- Hệ thống tải cáp điện năng đóng vai trò tải năng lượng điện ba pha từ bề mặt đến động cơ điện chìm Các loại cáp tải điện cần phải thoả mãn một số yêu cầu kỹ
b) Thiết bị tách khí theo nguyên tắc ly tâm
4.1.1. Đối với mỏ Bạch Hổ
Sản phẩm khai thác ở mỏ Bạch Hổ có nhiệt độ cao (110 ÷ 145oC), yếu tố khí lớn (150 ÷ 200 m3 /t), độ giếng sâu lớn (2800 ÷ 4500 m).
Với điều kiện mỏ Bạch Hổ như vậy, các trường hợp hỏng hóc tổ hợp máy bơm liên quan đến phần điện chiếm 56% trong tổng số các hỏng hóc. Trong đó có 30% do đoản mạch cáp tải điện đã bị bào mòn cơ học trong quá trình thả tổ hợp máy bơm qua những đoạn thân giếng có độ cong lớn (thường độ sâu 200 ÷ 300m cường độ tăng góc nghiêng là 7o/100m, từ độ sâu 2300 – 3200 m cường độ giảm góc nghiêng là 2o/100m).
Trong khai thác dầu bằng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm, dựa trên hình dạng mặt cắt mà cáp tải điện được chia ra hai loại là: cáp tròn và cáp dẹt. Nếu có cùng đường kính lõi đồng thì cáp tròn có khả năng cách điện tốt hơn so với cáp dẹt vì bề dày của chất cách điện và lớp cố định dày hơn nhiều so với cáp dẹt. Điều này cho phép sử dụng chất liệu cách điện thường và giảm đáng kể giá thành của cáp.
Tuy nhiên, do đường kính cáp tròn lớn hơn nhiều so với cáp dẹt, nên khả năng sử dụng kém linh hoạt hơn so với cáp dẹt, nhất là trong điều kiện giếng khoan có than nghiêng. Vì vậy, để đáp ứng các yêu cầu về cách điện, lớp cách điện dùng cho cáp dẹt đòi hỏi loại đặc biệt, giá thành khá đắt so với cáp tròn, do đó việc sử dụng cáp dẹt thay thế cáp tròn trong khai thác dầu bằng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm cần phải
tính toán tới hiệu quả kinh tế trước khi thiết kế. Loại cáp thường chỉ dùng để dẫn điện từ trạm điều khiển đến gần tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm, phần cáp từ động cơ điện đi qua thiết bị bảo vệ, máy bơm là loại cáo được chế tạo đặc biệt nhằm giảm thiểu tối đa đường kính phần này mà vẫn đảm bảo các thông số kỹ thuật về điện.
Trong tổng số các trường hợp máy bơm hỏng liên quan đến phần điện, thì có đến 83% số máy bơm hoạt động trong vùng làm việc có hệ số hiệu dụng tối ưu (56% ÷ 65%).
Các tổ hợp máy bơm có thời gian làm việc lâu nhất (356; 685 và 829 ngày) đều làm việc trong vùng nằm ở phía bên phải vùng có hệ số hiệu dụng tối ưu (hệ số hiệu dụng của các tổ hợp máy bơm trên tương ứng là: 34, 45 và 48%). Điều này cho phép quá trình giải nhiệt đông cơ điện của máy bơm được tốt hơn.
Thời gian làm việc giữa hai lần sửa chữa của tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm sử dụng tại mỏ Bạch Hổ là rất khác nhau, trung bình vào khoảng 6 ÷ 8 tháng. Trong khi sử dụng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm trong khai thác dầu của các mỏ dầu tại vùng Tây Sibiri (Nga) và vùng biển Bắc (mỏ Beatrice của nước Anh) đã cho thấy thời gian làm việc giữa hai lần sửa chữa nằm trong khoảng 6,5 ÷ 7 tháng. Quá trình áp dụng thử nghiệm các tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm sử dụng tại mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng đã cho thấy khả năng áp dụng có hiệu quả giải pháp khai thác dầu bằng phương pháp cơ học nhờ máy bơm ly tâm điện chìm đối với các giếng có độ sâu nhỏ hơn 3500m.
Theo các tài liệu kỹ thuật của hãng REDA thì nhiệt độ làm việc cực đại của động cơ điện là 121o C, của thiết bị bảo vệ động cơ là 149 o C và cáp tải điện năng là 232o C. Trong quá trình tiến hành áp dụng thử nghiệm tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm tại mỏ Bạch Hổ, các thông số về áp suất và nhiệt độ của miệng giếng vào máy bơm được đo tự động bằng kỹ thuật số nhờ thiết bị cảm ứng đặt ngay dưới đông cơ điện. Dựa trên cơ sở các thông số đo thực tế này, kết hợp với lưu lượng chất lỏng chảy qua động cơ khi tổ hợp máy bơm làm việc cũng như các tính chất lý – nhiệt của chất lỏng khai thác, tiến hành tính toán xác định nhiệt độ của động cơ trong quá trình làm việc.
Số giếng P mv (atm) Tmv (o C) Ql (m3 /ng.đ) Nước (%) Qd (m3 /ng.đ) Ttđ (o C) 24 36 105 90 45 49,5 129 63 85 99 140 75 35,0 117 69 110 84 75 65 26,3 109 69 190 56 140 83 203,8 72 87 75 95 200 50 100,0 116 130 130 100 220 92 17,6 114 136 58 86 55 58 23,1 115
Qua kết quả tính toán và đo trong thực tế, đã chứng tỏ rằng: nhiệt độ của động cơ điện trong quá trình làm việc nằm trong vùng giới hạn cực đại. Như vậy, hầu hết tất cả các tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm hoạt động trong điều kiện bất lợi về mặt nhiệt độ. Điều này dẫn đến hư hỏng tổ hợp máy bơm, mà đầu tiên là các bộ phận liên quan đến phần điện. Nếu chuyển các giếng khai thác dầu từ tầng móng sang phương pháp khai thác cơ học nhờ tổ hợp máy bơm ly tâm điên chìm, thì nhiệt độ tại miệng vào của máy bơm có thể đạt đến giá trị 135 ÷ 140oC vì nhiệt độ trung bình của vỉa sản phẩm là 140 ÷ 145oC.
Trong những điều kiện làm việc khắc nghiệt như vậy sẽ dẫn đến khả năng hoạt động của các loại máy bơm có cấu trúc như hiện nay đang dùng bị hạn chế, ngoài ra, thời gian làm việc giữa hai lần sửa chữa cũng giảm đi đáng kể.
Mặt khác, hiện nay tại mỏ Bạch Hổ, đường kính ống khai thác của các giếng có cấu trúc chủ yếu là loại kết hợp 168 x 140 mm nên chỉ có thể áp dụng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm để khai thác các giếng với lưu lượng chất lỏng không quá 200 m3 /ng.đ và độ sâu nâng chất lỏng không quá 3500 mm.
Để khai thác giếng có sản phẩm không ngậm nước với lưu lượng 500m3/ng.đ thì giếng cần phải có ống khai thác có đường kính tối thiểu la 194 mm. Những tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm dùng để khai thác giếng có sản phẩm ngậm nước và lưu lượng cao sẽ không thả được vào trong giếng.
Bên cạnh đó, việc áp dụng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm để khai thác giếng đòi hỏi phải có tháp để nâng thả mà trên các giàn vệ tinh laị không đựơc trang bị tháp khoan, do đó sẽ phải dùng tháp khoan trên tàu khoan.
Nhưng yếu tố thời tiết tại mỏ Bạch Hổ chỉ cho phép di chuyển tàu khoan trong khoảng 110/365 ngày một năm (tùy thuộc vào thời tiết xấu – đẹp). Như vậy, quá trình sửa chữa, bảo dưỡng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện thời tiết. Để khắc phục tình trạng này cần đầu tư trang bị thêm trên các giàn vệ tinh tháp khoan và khối nhà ở.
Mặc dù đã sử dụng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm cho 11 giếng khai thác dầu đạt sản lượng 70 ngàn tấn dầu trong năm 1195 nhưng việc áp dụng này cho điều kiện cụ thể ở mỏ Bạch Hổ gặp phải một số khó khăn cơ bản. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động của tỏ hợp máy bơm ly tâm điện chìm đã dẫn đến khó có khả năng áp dụng rộng rãi cho mỏ Bạch Hổ là: yếu tố khí của sản phẩm khai thác khá cao, độ sâu giếng lớn và nhiệt độ chất lỏng khai thác khá lớn, độ cong thân giếng, cấu trúc ống chống khai thác, cấu trúc các giàn vệ tinh, điều kiện thời tiết,…
Lựa chọn các phương pháp khai thác cơ học có thể áp dụng tại mỏ Bạch Hổ ta có các phương pháp sau:
Phương pháp 1: Các giếng khai thác bằng phương pháp tự phun trên các giàn cố định và các giàn vệ tinh mà không đạt theo sản lượng thiết kế sẽ chuyển sang khai thác cơ học bằng phương pháp Gaslift.
Phương pháp 2: Các giếng khai thác bằng phương pháp tự phun trên các giàn cố định và các giàn vệ tinh mà không đạt theo sản lượng thiết kế sẽ chuyển sang khai thác cơ học bằng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm.
Phương pháp 3: Các giếng khai thác bằng phương pháp tự phun trên các giàn cố định mà không đạt theo sản lượng thiết kế sẽ chuyển sang khai thác cơ học bằng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm, còn các giếng trên giàn vệ tinh thì chuyển sang khai thác bằng phương pháp Gaslift.
Phương pháp 4: Các giếng khai thác bằng phương pháp tự phun trên các giàn cố định và các giàn vệ tinh mà không đạt theo sản lượng thiết kế sẽ chuyển sang khai thác cơ học bằng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm với điều kiện trang bị
Khi so sánh, tính toán các thông số kinh tế - kỹ thuật để lựa chọn được phương pháp khai thác cơ học tối ưu cần phải tính đến các yếu tố ảnh hưởng sau:
- Điều kiện khí hậu biển.
- Khoan thêm giếng khai thác để đảm bảo hoàn thành sản lượng khai thác dầu theo kế hoạch trong trường áp dụng phương pháp khai thác bằng tổ hợp máy bơm ly tâm điên chìm do không thể thả tổ hợp vào một số giếng khai thác vì đường kính ống chống khai thác bị hạn chế. - Điều kiên thời tiết hạn chế việc tiến hành sửa chữa giếng khi trang bị
tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm cho các giếng trên giàn vệ tinh. - Xây dựng và đưa vào hoạt động xưởng sửa chữa tổ hợp máy bơm ly
tâm điện chìm.
- Trang bị thêm tháp khoan và khu nhà ở cho các giàn vệ tinh. - Vận chuyển khí đồng hành vào bờ.
Bảng 4.2: So sánh các thông số kinh tế - kỹ thuật của các phương pháp khai thác dầu
TT Thông số Đơn vị Các phương pháp khai thác cơ học
PP 1 PP 2 PP 3 PP 4 1 Lượng dầu khai thác Triệu tấn 76,8 76,8 76,8 76,8 2 Lượng nựớc bơm ép Triệu m3 210,1 210,1 210,1 210,1
3 Giếng mới sau khi khoan Cái 78 108 89 82
4 Đầu tư cơ bản Triệu USD 785,1 919,2 973,4 809,1 5 Chi phí sản suất Triệu USD 1151,6 1379,1 1286,1 1292,8 6 Tổng chi phí Triệu USD 1936,8 2298,3 2259,5 2101,9 7 Tiền bán dầu Triệu USD 10262 10262 10262 10262 8 Thu nhập từ khai thác mỏ Triệu USD 8325,3 7963,8 8002,5 8160,1 9 Thuế tài nguyên (18%) Triệu USD 1847,2 1847,2 1847,2 1847,2 10 Thuế xuất khẩu (3,4%) Triệu USD 384,9 384,9 384,9 384,9 11 Thuế tức lợi Triệu USD 2451,7 2301,1 2322,6 2385,6 12 Lợi nhuận dòng Triệu USD 3677,5 3460,6 3483,9 3578,4
Qua kết quả so sánh tính toán các thông số kinh tế - kỹ thuật ta thấy: đối với các điều kiện khai thác cơ học tại mỏ Bạch Hổ thì phương pháp khai thác cơ học bằng Gaslift có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng tổ hợp máy bơm ly tâm điện
chìm và hiện nay phương pháp khai thác bằng Gaslift là phương pháp khai thác cơ học chính đang được áp dụng tại mỏ Bạch Hổ.