PHƯƠNG PHÁP GASLIFT VÀ CƠ SỞ LƯA CHỌN CHO GIẾNG THIẾT KẾ.

1.1 - Giới Thiệu về khai thác dầu bằng phương pháp gaslift Trong thực tế sản xuất, nhiều giếng, năng lượng tự nhiên của vỉa không tạo đủ sự chênh áp giữa vỉa và giếng để tạo dòng chất lư

CHƯƠNG I – TỔNG QUAN VỀ KHAI THÁC DẰU BẰNG

PHƯƠNG PHÁP GASLIFT VÀ CƠ SỞ LƯA CHỌN CHO GIẾNG THIẾT KẾ.

1.1 - Giới Thiệu về khai thác dầu bằng phương pháp gaslift

Trong thực tế sản xuất, nhiều giếng, năng lượng tự nhiên của vỉa không tạo

đủ sự chênh áp giữa vỉa và giếng để tạo dòng chất lưu từ đáy giếng lên hệ thốngthu gom trên bề mặt Một số giếng khác, áp suất vỉa không nâng lên bề mặt mộtlượng dầu như yêu cầu Các phương pháp khai thác sử dụng năng lượng từ trên

bề mặt bổ sung thêm cho năng lượng tự nhiên của vỉa được gọi là các phươngpháp khai thác cơ học

Phương pháp khai thác cơ học có bốn dạng cơ bản là Gaslift, bơm cần lắc,bơm điện chìm, và bơm thủy lực ngầm Trong đó, khai thác dầu bằng phươngpháp gasliít là phương pháp khai thác dựa trên nguyên tắc bơm nén khí cao ápvào vùng không gian vành xuyến (hay ngược lại) nhằm đưa khí cao áp đi vàotrong ống khai thác qua van gaslift với mục đích làm giảm mật độ cột chất lỏngtrên van (tăng yếu tố khí) sao cho năng lượng tự nhiên của vỉa đủ thắng tổng tổnhao năng lượng để đưa dòng sản phẩm lên bề mặt

Lựa chọn một hệ thống khai thác cơ học thích hợp cho giếng được thiết kếphụ thuộc vào một số yếu tố, giữa chúng thường có mối quan hệ với nhau Cóthể kể đến một số yếu tố như: Đặc tính của dòng dầu, lượng khí và nước hòa tantrong dầu, đặc tính của vỉa, kích thước của ống nâng và hệ thống thiết bị lònggiếng Yếu tố đầu tiên quyết định đến việc lựa chọn khai thác dầu bằng phươngpháp gasliít là nguồn cung cấp khí Nguồn khí ở đây có thể là khí đồng hànhcùng với dầu khai thác, hoặc là từ nguồn bên ngoài thì khi đó gasliít là một sựlựa chọn thích hợp Không một hệ thống khai thác cơ học nào khác sử dụng nănglượng tự nhiên tích tụ trong vỉa tối ưu như gasliữ Nếu hệ thống được tính toánchính xác, các giếng khai thác bằng phương pháp gaslift có thể thay đổi chế độ

khai thác trong một khoảng rộng bằng cách điều chỉnh thể tích khí nén trên bềmặt.

Trong các dạng khai thác cơ học, dòng chảy của chất lưu trong giếng gasliftgiống với dòng chảy trong các giếng tự phun Nó có thể được coi như là dòng tựphun mở rộng Trong một gỉếng tự phun, khi chất lưu di chuyển trong ống nâng,

áp suất cột chất lưu gỉảm xuống, khí tách ra khỏỉ chất lưu khai thác tạo thành khí

tự do Khí tự do này do nhẹ hơn dầu mà nó thế chỗ vì vậy tỷ trọng của dòng chấtlưu giảm cũng như làm giảm mạnh khối lượng cột chất lưu phía trên tầng sảnphẩm Sự giảm khối lượng cột chất lưu tạo ra chênh lệch áp suất giữa vỉa và đáygiếng dẫn đến xuất hiện dòng chảy từ vỉa vào giếng Với giếng khai thác bằng

phương pháp gaslỉít, sự chênh áp được duy trì bởi lượng khí đồng hành và lượng

khí được nén xuống

1.2 - Các dạng chế độ làm việc của gaslift

Có hai dạng hệ thống gasliữ cơ bản được sử dụng trong ngành công nghiệpdầu khí: Chế độ khai thác bằng gasliữ liên tục và chế độ khai thác bằng gasliítkhông liên tục (gaslift định kỳ)

1.2.1 - Khai thác gaslift liên tục

Gaslift liên tục được áp dụng cho các giếng có khả năng khai thác lớn,những giếng có tỷ suất khí cao dù lưu lượng giếng có thể nhỏ, những giếng cónhiệt độ vỉa cao

Khi sử dụng phương pháp gaslift liên tục, năng lượng khí nén và khí đồnghành được tận dụng tại miệng giếng để vận chuyển sản phẩm đi tiếp đến bộ phậnthu gom và xử lý Khí nén bơm vào giếng với lưu lượng tương đối ổn định hạnchế được nhiều vấn đề phức tạp trong toàn bộ hệ thống gaslift

Trong chế độ khai thác bằng gaslift liên tục, khí được nén xuống dưới cộtchất lưu với áp suất tương đối cao Khí nén này sẽ cùng với khí đồng hành nângchất lưu khai thác lên bề mặt bằng một hay nhiều cơ chế sau đây:

- Giảm khối lượng riêng của dầu cũng như giảm khối lượng cột chất lưu

khai thác dẫn đến chênh lệch áp suất giữa vỉa và đáy giếng tăng (Hình 2.2A).

- Khí nén trương nở vì vậy nó đẩy chất lỏng lên trên và giảm khối lượngcủa cả cột chất lỏng do đó tăng sự chênh áp giữa vỉa và đáy giếng (Hình 2.2B)

- Thay thế các nút chất lỏng bằng các bọt khí lớn đóng vai trò như những piston (Hình 2.2C)

1.2.2 - Khai thác bằng gaslift định kỳ

Nếu một giếng có áp suất vỉa thấp hoặc hệ số khai thác rất thấp, nó có thểđược khai thác theo cách gọi là khai thác bằng gaslift định kỳ. Tên gọi củaphương pháp này đã bao hàm ý, hệ thống này khai thác vói dòng chất lưu lên bềmặt không liên tục Trong hệ thống gaslift định kỳ, chất lưu được tích tụ dướiđáy giếng trong cột ống nâng Đến định kỳ một lượng lớn khí áp suất cao rấtnhanh được nén xuống dưới cột chất lỏng tạo thành một nút khí lớn đẩy dầu khai

Chất lỏng

(C)

Thay thế nút chất lỏng bằng bọt khí

Hình 1.1 – Ba tác động của khí trong giếng gaslift

thác lên bề mặt Tần suất của việc nén khí trong khai thác định kỳ được xác địnhbằng khoảng thời gian cần thiết để chất lưu tích tụ trong ống nâng đạt đến lượngyêu cầu Độ dài của quá trình nén khí phụ thuộc vào thời gian cần thiết để đẩymột nút chất lỏng lên bề mặt.

1.3 -Ưu điểm và hạn chế của khai thác dầu bằng phương pháp gaslift

Bởi vì chu kì khaỉ thác phụ thuộc vào điều kiện vỉa nên khai thác gasliftđịnh kỳ chỉ thích hợp cho các giếng khai thác với hệ số tương đối thấp, áp suấtđáy nhỏ, mức chất lỏng thấp Gaslift liên tục thường sẽ cho hiệu quả cao hơn vàchi phí ít hơn ở những giếng khai thác với hệ số cao hơn Tại các giếng này,dòng chất lưu khai thác được duy trì liên tục mà không cần lượng khí nén dư.Gaslift thích hợp với mọi giếng yêu cầu khai thác cơ học Nó có thể để khai tháccác giếng dầu với hệ số khai thác tối đa, ngoài ra nó còn sử dụng để gọi dòng, đểkéo dòng của những giếng bơm ép nước, hoặc để xả nước từ các giếng khí

1.3.1 - Ưu điểm của phương pháp khai thác dầu bằng gaslift

- Chi phí ban đầu cho thiết bị lòng giếng thường thấp

- Ứng dụng linh hoạt hơn so với các dạng khai thác cơ học khác Hệ thống

có thể được thiết kế để nâng dầu ở một độ sâu nhỏ lúc giếng mới đưa vào khaithác và nâng dầu từ đáy giếng ở cuối quá trình khai thác Hệ thống gaslift chophép khai thác với lưu lượng lớn từ một đến nhiều nghìn thùng một ngày

- Hệ số khai thác được điều khiển ngay trên bề mặt

- Cát trong chất lưu khai thác không ảnh hưởng đến thiết bị gaslift

- Gaslift không bị ảnh hưởng do sự cong lệch của giếng khoan

- Các bộ phận hầu như không chuyển động giúp hệ thống gaslift có thờigian sử dụng lâu hơn khi so sánh với các dạng khác của khai thác cơ học

- Chi phí vận hành hệ thống gaslift tương đối thấp

- Xử lý triệt để khí đồng hành

- Thiết bị chính của hệ thống gaslift là máy nén khí được lắp đặt ngay trên

bề mặt nên nó dễ dàng được kiểm tra, sửa chữa, bảo dưỡng Có thể chạy bằng

khí hoặc điện.

- Có thế sử dụng kĩ thuật tời trong sửa chữa thay thế thiết bị lòng giếng.Điều này không những tiết kiệm thời gian mà còn làm giảm chỉ phí sửa chữa

1.3.2 - Han chế của phương pháp khai thác dầu bằng gaslift

- Để hệ thống gaslift làm việc thì phải có nguồn khí Trong một vài trườnghợp khí nén được sử dụng là không khí, khí thải hoặc khí nitơ nhưng chúngthường tốn kém hơn và khó làm việc hơn so với khí đồng hành khai thác được

- Nếu khí nén được sử dụng có tính chất ăn mòn thì nó sẽ làm tăng chi phícho quá trình vì để xử lý làm khô trước khi sử dụng

- Việc chuyển đổi một số giếng sang khai thác gaslift yêu cầu các ốngchống phải nguyên vẹn trong khi hệ thống bơm yếu tố này không quan trọng

- Đối với những giếng có mực nước động quá thấp, phương pháp gasliítliên tục ko thể so sánh hiệu quả với việc sử dụng hệ thống bơm Tuy nhiên, sửdụng gaslift định kỳ lại cho hiệu quả cao hơn trong một số trường hợp

- Việc lắp đặt hệ thống gaslift bao gồm các máy nén khí thường yêu cầuthời gian dài hơn so với khi lắp đặt các máy bơm Thêm vào đó, đôi khi chi phílắp đặt hệ thống gaslift lại tốn kém hơn so với hệ thống bơm

1.4 - Cơ sở để áp dụng phương pháp gaslift ở mỏ Bạch Hổ

Điều kiện khai thác dầu ngoài biển phức tạp và khó khăn hơn rất nhiều sovới đất liền Do vậy thời gian khai thác và phát triển mỏ thường kéo dài trongkhoảng 20-30 năm vì vậy bên cạnh việc đưa nhanh tóc độ khoan và đưa giếngmới vào khai thác, chúng ta cần áp dụng các phương pháp khai thác khác nhau,nhằm gia tăng sản lượng khai thác và tận dụng cơ chế năng lượng của vỉa sảnphẩm

Với điều kiện hiện tại ở mỏ Bạch Hổ ngoài đối tượng móng đang khai tháctheo chế độ tự phun cho sản lượng cao và áp suất giảm không đáng kể, thì hầuhết các giếng khai thác ở tầng Mioxen và Oligoxen đã ở thời kỳ cuối của quátrình tự phun hoặc ngừng phun và bị ngập nước Do đó việc đưa các giếng này

vào khai thác thứ cấp là rất cần thiết.

Để có cơ sở lựa chọn phương pháp khả thi và hiệu quả nhất đối với điềukiện mỏ Bạch Hổ cần phải xét đến các yếu tố sau:

- Tính chất lưu thể của vỉa (dầu, khí, nước)

- Tính chất collector của đá chứa

- Điều kiện địa chất của mỏ tiến hánh khai thác

- Tình trạng kỹ thuật áp dụng trên mỏ, công nghệ và thiết bị hiện có

- Điều kiện thời tiết, khí hậu và kinh tế xã hội

- Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật thông qua các thí nghiệm trên mỏ.Năm 1989, Viện nghiên cứu khoa học và thiết kế dầu khí biển của xí

nghiệp liên doanh Vietsopetro đã tiến hành thử nghiệm với bộ máy bơm pistonthủy lực và máy bơm ly tâm điện chìm trên một số giàn cố định Kết quả thựcnghiệm cho thấy khả năng sử dụng piston thủy lực khi khai thác các giếng có lưulượng 30-50 m3/ngđ và sản phẩm khai thác có độ ngậm ngước cao là không hiệuquả Các lần thử nghiệm máy bơm thủy lực đã chỉ ra hàng loạt nhược điểm vềđặc tính kỹ thuật của máy bơm, do vậy máy bơm không bền và chóng hỏng

Từ năm 1991 tại mỏ Bạch Hổ đã tiến hành thử nghiệm khai thác bằng máybơm ly tâm điện chìm với mục đích xác định phạm vi sử dụng của máy bơm đốivới mỏ dầu có yếu tố khí cao và nhiệt độ vỉa cao Kết quả thí nghiệm như sau:

- 50% hỏng hóc của máy bơm ly tâm điện chìm xảy ra ở phần điện trong đó

có 30% hỏng là do đường dây điện bị xây xước trong khi thả máy bơm xuốnggiếng nghiêng và sâu

- 83% máy bơm ly tâm điện chìm làm việc trong điều kiện có hệ số hiêudụng tối ưu

- Chu kỳ giữa hai lần sửa chữa giếng khai thác bằng máy bơm ly tâm điệnchìm tại mỏ bạch Hổ thay đổi trong phạm vi tương đối lớn, trung bình từ 6-8tháng

- Kết quả thí nghiệm cho thấy nhiệt độ làm việc của động cơ, nhất là khi

khai thác ở tầng móng có nhiệt độ cao Trong điều kiện như vậy, tuổi thọ và khảnăng làm việc của máy bơm giảm Mặt khác ở mỏ Bạch Hổ có nhiều giếngkhoan nghiêng, khoan ngang có độ nghiêng lớn, điều đó dẫn tới khó khăn trongviệc

thả máy bơm Hệ thống bảo vệ dây cáp bị xây xát trong quá trình thả hoặcmáy bơm có thể kẹt không quay được do độ nghiêng của giếng

Bên cạnh đó, phần lớn giếng ở mỏ Bạch Hổ có đường kính ống chống khaithác là 168 mm Với đường kính đó nếu lưu lượng khai thác nhỏ hơn 200m3/ngếđthì có thể sử dụng máy bơm ly tâm điện ngầm, đối với các giếng có độ sâu 3500

m và không thể sử dụng máy bơm ly tâm điện ngầm để khai thác với sản lượnglớn hơn 300 T/ng.đ Vì đường kính ống chống khai thác nhỏ

Nếu dùng máy bơm ly tâm điện chìm cho toàn bộ mỏ, đặc biệt với cácgiếng khai thác trên giàn nhẹ thì vấn đề kéo thả máy bơm trong quá trình sửachữa trở thành nan giải vì cần đến tàu khoan và điều kiện thời tiết cho phép Giảipháp sử dụng máy bơm ly tâm điện chìm để khai thac chỉ có tính khả thi khi khaithác cục bộ ở từng giếng

Từ những vấn đề thực tế nêu trên, việc sử dụng bơm ly tâm điện chìm gặpkhông ít khó khăn cũng như cấu trúc giàn BK Ngày nay với lưu lượng khí đồnghành cao và áp suất lớn cho phép mỏ Bạch Hổ áp dụng phương pháp khai thácbằng gasliít trên toàn bộ mỏ Nó đã chứng tỏ nhiều ưu điểm so với các phươngpháp khai thác cơ học khác, không những về mặt kỹ thuật, công nghệ mà còn vềmặt kinh tế Do vậy việc áp dụng phương pháp khai thác dầu bằng gasliít là hiệuquả và thích hợp đối với giếng thiết kế

1.5 - Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của phương pháp Gaslift

- Lưu lượng khí nén : Để khai thác có hiệu quả ta phải đảm bảo đủ khí néntheo yêu cầu Lưu lượng này được tính bằng tổng lưu lượng khí nén được bơmvào tất cả các giếng trong vùng khai thác Khai thác sẽ đạt hiệu quả khi khí bơm

ép đạt được lưu lượng tối ưu

Cấu trúc ống khai thác: Để khai thác ổn định, kích thước ống khai thác là một yếu

tố quan trọng khi thiết kế Kích thước của ống khai thác quá nhỏ sẽ gây ra tổn thất ma sát Tuy nhiên nếu quá lớn sẽ làm cho dòng chảy mất ổn định Để thiết kếđược ống khai thác tối ưu cho dòng chảy hai pha trong giếng thẳng đứng

- Chất lượng khí nén : thông thường trước khi bơm khí vào giếng người taphải xử lý chúng, bởi các tạp chất lẫn trong khí Hiệu quả của hệ thống khai thácbằng Gaslift phụ thuộc vào áp suất cao của khí có sẵn

- Máy nén khí : máy nén khí được lựa chọn phù họp với giá trị áp suất, khảnăng áp dụng, công suất, môi trường hoạt động và nguồn kinh phí

- Ngoài ra hiệu quả của phương pháp khai thác bằng Gaslìt còn phụ thuộcvào hệ số sản phẩm, lượng khí tách ra khỏi dầu và áp suất trên nhánh xả

1.6 - Các cấu trúc cơ bản của hệ thống ống nâng khi khai thác bằng phương pháp Gaslift.

Nhằm mục đích khai thác dầu bằng khí nén, phụ thuộc vào từng điều kiệnkhai thác cụ thể của từng giếng mà người ta thiết kế các cấu trúc ống khác nhau

về số lượng cột thả vào giếng cũng như các hướng của dòng sản phẩm và dòngkhí nén Các cấu trúc cột ống được phân loại như sau:

- Theo hướng của dòng khí nén và dòng sản phẩm được phân ra hai chế độkhai thác : chế độ vành xuyến và chế độ trung tâm

- Theo số lượng cột ống thả vào giếng người ta chia ra: cấu trúc một cột ống

và cấu trúc hai cột ống

- Theo số lượng cột ống thả vào giếng và hướng đi của khí nén và dòng sảnphẩm ta có 4 cấu trúc hệ thống khai thác sau:

Cấu trúc: Chế độ vành khuyên 1 cột ống (hình 2.2a).

Cấu trúc: Chế độ vành khuyên 2 cột ống (hình 2.2b)

Cấu trúc: Chế độ trung tâm 1 cột ống (hình 2.2c)

Cấu trúc : Chế độ trung tâm 2 cột ống (hình 2.2d)

1.6.1 - Giếng khai thác bằng phương pháp Gaslift theo chế độ vành xuyến

 Cấu trúc cột ống : theo cấu trúc 2 cột ống khai thác thả lồng vào nhau, khí

được ép vào vùng không gian vành xuyến giữa hai cột ống, còn hỗn họpsản phẩm khai thác đi lên theo ống nằm bên trong Như thế cột ống ngoàiđược gọi là cột ống bơm ép (cột ống thứ phất), còn cột ống bên trong đượcgọi là cột ống khai thác (cột ống thứ hai)

Ưu điểm của cấu trúc hai cột ống:

- Chế độ khai thác với dao động áp suất làm việc ít (vì thế vùng khoảngkhông vành xuyến giữa hai cột ống nhỏ hơn so với cấu trúc một cột ống)

- Cột ống chất lỏng ở vùng khoảng không vành xuyến giữa cột ống thứ nhất

và cột ống khai thác có tác dụng điều hoà chế độ làm việc của giếng

Khí

Khí nén

Sản

phẩm

Khí nén

Sản phẩm

Hình 1.2 – Sơ đồ cấu trúc hệ thống khai thác bằng Gaslift

 Cấu trúc một cột ống : đối với cấu trúc kiểu này cột ống thả vào giếng chính

là cột ống khai thác, còn cột ống chống khai thác sẽ là cột ống bơm ép Khínén được bơm ép vào vùng vành xuyến giữa cột ống khai thác và cột ốngchống khai thác Như vậy mực chất lỏng khi giếng làm việc sẽ nằm ngay tạiđáy ống

+ Ưu điểm cấu trúc một cột ổng theo chế độ vành xuyến:

- Đơn giản, gọn nhẹ, sử dụng triệt để cấu trúc của giếng

- Tăng độ bền của ống khai thác

- Dễ nâng cát và vật cứng ở đáy giếng lên mặt đất

- Dễ xử lý khi có parafin lắng đọng

- Thuận lợi khi trang bị van Galift khởi động

+ Nhược điểm :

- Áp suất khởi động lớn (so với chế độ trung tâm)

- Áp suất đáy giếng giảm đột ngột khi khởi động và ngừng nén khí làm hưhỏng vùng cận đáy giếng và tạo nút cát lấp ống lọc Để khắc phục nhược điểmnày người ta lắp van Gaslift khởi động và lắp đặt Paker

1.6.2 - Giếng khai thác bằng phương pháp Gaslift theo chế độ trung tâm

Khí nén được bơm ép vào cột ống khai thác, còn dòng hỗn hợp sản phẩm khaithác theo vùng vành xuyến đi lên bề mặt đến hệ thống thu gom và xử lý

Giếng Gaslift làm việc theo chế độ trung tâm có một số ưu điểm cơ bản so vớichế độ vành xuyến Giảm được áp suất khởi động, đơn giản gọn nhẹ sử dụngtriệt để cấu trúc của giếng

Tuy nhiên giếng khai thác Gaslift theo sơ đồ này có một số nhược điểm sau :

- Giảm độ bền của ống chống khai thác

Giảm độ bền của ống khai thác (do vật cứng mài mòn đầu nối giữa các cột ống khai thác hay ăn mòn kim loại)

- Giảm đường kính cột ống chống khai thác do parafin hay muối lắng đọngtrên thành ống

- Khó xử lý khi parafin lắng đọng

- Áp suất đáy giếng giảm đột ngột khi khởi động và ngừng nén khí.

Trên cơ sở các ưu nhược điểm kể trên trong thực tế thường sử dụng chế

độ cột ống vành xuyến một cột ống Tuỳ theo việc trang bị paker và van ngượctrong hệ thống mà chia ra 3 trạng thái cấu trúc cơ bản sau :

- Hệ thống khai thác dạng mở (hình 1.3a) : Không trang bị paker và vanmột chiều, áp suất khởi động lớn hơn áp suất khí nén, áp dụng khi khai thácbằng phương pháp Gaslift liên tục

- Hệ thống ống khai thác dạng bán đóng (Hình 1.3c): Trang bị paker khôngtrang bị van một chiều, áp dụng khi khai thác bằng Gaslift định kỳ

Hình 1.3 - Sơ đồ cấu trúc vành xuyến một cột ống

Hình 2.4 - Sơ đồ biến thiên áp suất theo thời gian khi khởi động

- Mực thuỷ tĩnh trong giếng

- Tỷ trọng của chất lỏng trong giếng

Đường biến thiên Pkđ theo thời gian (đến khi giếng làm việc bình thường) thể hiện qua đồ thị :

1.7.2 - Các phương pháp làm giảm áp suất khỏi động

Việc khai thác dầu khí ở mỏ Bạch Hổ thường sử dụng cấu trúc một cột ốngchế độ vành xuyến, áp suất khởi động của cấu trúc một cột ống này được tínhtheo công thức :

2 2

Vì D và d là cấu trúc đã có sẵn nên muốn giảm áp suất khởi động thì ta phải

tìm mọi cách giảm p và h.

P(at)

1.7.2.1 - Các phương pháp làm giảm h

 Phương pháp ép chất lỏng vào vỉa

Khí nén với một áp suất cực đại vào giếng sau đó đóng giếng lại cho chấtlỏng thấm vào vỉa (nhằm giảm h) Dưới tác dụng của áp suất khí nén thì pkđ > Pv

nên chất lỏng thấm vào vỉa dẫn đến mực chất lỏng trong giếng giảm xuống Saumột thời gian ta mở van cho giếng làm việc bình thường thì pkđ giảm Phươngpháp này sử dụng cho những giếng có độ thấm lớn

 Phương pháp dùng đầu nối có lỗ thủng (Mupta thải)

Thả ống nâng đến chiều cao thiết kế Trên các đầu nối chuyên dụng có các

lỗ thủng (gần giống như van Gasliít) Phương pháp này có nhược điểm là trongsuốt quá trình làm việc khí ép luôn luôn đi qua lỗ thủng do vậy làm tăng chi phí

ép khí lên (vượt khoảng 10%) Để khắc phục trường hợp này người ta sử dụngvan Gaslift để thay thế các đầu nối chuyên dụng này

 Phương pháp dùng van Gaslfit

Dùng van Gaslift để khởi động sẽ làm giảm được áp suất khởi động, đồngthời giảm được chi phí áp trong quá trình làm việc Bản chất của phương phápnày à chia h ra thành nhiều đoạn hi, h2, < h Ở đây chúng ta chọn phươngpháp khởi động giếng thiết kế bằng cách đặt van Gaslift

1.7.2.2 - Các phương pháp làm giảm p

Ta có:

Để giảm áp suất khởi động ta tìm cách giảm Pl bằng phương pháp hoà khí

2 2

vào chất lỏng Hiện nay phương pháp này đang được sử dụng rộng rãi, sử dụngphương pháp này có ưu điểm là giếng làm việc êm Phương pháp này sử dụngtrong hai trường hợp sau :

 Phương pháp hoà trộn khí vào chất lỏng trên bề mặt

Quá trình hoà trộn khí như sau (Hình 1.6):

- Mở các van hút của máy bơm và van xả 1 để máy bơm hút dầu từ bể chứa

và bơm vào ngoài cần khai thác

- Mở van 2 để khí hoà chung vào dòng dầu đang bơm vào KGVX

Mở lớn dần van 2 cho khí vào giếng nhiều hơn Mở khoá trên đường 4 để

- dầu hồi về bể chứa, giảm lưu lượng dầu bơm vào giếng

- Điều chỉnh dầu để lượng khí vào giếng cực đại và dầu bơm vị ngắt bằngcách mở hết khoá van trên đường 4, đóng van và tắt máy bơm

 Phương pháp tạo nút khí xen kẽ nút dầu bơm vào khoảng không vành xuyến :Người ta bơm vào khoảng không vành xuyến một lượng khí áp suất cựcđại, dùng đường nén khí và bơm dầu vào vành xuyến để tạo ra nút dầu nén nútkhí xuống và cứ như vậy tạo ra nút khí, nút dầu, nút khí, nút dầu, Khi nhữngnút khí, nút dầu này vào trong ống sẽ nâng tỷ trọng của một chất lỏng trong ổngnâng giảm áp đáy giảm và tạo dòng chảy từ vỉa vào giếng và đẩy dầu lên tớimiệng giếng khi giếng làm việc

Hình 1.5 - Sơ đồ phương pháp hoá khí vào chất lỏng

1.Van xả 4.Đường hồi của máy bơm

2.Van chặn 5.Đường ra manifon

3.Bể chứa dầu 6.Van thuỷ lực trung tâm

1.7.2.3 - Phương pháp chuyển từ chế độ vành xuyến sang chế độ trung tâm

Để giảm áp suất khởi động người ta có thể chuyển tạm thời chế độ vành xuyến sang chế độ trung tâm, bởi vì chế độ trung tâm được xác định theo công thức sau

1.7.3 - Quá trình khỏi động giếng sau khi lắp đặt các van gaslift

Sau khi giếng được hoàn thiện hoặc được khai thác một thời gian, Mựcchất lỏng ở trong ống chống cũng như ống nâng ở gần bề mặt Áp suất khí nén

để khởi động giếng thường không đủ để đưa khí nén xuống độ sâu yêu cầu.Điều này là do áp suất ở độ sâu nén khí tạo ra bởi cột chất lỏng tĩnh trong giếng lớn hơn áp suất nén khí khởi động Trong trường hợp này, các van khởi động được thiết lập trong giếng Những van này được thỉết kế để sử dụng áp suất khí nén để khí hóa từng phần cột chất lưu khai thác trong giếng đến khi đạt độ sâu nén khí yêu cẩu

Hình 1.6 - Mực chất lưu trong ống chống và ống nâng ở gần bề mặt Không có

khí được nén vào trong vành xuyến và không có chất lưu được khai thác Tất

cả các van gaslift đều mở Áp suất để mở van do áp suất cột chất lưu trongống chống và ống nâng gây ra

TỚI HỆ THỐNG THU GOM

SIBH

Hình 1.7 - Khí nén bắt đầu được đưa xuống khoảng không vành xuyến Chất lưu

khai thác trong khoảng không vành xuyến thông qua các van gasliít đang mở dâng lên trong ống nâng Do điều này mà cần điều chỉnh tốc độ nén khí nhằm ngăn ngừa sự phá hủy van gaslit Tại thời điểm này vẫn chưa có chất lun từ vỉa vào do áp suất ở đáy giếng vẫn lớn hơn áp suất vỉa

Hình 1.8 Mực chất lỏng giảm dần đến van đầu tiên Tại vị trí này chất

lỏng trong ống nâng phía trên van số 1 giảm dần trọng lượng riêng Dần đếnlàm giảm áp suất trong ống nâng ở van số 1, hơn nữa làm giảm áp suất trong ốngnâng ở tất cả các van phía dưới Sự giảm áp suất này cho phép chất lỏng ở khônggian vành xuyến phía dưới van số 1 sẽ tiếp tục di chuyển vào trong ống nângthông qua các van phía dưới Nếu sự giảm áp suất này đủ để tạo chênh áp ở đáygiếng thì giếng bắt đầu có dòng chảy từ vỉa vào đáy giếng

Hình 1.9 - Mực chất lỏng ở không gian vành xuyến đạt tới điểm đặt van sổ

2 2 van trên cùng này đều mở và khí nén thông qua cả 2 van vào cột ống nâng.Tất cả các van phía dưới vẫn mở và cho chất lỏng đi vào ống nâng Khi mực chấtlỏng thấp hơn điểm đặt van số 2 thì van trên cũng sẽ được đóng lại và tất cả khínén thông qua van số 2 Khi áp suất ngoài cần giảm đi một lượng nhỏ sẽ làm chovan số 1 đóng lạiẳ Quá trình khởi động tiếp tục thông qua các van 2,3 và 4 đangmở

Cứ như vậy mực chất lỏng hạ xuống tới van cuối cùng là van làm việc Các van phía trên đóng trong suốt quá trình khai thác, chỉ riêng van làm việc mở

Tuy nhiên ở một số giếng người ta còn lắp thêm một số van dự phòng dướivan làm việc để dùng cho thời gian sau này khi lưu lượng của giếng giảm đi

CHƯƠNG II – LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN KHAI THÁC DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GASLIFT

2.1 – Tính toán cột ống nâng khi khống chế lưu lượng khai thác :

Xác định chiều dài cột ống nâng L(m)

Chiều dài cột ống nâng được xác định theo công thức Krulov :

Trong đó :

H: Chiều sâu của giếng (m)

Pd: Áp suất đáy giếng (at)

Pđế: Áp suất ở đế cột ống nâng, nhận sự tiêu hao áp suất trong quá trình chuyển đông của khí từ máy nén khí đến cột ống nâng là 4 at nên:

* Xác định đường kính cột ống nâng khi làm việc ở chế độ tối ưu.

Với :

Sau khi tính toán chọn giá trị d gần với đường kính chuẩn nhất

* Tính lưu lượng khi ép :

Lưu lượng riêng toàn phần tối ưu của khí (kể cả khí có lẫn trong giếng) được xác định theo công thức:

Lưu lượng riêng của khí ép :

Lưu lượng khí ép :

Go: tỷ số khí của giếng

α : Hệ số hòa tan của khí

2.2- Tính toán cột ống nâng khi không khống chế lưu lượng khai thác

Ngoài các số liệu đã biết ở trên trong trường hợp này còn có các số liệusau:

- Độ dày của vỉa a (m)

- Lưu lượng riêng của khí ép Rcep (m3/T)

* Xác định chiều dài cột ống nâng (L): Để thu được lưu lượng lớn thì áp

suất trên đáy phải nhỏ Ta thả cột ống nâng đến phần lọc của giếng, tại đó

cl

Q d

p p L

tp

de m

L R

p d

Do vậy chiều dài cột ống nâng là : Lon = H - a

* Xác định đưcmg kính ống nâng (d)

Ta có: Rotp= Roep + G 0

Nếu chúng ta biết Rotp và L thì ta có thể xác định được pđê theo đồ thị sau:

Khi đó lưu lượng khai thác sẽ là:

Q = K AP = K(PV - pđ) (m3/ng.đ)

Lưu lượng khí ép

2.3 – Xác định độ sâu đặt van bằng phương pháp giải thích :

Hiện nay có rất nhiều phương pháp xác định độ sâu đặt van Gasliít, tuỳthuộc vào những ưu nhược điểm của từng phương pháp và đặc điểm vùng mỏ

mà ta có thể sử dụng phương pháp nào đơn giản và nhanh chóng nhất

cl

Q d

Ở đây tác giả chỉ đề cập đến 2 phương pháp được sử dụng rộng rãi và phổbiến nhất đó là phương pháp giải tích và phương pháp dùng đồ thị Camco.

Trước hết ta hãy tìm hiểu nguyên tắc tính toán độ sâu đặt van Gaslift theophương pháp giải tích

Khi bơm khí vào ống bơm ép, chất lỏng ở ống bơm ép đi ra ngoài qua ông nâng.Mực chất lỏng trong ống bơm ép dừng lại ở chiều sâu hi(ứng với công suất lớnnhất của máy nén khí) Để khí nén đi vào ống nâng một cách dễ dàng người talắp van Gaslift số 1 ở độ sâu H1

Khi lắp van Gaslift số 1 (đang mở) khí nén đi vào ống nâng qua van số 1trộn với chất lỏng trong ống nâng làm cho tỷ trọng cột chất lỏng từ van 1 đếnmiệng giếng giảm, tại thời điểm này áp suất ở đế ống nâng giảm dẫn đến mựcchất lỏng trong ống bơm ép tiếp tục giảm và dừng lại ở độ sâu h2 (ứng với côngsuất lớn nhất của máy nén khí)

Cũng như trường họp trên để khí nén đi vào ống nâng một cách dễ dàngngười ta lắp van Gaslift số 2 ở độ sâu H2

H2 = h2 - 20mKhi lắp van Gaslift số 2 khí nén đi vào ống nâng qua cả van 1 và 2 làm cho

áp suất bên ngoài png giảm nhanh Sự chênh áp suất tại van 1(∆PỊ = pngl - ptrl)giảm Khi ∆Pi đạt đến một giá trị nhất định (gọi là áp suất đóng van) thì van 1đóng lại

Quá trình trên lặp lại với van 3, 4 cho tới khi mực chất lỏng đạt đến van làmviệc Cuối cùng chỉ có van làm việc mở còn các van khởi động đều đóng lại

* Công thức xác định chiều sâu đặt van Gaslift như sau :

Pm : Áp suất miệng giếng khi khởi động.

Ptlm : Áp suất cột chất lỏng trong ống nâng từ van1 đến miệng giếng

P(n-1)min : Áp suất cột chất lỏng trong ống nâng tạo ra tại độ sâu đặt van thứ n-1 khi khí nén đạt đến độ sâu của van khởi động thứ n

Pngn : Áp suất khí nén tại ống nâng tại độ sâu đặt van Gaslift

Trong thực tế : p ng1 p ng2   p MNK

p L g(H 2 — H 1 + 20): Áp suất cột chất lỏng từ van 1 đến van 2, đến van

n trong các công thức trên là khoảng cách (m) cần thiết để tạo được chênh ápsuất khi khí chảy vào van và khi khí hoá cột hỗn hợp sản phẩm khai thác trênvan Giá trị này có thể thay đổi tuỳ thuộc vào tùng điều kiện khai thác cụ thể.Trong thực tế khai thác dầu bằng phương pháp Gaslift, song song vớiphương pháp pháp thiết kế dựa vào các công thức giải tích còn có phươngpháp thiết kế bằng đồ thị trên hệ trục toạ độ “áp suất p - độ sâu L” được sửdụng rất rộng rãi và tiện lợi Gọi là phương pháp đồ thị Camco

2.4 - Nguyên lý cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của van gaslift

2.4.1 - Nguyên lý cấu tạo

Van gaslift được đặt vào trong túi đựng (mandrel) ở độ sâu thiết kế nhằm đưakhí vào dòng sản phẩm khai thác để khí hoá phần cột chất lỏng phía trên van.Van có cấu tạo đặt biệt cho phép điều khiển quá trình đóng mở van một cách

dễ dàng bằng áp suất khí nén hay bằng áp suất cột chất lỏng khai thác Vangaslift câu tạo chủ yếu từ các thành phần chính sau: thân van, buồng chứa khínitơ, ti van và lỗ dẫn khí (hình 2.3)

2.4.2 - Nguyên tắc hoạt động của van gaslift

Để dễ hình dung nguyên tắc hoạt động của van gaslift, ta xem xét van dạngbuồng chứa khí Nitơ Bộ phận quan trọng nhất của van gaslift loại này là buồngchứa khí Nitơ nén Van gaslift dạng buồng chứa khí Nitơ có ba tiết diện quantrọng mà áp suất có thể tác động lên: tiết diện của buồng khí nén Ab, tiết diện của

lỗ dẫn khí Ap và tiết diện hiệu dụng của buồng khí nén (Ab - Ap) (xem hình 3.7).Trên cơ sở các tiết diện, đưa ra các khái niệm sau:

Yếu tố buồng chứa khí Nitơ F b = Ab / (Ab - Ap)

Yếu tố lỗ dẫn khí Fp = Ap /(Ab - Ap)

* Nguyên tắc hoạt động của van gasliít kiểu buồng chứa klĩí Nitơ điều khiển bằng áp suất khí nén (loại không cân bằng-áp suất đóng mở van không bằng nhau).

- Phương trình cân bằng áp suất khi mở van (khi van đang đóng) (hình 2.4)

Tại thời điểm van đang đóng, diện tích Ap phía dưới ti van chịu áp suất

Buồng khí nén Buồng xếp

chất lỏng trong ống khai thác Pi và diện tích dưới buồng khí nitơ (Ab - Ap) bị

áp suất khí nén Pk tác động đẩy lên Diện tích buồng khí nitơ Ab chịu áp suấtkhí nitơ nén Ap tác động đẩy xuống Khi van chuẩn bị mở thì ta có thể viếtphương trình cân bằng lực sau:

Pkm(Ab - Ap) + Plm Ap = PbAb (2.17)Trong đó: kí hiệu m chỉ trạng thái van đang chuẩn bị mở

Nếu van gaslift kiểu kết hợp nghĩa là có lò xo để hỗ trợ lực đóng van thìphương trình có thể viết lại như sau:

Pkm (Ab — Ap) + Plm Ap = PbAb + Plx (Ab - Ap) (2.18) Trong đó: Plx là áp suất đàn hồi của lò xo

Chia đẳng thức (2.17) và (2.18) cho (Ab - Ap) ta có phương trình tươngđương sau:

Hình 2.3 – Sơ đồ lược khi mở van

Thay các yếu tố buồng chứa khí nitơ Fb = Ab / (Ab - Ap) và yếu tố lỗ dẫn khí

- Phương trình cân bằng áp suất khi đóng van (khi van đang mở):

Tại thời điển van đang mở diện tích phía dưới van Ap và diện tích dướibuồng khí Nitơ (Ab-Ap) chịu áp suất khí nén Pk tác động đẩy lên và diện tíchbuồng khí nén Nitơ Ab chịu áp suất khí Nitơ nén Pb tác dụng đẩy xuống (xemhình 2.5)

Khi van chuẩn bị đóng ta có thể viết phưong trình cân bằng lực sau:

Trong đó: kí hiệu d chỉ trạng thái van khi chuẩn bị đóng

Nếu van gaslift kiểu kết hợp thì phương trình (2.23) viết lại như sau:

Sau khi biến đổi toán học các đẳng thức (2.23) và (2.24), ta có các phương trình tương đương sau:

Như vậy,theo công thức (2.27) để van gaslift kiểu buồng khí đóng thì chỉ có mộtcách duy nhất theo lý thuyết là giảm áp suất khí nén đến giá trị bằng áp suấtbuồng chứa khí Nitơ.

* Nguyên tắc nạp khí cho van gaslift kiểu buồng chứa khí Nitơ.

Quá trình nạp khí buồng chứa khí Nitơ và hiệu chỉnh cho đúng với giá trịthiết kế được tiến hành ở trạm nạp khí và thử van gaslift Trong hình 2.10 trìnhbày sơ đồ nguyên lý cấu tạo của tram nạp khí và thử van Van gaslift 1 được đặtvào buồng thử áp suất 2 Khí nén đi vào buông thử 2 qua van điều khiển A vàđược theo dõi bởi áp kế 3, khí nén sau khi mở van 1 sẽ đi qua van điều khiển B

và thoát ra ngoài Áp kế 4 dùng để theo dõi áp suất sau van

Áp suất cho buồng chứa khí Nitơ thường được hiệu chỉnh nhờ giá trị ápsuất biểu kiến Áp suất biểu kiến là giá trị áp suất khí cần thiết để mở van Plo ởđiều kiện nhiệt độ 15,5 °c (60 °F) và áp suất chất lỏng tác động lên ti van Pk0

bằng áp suất khí quyển Như vậy, trên cơ sơ công thức xác định áp suất mở van(2.24), có thể viết lại cho trường họp này là:

b t bo

P C P

Do lực đàn hồi của lò xo hầu như không bị ảnh hưởng bởi yếu tố nhiệt độcủa các giếng khai thác nên phương trình (2.30) có thể xác định được áp suấtcủa lò xo đúng theo giá trị tính toán trong điều kiện làm việc trong thân giếng,nghĩa là:

Trong khi đó, đối với van gaslift có nạp khí Nitơ vào buồng khí, nghĩa là ápsuất Pbokhác không, cần thiết phải tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ lên giá trị ápsuất mở van Để thực hiện được việc này, trước hết phải xác định áp suất mởvan trong điều kiện giếng làm việc

Dựa trên hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ với Ct được xác định theocông thức sau:

Hình 2.6 – Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của trạm nạp khí và thử van gaslift

(2.32)

Trong đó :

t - nhiệt độ tại độ sâu đặt van

zt và Z15 - hệ số nén của Nitơ ở điều kiện nhiệt độ t và ở 15,5 °c tương

ứng

Như vậy, có thể xác định được áp suất nạp khí vào buồng khí theo côngthức sau:

Trong đó, Pb được xác định theo công thức (2.24) với điều kiện không có

lò xo, nghĩa là Lúc này giá tri áp suất nap biểu kiếnđược xác định theo công thức:

b bo t

p P C

CHƯƠNG III – THIẾT KẾ KHAI THÁC DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GASLIFTCHO GIẾNG 68 Ở MỎ BẠCH HỔ.

3.1 – Các thông số thiết kế giếng.

Bảng 4.1 - Các thông số của vỉa và giếng

-13 Tỷ trọng của dâu trong vỉa γdv 0.74

20 Nhiệt độ khí nén tại miệng giêng T km 77 °F

22 Nhiệt độ chât lỏng tại miệng giêng T 148 °F

23 Gradient áp suât trung bình Gđ 0.465 Psig/ft

3.2 – Tính tóan cho cột ống nâng cho giếng thiết kế

3.2.1 – Xác định áp suất đáy giếng

Do áp suất vỉa lớn hơn áp suất điểm bọt (áp suất bão hòa) và áp suất đáygiếng (dự đoán) ở phía dưới áp suất bão hòa khi giếng được khai thác với lưulượng là 650bb/d Vì vậy mối tương quan giữa lưu lượng dòng từ vỉa vào giếng

và áp suất đáy giếng (đồ thị P – Q) không là một đường thẳng Ta xây dựng đồ thị

P – Q bằng cách kết hợp mô hình đường thẳng cho dòng một pha với mô hìnhcho dòng hai pha của Vogel

Lực lượng dòng chất lưu ở áp suất bào hòa:

bh v bh

Trong đó :

qbh : lưu lượng dòng chất lỏng khai thác ở áp suất bào hòa (bbl/d)

K : Hệ số sản phẩm hay chỉ số năng suất giếng (PI) (bbl/d.psi)

Pv : áp suất vỉa (Psi)

Pbh : áp suất bão hòa (Psi)

Theo công thức thực nghiệm của Vogel, lưu lượng dòng vào giếng ở áp suất động tính toàn thấp hơn áp suất điểm bọt được tính như sau:

Áp suất bão hòa Pbh=2902 Psi = 204at

Áp suất vỉa Pv=3600 Psi

Thay vào công thức ta tính được áp suất đáy giếng khi khai thác với lưu lượng là 650bbl/d

Pd = 1780 Psi = 125 at

3.2.2 – Xác định chiếu dài cột ống nâng L

- Để tính toán chiều dài cột ống nâng (L) ta áp dụng công thức sau:

P H

L



)(

 : Tỷ trọng của hỗn hợp dầu khí ở đế ống nâng

+ Với công thức đã trình bày ở trên:

 : tỷ trọng của chất lỏng khai thác và dầu

Thay các thông số vào các công thức (3.3)và (3.4) ta được :

2

3 2

(89 43, 2.6, 625 0,86).0,86

89(87 0,6.125).0,86

89 43, 2.6, 625 0,86(125 1).0,86

Để phù hợp với điều kiện khai thác các giếng dầu khí ở mỏ Bạch Hổ (giếng

có độ sâu lớn, sản phẩm chứa nhiều cát…) và phù hợp với sự đồng hóa thiết bị ta

chọn đường kính cột ống nâng để cho giếng làm việc ở chế độ tối ưu là:

dtư » 2,441 in (Đường kính ngoài là 2,875 in = 73 mm)

3.3 – Thiết lập biểu đồ tính toán độ sâu đặt van gaslift

Ưu điểm lớn nhất của phương pháp khai thác Gaslift là việc tự động hóa cao trong vận hành giếng và ngay trong quá trình thiết kế giếng.

Có 3 phương pháp xác định chiều sâu đặt van Gaslift: Phương pháp giải tích, phương pháp toán đồ Liên Xô và phương pháp đồ thị CAMCO Hiện nay xí nghiệp liên doanh dầu khí



Vietsovpetro đều có sẵn chương trình và phần mềm máy tính, người thiết kế giếng chỉ cần đưa

số liệu đầu vào là có ngay kết quả một cách nhanh chóng và chính xác.

Tuy nhiên chúng ta vẫn có thể tính toán bằng tay Trong đồ án này, phần trình bày chỉ là minh họa phương pháp đồ thị CAMCO và các bước tiến hành thiết kế.

Để tính toán độ sâu đặt Gaslift trong giếng khai thác thì phải xây dựng đồ thị phụ thuộc

áp suất và chiều sâu của giếng (P-H) Trong biểu đồ biểu thị một số đường thay đổi của các thông số giếng phụ thuộc áp suất, chiều sâu giếng.

Dựa vào các thông số ban đầu của giếng (bảng 4.1) để tính toán chiều sâu đặt van Gaslift

và các thông số làm việc của hệ thống khai thác Gaslift cho giếng thiết kế.

3.3.1 – Xác định đường cong phân bố áp suất lỏng khí trong cột ống nâng (đường số 1)

Tỷ lệ GLR của chất lỏng khai thác sau khi đã ép khí vào giếng: Với lưu lượng khí ép tối

đa là: 600.000 cu.ft/đ và lưu lượng khai thác là 650 bbl/d, ta tính được GLR của chất lỏng khi

185 psig trên giấy thiết kế (3.3) Sau đó vẽ đường cong GRL = 1223 lên giấy thiết kế (3.3).

Hình 4.2 – Đồ thị các đường phân bố áp suất theo độ sâu của Gilbert cho giếng có

lưu lượng khai thác 650 bbl/d, đường kính ống nâng 2.875 in 3.3.2 –Xây dựng đường phân bố áp suất thủy tĩnh (đường số 2)

Đường này qua điểm áp suất miệng giếng 170 psig và điểm áp suất thủy tĩnh ở độ sâu 1000m (3281 ft):

10

3.3.3 Xây dựng đường phân bố áp suất khí nén ngoài cần (đường số 3)

Xác định áp suất khí ép tại chiều sâu đặt paker theo công thức:

1 

k

Trong đó:

Pk: áp suất khởi động trên bề mặt; Pkđ = 95 (at) = 1351 (psig)

P: áp suất khí ép tại paker

F: hệ số áp suất cột khí ngoài ống nâng

3.3.4 Xây dựng đường gradient nhiệt độ khí nén ngoài cần (đường số 4)

Nhiệt độ khí ép tại miệng giếng: 770F

Nhiệt độ vỉa: 2510F ứng với nóc vỉa sản phẩm

Nối hai điểm ta được đường biểu diễn gradient nhiệt độ của khí nén theo chiều sâu

Bảng 4.2 – Bảng hệ số áp suất cột khí – tỷ trọng 0.65