động.

Kếtluận

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu về tầng chứa mỏ Bạch Hổ, cụ the là tínhchất lưu biến của dầu, tính chất vật lý đá chứa và đặc biệt là nghiên cứu thủyđộng học tầng chứa, cũng như đường kính ống nâng và nghiên cứu đánh giátrạng thái hoạt động của hệ thống "giếng-vỉa" các giếng gaslift trên quan điembền độnghọc,chophép đưaramộtsố kếtluận nhưsau:

- Mô tả được bức tranh tổng the về tính chất riêng biệt của tổ hợp cácthành phần trong hệ thống "Giếng - Vỉa" cũng như đường kính ống nâng,cácchếđộcôngnghệvàtínhchấtthủyđộnghọccủavỉavàchấtlỏngkhaitháclà những thành phần không the tách rời nhau, mà chúng có sự tác động trực tiếplẫnnhautạo nênmộthệthốngđộnghọchếtsứcphứctạp.

- Kết quả nghiên cứu về tính chất thủy động học của vỉa, chất lỏng khaithác và môi trường đá chứa là cơ sở quan trọng trong việc tính toán lựa chọncấu trúc thiết bị lòng giếng và chế độ công nghệ tối ưu trong môi trường thựccủagiếng.

- Kết quả nghiên cứu và đánh giá trạng thái hoạt động của giếng khaithác bằng phương pháp gaslift trên quan điem bền động học cho phép khẳngđịnh hệ thống "Giếng - Vỉa" là một hệ thống có tính phức tạp cao. Trạng tháiđộngh ọ c c ủ a cá cg iế ng g a s l i f t h iệ nn a y cót í n h b ền độ ng k é m , m ứ c đ ộ ổ n định thấp.

Chương3NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, XÂY DỰNG CÁC BẢN ĐỒ

Cácyếu tố ảnhhưởngđến khảnăngkhaitháccủagiếng

Dòng chảy của chất lỏng trong giếng phản ánh trạng thái động năng củavỉa, đe tính toán khả năng làm việc của giếng gaslift với lưu lượng chất lỏngđã biết cần thiết phải tính đến áp suất vỉa ở đáy giếng khai thác Việc so sánhnày có the thực hiện với việc sử dụng các số liệu vềs ự t h a y đ ổ i á p s u ấ t c ủ a vỉachứasảnphẩmtronggiaiđoạnnghiêncứukhaithácvàbieuđồchỉ báocủag i ế n g , m à h ì n h d ạ n g c ủ a n ó h o à n t o à n p h ụ t h u ộ c v à o đ ặ c t í n h c h u y e n động của chất lỏng khai thác trong vỉa, nghĩa là phụ thuộc vào sự có mặt củacácpha thấmkhácnhautrongdòngthấm.

Lưu lượng giếng trong điều kiện chuyen động ổn định của chất lỏngtheo phương nằm ngang hướng tâm dưới áp suất theo định luật tuyến tínhđượctínhtheocáchdướiđây. Định luật tuyến tính thấm, hay định luật Darcy, dưới dạng vi phân đượcviếtnhưsau: v  k dP

d r (3.1) trong đó: v - vận tốcthấm; k - độ thấm;- độ nhớt của chất lỏng trongđiều kiện vỉa;dP- sựbiến thiên của áp suất;dr- sự thay đổi khoảng cách từgiếng.

Vận tốc thấmcó thebieudiễnbằngsựphụ thuộcsau: v Q

F (3.2) trong đó:Q-lưu lượngổn địnhcủagiếng;F–tiếtdiện thấm.

Từhai công thức (3.1)và(3.2),tacó:

Diệntíchthấmlàdiệntíchxungquanhcủahìnhtrụ:F=2rhe,vớihlàbềdàyhiệ udụngcủa vỉa.ThayFvào côngthức (3.3)tacó:

Biếnđổi(4.4),tađược: dr  2khe dP (3.5) r Q

Lấytíchphâncủaphưongtrình(3.5)vớigiớihạncủartừgiátrịtrịr G đếnR Acòn ápsuấtPcógiớihạntừgiátrịPđđếnPv:

Trong đó: rG- bán kính của giếng; RA- bán kính ảnh hưởng của giếng;QL–lưulượngchấtlỏng;Pv-ápsuấtvỉa; Pđ-ápsuấtđáygiếng.

Trong trường hợp dòng chảy vào đáy giếng là dòng dầu nhiễm khí, thìdoởmôitrườngrỗngápsuấtsụtgiảmthấphơnápsuấtbãohoànênnhững bọt của chất khí hòa tan trong chất lỏng được giải phóng Chế độ thấm nhưvậy được gọi là chế độ khí hòa tan Bằng việc so sánh những kết quả thínghiệm thấm của chất lỏng nhiễm khí và chất lỏng tách khí cho thấy rằng, ởcùng một lưu lượng chất lỏng thì áp suất trong chuyen động của chất lỏngnhiễm khí sụt giảm nhanh hơn Cũng như trong sự thấm xảy ra ở điều kiện ápsuấtxu ng q u a n h gi ến g l ớ n h ơ n á p s u ấ t bã oh ò a t h ì c à n g gầ ng i ế n g á p s u ấ t cànggiảmmạnhhơn. r

Nếu sự thấm xảy ra là của chất lỏng một pha hay của hỗn hợp dầu vànước thì sự phụ thuộc giữa lưu lượng và chênh lệch áp suất vỉa và áp suất đáymang tínhchấttuyếntính.

Giá trị RAvới mức độ tương đối chính xác được tính bằng nửa khoảngcách trung bình giữa giếng tính toán và các giếng lân cận Bán kính quy đổi rGphụ thuộc đồng thời vào phương pháp mở vỉa và những đặc tính của vỉa ởvùng cận đáy giếng. Đe đánh giá rGcó the dựa trên các số liệu khảo sát giếngbằng phương pháp phục hồi áp suất dựa trên các số liệu thu được về độ dẫnthuỷvàđộdẫnápcủađáchứa.SaisốchophéptrongkhitínhrGrấtlớn,bởi vìchỉsốkhai thác phụthuộcvào ln(R A r G ),sựthayđổirGlênhàngchụcphần trămdẫnđếnsựthayđổikếtquả cuốicùngtrênthực tếvớicấpđộnhỏ.

Nóichung,nhữngthôngsốxácđịnhhệsốtỷlệgiữaQLvà PP v P đ trong( 3 7 ) , p h ụ t h u ộ c v à oP,c h í n h n ó l à m n ả y s i n h t u y ế n t í n h c ủ a m ố i tương quanhàmsốQL(P).

Tương ứng với những yếu tố vật lý dẫn đến tính phi tuyến, là sự hiệndiện của pha khí tự do trong chất lỏng thấm, độ nứt nẻ của đá chứa, độ thấmcủa nó có the phụ thuộc chủ yếu vàoP, sự xuất hiện những tính chất phiNewton của chất lỏng vỉa, đặc tính nhiều phân lớp của đối tượng khai thác vàhàngloạtyếutốkhác.

Sự phụ thuộc QL(P) có the được xác định một cách trực tiếp bằngnhững số liệu đo của áp suất vỉa, của lưu lượng và áp suất đáy tương ứng ởnhững chế độ ổn định khác nhau của quá trình khai thác giếng Thời gian đặtchế độ mới cần phải đủ đe áp suất trong vùng bị ảnh hưởng bởi tác động củagiếng được ổnđịnh.

Hầuh ế t c á c t h ô n g s ố ở p h í a b ê n t a y p h ả i l à k h ô n g đ ổ i , n ê n t a đ ư a chúng vào mộthệsốduynhấtgọi làPI (ProductivityIndex):

P v  P đ (3.9) Đây là đặc tính quan trọng nhất the hiện khả năng làm việc của giếng.Chỉsố k ha i t h á c P I giảmtrongq u á trì nh k h a i t h á c g i ế n g v àp h ụ t h uộ cv à o tổng sảnphẩmvà chếđộkhaithác.

Phương trình (3.9) the hiện dòng chảy chất lỏng vào giếng tỷ lệ thuậnvới mức độ giảm áp Nó là một đường thẳng trên đồ thị có trục tung là áp suấtvà trục hoành là lưu lượng như trên hình (3.1) Điem đầu của đường thẳng PIlà điem có tung độ bằng áp suất trung bình của vỉa (lưu lượng bằng 0), điemcuốitạihoànhđộQmax(ápsuấtđáybằng 0).

Việc sử dụng công thức (3.9) đe nghiên cứu, tính toán các đại lượng làkhá đơn giản Nếu áp suất vỉa trung bình PvvàP I đ ư ợ c b i ế t , t a s ẽ b i ế t đ ư ợ c lưu lượng dòng chảy của chất lưu PI của giếng có the được tính toán từ cácthôngsố đo của vỉa, hoặc bằng cáchtính toántừ các thông số lưu lượng củadòng chảy.

Trong công trình nghiên cứu của Vôghen đã đưa ra những số liệu tínhtoán chỉ số khai thác của giếng ở chế độ khí hòa tan phụ thuộc vào lưu lượngdầu Sự chuyen động một chiều đối xứng trục của hỗn hợp trong vỉa với độbão hòa nước ổn định (chỉ có nước và dầu di chuyen) đã được xem xét vànghiên cứu Hiện tượng tách pha do trọng trường được cho là không cơ bản.Những tính toán được tiến hành với các loại dầu có độ nhớt khác nhau và yếutố khí khác nhau Các dạng hàm phụ thuộc của độ thấm tương đối vào độ bãohòa cũng được nghiên cứu và thiết lập mối tương quan giữa lưu lượng chấtlỏng tương ứng với giá trị cực đại của lưu lượng (khi chênh áp cực đại) vớitương quan áp suất đáy tương ứng với áp suất vỉa Rõ ràng những sự phụthuộcđư ợc đ ư a r a dư ới d ạ n g đ ór ấ t g ầ n n h a u ở đ i ề u k i ệ n á p s u ấ t v ỉ a k h á c nhaut r o n g c ù n g m ộ t g i a i đ o ạ n c ủ a q u á t r ì n h k h a i t h á c ( ở c ù n g m ộ t t ư ơ n g quancủahệsố thu hồi dầu tích luỹso vớikhối lượng chấtlưu trongvỉa).

Công trình nghiên cứucủa Vogel được công bố vào tháng giêng năm1968, đề xuất giải pháp cho việc xác định đường cong hiệu suất dòng chảyIPR(inflow performance relationship) trongmộtvỉa dầukhí.Ôngđ ã t í n h toán cho các loại dầu khác nhau, khác nhau về tỉ lệ khí – dầu (GOR), khácnhau về độ thấm tương đối, khác nhau về mức độ nhiễm bẩn, v.v… Tínhtoán của ông trong 21 điều kiện của vỉa cho thấy các đường IPR thường cómột hìnhdạngcongtươngtựnhau.

Trên cơ sở các tính toán đó, sự phụ thuộc bậc hai (phương trình khôngthứnguyên) đượcđưa ranhưsau:

Thay công thức (3.11) vào (3.12) cho phép ta xác định PI như là mộthàmsốcủalưulượngdầu.

Trong phần tính toán chỉ số khai thác PI của các giếng gaslift ở mỏBạch Hổ,tácgiảcũng đãsửdụngcáccôngthức trên.

Bằng các phép toán giới hạn, ta cũng có the xây dựng đường cong chỉbáo Q(Pđ) của giếng trên cơ sở PI và Pvđã biết Tuy nhiên, trong luận án củamình,tác giảkhôngđisâuvàophầnnghiêncứu này.

Kếtquảnghiêncứu vàtínhtoán chỉsốkhaithácPI

Kết quả tính toán trên cơ sở lý thuyết và các số liệu thực tế của cácgiếng khai thác dầu bằng phương pháp gaslift ở mỏ Bạch Hổ cho các khu vựcvàđối tượngkhaitháckhác nhaucủamỏ.

Bảng3.1 Kếtquảtínhtoán PIcho cácgiếngtầng MóngvòmTrungtâm

Hình3.2Mối quanhệgiữamựcthủytĩnhvớichỉ sốPItầng Móngvòm

Pvỉa P đáy Ql Vkhí PI

Pv Pđ Ql V khí PI

Xây dựnghàm tươngquangiữa chiphíkhígasliftvớimựct h ủ y

Trên cơ sở số liệu thực tế khảo sát và làm việc của các giếng khai thácbằng phương pháp gaslift, đại lượng mực thủy tĩnh của chất lỏng ngoài cộtốngnângc ó m ố i tư ơn gq ua n v ớ i b ản ch ất c ủ a vỉ a Mựct h ủ y t ĩn hc ủ a c hấ t lỏng trong giếng phản ánh trạng thái thế năng của vỉa, khi năng lượng vỉa caotứclàápsuấtvỉacaothìgiếngcóthekhaitháctựphun.Giátrịnàygiảmtheo

M ực th ủy tĩn h( m ) thời gian và đến một giá trị nào đó, năng lượng vỉa không đủ đe đưa chất lỏnglên bề mặt Bù đắp cho sự thiếu hụt này được thực hiện thông qua giải phápkhai thác bằng phương pháp gaslift Như vậy, các thông số chế độ công nghệvà vỉa tạo lập nên một hệ thống động học “Giếng - Vỉa” và giữa chúng chắcchắn phải có mối tương quan động học nào đó Ở đây, chúng ta xem xét vàxây dựng hàm tương quan giữa mực thủy tĩnh chất lỏng trong giếng với chiphí khí nén cho một m 3 chất lỏng được đưa lên bề mặt (Thực chất là xây dựngmối tương quan gián tiếp giữa Pvvà chi phí khí nén, vì Pvcó mối liên quantrực tiếp đến mực thủy tĩnh) Bằng phương pháp đồ thị, cho phép xây dựngmối tương quan giữa chúng và cho phép xác định được hàm tương quan giữahai đại lượng này Từ hình 3.7, ta xác định được hàm tương quan giữa mựcthủy tĩnh ngoài cột ống nâng với chi phí khí đe nâng một m 3 chất lỏng lên bềmặtcủađốitượngMioxendướikhuvựcTrungtâmmỏBạchHổ.Trênhình 3.7 cho thấy ý nghĩa vật lý trong mối tương quan này, khi mực thủy tĩnh củachất lỏng sau cột ống nâng càng sâu (nghĩa là Pvcàng nhỏ), thì đe nâng 1 m 3 chất lỏng trong giếng lên bề mặt phải chi phí một lượng khí nén lớn hơn. Điềunày hoàn toàn phù hợp với thực tế của hệ động học Sử dụng mối tương quannày làm cơ sở định hướng cho các nghiên cứu đánh giá và tính toán các thôngsố chế độ công nghệ phù hợp với thực trạng của hệ thống “Giếng - Vỉa” Hàmnày có dạng:qkhí A.e b*h , trong đó A và b là hệ số thực nghiệm đặc trưngcho cácđốitượngkhaitháckhácnhau.

Tương tự, cho phép xây dựng được các hàm tương quan cho các đốitượng khai thác khác nhau với những mức độ khác nhau (hình 3.8,3.9,3.10,3.11).

Mực thủy tĩnh sau cột ống nâng, m

Mực thủy tĩnh sau cột ống nâng, m

Hình 3.7Hàm tương quan giữa mực thủy tĩnh sau cột ống nâng với chiphíkhíđenâng mộtm 3 chất lỏnglênbềmặt củađốitượng Mioxendướikhu vực TrungtâmmỏBạchHổ.

Hình 3.8 Hàm tương quan giữa mực thủy tĩnh sau cột ống nâng với chiphí khí đe nâng một m 3 chất lỏng lên bề mặt của đối tượng Mioxen dưới khuvựcBắcmỏBạch Hổ.

C hi ph ík hí g as lif tc ho 1 m 3 ch ất lỏ ng ,m 3 /m 3 Chiphíkhígasliftcho1m3c h ấ t lỏng,m3 /m3

Mực thủy tĩnh sau cột ống nâng, m

Mực thủy tĩnh sau cột ống nâng, m

Hình 3.9 Hàm tương quan giữa mực thủy tĩnh sau cột ống nâng vớichi phí khí đe nâng một m 3 chất lỏng lên bề mặt của đối tượng Mioxen dướikhuvựcNammỏBạch Hổ.

Hình3.10Hàmtươngquangiữamựcthủytĩnhsaucộtốngnângvới chi phí khí đe nâng một tấn chất lỏng lên bề mặt của đối tượng móng khu vựcTrungtâmmỏBạch Hổ.

C hi ph ík hí g as lif tc ho 1m 3 ch ất lỏ ng ,m 3 /m 3 C hi ph ík hí g as lif tc ho 1m 3 ch ất lỏ ng ,m 3 /m 3

Mực thủy tĩnh sau cột ống nâng, m

Hình 3.11 Hàm tương quan giữa mực thủy tĩnh sau cộtố n g n â n g v ớ i chi phí khí đe nâng một tấn chất lỏng lên bề mặt của đối tượng Oligoxen dướimỏ Bạch Hổ.

Xâydựnghàmtương quan giữachiphíkhígasliftvới chỉ sốkhaithácPI.63

3.4.1 Xây dựng hàm tương quan giữa chi phí khí gaslift với chỉ số khaithác PI cho các giếng khai thác đối tượng Mioxen khu vực trung tâm mỏ BạchHổ.

C hi ph ík hí g as lif tc ho 1m 3 ch ất lỏ ng ,m 3 /m 3

Hình 3.12 Hàm tương quan giữa chi phí khí và PI của các giếng khaithácđốitượng Mioxenkhuvựctrungtâmmỏ Bạch Hổ.

Trên cơ sở số liệu thực tế về chi phí khí gaslift cho 1 m 3 chất lỏng khaithác và số liệu về chỉ số khai thác của các giếng khai thác, đối tượng Mioxenkhu vực trung tâm, cho phép xây dựng hàm tương quangiữa chúng. Hàmtương quannàyđược thehiệnqua hàmmũ: y)4.6x -0,624 v ớ i s a i s ố q = 0,798( t ừ R ² =0.638) trong đó: x là chỉ số PI, y là giá trị chi phí khí gaslift cho một m 3 chấtlỏng khaithácđược.

Hình 3.13 Hàm tương quan giữa chi phí khí và PI của các giếng khaithácđốitượngMioxen khuvực bắcmỏBạch Hổ.

Tương tự như trên, hàm tương quan giữa chi phí khí gaslift với chỉ sốkhai thác PI cho các giếng khai thác đối tượng Mioxen khu vực bắc mỏ BạchHổđượcxácđịnhbằnghàmmũ:y8,3x -0.533 ,R²= 0.743.

3.4.3 Xâydựnghàmtươngquangiữachiphíkhígasliftvớichỉsốkhaithác PI cho các giếng khai thác đối tượng Oligoxen dưới khu vực bắc mỏBạch Hổ.

Hình 3.14 Hàm tương quan giữa chi phí khí và PI của các giếng khai thác đốitượng Oligoxendướimỏ Bạch Hổ.

C hi ph ík hí ,m 3 /m 3 Chiphíkhí,m3 /m3

Tương tự như trên, hàm tương quan giữa chi phí khí gaslift với chỉ sốkhai thác PI cho các giếng khai thác đối tượng Oligoxen dưới mỏ Bạch Hổđượcxác địnhbằnghàmmũ:y79,79x -0.53 ,R²=0,6972.

3.4.4 Xây dựng hàm tương quan giữa chi phí khí gaslift với chỉ số khaithácP I c h o c á c g i ế n g k h a i t h á c đ ố i t ư ợ n g O l i g o x e n t r ê n k h u v ự c b ắ c m ỏ Bạch Hổ

Hình 3.15 Hàm tương quan giữa chi phí khí và PI của các giếng khaithácđốitượngOligoxentrênmỏ BạchHổ.

Tương tự như trên, hàm tương quan giữa chi phí khí gaslift với chỉ sốkhai thác PI cho các giếng khai thác đối tượng Oligoxen trên mỏ Bạch Hổđượcxác địnhbằnghàmmũ:yW3,14x -0.33 ,R²=0.6117.

3.4.5 Xây dựng hàm tương quan giữa chi phí khí gaslift với chỉ số khaithác PI cho các giếng khai thác đối tượng Móng khu vực trung tâm mỏ BạchHổ

Tương tự như trên, hàm tương quan giữa chi phí khí gaslift với chỉ sốkhai thác PI cho các giếng khai thác đối tượng Móng khu vực trung tâm mỏBạch Hổ được xác định bằng hàm logarite: y = -118,1ln(x) + 349,77,R²

Hình 3.16 Hàm tương quan giữa chi phí khí và PI của các giếng khaithácđốitượngMóngkhuvựctrungtâmmỏBạchHổ.

Trêncơsởkếtquảxâydựnghàmtươngquangiữachiphíkhígasliftv ới chỉ số PI của giếng khai thác ở các đối tượng khai thác khác nhau, có thethấyrằngđốivớicácđốitượngkhaithácdầutừtrầmtíchMioxenv à Oligoxen đều có cùng dạng hàm tương quan là hàm mũ Còn đối với tầngMóng, hàm tương quan giữa chi phí khí gaslift với chỉ số PI của giếng khaithác được the hiện qua hàm logarite Điều này phản ánh có sự khác biệt về ýnghĩavật lý,cũngnhưcơchếdịch chuyenchấtlỏng trong vỉavào giếng.

Thông qua kết quả dự đoán chi phí khí theo từng giá trị chỉ số khai thácPI của các giếng khai thác, trên các đối tượng khai thác khác nhau của mỏBạch Hổ, cho phép dự đoán các giá trị chi phí khí cho một m 3 sản phẩm khaithác được, nhằm làm cơ sở trong việc hoạch định chi phí khí hợp lý cho từngđối tượng khai thác và từng giếng khai thác tương thích với điều kiện nănglượng cảvề thếnăngvà độngnăngcủavỉa.

3.5 Xây dựng bản đồ đồng mức mực thủy tĩnh sau cột ống nâng vàchỉsốkhaithácPIcủacácđốitƣợngkhácnhaucủamỏBạchHổ

Trên cơ sở kết quả tính toán chỉ số khai thác và số liệu đo thực tế mựcthủy tĩnh của chất lỏng sau cột ống nâng, bằng phần mềm SUFER cho phépxây dựng bản đồ đồng mức của từng đối tượng nghiên cứu theo giá trị mựcthủy tĩnh chất lỏng saucột ống nâng và chỉ số khait h á c P I K ế t q u ả đ ư ợ c trìnhbàytrongcáchình3.17,3.18,3.19,3.20và3.21.

Kết quả xây dựng bản đồ đồng mức theo giá trị mực thủy tĩnh chất lỏngsau cột ống nâng và chỉ số khai thác PI cho thấy những vùng, những khu vựcnào mà ở đó có mực thủy tĩnh sâu thì ở đó giá trị PI của giếng là khá thấp vàngược lại Điều này cho thấy sự phản ánh của chúng là hoàn toàn phù hợp vớiquyluậtc h u n g Tínhtương đồ ng tr ê n b ản đ ồ đồ ng m ứ c c ủ a m ực t h ủ y t ĩnhchất lỏng sau cột ống nâng và chỉ số khai thác PI cho phép hình thành các khuvực hoặc các đới mà ở đó năng lượng vỉa trên quan điem thế năng cũng nhưtrênquan điem động năng đềucócùng mộtgiá trị giớihạn. Nóimộtc á c h khác là bằng kết quả nghiên cứu, tính toán và xây dựng bản đồ đồng mức theogiá trị mực thủy tĩnh chất lỏng sau cột ống nâng và chỉ số khai thác PI, chophépp h â n c h i a k h u v ự c v à k h o a n h v ù n g c á c đ ố i t ư ợ n g k h a i t h á c m à ở đ ó năng lượng vỉa có cùng một trạng thái thế năng và động năng Kết quả này làcơs ở c h o p h é p p h â n c h i a c á c n h ó m g i ế n g k h a i t h á c ở c á c đ ố i t ư ợ n g k h á c nhau có cùng một điều kiện hay có cùng động thái năng lượng được the hiệntrên diện rộng của mỏ, nhằm định hướng cho việc tính toán và đề xuất một tổhợp giải pháp công nghệ theo từng nhóm giếng chuẩn, nhằm tối ưu khả năngphân phối khí gaslift và nâng cao hiệu quả chi phí khí gaslift cho một tấn chấtlỏng khaithácbằngphươngphápgaslifttại mỏBạchHổ.

Hình 3.17 Bản đồ đồng mức mực thủy tĩnh sau cột ống nâng và chỉ số khai thác

Hình 3.18 Bản đồ đồng mức mực thủy tĩnh sau cột ống nâng và chỉ số khai thác

Hình 3.19 Bản đồ đồng mức mực thủy tĩnh sau cột ống nâng và chỉ số khai thác

Hình 3.20 Bản đồ đồng mức mực thủy tĩnh sau cột ống nâng và chỉ số khai thác

Hình 3.21 Bản đồ đồng mức mực thủy tĩnh sau cột ống nâng và chỉ số khai thác

Tínhtoán phân chianhómgiếngtheotiêuchí chiphíkhígaslift

Trên cơ sở kết quả tính toán và xây dựng mối tương quan giữa chi phíkhí và chỉ số khai thác PI của từng đối tượng khai thác, cho phép tính toán vàdự đoán chi phí khí cụ the theo từng giá trị của chỉ số khai thác PI của từnggiếng Kết quả tính toán (bảng 3.6) cho thấy, chi phí khí gaslift cho các giếngở đối tượng khai thác Oligoxen trên có giá trị cao, gần gấp 2 lần so với nhữngđối tượng khác Đối với tầng Móng và tầng Oligoxen dưới, chi phí khí chomột m 3 chất lỏng sản phẩm gần tương đồng nhau Giá trị chi phí khí cho cácgiếng ở đối tượng Mioxen trung tâm thấp hơn so với các giếng ở Móng vàOligoxen dướinhưnglạicaohơn Mioxenởkhuvực Bắc.

Từ kết quả tính toán chi phí khí gaslift cho các đối tượng và kết hợp vớibảnđồđồngmứcmựcthủytĩnhsaucộtốngnângvàchỉsốkhaithácPIcủa

73 các đối tượng khai thác cho phép khoanh vùng và phân chia ra từng nhómgiếng mà ở đó có những giá trị tương đồng về PI và mức độ chi phí khí chomột đơnvịsảnphẩmkhaithác.

+ Đối với các giếng khai thác đối tượng Mioxen khu vực trung tâm mỏBạch Hổ:

Nhóm1: PI ≤ 1,0 và Qkhí≥ 300m 3 / m 3 ;Nhóm2: 1,0