phân tích và tối ưu hóa khai thác dầu khí mỏ x y

học viên đã tiến hành xây dựng mô hình khai thác cho từng giếng tại các cụm mỏ X,Y trên phần mềm thương mại cho việc tối ưu khí bơm ép Gaslift là PIPESIM, qua đó tiến hành hiệu chỉnh mô

-

ĐINH VIỆT CƯỜNG

PHÂN TÍCH VÀ TỐI ƯU HÓA KHAI THÁC DẦU KHÍ MỎ X – Y

Chuyên ngành : Kỹ thuật Dầu khí Mã số: 8520604

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2024

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS PHẠM SƠN TÙNG

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 27 tháng 01 năm 2024

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 TS MAI CAO LÂN, Chủ nhiệm Bộ môn Khoan và khai thác Dầu khí, Chủ tịch Hội đồng 2 TS TẠ QUỐC DŨNG, Giảng viên Bộ môn Khoan và khai thác Dầu khí, Ủy viên Hội đồng

3 TS NGUYỄN HỮU NHÂN, Ủy viên Hội đồng 4 TS NGUYỄN MINH HẢI, Ủy viên Hội đồng

5 TS LÊ NGUYỄN HẢI NAM, Giảng viên Bộ môn Khoan và khai thác Dầu khí, Thư ký Hội đồng

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

ĐỊA CHẤT VÀ DẦU KHÍ

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: ĐINH VIỆT CƯỜNG MSHV: 2170635 Ngày, tháng, năm sinh: 27/04/1983 Nơi sinh: Tp.HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật Dầu khí Mã số : 8520604

I TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH VÀ TỐI ƯU HÓA KHAI THÁC DẦU KHÍ MỎ X – Y (ANALYSIS AND OPTIMIZATION OIL AND GAS PRODUCTION AT X-Y FIELD)

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu các nội dung sau:

- Thu thập số liệu về dữ liệu khai thác về sản lượng khai thác trong quá khứ, lượng bơm ép khí hiện tại cho các giếng, sơ đồ thiết kế các giếng có ESP… từ đó xây dựng mô hình cho từng giếng và mạng lưới các giếng mô phỏng lại toàn bộ các giếng hiện tại trên mỏ trong phần mềm Pipesim

- Tiến hành công tác đánh giá, khớp (matching) dữ liệu phù hợp với thực tế khai thác, từ đó tiến hành đưa ra các kịch bản phân bổ lượng khí bơm ép có giới hạn cho các giếng sao cho đạt lưu lượng khai thác cao nhất cho các giếng

- Từ phần mềm Pipesim, tiến hành đánh giá hiệu quả của việc phân bổ khí bơm ép đồng thời tại các giếng khai thác bằng bơm điện chìm (ESP)

- Đánh giá hiệu quả kinh tế thu được từ việc tối ưu lượng khí phân bổ II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 04/092023

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/09/2023-18/12/2023 IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS PHẠM SƠN TÙNG

Tp HCM, ngày 27 tháng 01 năm 2024 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA ĐỊA CHẤT VÀ DẦU KHÍ

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cám ơn chân thành đến các thầy cô Trường Đại Học Bách Khoa nói chung, các thầy cô Khoa Kỹ Thuật Địa Chất và Dầu Khí nói riêng và đặc biệt là các thầy cô bộ môn Khoan và Khai Thác Dầu Khí đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo, giúp đỡ em trong suốt thời gian qua

Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Phạm Sơn Tùng đã tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian em thực hiện thực hiện luận văn tốt nghiệp này

Cám ơn các thầy cô trong Khoa cùng các bạn cùng khóa là những người giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời gian tôi học trong giảng đường này

Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn!

Đinh Việt Cường

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Dầu khí là nguồn năng lượng và nguyên liệu chủ đạo trong nền kinh tế thế giới, cũng như mang tính chất chiến lược của mỗi quốc gia, do đó sản lượng khai thác của mỏ quyết định đến những bước đi chiến lược tiếp theo cho phát triển mỏ và an ninh năng lượng quốc gia Tuy nhiên, việc khai thác và sử dụng liên tục năng lượng từ dầu khí mà chưa tìm ra một nguồn năng lượng khác để thay thế đã làm cho trữ lượng dầu khí trên thế giới giảm xuống

Phương pháp khai thác tăng cường bằng bơm ép khí (Gaslift) mặc dù đã đem lại hiệu quả và duy trì sản lượng theo chế độ khai thác Hơn nữa, qua giai đoạn khai thác cho thấy việc tối ưu gaslift trong điều kiện ràng buộc khai thác của mỏ nhằm đạt được hiệu suất khai thác lâu dài kết đang là một ý tưởng quan trọng giúp nâng cao hiệu suất khai thác đặc biệt là đối với các giếng dầu nặng

Từ những yêu cầu về mặt kỹ thuật như trên, đề tài “PHÂN TÍCH VÀ TỐI ƯU HÓA KHAI THÁC DẦU KHÍ MỎ X – Y” để phân tích, đánh giá tính khả thi và hiệu quả của việc bơm ép khí đồng thời khi chạy bơm ESP Vì vậy việc duy trì, nâng cao hiệu quả khai thác bằng gaslift đồng thời với bơm điện chìm (ESP) là vấn đề có ý nghĩa thực tiễn cao Đối tượng nghiên cứu là giếng mỏ X – Y, trong đó có mười lăm giếng (15) khai thác tại hai cụm mỏ X, Y Từ các số liệu thu thập trong quá khứ như áp suất giếng, lưu lượng khai thác, sơ đồ khoan giếng, độ sâu giếng… học viên đã tiến hành xây dựng mô hình khai thác cho từng giếng tại các cụm mỏ X,Y trên phần mềm thương mại cho việc tối ưu khí bơm ép (Gaslift) là PIPESIM, qua đó tiến hành hiệu chỉnh mô hình từng giếng trên phần mềm dựa vào việc khớp dữ liệu thực tế khai thác so với mô hình thông qua áp suất và nhiệt độ tại đầu giếng Sau khi quá trình khớp dữ liệu đã hoàn tất, học viên tiến hành công tác kết nối mô hình mạng các giếng khai thác để mô phỏng lại thực tiễn đang khai thác tại mỏ X,Y Từ mô hình mạng khai thác, học viên đã tiến hành việc tối ưu phân bổ lưu lượng khí bơm ép (Gaslift) cho các giếng khai thác có sử dụng khí bơm ép (Gaslift) và so sánh với việc phân bổ thực tiễn hiện đang áp dụng cho thấy nếu áp dụng phân bổ lưu lượng khí bơm ép theo lưu lượng như trong mô hình sẽ giúp gia tăng sản lượng khoảng 500

thùng dầu/ngày

Oil and gas is the main source of energy and raw materials in the world economy, as well as the strategic nature of each country, thereforce, the production of field will determines the next strategic steps for development and national energy security However, the continuous the continueously and use of energy from oil and gas without finding another source of energy to replace it has caused the world's oil and gas reserves to decrease

Although the enhanced mining method using gas injection (Gaslift) has brought efficiency and maintained output according to the reservoir regime Furthermore, through the production phase, it has been shown that optimizing gaslift within the production constraints of the reservoir to achieve long-term production efficiency is an important idea to help improve production efficiency, especially for heavy oil wells

From the above technical requirements, the topic "ANALYSIS AND OPTIMIZATION PRODUCTION OF OIL AND GAS FOR X - Y Field" to analyze and evaluate the feasibility and effectiveness of simultaneous gas injection while running ESP pump Therefore, maintaining and improving production efficiency by gaslift simultaneously with electric submersible pump (ESP) is an issue of high practical significance

The object of research is wells at X – Y field, of which fifteen wells (15) are producted in two field clusters X and Y From data collected in the past such as well pressure, production flow, well drilling diagram, well depth students built an well production model for each well in field clusters X and Y base on commercial software for optimizing gas lift is PIPESIM Then calibrate each well model on the software based on matching actual production data with the model through pressure and temperature at the wellhead After the data matching process is completed, students proceed to connect the network model of production wells to simulate the actual production at field X and Y From the production network model, students have

optimized the allocation of gaslift injection to production wells using gaslift and compared it with the current practical allocation The application shows that if the injection gas flow distribution is applied according to the flow rate as in the model, it will help increase production by about 500 barrels of oil/day

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung và kết quả nghiên cứu bài luận văn “PHÂN TÍCH VÀ TỐI ƯU HÓA KHAI THÁC DẦU KHÍ MỎ X – Y” là sản phẩm nghiên cứu phân tích của cá nhân tôi

Sản phẩm được phân tích một cách khách quan, trung thực, có nguồn gốc rõ ràng và chưa được công bố dưới bất kỳ hình thức nào ngoài khuôn khổ của chương trình Cao học này

Tôi xin cam kết sẵn sàng chịu trách nhiệm nếu có sự thiếu trung thực về thông tin hay kết quả sử dụng trong công trình nghiên cứu này

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

3 Nội dụng nghiên cứu (Nhiệm vụ đề tài): 3

4 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế (ưu điểm và hạn chế): 3

4.1 Nghiên cứu quốc tế 4

4.2 Nghiên cứu trong nước 10

5 Tính mới và đóng góp của đề tài (Ý nghĩa khoa học và thực tiễn): 12

5.1 Ý nghĩa khoa học: 12

5.2 Ý nghĩa thực tiễn: 13

6 Tài liệu cơ sở của luận văn 13

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 13

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MỎ X – Y VÀ DỮ LIỆU TÍNH TOÁN ĐẦU VÀO 14

1.1 Thiết bị công nghệ 14

1.1.1 Giàn đầu giếng (WHP): 14

1.1.2 FPSO: 15

1.2 Dữ liệu tính toán đầu vào: 15

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHAI THÁC VÀ PHÂN TÍCH ĐIỂM NÚT 18

2.1 Vỉa và khả năng cho dòng 18

2.1.1 Cơ chế dòng chảy: 18

2.1.2 Dòng chảy tức thời: 19

2.1.3 Dòng chảy ổn định: 20

2.1.4 Dòng chảy giả ổn định: 21

2.1.5 Dòng chảy trong giếng ngang: 22

2.2 Mối quan hệ hiệu suất dòng vào: 23

2.2.1 LPR cho các vỉa đơn pha lỏng: 24

2.2.2 LPR cho vỉa đa pha lỏng: 24

2.2.3 IPR cho các giếng dầu đa pha một phần: 25

2.3 Xây dựng đường cong IPR dựa trên kết quả thực tế: 26

2.5.2 Dòng chảy đa pha trong giếng dầu: 33

2.6 Khả năng cho dòng của giếng: 35

2.6.1 Phân tích điểm nút: 35

2.7 Dự báo khai thác: 39

2.7.1 Khai thác dầu trong giai đoạn dòng chảy chuyển tiếp 39

2.7.2 Khai thác dầu trong giai đoạn giả ổn định: 40

2.7.3 Khai thác dầu trong giai đoạn dòng chảy đơn pha: 40

2.8 Các phương pháp khai thác nhân tạo: 42

2.8.1 Phương pháp khí nâng (Gas lift): 42

Áp suất bơm ép tại độ sâu van: 50

2.8.2 Các phương pháp bơm ép khác: 55

2.9 Tối ưu khai thác: 60

2.9.1 Giếng bơm ép khí: 63

2.9.2 Cách tiếp cận tối ưu khai thác: 63

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHAI THÁC CÁC GIẾNG, PHÂN BỔ LƯỢNG KHÍ GASLIFT TỐI ƯU KHAI THÁC CHO CÁC GIẾNG 66

3.1 Tổng quan: 66

3.2 Thực hiện mô hình hóa hệ thống khai thác 66

3.2.1 Xây dựng mô hình giếng đơn và hiệu chỉnh dữ liệu giếng khai thác phù hợp thực tế: 67

3.2.2 Thu thập dữ liệu giếng 67

3.3 Xây dựng mô hình giếng khai thác 67

3.3.1 Giả định 68

3.3.2 Thông số dữ liệu đầu vào cần thiết 68

3.4 Các trường hợp hiệu chỉnh mô hình giếng 74

Trường hợp 1 – Hiệu chỉnh dữ liệu mô hình giếng có bơm ép khí dựa vào dữ liệu khảo sát giếng 76

3.5 Mô Hình Hóa Mạng Khai Thác 91

3.6 Tối ưu bơm ép khí (GLO) 98

3.6.1 Trường hợp cơ sở (tại giá trị tổng lưu lượng bơm ép khí = 4,4 triệu bộ khối khí/ngày): 98

3.6.2 Tạo ra đường cong làm việc của dòng khai thác 99

3.6.3 Thiết lập tối ưu 99

3.6.4 Chạy kết quả các trường hợp và phân tích kết quả 99

Tiến 100

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 104

4.1 Tính mới của giải pháp 104

4.2 Khả năng áp dụng 104

4.3 Lợi ích áp dụng và đánh giá hiệu quả kinh tế 104

4.4 Kết Luận & Đề Xuất: 105

4.4.1 Kết luận: 105

4.4.2 Đề xuất: 106

TÀI LIỆU THAM KHẢO 107

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.2 Thông số vỉa 16

Hình 1.3 Thông số vị trí bơm ép khí 16

Hình 1.4 Thông số DHG 17

Hình 1.5 Dữ liệu khai thác các giếng 17

Hình 2.1 Mô hình dòng chảy trong giếng [14] 19

Hình 2.2 Cách xác định CA [14] 22

Hình 2.3 Dạng J trong một giếng dầu [14] 23

Hình 2.4 Mô hình Vogel cho đường IPR của giếng dầu đa pha một phần [14] 25

Hình 2.5 Dòng chảy trong chuỗi ống khai thác [14] 30

Hình 2.6 Đồ thị hệ số ma sát Darcy-Wiesbach (Moody, 1944) [14] 32

Hình 2.7 Cơ chế dòng chảy [14] 33

Hình 2.10 Cấu hình của một giếng bơm ép khí [14] 43

Hình 2.11 Mô hình hệ thống bơm ép khí đơn giản [14] 45

Hình 2.12 Sơ đồ bơm ép khí liên tục [14] 47

Hình 2.13 Quan hệ áp suất trong bơm ép khí liên tục [14] 47

Hình 2.31 Sơ đồ bơm điện chìm [14] 56

Hình 2.32 Sơ đồ bơm ly tâm 57

Hình 2.33 Sơ đồ bơm ly tâm nhiều tầng [14] 58

Hình 2.34 Biểu đồ tính chất bơm ESP 100 cấp [14] 58

Hình 2.35 So sánh đường cong hiệu suất khai thác (IPR) của giếng trước và sau khi thực hiện mô phỏng 62

Hình 2.36 Đường cong hiệu suất khai thác trong ống khai thác 63

Hình 2.37 Đường cong hiệu suất giếng bơm ép khí 63

Hình 3.1 Các bước xây dựng mô hình khai thác giếng đơn 68

Hình 3.2 Mô hình giếng khai thác đơn chưa nhập dữ liệu 69

Hình 3.3 Mô hình dữ liệu khảo sát giếng 69

Hình 3.4 Đồ thị về độ lệch giếng (Well deviation view in PIPESIM) 69

Hình 3.5 Sơ đồ hoàn thiện giếng 70

Hình 3.6 Đường kính trong ống khai thác 71

Hình 3.7 Điểm bơm ép khí 71

Hình 3.8 Các tính chất của khí bơm ép 71

Hình 3.9 Điểm đặt bơm điện chìm (ESP) 72

Hình 3.10 Các đặc tính của bơm điện chìm (ESP) 72

Hình 3.11 Nhập biến thiên địa nhiệt trong mô hình PIPESIM 72

Hình 3.12 Các tính chất vỉa 73

Hình 3.13 Định nghĩa các tính chất của Choke 73

Hình 3.14 Tính chất chất lỏng trong mô hình giếng đơn 74

Hình 3.15 Đầu vào dữ liệu hiệu chuẩn 74

Hình 3.16 Quy trình hiệu chuẩn dữ liệu mô hình giếng 75

Hình 3.17 Quy trình hiệu chuẩn dữ liệu mô hình giếng khi có dữ liệu khảo sát giếng 77

Hình 3.18 Dữ liệu khảo sát giếng trong mô hình giếng 77

Hình 3.19 So sánh các tương quan dòng chảy 78

Hình 3.20 Thiết lập các điều kiện biên 78

Hình 3.21 Phương pháp hiệu chuẩn so sánh với dữ liệu đo 79

Hình 3.22 Không có phương pháp tương quan nào phù hợp dữ liệu giếng X-7P.

79

Hình 3.23 Hiệu chỉnh hệ số giữ lỏng 80

Hình 3.24 Đường cong vận hành giếng sau khi hiệu chỉnh các hệ số 80

Hình 3.25 Giá trị U được hiệu chỉnh theo dữ liệu khảo sát địa nhiệt 81

Hình 3.26 Khớp dữ liệu nhiệt độ dựa trên hai điểm đo 81

Hình 3.27 Áp suất được khớp hóa 81

Hình 3.28 Khớp hóa dữ liệu nhiệt độ 82

Hình 3.29 Thiết lặp tương quan cho Choke 82

Hình 3.30 Thiết lập các điều kiện biên trong dữ liệu áp suất/nhiệt độ 82

Hình 3.31 Khớp dữ liệu choke dựa trên áp suất đoạn ống và áp suất đầu ống khai thác 83

Hình 3.32 Chọn phương pháp tương quan cho choke là “mechanistic” 83

Hình 3.33 Phân tích độ nhạy của hệ số xả trong khớp dữ liệu áp suất/nhiệt độ 84

Hình 3.34 Kết quả phân tích nhạy cho hệ số xả Cd 84

Hình 3.38 Dữ liệu choke trong PIPESIM 84

Hình 3.36 Giá trị đầu vào PI để phân tích độ nhạy 85

Hình 3.37 Đồ thị giếng X-7P theo giá trị PI ban đầu 85

Hình 3.38 Phân tích nhạy giá trị PI theo điều kiện gần nhất 86

Hình 3.39 Quy trình khớp hóa dữ liệu cho các giếng chỉ có áp suất đầu giếng và áp suất đường ống khai thác 88

Hình 3.40 Dữ liệu choke được khớp hóa 88

Hình 3.41 Thay đổi đường cong áp suất khi tiến hành phân tích độ nhạy % nước.

89

Hình 3.42 Kết quả khớp hóa dữ liệu cho giếng Y-2P 89

Hình 3.43 Dữ liệu hiệu suất bình tách 90

Hình 3.44 Kết quả khớp hóa dữ liệu giếng DD-6P 90

Hình 3.45 Khớp hóa dữ liệu giếng DD-3P với hệ số đầu bơm là 1 90

Hình 3.46 Khớp hóa dữ liệu giếng Y-3P với hệ số đầu bơm là 0,8 91

Hình 3.47 Khớp hóa dữ liệu PI giếng Y-3P 91

Hình 3.48 Quy trình xây dựng mô hình mạng các giếng khai thác 92

Hình 3.49 Mạng khai thác kết nối giữa các giếng 93

Hình 3.50 Chi tiết isometric ống ngầm/ống đứng trong PIPESIM 93

Hình 3.51 Isometric của ống ngầm trong PIPESIM 93

Hình 3.52 Nhập chi tiết thông số ống đứng 94

Hình 3.60 Sơ đồ ống đứng 94

Hình 3.54 Nhập giá trị đo của đường ống ngầm 95

Hình 3.55 Khớp hóa dữ liệu áp suất ống ngầm 95

Hình 3.56 Các điều kiện biên (áp suất hoặc lưu lượng) của mạng khai thác 96

Hình 3.57 Mô phỏng việc khớp hóa dữ liệu trong mạng khai thác 97

Hình 3.58 Quy trình tối ưu khí bơm ép 98

Hình 3.59 Nút “Run” trong cửa sổ Well Optimizer 100

Hình 3.60 Kết quả từ việc phân bổ lại lưu lượng khí bơm ép 101

Hình 3.61 Mô phỏng kết quả tại các lưu lượng bơm ép khí khác nhau 103

MỤC LỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật mỏ X – Y 14

Bảng 1.2 Thông số đường ống nội mỏ X – Y 15

Bảng 3.1 Các dữ liệu cần thiết cho chuẩn hóa mô hình giếng 67

Bảng 3.2 Biến thiên địa nhiệt ở các độ sâu khác nhau 72

Bảng 3.3 Ví dụ về nhập dữ liệu áp suất và nhiệt độ vào mô hình PIPESIM 77

Bảng 3.4 Kết quả so sánh mô phỏng và giá trị đo 87

Bảng 3.5 Lưu lượng khai thác mô phỏng mỏ X – Y 96

Bảng 3.5 Các kết quả của trường hợp cơ sở 98

Bảng 3.7 Kết quả từ việc phân bổ lại lượng khí bơm ép 101

Bảng 3.8 Mô phỏng kết quả cho các lưu lượng bơm ép khí khác nhau của mỗi giếng 102

Bảng 3.9 Mô phỏng kết quả tổng lưu lượng cho các lưu lượng bơm ép khí khác nhau 102

MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài

Dầu khí là nguồn năng lượng và nguyên liệu chủ đạo trong nền kinh tế thế giới, cũng như mang tính chất chiến lược của mỗi quốc gia, do đó sản lượng khai thác của mỏ quyết định đến những bước đi chiến lược tiếp theo cho phát triển mỏ và an ninh năng lượng quốc gia Ngành dầu khí nước ta tuy còn khá trẻ, nhưng đã có những đóng góp quan trọng vào sự phát triển của nền kinh tế nước nhà Từ nhiều năm nay dầu khí luôn là mặt hàng xuất khẩu chủ lực của Việt Nam, chiếm tỷ lệ khoảng 20 - 30% tổng giá trị xuất khẩu của cả nước Đến nay ngành dầu khí là một ngành công nghiệp mũi nhọn trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước Trong những năm qua đã có những bước đi vững chắc trong lĩnh vực công nghệ khoan, khai thác dầu khí cũng như xây dựng các công trình dầu khí

Tuy nhiên, việc khai thác và sử dụng liên tục năng lượng từ dầu khí mà chưa tìm ra một nguồn năng lượng khác để thay thế đã làm cho trữ lượng dầu khí trên thế giới giảm xuống Vấn đề đặt ra là ta phải sử dụng và khai thác một cách hiệu quả nhất để tận dụng nguồn năng lượng này Các giếng sau một thời gian khai thác năng lượng vỉa suy giảm dần, không còn đủ lớn để đưa dòng sản phẩm lên miệng giếng Các giếng khai thác tự phun cho lưu lượng thấp dần và đến một lúc nào đó buộc phải ngừng hoạt động do khai thác không hiệu quả Đặc biệt các giếng khai thác có dầu nặng, khai thác trong tầng đá móng, hàm lượng nước cao, năng lượng vỉa thấp…, nên khai thác tự phun cho lưu lượng thấp không đạt được sản lượng mang lợi nhuận kinh tế như nhà thầu đặt ra hoặc khai thác không có hiệu quả Lúc này cần sử dụng các phương pháp khai thác cơ học (hay còn gọi là phương pháp nhân tạo như bơm cần kéo, bơm cần xoắn, bơm pittông thủy lực, bơm phun tia, bơm điện ly tâm ngầm và máy nén khí) thích hợp

Phương pháp khai thác tăng cường bằng bơm ép khí (Gaslift) mặc dù đã đem lại hiệu quả và duy trì sản lượng theo chế độ khai thác Nhưng hiện nay một số giếng đã ngập nước, BS&W rất cao xấp xỉ 85% đến 90% Hơn nữa, qua giai đoạn khai thác cho thấy việc tối ưu gaslift trong điều kiện ràng buộc khai thác của mỏ nhằm đạt được

hiệu suất khai thác lâu dài kết đang là một ý tưởng quan trọng giúp nâng cao hiệu suất khai thác đặc biệt là đối với các giếng dầu nặng

Xuất phát từ yêu cầu tăng sản lượng các giếng khai thác đang sử dụng cả bơm điện chìm và bơm ép khí (Gaslift), đồng thời giảm tải cho bơm ESP (giảm áp suất đầu ra, giảm tần số, công suất) giúp tăng tuổi thọ cho bơm trong khi vẫn đảm bảo tối ưu hóa sản lượng Đảm bảo thời gian sản xuất của giếng là liên tục, giếng vẫn khai thác bằng khí nâng trong trường hợp bơm điện chìm gặp sự cố, tránh trường hợp khi bơm dừng hoạt động mới kích hoạt bơm ép khí

Phương pháp nghiên cứu ứng dụng ESP đồng thời với bơm ép khí sẽ đem hiệu quả cải thiện tuổi thọ bơm, tăng sản lượng dầu khai thác của mỗi giếng

Từ những yêu cầu về mặt kỹ thuật như trên, đề tài “PHÂN TÍCH VÀ TỐI ƯU HÓA KHAI THÁC DẦU KHÍ MỎ X – Y” để phân tích, đánh giá tính khả thi và hiệu quả của việc bơm ép khí đồng thời khi chạy bơm ESP Vì vậy việc duy trì, nâng cao hiệu quả khai thác bằng gaslift đồng thời với bơm điện chìm (ESP) là vấn đề có ý nghĩa thực tiễn cao

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Phương pháp khai thác dầu bằng bơm ép khí đồng hành (Gaslift) vẫn là phương pháp phổ biến nhất hiện nay do chi phí đầu tư ban đầu tương đối thấp, chi phí bảo trì bảo dưỡng thấp Tuy nhiên, do bị giới hạn bởi công suất máy nén, giếng bị ngập nước nên tỷ trọng chất lưu tăng lên, hàm lượng khí đồng hành thấp Bơm điện chìm (ESP) là phương pháp khai thác nhân tạo hiệu quả áp dụng cho giếng ngập nước và hàm lượng khí hòa tan thấp Do đó việc tiến hành đưa ra các giải pháp tổng thể trong đó có giải pháp tối ưu bơm ép khí đồng hành đồng thời cho các giếng khai thác bằng bơm điện chìm (ESP) cũng đem lại hiệu quả

Mục tiêu đặt ra cho luận văn là tiến hành phân tích dữ liệu khai thác, đánh giá lại thông số bơm ép khí (Gaslift) tại các giếng, thông số hoạt động của bơm điện chìm, đặc tính bơm, điều kiện vận hành tại mỏ và tính toán phân bổ lại lưu lượng khí bơm ép (Gaslift), tính toán kết hợp khí bơm ép (Gaslift) cho từng giếng để đánh giá

và tối ưu lưu lượng khí bơm ép (Gaslift) và kết hợp tối ưu thông số bơm điện chìm (ESP) sẽ đem lại hiệu quả kinh tế

Trong điều kiện khoa học kỹ thuât phát triển việc ứng dụng các giải pháp phần mềm đặc biệt là trong ngành dầu khí đã được ứng dụng rộng rãi Trong phần này, việc ứng dụng phần mềm Pipesim và Prosper để thiết lập mạng lưới mô phỏng các giếng đang khai thác tại mỏ, nhằm đánh giá phân bổ lại lượng khí bơm ép có giới hạn cho các giếng sử dụng bơm ép khí và đồng thời xây dựng mô hình nhằm đánh giá việc kết hợp đồng thời bơm ép khí (Gaslift) và khai thác cùng bơm điện chìm (ESP) sẽ đưa ra hiệu quả kinh tế cho dự án

Đối tượng nghiên cứu là giếng mỏ X – Y Các số liệu phân tích khai thác được thống kê và phân tích, đồng thời kết hợp các số liệu đầu vào như PVT, thiết kế ESP… Từ đó xây dựng mô hình mạng lưới các giếng khai thác

3 Nội dụng nghiên cứu (Nhiệm vụ đề tài):

Luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu các nội dung sau:

 Thu thập số liệu về dữ liệu khai thác về sản lượng khai thác trong quá khứ, lượng bơm ép khí hiện tại cho các giếng, sơ đồ thiết kế các giếng có ESP… từ đó xây dựng mô hình cho từng giếng và mạng lưới các giếng mô phỏng lại toàn bộ các giếng hiện tại trên mỏ trong phần mềm Pipesim

 Từ phần mềm Pipesim, tiến hành công tác đánh giá, khớp (matching) dữ liệu phù hợp với thực tế khai thác, từ đó tiến hành đưa ra các kịch bản phân bổ lượng khí bơm ép có giới hạn cho các giếng sao cho đạt lưu lượng khai thác cao nhất cho các giếng

 Từ phần mềm Pipesim, tiến hành đánh giá hiệu quả của việc phân bổ khí bơm ép đồng thời tại các giếng khai thác bằng bơm điện chìm (ESP)  Đánh giá hiệu quả kinh tế thu được từ việc tối ưu lượng khí phân bổ 4 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế (ưu điểm và hạn

chế):

Đã có nhiều công trình nghiên cứu về tối ưu Gaslift cho các cụm giếng khai thác nhằm tăng sản lượng khai thác của các tác giả trong và ngoài nước, một vài công trình được khảo sát trong mục này

4.1 Nghiên cứu quốc tế

Mariana Carvalho, Argimiro Resende Secchi, and Miguel J Bagajewicz, xuất bản ngày 30/08/2016, Model Reformulation and Global Optimization of Oil Production Using Gas Lift, DOI: 10.1021/acs.iecr.6b00223, [1]

Nội dung bài báo đã tiến hành phân tích lưu lượng khai thác hiện tại của các giếng trong mỏ, từ đó lựa chọn phân bổ lại lưu lượng khí bơm ép (Gaslift) cho mỗi giếng làm sao cho tổng lưu lượng khai thác được từ các giếng là lớn nhất dựa trên mô hình toán học MINLP và RYSIA

𝑚𝑎𝑥𝑆 =   𝑞 +   𝑞

Trong đó qoj là các giếng dầu khai thác bằng áp suất tự nhiên vỉa được nhưng có thể bơm ép khí (Gaslift) và qoi là các giếng dầu không khai thác được bằng áp suất vỉa tự nhiên mà phải cần bơm ép khí

Ưu điểm: trong các mô hình tính toán có tính đến yếu tố độ ngập nước Áp dụng cho các giếng có áp suất vỉa thấp

Nhược điểm: cần phải thiết lập các mô hình ràng buộc phức tạp cho Backpressure, suy giảm áp suất, dòng chảy hai pha

Lamija Dzubur Andrea Sundby Langvik, tháng 06 năm 2012, luận văn thạc sỹ về Optimization of Oil Production – Applied to the Marlim Field, trường đại học Norwegian University of Science and Technology [2]:

Nội dung trong luận văn này tác giả ứng dụng thuật toán Branch & Bound trong mô hình MINLP và so sánh với phần mềm PIPESIM để tối ưu hóa khí bơm ép

𝑞

Ưu điểm: quá trình tính toán cho các kết quả chính xác

Nhược điểm: đòi hỏi cấu hình máy tính mạnh, nhiều ràng buộc khiến mô hình toán phức tạp hơn

Benjamin Julian Tømte Binder, tháng 06 năm 2012, luận văn thạc sỹ về Production Optimization in a Cluster of Gas-Lift Wells, trường đại học Norwegian University of Science and Technology [3]:

Nội dung trong luận văn này tác giả ứng dụng lập trình MATLAB cho các mô hình toán MINLP bao gồm: lập trình tuyến tính (LP), lập trình bậc hai (QP), lập trình phi tuyến tính (NLP) để tiến hành tối ưu khí bơm ép

Ưu điểm: quá trình tính toán cho các kết quả chính xác và nhanh

Nhược điểm: đòi hỏi cấu hình máy tính mạnh, nhiều ràng buộc khiến mô hình toán phức tạp hơn, đòi hỏi phải tiến hành khảo sát giếng (welltest) liên tục

Ali A Garrouch, Mabkhout M, Al‑Dousari, Zahra Al‑Sarraf, xuất bản ngày 20/07/2019, A pragmatic approach for optimizing gas lift operations, tạp chí Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, doi.org/10.1007/s13202-019-0733-7 [4]:

Nội dung trong bài báo này các tác giả đã ứng dụng thuật toán mạng nơ ron hồi quy (general regression neural network – GRNN) để tính toán tối ưu lưu lượng bơm ép khí

2𝜎 ⋅ exp −

(𝑌 − 𝑌 )2𝜎

Trong đó:

f(x, y): hàm mật độ xác xuất chung

Di2: Khoảng cách giữa X và mẫu huấn luyện thứ i (Xi) p: khoảng cách của vector X

Nội dung trong bài báo này tác giả đã xây dựng hai phương pháp tối ưu khí bơm ép từ giải thuật solver của MATLAB và giải thuật thử sai (giảm lượng gaslift tuần tự trên mỗi giếng trong mô hình toán phi tuyến)

Ưu điểm: quá trình tính toán trên MATLAB cho các kết quả chính xác và nhanh Nhược điểm: mô hình toán phức tạp, ngoài ra phương pháp thử và sai cho độ chính xác không cao và mất thời gian

Edgar Camargo, José Aguilar, Addison Ríos, Francklin Rivas, Joseph Aguilar-Martin, năm 2008, bài báo về Nodal Analysis- based Design for Improving Gas Lift Wells Production, ISSN: 1790-0832 [6]:

Nội dung trong bài báo này tác giả đã sử dụng phương pháp phân tích điểm nút, từ đó đưa ra lưu lượng khí bơm ép tối ưu

Pws – Psep = ΔPy + ΔPc + ΔPp + ΔPl

ΔPy = Pws – Pwfs = Suy giảm áp suất trong vỉa

ΔPc = Pwfs- Pwf = Suy giảm áp suất trong bộ hoàn thiện giếng ΔPp = Pwf-Pwh = Suy giảm áp suất tại đáy giếng

ΔPl = Pwh – Psep = Suy giảm áp suất trong ống khai thác

Áp suất tại nút đầu vào: Pwh (dòng vào) = Pws – Δpy – Δpc – ΔPp Áp suất tại nút đầu ra: Pwh (dòng ra) = Psep + ΔPl

Ưu điểm: quá trình tính toán đơn giản rất gần với các ý nghĩa trong phân tích

khai thác

Nhược điểm: mô hình toán dễ có sai số

Ntherful, Ewireko Godfrey, Kwame Nkrumah, ngày 01/01/2014, Optimal Spline Based Gas-Lift Allocation Using Lagrange's Multiplier, International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), ISSN: 2278-0181 [7]: Nội dung trong luận văn này tác giả đã dùng phương pháp toán tử Lagrange đa biến để tối ưu lưu lượng bơm ép khí

𝑆𝑀𝐼𝑁 =   𝜎 −(𝑎 + 𝑐𝛼 )(1 + 𝑏𝛼 )

=  (𝜎 + 𝑏𝛼 𝜎 − 𝑎 − 𝑐𝛼 )(1 + 𝑏𝛼 )=   (𝜎 + 𝑏𝛼 𝜎 − 𝑎 − 𝑐𝛼 )

σ = (𝑎 + 𝑐𝛼)/(1 + 𝑏𝛼) ∂𝑆𝑀𝐼𝑁

∂𝑎 = 2   (𝜎 + 𝑏𝛼 𝜎 − 𝑎 − 𝑐𝛼 )(−1) = 0∂𝑆𝑀𝐼𝑁

∂𝑏 = 2   (𝜎 + 𝑏𝛼 𝜎 − 𝑎 − 𝑐𝛼 )(𝛼 𝜎 ) = 0∂𝑆𝑀𝐼𝑁

∂𝑐 = 2   (𝜎 + 𝑏𝛼 𝜎 − 𝑎 − 𝑐𝛼 )(−𝛼 ) = 0

𝑎 = 𝐷𝐷 ; 𝑏 =

𝐷𝐷 ; 𝑐 =

𝐷𝐷

𝐷 =

  𝜎−  𝛼 𝜎  𝛼  𝛼 𝜎−  𝛼 𝜎  𝛼  𝛼 𝜎−  𝛼 𝜎  𝛼 𝜎

𝐷 =

5−  𝜎  𝛼  𝛼−  𝛼 𝜎  𝛼  𝛼 𝜎−  𝛼 𝜎  𝛼 𝜎

𝐷 =

5−  𝛼 𝜎  𝜎  𝛼−  𝛼 𝜎  𝛼 𝜎  𝛼 𝜎−  𝛼 𝜎  𝛼 𝜎

Ưu điểm: quá trình tính toán cho độ phù hợp dữ liệu quá khứ cao Nhược điểm: mô hình toán dễ có sai số

Sun-Young Jung & Jong-Se Lim, xuất bản 28/09/2015, Optimization of gas lift allocation for improved oil production under facilities constraints, tạp chí Geosystem Engineering, doi.org/10.1080/12269328.2015.1084895 [8]:

Nội dung trong bài báo này tác giả đã tiến hành tối ưu hóa phân bổ lượng Gaslift để tối đa hóa lượng dầu khai thác bằng thuật toán di truyền trong điều kiện giới hạn của lượng khí Gaslift có tại mỏ, sản lượng dầu khai thác được dự đoán Phương pháp đa thức bậc n được sử dụng để khớp với đường cong hiệu suất gaslift theo công thức của Edwards, Marshall, & Wade, 1990; Huh, Park, Kang, & Kim, 2010

𝑄 = 𝐴 + 𝐴 𝑄ginj , + 𝐴 𝑄ginj , + ⋯ + 𝐴 𝑄ginj , =   𝐴 𝑄ginj ,

trong đó Aj là các hệ số được xác định bởi bình phương nhỏ nhất, Qi là sản lượng dầu và Qginj,i là lưu lượng bơm ép khí cho giếng i

Ưu điểm: quá trình tính toán cho kết quả có độ tin cậy

Nhược điểm: mô hình toán dễ có sai số và phức tạp

Muhammad aizuddin b mohammad roslan, xuất bản 09/2012, Gas Lift Optimization Of Bayan Wells Using Prosper, luận văn thạc sỹ trường Universiti Teknologi PETRONAS [9]:

Nội dung trong bài báo này tác giả đã tiến hành sử dụng công cụ Prosper của Schumbeger để tiến hành mô phỏng dòng vào và ra của giếng và nhóm giếng khi thay đổi lưu lượng Gaslift

Ưu điểm: quá trình tính toán cho kết quả có độ tin cậy

Nhược điểm: mô hình toán phải hiểu quá trình các mô hình dầu để tiến hành Matching dữ liệu phù hợp với dữ liệu quá khứ

Jarjis Muhammad, xuất bản 04/05/2019, Production Optimization Using GasLift Technique, luận văn thạc sỹ trường Koya University [10]:

Nội dung trong bài báo này tác giả cũng sử dụng công cụ Prosper của hãng Schumbeger để tiến hành mô phỏng dòng vào và ra của giếng và nhóm giếng khi thay đổi lưu lượng Gaslift, nhưng có tính đến yếu tố lợi ích kinh tế khi tính toán so sánh NPV các phương án

Ưu điểm: quá trình tính toán cho kết quả có độ tin cậy

Nhược điểm: mô hình toán phải hiểu quá trình các mô hình dầu để tiến hành Matching dữ liệu phù hợp với dữ liệu quá khứ

Øystein Kristoffersen, xuất bản 06/2017, Production Optimization of a field with ESP lifted wells, luận văn thạc sỹ trường Norwegian University of Science and Technology [11]:

Mô hình tối ưu hóa sau đó là một MILP (Hỗn hợp bài toán Quy hoạch tuyến tính số nguyên), một loại bài toán nổi tiếng trong tối ưu hóa lý thuyết mà trong thực tế có thể được giải một cách hiệu quả so với bài toán MINLP phi tuyến tính, mà không tồn tại thuật toán giải chung Phạm vi của công việc này là triển khai mô hình tối ưu hóa theo 2 cách khác nhau Microsoft Excel được sử dụng để tối ưu hóa mô hình

mạng Tiếp theo mô hình tối ưu hóa được triển khai trong AMPL Pipesim được sử dụng làm mô hình mỏ để tối ưu Gaslift và ESP

Ưu điểm: quá trình tính toán cho kết quả có độ tin cậy

Nhược điểm: mô hình toán phải thu thập nhiều dữ liệu, chậm trong quá trình vòng lặp tính toán

Mohammad Mojammel Huque, xuất bản 08/2017, Production Optimization of Rashidupur Gas Field, Bangladesh, tạp chí Journal of Chemical Engineering, IEB Vol 29, No 1 (2017) 34-39 [12]:

Nội dung trong phần luận văn này tác giả đã xây dựng mô hình quản lý mỏ tích hợp cho khai thác khí – Mỏ Rashidupur Gas Field, Bangladesh để tối ưu tối kế hoạch khai thác và đánh giá rủi ro của mỏ, kết hợp các thông số đầu vào của vỉa, dòng vào giếng, dòng ra giếng và các thiết bị bề mặt cho một giàn cụ thể Sau khi có mô hình của mỏ, tác giả đã tiến hành đưa ra các giả thuyết về sản lượng khai thác cùng với các biểu hiện của vỉa tương ứng, từ đó đưa ra chiến lược khai thác phù hợp thông qua bộ phần mềm PROSPER, MBAL, GAP của hãng IPM PROSPER để mô phỏng đường cong khai thác trong giếng, sau đó phần mềm MBAL ước tính các điều kiện vỉa bằng phương trình cân bằng vật chất Cuối cùng là phần mềm GAP lấy các thông số từ PROSPER và MBAL để đưa ra dự báo khai thác

Ưu điểm: Tính ứng dụng cao

Nhược điểm: Tuy nhiên trong phần tối ưu khai thác, tác giả chủ yếu đưa ra phương án thay đổi đường kính tubing khai thác để tối ưu khai thác, chưa tính đến các giải pháp tăng gaslift và độ tăng của hàm lượng nước

4.2 Nghiên cứu trong nước

Nguyễn Hải An, xuất bản năm 2019, Giải Pháp Tối Ưu Gaslift Tại Các Giàn Đầu Giếng Bể Cửu Long Với Hàm Lượng Nước Cao, Tạp chí Dầu khí số 8-2019, trang 29 – 36, ISSN-0866-854X [13]:

Nội dung trong bài báo này tác giả tiến hành dùng thuật toán Largange để tối

ưu lượng khí bơm ép và tối đa khai thác tối đa lợi luận 𝑄(𝑉) = 𝑎𝑉 + 𝑏𝑉 + 𝑐

V: Lưu lượng khí nén

a, b, c: Các hệ số của hàm, được xác định trong quá trình

Ưu điểm: quá trình tính toán cho kết quả có độ tin cậy và nhanh

Nhược điểm: mô hình toán phải thu thập nhiều dữ liệu khảo sát của giếng khai thác như hàm lượng nước, hệ số khí -dầu, áp suất miệng giếng liên tục được cập nhật

ThS Nguyễn Văn Tuân - PGS.TS Trần Văn Xuân - ThS Lê Ngọc Sơn - KS Nguyễn Văn Quế - ThS Trương Tuấn Anh, Tạp chí Dầu khí [15]:

Nội dung trong bài báo này tác giả trình bày các thống kê ứng dụng của bơm ddienj chìm tại mỏ STV – Việt Nam Kết quả nghiên cứu cho thấy việc lắp bơm điện chìm là phù hợp và mang lại lợi ích kinh tế cho các giếng khai thác trong thân dầu móng với chỉ số khai thác cao khi hàm lượng nước xâm nhập lớn, tuy nhiên việc lắp bơm điện chìm cũng gây ra một số tác động không mong muốn cần xử lý như lưu lượng nước khai thác tăng đột ngột gây quá tải cho hệ thống xử lý nước ngoài giàn, việc khai thác lưu lượng cao từ các giếng lắp bơm điện chìm có thể gây sụt giảm sản

lượng các giếng lân cận Ngoài ra, lắp bơm điện chìm cũng gây khó khăn nhất định trong công tác đo khảo sát giếng định kỳ, gây quá tải hệ thống cung cấp điện ngoài giàn

Nguyễn Di Tùng, thiết kế tối ưu hóa lượng khí bơm ép (gaslift) cho giếng khai thác đa tầng, hội nghị KHCN toàn quốc về cơ khí - động lực năm 2017, Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM [16]: Nội dung bài báo sẽ trình bày phương pháp ứng dụng khai thác gas-lift liên tục cho giếng có nhiều tầng sản phẩm, việc quan trọng nhất chính là cần phải tìm được độ sâu lắp đặt van, số lượng van và tìm được lưu lượng khí bơm ép tối ưu Bằng việc tính toán theo lý thuyết thông qua phần mềm Excel và mô phỏng bằng phần mềm Pipesim cho thấy sự phù hợp đáng kể giữa lý thuyết tính toán và mô phỏng

Ưu điểm: quá trình tính toán cho kết quả có độ tin cậy và nhanh

Nhược điểm: mô hình toán phải thu thập nhiều dữ liệu liên tục được cập nhật 5 Tính mới và đóng góp của đề tài (Ý nghĩa khoa học và thực tiễn): 5.1 Ý nghĩa khoa học:

Hiện nay, phương pháp khai thác dầu bằng bơm ép khí (gaslift) và bơm điện chìm (ESP) là một trong các phương pháp được sử dụng rộng rãi tại các mỏ dầu trong nước lẫn thế giới Các mỏ dầu đã qua giai đoạn khai thác đỉnh và đang ở giai đoạn suy thoái sản lượng dầu khí với hàm lượng nước (WCT) trong dòng sản phẩm ở mức rất cao Các giếng khai thác đã và đang áp dụng khai thác thứ cấp bằng bơm ép khí (gaslift) trên cơ sở sử dụng khí đồng hành làm khí nâng, được nén cao áp và cấp từ các giàn xử lý hoặc FPSO Theo thời gian, năng lượng vỉa giảm dẫn đến nhu cầu dùng khí gaslift để bơm ép cho các giàn đầu giếng tăng lên đáng kể trong khi khả năng nén và cung cấp khí gaslift có hạn nên có thể dẫn đến tình trạng thiếu hụt nguồn khí gaslift trong tương lai Hàm lượng nước trong chất lưu khai thác ngày càng tăng lên, lượng dầu khai thác được trên một đơn vị khí bơm ép (gaslift) cũng giảm đi đáng kể, cần thêm chi phí xử lý nước… ảnh hưởng lớn đến hiệu quả kinh tế của mỏ Vì vậy, việc đảm bảo hiệu quả sử dụng khí bơm ép (gaslift) cho các giàn đầu giếng ngày càng trở

nên cấp thiết, đòi hỏi phải nghiên cứu, tối ưu hóa chế độ công nghệ cho từng loại giếng, lượng khí phân bổ cho các giếng trên toàn mỏ mà vẫn đảm bảo được sản lượng khai thác dầu trong từng giai đoạn khai thác của mỏ

5.2 Ý nghĩa thực tiễn:

Luận văn nghiên cứu cả các giếng đang khai thác dầu bằng bơm ép khí (gaslift) và bơm điện chìm (ESP) có bơm ép khí kết hợp để đưa ra các phương pháp tối ưu lưu lượng khí bơm ép (gaslift) cho các giếng đang khai thác để tối đa lưu lượng dầu khai thác được tại mỏ nhằm tối ưu chi phí sản xuất

Khi khai thác bằng bơm điện chìm, muốn tối ưu hóa lưu lượng cần phải tăng tần số lên mức tối đa và sẽ làm cho nhiệt độ của bơm tăng lên giá trị tới hạn, ảnh hưởng đến tuổi thọ của bơm

Xuất phát từ yêu cầu tăng sản lượng các giếng sử dụng bơm điện chìm, đồng thời giảm tải cho bơm ESP (giảm áp suất đầu ra, giảm tần số, công suất) giúp tăng tuổi thọ cho bơm trong khi vẫn đảm bảo tối ưu hóa sản lượng

Đảm bảo thời gian sản xuất của giếng là liên tục, giếng vẫn khai thác bằng khí nâng trong trường hợp bơm điện chìm gặp sự cố, tránh trường hợp khi bơm dừng hoạt động mới kích hoạt bơm ép khí

6 Tài liệu cơ sở của luận văn

Luận văn được xây dựng trên cơ sở các tài liệu: multiphase flow in wells, petroleum production systems, production optimization, engineering handbook, phương pháp phân tích hệ thống ứng dụng trong kỹ thuật dầu khí, tài liệu cơ sở khoan và khai thác ngoài ra còn một số tài liệu khác

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Hiện nay, các phần mền chuyên nghiệp như Pipesim, IPM, well flow… vẫn sử dụng các tương quan thực nghiệm cũng như các mô hình cơ học để tính toán Từ đó ta thấy được ý nghĩa của các mô hình dòng chảy trong giếng là bài toán thực tiến với tầm quan trong không nhỏ trong công tác thiết kế giếng cũng như một số lĩnh vực khác

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MỎ X – Y VÀ DỮ LIỆU TÍNH TOÁN ĐẦU VÀO

Diện tích ban đầu của lô là 11.900 km2 Kết thúc thời kỳ thăm dò nhà điều hành đã trả lại toàn bộ diện tích không phát hiện được dầu khí thương mại (Khoảng 98,9% diện tích ban đầu của lô hợp đồng) Diện tích còn lại của lô hợp đồng là 115,81 km2 cho mỏ X – Y

X - Y nằm ở phía Đông Bắc bồn trũng Cửu Long, cách Vũng Tàu khoảng 160 km về hướng Đông, nơi có độ sâu nước biển xấp xỉ 70m

Trong sơ đồ khai thác, dòng sản phẩm khai thác từ các giếng của mỏ X và Y sẽ được vận chuyển về tàu FPSO qua hệ thống đường ống ngầm dưới biển Dòng sản phẩm dầu khí được đưa vào hệ thống xử lý, tách lọc trên tàu FPSO Sau khi xử lý, dầu sẽ được trữ tại FPSO để xuất bán Ngoài ra, trên FPSO cũng được thiết kế hệ thống bơm ép khí nâng cho giếng khai thác và hệ thống bơm ép nước xuống vỉa nhằm cung cấp cho 2 giàn đầu giếng X – Y qua hệ thống đường ống nội mỏ

1.1 Thiết bị công nghệ 1.1.1 Giàn đầu giếng (WHP): Thiết kế giàn đầu giếng:

10 20 Cấu trúc giàn khai thác

Số giếng khai thác 12: 8 giếng khai thác, 4 giếng bơm ép nước 12: 10 giếng khai thác (6 ESPs), 2 giếng bơm ép nước Trọng lượng (Tấn):

Chân đế Khối thượng tầng Ống cọc Phần khoan

1.796 897 1.361 182

1.810 931 1.339 Chiều cao (mét) tính từ mặt nước:

Sân bay (Helideck) Weather deck

Sàn khai thác chính (Maindeck) Sàn khai thác phụ (Sub-maindeck)

27 24,5 17,5 13

27 24.5 17,5 13 Công suất

Khí (MMSCF) Gas lift (kpa) Bơm ép nước (bwpd) Áp suất bơm ép (kpa)

11 10.304 10.000 13.790

8 8.963 6.500 5.515

Đường ống nội mỏ

Bảng 1.2 Thông số đường ống nội mỏ X – Y

Các đường ống nội mỏ Từ Đến Chiều dài (m) Đường (inch) kính

Áp suất/Nhiệt độ thiết kế (kpa /

1.1.2 FPSO: Công xuất xử lý:

Chất lỏng : 27.000 thùng/ngày Khí

Khai thác : 10 – 13,3 triệu bộ khối/ngày Bơm ép :18 triệu bộ khối/ngày

Xuất bán : 8 triệu bộ khối/ngày Sử dụng nội mỏ : 5 triệu bộ khối/ngày Nước

Khai thác : 13.000 thùng/ngày Bơm ép : 15.000 thùng/ngày 1.2 Dữ liệu tính toán đầu vào:

Thông số vỉa

Hình 1.1 Thông số vỉa Thông số vị trí bơm ép khí:

Hình 1.2 Thông số vị trí bơm ép khí Thông số DHG:

Well

Hình 1.3 Thông số DHG Dữ liệu khai thác các giếng:

Hình 1.4 Dữ liệu khai thác các giếng

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHAI THÁC VÀ PHÂN TÍCH ĐIỂM NÚT

2.1 Vỉa và khả năng cho dòng

Khả năng cho dòng của vỉa được coi là lưu lượng của dầu và khí với một áp suất đáy giếng cho trước, và áp suất đáy giếng là yếu tố quan trọng đối với khả năng cho dòng của vỉa Khả năng cho dòng của vỉa sẽ xác định loại hoàn thiện giếng và phương pháp khai thác nhân tạo được sử dụng Khả năng cho dòng của vỉa phụ thuộc vào các yếu tố:

Áp suất vỉa

Bề dày khoảng cho dòng và độ thấm của vỉa Loại bán kính vỉa và độ lớn bán kính

Bán kính giếng khoan Tính chất chất lưu trong vỉa

Điều kiện các vùng lân cận đáy giếng Độ thấm tương đối của vỉa

Khả năng cho dòng của vỉa có thể được mô hình toán học dựa trên các dạng cơ chế của dòng chảy như dòng chảy tức thời, dòng chảy ổn định và dòng chảy giả ổn định Phân tích mối tương quan giữa áp suất đáy giếng và lưu lượng khai thác có thể được biểu diễn dạng toán học dựa vào cơ chế dòng chảy Mối quan hệ này được biểu diễn gọi là “Mối tương quan hiệu suất dòng vào” (IPR)

2.1.1 Cơ chế dòng chảy:

Khi một giếng thẳng đứng khai thác dầu với lưu lượng q, nó sẽ tạo ra một phễu áp suất có bán kính r xung quanh thân giếng Trong mô hình này, h là bề dày vỉa, k là khả năng thấm dầu theo phương ngang, µo là độ nhớt của dầu, Bo là thể tích thành hệ, rw là bán kính của giếng, pwf là áp suất đáy giếng, p là áp suất vỉa ở khoảng cách r tính từ tâm giếng

Hình 2.1 Mô hình dòng chảy trong giếng [14] 2.1.2 Dòng chảy tức thời:

Dòng chảy tức thời được định nghĩa là cơ chế dòng chảy mà bán kính ảnh hưởng của áp suất giếng không đạt đến ranh giới của vỉa Trong giai đoạn dòng chảy tức thời, phễu áp suất phát triển nhỏ so với kích thước vỉa Do đó, vỉa hoạt động như một vỉa vô cùng lớn theo quan điểm phân tích áp suất nhất thời

Giả sử dòng chảy là một pha, thì theo Dake (1978) lưu lượng khai thác cố định được diễn giải bằng công thức:

Pwf = pi – . µ x 𝑙𝑜𝑔𝑡 + 𝑙𝑜𝑔

ص − 3.23 + 0.87𝑆 (2.1) [14] Trong đó:

Pwf: áp suất đáy giếng, psia Pi: áp suất vỉa ban đầu, psia

Q: lưu lượng dầu khai thác, thùng/ngày µo: độ nhớt của dầu, cp

k: độ thấm của dầu, md h: bề dày vỉa, ft

t: thời gian cho dòng, giờ

Ø: độ rỗng Ct: tổng độ nén

Rw: bán kính giếng, ft S: hệ số nhiễm bẩn

Earlougher (1977) đã đưa ra phương trình áp suất giếng không thay đổi:

Đối với các giếng khí cho dòng chảy tức thời thì:

Dòng chảy trạng thái ổn định'' được định nghĩa là một chế độ dòng chảy trong đó áp suất tại bất kỳ điểm nào trong vỉa vẫn không đổi theo thời gian Điều kiện dòng chảy này chiếm ưu thế khi áp suất phễu đã lan truyền đến một áp suất không đổi ranh giới Ranh giới áp suất không đổi có thể là một tầng chứa nước hoặc một giếng phun nước, trong đó pe đại diện áp suất tại ranh giới áp suất không đổi Giả sử dòng chảy là đơn pha, mối quan hệ lý thuyết sau đây có thể là bắt nguồn từ định luật Darcy cho vỉa chứa dầu theo điều kiện dòng chảy trạng thái ổn định do áp suất biên không đổi tại bán kính re của giếng khoan:

Trong đó 𝑝̅ là áp suất vỉa trung bình tính bằng psia

Nếu diện tích cho dòng không phải dạng hình tròn thì phương trình sau được sử dụng:

Trong đó:

A: diện tích cho dòng, ft2 ɣ = 1.78 là hằng số euler

CA: hệ số hình dạng của dòng, 31,6 áp dụng cho dạng hình tròn

Hình 2.2 Cách xác định CA [14] Đối với giếng khí thì công thức sau được dùng:

𝑞 =

(2.11) [14]

𝑎 = + +

/ (2.12) [14] 𝐼 = (2.13) [14]

Trong đó:

KH: là độ thấm ngang trung bình, md KV: độ thấm đứng, md

ReH: bán kính của diện tích cho dòng, ft L: chiều dài của giếng ngang (L/2 <0.9reH),ft 2.2 Mối quan hệ hiệu suất dòng vào:

IPR được dùng để đánh giá khả năng cho dòng của vỉa trong kỹ thuật khai thác dầu khí Đường cong IPR thể hiện mối tương quan giữa áp suất đáy giếng và lưu lượng dòng chảy Độ lớn của độ dốc đường cong IPR được gọi là “hiệu suất khai thác” (ký hiệu là PI hay J), trình bày theo công thức:

𝐽 = (2.14) [14]

J không phải là hằng số trong vùng dòng chảy hai pha

Hình 2.3 Dạng J trong một giếng dầu [14]

Đường cong IPR thường được xây dựng dựa trên việc sử dụng mô hình dòng vào của vỉa