Tìm hiểu phương pháp khai thác dầu bằng phương pháp gaslift chuyên đề tính toán lựa chọn cột ống nâng và độ sâu đặt van cho giếng khai thác 709RC7

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU………………………………………………………………………… 1
CHƯƠNG 1-CÁC PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC DẦU PHỔ THÔNG VÀ
PHƯƠNG PHÁP GASLIFT CHO GIẾNG KHAI THÁC………………………… 3
1.1.Tổng quan……………………………………………………………………… 3
1.2.Các phương pháp khai thác dầu khí…………………………………………… 3
1.2.1. Khai thác dầu bằng phương pháp gaslift…………………………………… 3
1.2.1.1.Bản chất của phương pháp…………………………………………………. 3
1.2.1.2.Ưu điểm……………………………………………………………………. 3
1.2.1.3.Nhược điểm………………………………………………………………… 4
1.2.1.4.Phạm vi ứng dụng……………………………………………………......... 4
1.2.2.Phương pháp khai thác dầu bằng máy bơm piston cần………………………. 4
1.2.2.1.Bản chất của phương pháp ……………………………………………… 4
1.2.2.2.Ưu điểm…………………………………………………………………….. 4
1.2.2.3. Nhược điểm……………………………………………………………… 5
1.2.2.4.Phạm vi áp dụng……………………………………………………………. 5
1.2.3.Phương pháp khai thác dầu bằng máy bơm thủy lực ngầm ……………..… 5
1.2.3.1 Bản chất của phương pháp ………………………………………………… 5
1.2.3.2.Ưu điểm……………………………………………………………………. 6
1.2.3.3. Nhược điểm……………………………………………………………… 6
1.2.3.4.Phạm vi áp dụng…………………………………………………………… 6
1.2.4.Phương pháp khai thác dầu bằng máy bơm ly tâm điện chìm…………..……6
1.2.4.1 Bản chất của phương pháp ………………………………………………… 6
1.2.4.2.Ưu điểm…………………………………………………………………… 7
1.2.4.3. Nhược điểm…………………………………………………………………7
1.2.4.4.Phạm vi áp dụng…………………………………………………………… 7
1.3.Cơ sở để lựa chọn phương pháp gaslift………………………………………… 8
CHƯƠNG 2-LÝ THUYẾT CƠ SỞ KHAI THÁC DẦU BẰNG GASLIFT…… 10
2.1.Nguyên lý hoạt động………………………………………………………… 10
2.1.1.Bản chất của phương pháp………………………………………………… 10
2.1.2.Nguyên lý làm việc……………………………………………………… 11

2.2.Các thiết bị sử dụng trong gaslift…………………………………………… 12
2.2.1.Thiết bị miệng giếng………………………………………………………... 12
2.2.1.2.Các thành phần chính của thiết bị miệng giếng và chức năng của chúng 12
2.2.2.Thiết bị lòng giếng…………………………………………………………. 16


2.2.2.1.Phếu định hướng………………………………………………………….. 17
2.2.2.2 Nhippen ………………………………………………………………
17
2.2.2.3. Ống đục lỗ……………………………………………………………
17
2.2.2.4. Van cắt …………………………………………………………….
18
2.2.2.5. Paker…………………………………………………………………..
19
2.2.2.6.Thiết bị bù trừ nhiệt……………………………………………………
21
2.2.2.7.Van tuần hoàn………………………………………………………
21
2.2.2.8 Mandrel…………………………………………………………….
22
2.2.2.9 Van an toàn sâu ……………………………………………………
23
2.2.2.10 Các loại ống khai thác ……………………………………………..
24
2.2.2.11 Van gaslift …………………………………………………………..
27
2.3. Sơ đồ nguyên lý cấu trúc hệ thống ống khai thác bằng phương pháp gaslift . .29
2.3.1 Cấu trúc hệ vành xuyến ………………………………………………
30

2.3.2 Cấu trúc hệ trung tâm ………………………………………………..
30
2.4 Tính toán cột ống nâng ………………………………………………...
31
2.4.1.Tính toán cột ống nâng khi khống chế lưu lượng khai thác…………
32
2.4.1.1 Xác định chiều dài cột ống nâng L ……………………………..
32
2.4.1.2 .Xác định đường kính cột ống nâng ……………………………….
33
2.4.2.Tính toán cột ống nâng khi không khống chế lưu lượng khai thác….
33
2.4.2.1 .Xác định chiều dài cột ống nâng…………………………………..
33
2.4.2.2.Xác định đường kính cột ống nâng…………………………………
33
2.5.Tính toán độ sâu đặt van………………………………………………..
34
2.5.1 Phương pháp giải tích ……………………………………………..
34
2.5.2 . Phương pháp đồ thị Camco …………………………………………
36
2.6 Nghiên cứu giếng khai thác bằng gaslift ……………………………….
38
2.6.1.Phương pháp thay đổi chế độ khai thác ổn định ……………………
41
2.6.2.Phương pháp thay đổi áp suất ở miệng giếng theo từng chế độ …….
42
CHƯƠNG 3-TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CỘT ỐNG NÂNG VÀ ĐỘ SÂU ĐẶT
VAN CHO GIẾNG KHAI THÁC GASLIFT………………………………

44
3.1.Thông số của vỉa giếng ………………………………………………..
44
3.2 Lựa chọn ống nâng……………………………………………………….
45
3.2.1 Tính toán cột ống nâng cho giếng ……………………………………..
45
3.2.2Xây dựng biểu đồ Camco xác định chiều sâu đặt van ………………
47
3.2.3 Xác định độ sâu và các thông số ,đặc tính van tại chiều sâu ………….
51
CHƯƠNG 4-SỰ CỐ,PHỨC TẠP VÀ CÔNG TÁC AN TOÀN TRONG PHƯƠNG
PHÁP KHAI THÁC DẦU BẰNG GASLIFT………………………………
60


4.1. Sự cố,phức tạp …………………………………………………………
4.1.1. Sự lắng đọng parafin………………………………………………….
4.1.2. Giếng không khởi động được …………………………………………
4.1.3. Các thiết bị hư hỏng ………………………………………………….
4.1.4.Sự cố cháy……………………………………………………………..
4.2.Công tác an toàn ………………………………………………………..
4.2.1.Những yêu cầu chung ………………………………………………..
4.2.2 .Những yêu cầu an toàn khi khai thác giếng gaslift ………………….
4.2.3. An toàn khi vận hành các thiết bị gaslift ……………………………
4.2.3.1 Những yêu cầu chung ………………………………………………
4.2.3.2 Những yêu cầu an toàn khi vận hành thiết bị gaslift ……………….
KẾT LUẬN

60

60
61
61
62
62
62
62
63
63
64


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN
STT

SỐ HÌNH
VẼ

1

Hình 2.1

2
3
4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14
15

Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 2.8
Hình 2.9
Hình 2.10
Hình 2.11
Hình 2.12
Hình 2.13
Hình 2.14
Hình 2.15

16
17
18
19
20
21
22

Hình 2.16
Hình 2.17
Hình 2.18
Hình 2.19
Hình 2.20
Hình 3.1
Hình 3.2

TÊN HÌNH VẼ
Sơ đồ nguyên lý làm việc của phương pháp khai bằng
gaslift
Sơ đồ thiết bị miệng giếng và cây thông khai thác
Sơ đồ thiết bị miệng giếng và cây thông kiểu chạc 3
Sơ đồ thiết bị miệng giếng với cây thông kiểu chạc tư
Phễu hướng dòng(a)và thiết bị định vị (b,c)
Ống đục lỗ
Van cắt
Sơ đồ packer
Thiết bị bù trừ nhiệt
Sơ đồ van tuần hoàn
Mandrel
Van an toàn sâu
Sơ đồ cấu trúc thiết bị lòng giếng
Sơ đồ nguyên lý cấu tạo van gaslift
Sơ đồ nguyên lý cấu tạo van gaslift hoạt động theo áp suất
khí nén ngoài cần và áp suất trong cần
Các dạng cấu trúc cột ống nâng
Đồ thị xác định Pđể theo L và R tư
Sơ đồ nguyên tắc tính toán chiều sâu đặt van
Xác định đồ sâu đặt van bằng phương pháp biểu đồ Camco

Đồ thị biểu thị mối quan hệ của…lưu lượng,sản lượng
Các thông số của vỉa giếng
Xác định chiều sâu đặt van gaslift bằng phương pháp Camco

Trang
11
13
15
16
17
18
18
20
21
22
23
24
26
27
28
29
34
35
39
42
49
52


DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG ĐỒ ÁN

STT
1
2

SỐ HIỆU BẢNG
Bảng 2.1
Bảng 2.2

3
4
5
6
7

Bảng 2.3
Bảng 3.1
Bảng 3.2
Bảng 3.3
Bảng 3.4

8
9

Bảng 3.5a
Bảng 3.5b

TÊN BẢNG
Ống OKT sản xuất theo tiêu chuẩn API
Ống OKT sản xuất theo tiêu chuẩn Gost
633-80

Các loại van gaslift thương dùng
Các thông số của vỉa giếng
Bảng hệ số áp suất cột khí tỷ trọng 0,65
Thông số van gaslift sau khi thiết kế
Bảng hệ số hiệu chỉnh áp suất và đường
kính tối đa của van
Bảng hệ số hiệu chỉnh áp suất mở van
Bảng hệ số hiệu chỉnh áp suất mở van

TRANG
24
25
28
44
50
57
57
58
59


BẢNG QUY ĐỔI VÀ CÁC ĐƠN VỊ ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

HỆ THỐNG ĐƠN VỊ ĐO LƯỜNG
*Hệ quốc tế SI:
1. Độ dài: m
2. Khối lượng: kg
3. Thời gian: s
4. Lực: N; 1 KG = 9,80665N
5. Áp suất: N/m2 = Pa; 1KG/cm2 = 0,981 bar; Kpa = 1000 pa

6. Độ nhớt: 1P = 10-6 bar.s; 1CP = 10-8 bar.s
*Qui đổi hệ Anh sang hệ SI:
1 inch = 2,540 cm
1 m = 3,281 ft
1 mile = 1,609 km
1 bbl = 0,1589 m3
1 m3/m3 = 5,62 ft3/bbl
1 bbl/SCF = 5,615 m3/m3
1 at = 14,7 psi
1 psi = 0,07031 KG/cm2
1 at = 1,033 KG/cm2
1 psig = 1,176 psi
141,5
 131,5
3

.(
G
/
cm
)
0API =

0K = 273 + 0C
0R = 460 + 0F
0

C 0 F  32

5

9


1

MỞ ĐẦU
Dầu khí là nguồn năng lượng và nguồn nguyên liệu chủ đạo trong nền kinh tế
thế giới, mang tính chất chiến lược của mỗi quốc gia. Ngành dầu khí nước ta tuy
còn khá trẻ, nhưng đã có những đóng góp quan trọng vào sự phát triển của nền kinh
tế nước nhà. Từ nhiều năm nay dầu khí luôn là mặt hàng xuất khẩu chủ lực của Việt
Nam, chiếm tỷ lệ khoảng 30% tổng giá trị xuất khẩu của cả nước. Đến nay ngành
dầu khí đã tự khẳng định mình là một ngành công nghiệp mũi nhọn trong công cuộc
công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. Trong những năm qua đã có những bước
đi vững chắc trong lĩnh vực công nghệ khoan, khai thác dầu khí cũng như xây dựng
các công trình dầu khí.
Tại mỏ Rồng của XNLD Vietsovpetro gồm các đối tượng khai thác như:
Mioxen hạ, Oligoxen hạ và Móng đã lần lượt đưa vào khai thác. Hầu hết trong thời
gian đầu các giếng đều khai thác ở chế độ tự phun nhờ năng lượng tự nhiên của vỉa.
Theo thời gian năng lượng vỉa giảm dần mặc dù đã áp dụng các biện pháp duy trì áp
suất vỉa như: Bơm ép nước vào vỉa; nhiều giếng đã ngừng tự phun và bị ngập nước.
Vì vậy việc lựa chọn phương pháp khai thác cơ học tiếp theo là hết sức cần thiết
nhằm duy trì sản lượng khai thác ở mức cao và nâng cao hệ số thu hồi dầu của mỏ.
Phương pháp khai thác bằng bơm điện ly tâm chìm đã được đưa vào áp dụng,
nhưng hiệu quả kinh tế mang lại không cao. Do đó phương pháp khai thác bằng
gaslift đã và đang được đưa vào áp dụng tại mỏ Rồng mặc dù với chi phí xây dựng
cơ bản ban đầu lớn, nhưng hiệu quả của nó mang lại lớn hơn nhiều so với các
phương pháp khai thác khác.
Được sự đồng ý của Bộ môn Thiết Bị Dầu Khí– Khoa dầu khí, em đã tiến
hành thực hiện Đồ án tốt nghiệp với đề tài:“ Tìm hiểu phương pháp khai thác dầu
bằng phương pháp gaslift-chuyên đề :Tính toán lựa chọn cột ống nâng và độ sâu đặt

van cho giếng khai thác 709RC7”.
”. Nội dung chính là: -Tìm hiểu nội dung cơ bản của phương pháp khai thác
dầu bằng gaslift :
+Các thiết bị chính trong khai thác dầu bằng phương pháp gaslift.
+Nêu lên được cơ sở tính toán thiết kế giếng khai thác dầu bằng gaslift ở mỏ Rồng.
+Phương pháp xác định chiều sâu đặt van gaslift bằng biểu đồ Camco.
+Các phức tạp thường xảy ra và cách khắc phục.
+Vấn đề an toàn trong hoạt động khai thác dầu khí.


2

Với kiến thức đã học kết hợp với thực tế, quá trình thực tập cùng với sự nỗ
lực của bản thân, sự cộng tác của bạn bè đồng nghiệp, sự giúp đỡ của XNLD
Vietsovpetro và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo ThS. Nguyễn Thanh
Tuấn cùng các thầy cô trong bộ môn Thiết Bị Dầu Khí & Công Trình, đồ án của em
đã được hoàn thành. 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 đồng nghiệp để bản đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Th.Nguyễn Thanh Tuấn - người
trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án, các thầy cô giáo trong
bộ môn, XNLD Vietsovpetro và các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ em hoàn thành bản
đồ án này!
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 05 năm 2017
Sinh viên


3

CHƯƠNG 1:CÁC PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC DẦU PHỔ THÔNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP GASLIFT CHO GIẾNG KHAI THÁC
1.1 Tổng quan
-Trong quá trình khai thác dầu khí tuỳ thuộc vào chế độ năng lượng vỉa mà
giếng sau khi đã khoan xong được chuyển sang khai thác theo những phương pháp
khai thác khác nhau. Nếu năng lượng vỉa đủ thắng tổn hao năng lượng trong suốt
quá trình dòng sản phẩm chảy (với một lưu lượng khai thác nhất định nào đó) từ vỉa
vào đáy giếng, dọc theo cột ống khai thác nâng lên bề mặt và theo các đường ống
vận chuyển đến hệ thống thu gom, xử lý thì giếng sẽ khai thác theo chế độ tự phun.
Một khi điều kiện này không thảo mãn thì phải chuyển sang khai thác bằng phương
pháp cơ học.
- Mục đích áp dụng phương pháp cơ học là nhằm bổ sung thêm năng lượng bên
ngoài (nhân tạo) cùng với năng lượng vỉa (tự nhiên) để đảm bảo giếng hoạt động.
Việc cung cấp năng lượng bổ sung này thường để giảm chiều cao mực chất lỏng
trong giếng hoặc để giảm mật độ của dòng sản phẩm trong ống khai thác nhằm tăng
chênh áp (P = Pv– Pđ).
-Nhưng thực tế trong khai thác dầu trên thế giới, phương pháp tự phun thường
áp dụng vào thời kỳ đầu của mỏ. Khi chế độ tự phun không thể thực hiện được,
người ta phải nghiên cứu và tìm ra các giải pháp khai thác dầu bằng phương pháp
cơ học. Tuy nhiên dựa theo nguyên lý truyền năng lượng mà các phương pháp khai
thác cơ học được phân loại theo các nhóm sau: truyền lực bằng cần, truyền lực bằng
thuỷ lực, truyền lực bằng điện năng và truyền lực bằng khí nén cao áp.
1.2 Các phương pháp khai thác dầu khí
1.2.1. Khai thác dầu bằng phương pháp gaslift.
1.2.1.1. 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 trọng lượng riêng của sản phẩm khai thác, dẫn đến giảm áp suất đáy và tạo
nên độ chênh áp cần thiết để sản phẩm chuyển động từ vỉa vào giếng. Đồng thời do

sự thay đổi nhiệt độ và áp suất trong ống khai thác làm cho khí giản 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, xử lý.
1.2.1.2. Ưu điểm:
+Có thể đưa ngay giếng vào khai thác khi giai đoạn tự phun hiệu quả thấp.
+Phương pháp này có thể áp dụng với giếng có độ sâu và độ nghiêng lớn.


4

+Khai thác với giếng có yếu tố khí lớn và áp suất bão hoà 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 nhiểm môi trường.
+Có thể khai thác đồng thời các vỉa trong cùng một giếng.
+Giới hạn đường kính ống chống khai thác không ảnh hưởng đến sản lượng khai
thác khi dùng phương pháp gaslift.
+Có thể sử dụng kỹ thuật tời trong dịch vụ sửa chữa thiết bị lòng giếng, điều này
không những tiết kiệm thời gian mà còn làm giảm chi phí sửa chữa.
1.2.1.3. Nhược điểm:
+Đầu tư cơ bản ban đầu rất cao so với 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 cạn dòng dầu 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.
1.2.1.4. Phạm vi ứng dụng:
Hiện nay giải pháp khai thác dầu bằng phương pháp gaslift đang được áp dụng
rộng rãi trên cả đất liền và ngoài biển, đặc biệt đối với vùng xa dân cư và khó đi lại.
Giải pháp này thích ứng với những giếng có tỷ số khí dầu cao, có thể khai thác ở
những giếng có độ sâu lớn và độ nghiêng trung bình của vỉa sản phẩm cao trên
3000m.
1.2.2. Phương pháp khai thác dầu bằng máy bơm piston cần:
1.2.2.1. Bản chất của phương pháp:


5

Loại máy bơm này hoạt động nhờ động cơ điện được chuyển trực tiếp xuống
máy bơm ngầm thông qua hệ thống cần truyền lực. Đối với máy bơm piston cần thì
chuyển động quay của động cơ điện thông qua cần truyền lực chuyển thành chuyển
động tịnh tiến để kéo thả piston trong giếng. Trên piston có lắp van ngược, khi
piston hạ xuống thì dầu tràn qua van ngược đi lên phía trên, khi piston di chuyển lên
phía trên thì van ngược sẽ đóng lại và nâng dầu lên mặt đất. Cứ như vậy dầu được
chuyển từ đáy giếng lên mặt đất.
1.2.2.2. Ưu điểm:
+Đáng tin cậy, ít gặp sự cố trong quá trình hoạt động.
+Hệ thống cấu tạo cơ học tương đối đơn giản.
+Dễ dàng thay đổi tốc độ khai thác cho phù hợp.
+Dễ dàng tháo lắp và di chuyển đến các giếng khai thác với chi phí thấp.
+Quá trình vận hành đơn giản hiệu quả.
+Ứng dụng với giếng có lưu lượng nhỏ và khai thác ở nhiều tầng sản phẩm, ở
áp suất thấp, nhiệt độ và độ nhớt cao.
1.2.2.3. Nhược điểm:

+Phải lắp đặt ở vị trí trung tâm của giếng.
+Hệ thống bơm piston cần nặng cồng kềnh đối với việc khai thác dầu khí trên
biển.
+Rất nhạy cảm với trường hợp có parafin.
+Không thể sơn phủ bên trong ống khai thác một lớp chống ăn mòn.
1.2.2.4. Phạm vi ứng dụng:
Giải pháp này được áp dụng chủ yếu ở các mỏ thuộc các nước Liên Xô cũ, các
mỏ ở Trung Cân Đông và các mỏ ở Mỹ. Các mỏ này có chung đặc điểm là vỉa sản
phẩm có độ sâu không lớn, đang trong giai đoạn khai thác giữa và cuối đời của mỏ,
có áp suất đáy giếng thấp dao động trong khoảng 10  15at. Bơm piston cần chỉ sử
dụng có hiệu quả trong những giếng có lưu lượng khai thác < 70 tấn/ngđ. Do điều
kiện khai thác trên biển bằng giàn cố định hay giàn tự nâng có diện tích sử dụng
nhỏ nếu áp dụng phương pháp này sẽ có nhiều điểm hạn chế so với các phương
pháp khai tác cơ học khác.
1.2.3. Khai thác dầu bằng máy bơm thuỷ lực ngầm.
1.2.3.1. Bản chất của phương pháp:
Hiện nay trong công nghiệp khai thác dầu người ta sử dụng hai loại máy bơm
thuỷ lực ngầm chính: Bơm đẩy thuỷ lực ngầm và bơm phun tia.


6

Bơm đẩy thuỷ lực ngầm làm việc bằng động cơ piston thuỷ lực được nối với
piston của bản thân máy bơm. Dòng chất lỏng mang năng lượng (dầu hoặc nước)
được bơm xuống từ mặt đất theo không gian giữa cột ống khai thác và ống chống
khai thác cung cấp năng lượng cho máy bơm, sau đó dòng chất lỏng mang năng
lượng cùng với dòng sản phẩm từ giếng được đẩy lên bề mặt.
Bơm tia hoạt động nhờ vào sự biến đổi các dạng năng lượng từ áp suất sang vận
tốc và ngược lại. Dòng chất lỏng mang năng lượng cao (áp suất cao) được bơm
xuống giếng từ miệng giếng theo ống khai thác đến thiết bị chuyển hoá năng lượng.

Ở đó năng lượng áp suất được biến thành năng lượng vận tốc. Dòng chất lỏng có
vận tốc lớn nhưng áp suất nhỏ này tiếp tục đẩy dòng sản phẩm khai thác cùng đi vào
bộ phận phân ly và sau đó cùng đi lên bề mặt theo khoảng không giữa ống chống
khai thác và ống khai thác.
1.2.3.2. Ưu điểm:
+Không cần lắp đặt tại vị trí trung tâm giếng.
+Không bị ảnh hưởng do giếng khoan bị lệch.
+Dễ dàng thay đổi vận tốc cho phù hợp với lưu lượng giếng.
+Có thể khai thác với áp suất tương đối thấp và độ nhớt của dầu tương đối cao.
Vì chất lỏng mang năng lượng có thể nung nóng sản phẩm khai thác.
+Có thể khai thác nhiều tầng sản phẩm cùng một lúc và áp dụng khai thác trên
biển.
+Hệ thống khép kín đã hạn chế được sự ăn mòn.
+Dễ dàng chọn chế độ bơm theo chu kỳ với thời gian định sẵn.
+Các hoá phẩm chống lắng đọng hay chống ăn mòn có thể bơm xuống cùng với
chất lỏng mang năng lượng.
1.2.2.3. Nhược điểm:
+Khả năng hư hỏng thiết bị khai thác trong quá trình hoạt động tương đối cao,
khi sửa chữa phải dùng hệ thống cơ học chuyên dụng.
+Giá thành vận hành thường cao hơn dự tính.
+Mất an toàn do áp suất vận hành trên bề mặt cao.
+Đòi hỏi đội ngũ công nhân vận hành lành nghề hơn so với máy bơm ly tâm
ngầm hay Gaslift vì vận tốc máy bơm cần hiệu chỉnh thường xuyên và không cho
phép vượt quá giới hạn.
1.2.3.4. Phạm vi ứng dụng:


7

Phương pháp cơ học này chủ yếu được áp dụng ở những vùng mỏ trên đất liền

và ngoài biển của Liên Xô cũ, các vùng mỏ trên đất liền và thêm lục địa của Mỹ, ở
vùng Biển Bắc. Giếng khai thác bằng máy bơm thuỷ lực ngầm có sản phẩm vừa và
trung bình, thường đạt 100 m3/ngđ. Các vùng mỏ kế cận có độ sâu tầng sản phẩm từ
1500  2500m, thân giếng có độ nghiêng trung bình từ 20  300.
1.2.4. Phương pháp khai thác dầu bằng máy bơm ly tâm điện ngầm.
1.2.4.1. Bản chất của phương pháp:
-Đây là loại máy bơm ly tâm nhiều cấp, hệ thống hoạt động nhờ năng lượng điện
được cung cấp từ máy biến thế trên mặt đất theo cáp truyền xuống mô tơ điện đặt
trong giếng ở phần dưới của máy bơm. Chuyển động quay của động cơ điện được
truyền qua trục dẫn làm quay các bánh công tác (Rôto). Chất lỏng trong bánh công
tác sẽ bị đẩy theo các hướng của cánh Rôto đập vào cánh tĩnh (Stato) có chiều
ngược lại, tạo ra sự tăng áp đẩy dầu chuyển động lên tầng trên. Cứ như vậy dầu khí
qua mỗi tầng bơm sẽ được tăng áp và được đẩy lên mặt đất theo cột ống khai thác.
Đối với giếng khai thác có tỷ số khí lớn thì người ta lắp thêm bộ chìm bao gồm
các thành phần chính: Động cơ điện ba pha, thiết bị bảo vệ động cơ, thiết bị tách khí
kiểu ly tâm, máy bơm, cáp tải điện năng và các thiết bị chuyên dùng trên bề mặt
như đầu giếng, trạm điều khiển, trạm biến thế.
1.2.4.2. Ưu điểm:
+Có thể khai thác với lưu lượng lớn.
+Có thể áp dụng cho các giếng khai thác đơn lẻ trong điều kiện chi phí hạn chế.
+Chi phí đầu tư ban đầu thấp hơn phương pháp Gaslift.
+Thuận lợi trong khai thác các giếng có độ ngậm nước cao (lớn hơn 80%) và yếu
tố khí thấp, nhất là trong giai đoạn khai thác thứ cấp.
+Không gian dành cho thiết bị ít hơn so với các phương pháp khác, phù hợp khai
thác ngoài khơi.
+Nguồn năng lượng điện cung cấp cho các máy bơm là nguồn điện cao thế hoặc
được tạo ra nhờ động cơ điện.
+Áp dụng trong giai đoạn cuối của quá trình khai thác áp suất vỉa rất thấp để hút
cạn dòng dầu (do tạo được chênh áp lớn).
+Là phương pháp khai thác an toàn, việc theo dõi và điều khiển dễ dàng.

1.2.4.3. Nhược điểm:
+Không tận dụng được nguồn năng lượng tự nhiên (khí đồng hành).
+Hàm lượng tạp chất ảnh hưởng lớn đến hoạt động của máy bơm.


8

+Kém hiệu quả trong những giếng có yếu tố khí cao hệ số sản phẩm thấp, nhiệt
độ vỉa cao, hàm lượng vật cứng và hàm lượng parafin cao.
+Khó khăn trong việc lắp đặt các thiết bị an toàn sâu.
+Đòi hỏi phải có thiết bị kiểm tra và điều khiển cho từng giếng.
+Thực tế không khai thác được giếng có lưu lượng thấp hơn 21m3/ngđ đối với
giếng sâu 2500m.
+Do bị giới hạn bởi đường kính ống chống khai thác nên không thể khai thác các
giếng có sản lượng lớn hơn 700m3/ngđ ở độ sâu 2400m đối với máy bơm có trục
nhỏ và không lớn hơn 100m3/ngđ đối với máy bơm có đường kính lớn từ các giếng
có đường kính ống chống khai thác 168mm.
+Lưu lượng giảm nhanh theo chiều sâu lắp đặt, thường khai thác ở độ sâu nhỏ
hơn 4000m.
+Khó tiến hành khảo sát nghiên cứu giếng, đo địa vật lý ở các vùng nằm dưới
máy bơm và khó xử lý vùng cận đáy giếng.
+Khó điều chỉnh được lưu lượng khai thác.
1.2.4.4. Phạm vi ứng dụng:
Phương pháp này tương đối phổ biến vì cấu trúc thiết bị và hệ thống khai thác
đơn giản, máy làm việc dễ dàng có khả năng thu được lượng dầu tương đối lớn đến
hàng trăm tấn/ngđ. Loại máy bơm này rất thuận lợi khi khai thác dầu ở những vỉa có
tỷ số dầu thấp, nhiệt độ vỉa dưới 250 0F. Đặc biệt hiệu quả trong những giếng khai
thác dầu có độ ngậm nước cao và giếng dầu chưa bão hoà nước.
Ngày nay với sự phát triển của kỹ thuật hệ thống bơm điện chìm được sử dụng
trong những giếng có nhiệt độ lên tới 3500F, khắc phục những giếng có tỷ lệ khí dầu

cao, bằng cách lắp đặt thiết bị tách khí đặc biệt. Các chất ăn mòn gây hư hỏng như
H2O, CO2 có thể khắc phục nhờ các vật liệu đặc biệt phủ bên ngoài. Phương pháp
này hiện đang được áp dụng tại một số giếng ở mỏ Bạch Hổ và Mỏ Rồng.
1.3.Cơ sở để lựa chọn phương pháp gaslift
- Điều kiện khai thác ngoài biển phức tạp và khó khăn hơn rất nhiều so với đất
liền. Do vậy thời gian khai thác và phát triển mỏ thường kéo dài trong khoảng 20 
30 năm. Vì vậy bên cạnh việc đưa nhanh tốc độ khoan và đưa giếng mới vào khai
thác, chúng ta cần áp dụng các phương pháp khai thác khác nhau, nhằm gia tăng sản
lượng khai thác và tận dụng cơ chế năng lượng của vỉa sản phẩm.


9

- Qua phân tích các ưu nhược điểm của từng phương pháp khai thác cơ học ở trên
ta nhận thấy rằng một số hạn chế của phương pháp này có thể khắc phục bằng
phương pháp khác. Nhưng điều này không toàn diện vì bản thân ưu và nhược điểm
của các phương pháp trên không thể bù trừ nhau. Để có cơ sở lựa chọn phương
pháp khả thi và hiệu quả nhất đối với điều kiện mỏ Rồng cần phải xét đến các yếu
tố sau:
+Tính chất lưu thể của vỉa (dầu, khí, nước).
+Tính chất colectơ của đá chứa.
+Điều kiện địa chất của mỏ tiến hành khai thác.
+Tình trạng kỹ thuật, công nghệ áp dụng trên mỏ và thiết bị hiện có.
+Điều kiện thời tiết, khí hậu và kinh tế xã hội.
+Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật thông qua các thí nghiệm trên mỏ.
Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp khai thác dầu bằng cơ
học trên thế giới, liên hệ với điều kiện thực tế của mỏ Rồng, ta thấy rằng: Với các
giếng khai thác tập trung trên giàn cố định hay giàn tự nâng với diện tích sử dụng
hạn chế, độ sâu vỉa sản phẩm tương đối lớn từ 3000  5000m, sản lượng khai thác
lại lớn, nên giải pháp khai thác bẳng máy bơm piston thuỷ lực là kém hiệu quả đối

với mỏ Rồng .
Phương pháp khai thác bằng gaslift là phù hợp hơn cả. Phương pháp gaslift có
thể khai thác kế tiếp phương pháp tự phun. Nó có nhiều ưu điểm hơn so với các
phương pháp khai thác cơ học khác không những về mặt kỹ thuật công nghệ mà còn
về mặt kinh tế. Với các trang thiết bị hiện đại rất phù hợp phương pháp khai thác
này đã hứa hẹn mang lại hiệu quả cao hơn các phương pháp khai thác cơ học khác.
Vậy việc lựa chọn phương pháp gaslift áp dụng cho toàn mỏ Rồng nói chung và cho
giếng đang thiết kế nói riêng là hoàn toàn đúng đắn.
Đối với giếng thiết kế ta chọn phương pháp khai thác gaslift liên tục vì giếng có
lưu lượng khai thác cao, hệ số sản phẩm tương đối cao và giếng có mực nước thủy
động cao. Vậy các điều kiện đó đảm bảo cho giếng có thể khai thác bằng phương
pháp gaslift liên tục với hiệu quả cao.


10


11

CHƯƠNG 2- LÝ THUYẾT CƠ SỞ KHAI THÁC DẦU BẰNG GASLIFT
2.1. Nguyên lý hoạt động của phương pháp khai thác dầu bằng gaslift.
2.1.1. Bản chất của phương pháp:
-Trong quá trình khai thác dầu, tuỳ thuộc vào chế độ năng lượng vỉa mà giếng sau
khi khoan xong được chuyển sang khai thác theo các phương pháp khác nhau. Nếu
năng lượng vỉa đủ thắng tổn hao năng lượng trong suốt quá trình dòng sản phẩm
chảy (với một lưu lượng khai thác nhất định nào đó) từ vỉa vào đáy giếng, dọc theo
cột ống khai thác nâng lên bề mặt và theo các đường ống vận chuyển đến hệ thống
thu gom, xử lý thì giếng sẽ khai thác theo chế độ tự phun. Một khi điều kiện này
không đáp ứng hoặc hiệu quả khai thác tự phun kém thì phải chuyển sang khai thác
bằng phương pháp cơ học.

-Mục đích áp dụng giải pháp cơ học là nhằm bổ sung thêm năng lượng bên ngoài
cùng với năng lượng vỉa (tự nhiên) để đảm bảo giếng hoạt động. Việc cung cấp
năng lượng bổ sung này thường để giảm chiều cao mực chất lỏng trong giếng hoặc
để giảm mật độ của dòng sản phẩm trong ống khi thác nhằm tạo chênh áp ΔP = Pv –
Pđ.
-Nhưng thực tế trong khai thác dầu trên thế giới, phương pháp tự phun
thường kéo dài trong những năm đầu của mỏ. Do vậy cần phải có biện pháp
kéo dài chế độ tự phun của giếng dầu càng lâu càng tốt. Khi chế độ tự phun
không thực hiện được, người ta phải nghiên cứu và tìm ra các giải pháp khai
thác dầu bằng phương pháp cơ học. Tuy nhiên dựa theo nguyên lý truyền năng
lượng mà các phương pháp khai thác cơ học được phân loại theo các nhóm
sau:
+Truyền lực bằng cần.
+Truyền lực bằng thuỷ lực.
+Truyền lực bằng điện năng.
+ Truyền lực bằng khí nén cao áp.
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 trong ống khai thác, dẫn đến giảm áp suất đáy và tạo nên độ
chênh áp cần thiết để sản phẩm chuyển động từ vỉa vào giếng. Đồng thời do sự thay
đổi nhiệt độ và áp suất trong ống khai thác làm cho khí giản 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, xử lý.


12

2.1.2. Nguyên lý làm việc:

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý làm việc của phương pháp khai thác bằng gaslift theo
cấu trúc hai dãy ống nâng - Hệ vành xuyến


13

Sau khi kết thúc thời kỳ khai thác tự phun mực chất lỏng cách miệng giếng , khi
tiến hành nén khí vào khoảng không vành xuyến giữa 2 dãy OKT, sản phẩm của
giếng đi lên theo trong dãy OKT thứ nhất (hình 2.1). Mực chất lỏng trong giếng
cách miệng giếng một khoảng h0 gọi là mực tĩnh. Chiều sâu mà OKT nhúng chìm
trong chất lỏng gọi là chiều sâu nhúng chìm (hình 2.1.a). Nén khí vào khoảng
không vành xuyến giữa OKT thứ nhất và OKT thứ hai, áp suất khí tăng dần, mực
chất lỏng giữa 2 dãy OKT giảm dần. Một phần chất lỏng dâng lên trong OKT thứ
nhất, phần nữa dâng lên theo khoảng không vành xuyến giữa OKT thứ hai và ống
chống khai thác, phần nữa đi ngược vào vỉa (hình 2.1.b). Cho đến khi khí bắt đầu
xâm nhập vào trong OKT thứ nhất, tại thời điểm đó áp suất khí nén đạt giá trị lớn
nhất Pk.max (giá trị đó gọi là áp suất khởi động). Chiều cao mực chất lỏng giữa ống
thứ hai và ống chống khai thác đạt giá trị cao nhất .min. Áp suất đáy tại thời điểm
này đạt giá trị lớn nhất Pđ.max. Tiếp tục duy trì nén khí, khí sẽ xâm nhập vào trong
OKT thứ nhất làm nhẹ cột chất lỏng dẫn đến áp suất khí (Pk) giảm dần, khi đó mực
chất lỏng ngoài ống thứ hai bắt đầu hạ xuống, đồng thời áp suất đáy giếng cũng
giảm dần theo và chất lỏng trong vỉa bắt đầu xâm nhập vào đáy giếng (hình 2.1.c).
Quá trình nén khí vẫn được tiếp tục, chất lỏng từ vỉa tiếp tục xâm nhập vào giếng và
quá trình khai thác đã được thực hiện, chiều sâu từ miệng giếng đến mực chất lỏng
ngoài OKT thứ hai gọi là mực thủy động (h2)
2.2.Các thiết bị sử dụng trong khai thác gaslift
2.2.1. Thiết bị miệng giếng.
2.2.1.1. Chức năng, nhiệm vụ:
-Thiết bị miệng giếng là một trong những bộ phận quan trọng của giếng khai
thác, là bộ phận trên đầu các cột ống chống của giếng, chúng được sử dụng để:

+Treo và giữ các cột ống khai thác trên miệng giếng để dòng chất lỏng và khí theo
cột ống nâng lên mặt đất.
+Hướng sản phẩm khai thác của giếng vào hệ thống thu gom xử lý.
+Tạo đối áp trên miệng giếng (thay đổi chế độ làm việc của giếng).
+Đo áp suất trong khoảng không vành xuyến giữa cột OKT và cột ống chống khai
thác, đồng thời để đo áp suất tại các ống xả; thực hiện các thao tác kỹ thuật khi gọi
dòng, khai thác, khảo sát và sửa chữa giếng.
2.2.1.2. Các thành phần chính của thiết bị miệng giếng và chức năng của chúng:
Thiết bị miệng giếng khai thác bằng Gaslift ở mỏ Rồng được chuyển nhận từ đầu
miệng giếng khai thác tự phun, được tạo thành từ 3 thành phần chính:
+Tổ hợp đầu ống chống.


14

+Bộ đầu treo.
+Cây thông khai thác.
* Tổ hợp đầu ống chống:
-Tổ hợp đầu ống chống là bộ phận dưới cùng của thiết bị miệng giếng. Nó được
lắp ngay trên đầu các cột ống chống kỹ thuật và khai thác.
-Tổ hợp đầu ống chống bao gồm:
+Các đầu treo ống chống.
+Các đầu bao ống chống.
+Gioăng và vành làm kín.
+Van cửa, van cho áp kế và áp kế.
-Đầu ống chống chỉ có một dạng và chúng được phân biệt bởi kích thước mặt
bích nối.
-Tổ hợp đầu ống chống tồn tại trên miệng giếng trong suốt quá trình khai thác do đó
phải có những yêu cầu rất cao trong cấu trúc cũng như trong lắp ráp.
-Những yêu cầu trong cấu trúc bộ đầu ống chống:

+Bảo đảm độ kín khoảng không giữa các ống chống
+Kiểm tra được áp suất tất cả các khoảng không ngoài ống chống.
+Có khả năng treo được nhiều loại ống chống khác nhau đối với một loại đầu ống
chống.


15

Hình 2.2: Sơ đồ thiết bị miệng giếng và cây thông khai thác


16

* Bộ đầu treo ống khai thác:
-Bộ đầu treo ống khai thác nằm ngay bên dưới cây thông khai thác và được nối
với đường dập giếng và đường tuần hoàn nghịch.
-Bộ đầu treo ống khai thác bao gồm:
+Đầu treo cần OKT
+Đầu bao cần OKT
+Các van cửa, van cho áp kế và áp kế
-Bộ đầu treo có nhiệm vụ:
+Treo và giữ cần OKT
+Bịt kín khoảng không vành xuyến giữa cần OKT và ống chống khai thác
+Thông qua đường dập giếng nối với hệ thống máy bơm cao áp có công suất lớn
để thực hiện công nghệ dập giếng, bơm ép khi cần thiết
+Thông qua đường tuần hoàn nghịch để xả áp suất ngoài cần, bơm rửa, tuần hoàn
giếng…
+Thông qua các đồng hồ và van để kiểm tra áp suất ngoài cần OKT khi thực hiện
các giải pháp công nghệ khai thác.
* Cây thông khai thác:

-Là phần trên của thiết bị miệng giếng được nối trên bộ đầu treo ống khai thác.
-Thông thường cây thông khai thác gồm hai nhánh làm việc:
+Nhánh làm việc chính và nhánh dự phòng.
-Trên đầu cây thông khai thác có thiết kế đầu chụp để lắp đặt thiết bị gọi là
lubricacter cho phép dùng các phương pháp cơ học để nạo vét parafin lắng đọng
hoặc dùng để thả các thiết bị đo đạc kiểm tra trong giếng đang hoạt động mà không
cần phải đóng giếng.Trên cây thông khai thác người ta còn lắp đặt các bộ phận như:
đồng hồ chỉ áp suất trong cần OKT, van chặn trên nhánh làm việc, van an toàn thủy
lực, van tiết lưu.
-Nhiêm vụ của cây thông khai thác:
+Hướng cho dòng sản phẩm từ giếng đi vào hệ thống thu gom xử lý.
+Cho phép điều chỉnh lưu lượng khai thác một cách thuận lợi, dễ dàng nhờ van
điều tiết.
+Tạo đối áp trên miệng giếng để sử dụng năng lượng vỉa hợp lý.
+Đảm bảo an toàn khi có sự cố (đóng van an toàn trung tâm).
+Cho phép đo áp suất trên đường nén, đường xả.
 Thiết bị miệng giếng kiểu chạc 3:


17

Hình 2.3: Sơ đồ thiết bị miệng giếng với cây thông kiểu chạc 3
-Ưu điểm:
+Khi chạc 3 bị sự cố thì có thể sữa chữa hoặc thay thế mà không cần phải đóng
giếng
+Dùng cho giếng mà sản phẩm có nhiều cát, parafin, tạp chất…
-Nhược điểm: Kíchthước cao, cồng kềnh, vừa chiếm không gian, vừa yếu, sàn công
tác cao khó vận hành.
 Thiết bị miệng giếng kiểu chạc 4:
-Ưu điểm: Đỡ cồng kềnh, dễ vận hành, kết cầu vững chắc, độ chịu mài mòn cao

-Nhược điểm: Không có nhánh dự phòng nên khi có sự cố hư hỏng ở nhánh làm
việc chính và chạc 4 thì phải ngừng làm việc để sửa chữa, thay thế.Thường dùng
cho giếng có sản phẩm ít cát.


18

Hình 2.4 : Sơ đồ thiết bị miệng giếng với cây thông kiểu chạc tư
2.2.2. Thiết bị lòng giếng:
-Thiết bị lòng giếng được trang bị cho hầu hết các giếng dầu khai thác bằng
phương pháp tự phun cũng như khai thác gaslift nhằm mục đích tiến hành các quy
trình công nghệ kỹ thuật cần thiết như điều khiển dòng trong suốt quá trình khai
thác, sửa chữa, nghiên cứu giếng nhờ kỹ thuật cáp tời mà không cần phải đóng
giếng, dập giếng hay nâng thả cột ống khai thác.
-Nhiệm vụ và chức năng của thiết bị lòng giếng:
+Cách ly và điều khiển dòng chảy từ đáy giếng đến miệng giếng trong quá trình
khai thác.
+Bảo vệ cột ống chống, thiết bị miệng giếng và bảo toàn năng lượng vỉa


19

+Bảo đảm an toàn, chống hiện tượng phun trào trong quá trình khai thác (bằng van
an toàn).
+Thực hiện tuần hoàn nghịch để rửa giếng và dập giếng (bằng van tuần hoàn)
+Cho phép lắp đặt các thiết bị chuyên dụng để nghiên cứu (đo nhiệt độ, áp suất…)
+Cho phép chuyển phương pháp khai thác tự phun sang gaslift nhờ các mandrel.
2.2.2.1. Phễu định hướng
Được lắp ở phần dưới cùng của đế ống nâng, nó có nhiệm vụ hướng các thiết bị
tời đi qua khi khảo sát hay sửa chữa một cách dễ dàng mà không bị vướng.

a)

b)
c)
Hình 2.5 : Phễu hướng dòng (a) và Thiết bị định vị (b,c)
2.2.2.2 Nhippen:
Là một đoạn ống thép được nối trực tiếp với ống khai thác. Cấu tạo gồm 3 phần
chính là vai đỡ, khớp định vị và đoạn ống trơn. Nhippen dưới có tác dụng để đặt các
thiết bị đo sâu trong quá trình khảo sát giếng, nhippen trên để đặt các loại van tuỳ
theo mục đích của quá trình khai thác. Như vậy tác dụng chính của nó là để khóa
giữ và liên kết các thiết bị trong ống nâng.
2.2.2.3. Ống đục lỗ
Ống đục lỗ có nhiệm vụ cho phép dòng sản phẩm chảy liên tục vào cột ống nâng
trong quá trình khai thác khi tiến hành lắp các thiết bị đo sâu. Ống đục lỗ được thiết
kế tối ưu nhằm giảm tối thiểu tổn hao năng lượng của dòng sản phẩm chảy qua các
lỗ. Ống có chiều dài  3m, số lỗ đục  8
Hình 2.6.Ống đục lỗ
2.2.2.4. Van cắt