11. Li cảm ơn
1.2.2.Phương pháp xác định thơngsố 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 như nguyên nhân đ đề xuất các giải pháp khắc phục. Lắp đặt thử nghiệm loại van chu kỳ phù hợp v i kết quả nghiên cứu.
Các cơng trình nghiên cứu trên đều tập trung chủ yếu vào giải quyết những vấn đề cụ th và chi tiết của bộ thiết bị lịng giếng v i chế độ cơng nghệ phù hợp v i trạng thái cũng như hiện trạng của khu vực nghiên cứu. Tất cả đều tập trung chủ yếu vào các giếng cĩ lưu lượng thấp và xác định chế độ gaslift chu kỳ phù hợp.
Trong luận án này, tác giả bằng phương pháp nghiên cứu và cách tiếp cận đối tượng một cách tổng th đ đánh giá trạng thái làm việc của hệ thống “Giếng-Vỉa”, trên kết quả này làm cơ sở đề xuất các giải pháp cụ th đối v i “Vỉa” và đối v i “Giếng” dựa trên tiêu chí chi phí khí nén nhỏ nhất nhằm giải quyết bài tốn trong tương lai.
1 4 Tổng quan về thực trạng các giếng khai thác bằng phƣơng pháp gaslift tại mỏ Bạch Hổ
Mỏ Bạch Hổ đã được đưa vào khai thác từ tháng 6 năm 1986. Khai thác được tiến hành từ các tầng sản phẩm của:
- Mioxen dư i từ ngày 26.06.1986 (GK. BH-1); - Oligoxen dư i từ ngày 13.05.1987 (GK. BH-14); - Oligoxen trên từ ngày 25.11.1987 (GK. BH-70); - Mĩng từ ngày 06.09.1988 (GK. BH-1).
K từ khi bắt đầu khoan giếng khoan thăm dị đầu tiên (BH-5) đến th i đi m 01.01.2014 trên mỏ đã khoan tất cả là 315 giếng khoan, trong đĩ cĩ 21 giếng tìm kiếm thăm dị, 9 giếng khai thác s m và 285 giếng khai thác. Từ quỹ giếng đã khoan cho đến th i đi m ngày 01.01.2014 đã hủy 26 giếng, 8 giếng đĩng, 2 giếng quan sát, 49 giếng khơng hoạt động, 49 giếng dùng đ bơm ép và 181 giếng khai thác đang hoạt động. Trong 181 giếng khai thác cĩ 164 giếng khai thác bằng phương pháp gaslift. Năm 2013 tồn mỏ Bạch Hổ khai thác được 4093896 tấn dầu, trong đĩ sản lượng khai thác bẳng gaslift đạt 3743037, chiếm 65,9% tổng sản lượng tồn mỏ. Sản lượng dầu khai thác hàng ngày bằng gaslift tồn mỏ Bạch Hổ 6262,8 tấn/ngày đêm, trong đĩ ở Mioxen là 3105,2 tấn/ngày đêm, Oligoxen trên là 283,2 tấn/ngày đêm, Oligoxen dư i là 899 tấn/ngày đêm và Mĩng là 1975,4 tấn/ngày đêm. Lưu lượng khai thác chất lỏng trung bình đạt 104 tấn/ngày đêm, lưu lượng dầu khai thác trung bình
là 38 tấn/ngày đêm, độ ngập nư c là 63%, chi phí khí nén là 15117 m3/ngày
đêm và chi phí khí nén cho 1 tấn dầu là 177,6 m3/tấn [11].
Hiện nay số lượng các giếng khai thác bằng phương pháp gaslift ở mỏ Bạch Hổ được chia làm hai dạng, tức là khai thác gaslift liên tục cĩ 126 giếng và theo chu kỳ cĩ 38 giếng. Đặc biệt lưu lượng của các giếng cũng khác biệt nhau, cĩ đến 48 giếng hiện nay chỉ khai thác v i lưu lượng nhỏ hơn 10 tấn/ngày, lưu lượng từ 11-30 tấn/ngày cĩ 66 giếng, từ 31-60 tấn/ngày cĩ 32 giếng, cịn lại là các giếng cĩ lưu lượng l n hơn 61 tấn/ngày. Điều này phản ánh năng lượng vỉa của các đối tượng khai thác cũng đã suy giảm nhiều. Chính vì thế, trong những năm gần đây, LD dầu khí Việt - Nga Vietsovpetro đã áp dụng giải pháp khai thác theo chu kỳ, đây là giải pháp cho phép khơng