thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục

Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục

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 được
nhiều thành tựu rất to lớn, đóng góp nhiều cho sự nghiệp công nghiệp
hóa, 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 của
bạn 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 và
các bạn để bản đồ án được hoàn thiện hơn.
Hà Nội, Tháng 5 năm 2012
Sinh viên
Nguyễn Đình Thắng

1
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

Lớp: TBDK 53


Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng 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 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 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 trong cột ống nâng, dẫn
đến giảm áp suất đáy và tạo nên độ chênh áp cần thiết để sản phẩm chuyển
2
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

Lớp: TBDK 53


Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục
động từ vỉa vào giếng. Đồng thời do sự thay đổi nhiệt độ và áp suất trong ống
khai thác làm cho khí giãn nở góp phần đẩy dầu đi lên, nhờ đó mà dòng sản
phẩm được nâng lên mặt đất và vận chuyển đến hệ thống thu gom và xử lý.
Ưu điểm :
- Có thể đưa ngay giếng vào khai thác khi giai đoạn tự phun kém hiệu
quả
- 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 Parafin
lớn, giếng có cát và có tính ăn mòn cao.
- Khảo sát và xử lý giếng thuận lợi, không cần kéo cột ống nâng lên và
có thể đưa dụng cụ qua nó để khảo sát.
- Sử dụng triệt để khí đồng hành.
- Ít gây ô nhiễm môi trường.
- Có thể khai thác đồng thời các vỉa trong cùng một giếng.
- Thiết bị lòng giếng tương đối rẻ tiền và chi phí bảo dưỡng thấp hơn so
với phương pháp khai thác cơ học khác.
- Giới hạn đường kính ống chống khai thác không ảnh hưởng đến sản
lượng 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 sửa
chữa.
Nhược điểm :
- Đầu tư cơ bản ban đầu rất cao so với các phương pháp khác.
- Năng lượng sử dụng để khai thác một tấn sản phẩm cao hơn so với các
phương pháp khác.
- Không tạo được chênh áp lớn nhất để hút dầu ở trong vỉa ở giai đoạn
cuối 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 công
nhân vận hành và công nhân cơ khí lành nghề.
b, Phạm vi ứng dụng :
3
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

Lớp: TBDK 53

Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục
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 vỉa
sản 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 khoảng
không vành xuyến giữa ống chống khai thác và cột ống nâng, còn sản phẩm
theo 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.
* Ưu điểm:
+ Năng lượng của khí nén và khí đồng hành được tận dụng tại miệng
giếng để vận chuyển sản phẩm đi tiếp đến hệ thống thu gom và xử lý.
+ Lưu lượng khai thác tương đối ổn định, hạn chế được nhiều phức tạp
trong 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 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 thân

giếng đi lên mặt đất. Để tiếp tục khai thác người ta nén khí xuống vào trong cần
hoặc vào ngoài cần khai thác với mục đích làm nhẹ dầu để tiếp tục khai thác
tượng tự như phương pháp khai thác tự phun nhân tạo.

4
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

Lớp: TBDK 53


Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng 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 giữa HKT và ống
chống khai thác thì mực chất lỏng bên trong và bên ngoài ống bằng nhau.
- Bơm khí nén vào ống bơm ép là cho chất lỏng trong 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 tại thời điểm này gọi là áp suất khởi động (P kđ).
Khí nén tiếp tục đi vào ống nâng, hoà trộn với chất lỏng, làm cho tỷ trọng cột
chất lỏng trong ống nâng giảm, dẫn đến P đ giảm nên chênh áp ∆ P tăng do chất
lỏng đi từ vỉa vào đáy giếng và đi 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 quả ta phải đảm bảo đủ khí
nén theo yêu cầu. Lưu lượng này được tính bằng tổng lưu lượng khí nén được
bơm vào tất cả các giếng trong vùng khai thác. Khai thác sẽ đạt hiệu quả khi
khí bơm ép đạt được lưu lượng tối ưu.
+ Cấu trúc ống khai thác: Để khai thác ổn định, kích thước ống khai thác
là một yếu tố quan trọng khi thiết kế. Kích thước của ống khai thác quá nhỏ sẽ
gây ra tổn thất ma sát. Tuy nhiên nếu quá lớn sẽ làm cho dòng chảy mất ổn

định. Để thiết kế được ống khai thác tối ưu cho dòng chảy hai pha trong giếng
thẳng đứng cần phải có dữ liệu chính xác.
+ Tính chất của dòng chảy khai thác: Độ nhớt, độ ngậm nước, độ ngậm
dầu, sức căng trượt.
5
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng
Lớp: TBDK 53


Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục
+ Áp suất khí nén, chiều sâu nhúng chìm: Áp suất khí nén quá thấp sẽ
không khai thác được lưu lượng mong muốn. Nếu chiều sâu nhúng chìm quá
lớn thì áp suất khởi động cũng rất lớn và ngược lại khí nén sẽ không nâng được
dầu 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 khai
thác bằng Gaslift phụ thuộc vào áp suất cao của khí có sẵn.
+ Máy nén khí : máy nén khí được lựa chọn phù hợp với giá trị 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 phụ
thuộc 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 điều
kiện khai thác cụ thể của từng giếng mà người ta thiết kế các cấu trúc ống khác
nhau về số lượng cột thả vào giếng cũng như các hướng của dòng sản phẩm và
dòng khí nén. Các cấu trúc cột ống được phân loại như sau:
+ Theo hướng của dòng khí nén và dòng sản phẩm được phân ra 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 cột

ống và cấu trúc hai cột ống.
+ Theo số lượng cột ống thả vào giếng và hướng đi của khí nén và dòng
sản phẩm ta có 4 cấu trúc hệ thống khai thác sau:
Cấu trúc: Chế độ vành xuyến 1 cột ống (hình-4.2a).
Cấu trúc: Chế độ vành xuyến 2 cột ống (hình-4.2b).
Cấu trúc: Chế độ trung tâm 1 cột ống (hình-4.2c).
Cấu trúc: Chế độ trung tâm 2 cột ống (hình-4.2d).

6
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

Lớp: TBDK 53


Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng 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 chính là cột ống
khai thác, còn cột ống chống khai thác sẽ là cột ống bơm ép. Khí nén được bơm
ép 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 có 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 khí
làm hư hỏng vùng cận đáy giếng và tạo nút cát lấp ống lọc. Để khắc phục
nhược điểm này người ta lắp van Gaslift khởi động và lắp đặt Paker.
* Cấu trúc hai cột ống: 2 cột ống khai thác thả lồng vào nhau, khí được
ép vào vùng không gian vành xuyến giữa hai cột ống, còn hỗn hợp sản phẩm
khai thác đi lên theo ống nằm bên trong. Như thế cột ống ngoài được gọi là cột
ống bơm ép (cột ống thứ nhất), còn cột ống bên trong được gọi là cột ống khai
thác (cột ống thứ hai).
+ Ưu điểm của cấu trúc hai cột ống:

7
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

Lớp: TBDK 53


Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục
- Chế độ khai thác với dao động áp suất làm việc ít (vì thế vùng khoảng
không 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 thứ
nhất 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 khi
kéo 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 phẩm
khai 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 các
cột ống khai thác hay ăn mòn kim loại).
- Giảm đường kính cột ống chống khai thác do parafin hay muối lắng
đọng 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 ngược
trong hệ thống mà chia ra 3 trạng thái cấu trúc cơ bản sau :
+ Hệ thống khai thác dạng mở (hình 4.3a): Không trang bị paker và van
một chiều, áp suất khởi động lớn hơn áp suất khí nén, áp dụng khi 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 một chiều, áp dụng khi khai thác bằng Gaslift định kỳ.

8
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

Lớp: TBDK 53

Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng 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 cơ sở phân tích các đặc điểm và ưu nhược điểm của các kiểu
cấu trúc hệ thống ống nâng ta chọn cho giếng thiết kế kiểu cấu trúc một cột ống
khai 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 vôi mỏng và sét vôi, nên ít khi gây ảnh hưởng cho ống
chống khai thác.
+ Giếng có chiều sâu trung bình nên có thể áp dụng các điều kiện kỹ
thuật 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 không tạo thành nút cát. Mặt khác
có thể khắc phục được các nhược điểm của cấu trúc một cột ống khai thác bằng
cách sử dụng van gaslift và đặt paker.
+ Sử dụng cẩu trúc một cột ống còn mang lại hiệu quả kinh tế cao
hơn so với cấu trúc hai cột ống.
+ Rất tiện lợi khi sử dụng van gaslift để giảm áp suất khởi động.
1.3. Tính toán cột ống nâng:
Khi khai thác bằng khí nén nguồn năng lượng cần thiết để nâng chất lỏng
từ giếng là nguồn năng lượng con người cung cấp từ mặt đất (năng lượng khí
nén). Nhiệm vụ của tính toán khai thác Gaslift là đảm bảo chi phí năng lượng

nhỏ nhất, khai thác được lượng sản phẩm lớn nhất từ vỉa.
Để thu được khối lượng chất lỏng cần thiết cần phải tính toán và xác định
được:
+ 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.
9
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

Lớp: TBDK 53


Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục
Những số liệu ban đầu cần thiết để phục vụ cho công tác tính toán đối
với giếng:
+ Áp suất vỉa: Pv (at).
+ Hệ số sản phẩm: K (T/ng.đ.at).
+ Chênh áp cho phép: ∆ P (at).
+ Lưu lượng lớn nhất có thể: Q (T/ng.đ).
+ Trọng lượng riêng của chất lỏng trong giếng: λ l (g/cm3).
+ Yếu tố khí: G0 (m3/T).
+ Hệ số hoà tan của khí: α .
+ Áp suất làm việc của trạm phân phối khí: Plv (at).
+ Trọng lượng riêng của dầu: γ d (g/cm3).
Thực tế định luật chuyển động của chất lỏng theo cột ống nâng ở giếng
Gaslift cũng như giếng khai thác tự phun. Vì vậy các phương pháp tính toán để
xác định các thông số cơ bản của cột ống nâng trong khai thác bằng phương
pháp Gaslift cũng tương tự như tính toán của cột ống nâng trong quá trình tự
phun.
Ở điều kiện thực tế khi khai thác không khống chế lưu lượng hoặc do

một số nguyên nhân về địa chất và kỹ thuật mà phải khống chế lưu lượng nên
các phương pháp tính toán cho mỗi trường hợp cũng khác nhau.
Đối với những giếng khai thác không khống chế được lưu lượng thì
lượng 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 :
L=H−

10( Pd − Pde )
γ hh

(4.1)

Trong đó :
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 trong quá trình
chuyển đông của khí từ máy nén khí đến cột ống nâng là 4 at nên:
Pđê = Plv – 4
10
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

Lớp: TBDK 53


Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục
γ hh : Trọng lượng riêng trung bình của hỗn hợp dầu khí giữa đáy giếng

và đế cột ống nâng:

γ hh =

γ d + γ de
2
γ de

Với :

(4.2.)

(Q

)

+ 43,2 D 2 γ cl γ cl
=
Q d ( G 0 − αPde ) γ cl
+ Qcl + 43,2 D 2 γ cl
( Pde + 1)γ cl

(Q

cl

)

+ 43,2 D 2 γ cl γ cl
γd =
Qd ( G0 − αPde )γ cl

+ Qcl + 43,2 D 2 γ cl
( Pd + 1)γ d
cl

(4.3)

Qcl = Qd = Q = K. ∆ P = K ; γ cl = γ d .
Q : Lưu lượng khai thác.
b. Xác định đường kính cột ống nâng khi làm việc ở chế độ tối ưu:

d tu = 0,235

Qcl
1
3
ε (1 − ε )γ cl

(4.4)

Với:

ε = 10.

Pde − Pm
Lγ 1

(4.5)

Sau khi tính toán chọn giá trị d gần với giá trị đường kính chuẩn nhất.
Lưu lượng riêng toàn phần tối ưu của khí (kể cả khí có lẫn trong giếng)

được xác định theo công thức:
0,077 L(1 − ε )
Rtp = d 0,5 ε lg Pde
Pm

(4.6)

Lưu lượng riêng của khí ép:


 Pde − Pm
2


Roep = Rotp - G 0α 






(4.7)

Lưu lượng khí ép:
V = Roep.Q(m3/ng.đ)

(4.8)

G0: tỷ số khí của giếng

α: Hệ số hoà tan của khí
11
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

Lớp: TBDK 53


Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục
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 liệu
sau:
- 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 cột
ống 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).
Ta có: Rotp = Roep + Go

(4.10)

Nếu chúng ta biết Rotp và L thì ta có thể xác định được Pđể theo đồ thị sau:

Hình 1.4. Đồ thị xác định Pđế theo L và Rtối ưu

Khi đó lưu 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, tuỳ
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 ép, chất lỏng ở ống bơm ép đi ra ngoài qua
ống nâng. Mực chất lỏng trong ống bơm ép dừng lại ở chiều sâu h 1(ứng với
công suất lớn nhất của máy nén khí). Để khí nén đi vào ống nâng một cách dễ
dàng người ta lắp van Gaslift số 1 ở độ sâu H1.
Khi lắp van Gaslift số 1 (đang mở) khí nén đi vào ống nâng qua van số 1
trộn với chất lỏng trong ống nâng làm cho tỷ trọng cột chất lỏng từ van 1 đến
miệng giếng giảm, tại thời điểm này áp suất ở đế ống nâng giảm dẫn đến mực
chất lỏng trong ống bơm ép tiếp tục giảm và dừng lại ở độ sâu h 2 (ứng với công
suất lớn nhất của máy nén khí).
Cũng như trường hợp trên để khí nén đi vào ống nâng một cách dễ dàng
người ta lắp van Gaslift số 2 ở độ sâu H2.
H2 = h2 - 20m

13
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

Lớp: TBDK 53


Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục

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

Khi lắp van Gaslift số 2 khí nén đi vào ống nâng qua cả van 1 và 2 làm
cho áp suất bên ngoài Png giảm nhanh. Sự chênh áp suất tại van 1(∆ P1 = Png1Ptr1) giảm. Khi ∆ P1 đạt đến một giá trị nhất định (gọi là áp suất đóng van) thì
van 1 đóng lại.
Quá trình trên lặp lại với van 3, 4 cho tới khi mực chất lỏng đạt đến van
làm việc. Cuối cùng chỉ có van làm việc mở còn các van khởi động đều đóng
lại.
* Công thức xác định chiều sâu đặt van Gaslift như sau:
- Xác định vị trí đặt van thứ nhất:
Png1 = ρ L g ( H 1 + 20 ) + Pm
H1 =

Png1 − Pm

ρL g

− 20

(4.14)

- Xác định vị trí đặt van thứ hai:
Png2 = ρ L g ( H 2 − H 1 + 20) + Ptlm
14
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

Lớp: TBDK 53


Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục

H 2 = H1 +

P2 − Ptlm
− 20
ρL g

(4.15)

- Xác định vị trí đặt van thứ n:
H n = H n −1 +

P ng 2 − Pt ( n −1) min

ρL g

− 20

(4.16)

Trong đó:
Pm: Áp suất miệng giếng khi khởi động.
Ptlm: Áp suất cột chất lỏng trong ống nâng từ van 1 đến miệng giếng.
P (n-1)min : Áp suất cột chất lỏng trong ống nâng tạo ra tại độ sâu đặt van
thứ n-1 khi khí nén đạt đến độ sâu của van khởi động thứ n.
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 1 đến van 2, đến van n
trong các công thức trên là khoảng cách (m) cần thiết để tạo được chênh áp suất
khi khí chảy vào van và khi khí hoá cột hỗn hợp sản phẩm khai thác trên van.

Giá trị này có thể thay đổi tuỳ thuộc vào từng điều kiện khai thác cụ thể.
Song song với phương pháp pháp thiết kế dựa vào 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.
a. Tính toán áp suất khởi động đối với hệ vành xuyến hai cột ống.
Các đại lượng cần thiết khi xác định áp suất khởi động.
- 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 không vành xuyến, cột chất lỏng trong khoảng
không vành xuyến bị ép đến đế cột ống nâng. Lúc đó mực chất lỏng trong ống
nâng sẽ dâng cao hơn mức thuỷ tĩnh một khoảng ∆ h. Khi đó ta có áp suất khởi
động là:
Pkđ = (h - ∆ h) ρ L.g

(4.17)

Thể tích chất lỏng bị ép xuống trong khoảng không vành xuyến giữa ống
nâng và ống bơm ép.

π 2
(
d 2 − d 12 ).h
(4.18)
4
Và thể tích của chất lỏng dâng lên trong ống nâng và khoảng không vành
xuyến giữa ống chống và bơm ép.
V1 =

π 2 π
2 
V2 =  d1 + ( D2 − d 1 )  ∆h
4
4


(4.19)

Nếu chất lỏng không xâm nhập vào vỉa thì V1 = V2
π 2 π
2
 4 d1 + 4 D2 − d 1

(

⇒ ∆h =

) ∆h =  π4 d


d 22 − d 12

(

d 12 + D 2 − d 22



)

2
2


− d12 .h


h

Thay vào công thức trên ta có :
Pkđ

= (h - ∆ h). ρ L.g =

⇒ Pkđ

[

h=

d 22 − d 12
h ]ρ L g
d 12 + D 2 − d 12

(

)

D2
h ] ρ L gh
= 2
D − d 22 − d 12

(

)

(4.20)

Khi ép khí vào khoảng không vành xuyến mực chất lỏng trong khoảng
không vành xuyến hạ xuống một khoảng là (h) và mực chất lỏng trong ống
nâng dần lên một khoảng là ( ∆ h), (h+ ∆ h) có thể lớn hơn, nhỏ hơn hoặc bằng
chiều dài của cột ống nâng L

16
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

Lớp: TBDK 53


Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục

Hình 4.6. Sơ đồ tính toán áp suất khởi động hệ thống vành xuyến 2 cột ống

+ Nếu (h + ∆ h) > L thì chất lỏng trào ra khỏi giếng. Nghĩa là áp suất
khởi động sẽ tương ứng với áp suất chất lỏng trong ống nâng.
Pkđ = ρ L.gL (Pkđ = Pmax)
+ Nếu (h - ∆ h) > L thì :
D2
ρ L gh
Pkđ = 2
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 2
(
D − d 2 ).h
4

π 2
V2 = d ∆h
4
V1 =

(4.21)

17
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

Lớp: TBDK 53


Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục
Nếu chất lỏng chưa xâm nhập vào vỉa ta có V1 = V2

π
π
(
D2 − d 2 ).h = d 2 ∆h
4
4
Vậy áp suất khởi động được tính theo công thức sau :
Pkđ

= (h + ∆ h). ρ L.g =

[

h+

D2 − d 2
d2

h ]ρ L g

D2
ρ L gh
d2

(4.22)

(4.23)

+ Nếu h + ∆ h > L thì Pkđ = ρ L.g
+ Nếu h + ∆ h ≥ L thì Pkđ

D2 ρ
= 2 L.gh
d

c. Tính toán áp suất khởi động với hệ trung tâm một cột ống.
Tương tự trên ta có :
V1 =

π 2
dh
4

(4.24)

V2 =

π
(
D2 − d 2 ) ∆h
4

(4.25)

⇒ ∆h =

d2
h
D2 − d 2

Vậy áp suất khởi động được tính theo công thức 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

m

Đơn vị đo
3080

Atm

240

C

130

2 Áp suất vỉa

Pv

3 Nhiệt độ vỉa

Tv

0

4 Tỉ trọng của khí đồng hành

ρ

0

0.65

5 Tỉ trọng của khí nén

ρ

1

6 Độ ngậm nước của sản phẩm

Sw

Air =
1
Air =
1
%

0.87

0.5

2
3
4
5
6
7 Tỉ trọng của dầu
7 Tỉ trọng của nước

ρ

8 Độ nhớt của dầu ở 50 0 C

t td 50

W tr =
1
W tr =
1
cp

9 Độ nhớt của dầu ở 150 0 C

t td 150

cp

1 Nhiệt độ khí nén tại miệng giếng

t im

0

2 Nhiệt độ miệng giếng

t vm

3 Gradien nhiệt độ

θ /m

4 Áp suất điểm bọt khí

P bh

5 Tỉ số dầu khí

FGOR

6 Áp suất nén ép khởi động
1 Áp suất làm việc

d

7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

nv

50

1.05

C

26

70

C/100m

3

Atm

242

ρ m3/ m3

70

P k0

Atm

95

P lv

Atm

19
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

5.5

C

0

0

0.65

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 ft.

- Đường kính ống chống khai thác: D = 177,8mm = 7 in.
- Hệ số sản phẩm:

PI = 1 T/at.ngđ.

- Trọng lượng riêng của dầu:

ρd = 0,87 g/cm3

- Lưu lượng khai thác:

Qd = 140m3/ngđ = 121,8 T/ngđ

- Tỷ suất của 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 của 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 - 4 = 90 – 4 = 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 − α.Pd ).ρcl
+ Q + 43,2.D 2 .ρl
( Pd + 1) ρd

(2.3)

(γcl = γd = 0,87 g/cm3 -.Trọng lượng riêng của chất lỏng và dầu trong
giếng).
ρd =

(121,8 + 43,2.7 2.0,87).0,87
= 0,82( g / cm 3 )
121,8.(200 − 0,6.118,2).0,87
2
+ 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

2

)

.ρcl .ρcl

Q( G0 − α.Pde ).ρcl
+ Q + 43,2.D 2 .ρl
( Pde + 1) ρde
ρ de

(2.4)

(121,8 + 43,2.7 2.0,87).0,87
=
= 0,78( g / cm 3 )
121,8.(200 − 0,6.86).0,87
+ 121,8 + 43,2.7 2.0,87
( 86 + 1).0,87

Thay kết quả tính được thay vào công thức (2.2) ta được:
0,78 + 0,82
γ hh =
= 0,8( g / cm 3 )

2
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 của cột ống nâng khi giếng làm việc ở chế độ tối ưu được
xác định theo công thức:
21
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

Lớp: TBDK 53


Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục

dtư =

Q0
1
3
ε (1 − ε ).γ cl

0,235.

(2.5)
ε: độ nhấn chìm tương đối của ống cột nâng.

ε = 10.

Pde − Pm
86 − 12
= 10.
= 0,318
Ln .γ cl
2677,5.0,87

→ dtư = 0,235.

(2.6)

1
121,8
3
= 2,46(in) = 62,5(mm).
0,318 (1 − 0,318).0,87

Để phù hợp với điều kiện khai thác các giếng dầu khí ở mỏ Bạch
Hổ (giếng có độ sâu lớn, sản phẩm chứa nhiều cát...) và phù hợp với sự đồng
hoá thiết bị ta chọn đường kính cột ống nâng để cho giếng làm việc ở chế độ tối
ưu là: dtư = 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 của khí ép

(2.7)

Lưu lượng riêng của khí ép Roep được tính theo công thức sau :

Roep= Rotp- (G 0

α

pd − pm
2

)

(2.8)

G0: tỷ số khí của giếng

α: Hệ số hoà tan của khí

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

Rotp =

0.077.Ln .(1 − 0,276)
P
d 0,5 .0,276. lg de
Pm

(2.9)

Trong đó :

ε = 0,318 như đã tính ở công thức (2.6)
22
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

Lớp: TBDK 53


Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục
d = 2.46 (inch) như đã tính ở 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 được vào công thức (2.8)

Roep= 329,5 –( 200 – 0.6 .
Thay giá trị

118,2 − 12
) =161,4 (m3/t )
2

Roep vừa tính được 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 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 = htt +
.
− 20
ρ cl D 2

(2.10)

Trong đó : htt là 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 bằng phương pháp gaslift liên tục

htt = 3080 – 2299 = 781 (m)
Plv = 90 (atm)
ρcl = ρd = 0,87
d = 2,46 (inch)
D = 7 (inch)

Thay các giá trị vào công thức (2.10)

10.90 2,46 2
Lv1 = 781 +
.
− 20 = 889(m)
0,87 7 2
Chiều sâu đặt van thứ 2

Lv 2 = Lv1 +

10.∆P1
− 10
ρd

(2.12)

Trong đó :
Lv1 = 889 (m)
ρd = 0,87
∆P1 : Độ chênh áp để đóng van thứ 1
Để xác định ∆P1 cần sử dụng toán đồ. Cách xác định như sau
Từ điểm 889(m) trên đường nằm ngang trên của biểu đồ , ta hạ
đường thẳng đứng gặp đường cong V= 942 (m3/h) tại điểm A và đường nằm
ngang của áp suất khởi động Pkđ = 90 (atm) tại điểm B lúc này có 2 trường hợp
xảy ra như sau :

24
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

Lớp: TBDK 53


Đồ án: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục

Hình 2.1.Toán đồ để xác định chênh áp đóng van
Trường hợp 1 :
Nếu điểm A nằm trên điểm B thì từ A ta kẻ đường nằm ngang cắt
đường cong áp suất khởi động 90 (atm) tại tại điểm C (nằm phía phải). Từ
điểm C ta kẻ đường nằm nghiêng song song với các đường nằm nghiêng có sẵn
của biểu đồ và gặp trục hoành ( phía dưới biểu đồ ) tại điểm D. Giá trị ứng với
điểm D trên trục hoành chính là chênh áp đóng van 1 (∆P1)
Trường hợp 2 :
Nếu điểm A nằm dưới điểm B thì từ điểm B ta kẻ đường nằm
ngang cắt đường cong áp suất khởi động 90( atm) tại điểm E (nằm phía phải
biểu đồ ). Từ điểm E ta 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