11. Li cảm ơn
1.2 Chế độ cơng nghệ trong khai thác dầu bằng gaslift
1.2.1 Phương pháp xác định đường kính ống nâng gaslift
Nhằm mục đích chọn lựa thiết bị trong chế độ khai thác tự phun và gaslift của giếng, trong thực tế ngư i ta thư ng sử dụng phương pháp hình học giải tích của viện sỹ viện hàn lâm Nga Krưlov A.P [4].
Nội dung cơ bản của phương pháp này là sử dụng họ đư ng cong phân bố áp suất dọc thành ống khai thác, mà ta thư ng gọi là đư ng cong gradient của hàm số P = f(H). Trong quá trình nghiên cứu thực nghiệm đối v i điều
kiện giếng cĩ sản lượng khai thác chất lỏng đến 200 t/ngđ, v i yếu tố khí lỏng đến 100 - 150 m3/m3 và độ nh t khơng vượt quá 20 mPa.s, đã xác nhận rằng kết quả tính tốn xác định phân bố áp suất dọc thành ống khai thác bằng phương pháp tốn học và phương pháp hình học giải tích cho kết quả như nhau. Đối v i những trư ng hợp cĩ giá trị sản lượng khai thác l n, yếu tố khí dầu cao hoặc độ nh t l n thì ưu thế thuộc về phương pháp đồ thị giải tích khi xác định phân bố áp suất dọc thành ống khai thác v i họ đư ng cong bi u diễn hàm số P = f(H) được xây dựng theo phương pháp đã được nghiên cứu và thực tế chấp nhận cho điều kiện đặc thù của từng mỏ.
Ta cĩ th sử dụng bi u thức của Krưlov A.P. đ xác định chế độ làm việc cực đại và tối ưu của cơng nâng khí lỏng. Trong hình 1.5, đi m А tương ứng v i chế độ khai thác cực đại. Trong quá trình ống nâng khí lỏng làm việc ở chế độ cực đại, tổng lượng năng lượng cần thiết đ nâng một đơn vị khối lượng chất lỏng là ít nhất. Trong quá trình ống nâng khí lỏng làm việc ở chế độ tối ưu (tương ứng v i đi m B) thì chi phí năng lượng của pha khí là ít nhất. Như vậy khi giếng làm việc ở chế độ tối ưu thì lượng khí riêng là nhỏ nhất.
Hình 1.6 Đư ng đặc tính nâng của thiết bị Q = f(V)
Như vậy, theo quan đi m chi phí năng lượng, thì cột nâng khí lỏng đối v i giếng khai thác bằng chế độ tự phun phải làm việc ở chế độ cực đại và đối v i giếng khai thác bằng gaslift phải ở chế độ tối ưu. Đây là những điều kiện lý tưởng làm cơ sở xác định đư ng kính ống nâng phù hợp v i chế độ làm việc của cột nâng lỏng khí và vỉa sản phẩm. Trong thực tế những điều kiện
này khĩ đạt được. Lý do chủ yếu, một phần là do việc chọn đư ng kính ống nâng khơng đúng theo tính tốn (trong thực tế chỉ sản xuất một số loại ống nâng theo kích thư c chuẩn), hai là do điều kiện làm việc của giếng thay đổi theo th i gian: như sự thay đổi áp suất vỉa và áp suất đáy, thay đổi độ ngậm nư c của sản phẩm, chế độ nén khí cho hệ thống gaslift khơng ổn định.
Cột ống nâng lỏng khí được chọn lựa đúng thì phải đảm bảo làm việc trong vùng gạch chéo giữa hai đi m A và B, như trên hình 1.5, đối v i các giếng khai thác bằng chế độ tự phun cĩ chế độ làm việc gần đi m A và đối v i giếng khai thác bằng gaslift cĩ vùng làm việc gần đi m B.
1.2.2 Phương pháp xác định thơng số làm việc hệ thống gaslift
Tính tốn xác định chế độ làm việc hệ thống gaslift bao gồm việc tính tốn xác định chế độ khởi động và chế độ làm việc ổn định.
Sự cần thiết sử dụng ống nâng gaslift do xuất hiện những nhu cầu sau: - Khi đưa giếng vào khai thác sau khi khoan (dùng đ gọi dịng giếng); - Giếng sau khi sửa chữa hoặc tiến hành những cơng việc địa chất - kỹ thuật (xử lý vùng cận đáy giếng, cách ly vỉa nư c, chuy n giếng từ chế độ khai thác tự phun sang khai thác bằng phương pháp gaslift, v.v…;).
- Sau th i gian dài dùng hệ thống gaslift do sự cố hay sửa chữa, duy tu định kỳ các bộ phận thiết bị trong hệ thống gaslift.
Đối v i hai trư ng hợp đầu, giếng bị chứa đầy chất lỏng cĩ tỷ trọng l n: dung dịch khoan, các dung dịch hồ tan muối, thậm chí dầu thơ, v.v… đối v i trư ng hợp cuối giếng chứa đầy sản phẩm khai thác từ vỉa, phần trên của thân giếng là khí, phần dư i là dầu hoặc dầu và nư c. Áp suất khí do cột chất lỏng tạo ra cân bằng v i áp suất vỉa.
Việc đưa giếng khai thác bằng gaslift vào hoạt động bắt đầu bằng việc đẩy lượng chất lỏng tích tụ trong giếng lên miệng giếng và đưa giếng vào chế độ làm việc ổn định. Quá trình này được bắt đầu bằng việc gọi dịng giếng,
thay chất lỏng dập giếng bằng dầu thơ, sau đĩ dùng khí nén đẩy cột dầu ra khỏi giếng (quá trình này địi hỏi trang bị một số thiết bị bổ sung như máy bơm dầu lưu động, bồn chứa, lượng dầu thơ dự trữ). Trong trư ng hợp này áp suất khởi động cao hơn nhiều so v i áp suất làm việc.
Nhằm mục đích giảm áp suất khởi động, hiện nay trong thực tế khai thác dầu thư ng sử dụng hệ thống van khởi động cho phép khởi động và đưa giếng vào hoạt động v i áp suất gần bằng áp suất làm việc. Trong một vài trư ng hợp, ngư i ta áp dụng phương pháp khí hố cột chất lỏng bằng tổ máy nén lưu động cĩ áp suất cao.
Nhằm thu thập đầy đủ thơng tin về phương pháp tính tốn xác định hệ thống gaslift cần phải tiến hành nghiên cứu chi tiết quá trình khởi động và đưa giếng vào làm việc.
Ta xét quá trình khởi động và đưa giếng vào làm việc đối v i trư ng hợp cĩ sử dụng van hoạt động bằng khí ngồi ống nâng.
Đối v i trư ng hợp đưa khí nén vào vùng vành xuyến, quá trình khởi động được bắt đầu bằng việc khí nén đẩy chất lỏng từ vùng vành xuyến đi vào trong ống nâng thơng qua các van gaslift đang mở. Mực chất lỏng trong vùng vành xuyến giảm dần cho đến khi đạt đến độ sâu đặt van khởi động trên cùng, thì khí đi qua van này vào trong ống nâng.
Chất lỏng vẫn tiếp tục đi qua các van đặt bên dư i vì áp suất trong buồng nạp khí của các van này nhỏ hơn so v i van thứ nhất. Trong quá trình nén khí qua van thứ nhất thì cột chất lỏng trong ống nâng sẽ được tiếp nhận một lượng khí hịa tan vào và giếng cho sản phẩm là chất lỏng chứa khí. Nh vậy mà mực chất lỏng trong vùng khơng gian vành xuyến giảm dần do áp suất ngồi vành xuyến và trong ống nâng tại vị trí đặt các van phía dư i cân bằng nhau. Áp suất trong ống nâng tại độ sâu đặt van thứ nhất ổn định và mực chất lỏng ở vùng vành xuyến giảm đến độ sâu tương ứng nào đĩ. Van thứ hai phải
được đặt cao hơn độ sâu này một khoảng nhằm tạo độ chênh áp suất cần thiết đ đưa khí nén qua van này. Lúc này khí nén đi vào trong ống nâng qua đồng th i hai van. Nếu th tích khí nén đi vào vùng vành xuyến nhỏ hơn lưu lượng khí đi qua hai van một lúc, thì áp suất tại vùng vành xuyến bắt đầu giảm. Khi áp suất khí nén giảm bằng áp suất buồng khí của van thứ nhất, thì van này đĩng lại. Lúc này khí nén chỉ đi qua van thứ hai. Mực chất lỏng trong giếng tiếp tục giảm đến độ sâu đặt van thứ ba. Khi khí nén bắt đầu đi vào van thứ ba thì áp suất vùng vành xuyến sẽ giảm đến giá trị áp suất đĩng van thứ hai. Như vậy, quá trình khởi động giếng tiếp diễn cho đến khi khí nén đến được van làm việc.
Trong trư ng hợp sử dụng van gaslift hoạt động dư i tác động của áp suất của ống nâng, đi m khác ở đây là diện tích hiệu dụng của buồng nạp khí nitơ sẽ bị tác động bởi áp suất trong ống nâng thay vì áp suất khí nén ngồi vành xuyến. Nếu áp suất trong ống nâng tại độ sâu đặt van nhỏ hơn áp suất khí nạp trong buồng van, thì van sẽ đĩng khơng phụ thuộc vào áp suất khí ngồi vùng vành xuyến.
Những loại van này được sử dụng chủ yếu đối v i hệ thống khai thác gaslift theo chu kỳ hoặc là van làm việc đối v i hệ thống khai thác gaslift liên tục.
Đ tính tốn xác định thiết bị gaslift trang bị bằng van gaslift hoạt động dư i tác động của áp suất khí nén cần cĩ những số liệu sau: đư ng kính ống nâng và ống chống khai thác; độ sâu vỉa sản phẩm; sản lượng cần khai thác; độ ngậm nư c của sản phẩm; yếu tố khí của dầu; khối lượng riêng của khí, nư c, dầu; phân bố nhiệt độ theo thân giếng; độ sâu thuỷ tĩnh; áp suất vỉa; áp suất khởi động của khí nén; áp suất miệng giếng; nhiệt độ của khí nén tại miệng giếng; hệ số sản phẩm của giếng; loại van gaslift được dùng; lượng khí nén cực đại cĩ th sử dụng.
Trong quá trình khởi động giếng gaslift đối v i giếng cĩ mực thuỷ tĩnh thấp, và khi khí nén đạt đến van thứ nhất mà chất lỏng vẫn khơng nâng lên được đến miệng giếng, nếu bỏ qua lượng chất lỏng đi vào vỉa sản phẩm, thì độ sâu đặt van thứ nhất được xác định theo phương trình sau:
20 2 2 1 1 D d g P P H H L m kn t (1.3)
trong đĩ: Pkn1 - áp suất khí nén tại độ sâu đặt van thứ nhất; Pm - áp suất miệng
giếng; d, D - đư ng kính trong của ống nâng và ống chống khai thác; Ht - cột
áp tĩnh trong giếng.
Trong trư ng hợp mực thuỷ tĩnh trong giếng đủ cao và chất lỏng thốt ra
khỏi miệng giếng trư c khi khí nén đạt đến độ sâu đặt van thứ nhất thì độ sâu
đặt van thứ nhất được xác định dựa theo bi u thức sau:
g P P H L m kn 1 1 (1.4)
Độ sâu đặt van thứ hai và các van tiếp theo được xác định bằng cơng thức sau: 20 1 1 1 2 g P P H H L min t kn (1.5) 20 1 1 1 g P P H H L min ) n ( t k n n (1.6)
trong đĩ Pt1min, ..., Pt(n1)min- áp suất do cột chất lỏng trong ống nâng tạo ra tại
độ sâu đặt van thứ hai... và van thứ n.
1 3 Các cơng trình nghiên cứu về khai thác dầu bằng gaslift
Cơng trình nghiên cứu của TS. Phùng Đình Thực,TS Lê Bá Tuấn về “Cơ sở khoa học lựa chọn phương pháp khai thác cơ học trong điều kiện mỏ Bạch Hổ”. Tạp chí Dầu khí, Aderbaijan, số 5, 1999 cĩ nội dung chủ yếu tập trung vào cơ sở khoa học lựa chọn phương pháp khai thác cơ học v i điều kiện cụ th của mỏ Bạch Hổ ở th i đi m trư c năm 2000, mà khơng đề cập
đến vấn đề cụ th của giải pháp gaslift v i thiết bị lịng giếng và chế độ cơng nghệ.
Năm 2004, Viện Khoa học và Cơng Nghệ Việt Nam, Viện Cơ học cĩ đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số cơ bản lên chế độ làm việc của các giếng gaslift chu kỳ và xác định các đặc trưng kỹ thuật-cơng nghệ trong khai thác các giếng dầu bằng phương pháp gaslift chu kỳ” v i LD “Vietsovpetro” v i nội dung tập trung và giải quyết các vấn đề sau:
- Thu thập, phân loại và phân tích các số liệu hiện cĩ của các giếng khai thác dầu bằng phương pháp gaslift chu kỳ tại mỏ Bạch Hổ.
- Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các thơng số kỹ thuật-cơng nghệ đặc trưng của quá trình làm việc của ống nâng gaslift chu kỳ trên cơ sở mơ hình vật lý và các thử nghiệm ngồi hiện trư ng.
- Lựa chọn và hiệu chỉnh phương pháp mơ hình hĩa tốn học và áp dụng đ tính tốn các chỉ số cơ bản của quá trình gaslift chu kỳ cho mỏ Bạch Hổ.
Năm 2006, Viện Khoa học và Cơng Nghệ Việt Nam, Viện Cơ học tiếp tục thực hiện đề tài của năm 2004 v i tên gọi “Cơng nghệ khai thác dầu bằng phương pháp gaslift chu kỳ dành cho những giếng lưu lượng nhỏ thuộc mỏ Bạch Hổ” mà nội dung chủ yếu đề cập đến:
- Phát tri n phiên bản đầu tiên của Cơng nghệ khai thác dầu bằng phương pháp gaslift chu kỳ cho những giếng lưu lượng nhỏ thuộc mỏ Bạch Hổ.
- Hiện trạng khai thác dầu bằng phương pháp gaslift chu kỳ trên thế gi i và khảo sát ở Việt Nam.
- Thu thập, phân tích, đánh giá hiệu quả chế độ làm việc của các giếng trang bị van gaslift chu kỳ.
- Phát tri n nhưng tiêu chí đ chuy n các giếng sang làm việc chu kỳ và lựa chọn và tính tốn cấu trúc cũng như thơng số làm việc của giếng.
- Phát tri n cấu trúc thiết bị lịng giếng tối ưu cho các giếng khai thác dầu bằng phương pháp gaslift chu kỳ.
- Ki m sốt thơng số làm việc của giếng gaslift chu kỳ. Ki m tra độ kín, đưa giếng vào làm việc. Tìm hi u nguyên nhân và phương pháp khác phục hư hỏng đối v i giếng gaslift chu kỳ.
- Thử nghiệm cơng nghiệp.
Đây là đề tài mở rộng của đề tài năm 2004, cĩ đề cập đến cấu trúc thiết bị lịng giếng của các giếng gaslift chu kỳ, tập trung vào xác định số lượng van gaslift chu kỳ và trạng thái kỹ thuật, cũng như quá trình làm việc của các van. Xác định các tiêu chí đ chuy n các giếng khai thác gaslift liên tục sang làm việc chu kỳ.
Năm 2011, Cơng ty Schlumberger v i đề tài “Phát tri n và ứng dụng kỹ thuật tối ưu hĩa hiệu quả làm việc cho các nhĩm giếng gaslift và lựa chọn hợp lý thiết bị lịng giếng” v i nội dung chính như sau:
- Xem xét chế độ làm việc của tất cả các giếng gaslift thuộc mỏ Bạch Hổ và lựa chọn một số giếng xem xét tối ưu.
- Phân tích hiệu quả phương pháp gaslift hiện cĩ , xác định hệ số sản phẩm,hiệu quả cải thiện.
- Cung cấp dịch vụ ghi lại sự phân bố nhiệt độ theo Cơng nghệ Sensaline của Schlumberger khi tối ưu hĩa các giếng lựa chọn.
- Mơ hình hĩa hệ thống gaslift cho nhĩm giếng xem xét tối ưu (bao gồm thiết kế giếng gaslift cho từng giếng và đề xuất chế độ làm việc tối ưu).
- Cung cấp thiết bị gaslift (bao gồm cả van gaslift sử dụng cơng nghệ NOVA).
- Cung cấp hai tài khoản sử dụng phần mềm mơ phỏng Avocet Gaslift Modeling trong th i gian 1 năm.
Bằng việc khảo sát thực trạng thơng qua thiết bị ghi nhận phân bố nhiệt độ đ làm cơ sở xác định trạng thái làm việc của bộ thiết bị lịng giếng kín hay bị hở, qua đĩ đề xuất thay đổi các van gaslift khơng làm việc và đề xuất chế độ cơng nghệ phù hợp v i nhĩm giếng.
Năm 2014, Trung tâm nghiên cứu tìm kiếm thăm dị và khai thác dầu khí (EPC) thuộc Viện dầu khí Việt Nam (VPI) đã hồn thành đề tài: “Hồn thiện cơng nghệ gaslift định kỳ đ tăng hiệu quả khai thác cho những giếng cĩ lưu lượng nhỏ” v i nội dung tập trung vào các vấn đề sau:
- Đánh giá hiện trạng áp dụng cơng gaslift chu kỳ tại mỏ Bạch Hổ.
- Lựa chọn và phát tri n mơ hình tính tốn gaslift chu kỳ.
- Xây dựng mơ hình và chương trình tính tốn.
- Lựa chọn, tính tốn, lắp đặt thử nghiệm và đánh giá kết quả ứng dụng
cơng nghệ.
- Tìm hi u nguyên nhân và biện pháp khắc phục hư hỏng trong khai thác
các giếng áp dụng gaslift chu kỳ.
Đề tài này cũng tập trung vào cụ th các giếng gaslift chu kỳ cĩ sản lượng thấp. Trên cơ sở mơ hình tính tốn về tổn hao áp suất phân bố trên ống nâng tìm ra những giếng cĩ sự sai lệch đ xem xét và đánh giá mức độ cũng
