Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục LỜI NÓI ĐẦU Dầu khí ngành công nghiệp non trẻ ngành kinh tế mũi nhọn có nhiều tiềm năng, triển vọng tương lai Sau 25 năm phần đấu xây dựng trưởng thành, ngành dầu khí đạt nhiều thành tựu to lớn, đóng góp nhiều cho nghiệp công nghiệp hóa, đại hóa đất nước Là sinh viên ngành TBDK sau trường cần đáp ứng yêu cầu công nghệ, sử dụng thiết bị hợp lý.Với đồng ý Bộ mônThiết Bị Dầu Khí– Khoa dầu khí, em tiến hành thực Đồ án: “Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục” Nội dung nêu lên tầm quan trọng phương pháp khai thác Gaslift, bước tính toán thiết kế khai thác Gaslift, loại van dùng khai thác Gaslift,… Với kiến thức học, với nỗ lực thân, cộng tác bạn bè đặc biệt giúp đỡ tận tình thầy,cô giáo môn, đồ án em hoàn thành với thời gian quy định nhà trường Mặc dù cố gắng, nỗ lực, song đồ án chắn không tránh khỏi sai sót.Vậy em mong nhận đóng góp ý kiến, phê bình thầy cô giáo bạn để đồ án hoàn thiện Hà Nội, Tháng năm 2012 Sinh viên Nguyễn Đình Thắng Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục CHƯƠNG I: LÝ THUYẾT CƠ SỞ KHAI THÁC DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GASLIFT 1.1 Tổng quan khai thác dầu phương pháp Gaslift : 1.1.1 Giới thiệu chung phương pháp: a,Bản chất của phương pháp : Khai thác dầu bằng phương pháp Gaslift dựa nguyên tắc bơm khí nén cao áp vào vùng không gian vành xuyến ống khai thác ống chống khai thác, nhằm đưa khí cao áp vào ống khai thác qua van Gaslift với mục đích làm giảm tỷ trọng sản phẩm khai thác cột ống nâng, dẫn đến giảm áp suất đáy tạo nên độ chênh áp cần thiết để sản phẩm chuyển Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục động từ vỉa vào giếng Đồng thời thay đổi nhiệt độ áp suất ống khai thác làm cho khí giãn nở góp phần đẩy dầu lên, nhờ mà dòng sản phẩm nâng lên mặt đất vận chuyển đến hệ thống thu gom xử lý Ưu điểm : - Có thể đưa giếng vào khai thác giai đoạn tự phun kém hiệu - Cấu trúc cột ống nâng đơn giản chi tiết chóng hỏng - Phương pháp áp dụng với giếng có độ sâu, độ nghiêng lớn - Khai thác với giếng có yếu tố khí lớn áp suất bão hòa cao - Khai thác lưu lượng lớn điều chỉnh lưu lượng khai thác dễ dàng - Có thể khai thác giếng có nhiệt độ cao hàm lượng Parafin lớn, giếng có cát có tính ăn mòn cao - Khảo sát xử lý giếng thuận lợi, không cần kéo cột ống nâng lên đưa dụng cụ qua để khảo sát - Sử dụng triệt để khí đồng hành - Ít gây ô nhiễm môi trường - Có thể khai thác đồng thời vỉa giếng - Thiết bị lòng giếng tương đối rẻ tiền chi phí bảo dưỡng thấp so với phương pháp khai thác học khác - Giới hạn đường kính ống chống khai thác không ảnh hưởng đến sản lượng khai thác dùng khai thác Gaslift - Có thể sử dụng kỹ thuật tời dịch vụ sửa chữa thiết bị lòng giếng Điều tiết kiệm thời gian mà làm giảm chi phí sửa chữa Nhược điểm : - Đầu tư ban đầu cao so với phương pháp khác - Năng lượng sử dụng để khai thác sản phẩm cao so với phương pháp khác - Không tạo chênh áp lớn để hút dầu vỉa giai đoạn cuối trình khai thác - Nguồn cung cấp lượng khí phải lớn đủ cho toàn đời mỏ - Chi phí vận hành bảo dưỡng trạm khí nén cao, đòi hỏi đội ngũ công nhân vận hành công nhân khí lành nghề b, Phạm vi ứng dụng : Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục Hiện giải pháp khai thác dầu bằng phương pháp Gaslift áp dụng rộng rãi đất liền biển, đặc biệt vùng xa dân cư khó lại Giải pháp thích hợp với giếng có tỷ số khí dầu cao, khai thác giếng có độ nghiêng lớn độ sâu trung bình vỉa sản phẩm 3000m Phương pháp áp dụng rộng rãi mỏ Bạch Hổ 1.1.2 Phương pháp khai thác gaslift liên tục: Phương pháp Gaslift liên tục phương pháp khí nén đưa vào khoảng không vành xuyến ống chống khai thác cột ống nâng, sản phẩm theo ống nâng lên mặt đất liên tục * Phạm vi ứng dụng: khai thác Gaslift liên tục áp dụng tốt 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 sản lượng giếng nhỏ * Ưu điểm: + Năng lượng khí nén khí đồng hành tận dụng miệng giếng để vận chuyển sản phẩm tiếp đến hệ thống thu gom xử lý + Lưu lượng khai thác tương đối ổn định, hạn chế nhiều phức tạp hệ thống Gaslift + 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 lượng khí nén * Nhược điểm: Không hiệu 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 giếng sau thời kỳ khai thác bằng phương pháp tự phun, lượng vỉa giảm không đủ để vận chuyển sản phẩm từ vỉa theo thân giếng lên mặt đất Để tiếp tục khai thác người ta nén khí xuống vào cần vào cần khai thác với mục đích làm nhẹ dầu để tiếp tục khai thác tượng tự phương pháp khai thác tự phun nhân tạo Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục Hình 1.1 Nguyên lý hoạt động của phương pháp khai thác Gaslift - Khi chưa bơm khí nén vào khoảng không vành xuyến HKT ống chống khai thác mực chất lỏng bên bên ống bằng - Bơm khí nén vào ống bơm ép cho chất lỏng ống bơm ép di chuyển xuống đế ống nâng Khi mực chất lỏng đến đế ống nâng, áp suất nén khí đạt giá trị cực đại, áp suất thời điểm gọi áp suất khởi động (P kđ) Khí nén tiếp tục vào ống nâng, hoà trộn với chất lỏng, làm cho tỷ trọng cột chất lỏng ống nâng giảm, dẫn đến P đ giảm nên chênh áp ∆ P tăng chất lỏng từ vỉa vào đáy giếng lên miệng giếng 1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của phương pháp Gaslift + Lưu lượng khí nén : Để khai thác có hiệu ta phải đảm bảo đủ khí nén theo yêu cầu Lưu lượng tính bằng tổng lưu lượng khí nén bơm vào tất giếng vùng khai thác Khai thác đạt hiệu khí bơm ép đạt lưu lượng tối ưu + Cấu trúc ống khai thác: Để khai thác ổn định, kích thước ống khai thác yếu tố quan trọng thiết kế Kích thước ống khai thác nhỏ gây tổn thất ma sát Tuy nhiên lớn làm cho dòng chảy ổn định Để thiết kế ống khai thác tối ưu cho dòng chảy hai pha giếng thẳng đứng cần phải có liệu xác + Tính chất dòng chảy khai thác: Độ nhớt, độ ngậm nước, độ ngậm dầu, sức căng trượt Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục + Áp suất khí nén, chiều sâu nhúng chìm: Áp suất khí nén thấp không khai thác lưu lượng mong muốn Nếu chiều sâu nhúng chìm lớn áp suất khởi động lớn ngược lại khí nén không nâng dầu lên mặt đất + Chất lượng khí nén: thông thường trước bơm khí vào giếng người ta phải xử lý chúng, tạp chất lẫn khí Hiệu hệ thống khai thác bằng Gaslift phụ thuộc vào áp suất cao khí có sẵn + Máy nén khí : máy nén khí lựa chọn phù hợp với giá trị áp suất, khả áp dụng, công suất, môi trường hoạt động nguồn kinh phí + Ngoài hiệu phương pháp khai thác bằng Gaslift phụ thuộc vào hệ số sản phẩm, lượng khí tách khỏi dầu áp suất nhánh xả 1.2 Sơ đồ nguyên lý cấu trúc hệ thống ống khai thác gaslift 1.2.1 Các loại sơ đồ cấu trúc bản Nhằm mục đích khai thác dầu bằng khí nén, phụ thuộc vào từng điều kiện khai thác cụ thể từng giếng mà người ta thiết kế cấu trúc ống khác số lượng cột thả vào giếng hướng dòng sản phẩm dòng khí nén Các cấu trúc cột ống phân loại sau: + Theo hướng dòng khí nén dòng sản phẩm phân hai chế độ khai thác: chế độ vành xuyến chế độ trung tâm + Theo số lượng cột ống thả vào giếng người ta chia ra: cấu trúc cột ống cấu trúc hai cột ống + Theo số lượng cột ống thả vào giếng hướng khí nén dòng sản phẩm ta có cấu trúc hệ thống khai thác sau: Cấu trúc: Chế độ vành xuyến cột ống (hình-4.2a) Cấu trúc: Chế độ vành xuyến cột ống (hình-4.2b) Cấu trúc: Chế độ trung tâm cột ống (hình-4.2c) Cấu trúc: Chế độ trung tâm cột ống (hình-4.2d) Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục a b c d Hình 1.2 - Sơ đồ cấu trúc hệ thống khai thác bằng Gaslift 1.2.2 Giếng khai thác Gaslift theo chế độ vành xuyến: * Cấu trúc một cột ống: cột ống thả vào giếng cột ống khai thác, cột ống chống khai thác cột ống bơm ép Khí nén bơm ép vào vùng vành xuyến cột ống khai thác cột ống chống khai thác Như mực chất lỏng giếng làm việc nằm đáy ống + Ưu điểm cấu trúc cột ống theo chế độ vành xuyến: - Đơn giản, gọn nhẹ, sử dụng triệt để cấu trúc giếng - Tăng độ bền ống khai thác - Dễ nâng cát vật cứng đáy giếng lên mặt đất - Dễ xử lý có parafin lắng đọng - Thuận lợi 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 khởi động ngừng nén khí làm hư hỏng vùng cận đáy giếng tạo nút cát lấp ống lọc Để khắc phục nhược điểm người ta lắp van Gaslift khởi động lắp đặt Paker * Cấu trúc hai cột ống: cột ống khai thác thả lồng vào nhau, khí ép vào vùng không gian vành xuyến hai cột ống, hỗn hợp sản phẩm khai thác lên theo ống nằm bên Như cột ống gọi cột ống bơm ép (cột ống thứ nhất), cột ống bên gọi cột ống khai thác (cột ống thứ hai) + Ưu điểm cấu trúc hai cột ống: Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục - Chế độ khai thác với dao động áp suất làm việc (vì vùng khoảng không vành xuyến hai cột ống nhỏ so với cấu trúc cột ống) - Cột ống chất lỏng vùng khoảng không vành xuyến cột ống thứ cột ống khai thác có tác dụng điều hoà chế độ làm việc giếng + Nhược điểm: kết cấu phức tạp, chi phí tốn kém, nhiều thời gian kéo thả cột ống 1.2.3 Giếng khai thác Gaslift theo chế độ trung tâm : Khí nén bơm ép vào cột ống khai thác, dòng hỗn hợp sản phẩm khai thác theo vùng vành xuyến lên bề mặt đến hệ thống thu gom xử lý +Ưu điểm: - Giảm áp suất khởi động - Đơn giản gọn nhẹ sử dụng triệt để cấu trúc giếng + Nhược điểm: - Giảm độ bền ống chống khai thác - Giảm độ bền ống khai thác (do vật cứng mài mòn đầu nối cột ống khai thác hay ăn mòn kim loại) - Giảm đường kính cột ống chống khai thác parafin hay muối lắng đọng thành ống - Khó xử lý parafin lắng đọng - Áp suất đáy giếng giảm đột ngột khởi động ngừng nén khí Trên sở ưu nhược điểm kể thực tế thường sử dụng chế độ cột ống vành xuyến cột ống Tuỳ theo việc trang bị paker van ngược hệ thống mà chia trạng thái cấu trúc sau : + Hệ thống khai thác dạng mở (hình 4.3a): Không trang bị paker van chiều, áp suất khởi động lớn áp suất khí nén, áp dụng khai thác bằng phương pháp Gasilft liên tục + Hệ thống ống khai thác dạng bán đóng (Hình 4.3c): Trang bị paker không trang bị van chiều, áp dụng khai thác bằng Gaslift định kỳ Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục a-Dạng mở b-Dạng đóng c-Dạng bán đóng Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc vành xuyến một cột ống 1.2.4 Lựa chọn hệ thống ống nâng cho giếng thiết kế Trên sở phân tích đặc điểm ưu nhược điểm kiểu cấu trúc hệ thống ống nâng ta chọn cho giếng thiết kế kiểu cấu trúc cột ống khai thác theo chế độ vành xuyến lý sau đây: + Vỉa sản phẩm cấu tạo đất đá tương đối bền vững: sét, bột, cát kết xen kẽ lớp đá vôi mỏng sét vôi, nên gây ảnh hưởng cho ống chống khai thác + Giếng có chiều sâu trung bình nên áp dụng điều kiện kỹ thuật trang bị điều khiển trình khai thác giảm áp suất mức yêu cầu, đảm bảo cát chảy vào giếng không tạo thành nút cát Mặt khác khắc phục nhược điểm cấu trúc cột ống khai thác bằng cách sử dụng van gaslift đặt paker + Sử dụng cẩu trúc cột ống mang lại hiệu kinh tế cao so với cấu trúc hai cột ống + Rất tiện lợi sử dụng van gaslift để giảm áp suất khởi động 1.3 Tính toán cột ống nâng: Khi khai thác bằng khí nén nguồn lượng cần thiết để nâng chất lỏng từ giếng nguồn lượng người cung cấp từ mặt đất (năng lượng khí nén) Nhiệm vụ tính toán khai thác Gaslift đảm bảo chi phí lượng nhỏ nhất, khai thác lượng sản phẩm lớn từ vỉa Để thu khối lượng chất lỏng cần thiết cần phải tính toán xác định được: + Độ dài cột ống nâng: L (m) + Đường kính ống nâng: d (mm) + Khối lượng tối ưu nhân tố làm việc để ép khí xuống Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục Những số liệu ban đầu cần thiết để phục vụ cho công tác tính toán giếng: + Áp suất vỉa: Pv (at) + Hệ số sản phẩm: K (T/ng.đ.at) + Chênh áp cho phép: ∆ P (at) + Lưu lượng lớn có thể: Q (T/ng.đ) + Trọng lượng riêng chất lỏng giếng: λ l (g/cm3) + Yếu tố khí: G0 (m3/T) + Hệ số hoà tan khí: α + Áp suất làm việc trạm phân phối khí: Plv (at) + Trọng lượng riêng dầu: γ d (g/cm3) Thực tế định luật chuyển động chất lỏng theo cột ống nâng giếng Gaslift giếng khai thác tự phun Vì phương pháp tính toán để xác định thông số cột ống nâng khai thác bằng phương pháp Gaslift tương tự tính toán cột ống nâng trình tự phun Ở điều kiện thực tế khai thác không khống chế lưu lượng số nguyên nhân địa chất kỹ thuật mà phải khống chế lưu lượng nên phương pháp tính toán cho trường hợp khác Đối với giếng khai thác không khống chế lưu lượng lượng khai thác phụ thuộc vào lưu lượng khí ép cho phép 1.3.1 Tính toán cột ống nâng khống chế lưu lượng khai thác: a Xác định chiều dài cột ống nâng L(m) Chiều dài cột ống nâng xác định theo công thức Krulov : L=H− 10( Pd − Pde ) γ hh (4.1) Trong : H: Chiều sâu của giếng (m) Pd: Áp suất đáy giếng (at) Pđế : Áp suất ở đế cột ống nâng, nhận sự tiêu hao áp suất trình chuyển đông của khí từ máy nén khí đến cột ống nâng at nên: Pđê = Plv – 10 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục 1.4 Phương pháp tính toán chiều sâu đặt van gaslift Hiện có nhiều phương pháp xác định độ sâu đặt van Gaslift, tuỳ thuộc vào ưu nhược điểm từng phương pháp đặc điểm vùng mỏ mà ta sử dụng phương pháp đơn giản nhanh chóng Trong đồ án chỉ đề cập đến phương pháp sử dụng rộng rãi phổ biến phương pháp giải tích phương pháp dùng đồ thị Camco Trước hết ta tìm hiểu phương pháp tính toán độ sâu đặt van Gaslift theo phương pháp giải tích Khi bơm khí vào ống bơm ép, chất lỏng ống bơm ép qua ống nâng Mực chất lỏng ống bơm ép dừng lại chiều sâu h 1(ứng với công suất lớn máy nén khí) Để khí nén vào ống nâng cách dễ dàng người ta lắp van Gaslift số độ sâu H1 Khi lắp van Gaslift số (đang mở) khí nén vào ống nâng qua van số trộn với chất lỏng ống nâng làm cho tỷ trọng cột chất lỏng từ van đến miệng giếng giảm, thời điểm áp suất đế ống nâng giảm dẫn đến mực chất lỏng ống bơm ép tiếp tục giảm dừng lại độ sâu h (ứng với công suất lớn máy nén khí) Cũng trường hợp để khí nén vào ống nâng cách dễ dàng người ta lắp van Gaslift số độ sâu H2 H2 = h2 - 20m 13 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục Hình 1.5 Sơ đồ nguyên tắc tính toán chiều sâu đặt van Khi lắp van Gaslift số khí nén vào ống nâng qua van làm cho áp suất bên Png giảm nhanh Sự chênh áp suất van 1(∆ P1 = Png1Ptr1) giảm Khi ∆ P1 đạt đến giá trị định (gọi áp suất đóng van) van đóng lại Quá trình lặp lại với van 3, mực chất lỏng đạt đến van làm việc Cuối chỉ có van làm việc mở van khởi động đóng lại * Công thức xác định chiều sâu đặt van Gaslift sau: - Xác định vị trí đặt van thứ nhất: Png1 = ρ L g ( H + 20 ) + Pm H1 = Png1 − Pm ρL g − 20 (4.14) - Xác định vị trí đặt van thứ hai: Png2 = ρ L g ( H − H + 20) + Ptlm 14 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục H = H1 + P2 − Ptlm − 20 ρL g (4.15) - Xác định vị trí đặt van thứ n: H n = H n −1 + P ng − Pt ( n −1) ρL g − 20 (4.16) Trong đó: Pm: Áp suất miệng giếng khởi động Ptlm: Áp suất cột chất lỏng ống nâng từ van đến miệng giếng P (n-1)min : Áp suất cột chất lỏng ống nâng tạo tại độ sâu đặt van thứ n-1 khí nén đạt đến độ sâu của van khởi động thứ n Pngn : Áp suất khí nén tại ống nâng tại độ sâu đặt van Gaslift Trong thực tế: Png1 – Png2 = … = PMNK ρLg(H2 – H1 + 20) : Áp suất cột chất lỏng từ van đến van 2, đến van n công thức khoảng cách (m) cần thiết để tạo chênh áp suất khí chảy vào van khí hoá cột hỗn hợp sản phẩm khai thác van Giá trị thay đổi tuỳ thuộc vào từng điều kiện khai thác cụ thể Song song với phương pháp pháp thiết kế dựa vào công thức giải tích có phương pháp thiết kế bằng đồ thị hệ trục toạ độ “áp suất P – độ sâu H” sử dụng rộng rãi tiện lợi Gọi phương pháp đồ thị Camco Phương pháp trình bày vào thiết kế giếng cách tỷ mỉ chương 1.5 Phương pháp tính áp suất khởi động và biện pháp làm giảm áp suất khởi động 4.5.1 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 xác định áp suất khởi động - Đường kính ống nâng: d1(mm) - Đường kính ống bơm ép: d(mm) - Đường kính ống chống khai thác: D(mm) - Độ nhúng chìm ống nâng: h(m) - Độ dâng cao mực chất lỏng ống nâng khí ép đến đế ống nâng: ∆ h(m) 15 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục Khi ép khí vào khoảng không vành xuyến, cột chất lỏng khoảng không vành xuyến bị ép đến đế cột ống nâng Lúc mực chất lỏng ống nâng dâng cao mức thuỷ tĩnh khoảng ∆ h Khi ta có áp suất khởi động là: Pkđ = (h - ∆ h) ρ L.g (4.17) Thể tích chất lỏng bị ép xuống khoảng không vành xuyến ống nâng ống bơm ép π ( d − d 12 ).h (4.18) Và thể tích chất lỏng dâng lên ống nâng khoảng không vành xuyến ống chống bơm ép V1 = π π  V2 =  d1 + ( D2 − d )  ∆h 4  (4.19) Nếu chất lỏng không xâm nhập vào vỉa V1 = V2 π π  d1 + D2 − d ( ⇒ ∆h = ) ∆h =  π4 d  d 22 − d 12 ( d 12 + D − d 22  ) 2  − d12 .h  h Thay vào công thức ta có : Pkđ = (h - ∆ h) ρ L.g = ⇒ Pkđ [ h= d 22 − d 12 h ]ρ L g d 12 + D − d 12 ( ) D2 h ] ρ L gh = D − d 22 − d 12 ( ) (4.20) Khi ép khí vào khoảng không vành xuyến mực chất lỏng khoảng không vành xuyến hạ xuống khoảng (h) mực chất lỏng ống nâng dần lên khoảng ( ∆ h), (h+ ∆ h) lớn hơn, nhỏ bằng chiều dài cột ống nâng L 16 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục Hình 4.6 Sơ đồ tính toán áp suất khởi động hệ thống vành xuyến cột ống + Nếu (h + ∆ h) > L chất lỏng trào khỏi giếng Nghĩa áp suất khởi động tương ứng với áp suất chất lỏng ống nâng Pkđ = ρ L.gL (Pkđ = Pmax) + Nếu (h - ∆ h) > L : D2 ρ L gh Pkđ = D − d 22 − d 12 ( ) b Tính toán áp suất khởi động đối với hệ vành xuyến một cột ống Tương tự ta có : π ( D − d ).h π V2 = d ∆h V1 = (4.21) 17 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục Nếu chất lỏng chưa xâm nhập vào vỉa ta có V1 = V2 π π ( D2 − d ).h = d ∆h 4 Vậy áp suất khởi động tính theo công thức sau : Pkđ = (h + ∆ h) ρ L.g = [ h+ D2 − d d2 h ]ρ L g D2 ρ L gh d2 (4.22) (4.23) + Nếu h + ∆ h > L Pkđ = ρ L.g + Nếu h + ∆ h ≥ L Pkđ D2 ρ = L.gh d c Tính toán áp suất khởi động với hệ trung tâm một cột ống Tương tự ta có : V1 = π dh (4.24) V2 = π ( D2 − d ) ∆h (4.25) ⇒ ∆h = d2 h D2 − d Vậy áp suất khởi động tính theo công thức sau : Pkđ = (h + ∆ h) ρ L.g = [ h+ d2 D2 − d h ]ρ L g = D2 ρ L gh D2 − d (4.26) CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHAI THÁC DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GASLIFT 18 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục 2.1 Các thông số của giếng thiết kế Bảng 2.1 Các thông số của vỉa và giếng TT 1 Các thông số Kí hiệu Độ sâu miệng giếng s Giá trị m Đơn vị đo 3080 Atm 240 C 130 Áp suất vỉa Pv Nhiệt độ vỉa Tv Tỉ trọng khí đồng hành ρ 0.65 Tỉ trọng khí nén ρ Độ ngậm nước sản phẩm Sw Air = Air = % 0.87 0.5 Tỉ trọng dầu Tỉ trọng nước ρ Độ nhớt dầu 50 C t td 50 W tr = W tr = cp Độ nhớt dầu 150 C t td 150 cp Nhiệt độ khí nén miệng giếng t im Nhiệt độ miệng giếng t vm Gradien nhiệt độ θ /m Áp suất điểm bọt khí P bh Tỉ số dầu khí FGOR Áp suất nén ép khởi động Áp suất làm việc d 10 11 12 13 14 15 16 17 nv 50 1.05 C 26 70 C/100m Atm 242 ρ m3/ m3 70 P k0 Atm 95 P lv Atm 19 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng 5.5 C 0 0.65 Lớp: TBDK 53 90 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục Áp suất đầu giếng Pm Atm 12 Áp suất bình tách Ps Atm 10 Hệ số sản phẩm PI m ngđ.atm Độ sâu đặt ống chống khai thác L m 3050 Điểm khoang bắn mở vỉa L m 3065 Lưu lượng khai thác Q m3 /ngđ 140 18 19 20 21 22 23 2.2 Tính toán cột ống nâng cho giếng thiết kế - Chiều sâu giếng khai thác: H = 3080m = 10105,5 ft - Đường kính ống chống khai thác: D = 177,8mm = in - Hệ số sản phẩm: PI = T/at.ngđ - Trọng lượng riêng dầu: ρd = 0,87 g/cm3 - Lưu lượng khai thác: Qd = 140m3/ngđ = 121,8 T/ngđ - Tỷ suất khí dầu: G0 = 200 m3/T - Áp suất vỉa: Pv = 240atm - Áp suất miệng giếng: Pm = 12atm - Áp suất làm việc: Plv = 90atm - Hệ số hoà tan khí: α = 0,6 (1/Pa) 2.2.1 Xác định chiều dài cột ống nâng L Để tính toán chiều dài cột ống nâng (L) ta áp dụng công thức sau: (2.1) 10( Pd − Pde ) Ln = L − ρ hh Ta có: + Pde = Plv - = 90 – = 86 (at) 20 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục + Theo công thức tính lưu lượng khai thác: Q = K(Pv – Pd) → Pd = Pv − Q 121,8 = 240 − = 118,2(atm) K + Trọng lượng riêng trung bình hỗn hợp dầu: = (2.2) ρd + ρde ρn Trong đó: + γd: Trọng lượng riêng của hỗn hợp dầu khí ở đáy giếng ρd = (Q + 43,2.D ) ρcl ρcl Q ( G0 − α.Pd ).ρcl + Q + 43,2.D ρl ( Pd + 1) ρd (2.3) (γcl = γd = 0,87 g/cm3 -.Trọng lượng riêng của chất lỏng dầu giếng) ρd = (121,8 + 43,2.7 2.0,87).0,87 = 0,82( g / cm ) 121,8.(200 − 0,6.118,2).0,87 + 121,8 + 43,2.7 0,87 (118,2 + 1).0,87 + ρde : Trọng lượng riêng của hỗn hợp dầu khí ở đế ống nâng ρde = (Q + 43,2.D ) ρcl ρcl Q( G0 − α.Pde ).ρcl + Q + 43,2.D ρl ( Pde + 1) ρde ρ de (2.4) (121,8 + 43,2.7 2.0,87).0,87 = = 0,78( g / cm ) 121,8.(200 − 0,6.86).0,87 + 121,8 + 43,2.7 2.0,87 ( 86 + 1).0,87 Thay kết tính thay vào công thức (2.2) ta được: 0,78 + 0,82 γ hh = = 0,8( g / cm ) Vậy chiều dài ống nâng: Ln = 3080 − 10.(118,2 − 86) = 2677,5m = 8785 ft 0,8 2.2.2 Xác định đường kính cột ống nâng Đường kính cột ống nâng giếng làm việc chế độ tối ưu xác định theo công thức: 21 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục dtư = Q0 ε (1 − ε ).γ cl 0,235 (2.5) ε: độ nhấn chìm tương đối ống cột nâng ε = 10 Pde − Pm 86 − 12 = 10 = 0,318 Ln γ cl 2677,5.0,87 → dtư = 0,235 (2.6) 121,8 = 2,46(in) = 62,5(mm) 0,318 (1 − 0,318).0,87 Để phù hợp với điều kiện khai thác giếng dầu khí mỏ Bạch Hổ (giếng có độ sâu lớn, sản phẩm chứa nhiều cát ) phù hợp với đồng hoá thiết bị ta chọn đường kính cột ống nâng giếng làm việc chế độ tối ưu là: dtư = 2,5 (inch) 2.3 Xác định chiều sâu đặt van gaslift 2.3.1 Xác định lưu lượng khí bơm ép Lưu lượng khí ép: V = Roep.Q(m3/ng.đ) Roep : lưu lượng riêng khí ép (2.7) Lưu lượng riêng khí ép Roep tính theo công thức sau : Roep= Rotp- (G α pd − pm ) (2.8) G0: tỷ số khí của giếng α: Hệ số hoà tan của khí Rotp : Lưu lượng riêng toàn phần tối ưu khí (kể khí có lẫn giếng) xác định theo công thức: Rotp = 0.077.Ln (1 − 0,276) P d 0,5 0,276 lg de Pm (2.9) Trong : ε = 0,318 tính công thức (2.6) 22 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục d = 2.46 (inch) tính công thức (2.5) Ln = 2677 m Rotp = → 0.077.2677,5.(1 − 0,318) = 86 0,5 329,5 (m3/t) 2,46 0,318 lg 12 thay giá trị Rotp vừa tính vào công thức (2.8) Roep= 329,5 –( 200 – 0.6 Thay giá trị 118,2 − 12 ) =161,4 (m3/t ) Roep vừa tính vào công thức (5.7) V = 161,4 140 = 21428,4 (m3/ngđ) = 942 (m3/h) 2.3.2 Xác định chiều sâu đặt van gaslift Có phương pháp xác định chiều sâu đặt van Gaslift: Phương pháp giải tích, phương pháp toán đồ Nga phương pháp đồ thị Camco Trong đồ án này, độ sâu đặt van gaslift xác định theo toán đồ giáo trình ‘Bài giảng công nghệ khai thác dầu khí ’ Thầy Cao Ngọc Lâm Chiều sâu đặt van ( Lv1 ) 10.Plv d Lv1 = htt + − 20 ρ cl D (2.10) Trong : htt chiều sâu mực nước tĩnh tính từ mặt đất htt =L – Htt (2.11) Htt : chiều sâu mực nước tĩnh tính từ đáy giếng Dựa vào công thức : ρ cl H tt 10 10.PV 10.240 H tt = = = 2299(m) ρ cl 0,87 Pv = → Vậy : 23 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục htt = 3080 – 2299 = 781 (m) Plv = 90 (atm) ρcl = ρd = 0,87 d = 2,46 (inch) D = (inch) Thay giá trị vào công thức (2.10) 10.90 2,46 Lv1 = 781 + − 20 = 889(m) 0,87 Chiều sâu đặt van thứ Lv = Lv1 + 10.∆P1 − 10 ρd (2.12) Trong : Lv1 = 889 (m) ρd = 0,87 ∆P1 : Độ chênh áp để đóng van thứ Để xác định ∆P1 cần sử dụng toán đồ Cách xác định sau Từ điểm 889(m) đường nằm ngang biểu đồ , ta hạ đường thẳng đứng gặp đường cong V= 942 (m3/h) điểm A đường nằm ngang áp suất khởi động Pkđ = 90 (atm) điểm B lúc có trường hợp xảy sau : 24 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục Hình 2.1.Toán đồ để xác định chênh áp đóng van Trường hợp : Nếu điểm A nằm điểm B từ A ta kẻ đường nằm ngang cắt đường cong áp suất khởi động 90 (atm) tại điểm C (nằm phía phải) Từ điểm C ta kẻ đường nằm nghiêng song song với đường nằm nghiêng có sẵn biểu đồ gặp trục hoành ( phía biểu đồ ) điểm D Giá trị ứng với điểm D trục hoành chênh áp đóng van (∆P1) Trường hợp : Nếu điểm A nằm điểm B từ điểm B ta kẻ đường nằm ngang cắt đường cong áp suất khởi động 90( atm) điểm E (nằm phía phải biểu đồ ) Từ điểm E ta kẻ đường nghiêng xác ∆P1 trường hợp Đối với giếng thiết kế theo số liệu đầu , thỏa mãn trường hợp thứ ta xác định ∆P=32(atm) Thay giá trọ ∆P vừa tính công thức (2.12) ta tính chiều sâu đặt van : 25 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục Lv = 889 + 10.32 − 10 = 1246( m) 0,87 Chiều sâu đặt van (Lv3) : Lv = Lv + 10.∆P2 − 10 ρd (2.13) Trong : Lv2 = 1247 m ρd = 0,87 ∆P2 = độ chênh áp để đóng van thứ Xác định ta có : ∆P2 =32 (atm) Thay giá trị vào công thức (2.13) ta có : Lv3 = 1604 (m) Chiều sâu đặt van thứ (Lv4) : Lv = Lv + 10.∆P3 − 10 ρd (2.14) Xác định ta có : ∆P3 = 32 thay vào biểu thức (2.14) ta có Lv4 = 1962 (m) Chiều sâu đặt van thứ (Lv5) : Lv = Lv + 10.∆P4 − 10 ρd (2.15) Xác định ta có : ∆P4 = 32 thay vào biểu thức (2.15) ta có Lv5 = 2320 (m) Chiều sâu đặt van thứ (Lv4) : Lv = Lv + 10.∆P5 − 10 ρd (2.16) 26 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu phương pháp gaslift liên tục Xác định ta có : ∆P5 = 32 thay vào biểu thức (2.16) ta có Lv6 = 2676 (m) Chiều sâu đặt van thứ (Lv4) : Lv = Lv + 10.∆P6 − 10 ρd (2.17) Xác định ta có : ∆P5 = 32 thay vào biểu thức (2.17) ta có Lv6 = 2965 (m) Nhận xét : Vì chiều dài ống nâng Ln = 2678 (m) < 2965 (m) nên giếng thiết kế chỉ sử dụng van gaslift Trong khai thác gaslift van cuối luôn mở, nên van thứ gọi van gaslift làm việc Còn van gọi van gaslift khởi động Trong trình khai thác van gaslift khởi động luôn đóng TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài giảng Công nghệ khai thác dầu khí PGS.TS Cao Ngọc Lâm Trường: Đại học Mỏ - Địa chất 27 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 [...]... sau : Pkđ = (h + ∆ h) ρ L.g = [ h+ d2 D2 − d 2 h ]ρ L g = D2 ρ L gh D2 − d 2 (4.26) CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHAI THÁC DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GASLIFT 18 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục 2.1 Các thông số của giếng thiết kế Bảng 2.1 Các thông số của vỉa và giếng TT 1 1 Các thông số Kí hiệu Độ sâu miệng giếng s Giá trị... lượng khai thác sẽ là: Q = K ∆P = K(Pv – Pđ) (m3/ng.đ) dtưa = 0,235 (4.11) Qcl 1 3 3 (1 − ε )γ cl (4.12) Pde − Pm ε = 10 Lγ cl Lưu lượng khí ép: (4.13) V = Roep Q (m3/ng.đ) 12 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục 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, ... Lớp: TBDK 53 90 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục 1 Áp suất đầu giếng Pm Atm 12 1 Áp suất bình tách Ps Atm 10 2 Hệ số sản phẩm PI m 3 ngđ.atm 1 2 Độ sâu đặt ống chống khai thác L m 3050 2 Điểm giữa khoang bắn mở vỉa L m 3065 2 Lưu lượng khai thác Q m3 /ngđ 140 18 19 20 21 22 23 2.2 Tính toán cột ống nâng cho giếng thiết kế - Chiều sâu giếng khai thác: H = 3080m = 10105,5... thuộc 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 thị Camco Trước hết ta hãy tìm hiểu phương pháp tính toán độ sâu đặt van Gaslift theo phương pháp giải tích Khi bơm khí vào ống bơm... các công thức giải tích còn có phương pháp thiết kế bằng đồ thị trên hệ trục toạ độ “áp suất P – độ sâu H” được sử dụng rất rộng rãi và tiện lợi Gọi là phương pháp đồ thị Camco Phương pháp này sẽ được trình bày vào thiết kế giếng một cách tỷ mỉ ở chương tiếp theo 1.5 Phương pháp tính áp suất khởi động và các biện pháp làm giảm áp suất khởi động 4.5.1 Phương pháp tính áp suất khởi động... = 86 (at) 20 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục + Theo công thức tính lưu lượng khai thác: Q = K(Pv – Pd) → Pd = Pv − Q 121,8 = 240 − = 118,2(atm) K 1 + Trọng lượng riêng trung bình hỗn hợp dầu: = (2.2) ρd + ρde 2 ρn Trong đó: + γd: Trọng lượng riêng của hỗn hợp dầu khí ở dưới đáy giếng ρd = (Q + 43,2.D 2 ) ρcl ρcl Q ( G0... ống Các đại lượng cần thiết khi xác định áp suất khởi động - Đường kính ống nâng: d1(mm) - Đường kính ống bơm ép: d(mm) - Đường kính ống chống khai thác: D(mm) - Độ nhúng chìm của ống nâng: h(m) - Độ dâng cao của mực chất lỏng trong ống nâng khí ép đến đế ống nâng: ∆ h(m) 15 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục Khi ép khí vào khoảng... 161,4 140 = 21428,4 (m3/ngđ) = 942 (m3/h) 2.3.2 Xác định chiều sâu đặt van gaslift Có 3 phương pháp xác định chiều sâu đặt van Gaslift: Phương pháp giải tích, phương pháp toán đồ Nga và phương pháp đồ thị Camco Trong đồ án này, độ sâu đặt van gaslift được xác định theo toán đồ trong giáo trình ‘Bài giảng công nghệ khai thác dầu khí ’ của Thầy Cao Ngọc Lâm Chiều sâu đặt van 1 ( Lv1 ) 10.Plv d 2 Lv1... Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục Xác định như trên ta có : ∆P5 = 32 thay vào biểu thức (2.16) ta có Lv6 = 2676 (m) Chiều sâu đặt van thứ 7 (Lv4) : Lv 7 = Lv 6 + 10.∆P6 − 10 ρd (2.17) Xác định như trên ta có : ∆P5 = 32 thay vào biểu thức (2.17) ta có Lv6 = 2965 (m) Nhận xét : Vì chiều dài ống nâng là Ln = 2678 (m) < 2965 (m) nên giếng thiết kế chỉ sử dụng 6 van gaslift. .. kẻ đường nghiêng và xác ∆P1 như trường hợp trên Đối với giếng thiết kế theo số liệu đầu bài , thỏa mãn trường hợp thứ 2 và ta xác định được ∆P=32(atm) Thay giá trọ ∆P vừa tính được công thức (2.12) ta tính được chiều sâu đặt van 2 : 25 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp: TBDK 53 Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục Lv 2 = 889 + 10.32 − 10 = 1246( m) 0,87 Chiều sâu đặt van ... phun ke m hiệu - Cấu trúc cột ống nâng đơn giản chi tiết chóng hỏng - Phương pháp áp dụng với giếng có độ sâu, độ nghiêng lớn - Khai thác với giếng có yếu tố khí lớn áp suất bão hòa cao - Khai. .. in - Hệ số sản phẩm: PI = T/at.ngđ - Trọng lượng riêng dầu: ρd = 0,87 g/cm3 - Lưu lượng khai thác: Qd = 140m3/ngđ = 121,8 T/ngđ - Tỷ suất khí dầu: G0 = 200 m3/T - Áp suất vỉa: Pv = 240atm -. .. thiết kế chỉ sử dụng van gaslift Trong khai thác gaslift van cuối luôn mở, nên van thứ gọi van gaslift làm việc Còn van gọi van gaslift khởi động Trong trình khai thác van gaslift khởi động luôn