Chính xác trong tính toán của phần mềm PIPESIM

Qua tìm hiểu lý thuyết thiết kế gaslift trong một số phần mềm thương mại khác như Wellflo của công ty dịch vụ dầu khí Weatherford và IPM PROSPER của công ty PETEX, tác giả có nghi ngờ về độ chính xác trong tính toán từ phần mềm PIPESIM.

Cụ thể hơn, trong phần hướng dẫn của hai phần mềm trên có đề cập đến cách chọn phương pháp hiệu chỉnh áp suất theo nhiệt độ cho 2 trường hợp: áp suất nạp Nitơ < 1200 psia, và > 1200 psia như sau:

Phần mềm WellFlo:

Hình 3. 12: Cách chọn phương pháp hiệu chỉnh áp suất theo nhiệt độ trong hướng dẫn của phần mềm WellFlo.

Phần mềm IPM PROSPER:

Hình 3. 13: Cách chọn phương pháp hiệu chỉnh áp suất theo nhiệt độ trong hướng dẫn của phần mềm IPM PROSPER.

Cả hai phần mềm trên đều nói lên rằng khi áp suất nạp Nitơ > 1200 psia, thì hiệu chỉnh áp suất theo phương pháp API (sử dụng hệ số Ct tra bảng) là không chính xác. Đối với trường hợp áp suất nạp Nitơ > 1200 psia, cần sử dụng phương trình Winkler- Eads để hiệu chỉnh áp suất theo nhiệt độ.

Trong tài liệu tham khảo số [1] và [2] cũng nhấn mạnh lại hệ số hiệu chỉnh Ct

theo bảng tra (tính từ phương trình Winkler 1960) là không chính xác ở điều kiện áp suất nạp Nitơ > 1200 psia. Ngoài ra, trong hai tài liệu tham khảo trên còn đưa ra phương trình Winkler-Eads dùng để để hiệu chỉnh áp suất nạp Nitơ theo nhiệt độ chính xác hơn trong trường hợp áp suất nạp Nitơ > 1200 psia.

3.2.4.1 Phương trình Winkler-Eads.

Hình 3. 14: Đồ thị biểu diễn phạm vi sử dụng của phương trình Winkler 1960.

Đồ thị biểu diễn phạm vi sử dụng của phương trình Winkler đề xuất năm 1960, qua đồ thị ta có thể thấy ở trong khoảng áp suất nạp Nitơ thấp (200 psia – 1000 psia) thì sai số giữa áp suất trong buồng Nitơ tính toán và áp suất trong buồng Nitơ thực tế tại nhiệt độ làm việc của van là rất nhỏ, khoảng từ 5 psia. Nhưng khi áp suất nạp Nitơ lớn hơn 1000 psia, khoảng sai số bắt đầu tăng dần, đến hơn 1200 thì sai số giữa áp suất trong buồng Nitơ tính toán và áp suất thực trong buồng Nitơ tại nhiệt độ làm việc đã chênh lệch nhau hơn 10 psia. Áp suất nạp khí Nitơ ban đầu càng lớn thì sai số càng lớn. Nhiệt độ khảo sát càng lớn thì sai số cũng càng lớn.

Do sự giới hạn trong phạm vi áp suất nạp Nitơ < 1200 psia của phương Winkler năm 1960. Trong khi với sự phát triển của khoa học kỹ thuật công suất máy nén khí ngày càng cao, giếng thực hiện gaslift ngày càng sâu, dẫn đến việc áp suất nạp Nitơ ở điều kiện bề mặt ngày càng lớn. Khi áp suất nạp Nitơ > 1200 psia thì hệ số chuyển đổi nhiệt độ Ct tính bằng phương trình Winkler 1960 không còn chính xác nữa. Một phương

trình mới dùng để tính toán chuyển đổi áp suất trong buồng Nitơ tại điều kiện bề mặt và tại điều kiện giếng với áp suất nạp Nitơ ban đầu trong khoảng áp suất nạp Nitơ < 3000 psia đã đề xuất. Đó là phương trình Winkler-Eads. Phương trình được trình bày như sau: 60 ( 60o ) bt b oF P P M T  F  Pb601280psia 7 2 60 60 0.00226 0.001934 b 3.054 10 b M    P    P  1280psiaPb603000psia 7 2 60 60 0.267 0.002298 b 1.84 10 b M    P    P

Hình 3. 15: Đồ thị biểu diễn phạm vi sử dụng của phương trình Winkler-Eads.

Đồ thị thể hiện phạm vi sử dụng của phương trình Winker-Eads. Trong khoảng áp suất nạp Nitơ từ 200-3000 psia, độ sai số giữa áp suất trong buồng khí tính toán và áp suất thực trong buồng khí tại nhiệt độ đặt van không đáng kể ( < 10 psia).

 Cần chú ý đến giá trị áp suất nạp Nitơ Pb60 nằm trong khoảng nào để chọn phương trình tính chuyển đổi áp suất theo nhiệt độ cho phù hợp.

3.2.4.2 Kiểm tra lại cách hiệu chỉnh áp suất buồng khí Nitơ theo nhiệt độ trong phần mềm PIPESIM.

Bằng cách sử dụng phần mềm Excel kết hợp với hệ số Ct tra bảng. Tác giả sẽ đi tính lại áp suất buồng Nitơ ở điều kiện giếng cho từng van trong giếng 24P, sau đó so sánh với kết quả từ PIPESIM, để xem phần mềm PIPESIM hiệu chỉnh áp suất buồng Nitơ theo bảng tra Ct hay phương trình Winkler-Eads. Các bước kiểm tra:

Bước 1: Từ giá trị áp suất test rack Ptro trong bảng kết quả của PIPESIM, ta tính lại áp suất nạp nitơ ở 60oF, theo công thức:

60 (1 / ) b tro p b P P A A  

Với hệ số Ap/Ab tra bảng từ nhà sản xuất.

Bước 2: Tính áp suất buồng Nitơ tại nhiệt độ đặt van theo nhiệt độ tương ứng của từng van.

60

b t bt

P C P

Với hệ số Ct tra bảng.

Bước 3: So sánh áp suất buồng Nitơ tại nhiệt độ van tính bằng Excel và PIPESIM, đưa ra nhận xét.

Kết quả tính toán:

Nhận xét:

Với các giá trị áp suất nạp Nitơ ở điều kiện 60oF (Pb60) của cả 3 van đều > 1200 psia. Kết quả tính toán từ áp suất buồng Nitơ (Pdome hay Pbt) ở điều kiện giếng từ Excel và PIPESIM hoàn toàn giống nhau.

 Vậy phần mềm PIPESIM đã sử dụng cách hiệu chỉnh áp suất buồng Nitơ theo bảng tra Ct cho cả trường hợp áp suất nạp Nitơ > 1200 psia. Do sử dụng sai cách hiệu chỉnh, nên kết quả tính toán áp suất buồng Nitơ tại nhiệt độ van và áp suất cần thiết để mở hết hành trình van từ PIPESIM sẽ không chính xác.

3.2.4.3 Tính lại áp suất buồng Nitơ tại nhiệt độ van theo phương trình Winkler-Eads và áp suất cần thiết để van mở hoàn toàn.

Áp suất mở van được tính theo công thức:

( / ) (1 / ) bt t p b open p b P P A A P A A     Với:  hệ số Ap/Ab tra bảng.

 Pt: là áp suất trong ống khai thác, lấy từ thiết kế gaslift của giếng Y1-24P.

Van Ptro Ab/Ap Pb60 toF ct Pdome (psia) Pdome

PIPESIM(psig) Pdome PIPESIM(psia) 1 1697 0.012987 1675 127 0.874 1916 1901 1916 2 1524 0.064935 1425 242 0.719 1982 1967 1982 3 1575 0.090909 1432 255 0.705 2031 2017 2032

Kết quả tính toán:

Nhận xét:

Áp suất mở van tính theo phương pháp Winkler-Eads luôn cao hơn so với áp suất mở van tính theo PIPESIM. Cho nên khi vận hành áp suất bơm gaslift theo kết quả tính toán từ PIPESIM, van gaslift không thể mở hết hành trình.

Càng xuống sâu, nhiệt độ càng lớn, áp suất buồng nitơ càng tăng, độ chênh lệch áp suất mở van giữa hai phương pháp càng tăng.

 Sử dụng sai hệ số hiệu chỉnh áp suất theo nhiệt độ Ct cũng là một nguyên do làm cho van không thể mở hoàn toàn  Lưu lượng khí bơm ép không đạt theo thiết kế  Gây khó khăn cho việc bơm ép khí qua van kế tiếp.

Chính vì kết quả tính áp suất nạp Nitơ của phần mềm PIPESIM không chính xác cho trường hợp áp suất nạp Nitơ > 1200 psia. Cho nên tác giả đề nghị phía nhà thầu sử dụng thử phần mềm thiết kế gaslift khác để thiết kế lại gaslift áp dụng tính toán suất nạp Nitơ chính xác theo phương trình Winkler-Eads cho những giếng hiện đang gặp sự cố bơm ép khí.