Đồ án khai thác dầu bằng phương pháp Gaslift

Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift,

Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU

Dầu khí là ngành công nghiệp còn rất non trẻ nhưng là ngành kinh tếmũi nhọn và có nhiều tiềm năng, triển vọng trong tương lai Sau hơn 25 nămphần đấu xây dựng và trưởng thành, ngành dầu khí đã đạt được nhiều thànhtựu rất to lớn, đóng góp nhiều cho sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóađất nước

Công tác khoan và khai thác các giếng dầu là một công việc hết sứckhó khăn, phức tạp và là công việc sống còn của ngành công nghiệp dầu khí.Hiện nay các nhà khoa học trên thế giới luôn không ngừng nghiên cứu nhằmtìm ra các phương pháp khai thác mới đạt hiệu quả cao Mục tiêu quan trọngnhất của người kỹ sư dầu khí là biết áp dụng các kỹ thuật và công nghệ mới

để khai thác ngày càng hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên vô giá này

Được sự đồng ý của Bộ mônThiết Bị Dầu Khí– Khoa dầu khí, em đãtiến hành thực hiện Đồ án: “Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gasliftliên tục” Nội dung chính là nêu lên tầm quan trọng của phương pháp khaithác Gaslift, các bước tính toán thiết kế khai thác Gaslift, các loại van dùngtrong khai thác Gaslift,…

Với kiến thức đã học, cùng với sự nỗ lực của bản thân, sự cộng táccủa bạn bè và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy,cô giáo bộ môn, đồ áncủa em đã được hoàn thành đúng với thời gian quy định của nhà trường.Mặc dù đã rất cố gắng, nỗ lực, song bản đồ án chắc chắn không tránh khỏinhững sai sót, vậy em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, phê bình củacác thầy cô giáo và các bạn để bản đồ án được hoàn thiện hơn

Sinh viên

Nguyễn Đức Trọng

Trang 2

CHƯƠNG I: CÁC PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC CƠ HỌC PHỔ BIẾN VÀ PHƯƠNG PHÁP GASLIFT CHO GIẾNG THIẾT KẾ 1.1 Các phương pháp khai thác cơ học phổ biến.

Trong quá trình khái thác dầu khí tuỳ thuộc vào chế độ năng lượng vỉa

mà giếng sau khi đã khoan xong được chuyển sang khai thác theo nhữngphương pháp khai thác khác nhau Nếu năng lượng vỉa đủ thắng tổn haonăng lượng trong suốt quá trình dòng sản phẩm chảy (với một lưu lượngkhai thác nhất định nào đó) từ vỉa vào đáy giếng, dọc theo cột ống khai thácnâng lên bề mặt và theo các đường ống vận chuyển đến hệ thống thu gom,xử lý thì giếng sẽ khai thác theo chế độ tự phun Một khi điều kiện nàykhông thảo mãn thì phải chuyển sang khai thác bằng phương pháp cơ học

Mục đích áp dụng phương pháp cơ học là nhằm bổ sung thêm nănglượng bên ngoài (nhân tạo) cùng với năng lượng vỉa (tự nhiên) để đảm bảogiếng hoạt động Việc cung cấp năng lượng bổ sung này thường để giảmchiều cao mực chất lỏng trong giếng hoặc để giảm mật độ của dòng sảnphẩm trong ống khai thác nhằm tăng chênh áp (P = Pv– Pđ)

Nhưng thực tế trong khai thác dầu trên thế giới, phương pháp tự phunthường kéo dài trong vài năm đầu tiên của đời mỏ Do vậy cần phải có biệnpháp kéo dài chế độ tự phun của giếng dầu càng lâu càng tốt Khi chế độ tựphun không thể thực hiện được, người ta phải nghiên cứu và tìm ra các giảipháp khai thác dầu bằng phương pháp cơ học Tuy nhiên dựa theo nguyên lýtruyền năng lượng mà các phương pháp khai thác cơ học được phân loạitheo các nhóm sau: truyền lực bằng cần, truyền lực bằng thuỷ lực, truyền lựcbằng điện năng và truyền lực bằng khí nén cao áp

1.1 Khai thác dầu bằng phương pháp Gaslift :

a Giới thiệu chung về phương pháp:

Bản chất của phương pháp :

Khai thác dầu bằng phương pháp Gaslift dựa trên nguyên tắc bơm khínén cao áp vào vùng không gian vành xuyến giữa ống khai thác và ốngchống khai thác, nhằm đưa khí cao áp đi vào trong ống khai thác qua vanGaslift với mục đích làm giảm tỷ trọng của sản phẩm khai thác trong cột ốngnâng, dẫn đến giảm áp suất đáy và tạo nên độ chênh áp cần thiết để sảnphẩm chuyển động từ vỉa vào giếng Đồng thời do sự thay đổi nhiệt độ và ápsuất trong ống khai thác làm cho khí giãn nở góp phần đẩy dầu đi lên, nhờ

đó mà dòng sản phẩm được nâng lên mặt đất và vận chuyển đến hệ thốngthu gom và xử lý

Trang 3

Ưu điểm :

- Có thể đưa ngay giếng vào khai thác khi giai đoạn tự phun kém hiệuquả

- Cấu trúc cột của ống nâng đơn giản không có chi tiết chóng hỏng

- Phương pháp này có thể áp dụng với giếng có độ sâu, độ nghiênglớn

- Khai thác với giếng có yếu tố khí lớn và áp suất bão hòa cao

- Khai thác lưu lượng lớn và điều chỉnh lưu lượng khai thác dễ dàng

- Có thể khai thác ở những giếng có nhiệt độ cao và hàm lượngParafin lớn, giếng có cát và có tính ăn mòn cao

- Khảo sát và xử lý giếng thuận lợi, không cần kéo cột ống nâng lên

và có thể đưa dụng cụ qua nó để khảo sát

- Sử dụng triệt để khí đồng hành

- Ít gây ô nhiễm môi trường

- Có thể khai thác đồng thời các vỉa trong cùng một giếng

- Thiết bị lòng giếng tương đối rẻ tiền và chi phí bảo dưỡng thấp hơn

so với phương pháp khai thác cơ học khác

- Giới hạn đường kính ống chống khai thác không ảnh hưởng đến sảnlượng khai thác khi dùng khai thác Gaslift

- Có thể sử dụng kỹ thuật tời trong dịch vụ sửa chữa thiết bị lònggiếng Điều này không những tiết kiệm thời gian mà còn làm giảmchi phí sửa chữa

Nhược điểm :

- Đầu tư cơ bản ban đầu rất cao so với các phương pháp khác

- Năng lượng sử dụng để khai thác một tấn sản phẩm cao hơn so vớicác phương pháp khác

- Không tạo được chênh áp lớn nhất để hút dầu ở trong vỉa ở giai đoạncuối của quá trình khai thác

- Nguồn cung cấp năng lượng khí phải lớn đủ cho toàn bộ đời mỏ

- Chi phí vận hành và bảo dưỡng trạm khí nén cao, đòi hỏi đội ngũcông nhân vận hành và công nhân cơ khí lành nghề

Phạm vi ứng dụng :

Trang 4

Hiện nay giải pháp khai thác dầu bằng phương pháp Gaslift đangđược áp dụng rộng rãi trên cả đất liền và cả ngoài biển, đặc biệt đối với vùng

xa dân cư và khó đi lại Giải pháp này thích hợp với những giếng có tỷ sốkhí dầu cao, có thể khai thác ở những giếng có độ nghiêng lớn và độ sâutrung bình của vỉa sản phẩm trên 3000m Phương pháp này hiện đang được

áp dụng rộng rãi trên mỏ Bạch Hổ

b Các phương pháp khai thác dầu bằng gaslift.

Tùy thuộc vào phương pháp bơm ép khí nén và lưu lượng khai thác

mà chia ra làm 2 phương pháp khai thác Gaslift

Phương pháp khai thác gaslift liên tục:

Phương pháp Gaslift liên tục là phương pháp khí nén đưa vào khoảngkhông vành xuyến giữa ống chống khai thác và cột ống nâng, còn sản phẩmtheo ống nâng lên mặt đất liên tục

* Phạm vi ứng dụng : khai thác Gaslift liên tục được áp dụng tốt nhất đối với

các giếng:

+ Có lưu lượng khai thác lớn

+ Sản phẩm cát hay bị ngập nước

+ Sản phẩm có độ nhớt cao, dòng chảy có nhiệt độ lớn

+ Có tỷ suất khí cao mặc dù sản lượng giếng có thể nhỏ

+ Điều chỉnh lưu lượng khí nén thuận lợi bằng côn điều khiển

+ Có thể điều chỉnh lưu lượng khai thác bằng việc điều chỉnh lưulượng khí nén

* Nhược điểm : Không hiệu quả đối với giếng có mực nước động thấp (mặc

dù lưu lượng khai thác lớn)

CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT CƠ SỞ KHAI THÁC DẦU BẰNG

PHƯƠNG PHÁP GASLIFT.

Trang 5

2.1 Giới thiệu chung:

2.1.1 Nguyên lý hoạt đợng của phương pháp gaslift:

Phần lớn các giếng sau thời kỳ khai thác bằng phương pháp tự phun,năng lượng vỉa sẽ giảm khơng cịn đủ để vận chuyển sản phẩm từ vỉa theothân giếng đi lên mặt đất Để tiếp tục khai thác người ta nén khí xuống vàotrong cần hoặc vào ngồi cần khai thác với mục đích làm nhẹ dầu để tiếp tụckhai thác tượng tự như phương pháp khai thác tự phun nhân tạo

Pđ

Pđế = Pmax = Pkđ

Khí nén Sản phẩm

Hình 1.1 Nguyên lý hoạt đợng của phương pháp khai thác Gaslift

- Khi chưa bơm khí nén vào khoảng khơng vành xuyến giữa HKT vàống chống khai thác thì mực chất lỏng bên trong và bên ngồi ống bằngnhau

- Bơm khí nén vào ống bơm ép là cho chất lỏng trong ống bơm ép dichuyển xuống đế ống nâng Khi mực chất lỏng đến đế ống nâng, áp suất nénkhí đạt giá trị cực đại, áp suất tại thời điểm này gọi là áp suất khởi động(Pkđ) Khí nén tiếp tục đi vào ống nâng, hồ trộn với chất lỏng, làm cho tỷtrọng cột chất lỏng trong ống nâng giảm, dẫn đến Pđ giảm nên chênh áp Ptăng do chất lỏng đi từ vỉa vào đáy giếng và đi lên miệng giếng

2.1.2 Các yếu tớ ảnh hưởng đến hiệu quả của phương pháp Gaslift.

+ Lưu lượng khí nén : Để khai thác cĩ hiệu quả ta phải đảm bảo đủkhí nén theo yêu cầu Lưu lượng này được tính bằng tởng lưu lượng khí nén

Trang 6

được bơm vào tất cả các giếng trong vùng khai thác Khai thác sẽ đạt hiệuquả khi khí bơm ép đạt được lưu lượng tối ưu.

+ Cấu trúc ống khai thác: Để khai thác ổn định, kích thước ống khaithác là một yếu tố quan trọng khi thiết kế Kích thước của ống khai thác quánhỏ sẽ gây ra tổn thất ma sát Tuy nhiên nếu quá lớn sẽ làm cho dòng chảymất ổn định Để thiết kế được ống khai thác tối ưu cho dòng chảy hai phatrong giếng thẳng đứng cần phải có dữ liệu chính xác

+ Tính chất của dòng chảy khai thác: Độ nhớt, độ ngậm nước, độngậm dầu, sức căng trượt

+ Áp suất khí nén, chiều sâu nhúng chìm: Áp suất khí nén quá thấp sẽkhông khai thác được lưu lượng mong muốn Nếu chiều sâu nhúng chìm quálớn thì áp suất khởi động cũng rất lớn và ngược lại khí nén sẽ không nângđược dầu lên mặt đất

+ Chất lượng khí nén: thông thường trước khi bơm khí vào giếngngười ta phải xử lý chúng, bởi các tạp chất lẫn trong khí Hiệu quả của hệthống khai thác bằng Gaslift phụ thuộc vào áp suất cao của khí có sẵn

+ Máy nén khí : máy nén khí được lựa chọn phù hợp với giá trị ápsuất, khả năng áp dụng, công suất, môi trường hoạt động và nguồn kinh phí

+ Ngoài ra hiệu quả của phương pháp khai thác bằng Gaslift còn phụthuộc vào hệ số sản phẩm, lượng khí tách ra khỏi dầu và áp suất trên nhánh

xả

2.2 Sơ đồ nguyên lý cấu trúc hệ thống ống khai thác bằng gaslift.

2.2.1 Các loại sơ đồ cấu trúc cơ bản.

Nhằm mục đích khai thác dầu bằng khí nén, phụ thuộc vào từng điềukiện khai thác cụ thể của từng giếng mà người ta thiết kế các cấu trúc ốngkhác nhau về số lượng cột thả vào giếng cũng như các hướng của dòng sảnphẩm và dòng khí nén Các cấu trúc cột ống được phân loại như sau:

+ Theo hướng của dòng khí nén và dòng sản phẩm được phân ra haichế độ khai thác: chế độ vành xuyến và chế độ trung tâm

+ Theo số lượng cột ống thả vào giếng người ta chia ra: cấu trúc mộtcột ống và cấu trúc hai cột ống

+ Theo số lượng cột ống thả vào giếng và hướng đi của khí nén vàdòng sản phẩm ta có 4 cấu trúc hệ thống khai thác sau:

Cấu trúc: Chế độ vành xuyến 1 cột ống (hình-4.2a)

Cấu trúc: Chế độ vành xuyến 2 cột ống (hình-4.2b)

Trang 7

Cấu trúc: Chế độ trung tâm 1 cột ống (hình-4.2c).

Cấu trúc: Chế độ trung tâm 2 cột ống (hình-4.2d)

sản phẩm sản

phẩm

sản phẩm sản phẩm

khí nén khí nén

a b c d

Hình 1.2 - Sơ đờ cấu trúc hệ thớng khai thác bằng Gaslift

2.2.2 Giếng khai thác Gaslift theo chế đợ vành xuyến:

* Cấu trúc mợt cợt ớng: cột ống thả vào giếng chính là cột ống khai

thác, cịn cột ống chống khai thác sẽ là cột ống bơm ép Khí nén được bơmép vào vùng vành xuyến giữa cột ống khai thác và cột ống chống khai thác.Như vậy mực chất lỏng khi giếng làm việc sẽ nằm ngay tại đáy ống

+ Ưu điểm cấu trúc một cột ống theo chế độ vành xuyến:

- Đơn giản, gọn nhẹ, sử dụng triệt để cấu trúc của giếng

- Tăng độ bền của ống khai thác

- Dễ nâng cát và vật cứng ở đáy giếng lên mặt đất

- Dễ xử lý khi cĩ parafin lắng đọng

- Thuận lợi khi trang bị van Galift khởi động

+ Nhược điểm :

- Áp suất khởi động lớn (so với chế độ trung tâm)

- Áp suất đáy giếng giảm đột ngột khi khởi động và ngừng nén khílàm hư hỏng vùng cận đáy giếng và tạo nút cát lấp ống lọc Để khắc phụcnhược điểm này người ta lắp van Gaslift khởi động và lắp đặt Paker

* Cấu trúc hai cợt ớng: 2 cột ống khai thác thả lồng vào nhau, khí

được ép vào vùng khơng gian vành xuyến giữa hai cột ống, cịn hỗn hợp sảnphẩm khai thác đi lên theo ống nằm bên trong Như thế cột ống ngồi đượcgọi là cột ống bơm ép (cột ống thứ nhất), cịn cột ống bên trong được gọi làcột ống khai thác (cột ống thứ hai)

Trang 8

+ Ưu điểm của cấu trúc hai cột ống:

- Chế độ khai thác với dao động áp suất làm việc ít (vì thế vùngkhoảng không vành xuyến giữa hai cột ống nhỏ hơn so với cấu trúc một cộtống)

- Cột ống chất lỏng ở vùng khoảng không vành xuyến giữa cột ốngthứ nhất và cột ống khai thác có tác dụng điều hoà chế độ làm việc củagiếng

+ Nhược điểm: kết cấu phức tạp, chi phí tốn kém, mất nhiều thời giankhi kéo thả cột ống

2.2.3 Giếng khai thác Gaslift theo chế độ trung tâm :

Khí nén được bơm ép vào cột ống khai thác, còn dòng hỗn hợp sảnphẩm khai thác theo vùng vành xuyến đi lên bề mặt đến hệ thống thu gom vàxử lý

+Ưu điểm:

- Giảm được áp suất khởi động

- Đơn giản gọn nhẹ sử dụng triệt để cấu trúc của giếng

+ Nhược điểm:

- Giảm độ bền của ống chống khai thác

- Giảm độ bền của ống khai thác (do vật cứng mài mòn đầu nối giữacác cột ống khai thác hay ăn mòn kim loại)

- Giảm đường kính cột ống chống khai thác do parafin hay muối lắngđọng trên thành ống

- Khó xử lý khi parafin lắng đọng

- Áp suất đáy giếng giảm đột ngột khi khởi động và ngừng nén khí.Trên cơ sở các ưu nhược điểm kể trên trong thực tế thường sử dụngchế độ cột ống vành xuyến một cột ống Tuỳ theo việc trang bị paker và vanngược trong hệ thống mà chia ra 3 trạng thái cấu trúc cơ bản sau :

+ Hệ thống khai thác dạng mở (hình 4.3a): Không trang bị paker vàvan một chiều, áp suất khởi động lớn hơn áp suất khí nén, áp dụng khi khaithác bằng phương pháp Gasilft liên tục

+ Hệ thống ống khai thác dạng bán đóng (Hình 4.3c): Trang bị pakerkhông trang bị van một chiều, áp dụng khi khai thác bằng Gaslift định kỳ

Trang 9

khí neùn khí neùn

khí neùn

a-Dạng mở b-Dạng đóng c-Dạng bán đóng

Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc vành xuyến một cột ống

2.2.4 Lựa chọn hệ thống ống nâng cho giếng thiết kế.

Trên cơ sở phân tích các đặc điểm và ưu nhược điểm của các kiểu cấutrúc hệ thống ống nâng ta chọn cho giếng thiết kế kiểu cấu trúc một cột ốngkhai thác theo chế độ vành xuyến vì những lý do sau đây:

+ Vỉa sản phẩm được cấu tạo bởi đất đá tương đối bền vững: sét, bột, cátkết xen kẽ các lớp đá vôi mỏng và sét vôi, nên ít khi gây ảnh hưởng cho ốngchống khai thác

+ Giếng có chiều sâu trung bình nên có thể áp dụng các điều kiện kỹthuật hiện đại để trang bị cũng như điều khiển quá trình khai thác giảm ápsuất ở mức yêu cầu, đảm bảo cát chảy vào giếng không tạo thành nút cát.Mặt khác có thể khắc phục được các nhược điểm của cấu trúc một cột ốngkhai thác bằng cách sử dụng van gaslift và đặt paker

+ Sử dụng cẩu trúc một cột ống còn mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn

so với cấu trúc hai cột ống

+ Rất tiện lợi khi sử dụng van gaslift để giảm áp suất khởi động

2.3 Tính toán cột ống nâng:

Khi khai thác bằng khí nén nguồn năng lượng cần thiết để nâng chấtlỏng từ giếng là nguồn năng lượng con người cung cấp từ mặt đất (nănglượng khí nén) Nhiệm vụ của tính toán khai thác Gaslift là đảm bảo chi phínăng lượng nhỏ nhất, khai thác được lượng sản phẩm lớn nhất từ vỉa

Để thu được khối lượng chất lỏng cần thiết cần phải tính toán và xácđịnh được:

+ Độ dài cột ống nâng: L (m)

+ Đường kính của ống nâng: d (mm)

Trang 10

+ Khối lượng tối ưu của nhân tố làm việc để ép khí xuống.

Những số liệu ban đầu cần thiết để phục vụ cho công tác tính toán đốivới giếng:

+ Áp suất vỉa: Pv (at)

+ Hệ số hoà tan của khí: 

+ Áp suất làm việc của trạm phân phối khí: Plv (at)

+ Trọng lượng riêng của dầu: d(g/cm3)

Thực tế định luật chuyển động của chất lỏng theo cột ống nâng ởgiếng Gaslift cũng như giếng khai thác tự phun Vì vậy các phương pháptính toán để xác định các thông số cơ bản của cột ống nâng trong khai thácbằng phương pháp Gaslift cũng tương tự như tính toán của cột ống nângtrong quá trình tự phun

Ở điều kiện thực tế khi khai thác không khống chế lưu lượng hoặc domột số nguyên nhân về địa chất và kỹ thuật mà phải khống chế lưu lượngnên các phương pháp tính toán cho mỗi trường hợp cũng khác nhau

Đối với những giếng khai thác không khống chế được lưu lượng thìlượng khai thác sẽ phụ thuộc vào lưu lượng khí ép cho phép

2.3.1 Tính toán cột ống nâng khi khống chế lưu lượng khai thác:

a Xác định chiều dài cột ống nâng L(m)

Chiều dài cột ống nâng được xác định theo công thức Krulov :

hh

d P P H

L



)(



Trong đó :

H: Chiều sâu của giếng (m).

P d : Áp suất đáy giếng (at).

P đế : Áp suất ở đế cột ống nâng, nhận sự tiêu hao áp suất trong quá trình chuyển đông của khí từ máy nén khí đến cột ống nâng là 4 at nên:

P = P – 4

Trang 11

cl cl cl

de

D Q

P

P G

Q

D Q

2

2,431

2,43

cl cl cl

d

D Q

P

P G

Q

D Q

2

2,431

2,43

Q : Lưu lượng khai thác.

b Xác định đường kính cột ống nâng khi làm việc ở chế độ tối ưu:

3

1

1235,0

cl

cl tu

Q d

Sau khi tính toán chọn giá trị d gần với giá trị đường kính chuẩn nhất

Lưu lượng riêng toàn phần tối ưu của khí (kể cả khí có lẫn tronggiếng) được xác định theo công thức:

Rtp =

m

de P

P d

L

lg

1 077 , 0 5 ,

0 





(4.6)Lưu lượng riêng của khí ép:

Lưu lượng khí ép:

V = Roep.Q(m3/ng.đ) (4.8)

G 0 : tỷ số khí của giếng

: Hệ số hoà tan của khí

2.3.2 Tính toán cột ống nâng khi không khống chế lưu lượng khai thác:

Trang 12

Ngồi các số liệu đã biết ở trên trong trường hợp này cịn cĩ các số liệu sau:

- Độ dầy của vỉa: a(m)

- Lưu lượng riêng của khí ép: Rcep (m3/T)

a Xác định chiều dài cợt ớng nâng (L):

Để thu được lưu lượng lớn thì áp suất trên đáy phải nhỏ Ta thả cột ốngnâng đến phần lọc của giếng, tại đĩ Pđ = Pđế

Do vậy chiều dài cột ống nâng là : Lon = H – a (4.9)

b.Xác định đường kính cợt ớng nâng (d).

Ta cĩ: Rotp = Roep + Go (4.10)Nếu chúng ta biết Rotp và L thì ta cĩ thể xác định được Pđể theo đồ thịsau:

P đế

O R tối ưu1 R tối ưu

L 1 L 2

L 3

Hình 1.4 Đờ thị xác định P đế theo L và R tới ưu

Khi đĩ lưu lượng khai thác sẽ là:

Q = K P = K(Pv – Pđ) (m3/ng.đ) (4.11)

dtưa = 0,235 3

) 1 ( 3

1

cl cl Q

P P



 (4.13)Lưu lượng khí ép: V = Roep. Q (m3/ng.đ)

2.4 Phương pháp tính tốn chiều sâu đặt van gaslift.

Trang 13

Hiện nay có rất nhiều phương pháp xác định độ sâu đặt van Gaslift,tuỳ thuộc vào những ưu nhược điểm của từng phương pháp và đặc điểmvùng mỏ mà ta có thể sử dụng phương pháp nào đơn giản và nhanh chóngnhất

Trong đồ án chỉ đề cập đến 2 phương pháp được sử dụng rộng rãi vàphổ biến nhất đó là phương pháp giải tích và phương pháp dùng đồ thịCamco

Trước hết ta hãy tìm hiểu phương pháp tính toán độ sâu đặt vanGaslift theo phương pháp giải tích

Khi bơm khí vào ống bơm ép, chất lỏng ở ống bơm ép đi ra ngoài quaống nâng Mực chất lỏng trong ống bơm ép dừng lại ở chiều sâu h1(ứng vớicông suất lớn nhất của máy nén khí) Để khí nén đi vào ống nâng một cáchdễ dàng người ta lắp van Gaslift số 1 ở độ sâu H1

Khi lắp van Gaslift số 1 (đang mở) khí nén đi vào ống nâng qua van

số 1 trộn với chất lỏng trong ống nâng làm cho tỷ trọng cột chất lỏng từ van

1 đến miệng giếng giảm, tại thời điểm này áp suất ở đế ống nâng giảm dẫnđến mực chất lỏng trong ống bơm ép tiếp tục giảm và dừng lại ở độ sâu h2

(ứng với công suất lớn nhất của máy nén khí)

Cũng như trường hợp trên để khí nén đi vào ống nâng một cách dễdàng người ta lắp van Gaslift số 2 ở độ sâu H2

H2 = h2 - 20m

Trang 14

h 1

h 2

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên tắc tính toán chiều sâu đặt van

Khi lắp van Gaslift số 2 khí nén đi vào ống nâng qua cả van 1 và 2làm cho áp suất bên ngoài Png giảm nhanh Sự chênh áp suất tại van 1( P1 =

Png1- Ptr1) giảm Khi  P1 đạt đến một giá trị nhất định (gọi là áp suất đóngvan) thì van 1 đóng lại

Quá trình trên lặp lại với van 3, 4 cho tới khi mực chất lỏng đạt đếnvan làm việc Cuối cùng chỉ có van làm việc mở còn các van khởi động đềuđóng lại

* Công thức xác định chiều sâu đặt van Gaslift như sau:

L

m ng

- Xác định vị trí đặt van thứ hai:

Png2 = L gH2  H1 20P tlm

Trang 15

2 1

2    

g

P P H H

g

P P H

H

L

n t ng n

n

Trong đó:

P m : Áp suất miệng giếng khi khởi động

P tlm : Áp suất cột chất lỏng trong ống nâng từ van 1 đến miệng giếng

P (n-1)min : Áp suất cột chất lỏng trong ống nâng tạo ra tại độ sâu đặt van thứ n-1 khi khí nén đạt đến độ sâu của van khởi động thứ n

P ngn : Áp suất khí nén tại ống nâng tại độ sâu đặt van Gaslift

Trong thực tế: Png1 – Png2 = … = PMNK

L g(H 2 – H 1 + 20) : Áp suất cột chất lỏng từ van 1 đến van 2, đến van

n trong các công thức trên là khoảng cách (m) cần thiết để tạo được chênh ápsuất khi khí chảy vào van và khi khí hoá cột hỗn hợp sản phẩm khai tháctrên van Giá trị này có thể thay đổi tuỳ thuộc vào từng điều kiện khai thác

2.5 Phương pháp tính áp suất khởi động và các biện pháp làm giảm áp suất khởi động.

2.5.1 Phương pháp tính áp suất khởi động.

a Tính toán áp suất khởi động đối với hệ vành xuyến hai cột ống.

Các đại lượng cần thiết khi xác định áp suất khởi động

Trang 16

Khi ép khí vào khoảng không vành xuyến, cột chất lỏng trong khoảngkhông vành xuyến bị ép đến đế cột ống nâng Lúc đó mực chất lỏng trongống nâng sẽ dâng cao hơn mức thuỷ tĩnh một khoảng h Khi đó ta có ápsuất khởi động là:

Pkđ = (h - h) L.g (4.17)Thể tích chất lỏng bị ép xuống trong khoảng không vành xuyến giữaống nâng và ống bơm ép

V1 = d d .h

4

2 1

44

4

2 1

2 2

2 1 2

2 2

2 1

2 2

1 2 2 1

2 1

2 2

2 2 2

Trang 17

Sản phẩm

Khí nén

H

d1 d2 D

Pkdh

2 2 2





(4.21)

Trang 18



(4.22)Vậy áp suất khởi động được tính theo công thức sau :

Pkđ = (h + h).L.g =   gh

d

D g h d

d D

2 2

d

2 2 2

Vậy áp suất khởi động được tính theo công thức sau :

d D

D g

h d D

d

2 2

2.5.2 Các phương pháp làm giảm áp suất khởi động.

Việc khai thác dầu khí ở mỏ Bạch Hổ thường sử dụng cấu trúc mộtcột ống chế độ vành xuyến, áp suất khởi động của cấu trúc một cột ống nàyđược tính theo công thức : Pkđ = gh

d

D L

 2 2

Do áp suất khởi động thường lớn hơn nên trong thực tế khai thác bằngGaslift gặp nhiều khó khăn hoặc không thể khởi động được giếng, đôi khikhởi động giếng được nhưng không đạt hiệu quả kinh tế Vì vậy cần phảitiến hành giảm áp suất khởi động

Trang 19

Vì D và d là cấu trúc đã có sẵn nên muốn giảm áp suất khởi động thì

ta phải tìm mọi cách giảm  và h

a Các phương pháp làm giảm h.

* Phương pháp ép chất lỏng vào vỉa:

Khí nén với một áp suất cực đại vào giếng sau đó đóng giếng lại chochất lỏng thấm vào vỉa (nhằm giảm h) Dưới tác dụng của áp suất khí nén thì

Pkđ > Pv nên chất lỏng thấm vào vỉa dẫn đến mực chất lỏng trong giếng giảmxuống Sau một thời gian ta mở van cho giếng làm việc bình thường thì Pkđ

giảm Phương pháp này sử dụng cho những giếng có độ thấm lớn

* Phương pháp dung piston để múc bớt chất lỏng:

Dùng piston chuyên dụng múc bớt chất lỏng trong giếng nhằm mụcđích giảm chiều cao mực chất lỏng trong giếng Sau đó mởvan cho giếnglàm việc bình thường Phương pháp này được sử dụng cho những giếng có

áp suất vỉa và hệ số sản phẩm nhỏ

* Phương pháp thả ống nâng từng đợt :

Dùng pitton chuyên dụng để múc bớt chất lỏng trong giếng nhằm mụcđích giảm chiều cao của cột chất lỏng trong giếng Như vậy khi ta khởi độnggiếng thì Pkđ sẽ nhỏ Phương pháp này chỉ áp dụng cho những giếng có ápsuất vỉa nhỏ và hệ số sản phẩm nhỏ

* Phương pháp dùng đầu nối có lỗ thủng (Mupta thải):

Thả ống nâng đến chiều cao thiết kế Trên các đầu nối chuyên dụng cócác lỗ thủng (gần giống như van Gaslift) Phương pháp này có nhược điểm

là trong suốt quá trình làm việc khí ép luôn luôn đi qua lỗ thủng do vậy làmtăng chi phí ép khí lên (vượt khoảng 10%) Để khắc phục trường hợp nàyngười ta sử dụng van Gaslift để thay thế các đầu nối chuyên dụng này

* Phương pháp dùng van Gaslift :

Dùng van Gaslift để khởi động sẽ làm giảm được áp suất khởi động,đồng thời giảm được chi phí áp trong quá trình làm việc Bản chất củaphương pháp này à chia h ra thành nhiều đoạn h1, h2, … < h Ở đây chúng tachọn phương pháp khởi động giếng thiết kế bằng cách đặt van Gaslift

b Các phương pháp làm giảm :

Ta có : Pkđ = gh

d

D L

 2

2

Để giảm áp suất khởi động ta tìm cách giảm L bằng phương pháp

hoà khí vào chất lỏng Hiện nay phương pháp này đang được sử dụng rộng

Trang 20

rãi, sử dụng phương pháp này cĩ ưu điểm là giếng làm việc êm Phươngpháp này sử dụng trong hai trường hợp sau :

* Phương pháp hồ trộn khí vào chất lỏng trên bề mặt :

7

5 6

2 1

4 3

Khí từ trạm nén khí

1.Van xả

2.Van chận 3.Bể chứa dầu 4.Đường hồi của máy bơm 5.Đường ra manhenfon 6.Van thuỷ lực trung tâm

Hình 1.7- Sơ đờ phương pháp hoá khí vào chất lỏng.

Quá trình hồ trộn khí như sau : Hình 4.7

- Mở các van hút của máy bơm và van xả 1 để máy bơm hút dầu từ bểchứa và bơm vào ngồi cần khai thác

- Mở van 2 để khí hồ chung vào dịng dầu đang bơm vào KGVX

- Mở lớn dần van 2 cho khí vào giếng nhiều hơn Mở khố trên đường

4 để dầu hồi về bể chứa, giảm lưu lượng dầu bơm vào giếng

- Điều chỉnh dầu để lượng khí vào giếng cực đại và dầu bơm vị ngắtbằng cách mở hết khố van trên đường 4, đĩng van và tắt máy bơm

* Phương pháp tạo nút khí xen kẽ nút dầu bơm vào khoảng khơng vành xuyến :

Người ta bơm vào khoảng khơng vành xuyến một lượng khí áp suấtcực đại, dùng đường nén khí và bơm dầu vào vành xuyến để tạo ra nút dầunén nút khí xuống và cứ như vậy tạo ra nút khí, nút dầu, nút khí, nút dầu, …Khi những nút khí, nút dầu này vào trong ống sẽ nâng tỷ trọng của một chấtlỏng trong ống nâng giảm áp đáy giảm và tạo dịng chảy từ vỉa vào giếng vàđẩy dầu lên tới miệng giếng khi giếng làm việc

c Phương pháp chuyển từ chế đợ vành xuyến sang chế đợ trung tâm:

Trang 21

Để giảm áp suất khởi động người ta có thể chuyển tạm thời chế độvành xuyến sang chế độ trung tâm, bởi vì chế độ trung tâm được xác địnhtheo công thức sau :Pkđ = gh

d D

D

L

 2 2 2

Trong đó : D2 – d2 > d2

2.6 Quá trình khởi động giếng:

Áp suất cực đại của trạm nén khí mà nén tới đáy của ống nâng gọi là

áp suất khởi động (Pkđ) Có nhiều yếu tố làm ảnh hưởng đến áp suất khởiđộng:

- Cấu trúc hệ thống cột ống nâng

- Đường kính của ống nâng và ống chống khai thác

- Độ nhúng chìm của ống nâng

- Mực thuỷ tĩnh trong giếng

- Tỷ trọng của chất lỏng trong giếng

Đường biến thiên Pkđ theo thời gian (đến khi giếng làm việc bìnhthường) thể hiện qua đồ thị :

Hình 1.8- Sơ đồ biến thiên áp suất theo thời gian khi khởi động

Độ sâu lắp van được tính toán sao cho khi cột khí nén ở KGVX nénchất lỏng xuống dưới mức đặt van thì sau đó van đóng lại

* Trình tự khởi động giếng:

Trang 22

- Khí ban đầu được bơm ép vào giếng để đẩy mực chất lỏng ở vùngkhông gian vành xuyến vào trong ống nâng qua các van Gaslift đang mở.Mực chất lỏng trong ống nâng từ từ tăng lên

- Mực chất lỏng hạ đến van thứ nhất và khí nén vào ống nâng qua vannày, làm cho tỷ trọng cột chất lỏng trong ống nâng ở phần trên van 1 giảmdẫn đến áp suất trong ống nâng giảm theo Do đó mực chất lỏng ở khônggian vành xuyến tiếp tục giảm để cân bằng áp suất trong ống nâng và nó sẽ

hạ xuống đến van thứ 2

- Khí nén đi vào ống nâng qua van 1 và 2, mực chất lỏng ngoài cần hạthấp hơn van thứ 2 Áp suất ngoài cần giảm đi làm cho chênh áp ở van 1giảm đến giá trị quy định thì van 1 đóng lại Mực chất lỏng tiếp tục đixuống

- Mực chất lỏng ở KGVX đã hạ thấp hơn van 3 Khí nén đi vào ốngnâng qua van 2 và 3 Áp suất ngoài cần tiếp tục giảm đi và chênh áp ở van 2đạt đến giá trị đóng van, van 2 đóng lại

Cứ như vậy mực chất lỏng hạ xuống tới van cuối cùng là van làmviệc Các van phía trên đóng trong suốt quá trình khai thác, chỉ riêng vanlàm việc mở Tuy nhiên ở một số giếng người ta còn lắp thêm một số van dựphòng dưới van làm việc để dùng cho thời gian sau này khi lưu lượng củagiếng giảm đi

Trang 23

CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHAI THÁC DẦU BẰNG

PHƯƠNG PHÁP GASLIFT CHO GIẾNG KHAI THÁC

3.1 Các thông số của giếng thiết kế.

Bảng 3.1 Các thông số của vỉa và giếng.

6 Áp suất khí nén (khi khởi động)) Pkđ 95 at

7 Áp suất khí nén (khi làm việc) Plv 90 at

12 Tỷ trọng của dầu trong vỉa dv 0.72 Wtr=1

13 Lưu lượng khai thác dự tính Qd 140 m/ngđ

25 Độ nhớt của dầu 50oC td50 5.5 cp

26 Độ nhớt của dầu ở 150oC td150 0.5 cp

27 Tỷ trọng của nước n 1.05 Wtr=1

28 Thể tích ép khí tối đa Qk 1300.000 Cu.ft/d

Trang 24

3.2 Tính toán cột ống nâng cho giếng thiết kế.

- Chiều sâu giếng khai thác: H = 3080m = 10107 ft

- Đường kính ống chống khai thác: D = 168mm = 6,61 in

- Hệ số sản phẩm: K = 1 T/at.ngđ

- Trọng lượng riêng của dầu: d = 0,87 g/cm3

- Lưu lượng khai thác: Qd = 140 m3/ngđ = 122 T/ng.đêm

- Tỷ suất của khí dầu: G0 = 220 m3/T

- Áp suất vỉa: Pv = 240at

- Áp suất miệng giếng: Pm = 12at

- Áp suất làm việc: Plv = 90at

- Hệ số hoà tan của khí:  = 0,6 (1/Pa)

3.2.1 Xác định chiều dài cột ống nâng L.

Để tính toán chiều dài cột ống nâng (L) ta áp dụng công thức sau:

hh

d P P H

L



)(

+  d: Trọng lượng riêng của hỗn hợp dầu khí ở dưới đáy giếng.

d =

cl cl

d d

cl d d

cl cl cl

D Q

P

P G

Q

D Q

1 (

).

(

).

2 , 43 (

2 0

Trang 25

) / ( 80 , 0 87 , 0 61 , 6 2 , 43 122 87

, 0 1 118

87 , 0 ).

118 6 , 0 220 (

122

87 , 0 ).

87 , 0 61 , 6 2 , 43 122

2

cm g

d de

cl de d

cl cl cl

D Q

P

P G

Q

D Q

1 (

).

(

).

2 , 43 (

2 0

, 0 1 86

87 , 0 ).

86 6 , 0 220 (

122

87 , 0 ).

87 , 0 61 , 6 2 , 43 122

2

cm g



78 , 0

) 86 118 (

10

3.2.2 Xác định đường kính cột ống nâng.

Đường kính của cột ống nâng khi giếng làm việc ở chế độ tối ưu đượcxác định theo công thức:

dtư = 3 0

).

1 (

1 235 , 0

12 86 10

L

P P





→ dtư = 2 , 85 ( ) 72 , 39 ( ).

86 , 0 ).

32 , 0 1 (

122 32

, 0

1 235 ,



Để phù hợp với sự đồng hoá thiết bị ta chọn đường kính cột ống nâng

để cho giếng làm việc ở chế độ tối ưu là: dtư  76(mm)

3.3 Xây dựng biểu đồ xác định độ sâu đặt van gaslift.

Có 3 phương pháp xác định chiều sâu đặt van Gaslift: Phương phápgiải tích, phương pháp toán đồ Liên Xô và phương pháp đồ thị Camco Hiệnnay xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro đều có sẵn chương trình vàphần mềm máy tính, người thiết kế giếng chỉ cần đưa số liệu đầu vào là cóngay kết quả một cách nhanh chóng và chính xác

Trang 26

Trong đồ án này, độ sâu đặt van gaslift được các định theo phươngpháp đồ thị Camco Trong biểu đồ biểu thị một số đường thay đổi của cácthông số giếng phụ thuộc áp suất, chiều sâu giếng.

3.3.1 Xây dựng đường cong phân bố áp suất lỏng khí trong cột ống nâng (đường số 1).

Tỷ lệ GLR của chất lỏng khai thác sau khi đã ép khí vào giếng: Vớilưu lượng khí ép tối đa là 1300000 cu.ft/d và lưu lượng khai thác là920bbl/d, ta tính được GLR của chất lỏng khi ép khí là:

920

1300000

bbl ft Cu

Các đường cong chuẩn trong hình 3.2 là các đường đặc tính ở áp suấtmiệng bằng 0 Vì vậy, với giếng có áp suất miệng Pm = 12(at) = 176(psig) tacần thực hiện các bước sau: Đặt tờ giấy thiết kế (hình 3.1) lên hình 3.2, dichuyển sang trái sao cho điểm 0 của hình 3.2 trùng lên điểm 176psig trêngiấy thiết kế (hình 3.1) Sau đó vẽ đường cong GRL = 652 lên giấy thiết kế(hình 3.1)

3.3.2 Xây dựng đường phân bố áp suất thuỷ tĩnh (đường số 2).

Đường này qua điểm áp suất miệng giếng Pm = 12at và điểm áp suấtthuỷ tĩnh ở độ sâu 1000m (3281 ft):

3.3.3 Xây dựng đường phân bố áp suất khí nén ngoài cần (đường số 3).

Xác định áp suất khí ép tại chiều sâu đặt paker theo công thức:

P = Pkđ (1+F)

Trong đó:

P kđ : áp suất khởi động trên bề mặt; P kđ = 95(at) = 1397(psig).

P: áp suất khí ép tại paker.

F: hệ số áp suất cột khí ngoài ống nâng.

Tra Bảng3.2 tìm hệ số F: ứng với H p = 8269 ft, tỉ trọng γ kn = 0,65.

Ta có: F = 0,2046

Vậy: P = 1397.(1 + 0,2046) = 1683 psig

Tiêu đề	Đồ án khai thác dầu bằng phương pháp Gaslift
Tác giả	Nguyễn Đức Trọng
Trường học	Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam
Chuyên ngành	Kỹ thuật dầu khí
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	53
Dung lượng	11,49 MB