thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục

Giới thiệu chung về phương pháp: a,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 k

LỜI NÓI ĐẦU

Dầu khí là ngành công nghiệp còn rất non trẻ nhưng là ngành kinh

tế mũi nhọn và có nhiều tiềm năng, triển vọng trong tương lai Sau hơn

25 năm phần đấu xây dựng và trưởng thành, ngành dầu khí đã đạt đượcnhiều thành tựu rất to lớn, đóng góp nhiều cho sự nghiệp công nghiệphóa, hiện đại hóa đất nước

Là sinh viên ngành TBDK sau khi ra trường cần đáp ứng được yêu cầu

về công nghệ, sử dụng thiết bị hợp lý.Với sự đồng ý của Bộ mônThiết Bị Dầu

Khí– Khoa dầu khí, em đã tiến hành thực hiện Đồ án: “Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục” Nội dung chính là nêu lên tầm quan trọng

của phương pháp khai thác Gaslift, các bước tính toán thiết kế khai thác Gaslift,các loại van dùng trong khai thác Gaslift,…

Với kiến thức đã học, cùng với sự nỗ lực của bản thân, sự cộng tác củabạn bè và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy,cô giáo bộ môn, đồ án của 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 khỏi những sai sót.Vậy

em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, phê bình của các thầy cô giáo vàcác bạn để bản đồ án được hoàn thiện hơn

Hà Nội, Tháng 5 năm 2012

Sinh viên

Nguyễn Đình Thắng

CHƯƠNG I: LÝ THUYẾT CƠ SỞ KHAI THÁC DẦU BẰNG PHƯƠNG

PHÁP GASLIFT.

1.1 Tổng quan khai thác dầu bằng phương pháp Gaslift :

1.1.1 Giới thiệu chung về phương pháp:

a,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 ống chốngkhai thác, nhằm đưa khí cao áp đi vào trong ống khai thác qua van Gaslift vớimục đích làm giảm tỷ trọng của sản phẩm khai thác trong cột ống nâng, dẫnđến giảm áp suất đáy và tạo nên độ chênh áp cần thiết để sản phẩm chuyển

động từ vỉa vào giếng Đồng thời do sự thay đổi nhiệt độ và áp suất trong ốngkhai thác làm cho khí giãn nở góp phần đẩy dầu đi lên, nhờ đó mà dòng sảnphẩm được nâng lên mặt đất và vận chuyển đến hệ thống thu gom và xử lý.

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 nghiêng lớn

- 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 lượng Parafinlớn, 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 sovới 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 lòng giếng.Điều này không những tiết kiệm thời gian mà còn làm giảm chi phí sửachữa

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 với cácphương 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 ngũ côngnhân vận hành và công nhân cơ khí lành nghề

b, Phạm vi ứng dụng :

Hiện nay giải pháp khai thác dầu bằng phương pháp Gaslift đang được

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 số khí dầu cao,

có thể khai thác ở những giếng có độ nghiêng lớn và độ sâu trung bình của vỉasản phẩm trên 3000m Phương pháp này hiện đang được áp dụng rộng rãi trên

mỏ Bạch Hổ

1.1.2 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 lưu lượngkhí nén

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

(mặc dù lưu lượng khai thác lớn)

1.1.3 Nguyên lý hoạt động của phương pháp gaslift:

Phần lớn các giếng sau thời kỳ khai thác bằng phương pháp tự phun,năng lượng vỉa sẽ giảm không còn đủ để vận chuyển sản phẩm từ vỉa theo thângiếng đi lên mặt đất Để tiếp tục khai thác người ta nén khí xuống vào trong cầnhoặc vào ngoài cần khai thác với mục đích làm nhẹ dầu để tiếp tục khai tháctượng tự như phương pháp khai thác tự phun nhân tạo

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 và ốngchống khai thác thì mực chất lỏng bên trong và bên ngồi ống bằng nhau

- 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 tỷ trọng cộtchất lỏng trong ống nâng giảm, dẫn đến Pđ giảm nên chênh áp P tăng do chấtlỏng đi từ vỉa vào đáy giếng và đi lên miệng giếng

1.1.4 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 đủ khínén theo yêu cầu Lưu lượng này được tính bằng tởng lưu lượng khí nén đượcbơm vào tất cả các giếng trong vùng khai thác Khai thác sẽ đạt hiệu quả khikhí bơm ép đạt được lưu lượng tối ưu

+ Cấu trúc ống khai thác: Để khai thác ởn định, kích thước ống khai thác

là một yếu tố quan trọng khi thiết kế Kích thước của ống khai thác quá nhỏ sẽgây ra tởn thất ma sát Tuy nhiên nếu quá lớn sẽ làm cho dịng chảy mất ởnđịnh Để thiết kế được ống khai thác tối ưu cho dịng chảy hai pha trong giếngthẳng đứng cần phải cĩ dữ liệu chính xác

+ Tính chất của dịng chảy khai thác: Độ nhớt, độ ngậm nước, độ ngậmdầu, 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 nâng đượcdầu lên mặt đất.

+ Chất lượng khí nén: thông thường trước khi bơm khí vào giếng người

ta phải xử lý chúng, bởi các tạp chất lẫn trong khí Hiệu quả của hệ thống khaithác 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 áp suất,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

1.2 Sơ đồ nguyên lý cấu trúc hệ thống ống khai thác bằng gaslift 1.2.1 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 ống khácnhau về số lượng cột thả vào giếng cũng như các hướng của dòng sản phẩm vàdòng 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 hai chế

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 một cộtống và cấu trúc hai cột ống

+ Theo số lượng cột ống thả vào giếng và hướng đi của khí nén và dòngsản 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)

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

a b c d

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

1.2.2 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 sản phẩmkhai thác đi lên theo ống nằm bên trong Như thế cột ống ngồi được gọi là cộtống bơm ép (cột ống thứ nhất), cịn cột ống bên trong được gọi là cột ống khaithác (cột ống thứ hai)

+ Ưu điểm của cấu trúc hai cột ống:

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

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

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

1.2.3 Giếng khai thác Gaslift theo chế độ trung tâm :

Khí nén được bơm ép vào cột ống khai thác, còn dòng hỗn hợp sản phẩmkhai thác theo vùng vành xuyến đi lên bề mặt đến hệ thống thu gom và xử 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 giữa cáccột 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 dụng chế

độ cột ống vành xuyến một cột ống Tuỳ theo việc trang bị paker và van ngượctrong 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 và vanmột chiều, áp suất khởi động lớn hơn áp suất khí nén, áp dụng khi khai thácbằng 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

khí nén khí nén

khí nén

Sản phẩm Sản phẩm Sản phẩm

a-Dạng mở b-Dạng đóng c-Dạng bán đóng

Hình 1.3 Sơ đờ cấu trúc vành xuyến mợt cợt ớng

1.2.4 Lựa chọn hệ thớng ớng nâng cho giếng thiết kế.

Trên cơ sở phân tích các đặc điểm và ưu nhược điểm của các kiểucấu trúc 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,cát kết xen kẽ các lớp đá vơi mỏng và sét vơi, nên ít khi gây ảnh hưởng cho ốngchống khai thác

+ Giếng cĩ chiều sâu trung bình nên cĩ thể áp dụng các điều kiện kỹthuật hiện đại để trang bị cũng như điều khiển quá trình khai thác giảm áp suất

ở mức yêu cầu, đảm bảo cát chảy vào giếng khơng tạo thành nút cát Mặt khác

cĩ thể khắc phục được các nhược điểm của cấu trúc một cột ống khai thác bằngcách sử dụng van gaslift và đặt paker

+ Sử dụng cẩu trúc một cột ống cịn mang lại hiệu quả kinh tế caohơn so với cấu trúc hai cột ống

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

1.3 Tính tốn cợt ớng nâng:

Khi khai thác bằng khí nén nguồn năng lượng cần thiết để nâng chất lỏngtừ giếng là nguồn năng lượng con người cung cấp từ mặt đất (năng lượng khínén) Nhiệm vụ của tính tốn khai thác Gaslift là đảm bảo chi phí năng lượngnhỏ nhất, khai thác được lượng sản phẩm lớn nhất từ vỉa

Để thu được khối lượng chất lỏng cần thiết cần phải tính tốn và xác địnhđược:

+ Độ dài cột ống nâng: L (m)

+ Đường kính của ống nâng: d (mm)

+ 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 ở giếngGaslift cũng như giếng khai thác tự phun Vì vậy các phương pháp tính toán đểxác định các thông số cơ bản của cột ống nâng trong khai thác bằng phươngpháp Gaslift cũng tương tự như tính toán của cột ống nâng trong quá trình tựphun

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 lượng nêncác 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

1.3.1 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

P H

L



)(

10  de



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:

Pđê = Plv – 4

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

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

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

Ngoài các số liệu đã biết ở trên trong trường hợp này còn có các số liệusau:

- Độ dầy của vỉa: a(m)

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

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

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

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

b.Xác định đường kính cột ống nâng (d).

Hình 1.4 Đồ thị xác định P đế theo L và R tối ưu

Khi đó 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

L

P P





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

1.4 Phương pháp tính toán chiều sâu đặt van gaslift.

Hiện nay có rất nhiều phương pháp xác định độ sâu đặt van Gaslift, tuỳthuộc vào những ưu nhược điểm của từng phương pháp và đặc điểm vùng mỏ

mà ta có thể sử dụng phương pháp nào đơn giản và nhanh chóng nhất

Trong đồ án chỉ đề cập đến 2 phương pháp được sử dụng rộng rãi

và phổ 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 van Gaslifttheo 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 cách dễdàng 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 1trộn với chất lỏng trong ống nâng làm cho tỷ trọng cột chất lỏng từ van 1 đếnmiệng giếng giảm, tại thời điểm này áp suất ở đế ống nâng giảm dẫn đến mựcchất lỏng trong ống bơm ép tiếp tục giảm và dừng lại ở độ sâu h2 (ứng với côngsuất lớn nhất của máy nén khí)

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

H2 = h2 - 20m