CÁC PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC TRONG KHAI THÁC DẦU KHÍ. – Tài liệu text

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản khá đầy đủ của tài liệu tại đây ( 3.38 MB, 142 trang )

22

2.1.1. Phương pháp khai thác dầu bằng máy bơm Piston và máy bơm guồng

xoắn

Bản chất của phương pháp

Loại máy bơm này hoạt động nhờ năng lượng của động cơ điện được chuyển

thành cơ năng và được truyền xuống giếng qua hệ thống cần truyền lực.

Đối với máy bơm Piston cần thì chuyển động quay của động cơ điện thông

qua cần truyền lực chuyển thành chuyển động tịnh tiến để kéo dài Piston trong

giếng. Trên Piston có lắp van ngược, khi Piston hạ xuống thì dầu tràn qua van

ngược đi lên phía trên. Khi Piston di chuyển lên phía trên thì van ngược sẽ đóng lại

và nâng dầu lên mặt đất. Cứ như vậy dầu được truyền từ đáy giếng lên mặt đất.

Đối với bơm guồng xoắn thì chuyển động quay của động cơ được chuyển

thành chuyển động xoay theo phương thẳng đứng đểû quay guồng xoắn trong giếng.

Nhờ vậy mà dầu sẽ chuyển lên mặt đất theo các rãnh xoắn.

Phạm vi ứng dụng

Giải pháp này được áp dụng chủ yếu đối với các mỏ của các nước thuộc Liên

Xô cũ, các vùng mỏ Trung Cận Đông và các mỏ của Mỹ. Các mỏ này có đặc điểm

chung là vỉa sản phẩm có độ sâu không lớn (trung bình khoảng 500 1500 m) và

đang ở trong giai đoạn khai thác giữa và cuối của đời mỏ có áp suất đáy giếng thấp,

dao động khoảng 10 15 at. Bơm Piston cần (bơm gật gù) chỉ sử dụng hiệu quả

trong những giếng có tốc độ khai thác ít hơn 70 t/ngđ. Do điều kiện khai thác trên

biển bằng giàn hay giàn vệ tinh có diện tích sử dụng nhỏ nên việc áp dụng phương

pháp này trên biển có nhiều điểm hạn chế so với các phương pháp cơ học khác.

Phương pháp này không thể áp dụng được ở mỏ Bạch Hổ.

2.1.2. Khai thác dầu bằng máy bơm thủy lực ngầm

Bản chất của phương pháp

Hiện nay trong thực tế khai thác dầu người ta sử dụng hai loại máy bơm thủy

lực ngầm chính: Bơm đẩy thủy lực ngầm và bơm tia.

• Bơm đẩy thủy lực ngầm làm việc bằng động cơ Piston thủy lực được nối

với Piston của bản thân máy bơm. Dòng chất lỏng mang năng lượng (dầu hoặc

nước) được bơm xuống từ mặt đất theo không gian giữa cột ống khai thác và cột

ống chống khai thác, cung cấp năng luợng cho máy bơm, sau đó dòng chất lỏng đẩy

(đã bị tiêu hao năng lượng) cùng với dòng sản phẩm khai thác từ giếng được đẩy

lên bề mặt theo ống khai thác (có thể theo chiều ngược lại).

23

• Bơm tia hoạt động nhờ vào sự biến đổi năng lượng từ áp suất sang vận tốc

và ngược lại. Dòng chất lỏng mang năng luợng cao (áp suất cao) được bơm xuống

từ miệng giếng theo ống khai thác đến thiết bị chuyển hóa năng lượng (lổ nhỏ). Ở

đó năng luợng áp suất được biến thành năng lượng vận tốc. Dòng chất lỏng có vận

tốc lớn nhưng áp suất nhỏ này tiếp tục đẩy dòng sản phẩm khai thác cùng đi vào bộ

phận phân ly. Tại đây các dạng năng luợng được biến đổi ngược lại, lúc này dòng

hỗn hợp chất lỏng có áp suất lớn và vận tốc nhỏ có đủ năng lượng đi lên bề mặt.

Phạm vi ứng dụng

Phương pháp khai thác cơ học này chủ yếu được áp dụng ở những vùng mỏ

trên đất liền và ngoài biển của Liên Xô cũ, các vùng mỏ trên đất liền và thềm lục

địa của Mỹ, vùng Biển Bắc. Giếng khai thác bằng bơm thủy lực ngầm có sản lượng

vừa và trung bình, thường đạt 100 m/ngđ. Các vùng mỏ kể trên có độ sâu tầng sản

phẩm từ 1500 2500 m. Thân giếng có độ nghiêng trung bình từ 20 300.

2.1.3. Phương pháp khai thác dầu bằng bơm ly tâm điện chìm

Bản chất của phương pháp

Đây là loại bơm ly tâm nhiều cấp, hệ thống hoạt động nhờ năng lượng điện

được cung cấp từ các máy biến thế trên bề mặt theo cáp truyền xuống môtơ điện đặt

trong giếng ở phần dưới của bơm. Chuyển động quay của động cơ điện được truyền

qua trục dẫn làm quay các bánh công tác (Rotor). Chất lỏng trong bánh công tác sẽ

bị đẩy theo hướng các cánh của Rotor đập vào bánh tĩnh (Stator) có chiều ngược lại,

tạo ra sự tăng áp đẩy dầu chuyển động lên tầng trên. Cứ như vậy, dầu khi qua mỗi

tầng bơm sẽ được tăng áp và được đẩy lên mặt đất theo cột ống khai thác. Đối với

giếng khai thác có tỷ số khí lớn thì người ta lắp thêm bộ phận tách khí đặt ở trên

động cơ điện. Tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm bao gồm các thành phần chính:

Động cơ điện ba pha, thiết bị bảo vệ động cơ, thiết bị tách khí kiểu ly tâm, máy

bơm, cáp tải điện năng và các thiết bị chuyên dụng trên bề mặt như đầu giếng, trạm

điều khiển.

Phạm vi ứng dụng

Phương pháp tương đối phổ biến vì cấu trúc và toàn bộ thiết bị đơn giản, máy

làm việc dễ dàng, có khả năng thu được dầu tương đối lớn đến hàng trăm tấn ngày

đêm. Loại máy bơm này rất thuận lợi khi khai thác dầu ở những vỉa có tỷ số dầu khí

thấp, nhiệt độ vỉa dưới 250 0C. Đặc biệt hiệu quả trong những giếng khai thác nước,

giếng dầu có độ ngậm nước cao và giếng dầu chưa bão hòa nước.

24

Ngày nay với sự phát triển của kỹ thuật, hệ thống bơm điện chìm được sử

dụng trong những giếng có nhiệt độ lên tới 350 0C, khắc phục những giếng có tỷ lệ

dầu khí cao, bằng cách lắp đặt thiết bị tách khí đặc biệt. Các chất ăn mòn gây hư

hỏng như H2S, CO2 có thể khắc phục nhờ các vật liệu đặc biệt phủ bên ngoài.

Phương pháp này hiện đang được áp dụng tại giàn RP – 1 mỏ Rồng.

2.1.4. Khai thác dầu bằng phương pháp gaslift

Bản chất của phương pháp

Khai thác dầu bằng phương pháp gaslift dựa trên nguyên tắc đưa khí nén cao

áp vào vùng không gian vành xuyến giữa ống khai thác và ống chống khai thác,

nhằm đưa khí cao áp đi vào trong ống khai thác qua van gaslift với mục đích làm

giảm tỷ trọng của sản phẩm khai thác, dẫn đến làm giảm áp suất đáy và tạo nên độ

chênh áp cần thiết đẩy dầu lên mặt đất. Đồng thời do sự thay đổi nhiệt độ và áp suất

trong ống khai thác làm khí giãn nỡ góp phần đẩy dầu lên. Nhờ đó mà dòng sản

phẩm khai thác được nâng lên và vận chuyển đến hệ thống gom, xử lý.

Ưu điểm

•

•

•

•

•

•

Có thể đưa giếng vào khai thác ngay sau khi giai đoạn tự phun chấm dứt.

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

Phương pháp này có thể áp dụng với giếng có độ sâu và 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 được lưu lượng khai thác.

Có thể khai thác ở những giếng có nhiệt độ cao và hàm lượng Paraffin lớn,

giếng có cát và có tính ăn mòn cao.

• Khảo sát và xử lý giếng thuận lợi, không cần đưa cột ống khai thác lên mà

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 từng vỉa trong cùng một giếng.

Thiết bị đầu giếng khai thác bằng phương pháp gaslift giống với giếng khai

thác bằng chế độ tự phun ngoại trừ hệ thống đo và phân phối khí nén.

• Thiết bị lòng giếng tương đối rẻ tiền và chi phí bão dưỡng thấp hơn so với

các phương pháp khai thác dầu khác.

25

• Hệ thống gaslift trung tâm có thể khai thác và điều hành nhiều giếng một

lúc cách dễ dàng.

• Giới hạn đường kính ống chống khai thác không ảnh hưởng đến sản lượng

khai thác khi dùng phương pháp gaslift.

• Có thể sử dụng kỹ thuật tời trong dịch vụ sửa chữa các thiết bị lòng giếng.

Điều này không những tiết kiệm thời gian mà còn giảm chi phí sửa chữa.

c. Nhược điểm

• Đầu tư 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 các

phương pháp khác.

• Do dùng khí nén nên dễ hỏng ống chống khai thác.

• Không tạo được chênh áp lớn nhất để hút cạn dầu trong vỉa ở giai đoạn

cuối của quá trình khai thác.

• Nguồn cung cấp năng lượng khí phải đủ cho toàn bộ đời mỏ. Nếu không

đủ hoặc giá khí đắt phải chuyển sang phương pháp khác.

• Chi phí vận hành và bảo dưỡng trạm nén khí cao, đòi hỏi đội ngũ công

nhân vận hành và công nhân cơ khí lành nghề.

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 ngoài biển, đặc biệt đối với vùng xa dân cư và khó đi lại.

Giải pháp này thích ứng với những giếng có tỷ số khí dầu cao có thể khai thác ở

những giếng co ùđộ nghiêng lớn và độ sâu trung bình của vỉa sản phẩm trên 3000

m. Phương pháp này hiện đang được áp dụng phổ biến ở mỏ Bạch Hổ.

2.2. CƠ SỞ LÝ LUẬN ĐỂ ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP GASLIFT Ở BẠCH

HỔ

Điều kiện khai thác dầu ngoài biển phức tạp và khó khăn hơn rất nhiều so với

đất liền. Do vậy thời gian khai thác và phát triển mỏ thường kéo dài trong khoảng

20 30 năm, nên bên cạnh việc đưa nhanh tốc độ khoan và đưa giếng mới vào khai

thác, chúng ta cần áp dụng các phương pháp khai thác khác nhau nhằm gia tăng sản

lượng khai thác các giếng đã khoan và tận dụng triệt để cơ chế năng lượng của vỉa

sản phẩm.

Qua phân tích từng phương pháp khai thác cơ học ở phần trên, ta nhận thấy

rằng một số hạn chế của phương pháp này có thể khắc phục bằng cách sử dụng

phương pháp khác nhưng điều này không toàn diện vì bản thân ưu nhược điểm của

26

các phương pháp trên không thể bù trừ nhau. Để có cơ sở chọn lựa phương pháp

khả thi và hiệu qủa nhất đối với điều kiện mỏ Bạch Hổ cần phải xét đến các yếu tố

sau:

•

•

•

•

•

•

Tính chất lưu thể của vỉa (dầu, khí, nước).

Tính chất Colector của đá chứa.

Điều kiện địa chất của mỏ tiến hành khai thác.

Tình trạng kỹ thuật áp dụng trên mỏ, công nghệ và thiết bị hiện có.

Điều kiện thời tiết, khí hậu và kinh tế xã hội.

Đánh giá hiệu qủa kinh tế kỹ thuật thông qua các thử nghiệm trên mỏ.

Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp khai thác dầu bằng

cơ học trên thế giới, liên hệ với điều kiện thực tế tại mỏ Bạch Hổ với các giếng khai

thác tập trung trên giàn cố định hay giàn vệ tinh với diện tích sử dụng rất hạn chế,

độ sâu vỉa sản phẩm tương đối lớn từ 3000 3800 m, sản lượng khai thác lại lớn nên

giải pháp khai thác bằng máy bơm cần lắc (máy bơm Piston cần) là không khả thi

đối với mỏBạch Hổ

Từ năm 1991 tại mỏ Bạch Hổ đã tiến hành thử nghiệm khai thác bằng máy

bơm ly tâm điện chìm của hãng “REDA” và của hãng “ESP” (1994), với mục đích

xác định phạm vi sử dụng của máy bơm đối với mỏ dầu có yếu tố khí cao và nhiệt

độ vỉa cao (110 145 0C). Kết quả thí nghiệm như sau:

– 50 % hỏng hóc của máy bơm ly tâm điện ngầm xảy ra ờ phần điện, trong đó

có 30 % hỏng là do mạch dây điện bị xây xước trong khi thả máy bơm xuống giếng

nghiêng và sâu.

– 83 % máy bơm ly tâm điện ngầm làm việc trong điều kiện có hệ số hiệu

dụng tối ưu.

– Chu kỳ giữa hai lần sửa chữa giếng khai thác bằng máy bơm ly tâm điện

chìm tại mỏ Bạch Hổ thay đổi trong phạm vi tương đối lớn, trung bình từ 6 8 tháng.

Kết quả thí nghiệm cho thấy nhiệt độ làm việc của động cơ trong thời gian làm

việc luôn gần giá trị tới hạn của động cơ, nhất là khi khai thác ở tầng móng có nhiệt

độ cao. Trong điều kiện làm việc như vậy, tuổi thọ và khả năng làm việc của máy

bơm sẽ giảm.

Mặt khác, ở mỏ Bạch Hổ có nhiều giếng khoan nghiêng, khoan ngang có độ

nghiêng lớn, điều đó dẫn tới khó khăn trong việc thả máy bơm. Hệ thống bão vệ dây

cáp sẽ bị xây xát trong quá trình thả.

27

Bảng 2.1: So sánh điều kiện làm việc của các phương pháp khai thác cơ học

Điều kiện làm việc

Loại ly tâm

Loại xoắn

gaslift

Ngoài khơi

Khá

Khá

Khá

Thành phố đông dân

Khá

Khá

Khá

Trung bình

Khá

Khá

Giếng riêng lẻ

Khá

Khá

Khá

Nhóm giếng

Khá

Khá

Tốt

Độ sâu giếng lớn

Khá

Khá

Tốt

Áp suất vỉa thấp

Khá

Khá

TB

Nhiệt độ cao

Xấu

Xấu

Tốt

Sản phẩm có độ nhớt cao

Xấu

Tốt

TB

Sản phẩm có độ ăn mòn cao

Xấu

TB

Khá

Xuất hiện lắng đọng muối

TB

TB

Xấu

Xuất hiện nhũ tương

TB

Khá

TB

Yếu tố khí cao

Xấu

TB

Khá

Thay đổi sản lượng linh hoạt và

chuyển sang khai thác định kỳ

Xấu

TB

Tốt

Tiến hành khảo sát giếng

Khá

Xấu

Tốt

Các giếng khoan nghiêng

TB

TB

Tốt

Sửa giếng bằng tời

Xấu

Xấu

Tốt

Sa mạc

Sản phẩm chứa nhiều cát

Xấu

TB

Khá

Qua bảng 2.1 cũng cho thấy phương pháp khai thác dầu bằng gaslift có nhiều

ưu thế. Như vậy, theo phân tích, đánh giá nêu trên thì việc chọn phương pháp gaslift

là thích hợp và tối ưu.

28

CHƯƠNG 3

LÝ THUYẾT VỀ KHAI THÁC GIẾNG DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP

GASLIFT

3.1. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA GIẾNG DẦU KHAI THÁC BẰNG

PHƯƠNG PHÁP GASLIFT

Khai thác dầu bằng phương pháp gaslift dựa trên nguyên tắc nén khí cao áp

vào vùng không gian vành xuyến giữa ống khai thác và ống chống khai thác, nhằm

đưa khí vào trong ống khai thác qua van gaslift với mục đích làm giảm tỷ trọng của

sản phẩm khai thác, dẫn đến làm giảm áp suất đáy và tạo nên độ chênh áp cần thiết

giữa áp suất vỉa và áp suất trong ống khai thác để đẩy dầu lên mặt đất. Đồng thời do

sự thay đổi nhiệt độ và áp suất trong ống khai thác làm khí giãn nở góp phần đẩy

mạnh dầu lên bề mặt. Nhờ đó mà dòng sản phẩm khai thác được nâng lên và vận

chuyển đến hệ thống thu gom, xử lý.

Trong phương pháp khai thác bằng gaslift, người ta có thể thả xuống giếng hai

cột ống: Cột ống ngoài dùng để nén khí, cột ống bên trong là cột ống khai thác.

Hiệu quả của phương pháp gaslift phụ thuộc vào các yếu tố sau:

+ Độ sâu nhấn chìm tương đối của ống khai thác, nếu giá trị này nhỏ quá thì

hiệu quả của phương pháp gaslift sẽ giảm. Còn nếu giá trị ấy quá lớn đòi hỏi phải

nén khí với áp suất cao.

+ Phụ thuộc vào đường kính ống khai thác, đường kính ống khai thác càng

nhỏ thì chiều dài nâng càng lớn, tuy nhiên nếu quá nhỏ thì hao phí năng lượng sẽ

lớn.

+ Phụ thuộc vào lượng khí nén xuống giếng, lượng khí nén xuống giếng nhiều

thì tỷ trọng sẽ càng giảm. Như vậy độ nâng cao của hỗn hợp càng lớn.

+ Phụ thuộc vào độ nhớt của chất lỏng khai thác, trong cùng điều kiện như

nhau thì độ nâng cao của dầu lớn hơn nước vì dầu có độ nhớt lớn hơn. Do khí khó

vượt qua dầu hơn là nước nên nó có tác dụng vào dầu lớn hơn dẫn đến nâng được

cao hơn.

+ Phụ thuộc vào áp suất trên nhánh xả.

+ Phụ thuộc vào hệ số sản phẩm.

+ Phụ thuộc vào lượng khí tách ra khỏi dầu.

29

Hình 3.1 – Nguyên lý hoạt động của giếng gaslift

3.2. CẤU TRÚC HỆ THỐNG KHAI THÁC BẰNG PHƯƠNG PHÁP

GASLIFT

Cấu trúc hệ thống khai thác bằng phương pháp gaslift bao gồm hệ thống các ống

đặt trong giếng, để thực hiện việc dẫn dòng khí có áp suất cao (ống chống khai thác) và

đưa dòng sản phẩm dầu khí lên mặt mặt đất (ống khai thác), đồng thời đảm bảo độ an

toàn, cũng như hiệu quả của phương pháp khai thác dầu bằng gaslift. Hiện nay trong

khai thác bằng gaslift, người ta sử dụng nhiều cấu trúc ống khác nhau.

Hệ thống ống khai thác bằng gaslift có thể được phân loại như sau:

• Theo số lượng cột ống thả vào giếng:

+ Loại cấu trúc một cột ống.

+ Loại cấu trúc hai cột ống.

• Theo hướng đi của dòng khí nén và dòng sản phẩm:

+ Chế độ vành khuyên

+ Chế độ trung tâm

• Theo việc lắp van một chiều, Paker:

+ Cấu trúc mở

+ Cấu trúc đóng

+ Cấu trúc bán đóng

30

3.2.1. Cấu trúc mở, cấu trúc đóng và bán đóng

– Cấu trúc mở: Ống khai thác được treo tự do, không có paker và van một

chiều. Cách lắp đặt này chỉ được áp dụng khi áp suất ở đáy giếng cao hơn áp suất

bơm ép.

– Cấu trúc đóng: Giếng có lắp paker và van một chiều. Cấu trúc này thường áp

dụng cho khai thác gaslift định kỳ.

– Cấu trúc bán đóng: Giếng có lắp paker nhưng không lắp van một chiều. Cấu

trúc này được sử dụng rộng rãi trong khai thác gaslift liên tục.

Hình 3.2 – Cấu trúc mở, đóng và bán đóng

3.2.2. Giếng Gaslift khai thác theo chế độ vành khuyên, trung tâm

– Giếng gaslift khai thác theo chế độ vành khuyên: Khí nén được bơm vào

khoảng không vành khuyên giữa hai ống, còn sản phẩm khai thác đi lên theo ống

trung tâm.

– Giếng gaslift khai thác theo chế độ trung tâm: Khí nén được bơm vào ống

nâng, còn của giếng làm việc theo khoảng không vành xuyến đi lên.

Trong thực tế, người ta thường khai thác giếng bằng phương pháp Gaslift theo

chế độ vành khuyên. Bởi vì dòng sản phẩm khai thác đi lên trong ống nhỏ nên có

tốc độ cao, nhờ đó mà nâng được cát và các thành phần cơ học khác lên bề mặt nên

giếng sạch hơn.

Giếng 502- MSP 5 cũng áp dụng chế độn vành khuyên.

31

.

Hình 3.3– Chế độ vành khuyên và chế độ trung tâm một cột ống

3.2.3. Cấu trúc một cột ống và hai cột ống

• Cấu trúc hai cột ống: Chia làm hai loại:

+ Cấu trúc hai cột ống thông thường,

+ Cấu trúc hai cột ống đặc biệt ( ống phân bậc).

Thường giếng có cột ống chông khai thác nhỏ thì khoảng vành khuyên không

lớn thì người ta áp dụng cấu trúc vành khuyên một cột ống để tiết kiệm.

Giếng 502 – MSP 5 cũng ap dụng cấu trúc một cột ống.

Hình 3.4 – Cấu trúc một cột ống và cấu trúc hai cột ống

32

Source: https://vh2.com.vn
Category : Startup