Nghiên cứu lựa chọn các thông số cột ống nâng nhằm nâng cao hiệu quả khai thác giếng tại mỏ thăng long đông đô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ******** VŨ MẠNH HÀO NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ CỘT ỐNG NÂNG NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ KHAI THÁC GIẾNG TẠI MỎ THĂNG LONG - ĐÔNG ĐÔ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ******** VŨ MẠNH HÀO NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ CỘT ỐNG NÂNG NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ KHAI THÁC GIẾNG TẠI MỎ THĂNG LONG - ĐÔNG ĐÔ Chuyên ngành: Mã số: Kỹ thuật khoan khai thác cơng nghệ dầu khí 60.53.50 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS Phạm Quang Hiệu HÀ NỘI, 2012 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu, tổng hợp riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác tương tự Tác giả Vũ Mạnh Hào CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc BÁO CÁO VỀ VIỆC BỔ SUNG, SỬA CHỮA LUẬN VĂN THEO BIÊN BẢN CỦA HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ LUẬN VĂN THẠC SĨ Kính gửi: - Trường Đại học Mỏ - Địa chất; - Phòng Đào tạo Sau đại học Họ tên học viên: Vũ Mạnh Hào Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu lựa chọn thông số cột ống nâng nhằm nâng cao hiệu khai thác giếng mỏ Thăng Long - Đông Đô” Chuyên ngành: Kỹ thuật khoan, khai thác cơng nghệ dầu khí Mã số: 60.53.50 Người hướng dẫn: TS Phạm Quang Hiệu Sau bảo vệ luận văn thạc sĩ, học viên sửa chữa bổ sung luận văn theo Biên Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ Cụ thể sửa chữa bổ sung nội dung sau đây: Lỗi tả lỗi chế trang sửa chữa Học viên bảo lưu nội dung sau luận văn với lý sau: Về nội dung:…………………………., lý bảo lưu:……………………… Về nội dung:…………………………., lý bảo lưu:………………………… Hà nội, ngày tháng năm 2012 NGƢỜI HƢỚNG DẪN HỌC VIÊN CAO HỌC TS Phạm Quang Hiệu Vũ Mạnh Hào CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ LUẬN VĂN THẠC SĨ PGS.TS Trần Đình Kiên MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan………………………………………………………………… Mục lục…………………………………………………………………………3 Danh mục ký hiệu chữ viết tắt………………………………………… Danh mục bảng ……………………………………………………………… Danh mục hình vẽ, đồ thị……………………………………………………….8 MỞ ĐẦU 11 CHƢƠNG 1: HIỆN TRẠNG PHÁT TRIỂN MỎ THĂNG LONG-ĐÔNG ĐÔ 15 1.1 Phương án thiết kế khai thác mỏ .15 1.2 Đặc điểm địa tầng trầm tích 17 1.3 Đặc điểm tính chất vỉa chất lưu 24 CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN VẬT LIỆU CHO ỐNG NÂNG 26 2.1 Cơ sở lý thuyết .26 2.2 Lựa chọn vật liệu ống nâng cho giếng khai thác mỏ Thăng LongĐông Đô 28 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN ĐƢỜNG KÍNH ỐNG NÂNG 31 3.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp lựa chọn đường kính cho ống nâng 31 3.2 Phương pháp xác định gradient áp suất ống nâng (VLP) cho giếng khai thác mỏ Thăng Long - Đông Đô 36 3.2.1 Phương pháp xác định hàm quan hệ thông số PVT 39 3.2.2 Phương pháp xác định gradient áp suất (VLP) 50 3.3 Nghiên cứu, lựa chọn đường kính ống nâng cho giếng khai thác mỏ Thăng Long - Đông Đô 52 3.4 Kiểm tra khả mài mòn gây dòng chảy ống nâng (Erosion) 61 CHƢƠNG 4: PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT, KIỂM ĐỊNH ĐỘ BỀN CHO ỐNG NÂNG VÀ XÁC ĐỊNH BỀ DÀY THÀNH ỐNG 63 4.1 Cơ sở lý thuyết phân tích ứng suất cho ống nâng 63 4.1.1 Các thông số kỹ thuật theo tiêu chuẩn chế tạo ống nâng 63 4.1.2 Đặc tính học ống nâng 63 4.1.3 Lực tác động lên ống khai thác ảnh hưởng 65 4.1.4 Phân tích ba trục .65 4.2 Quá trình vận hành giếng 67 4.3 Phân tích ứng suất cho giếng khai thác 69 4.3.1 Giếng TL-4P .69 4.3.2 Giếng TL-1P .74 4.3.3 Giếng DD-9P 78 4.3.4 Giếng DD-5P 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Bo Hệ số thể tích dầu (Oil Formation Volume Factor) BHP Áp suất đáy giếng (Bottom Home Pressure) CRA Hợp kim chống ăn mịn (Corrosion Resistant Alloy) DD Đơng Đơ DST Thử vỉa (Drillstem Test) FOPR Lưu lượng dầu khai thác toàn mỏ (Field Oil Production Rate) FOPT Lưu lượng dầu khai thác tích lũy tồn mỏ (Field Oil Production Total Rate) FWHP Áp suất dòng chảy đầu giếng (Flowing Wellhead Pressure) FWHT Nhiệt độ dòng chảy đầu giếng (Flowing Wellhead Temperature) GOR Tỷ số khí dầu (Gas Oil Ratio) HRC Độ cứng Rockwell ID Đường kính (Inner Diameter) IPR Đường đặc tính dịng vào (Inflow Performance Relationship) lbf Pao lực (Pound of Force) MD Chiều sâu thực (Measured Depth) OD Đường kính ngồi (Outer Diameter) Pb Áp suất bão hòa (Bubble point pressure) pCO2 Áp suất riêng phần CO2 pH2S Áp suất riêng phần H2S PI Chỉ số suất giếng (Productivity Index) PVT Áp suất, Thể tích, Nhiệt độ (Pressure - Volume Temperature) RB/STB Thùng dầu điều kiện vỉa thùng dầu điều kiện chuẩn Rs Tỷ số khí hịa tan (Solution Gas-Oil Ratio) SCF/STB Feet khối điều kiện chuẩn thùng dầu điều kiện chuẩn TL Thăng Long TVD Chiều sâu theo phương thẳng đứng (True Vertical Depth) VLP Đường đặc tính nâng (Vertical Lift Performance) WCT Độ ngập nước (Watercut) µo Độ nhớt dầu DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1 Tính chất dầu khí đối tượng khai thác 25 Bảng 2.1 Vật liệu sử dụng ống nâng phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường làm việc theo NACE MR-0175 30 Bảng 3.1 Lựa chọn đường kính cho ống nâng theo phương pháp thực nghiệm (API) 32 Bảng 3.2 Phân bố thành phần tổn hao áp suất giếng khai thác dầu, khí 36 Bảng 3.3 Thơng số PVT thơng số vỉa số giếng khoan thăm dò 37 Bảng 3.4 Kết thử vỉa DST mỏ Thăng Long - Đông Đô 38 Bảng 3.5 Số liệu đưa vào mô PVT giếng TL-2X 39 Bảng 3.6 Kết phân tích PVT phịng thí nghiệm giếng TL-2X 40 Bảng 3.7 Số liệu đưa vào mô PVT giếng TL-3X 42 Bảng 3.8 Kết phân tích PVT phịng thí nghiệm giếng TL-3X 43 Bảng 3.9 Số liệu đưa vào mô PVT giếng DD-1X 45 Bảng 3.10 Kết phân tích PVT phịng thí nghiệm giếng DD-1X 45 Bảng 3.11 Số liệu đưa vào mô giếng DD-3X 47 Bảng 3.12 Kết phân tích PVT phịng thí nghiệm giếng DD-3X 48 Bảng 3.13 Tổng hợp phương pháp tính tốn thông số PVT 50 Bảng 3.14 Tổng hợp phương pháp tính tốn gradient áp suất ống nâng 52 Bảng 3.15 Một số thông số giếng sử dụng thiết kế đường kính ống nâng .54 Bảng 3.16 Kết lựa chọn đường kính ống nâng giếng khai thác mỏ Thăng Long - Đông Đô 62 Bảng 4.1 Hệ số an toàn tối thiểu cho cột ống nâng 69 Bảng 4.2 Thông số thiết kế cho ống nâng giếng khai thác mỏ Thăng Long Đông Đô 87 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Vị trí mỏ Thăng Long - Đông Đô .15 Hình 1.2 Dự báo sản lượng khai thác mỏ Thăng Long - Đông Đô 16 Hình 1.3 Cột địa tầng tổng hợp mỏ Thăng Long – Đông Đô 22 Hình 1.4 Mặt cắt địa chất qua giếng khoan TL-3X, TL-1X and TL-2X 23 Hình 1.5 Mặt cắt địa chất qua giếng khoan DD-1X, DD-2X and DD-3X .23 Hình 2.1 Phân vùng lựa chọn vật liệu theo tiêu chuẩn NACE MR0175 26 Hình 2.2 Cơ sở lựa chọn vật liệu cho ống khai thác theo môi trường khác 27 Hình 2.3 Phương pháp xác định nồng độ pH theo hàm lượng Bicarbonate áp suất riêng phần CO2 H2S 29 Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống khai thác cấu trúc lịng giếng điển hình 33 Hình 3.2 Hiệu chỉnh thơng số tỷ số khí dầu giếng TL-2X 41 Hình 3.3 Hiệu chỉnh thơng số hệ số thể tích dầu giếng TL-2X 41 Hình 3.4 Hiệu chỉnh thông số độ nhớt dầu giếng TL-2X .42 Hình 3.5 Hiệu chỉnh thơng số tỷ số khí dầu giếng TL-3X 43 Hình 3.6 Hiệu chỉnh thơng số hệ số thể tích dầu giếng TL-3X 44 Hình 3.7 Hiệu chỉnh thơng số độ nhớt dầu giếng TL-3X .44 Hình 3.8 Hiệu chỉnh thơng số tỷ số khí dầu giếng DD-1X 46 Hình 3.9 Hiệu chỉnh thơng số hệ số thể tích dầu giếng DD-1X 46 Hình 3.10 Hiệu chỉnh thơng số độ nhớt dầu giếng DD-1X 47 Hình 3.11 Hiệu chỉnh thơng số tỷ số khí dầu giếng DD-3X .48 Hình 3.12 Hiệu chỉnh thơng số hệ số thể tích dầu giếng DD-3X 49 Hình 3.13 Hiệu chỉnh thông số độ nhớt dầu giếng DD-3X 49 Hình 3.14 So sánh phương pháp hiệu chỉnh dòng chảy giếng TL-2X 50 Hình 3.15 So sánh phương pháp hiệu chỉnh dịng chảy giếng TL-3X 51 Hình 3.16 So sánh phương pháp hiệu chỉnh dòng chảy giếng DD-1X 51 Hình 3.17 So sánh phương pháp hiệu chỉnh dịng chảy giếng DD-3X 52 Hình 3.18 Dự báo sản lượng khai thác giếng TL-4P 55 Hình 3.19 Kết mơ khả khai thác với cấp đường kính khác giếng TL-4P 55 Chiều sâu thực, m 77 Hệ số an tồn phình bục Chiều sâu thực, m Hình 4.12 Hệ số an tồn phình bục (giếng TL-1P) Hệ số an tồn ép bẹp Hình 4.13 Hệ số an tồn ép bẹp (giếng TL-1P) Chiều sâu thực, m 78 Hệ số an toàn dọc trục Hình 4.14 Hệ số an tồn dọc trục (giếng TL-1P) 4.3.3 Giếng DD-9P Theo kết lựa chọn đường kính vật liệu, ống nâng sử dụng đường kính ½ inch, vật liệu thép cacbon N80 Loại ống có bề dày thành mỏng với giá trị 0,254 inch đưa vào phân tích kiểm tốn độ bền Trọng lượng ống có giá trị 9,2 lb/ft Cấu trúc quỹ đạo giếng DD-9P thể hình 4.15 79 Hình 4.15 Cấu trúc quỹ đạo giếng DD-9P Để phân tích trường hợp chịu tải với lực kéo lớn nhất, giá trị lực kéo lớn 20000 lbf đưa vào mô Trường hợp chịu tải thử áp suất cho ống nâng, giá trị áp suất thử lớn 10% áp suất tác động lên cột ống Theo số liệu dự báo khai thác giếng DD-9P, giá trị áp suất 2100 psi lựa chọn để phân tích trường hợp chịu tải thử áp suất cho cột ống Kết phân tích thể hình 4.16, 4.17, 4.18, 4.19 4.20, cho thấy ống nâng có bề dày thành ống 0,254 inch đáp ứng điều kiện an toàn cho phép Áp suất hiệu dụng, psia 80 Lực kéo hiệu dụng, lbf Chiều sâu thực, m Hình 4.16 Giới hạn thiết kế trường hợp chịu tải cho ống nâng (giếng DD-9P) Hệ số an tồn trục Hình 4.17 Hệ số an tồn ba trục (giếng DD-9P) Chiều sâu thực, m 81 Hệ số an tồn phình bục Chiều sâu thực, m Hình 4.18 Hệ số an tồn phình bục (giếng DD-9P) Hệ số an tồn ép bẹp Hình 4.19 Hệ số an toàn ép bẹp (giếng DD-9P) Chiều sâu thực, m 82 Hệ số an tồn dọc trục Hình 4.20 Hệ số an toàn dọc trục (giếng DD-9P) 4.3.4 Giếng DD-5P Theo kết nghiên cứu phần trình bày trên, ống nâng sử dụng loại vật liệu thép cacbon N80, đường kính 2-7/8 inch Loại ống có bề dày thành mỏng với giá trị 0,217 inch đưa vào phân tích kiểm tốn độ bền Trọng lượng ống có giá trị 6,4 lb/ft Cấu trúc quỹ đạo giếng DD-5P thể hình 4.21 83 Hình 4.21 Cấu trúc quỹ đạo giếng DD-5P Đối với trường hợp phân tích chịu tải cho cột ống với lực kéo lớn nhất, giá trị lực kéo lớn 20000 lbf đưa vào mô Trường hợp chịu tải thử áp suất cho ống nâng, Giá trị áp suất thử lớn 10% áp suất tác động lên cột ống Theo số liệu dự báo khai thác giếng DD-5P, giá trị áp suất 2300 psi lựa chọn để phân tích trường hợp chịu tải thử áp suất cho cột ống Kết phân tích thể hình 4.22, 4.23, 4.24, 4.25 4.26, cho thấy ống nâng có bề dày thành ống 0,217 inch đảm bảo an toàn cho ống Áp suất hiệu dụng, psia 84 Lực kéo hiệu dụng, lbf Chiều sâu thực, m Hình 4.22 Giới hạn thiết kế trường hợp chịu tải cho ống nâng (giếng DD-5P) Hệ số an toàn trục Hình 4.23 Hệ số an tồn ba trục (giếng DD-5P) Chiều sâu thực, m 85 Hệ số an tồn phình bục Chiều sâu thực, m Hình 4.24 Hệ số an tồn phình bục (giếng DD-5P) Hệ số an tồn ép bẹp Hình 4.25 Hệ số an tồn ép bẹp (giếng DD-5P) Chiều sâu thực, m 86 Hệ số an tồn dọc trục Hình 4.26 Hệ số an tồn dọc trục (giếng DD-5P) Qua kết phân tích cho thấy, ống nâng lựa chọn với bề dày thành ống nhỏ đáp ứng yêu cầu an toàn cho phép chịu tải trường hợp khác Các thông số thiết kế ống nâng trình bày bảng 4.2 87 Bảng 4.2 Thông số thiết kế cho ống nâng giếng khai thác mỏ Thăng Long - Đơng Đơ Mỏ Thăng Long Thơng số Đường kính ngồi, (inch) Đường kính trong, (inch) Bề dày thành ống, (inch) Trọng lượng đơn vị, (lb/ft) Vật liệu Mỏ Đông Đơ TL-4P TL-1P DD-9P DD-5P Mioxen Móng Mioxen Móng 7/8 3,5 3,5 7/8 2,441 2,992 2,992 2,441 0,217 0,254 0,254 0,217 6,4 9,2 9,2 6,4 N80 N80 N80 N80 88 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết Luận Trên sở nghiên cứu lý thuyết phương pháp luận việc lựa chọn số cho cột ống nâng tính tốn, ứng dụng cụ thể cho giếng khai thác điển hình mỏ Thăng Long - Đông Đô, tác giả đề tài xin kết luận sau: Kết thử vỉa giếng khoan thăm dị mỏ Thăng Long - Đơng Đơ phát chất gây ăn mòn H2S, CO2 với hàm lượng nhỏ, kết hợp với kết nghiên cứu vật liệu sử dụng theo tiêu chuẩn NACE MR-0175 trình bày đề tài luận văn, tác giả lựa chọn vật liệu để sử dụng cho ống nâng giếng khai thác loại thép cácbon thông thường N80 Dựa sở lý thuyết phương pháp lựa chọn đường kính cho ống nâng ứng dụng cho giếng khai thác điển hình mỏ Thăng Long Đơng Đơ, tác giả lựa chọn đường kính ống nâng tối ưu cho giếng Theo kết nghiên cứu, đường kính ống lựa chọn phù hợp với khả khai thác giếng đem lại hiệu khai thác cao Chẳng hạn giếng khai thác sử dụng đường kính ống nâng lựa chọn cho dòng khai thác ổn định khai thác với lưu lượng lớn nhất, ra, tổn hao áp suất sinh ống nhỏ Đường kính lựa chọn ½ inch giếng TL-1P, DD-9P; 2-7/8 inch giếng TL-4P, DD-5P Các kết phân tích ứng suất kiểm tốn độ bền cho ống nâng giếng khai thác điển hình mỏ Thăng Long - Đông Đô thực dựa nghiên cứu sở lý thuyết phương pháp luận phân tích ứng suất cột ống Kết phân tích cho thấy, ống nâng 89 lựa chọn với bề dày thành ống mức nhỏ cho phép theo tiêu chuẩn API 5CT đảm bảo an toàn trường hợp chịu tải ống Độ dày thành ống thành ống lựa chọn 0,217 inch (tương ứng với trọng lượng 6,4 lb/ft) ống có đường kính ngồi 2-7/8 inch 0,254 inch (tương ứng với trọng lượng 9,2 lb/ft) ống có đường kính ngồi ½ inch Việc lựa chọn cấp bề dày thành ống này, không đáp ứng yêu cầu kỹ thuật mà đem lại hiệu kinh tế cao, góp phần giảm chi phí đầu tư, tăng hiệu khai thác giếng Kiến Nghị Trên sở kết nghiên cứu trình bày phần đặc trưng khai thác giếng khai thác điển hình mỏ Thăng Long - Đơng Đơ, tác giả xin đề xuất số kiến nghị sau: Đối với giếng khai đối tượng có tính chất vỉa khai thác với lưu lượng thấp xem xét thiết kế lắp đặt sẵn van gaslift dự phịng ống nâng để chuyển sang khai thác phương pháp khai thác gaslift lượng vỉa suy giảm, giếng TL4P DD-5P Theo kết nghiên cứu trình bày báo cáo, giếng khai thác tự phun với đường kính ống nâng lựa chọn, nhiên, áp suất vỉa dự báo suy giảm nhanh sau thời gian khai thác giếng khai thác tự phun Vì vậy, việc áp dụng phương pháp khai thác gaslift cần thiết áp dụng phương pháp từ đầu trình khai thác nhằm trì lưu lượng khai thác cao, tăng hiệu khai thác giếng 90 Dòng chảy ống nâng dòng đa pha, tỷ lệ vận tốc pha có thay đổi theo biến đổi áp suất ống nâng Sự thay đổi thường xảy khí hồn tan dầu tách ra, vận tốc dịng chất lưu tăng theo làm gia tăng tổn thất áp suất ma sát lên thành ống Vì vậy, cần tiếp tục nghiên cứu đánh giá hiệu kinh tế, kỹ thuật việc sử dụng ống nâng với nhiều cấp đường kính nhằm nâng cao hiệu khai thác giếng 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lam Sơn JOC (2011), Thang Long - Dong Do Field Development Plan, TP Hồ Chí Minh Lê Phước Hảo (2006), Cơng nghệ khai thác dầu khí, TP Hồ Chí Minh Jonathan Bellarby (2009), Well completion design, Elsevier Publication, Oxford, UK Denis PERRIN (1999), Well completion and servicing: Oil and Gas Field Development Techniques, France NACE International (2003), NACE MR0175/ ISO 15156: Petroleum and natural gas industries_Materials for use in H2S containing Environments in oil and gas production, USA American Petroleum Institute (1999), API Specification 5CT specification for Casing and Tubing (U.S Customary Units), th Edition, API Publication, USA American Petroleum Institute (1991), Recommended Practice for Design and Installation of Offshore Production Platform Piping System, API Recommended Practice 14E (RP 14E), 5th edition, API Publication Washington, D.C ... HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ******** VŨ MẠNH HÀO NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ CỘT ỐNG NÂNG NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ KHAI THÁC GIẾNG TẠI MỎ THĂNG LONG - ĐÔNG ĐÔ Chuyên ngành: Mã số: Kỹ thuật khoan khai thác. .. nhằm nâng cao hiệu khai thác giếng mỏ Thăng Long - Đông Đô? ?? có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao kế hoạch phát triển khai thác mỏ Thăng Long - Đông Đô Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài Cột ống nâng. .. pháp lựa chọn thông số cho cột ống nâng 13 - Nghiên cứu thiết kế thông số ống nâng giếng khai thác mỏ Thăng Long - Đông Đô với trợ giúp phần mềm máy tính Ý nghĩa khoa học thực tiễn Nghiên cứu lựa