TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHAI THÁC DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GASLIFT

1 Các thông số của giếng thiết kế. Các thông tin về giếng cho ở bảng sau đây : Bảng 1. Các thông số của vỉa và giếng. TT Các thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị 1 Độ sâu của giếng H 3500 m 2 Độ dài ống chống khai thác L 3446 m 3 Đường kính ống chống khai thác Dg 194 mm 4 Đường kính ống khai thác Dk 73 mm 5 Độ nghiêng của giếng 0 Độ 6 Khoảng mở vỉa sản phẩm Hmv 33043324 m 7 Độ sâu đặt paker Lp 3272,64 m 8 Lưu lượng chất lỏng thiết kế Qcl 390 bblngđ 9 Yếu tố khí dầu G0 120 m T 10 Tỷ trọng của dầu d 0,85 11 Tỷ trọng của nước n 1,05 12 Tỷ trọng của khí nén kn 0,65 13 Độ nhớt dầu trong điều kiện vỉa 0,1 mPa.s 14 Độ nhớt của dầu đã tách khí o 0,4 mPa.s 15 Độ ngậm nước fnc 50 % 16 Nhiệt độ đáy giếng (nóc vỉa) Tv 120 C 17 Nhiệt độ chất lỏng tại miệng giếng Tlm 60 C 18 Nhiệt độ khí nén tại miệng giếng Tgm 30 C 19 Áp suất tại miệng giếng Pmg 12 At 20 Áp suất vỉa P 217 at 21 Áp suât bão hòa P 150 at 22 Áp suất khởi động của khí nén Pkđ 100 at 23 Áp suất làm việc của khí nén Plv 85 at 24 Hệ số hòa tan của khí trong dầu 0,6 1at 25 Hệ số sản phẩm của giếng K 0,5 Tngđ.at 26 Gradien địa nhiệt Gđ 3 0C100m 27 Thể tích ép khí tối đa Qk 600.000 Cu.ftngđ

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHAI THÁC DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GASLIFT Các thông số giếng thiết kế Các thông tin giếng cho bảng sau : Bảng Các thông số vỉa giếng TT Các thông số Độ sâu giếng Độ dài ống chống khai thác Kí hiệu H c Giá trị 3500 3446 Đơn vị m m θ 194 73 mm mm Độ Hmv Lp Qcl G0 3304-3324 3272,64 390 120 m m bbl/ngđ 0,85 m /T - 1,05 - 0,65 0,1 - mPa.s 0,4 mPa.s % L Dg Dk Đường kính ống chống khai thác Đường kính ống khai thác Độ nghiêng giếng Khoảng mở vỉa sản phẩm Độ sâu đặt paker Lưu lượng chất lỏng thiết kế Yếu tố khí dầu 10 Tỷ trọng dầu γ 11 Tỷ trọng nước γ 12 13 Tỷ trọng khí nén Độ nhớt dầu điều kiện vỉa γkn µ 14 Độ nhớt dầu tách khí µ 15 Độ ngậm nước fnc 50 16 Nhiệt độ đáy giếng (nóc vỉa) Tv 120 17 Nhiệt độ chất lỏng miệng giếng Tlm 60 18 Nhiệt độ khí nén miệng giếng Tgm 30 19 20 Áp suất miệng giếng Áp suất vỉa Pmg v 12 217 C At at 21 Áp suât bão hòa bh 150 at 22 23 24 Áp suất khởi động khí nén Áp suất làm việc khí nén Hệ số hòa tan khí dầu 100 85 0,6 at at 1/at d n dv o P P Pkđ Plv α C C 25 26 Hệ số sản phẩm c giếng Gradien địa nhiệt K Gđ 0,5 T/ngđ.at C/100m 27 Thể tích ép khí tối đa Qk 600.000 Tính toán cột ống nâng cho giếng thiết kế 2.1 Xác định chiều dài cột ống nâng L Để tính toán chiều dài cột ống nâng (L) ta áp dụng công thức sau: L=H− 10( Pd − Pde ) γ hh (5.1) Ta có: + Pde = Plv - = 85 – = 81 (at) + Theo công thức tính lưu lượng khai thác: Q = K(Pv – Pd) Qd = Qcl γd = 62 0,85 = 52,7(m /ngđ ) →Pd=Pv - = 217 – = 111,6 (at) + Trọng lượng riêng trung bình hỗn hợp dầu: γ d + γ de γhh = (5.2) Trong đó: + γd: Trọng lượng riêng hỗn hợp dầu khí đáy giếng (Qcl + 43,2.D γ cl ).γ cl Qd (G0 − α Pd ).γ cl + Qcl + 43,2 D γ cl ( Pd + 1).γ d γd = (5.3) (γcl = γd = 0,85g/cm3 -.Trọng lượng riêng chất lỏng dầu giếng) (62 + 43,2.7,64 2.0,85).0,85 γd = = 0,8405(G / cm ) 52,7.(120 − 0,6.111,6).0,85 + 62 + 43,2.7,64 2.0,85 (111,6 + 1).0,85 + γde : Trọng lượng riêng hỗn hợp dầu khí đế ống nâng (Qcl + 43,2.D γ cl ).γ cl Qd (G0 − α Pde ).γ cl + Qcl + 43,2 D γ cl ( Pde + 1).γ d γde= (5.4) Cu.ft/ngđ γ de = (62 + 43,2.7,64 2.0,85).0,85 = 0,8327(G / cm ) 52,7.(120 − 0,6.81).0,85 + 62 + 43,2.7,64 2.0,85 ( 81 + 1).0,85 Thay kết tính thay vào công thức (5.2) ta được: hh= = 0,8366 (G/cm ) Vậy chiều dài ống nâng:L= 3500 – = 3134,23(m) Trong trình khai thác mực nước động hạ xuống,lưu lượng khai thác giảm dần áp suất vỉa giảm dần Để nâng cao hiệu khai thác giảm chi phí cho việc nâng ống sau này,theo kinh nghiệm thiết kế người ta đặt ống nâng cách vỉa khoảng 2050 (m) n Vậy chiều dài ống nâng là: L = 3134,23 – 20 = 3114,23 (m) 2.2 Xác định đường kính cột ống nâng Đường kính cột ống nâng giếng làm việc chế độ tối ưu xác định theo công thức: 0,235 dtư = Q0 ε (1 − ε ).γ cl (5.5) ε: độ nhấn chìm tương đối cột ống nâng = 10 = 10.= 0,2607 → dtư = 0,235 =2,0146(inch) = 51,17(mm) n Tiêu chuẩn hóa ta chọn đường kính ống nâng d ≈ 2,5 (inch) = 63 (mm) Xây dựng biểu đồ xác định độ sâu đặt van gaslift Thường sử dụng phương pháp xác định chiều sâu đặt van Gaslift: Phương pháp giải tích phương pháp đồ thị Camco ( có phương pháp toán đồ Liên Xô) Hiện Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro có sẵn chương trình phần mềm máy tính, người thiết kế giếng cần đưa số liệu đầu vào có kết cách nhanh chóng xác Trong đồ án này, độ sâu đặt van gaslift xác định theo phương pháp đồ thị Camco Trong biểu đồ biểu thị số đường thay đổi thông số giếng phụ thuộc áp suất, chiều sâu giếng Lưu lượng thể tích khí ép tối đa : Qk = 600000 (Cu.ft/d) Lưu lượng khai thác : Qd = 52,7 (m /ngđ) = 331,47(bbl/d) Áp suất miệng giếng : Pm = 12 (at) = 170,68 (psi) γ Tỷ trọng khí dầu : d = 0,85 (G/cm3 ) Chiều sâu đặt paker : Lpk = 3272,64 (m) = 10734,26 (ft) Nhiệt độ vỉa :Tv= 120 0C Nhiệt độ khí nén miệng giếng :Tgm = 30 0C Nhiệt độ chất lỏng chảy miệng giếng : TLm = 60 0C Tỉ trọng chất lỏng giếng : n =1,05 3.1 Xây dựng đường cong phân bố áp suất lỏng khí (GLR) cột ống nâng (đường số 1) Tỷ lệ GLR chất lỏng khai thác sau ép khí vào giếng : Với lưu lượng khí ép tối đa 600000 (Cu.ft/d) lưu lượng khai thác 331,47 (bbl/d), ta tính GLR chất lỏng ép khí là: GLR = + G0= 1810,12+572,68 = 2383(Cu.ft/bbl) (CÁCH ĐỔI GO ) ?????????? Các đường cong chuẩn (hình 5.1) đường đặc trưng áp suất miệng Vì với giếng có áp suất miệng Pm = 170,68 (psi) ta cần thực bước sau: ta dịch dọc theo trục độ sâu cho điểm áp suất miệng 170,68 (psi) nằm đường GLR = 2383 Vẽ đường cong GLR=2383 lên hình vẽ ta đường số (hình 5.2) − Biểu đồ phân bố chất lỏng khai thác lựa chọn dựa :  Đường kính ống khai thác  Độ ngập nước sản phẩm  Lưu lượng khai thác  Tỉ trọng khí nén  Nhiệt độ trung bình dòng chảy 3.2 Xây dựng đường phân bố áp suất thuỷ tĩnh (đường số 2) Đường phân bố áp suất tĩnh xác định sau: Đường qua điểm áp suất miệng p=12at(170,68 psi) điểm áp suất thủy tĩnh độ sâu 1000m(3821ft).Ta tính áp suất thủy tĩnh độ sâu 1000m sau: Ta có phương trình: P 1000 m =P + γ n H 10 m Với: Áp suất miệng P =12at γn Tỷ trọng nước =1,05 Độ sâu cần tính toán H=1000(m) Ta kết sau: P 1000 =12 + = 117 (at) = 1664,1 (psi) 3.3 Xây dựng đường phân bố áp suất khí nén cần (đường số 3) Đường cong qua điểm áp suất khởi động 100 at(1422,3 psi) điểm áp suất khí nén độ sâu đế ống nâng Điểm xác định theo công thức sau: γ k L 29, 263 Z ( t + 27 3) PL = Pkđ.e Trong đó: PL : Áp suất khí nén độ sâu L(at) Pkđ: Áp suất khí nén khởi động miệng giếng (at) t : Nhiệt độ trung bình khí ( C) L : Độ sâu thực tế theo phương thẳng đứng (m) Z t P : Hệ số nén trung bình Phương trình giải phương pháp lặp,giá trị P sau : L xác định L P = Pkđ+ 8,2085.10-5.Pkđ.L ∗ Áp suất khí nén độ sâu đặt paker 3272,64 (m) = 10734,26 (ft) Nhiệt độ trung bình: - t - tm + tde 30 + 120 0 = = = 75 C = 167 F Hằng số phương trình mũ : γ k L 29,263.( t + 273) == 0,2 ∗ Áp suất khí nén PL: Lặp lần 1: Pkn L1= Pkđ+ 8,2052.10-5.Pkđ.L =100 + 8,2052.10-5.100.3272,64 = 126,85(at)=1804,19(psi) = = = 113,43(at) = 1613,31 (psi) t P Z Từ tra bảng 5.6c ta có = 0,801 Tính áp suất khởi động H= 3272,64 (m) P = 100.=128,36(at) = 1825,66 (psi) Nhận thấy giá trị tính xác giá trị áp suất giả định lệch 21,47(psi) ( P nên lúc chưa có dòng chảy từ vỉa vào giếng nên giá trị lưu lượng phải chọn đủ nhỏ để không làm hỏng van,ta chọn qL1= 20 m /ng.đ Thể tích khí nén qua van Vk1= (GRL - FGRL).qL1 Với GRL : Tỷ số khí lỏng nén khí qua van Và FGRL : Tỷ số lưu lượng khí riêng dòng sản phẩm n FGRL = FGOR (1-f ) = 140.( 1- 0,5 ) = 70 (m /T) Lúc chưa có dòng chảy từ vỉa vào giếng nên FRGL = kl Khi đó: V =(35,6 - 0).20 = 712 (m /ng.đ) Dưới ảnh hưởng nhiệt độ vị trí đặt van ta hiệu chỉnh lại lượng khí nén lớn qua van là: V kn max k1 tg1 =V C = 712.1,095 = 779,64 (m /ng.đ) Đường kính lỗ van,từ thông số van Áp suất khí nén cân : P kcb1 Áp suất chất lỏng cân bằng: P = 105,7 at (1504 psi) lcb1 = 40,3 at (572,8 psi) Lượng khí nén lớn nhất: V kn max = 779,64 (m /ng.đ) v1 Tra bảng 5.3a,b ta xác định đường kính lỗ van d =1/8” (inch) c Xác định áp suất mở van điều kiện chuẩn 15,50C (600F) Điều nhằm xác định áp suất mở van điều kiện chuẩn tương đương với áp suất mở van điều kiện giếng van trình cần sửa chữa lắp đặt van mặt đất Với đường kính lỗ van 1/8”(inch) tra bảng hệ số hiệu chỉnh lỗ van (Bảng5.4) ta có hệ số Fl1 = 0.0716; để xác định giá trị hiệu dụng Ct1 ta cần phải tính: Áp suất mở van điều kiện bề mặt(áp suất buồng khí): Pbm1 = Pkcb1 + Plcb1 Fl1 105,7 + 40,3.0,0716 = = 101,33at + Fl1 + 0,0716 Tra bảng 5.4a,b,c với TL1= 170,210F(76,80C) Ct1 =0,799 Áp suất mở van điều kiện chuẩn là: mv t1 Pkcb1 P =C ( + 4.2 Van số Plcb1 Pbm1 =101,33 at (102,7 bar) ta l1 F ) = 0,799.( 105,7 + 40,3.0,0716) = 86,8 (at) Để xác định thông số van 2, từ điểm P min1 =40,3 at (572,8 psi) hình 5.2, ta vẽ đường thẳng song song với đường áp suất thuỷ tĩnh cắt đường áp suất khí nén điểm chọn đường điểm có áp suất nhỏ so với đường bơm ép khí van làm việc số khoảng 40psi để tạo chênh áp cho khí nén qua van số vào ống nâng dễ dàng.Từ điểm vừa chọn ta vẽ đường thẳng song song với trục áp suất cắt trục độ sâu điểm,điểm độ sâu cần thiết đặt van số Tính toán tương tự van ta có thông số van sau: Độ sâu đặt van 2: H2 = 1855,91 m (6087,38ft) Nhiệt độ khí nén độ sâu đặt van 2: Tkn2 = 165,50F(74,170C) Nhiệt độ chất lỏng ống khai thác độ sâu đặt van 2: T12 = 1930F (89,40C) Áp suất khí nén vị trí van 2: Pkn2 = 1560 psi (109,7 at) Áp suất nhỏ (từ điểm đặt van) mà dòng chất lỏng ống khai thác đạt khí nén qua van 2: Pmin2 = 866 psi (60,9at) ∑ ∆P k5 Vậy P = ∆Pk kcb lcb5 + ∑ ∆P k4 = 112,07 – 5,613= 106,5 (at) P = P + f.(P Chọn f= 0% Khi đó: P = 1,083 + 4,53 = 5,613 (at) lcb =P kcb -P ) = 1344 psi (94,5 at) GRL = 1420 scf/bbl (252,8 m / m ) γ l ( H d − H ) d5 P =P 10 + = 94,5 +=125,8 (at) v d5 Vì P < P nên lúc có dòng chảy từ vỉa vào giếng l5 q = 40 m /ng.đ k5 V = (252,8 – 60,27).40 = 7701,2 (m /ng.đ) V kn max k5 = V C tg = 7701,2.1,175 = 9048,91 (m /ng.đ) v5 d = 7/32” (inch) l5 F = 0,1769 P bm5 = Pkcb + Plcb5 Fl + Fl = = 104,7 (at) t5 C = 0,732 P mv5 t5 Pkcb + Plcb5 Fl = C ( ) = 0,732.(106,5 + 94,5.0,1769) = 90,2 (at) Khoảng cách nhỏ van 200ft van số van sâu đặt Do van số van làm việc,các van lại van khởi động.Ngoài ta lắp thêm van dự phòng van làm việc phòng trường hợp van làm việc gặp trục trặc hay làm việc Bảng 2: Kết tính toán cho van Gaslift VAN VAN VAN VAN VAN VAN Độ sâu (m) 1064,86 1855,9 2434,2 2847,5 3132,2 54,9 74,2 87,9 97,79 104,57 76,8 89,4 98,56 105,2 109,72 kn 105,74 109,68 111,79 112,49 112,07 40,27 60,89 76,1 87 94,49 68,03 81,49 91 97,45 1,19 1,47 1,07 1,083 1,99 3,46 4,53 5,613 105,7 107,71 114,34 107,97 106,5 40,3 60,9 76,1 87 94,5 779,64 1242,42 5597 7291,8 9048,91 1/8 1/8 1/8 3/16 7/32 bt 101,33 105 111,8 106 104,7 mv 86,8 87 89 86 90,2 K T ( C) l T ( C) P (at) P P (at) max ∆Pk (at) (at) ∑ ∆P k P kcb (at) (at) lcb P (at) V Φ max lv (m /ng.đ) (inch) P (at) P (at) 2 4 6 8 10 10 12 12 14 30 Hình 1.1 Đường cong phân bố áp suất hỗn hợp lỏng-khí 14 16 20 14 13 DEPTH IN 1000 FEET 12 11 10 00 16 20 22 18 10 20 90 22 80 PRESSURE IN 100 PSIG 18 10 10 00 15 00 CAMCO GasLift 24 70 24 600 26 26 28 GA S-L I QU ID 500 30 32 34 36 00 100 50 32 FTP ER BB L 150 CU 30 RA T IO 25 34 36 GRA DIE N ÁP SU? T DÒNG CH? Y Ðu? ng kính ?ng nâng: 12 in ch Lu u lu ?ng khai thác: 00 bbl /d T? tr?ng khí : 0,65 T? tr?ng d?u: 0,86 T? tr?ng nu? c: 1,02 Nhi?t d? trung bình: 18 5°F 28 38 38 40 40 Hì nh 5.3a Đồ thị xác định đường kính lỗ van Hì nh 5.3b Đồ thị xác định đường kính lỗ van Bảng 5.3 Bảng hệ số áp suất cột khí - tỷ trọng 0,65 Feet 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250 2300 2350 2400 2450 2500 Factor 0.0229 0.0240 0.251 0.0263 0.0274 0.0295 0.0297 0.0309 0.0321 0.0333 0.0341 0.0356 0.0367 0.0378 0.0390 0.0402 0.0414 0.0425 0.0437 0.0449 0.0461 0.0472 0.0484 0.0496 0.0508 0.0517 0.0532 0.0544 0.0556 0.0568 0.0580 Feet 3250 3300 3350 3400 3450 3500 3550 3600 3650 3700 3750 3800 3850 3900 3950 4000 4050 4100 4150 4200 4250 4300 4350 4400 4450 4500 4550 4600 4650 4700 4750 Factor 0.0760 0.0772 0.0784 0.0795 0.0820 0.0833 0.0845 0.0858 0.0870 0.0883 0.0894 0.0907 0.0919 0.0932 0.0944 0.0956 0.0968 0.0980 0.0992 0.1005 0.1017 0.1030 0.1042 0.1055 0.1068 0.1081 0.1094 0.1106 0.1118 0.1131 0.1143 Feet 5500 5550 5600 5650 5700 5750 5800 5850 5900 5950 6000 6050 6100 6150 6200 6250 6300 6350 6400 6450 6500 6550 6600 6650 6700 6750 6800 6850 6900 6950 7000 Factor 0.1321 0.1334 0.1347 0.1360 0.1373 0.1385 0.1398 0.1411 0.1424 0.1437 0.1460 0.1463 0.1475 0.1483 0.1500 0.1513 0.1525 0.1539 0.1552 0.1566 0.1579 0.1592 0.1605 0.1619 0.1632 0.1646 0.1659 0.1672 0.1685 0.1697 0.1710 Feet 7750 7800 7850 7900 7950 8000 8050 8100 8150 8200 8250 8300 8350 8400 8450 8500 8550 8600 8650 8700 8750 8800 8850 8900 8950 9000 9050 9100 9150 9200 9250 Factor 0.1911 0.1924 0.1938 0.1952 0.1955 0.1979 0.1993 0.2006 2019 0.2032 0.2046 0.2067 0.2072 2086 0.2093 0.2113 2126 0.2133 2139 0.2140 0.2164 0.2168 0.2182 0.2195 0.2209 0.2220 0.2236 0.2250 0.2264 0.2278 0.2291 2550 2600 2650 2700 2750 2800 1850 2900 2950 3000 3050 3100 3150 3200 0.0572 0.0604 0.0616 0.0623 0.0640 0.0661 0.0663 0.0675 0.0687 0.0700 0.0712 0.0724 0.0736 0.0748 4800 4850 4900 4950 5000 5050 5100 5150 5200 5250 5300 5350 5400 5450 0.1156 0.1167 0.1182 0.1194 0.1205 0.1220 0.1232 0.1245 0.1258 0.1270 0.1283 0.1295 0.1208 0.1308 7050 7100 7150 7200 7250 7300 7350 7400 7450 7500 7550 7600 7650 7700 0.1723 0.1736 0.1749 0.1762 0.1777 0.1791 0.1805 0.1819 0.1832 0.1844 0.1857 0.1870 0.1884 0.1897 9300 9350 9400 9450 9500 9550 9600 9650 9700 9750 9800 9850 9900 9950 10000 0.2305 0.2348 0.2362 2377 0.2391 0.2404 0.2410 0.2424 0.2443 0.2462 0.2457 0.2489 0.2503 0.2516 0.2530 Bảng 5.4 Hệ số hiệu chỉnh áp suất đường kính tối đa van Hệ số hiệu chỉnh áp suất Kiểu van inch OD(outside diameter) Inch Square seat Beveled seat 1/8 0.0447 0.0716 3/16 0.1036 0.1348 7/32 0.1453 0.1769 ¼ 0.1972 0.2278 9/32 0.2620 0.3646 5/16 0.3034 0.4569 11/32 0.4454 0.5716 3/8 0.5769 0.7168 7/16 ½ Đường kính tối đa van 1” OD IPO(injection 5/16” pressure operated) PPO(production 1/4” pressure opeated) ½ inch OD Square seat 0.0170 0.0393 Beveled seat 0.0280 0.0502 0.0710 0.0807 0.1146 0.1445 0.1727 0.2496 0.3516 0.2021 0.3193 0.4262 ½ OD 1/2” 5/16” Bảng 5.5a Bảng hệ số hiệu chỉnh áp suất mở van Bảng 5.5b Bảng hệ số hiệu chỉnh áp suất mở van Bảng 5.5c Bảng hệ số hiệu chỉnh áp suất mở van Hình 5.4 Biểu đồ xác định hệ số nén ... dựng biểu đồ xác định độ sâu đặt van gaslift Thường sử dụng phương pháp xác định chiều sâu đặt van Gaslift: Phương pháp giải tích phương pháp đồ thị Camco ( có phương pháp toán đồ Liên Xô) Hiện... Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro có sẵn chương trình phần mềm máy tính, người thiết kế giếng cần đưa số liệu đầu vào có kết cách nhanh chóng xác Trong đồ án này, độ sâu đặt van gaslift xác định... hình vẽ ta đường số (hình 5.2) − Biểu đồ phân bố chất lỏng khai thác lựa chọn dựa :  Đường kính ống khai thác  Độ ngập nước sản phẩm  Lưu lượng khai thác  Tỉ trọng khí nén  Nhiệt độ trung