Tính toán lựa chọn bơm ly tâm điện chìm dùng trong khai thác dầu tại giàn khoan MPS – 03 mỏ Bạch Hổ

Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, Dầu khí đã trở thành nguồn tài nguyên cung cấp năng lượng
chủ yếu cho con người, cả trong lao động sản xuất lẫn trong cuộc sống hàng
ngày. Chính vì vậy mà ngành công nghiệp Dầu khí ở các nước trên thế giới
nói chung và ở Việt Nam nói riêng đã trở thành một ngành chiếm vị trí quan
trọng trong nền kinh tế quốc dân.
Tính cho đến nay, toàn ngành Dầu khí Việt Nam đã khai thác được
205 triệu tấn dầu thô và hơn 30 tỷ m
3
khí, mang lại doanh thu trên 40 tỷ USD,
nộp ngân sách nhà nước gần 25 tỷ USD, tạo dựng được nguồn vốn chủ sở hữu
trên 80 nghìn tỷ đồng. Mục tiêu gia tăng trữ lượng dầu khí trong nhiều năm
trở lại đây liên tục được hoàn thành với mức từ 30 - 35 triệu tấn dầu qui
đổi/năm, nó có ý nghĩa hết sức quan trọng đối với việc đảm bảo cân đối bền
vững, duy trì ổn định sản lượng dầu khí khai thác phục vụ nền kinh tế, đảm
bảo an ninh năng lượng của đất nước cho thời gian tới. Với những thành tích
đáng ghi nhận như vậy, nền công nghiệp dầu khí hiện nay vẫn đang đẩy mạnh
khai thác các mỏ hiện có; đồng thời tích cực hợp tác, tìm kiếm - thăm dò các
mỏ có tiềm năng, trữ lượng cao trong và ngoài nước để có thể khai thác phục
vụ nhu cầu sử dụng của con người trong tương lai.
Thiết bị máy móc dùng trong nghành dầu khí rất đa dạng trong đó máy
bơm ly tâm là thiết bị cơ bản và được dùng phổ biến, đặc biệt là trong lĩnh
vực khai thác và vận chuyển dầu.
Vì vậy dưới sự hướng dẫn của thầy Lê Đức Vinh và các thầy trong bộ
môn Thiết bị dầu khí và công trình, Khoa dầu khí cùng với quá trình thực tập
tại xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro, em chọn đề tài: ”Tính toán lựa chọn
bơm ly tâm điện chìm dùng trong khai thác dầu tại giàn khoan MPS – 03 mỏ
Bạch Hổ”.
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
1

Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
Với chuyên đề:
“ Tính toán lựa chọn bơm ly tâm điện chìm dùng trong khai thác dầu tại
giếng khoan số 3-giàn MPS 03- mỏ Bạch Hổ”
Trong thời gian qua, mặc dù em đã cố gắng tìm hiểu cũng như nghiên
cứu các tài liệu có liên quan để hoàn thành lên cuốn đồ án này. Tuy nhiên
trong quá trình thực hiện khó tránh khỏi những thiếu sót, do vậy em rất mong
nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo và các bạn để em được
học hỏi thêm, bổ sung và hoàn thiện tốt hơn.
Xin chân thành cảm ơn. Hà nội tháng 05-2011.
Sinh viên thực hiện.
Đặng Tiến Dũng
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
2
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC DẦU KHÍ
1.1. Khai thác tự phun
Còn gọi là phun tự nhiên, dòng chảy từ đáy giếng lên miệng giếng được duy trì
nhờ năng lượng có trong vỉa, bao gồm: năng lượng tự nhiên và năng lượng nhân tạo
thông qua kỹ thuật ép vỉa.
Điều kiện để áp dụng phương pháp phun tự nhiên là năng lượng trong vỉa, thông
qua giá trị áp suất đáy, phải đủ để nâng một cách có hiệu quả sản phẩm lên miệng
giếng với thế năng dư.
Đây là phương pháp cho hiệu quả kinh tế cao nhất. Vì vậy, cần phải kéo dài thời
gian tự phun của giếng. Thông thường, trong thời kỳ đầu làm việc của giếng tự phun,
năng lượng vỉa lớn hơn nhiều năng lượng cần thiết để nâng chất lỏng lên miệng giếng
và đến các thiết bị xử lý. Theo thời gian, năng lượng vỉa giảm đi và giếng kết thúc tự
phun khi áp suất miệng giếng còn khoảng 3 – 4 at.
Để sử dụng năng lượng vỉa một cách hợp lý, phải có chế độ khai thác thích hợp.

Đối với giếng khai thác tự phun có sử dụng cột ống nâng thì năng lượng vỉa bị tiêu
hao ít hơn so với giếng khai thác tự phun không sử dụng cột ống nâng, vì vậy kéo dài
thời gian tự phun của giếng. Việc sử dụng cột ống nâng là phương pháp tốt để điều
chỉnh vận tốc chuyển động của hỗn hợp chất lỏng – khí và tạo đối áp lên vỉa. Đối với
vỉa sản phẩm có chứa cát xốp thì việc sử dụng cột ống nâng có tác dụng phòng ngừa
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
3
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
sự hình thành nút cát trên đáy giếng vì vận tốc chuyển động của hỗn hợp chất lỏng -
khí lớn sẽ tạo điều kiện tốt để mang cát từ vỉa lên trên bề mặt. Ngoài ra, giếng khai
thác tự phun có sử dụng cột ống nâng khi cần đóng giếng để sửa chữa do bị hư hỏng
hoặc miệng giếng không kín sẽ đơn giản hơn.
Mặt khác, trong quá trình khai thác đôi khi cần phải điều khiển áp suất đáy
giếng để có yếu tố khí nhỏ nhất, hạn chế lượng cát lớn chảy từ vỉa vào giếng,… nên
lưu lượng dầu, khí từ vỉa vào cũng thay đổi và áp suất đáy giếng có thể thay đổi khi
đường kính cột ống nâng thay đổi (tăng đường kính cột ống nâng thì áp suất đáy
giếng giảm và lưu lượng khai thác tăng lên). Tuy nhiên, phương pháp điều khiển này
không thuận lợi, bởi vì thay thế cột ống nâng cần phải tiến hành dập giếng, kéo theo
một khối lượng lớn công việc và có thể gặp nhiều sự cố phức tạp.
Vì vậy, để điều khiển áp suất đáy giếng trong quá trình khai thác tự phun, người
ta tạo ra độ chênh áp bằng cách đặt côn tiết lưu hoặc đặt đối áp lên miệng giếng.
Khai thác các giếng tự phun, có thể gặp các sự cố ngoài ý muốn, lúc đó, cần phải
sử dụng các biện pháp cụ thể để giếng trở về chế độ khai thác bình thường.
Nếu áp suất miệng giếng giảm và áp suất ngoài cột ống khai thác tăng lên thì
nguyên nhân có thể do sự hình thành các nút cát hoặc lắng đọng parafin trong cột
OKT. Nếu áp suất miệng giếng giảm và áp suất ngoài cột ống khai thác cũng giảm
đáng kể thì nguyên nhân có thể do sự hình thành nút cát ở đáy giếng hoặc có sự xâm
nhập của nước trong sản phẩm. Nếu áp suất miệng giếng giảm đồng thời lưu lượng
giếng tăng lên thì có thể do côn tiết lưu bị mài mòn. Nếu áp suất miệng giếng và áp
suất ngoài cột ống khai thác tăng lên đồng thời lưu lượng giếng giảm thì có khả năng

côn tiết lưu hoặc đường ống sản phẩm bị tắc.
Nếu có nút cát trong ống nâng, phải mở hết van xả trên đường xả dưới và dùng
máy nén khí ép mạnh qua hai nhánh, nếu vẫn không được thì chuyển sang bơm dầu
để phục hồi sự hoàn toàn của giếng. Nếu có nút cát ở đáy giếng thì cho giếng làm
việc một thời gian ở chế độ không có côn tiết lưu, tăng vận tốc dòng chảy để mang
cát lên hoặc bơm từng đợt dầu vào khoảng không cột ống khai thác. Nếu côn tiết lưu
hoặc ống dẫn bị tắc thì phải chuyển sang làm việc ở nhánh dự phòng, sau đó kiểm tra
côn tiết lưu và đường ống dẫn.
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
4
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
Ngoài ra, để kéo dài thời gian khai thác tự phun, phải tìm kiếm các giảm pháp
khác như: ép vỉa, khích thích vỉa, xử lý vùng cận đáy giếng…
1.2. Khai thác cơ học
Là phương pháp bổ sung năng lượng nhân tạo vào đáy giếng. Tùy theo tính chất
dầu, đặc tính của giếng, nguồn năng lượng bổ sung có thể là thế năng, thế năng của
khí nén (gaslift), điện năng hoặc thủy năng.
Trong việc khai thác dầu trên thế giới, các phương pháp khai thác bằng cơ học
thường có sẵn, vấn đề là lựa chọn một phương án thích hợp cho từng đối tượng khai
thác cụ thể.
Quá trình lựa chọn phương pháp khai thác dầu bằng cơ học bắt đầu từ phân tích
các thông tin về các đặc tính địa chất của mỏ, các tính chất lý hoá của dầu, nước và
khí, khả năng có thể khai thác sản phẩm được từ các giếng, cấu trúc thân giếng. Trên
cơ sở đó mới có thể xác định khả năng áp dụng phương pháp khai thác này hay
phương pháp khai thác khác. Bên cạnh đó nhất thiết phải đánh giá hàng loạt các yếu
tố khác nhau như công nghệ, kỹ thuật, khí hậu, địa hình, kinh tế xã hội…Tiếp đến
cần xét ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp của mỗi nhóm yếu tố đến việc lựa chọn
phương pháp dầu trong khu vực mỏ cụ thể. Nếu sau khi phân tích tổng hợp tất cả các yếu
tố và đưa ra một phương án khai thác cơ học duy nhất, thì không cần bàn thêm về vấn đề
lựa chọn phương pháp khả thi khác. Trong trường hợp tồn tại một số phương pháp khai

thác cơ học mang tính khả thi cho một đối tượng khai thác thì cần phải xem xét các ưu
nhược điểm của từng phương pháp và trên cơ sở đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật công
nghệ và kinh tế để xác định phạm vi áp dụng cho từng phương pháp cơ học nhằm đem
lại hiệu quả kinh tế nhất. Một phương án khai thác tương thích với từng đối tượng cụ thể
không những thoả mãn được các yêu cầu công nghệ mà còn phải là phương án với chi
phí sản xuất thấp nhất, đem lại lợi nhuận cao nhất.
Quá trình phân tích các ưu nhược điểm của từng phương pháp khai thác cơ học
để lựa chọn phương pháp khai thác cho thích hợp đang được áp dụng có hiệu quả trên
thế giới
1.2.1. Khai thác dầu bằng phương pháp gaslift
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
5
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
Là phương pháp khai thác cơ học khi giếng dầu không thể tự phun theo lưu
lượng yêu cầu, dựa trên nguyên tắc bơm khí nén cao áp vào vùng không gian vành
xuyến (hay ngược lại) nhằm đưa khí áp đi vào ống khai thác quan van gaslift với mục
đích làm giảm cột chất lỏng trên van (tăng yếu tố khí) sao cho năng lượng vỉa đủ
thắng tổng hao năng lượng để đưa dòng sản phẩm lên bờ mặt. Như vậy, nguyên tắc
làm việc của gaslift tương tự như đối với giếng tự phun, nghĩa là cả hai hoạt động
đều dựa vào khí nén. Tuy nhiên, phương pháp khai thác băng gaslift hoạt động được
nhờ vào khí nén từ trên mặt đất hay từ một vỉa khí cao áp khác.
Trong khai thác dầu bằng gaslift, phụ thuộc vào chế độ nén khí cao áp vào giếng
mà chia ra làm hai chế độ: chế độ khai thác bằng gaslift liên tục và chế độ khai thác
bằng gaslift không liên tục (gaslift định kỳ).
Ưu điểm:
- Phương pháp khai thác bằng gaslift là một giải pháp tốt để khai thác tầng sản
phẩm có chứa cát hay tạp chất, nhiệt độ vỉa cao, tỷ suất khí-dầu lớn, dầu chứa
parafin.
- Độ nghiêng và độ sâu của giếng hầu như không ảnh hưởng đến sản lượng khai
thác.

- Bên cạnh đó có thể sử dụng kỹ thuật tời trong công tác sửa chữa các thiết bị
lòng giếng. Điều này tiết kiệm không những thời gian mà còn giảm thiểu chi phí sửa
chữa và hầu như không cần đến tháp khoan cho các hoạt động này. Đặc biệt có thể
tiến hành đồng bộ quá trình khảo sát nghiên cứu giếng, đo địa vật lý và làm sạch lắng
đọng parafin, chống ăn mòn bằng cách bơm các hoá phẩm tương ứng xuống cùng với
khí nén. Ống chống khai thác hầu như không bị các thiết bị lòng giếng chiếm chỗ. Sử
dụng tua bin khí nhằm nén khí vào giếng là cấp nguồn năng lượng bổ sung.
- Khai thác dầu bằng phương pháp gaslift rất linh hoạt, không những giải quyết
được vấn đề gọi dòng sản phẩm sau khi khoan mà còn có thể đưa giếng vào hoạt
động khi giếng ngừng chế độ tự phun mà không cần phải tiến hành sửa chữa lớn.
Không cần nâng ống khai thác lên khi tiến hành khảo sát và xử lý giếng.
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
6
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
- Trong giếng khai thác bằng phương pháp gaslift, độ sâu đưa khí nén vào ống
khai thác và thể tích khí nén có thể thay đổi sản lượng giếng lớn để đảm bảo khai
thác liên tục, còn với giếng có sản lượng nhỏ có thể chuyển sang khai thác định kỳ.
Sử dụng triệt để khí đồng hành.
- Với hệ thống gaslift trung tâm có thể khai thác và điều hành nhiều giếng cùng
một lúc một cách dễ dàng, hệ thống này thường giảm đáng kể chi phí sản xuất và cho
phép tiến hành kiểm tra và thử nghiệm giếng rất tiện lợi, đòi hỏi ít công nhân vận
hành.
- 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, giá thành và chi phí
bảo dưỡng chúng tương đối thấp so với các phương pháp khai thác dầu bằng cơ học
khác như máy bơm điện ly tâm điện chìm.
- Ít gây ô nhiễm môi trường.
Nhược điểm:
- Không tạo được chênh áp lớn nhất để hút dầu trong vỉa ở giai đoạn cuối của
quá trình khai thác.

- Hiện tượng giảm áp suất khi khai thác có thể ảnh hưởng xấu đến sản lượng,
nhất là đối với các giếng có độ sâu lớn và áp suất vỉa giảm mạnh dẫn đến hiệu quả
khai thác kém, tăng chi phí sản suất so với khai thác bằng bơm ly tâm điện chìm.
Điều này có thể dẫn đến giảm hiệu suất khai thác, tăng chi phí sản xuất. Ngoài ra vốn
đầu tư cơ bản để mua tổ hợp máy nén khí và hệ thống đường ống phân phối khí nén
khá lớn, chi phí năng lượng cao, thời gian hoàn vốn chậm. Đặc biệt trạm khí nén khá
nặng và đòi hỏi khá nhiều diện tích nên tăng đáng kể chi phí khi lắp đặt trạm ngoài
khơi. Bên cạnh đó việc tăng lượng khí có thể dẫn đến tăng kích thước ống dẫn và
công suất của hệ thống bình tách dầu-khí, cũng như toàn bộ hệ thống thu gom, xử lý,
vận chuyển sản phẩm khai thác và chi phí vận hành, bảo dưỡng trạm khí nén. Đòi hỏi
phải có đội ngũ công nhân vận hành, công nhân cơ khí lành nghề và độ rủi ro trong
khai thác gaslift cao. Ngoài ra khai thác dầu bằng phương pháp gaslift chỉ thực thi khi
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
7
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
nguồn khí cung cấp đủ cho mỏ khai thác. Nếu không đủ khí hay khi giá khí cao thì
buộc phải chuyển đổi phương pháp khai thác cơ học khác.
Trên thực tế việc lựa chọn một phương pháp khai thác dầu bằng phương pháp
cơ học còn phụ thuộc khá nhiều vào động thái quá trình ngậm nước của sản phẩm
khai thác. Hiệu quả kinh tế khi khai thác dầu bằng phương pháp khai thác gaslift sẽ
giảm theo chiều tăng của độ ngậm nước, nhưng đối với khai thác bằng máy bơm ly
tâm điện chìm thì hiện tượng sẽ xảy ra ngược lại. Do vậy vấn đề khai thác sản phẩm
có độ ngậm nước cao (trên 90%) thì cần phải xem xét vấn đề kinh tế một cách cụ thể.
1.2.2. Khai thác dầu bằng máy bơm thủy lực
Khai thác dầu nhờ máy bơm piston thủy lực ngầm là phương pháp khai thác cơ
học khi giếng dầu không thể tự phun theo lưu lượng yêu cầu, bằng cách cung cấp
năng lượng bổ sung từ trên mặt đất xuống máy bơm piston ngầm nhờ dòng chất lỏng
công tác có áp suất cao. Năng lượng này cung cấp cho piston của động cơ máy bơm
giếng sâu chuyển động tịnh tiến, chuyển động tịnh tiến được truyền sang cho piston
của máy bơm (đối với máy bơm thủy lực ngầm), hay chuyển hóa năng lượng từ dạng

áp suất sang vận tốc và ngược lại (đối với máy bơm phun tia).
1.2.3. Khai thác dầu bằng máy bơm ngầm có cần truyền lực
Khai thác dầu bằng nhờ máy bơm ngầm có cần truyền lực là phương pháp khai
thác cơ học khi giếng dầu không thể tụ phun theo lưu lượng yêu cầu, bằng cách cung
cấp năng lượng bổ sung từ trên bề mặt đất xuống máy bơm ngầm thông qua hệ thống
cần truyền lực.
Nguyên lý hoạt động của tổ hợp máy bơm cần kéo được diễn ra theo chu kỳ hai
pha: pha đi lên va pha đi xuống.
Trong pha đi lên, năng lượng truyền từ trên bề mặt thông qua hệ thống cần
truyền lực kéo piston đi lên, áp suất dưới piston giảm và lúc này do sự chênh lệch áp
suất làm chất lỏng khai thác từ ngoài sẽ chảy vào xilanh máy bơm qua van hút mở.
Trong khi đó, van đẩy đóng lại do áp suất của cột chất lỏng nằm trên piston (chất
lỏng trong cột OKT) cao hơn áp suất trong xilanh.
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
8
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
Trong pha đi xuống, năng lượng lúc này là do trọng lực của toàn bộ hệ thống
cần truyền lực và chất lỏng chứa trong cột OKT, đẩy piston chuyển động đến điểm
cuối của xilanh máy bơm. Lúc này van hút đóng và van đẩy mở.
Trong quá trình hút đẩy liên tục như vậy, chất lỏng khai thác sẽ được nâng dần
theo cột OKT lên miệng giếng và được vận chuyển đến hệ thồng thu gom, xử lý sơ
bộ.
1.2.4. Khai thác dầu bằng máy bơm ly tâm điện chìm
Khai thác dầu bằng máy bơm ly tâm điện chìm là phương pháp khai thác cơ học
khi giếng dầu không thể tự phun với lưu lượng theo yêu cầu, bằng cách cung cấp
năng lượng bổ sung từ trên bề mặt xuống tổ hợp máy bơm ly tâm chìm nhờ hệ thống
cáp điện ba pha chạy dọc theo thân cột OKT hay treo tự do. Năng lượng này cung
cấp cho động cơ điện của tổ hợp máy bơm ly tâm ngầm làm quay cánh của máy bơm,
nhờ đó mà xuất hiện lực ly tâm và tăng áp suất theo hướng từ miệng vào đến miệng
ra của máy bơm, tạo điều kiện cho chất lỏng vỉa chảy vào máy bơm nhiều cấp để

được nâng lên bề mặt, đến hệ thống thu gom và xử lý.
Ưu điểm:
- Giải pháp sử dụng bơm ly tâm điện chìm trong quá trình khai thác là an toàn
và tiện cho điều kiện ngoài khơi.
- Có thể khai thác dầu từ các giếng có độ nghiêng lớn hơn 80
o
và không gian
dành cho thiết bị lòng giếng cũng như các thành phần phụ khác ít hơn so với các
phương pháp khác, điều này có ý nghĩa quan trọng đối với việc khai thác dầu ngoài
khơi.
- Máy bơm ly tâm điện chìm mang lại hiệu quả cao khi khai thác tăng cường
sản phẩm với độ ngậm nước cao hơn 80% và cho phép đưa ngay giếng vào khai thác
sau khi khoan xong.
Nhược điểm:
- Ảnh hưởng của tạp chất lên hoạt động của máy bơm rất lớn. Do việc kéo thả
các thiết bị lòng giếng để sửa chữa cần phải sử dụng tháp khoan để thực hiện nên dẫn
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
9
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
đến giảm tốc độ khoan các giếng mới khoan trong điều kiện khai thác dầu ngoài khơi,
đặc biệt đối với các giếng trên các giàn vệ tinh (quá trình sửa giếng nhờ vào tàu
khoan tự nâng và điều kiện thời tiết cho phép).
- Do giới hạn bởi đường kính ống chống khai thác (nhỏ hơn 168mm) nên không
thể khai thác trên các giếng có sản lượng 700m
3
/ngđ.
- Đối với các giếng có các yếu tố khí-dầu cao, hệ số sản phẩm thấp và nhiệt độ
vỉa lớn hơn 93
o
C sẽ ảnh hưởng đáng kể tới tuổi thọ của cáp điện và tăng đáng kể giá

thành toàn bộ tổ hợp máy bơm. Hiện nay có những loại cáp tải điện năng có thể chịu
được nhiệt độ tới 117
o
C với tuổi thọ 5 năm tuy nhiên điều này vẫn còn là vấn đề
tranh cãi. Ngoài ra khó tiến hành khảo sát nghiên cứu giếng, đo địa vật lý…các vùng
nằm dưới máy bơm và xử lý vỉa nhằm tăng cường sản lượng giếng.
Tóm lại: Tuỳ thuộc vào điều kiện thực tế của mỏ kết hợp với tài liệu địa chất kỹ
thuật thu được từ mỏ căn cứ vào ưu nhược điểm của từng phương pháp mà chọn lựa
sao cho phù hợp và đạt hiệu quả là tối ưu.
1.3. Phân tích và lựa chọn phương pháp khai thác cơ học tại mỏ Bạch Hổ và
mỏ Rồng
Nguồn năng lượng cung cấp cho vỉa là có giới hạn và nó giảm dần theo thời gian
khai thác. Vì thế quá trình tự phun của giếng khai thác không thể duy trì được mãi.
Để đáp ứng yêu cầu đặt ra đối với ngành khai thác dầu khí thì việc phân tích đánh
giá, lựa chọn phương pháp khai thác cơ học sau giai đoạn tự phun rất quan trọng và
cần thiết. Trong các thông số địa chất kỹ thuật có liên quan đến việc lựa chọn các
phương pháp khai thác cơ học, có hai yếu tố quan trọng cần được xem xét đó là yếu
tố vỉa và sản phẩm của giếng. Nếu như áp suất đáy lớn hơn áp suất bão hòa khí thì
mối quan hệ giữa áp suất và giá trị sản lượng có thể xem như mối quan hệ tuyến tính
theo phương trình:
Q = k . ΔP
Trong đó:
Q: Sản lượng;
k: Hệ số sản phẩm;
ΔP: Độ chênh áp.
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
10
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
Ngoài hàm lượng pha rắn chứa trong sản phẩm khai thác thì yếu tố khí của sản
phẩm khai thác cũng ảnh hưởng lớn tới việc lựa chọn các phương pháp khai thác cơ

học. Đơn giản là việc có mặt của khí trong sản phẩm khai thác, sẽ ảnh hưởng tới quá
trình hoạt động của máy bơm nếu khai thác bằng bơm ly tâm điện chìm. Khi lựa chọn
phương pháp khai thác cơ học ta phải quan tâm tới các yếu tố: công nghệ và kỹ thuật,
địa chất, khí hậu và kinh tế.
Mỗi một nhóm các yếu tố trên đều có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình chọn lựa
phương pháp nào cho thích hợp. Để lựa chọn cho hợp lý người ta thường bắt đầu
bằng việc phân tích các dữ liệu và tính chất mỏ, tính chất hóa lý của các pha trong
mỏ. Trên cơ sở đó sẽ sử dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật cũng như kinh tế cho việc lựa
chọn.
Chúng ta cùng tham khảo bảng trình bày kết quả thống kê khả năng áp dụng các
phương pháp khai thác cơ học khác nhau trong từng điều kiện cụ thể đối với mỏ
Bạch Hổ và mỏ Rồng.
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
11
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
i u ki n khai thácĐ ề ệ
Nguyên lý truy n đ ngề ộ
B ng đi nằ ệ B ngằ
khí
B m lyơ
tâm
B m gu ngơ ồ
xo nắ
Gaslift
Ngoài kh iơ Khá Khá Khá
Sa m cạ Trung bình Khá Khá
Thành ph đông dânố Khá Khá Khá
M t gi ng riêng lộ ế ẻ Trung bình Trung bình X uấ
M t nhóm gi ngộ ế Khá Khá T tố
sâu gi ng l nĐộ ế ớ Khá Khá Trung

bình
Áp su t v a th pấ ỉ ấ Khá Khá T tố
Nhi t đ v a caoệ ộ ỉ X uấ X uấ T tố
S n ph m có đ nh t caoả ẩ ộ ớ X uấ T tố Trung
bình
S n ph m có đ n mòn ả ẩ ộ ă
cao
X uấ Trung bình Khá
S n ph m có ch a cátả ẩ ứ X uấ Trung bình Khá
Xu t hi n l ng đ ng ấ ệ ắ ọ
mu iố
Trung bình Trung bình X uấ
Xu t hi n nh t ngấ ệ ũ ươ Trung bình Khá Trung
bình
Y u t khí d u caoế ố ầ X uấ Trung bình Khá
Thay đ i s n ph m linh ổ ả ẩ
ho t và chuy n sang ạ ể
khai thác đ nh kị ỳ
X uấ Trung bình T tố
Ti n hành kh o sát gi ngế ả ế X uấ X uấ T tố
Gi n khoan nghiêng và ế
ngang
Trung bình Trung bình T tố
S a gi ng b ng t iử ế ằ ờ X uấ X uấ T tố
B m hóa ph mơ ẩ Trung bình Trung bình T tố
Bảng 1.1: Tổng kết khả năng và hiệu quả áp dụng các phương pháp khai thác dầu
khí bằng phương pháp cơ học tại mỏ dầu của liên doanh dầu khí Vietsovpetro

GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
12

Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
Qua bảng tổng kết ta nhận thấy rằng với điều kiện thực tế khai thác của mỏ Bạch Hổ
và mỏ Rồng thì việc áp dụng hai phương pháp khai thác bằng gaslift và khai thác
bằng tổ hợp bơm ly tâm điện chìm là cho hiệu quả tối ưu nhất. Nhưng do giới hạn
của đề tài ta sẽ tìm hiểu về việc sử dụng tổ hợp bơm ly tâm điện chìm trong khai thác
dầu khí tại liên doanh dầu khí Vietsovpetro.
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
13
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
CHƯƠNG 2
TỔ HỢP BƠM LY TÂM ĐIỆN CHÌM DÙNG TRONG
KHAI THÁC DẦU KHÍ
2.1. Bơm điện chìm dùng trong khai thác dầu khí ở xí nghiệp liên doanh Dầu
khí VietsovPetro
Trong quá trình khai thác giếng, khi năng lượng vỉa không đủ cung cấp để nâng
sản phẩm khai thác lên bề mặt theo thiết kế thì ta phải áp dụng giải pháp khai thác cơ
học để đẩy dầu lên. Trên thực tế có nhiều phương pháp khai thác dầu cơ học dựa trên
nguyên tắc truyền động năng từ trên mặt đất xuống. Tuy nhiên trong quá trình thiết
kế lựa chọn phương pháp khai thác dầu cần phải xem xét đến yếu tố địa chất, công
nghệ, kỹ thuật và hiệu quả kinh tế để có được phương pháp tối ưu nhất.
Phương pháp khai thác cơ học bằng tổ hợp bơm ly tâm điện chìm được xem như
là một giải pháp tối ưu nhất, đạt hiệu quả kinh tế cao nhất đối với những giếng có độ
ngậm nước sản phẩm khá lớn (từ 70% trở lên). Mặc dù yếu tố khí tự nhiên ảnh hưởng
rất lớn tới quá trình làm việc của tổ hợp bơm ly tâm điện chìm như vấn đề khí tự do.
Hiện nay có một số giải pháp kỹ thuật cho phép giảm thiểu ảnh hưởng của khí tự do
bằng cách lắp đặt thêm thiết bị tách khí ly tâm. Ngoài ra do chi phí ban đầu thấp và
yêu cầu khai thác kỹ thuật, bảo dưỡng không phức tạp nên việc ứng dụng tổ hợp máy
bơm ly tâm điện chìm như một giải pháp cơ học linh động đáp ứng kịp thời yêu cầu
sản xuất.
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng

14
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
Bảng 2.1: Các thông số kinh tế khi sử dụng phương pháp khai thác dầu bằng máy
bơm ly tâm điện chìm tại mỏ Bạch Hổ
1 Tổng lượng dầu khai thác bằng máy bơm, ngàn tấn 125,11
2 Tiền bán dầu, ngàn USD 16263,9
3 Đầu tư cơ bản, ngàn USD 4624,1
4 Chi phí sản xuất, ngàn USD 6161,3
5 Các loại thuế liên quan, ngàn USD 2927,5
6 Lợi nhuận của XNLD Vietsovpetro, ngàn USD 2551,0
7 Hiệu quả đầu tư cơ bản, USD/ USD 0,552
2.1.1. Yêu cầu chung đối với tổ hợp bơm ly tâm điện chìm
Do bơm làm việc trong điều kiện phức tạp: chiều sâu đặt bơm lớn, dẫn đến nhiệt
độ và áp suất cao nên khi đưa bơm vào hoạt động để đảm bảo tính năng của bơm
cũng như hiệu quả trong quá trình khai thác thì bơm phải đáp ứng được các yêu cầu
sau:
- Hình dạng kết cấu của bơm phải phù hợp với kích thước của giếng
khoan, đường kính của bơm phải nhỏ hơn đường kính của ống chống
khai thác theo một giới hạn cho phép. Điều này đảm bảo việc kéo thả
thuận lợi khi có sự cố xảy ra.
- Bơm làm việc ở độ sâu lớn nên phải tạo được cột áp cao để đưa chất
lỏng lên miệng và tới thiết bị thu gom và xử lý trên mặt.
- Ở điều kiện nhiệt độ cao (khoảng 100
o
C dến 150
o
C) và luôn trực tiếp
tiếp xúc với chất lỏng vỉa đòi hỏi vật liệu chế tạo và các thiết bị làm kín
phải đảm bảo các tính năng hoạt động liên tục của bơm.
- Nguồn năng lượng cung cấp cho động cơ hoạt động là dòng điện ba

pha với điện áp sử dụng thường lớn hơn 1000V nên cáp điện phải đạt
các yêu cầu sau: độ dẫn điện cao, khả năng cách điện với môi trường
chung quanh tốt, chịu được va đập trong quá trình kéo thả.
- Bơm phải đáp ứng được chế độ làm việc lâu dài và liên tục mặc dù
trong điều kiện phức tạp.
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
15
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
2.2.2. Các loại bơm ly tâm điện chìm đang được sử dụng tại liên doanh dầu khí
Vietsovpetro
Hiện nay, tại liên doanh mà chủ yếu thuộc mỏ khu vực phía Nam tổ hợp bơm ly
tâm điện chìm dùng trong công tác khai thác dầu khí chủ yếu là do những nhà cung
cấp đến từ Nga và Mỹ.
2.2.2.1. Máy bơm do Nga sản xuất
Đối với thiết bị của Nga được sản suất theo tiêu chuẩn GOST 6134 – 71. Tùy
thuộc và kích thước của các thiết bị trong tổ hợp (động cơ, bơm,…) mà người ta chia
thiết bị bơm ly tâm điện chìm do Nga sản xuất ra ba nhóm chính: 5, 5A, 6.
- Nhóm 5: Thường được sử dụng khai thác các giếng có đường kính ống
khai thác không nhỏ hơn 21,7 mm.
- Nhóm 5A: Thường được sử dụng khai thác các giếng có đường kính ống
khai thác không nhỏ hơn 130 mm.
- Nhóm 6: Thường được sử dụng khai thác các giếng có đường kính ống
khai thác không nhỏ hơn 148 mm.
- Lưu lượng bơm do Nga chế tạo cũng như phụ thuộc vào kích cỡ trong của
ống khai thác;
- Đối với những giếng có đường kính trong của ống khai thác: 122 ÷ 124
mm.
o Q
b
= 20 ÷ 200 (m

3
/ ngàyđêm).
- Đối với những giếng có đường kính trong của ống khai thác: 144 ÷ 146
mm.
o Q
b
= 100 ÷ 700 (m
3
/ ngàyđêm).
- Đối với những giếng có đường kính trong của ống khai thác: 190 ÷ 194
mm.
o Q
b
= 30 ÷ 1300 (m
3
/ ngàyđêm).
Cột áp của bơm nằm trong dải: H = 150 ÷ 2800 m.
Điện áp làm việc của bơm: U = 350 ÷ 2010 V.
Tần số điện áp của bơm: f = 50 ÷ 60 Hz.
Dải công suất của bơm: N
b
= 14 ÷ 150 kW.
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
16
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
*Một số loại bơm ly tâm điện chìm điển hình do Nga sản suất:
- Y HK5 – 80 -1200.
- Y2€H5A – 130 – 1200.
- Y3€H6 – 350 – 1100.
Trong đó:

Y: kí hiệu tên thiết bị;
2,3: kiểu số;
€ : đặc trưng dẫn đông điện;
H: dùng để bơm dầu;
K: đặc tính chống ăn mòn;
5, 5A, 6: các nhóm bơm;
80,130,350: lưu lượng theo đơn vị (m
3
/ ngàyđêm);
1100,1200: cột áp tính theo đơn vị (m H
2
O).
2.2.2.2. Máy bơm do Mỹ sản suất
Đối với các thiết bị bơm ly tâm điện chìm do Mỹ sản xuất, hiện nay được dùng
phổ biến là thiết bị của hãng: REDA, ESP, Centnilip.
Riêng các loại của hãng REDA có rất nhiều loại, mỗi loại đặc trưng một tính
năng riêng. Sau đây một số thiết bị do REDA sản xuất, được phân loại theo dãy bơm:
A, AN, D, DN, G, GN, H, HN, J, JN, M,…
Trong đó;
A: kí hiệu đặc trưng cho seri 388;
D: kí hiệu đặc trưng cho seri 400;
G: kí hiệu đặc trưng cho seri 540;
H: kí hiệu đặc trưng cho seri 562;
J: kí hiệu đặc trưng cho seri 675;
M: kí hiệu đặc trưng cho seri 862;
N: kí hiệu đặc trưng cho seri 950, 1000.
Kí hiệu N sau seri đặc trưng cho vật liệu chế tạo bơm (Ni – resist). Nếu không
có chữ N trong hàng số hiệu bơm tức là bơm được chế tạo bằng Ryton.
Hiện nay được sử dụng phổ biến nhất là 3 dãy: A, DN, GN.
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng

17
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
- A( 230 ÷ 1580 BPD ) – seri 338 – 3,38 inches (đường kính ngoài của
bơm).
- DN( 280 ÷ 4000 BPD) – seri 400 – 4 inches.
- GN( 160 ÷ 10000 BPD) – seri 540 – 5,13 inches.
Chú ý: Số seri cho chúng ta biết đường kính ngoài của bơm. Trong một số trường
hợp cũng có thể có ngọai lệ như: seri 540 nhưng đường kính ngoài lại là: 5,13 inches.
Các con số trong ngoặc đơn biểu hiện lưu lượng của bơm theo BPD.
Bảng 2.2: Giá trị nhiệt độ cực đại cho phép khi sử dụng máy bơm ly tâm điện
chìm của hãng REDA
Thiết bị Máy bơm Thiết bị bảo vệ Động cơ điện Cáp tải điện
Loại FL-CT HTM-PFSB-HL UT REDALEAD
Nhiệt độ
cực đại,
o
C
93,3 148,9 120,0 232,2
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
18
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
Bảng 2.3: Các loại bơm ly tâm điện chìm dùng trong khai thác dầu khí
338 loại vỏ máy bơm có kích thước tối thiểu là 4 ½ ”
Loại bơm
Đường
kính
trục
trong
Công suất
Trục Giới

hạn
Khoảng dung lượng dòng chảy yêu cầu
50 Hz 60 Hz
50
HZ
60
Hz
BPD M3PD BPD M3PD
TA 550 0.625 78 94 333-583 53-93 400 -700 63-111
TA 900 0.625 78 94 583-883 93-140 700-1060 111-169
TA 1200 0.625 78 94 666-1375 105-219 800-1650 127-262
TA 1500 0.688 104 125 833-1666 140-265 1000-2000 159-318
387 hoặc 400 loại vỏ máy bơm có kích thước tôi thiểu là 5 1/2 ”
Loại
bơm
Đường
kính trục
trong
Công suất
Trục Giới
hạn
Khoảng dung lượng dòng chảy yêu cầu
50 Hz 60 HZ
50
Hz
60
Hz
BPD M3PD BPD M3PD
TD 280 0.500 37 44 83-375 13-60 100-450 16-72
TD 450 0.625 78 94 208-500 33-80 250-600 40-95

TD 610 0.625 78 94 290-635 46-101 350-760 50-121
TD 700 0.625 78 94 410-756 65-120 492-907 78-144
TD 1000 0.688 104 125 583-1042 93-166 700-1250 110-200
TD 1300 0.688 104 125 667-1333 106-212 800-1600 125-255
TD 1750 0.688 104 125 1000-1708 159-272 1200-2050 190-325
TD 2000 0.688 104 125 1170-2080 186-330 1400-2500 220-400
TD 3000 0.875 213 256 1667-3083 265-490 2000-3700 320-500
TD 4000 0.875 213 256 2833-4333 450-689 3400-5200 540-825
500 loại vỏ máy bơm có kích thước tối thiểu là 6 5/8 ”
Loại
bơm
Đường
kính trục
trong
Công suất
Trục Giới
hạn
Khoảng dung lượng dòng chảy yêu cầu
50 Hz 60 Hz
50
Hz
60
Hz
BPD M3PD BPD M3PD
TG 1600 0.875 213 256 833-1700 132-284 1000-2150 158-341
TG 2000 0.875 213 256 1330-2250 210-360 1600-2700 254-430
TG 2500 0.875 213 256 1500-2585 240-410 1800-3100 285-495
TG 3100 0.875 213 256 1830-3000 290-475 2200-3600 350-570
TG 4000 1.000 313 375 2080-4170 330-660 2500-5000 400-795
TG 5200 1.000 313 375 3250-5500 515-575 3900-6600 620-1020

TG 5600 1.000 313 375 3330-6250 530-995 4000-7500 630-1190
TG 7000 1.000 313 375 4170-7500 660-1190 5000-9000 795-1400
TG
10000
1.188 531 637 5830-10000 925-1600
7000-
12000
1110-
1900
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
19
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
2.2. Các thiết bị chính trong tổ hợp bơm ly tâm điện chìm
Trong tổ hợp bơm ly tâm điện chìm thì thiết bị được chia làm 2 nhóm chính:
thiết bị bề mặt và thiết bị lòng giếng.
Hình 2.1. Sơ đồ tổ hợp bơm ly tâm điện chìm
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
20
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
2.2.1. Thiết bị trên bề mặt
Thiết bị trên bề mặt chủ yếu bao gồm hệ thống máy biến thế, trạm điều khiển,
hộp nối ống chống nổ, thiết bị miệng giếng.
2.2.1.1. Máy biến thế
Hệ thống máy biến thế nhằm biến đổi hiệu điện thế (tăng hiệu điện thế) từ điện
thế công nghiệp 380V đến giá trị thiết kế tương ứng với công suất tiêu thụ của máy
bơm. Thường điện thế sử dụng của máy bơm đạt tới giá trị 4000v hay lớn hơn.
Những loại biến thế này thường được làm lạnh bằng dầu.
Các bộ phận chính của máy biến thế gồm:
+ Lõi cung cấp mạch từ trở thấp cho từ thông;
+ Cuộn sơ cấp nhận năng lượng từ nguồn cung cấp;

+ Cuộn thứ cấp nhận năng lượng từ cuộn sơ cấp do sự hỗ cảm
và chuyển tới tải;
+ Vỏ bao bọc bên ngoài.
Máy biến thế sử dụng trong tổ hợp bơm ly tâm điện chìm là loại có lõi. Lõi được
làm bằng những lá thép Silicon mỏng cách điện ghép lại với nhau. Trong máy biến
thế lõi các cuộn dây bao quanh lõi sắt được phân lớp. Toàn bộ lõi và các cuộn dây
được đặt trong 1 thùng thép đổ đầy dầu khoáng vật đặc biệt có tác dụng cách điện và
làm mát nên còn được gọi là ngâm dầu tự mát. Sự đối lưu bên trong máy biến thế làm
cho dầu tuần hoàn qua vỏ của máy giúp tản nhiệt. Máy biến thế ít đòi hỏi sự bảo
dưỡng vì nó đơn giản và bền.
Hình 2.2. Máy biến thế
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
21
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
1
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
22
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
Hình 2.4: Sơ đồ thiết bị miệng giếng khi khai thác bằng
bơm ly tâm điện chìm trên giàn MSP
2.2.1.2. Trạm điều khiển
Trạm điều khiển là công cụ điều khiển cơ bản của động cơ nó làm việc từ 600-
4900V. Trạm điều khiển có nhiều bộ phận phức tạp từ cầu dao đóng ngắt bằng tay
đến các thiết bị quan sát, theo dõi, đo đếm các thông số cần thiết. Trạm có nhiệm vụ:
- Theo dõi và kiểm tra việc cung cấp năng lượng cho động cơ trong
lòng giếng.
- Bảo vệ động cơ khi xảy ra quá tải, non tải, độ cách điện thấp dưới
mức cho phép.
- Điều khiển chế độ làm việc của máy bơm, liên tục hay theo chu kỳ
phụ thuộc vào lưu lượng giếng.

Thiết bị điều khiển hoạt động nhờ bộ cảm biến đặc biệt có khả năng đóng hay
ngắt cung cấp khi dòng điện vượt quá hay thấp hơn mức cho phép. Trong trạm có một
thiết bị quan trọng là Ampe kế. Ampe kế ghi lại trên biểu đồ cường độ dòng điện vào
động cơ nhằm theo dõi việc cung cấp điện cho động cơ. Nhờ biểu đồ mà ta biết thiết
bị lòng giếng hoạt động tốt hay xấu.
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
23
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
Hình 2.4. Trạm điều khiển
2.2.1.3. Hộp chống nổ
Hầu hết các giếng dầu tập trung 1 lượng khí lớn dễ cháy trong quá trình khai
thác. Khi điều này xảy ra khí vào trong cáp điện và di chuyển lên mặt đất. Nếu khí
được di chuyển và được tích tụ lại trong bảng điều khiển nơi có các bộ phận tiếp xúc,
các tình huống nguy hiểm sẽ tiềm ẩn và có thể xảy ra.
Hộp nối điện thế cao với chức năng phòng chống cháy nổ cho tất cả các thiết bị
của tổ hợp bơm ly tâm điện chìm, để ngăn chặn tình trạng nguy hiểm này, với chức
năng cụ thể sau:
- Nối đầu cáp tải điện năng từ trạm điều khiển đến đầu ra của cáp
miệng giếng;
- Thải khí đồng hành có thể ngưng đọng trong cáp điện năng (đi từ đáy
giếng lên) ra ngoài không khí, nhằm mục đích chống hiện tượng cháy
nổ;
- Thử các thông số làm việc của các thiết bị lòng giếng.
2.2.1.4. Thiết bị miệng giếng
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
24
Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Bị Dầu Khí-K51
Có nhiệm vụ treo toàn bộ thiết bị bơm, bịt kín các khoảng không vành xuyến
giữa các cột ống chống, điều khiển dòng chất lỏng trên mặt đồng thời cho phép các
cáp điện xuyên qua mà vẫn đảm bảo độ kín, chịu áp cao không cho khí thoát ra ngoài,

cho phép sử dụng các thiết bị khảo sát như đo áp suất trên đường ống xả, ở khoảng
không vành xuyến. Ngoài ra còn có các van xả khí cho phép áp suất ở miệng giếng có
thể đạt khoảng 12,5MPa còn ở khoảng không vành xuyến có thể đạt tới 40MPa.
GVHD: Lê Đức Vinh Sinh Viên: Đặng Tiến Dũng
25