THIẾT KẾ KHAI THÁC DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GASLIFT LIÊN TỤC CHO GIẾNG RB2P Ở MỎ RUBY

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên em xin cảm ơn các thầy cô trong khoa Dầu khí, bộ môn Khoan và Khai
thác Dầu khí đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt những năm học qua.
Em xin bày tỏ lòng cảm ơn đến ban lãnh đạo công ty PC Vietnam limited của
tập đoàn Petronas đã tạo điều kiện thuận lợi cho em thực tập và nghiên cứu tài liệu để
hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Thiết Thạch và anh Senior Lại
Công Thiện, Ks. Nguyễn Tấn Trần Kim đã nhiệt tình hướng dẫn em trong suốt quá
trình thực tập và làm luận văn. Em xin chân thành cảm ơn các anh, chị trong công ty
PC Vietnam Limited đã nhiệt tình giúp đỡ em trong thời gian thực tập tại quý công ty.
Cuối cùng con muốn bày tỏ lòng biết ơn tôn kính đến cha mẹ, anh chị trong gia
đình. Những người luôn đứng cạnh bên con với những lời động viên, dạy bảo từ mọi
mặt trong cuộc sống và học tập để con trưởng thành như ngày hôm nay.
Với tất cả những lời cảm ơn không thể nào nói hết công lao trên, thật vô giá
không có gì so sánh được. Em xin kính chúc sức khỏe và những gì tốt đẹp nhất đến
thầy Vũ Thiết Thạch và Senior Lại Công Thiên, Ks. Nguyễn Tấn Trần Kim cùng toàn
thể các thầy cô trong khoa Dầu khí, ban lãnh đạo công ty PC Vietnam Limited, bạn bè
và gia đình.

MỤC LỤ

Trân Trọng
Sinh viên: Bùi Văn Hữu


LỜI MỞ ĐẦU.................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU...................................................3
1.1 Đặc điểm địa chất, vị trí, địa lý bồn trũng Cửu Long...........................................3
1.1.1 Vị trí, địa lý.................................................................................................3
1.1.2 Địa tầng......................................................................................................4
1.2 Giới thiệu về mỏ Ruby và giàn Ruby A..................................................................6

1.2.1 Mỏ Ruby......................................................................................................6
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC CƠ HỌC......................................10
2.1 Phương pháp khai thác dầu bằng máy bơm piston cần.......................................11
2.1.1 Bản chất của phương pháp.......................................................................11
2.1.2 Ưu điểm....................................................................................................13
2.1.3 Nhược điểm...............................................................................................13
2.1.4 Phạm vi ứng dụng....................................................................................13
2.2 Khai thác dầu bằng máy bơm thuỷ lực ngầm......................................................14
2.2.1 Bản chất của phương pháp........................................................................14
2.2.2 Ưu điểm.....................................................................................................14
2.2.3 Nhược điểm...............................................................................................14
2.2.4 Phạm vi ứng dụng.....................................................................................15
2.3 Phương pháp khai thác dầu bằng bơm ly tâm điện chìm....................................15
2.3.1 Bản chất của phương pháp........................................................................15
2.3.2 Ưu điểm.....................................................................................................18
2.3.3 Nhược điểm...............................................................................................18
2.3.4 Phạm vi ứng dụng.....................................................................................19
2.4 Khai thác dầu bằng phương pháp Gaslift...........................................................19
2.4.1 Bản chất của phương pháp........................................................................19
2.4.2 Ưu điểm.....................................................................................................20
2.4.3 Nhược điểm...............................................................................................21
2.4.4 Phạm vi ứng dụng.....................................................................................21


2.5 Cơ sở lựa chọn công nghệ khai thác gaslift tại mỏ Ruby....................................22
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC GASLIFT......................25
3.1 Nguyên lý hoạt động của phương pháp khai thác gaslift....................................25
3.2 Quá trình khởi động giếng và các biện pháp làm giảm áp suất khởi động.........25
3.2.1 Quá trình khởi động giếng........................................................................25
3.2.2 Các biện pháp làm giảm áp suất khởi động..............................................26

3.3 Cấu tạo, phân loại và nguyên lý hoạt động của van gaslift.................................29
3.3.1 Cấu tạo của van gaslift..............................................................................29
3.3.2 Phân loại van gaslift.................................................................................31
3.3.3 Nguyên lý hoạt động của van gaslift..........................................................32
3.4 Các hệ thống ống khai thác dầu bằng gaslift......................................................34
3.4.1 Hệ thống khai thác vành xuyến..................................................................35
3.4.2 Hệ thống khai thác trung tâm....................................................................37
3.5 Các kiểu khai thác gaslift....................................................................................39
3.5.1 Gaslift liên tục...........................................................................................39
3.5.2 Gas lift định kỳ..........................................................................................42
3.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ làm việc của giếng........................................45
3.6.1 Đặc điểm làm việc của giếng khai thác gaslift..........................................45
3.6.2 Các chế độ làm việc của giếng gaslift.......................................................47
3.6.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ làm việc của giếng gaslift....................48
3.7 Các sự cố, phức tạp trong quá trình khai thác dầu bằng phương pháp gaslift. . .51
3.7.1 Sự hình thành nút cát ở đáy giếng khai thác.............................................51
3.7.2 Sự lắng đọng parafin trong ống khai thác.................................................52
3.7.3 Sự tạo thành những nút rỉ sắt trong đường ống khai thác.........................53
3.7.4 Sự tạo thành muối trong ống nâng............................................................54
3.7.5 Hiện tượng trượt khí..................................................................................55
3.7.6 Giếng không khởi động được....................................................................55
3.7.7 Các sự cố thiết bị.......................................................................................55
3.7.8 Sự cố về công nghệ....................................................................................56


CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ KHAI THÁC DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GASLIFT LIÊN
TỤC CHO GIẾNG RB-2P Ở MỎ RUBY......................................................................58
4.1 Tính toán và thiết kế gaslift cho giếng RB-2P.....................................................58
4.1.1 Quy trình tính toán thiết kế........................................................................59
4.1.2 Xác định độ sâu đặt van gaslift và các đặc tính của van...........................61

4.1 Thiết kế gaslift cho giếng RB-2P bằng phần mềm PIPESIM...............................76
CHƯƠNG 5: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG TRONG KHAI
THÁC DẦU KHÍ NGOÀI KHƠI...................................................................................88
5.1 An toàn trong khai thác dầu khí trên biển...........................................................88
5.1.1 Những yêu cầu đối với những người làm công tác dầu khí ngoài biển......88
5.2 An toàn trong công tác khai thác dầu bằng phương pháp gaslift........................88
5.3 Bảo vệ môi trường..............................................................................................89
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.........................................................................................91
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................93


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1: Vị trí địa lý bồn trũng Cửu Long....................................................................3
Hình 1.2: Cột địa tầng của bể Cửu Long.......................................................................4
Hình 1.3: Giàn khai thác Ruby A...................................................................................8
Hình 2.1: Các phương pháp khai thác cơ học..............................................................10
Hình 2.2: Phương pháp khai thác bằng piston cần......................................................12
Hình 2.3: Phương pháp khai thác bằng bơm ly tâm điện chìm....................................16
Hình 2.4: Đường cong đặc trưng của máy bơm điện ly tâm ngầm...............................18
Hình 2.5: Phương pháp khai thác bằng gaslift.............................................................20
Hình 3.1: Nguyên lý hoạt động của phương pháp khai thác gaslift.............................25
Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa áp suất khí nén và thời gian khi khởi động
giếng............................................................................................................................26
Hình 3.3: Sơ đồ quá trình trộn khí...............................................................................29
Hình 3.4: Van gaslift....................................................................................................30
Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo van gas lift điều khiển bằng áp suất khí nén ngoài
vùng vành xuyến và áp suất trong cần..........................................................................33
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo van gas lift.............................................................34
Hình 3.7: Cấu trúc vành xuyến 1 cột ống.....................................................................36
Hình 3.8: Cấu trúc vành xuyến 2 cột ống.....................................................................37

Hình 3.9: Cấu trúc trung tâm.......................................................................................38
Hình 3.10: Sơ đố cấu trúc vành xuyến một cột ống......................................................39
Hình 3.11: Nguyên lý hoạt động của giếng gaslift liên tục...........................................40
Hình 3.12: Nguyên lý làm việc của giếng gaslift định kỳ.............................................43
Hình 3.13: Sự phụ thuộc lưu lượng khai thác Q vào lượng khí nén V..........................45
Hình 3.14: Biểu đồ quan hệ giữa lưu lượng khí nén....................................................46
và lưu lượng dầu khai thác...........................................................................................46
Hình 3.15 Sự phụ thuộc lưu lượng khai thác Q(V) vào hệ số nhúng chìm....................48
đối với một cỡ ống nâng...............................................................................................48
Hình 3.16: Họ đường cong Q(V) đối với 2 cỡ ống nâng khác nhau.............................49
Hình 3.17: Cấu trúc dòng chảy của chất lưu trong ống nâng......................................50
Hình 4.1: Sơ đồ mô hình thiết kế van gaslift cho giếng RB-2P.....................................68
Hình 4.2 : Biều đồ phân bố áp suất chất lỏng trong cột ống khai thác........................69
Hình 4.3 : Biểu đồ lưu lượng khí..................................................................................70
Hình 4.4: Tạo bản thiết kế............................................................................................76
Hình 4.5: Xây dựng giếng............................................................................................77


Hình 4.7: Nhập thông số thiết kế..................................................................................79
Hình 4.8: Nhập thông số cột ống.................................................................................80
Hình 4.9: Nhập thông số thiết kế gaslift.......................................................................81
Hình 4.10: Nhập thông số thiết kế gaslift.....................................................................82
Hình 4.11: Nhập thông số thiết kế gaslift.....................................................................83
Hình 4.12: Bản báo cáo các thông số thiết kế gaslift...................................................84
Hình 4.13: Sơ đồ thiết kế van gaslift............................................................................85
Hình 4.14: Bản báo cáo thông số sau khi phần mềm đã thiết kế..................................86
Hình 4.15: Bản báo cáo các thông số sau khi phần mềm đã thiết kế...........................87


DANH SÁCH BẢ

Y

Bảng 1.1: Các đặc trưng chất lưu của mỏ Ruby............................................................7
Bảng 2.1: Tổng quan áp dụng khai thác dầu bằng phương pháp gaslift......................23
tại các mỏ ngoài khơi của Việt Nam.............................................................................23
Bảng 2.2: So sánh hiệu quả áp dụng giữa các phương pháp khai thác cơ học............24
Bảng 4.1: Thông số giếng RB-2P.................................................................................58
Bảng 4.2: Kết quả tính toán thiết kế gaslift cho giếng RB-2P......................................66
Bảng 4.3: Hệ số hiệu chỉnh áp suất và đường kính tối đa của van (fp(i))....................71
Bảng 4.4: Bảng tra hệ số Ct.........................................................................................72


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 , 1kG = 9,80665 N
5. Áp suất : N/m2 = Pa; 1kG/cm2 = 0,981bar; 1kPa = 1000 Pa
6. Độ nhớt : (  ) 1P = 10-6 bar.s ,1CP = 10-8 bar.s
* Quy đổi hệ Anh sang hệ SI :
1inch = 2,54 cm
1 ft = 0,3048 m
1mile = 1,609 km
1 bbl = 0,1589 m3
1m3/m3 = 5,62 ft3/bbl
1bbl/SCF = 5,615 m3/m3
1 at = 14,223 psi
1psi = 0,07031 kG/cm2
1 at = 1,033 kG/cm2

1 psig = 1,176psi

141,5
 131,5
3
0

.(
G
/
cm
)
API =
0
K = 273 + 0C
0
R = 460 + 0F
O

C = 1,8 . OF + 32


LỜI MỞ ĐẦU
Công nghiệp dầu khí là ngành công nghiệp chủ chốt của mỗi quốc gia, nó cung
cấp năng lượng thiết yếu cho các ngành công nghiệp khác và đóng một phần rất quan
trọng trong thu nhập quốc doanh.
Công nghiệp dầu khí Việt Nam trong những năm gần đây đã có những bước
phát triển vượt bậc. Chính vì vậy làm sao để khai thác dầu mang lại hiệu quả kinh tế
cao mà chi phí thấp, an toàn là điều mà tất cả các kỹ sư khoan và khai thác dầu khí phải
tìm ra và thực hiện.

Giai đoạn đầu của quá trình khai thác áp suất vỉa lớn, nhưng theo thời gian thì
áp suất vỉa giảm dần và đến một lúc nào đó thì áp suất vỉa không thể đẩy dầu lên bề
mặt giếng khai thác. Do đó các kỹ sư khai thác phải thiết kế chuyển sang khai thác
bằng phương pháp gaslift (bơm khí cao áp xuống giếng để khí hóa cột chất lỏng trong
giếng nhằm tiếp tục khai thác dầu trong vỉa). Chính vì thấy được sự quan trọng này, em
đã chọn đề tài: “TÍNH TOÁN THIẾT KẾ GASLIFT LIÊN TỤC CHO GIẾNG RB2P CỦA MỎ RUBY” cho đồ án tốt nghiệp của mình.
Đồ án được chia thành 4 chương bao gồm:
Chương 1: Đặc điểm khu vực nghiên cứu
Trong chương này em giới thiệu về đặc điểm địa chất, vị trí địa lý của bồn trũng
cửu long và giới thiệu về mỏ Ruby, sơ bộ về giàn Ruby A.
Chương 2: Các phương pháp khai thác cơ học
Trong chương này em giới thiệu sơ bộ về một số phương pháp khai thác cơ học
thường hay được sử dụng và ưu điểm nhược điểm của từng phương pháp, cơ sở lựa
chọn phương pháp gaslift cho giếng RB-2P.
Chương 3: Tổng quan về công nghệ khai thác gaslift.
Trong chương này em giới thiệu về nguyên lý hoạt động của giếng khai thác
bằng phương pháp gaslift, đặc điểm, nguyên lý hoạt động, phân loại van gaslift, các hệ
thống ống khai thác dầu trong phương pháp gaslift, các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ
làm việc của giếng và biện pháp khắc phục.

1


Chương 4: Thiết kế khai thác dầu bằng phương pháp gaslift liên tục cho giếng
RB-2P
Trong chương này em trình bày cách tính toán vị trí đặt van và các thông số
giếng bằng phương pháp sử dụng đồ thị camco và sau đó em dùng phần mềm Pipesim
để kiểm tra lại kết quả tính toán bằng tay.
Chương 5: An toàn lao động và bảo vệ môi trường trong khai thác dầu khí
ngoài khơi

Trong chương này em có trình bày về an toàn khai thác dầu trên biển, những
yêu cầu đối với những người làm công tác dầu khí ngoài biển, an toàn trong công tác
khai thác dầu bằng phương pháp gaslift và các cách mà chúng ta cần làm để bảo vệ môi
trường.

2


CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU
1.1 Đặc điểm địa chất, vị trí, địa lý bồn trũng Cửu Long
1.1.1 Vị trí, địa lý.

Block 01/02
Ruby

Hình 1.1: Vị trí địa lý bồn trũng Cửu Long
Bể Cửu Long là 1 bể đứt gãy hình thành từ đầu thời kỳ đệ tam và ở vùng biển
phía đông nam của Việt Nam. Lô 01 và 02 nằm cách khoảng 155km về phía đông cảng
Vũng tàu và giao nhau với hầu hết phía bắc của bể Cửu Long. Một phần của Bể Côn
Sơn và Bể Nam Côn Sơn. Mỏ Ruby nằm ở góc Đông Nam của lô 01 được điều hành
bởi PETRONAS Carigali và cách khoảng 100 km về phía đông bắc của mỏ bạch hổ.
Bể Cửu Long bao gồm một số bể nhỏ mà thường chạy song song với trục của bể
chính. Các tầng móng trước thời kỳ đệ tam có thể sâu từ 6km đến 8km. Về mặt cấu
trúc, bể đứt gãy Cửu Long là một bồn trũng kéo dài dọc theo hướng TN-ĐB và bao
gồm một loạt đặc điểm cấu trúc địa lũy và địa hào xen kẽ nhau được sắp xếp dọc theo
phương của bể. Những yếu tố cấu trúc chính phù hợp với mô hình của các bể đứt gãy

3

được phát triển ở Bể Đông Phi. Cấu trúc mỏ Ruby là một lớp phủ nồi mà che phủ một
trong những đặc điểm địa lũy bên trong bể.
Phía Nam của Cửu Long là bể Nam Côn Sơn và được ngăn cách bởi một phần
mở rộng ra theo hướng TN-ĐB dọc theo dãy nồi tầng móng và được gọi là Bể Côn
Sơn. Bể Nam Côn Sơn dài khoảng 550km và phần rộng nhất là 200 km. Từ vết lộ đá
granit trên đảo Côn Sơn, nó được cho rằng một số phần của Bể Côn Sơn là được hình
thành của dạng granit cuối thời kỳ phấn kỷ.
1.1.2 Địa tầng

Hình 1.2: Cột địa tầng của bể Cửu Long
Theo tài liệu khoan, kết quả phân tích mẫu vụn, mẫu lõi, tài liệu carota và các
phân tích cổ sinh, địa tầng của bể Cửu Long bao gồm đá móng cổ trước Kainozoi và
trầm tích phủ Kainozoi.

4


 Móng cổ trước Kainozoi
Dựa vào đặc trưng thạch học và tuổi tuyệt đối có thể chia thành ba phức hệ:
phức hệ Hòn Khoai, Định Quán và Cà Ná.
Phức hệ Hoàn khoai: tuổi Trias muộn và có thể được xem là phức hệ đá magma
cổ nhất trong móng của bể Cửu Long. Móng của phức hệ này chủ yếu là
amphybolbiotit-diorit, monzonit và adamelit. Đá bị biến đổi, cà nát mạnh. Hầu hết các
khoáng vật thứ sinh (calcit-epidot-zeolit) đã lấp đầy các khe nứt. Đá có thể phân bố chủ
yếu ở phần cánh của các khối nâng móng.
Phức hệ Định Quán: tuổi Jura, chủ yếu là đá granodiorit, đôi chỗ gặp monzonitbiotit-thạch anh đa sắc. Các thành tạo của phức hệ xâm nhập này có mức độ dập vỡ và
biến đổi cao. Hầu hết các khe nứt được lấp đầy bởi các khoáng vật thứ sinh: calcit,
zeolite, thạch anh, clorit, trong biến đổi mạnh biotit thường bị clorit hóa. Phức hệ này
gặp khá phổ biến ở nhiều cấu tạo Bạch Hổ, Ba Vì, Hồng Ngọc, Rạng Đông, Sư Tử
Đen, Sư Tử Vàng.

Phức hệ Cà Ná: tuổi Jura muộn, có phức hệ magma phát triển, đặc trưng là
granit thủy mica và biotit, thuộc loại Natri-kali, dư nhôm, silic và ít canxi. Đá bị dập vỡ
nhưng mức độ biến đổi thứ sinh yếu hơn so với hai phức hệ trên.
 Trầm tích Kainozoi
Trầm tích Eocene – Hệ tầng Cà Cối: hệ tầng này đặc trưng bởi trầm tích vụn thô
(cuổi sạn kết, cát kết đa khoáng, xen các lớp mỏng bột kết và sét kết hydromicacloritsericit), trầm tích có màu nâu đỏ, đỏ tím, tím lục, độ chọn lọc rất kém, đặc trưng
kiểu molas lũ tích lục tích lục địa thuộc các trũng trước núi creta-Paleocene-Eocene.
Chiều dày của hệ tầng có thể đạt tới 600m.
Trầm tích Oligocene dưới – Hệ tầng Trà Cú: trầm tích chủ yếu là sét kết, bột kết
và cát kết, có chứa các vỉa than mỏng và sét bôi, được tích tụ trong điều kiện sông hồ.
Đôi khi gặp các đá núi lửa, thành phần chủ yếu là porphyr diabas, tufbasal và gabbrodiabas. Đặc trưng tướng đá gồm 2 phần: phần trên chủ yếu là các thành tạo mịn và
phần dưới là thành tạo hạt thô. Hệ tầng này có tiềm năng chứa và sinh dầu khí rất cao.
Chiều dày của hệ tầng dao động từ 0 đến 800m.
Trầm tích Oligocene trên – Hệ tầng Trà Tân: đá của hệ tầng Trà Tân đôi chỗ
nằm bất chỉnh hợp trên hệ tầng Trà Cú. Theo thành phần thạch học và tài liệu địa chấn,
mặt cắt hệ tầng có thể chia thành ba phần: trên, giữa và dưới. Phần dưới với bề dày từ 0
đến 2000m gồm chủ yếu là cát kết hạt mịn đến thô, đôi chỗ sạn, cuội kết, xen sét kết
5


nâu đậm, nâu đen, bột kết. Phần giữa có bề dày nằm trong khoảng 0-1000m gồm chủ
yếu là sét kết nâu đậm, nâu đen, cát kết và bột kết. Phần trên bề dày thay đổi từ 0 đến
400m gồm chủ yếu là sét kết màu nâu, nâu đậm, nâu đen, rất ít sét màu đỏ, cát kết và
bột kết. Sét kết hệ tầng này có hàm lượng và chất lượng được tích tụ chủ yếu trong môi
trường đồng bằng sông, aluvi-đồng bằng ven bờ và hồ.
Trầm tích Miocene dưới – Hệ tầng Bạch Hổ: có thể chia làm hai phần: trên và
dưới. Phần dưới gồm chủ yếu là cát kết, bột kết, xen với các lớp sét kết màu xám, vàng
đỏ. Phần trên gồm chủ yếu là sét kết màu xám, xám xanh xen kẽ với cát kết và bột kết,
trên cùng là sét kết Rotalia có bề dày khoảng 50-150m. Sét kết Rotalia là tầng chắn khu
vực rất tốt cho toàn bể. Các trầm tích của hệ tầng được tích tụ trong môi trường đồng

bằng ven bờ - biển nông ở phần trên. Hệ tầng Bạch Hổ có chiều dày thay đổi từ 100
đến 1.500m.
Trầm tích Miocene giữa – Hệ tầng Côn Sơn: trầm tích chủ yếu là cát kết hạt thô
– trung, bột kết, xen kẽ với các lớp sét kết màu xám, nhiều màu dày 5 – 15m, lớp than
mỏng. Trầm tích của hệ tầng được thành tạo trong môi trường sông (aluvi) ở phía Tây,
đầm lầy – đồng bằng ven bờ ở phía Đông, Đông Bắc. Bề dày của hệ tầng này thay đổi
từ 250 – 900m. Tuy đá hạt thô của hệ tầng có khả năng thấm, chứa tốt nhưng chúng lại
nằm trên tầng chắn khu vực nên hệ tầng này và các tầng trẻ hơn của bể xem như không
có trển vọng chứa dầu khí.
Trầm tích Miocene trên – Hệ tầng Đồng Nai: trầm tích chủ yếu là cát hạt trung
xen kẽ với bột và các lớp mỏng sét màu xám hay nhiều màu, đôi khi gặp các vỉa
carbonat hoặc than mỏng. Môi trường trầm tích đầm lầy – đồng bằng ven bờ ở tầng này
từ 500 – 750m.
Trầm tích Pliocene – Đệ Tứ - Hệ tầng Biển Đông: trầm tích chủ yếu là hạt cát
trung – mịn với ít lớp mỏng bùn, sét màu xám nhạt chứa phong phú hóa đá biển và
glauconit thuộc môi trường trầm tích biển nông, ven bờ, một số nơi có gặp đá carbonat.
Bề dày khá ổn định trong khoảng 400 - 700m.
1.2 Giới thiệu về mỏ Ruby và giàn Ruby A
1.2.1 Mỏ Ruby
Trong mỏ Ruby, ở giàn khai thác RBDP-A chất lưu được khai thác từ 3 thành
hệ. Tầng cát nông nhất là tầng Miocene, tiếp theo đó là tầng Oligocene, và cuối cùng
là tầng đáy.
Các đặc trưng của chất lưu được xác định theo DSTs như sau:

6


Bảng 1.1: Các đặc trưng chất lưu của mỏ Ruby
Reservoir

MI-10

OL-04

OL-35/40

Basement

Pour point (deg C)

27

21

18

30

Wax content (wt%)

14.44

9.97

5.48

22.58

API Gravity

35.64

18.69

43.97

39

Sulphur content (wt
%)

0.11

0.16

0.24

0.06

Vicosity @40 deg C

0.511

469

4.541

5.53

Flash point (deg C)

<-35

<-35

<-35

<-35

Density @ 15 deg C

0.8462

0.9416

0.806

0.8295

Characterisation
factor

11.17

10.04

11.56

11.4

H2 S

-

-

-

-

Asphaltene Content
(wt%)

0.26

2.67

1.46

0.39

1.065

1.47

1.03

1.42

Copper

<1

<1

<1

<1

Potassium

1

<1

<1

3

Sodium

5

1

14

12

Vanadium

<1

3

1

3

Nickle

12

25

<1

<1

Total acid content
(mg KOH/100g)
Metal content (ppm)

7


Hình 1.3: Giàn khai thác Ruby A
Thiết bị bao gồm 1 giàn khai thác 4 chân với 1 sàn chính, các nhà trên giàn hầu
hết là để các thiết bị phụ trợ, các hệ thống xử lý, và 1 sàn chính. Giàn Ruby A thiết kế
là để không cần người và vận hành tự động, để có khả năng vận hành trên 7 ngày mà

không cần sự chăm lom và hỗ trợ.
Tuổi thọ thiết kế của các thiết bị là 25 năm và được thiết kế để đáp ứng các yêu
cầu cho công tác khoan và vận hành khai thác. Sự bảo vệ bằng catot cho các kết cấu để
đạt được tuổi thọ thiết kế như vậy thì được cung cấp bởi các anot thế.
Thiết bị xử lý được thiết kế để xử lý sơ bộ dầu chứa nhiều parafin cái mà chảy
tự do đến tàu FPSO cho quy trình xử lý cuối cùng để thu được dầu thương phẩm. Việc
kiểm tra giếng được thực hiện thường xuyên trên giàn bởi các nhà điều hành từ FPSO.

8


Vận chuyển công nhân từ FPSO đến giàn khai thác bằng tàu hoặc nếu thời tiết xấu thì
bằng máy bay trực thăng.
Trong suốt quá trình hoạt động vừa khoan vừa khai thác thì các kỹ thuật viên
điều hành sẽ ở trên giàn khoan để kết nối liên tục giữa giàn khoan với giàn khai thác để
kiểm tra giếng và xử lý bất kỳ vấn để nào có thể xảy ra.

9


CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC CƠ HỌC
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 cơ học.

Hình 2.1: Các phương pháp khai thác cơ học

Mục đích áp dụng giải 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

10


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.
ΔP = Pv – Pñ

[2.1]

Nhưng thực tế trong khai thác dầu trên thế giới, phương pháp tự phun thường
kéo dài trong vài năm đầu tiên của đời 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 thủy lực.

-

Truyền lực bằng điện năng.

-

Truyền lực bằng khí nén cao áp.

Dưới đây là một số phương pháp khai thác cơ học hiệu quả và phạm vi ứng
dụng của từng phương pháp trong công nghiệp khai thác dầu trên thế giới.
2.1 Phương pháp khai thác dầu bằng máy bơm piston cần
2.1.1 Bản chất của phương pháp.
Máy bơm cần truyền lực còn gọi là máy bơm cần kéo (hình 2.2) bao gồm thiết
bị trên bề mặt và thiết bị trong giếng. Thiết bị trong giếng bao gồm máy bơm cùng với
van hút 1 (cố định); van đẩy 2; máy bơm 3 và các ống dẫn. Ngoài ra thiết bị lòng giếng
còn có các bộ phận bảo vệ khác như thiết bị chống cát, chống khí xâm nhập, v.v…
được nối với miệng hút của máy bơm nhằm tăng khả năng làm việc của máy bơm trong
những trường hợp phức tạp (giếng có khí hoặc có cát).
Thiết bị bề mặt bao gồm động cơ, bộ phận chuyển đổi, đầu miệng giếng. Động
cơ được dùng để cung cấp chuyển động quay cho toàn bộ tổ hợp. Bộ phận chuyển đổi
chuyển hóa chuyển động quay của động cơ sang chuyển động tịnh tiến lên xuống .
Thanh cân bằng có chức năng trung chuyển năng lượng và thay đổi độ dài chuyển động
của tổ hợp máy bơm.

11


Hình 2.2: Phương pháp khai thác bằng piston cần
Tất cả các chi tiết được gia cố chắc chắn với một khung, gắn chặt trên nền bê
tông. Ngoài ra tất cả máy bơm cần kéo còn được trang bị thiết bị điều chỉnh bởi thiết bị
phanh hãm nhằm giữ cân bằng và tay quay ở vị trí cho trước bất kỳ. Điểm giao nhau
với tay quay có thể thay đổi khoảng cách tương đối so với tâm quay bởi sự hoán vị vị
trí của tay quay.
Máy bơm cần đẩy có xi lanh (buồng chứa sản phẩm) có độ dài từ 2m đến 4 m,

phía dưới có van ngược đóng vai trò như là van hút chất lỏng. Xi lanh treo trên cột ống
nâng, bên trong nó chứa pit tông có độ dài từ 1 đến 1,5 m. Pit tông có van ngược đóng
vai trò là van đẩy. Pit tông được nối trực tiếp với cần truyền lực. Khi pit tông chuyển
động lên, chất lỏng qua van hút và chảy vào xi lanh của máy bơm. Khi pit tông chuyển
động xuống dưới thì van hút đóng lại và van đẩy mở. Trong quá trình hút đẩy liên tục

12


như vậy chất lỏng khai thác sẽ nâng dần theo cột ống nâng lên miệng giếng và được
vận chuyển đến hệ thống thu gom.
2.1.2 Ưu điểm.
 Hoạt động an toàn, gặp ít sự cố trong quá trình khai thác.
 Cấu tạo đơn giản.
 Dễ dàng thay đổi tốc đồ khai thác.
 Chi phí tháo lắp, di chuyển thấp.
 Quá trình vận hành đơn giản, hiệu quả.
 Sử dụng được cho các giếng có lưu lượng nhỏ, khai thác tại nhiều tầng
sản phẩm, áp suất thấp, nhiệt độ thấp, dầu có độ nhớt cao.
2.1.3 Nhược điểm.

 Phải lắp đặt ở vị trí trung tâm giếng.
 Hệ thống bơm piston cần (nặng nề, cồng kềnh) không thích hợp khi
khai thác trên biển.

 Nhạy cảm với trường hợp dầu có nhiều parafin.
 Không thể sơn phủ lớp chống ăn mòn bên trong ống khai thác.
 Độ sâu thả bơm hạn chế bởi nồng dộ khí H2S.
2.1.4 Phạm vi ứng dụng.
Giải pháp này được áp dụng chủ yếu ở các mỏ của các nước thuộc Liên Xô cũ,

các mỏ ở Trung Cận Đông và các mỏ ở Mỹ. Các mỏ này, 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 ÷ 15 at. Bơm piston cần chỉ sử dụng hiệu quả trong
những giếng có lưu lượng khai thác ít hơn 70T/ngđ. Do điều kiện khai thác trên biển
bằng giàn cố định hay giàn vệ tinh có diện tích sử dụng nhỏ, nếu áp dụng phương pháp
này sẽ có nhiều điểm hạn chế so với các phương pháp cơ học khác.

13


2.2 Khai thác dầu bằng máy bơm thuỷ lực ngầm
2.2.1 Bản chất của phương pháp
Hiện nay trong công nghiệp khai thác dầu người ta sử dụng 2 loại máy bơm thuỷ
lực ngầm chính: Bơm đẩy thuỷ lực ngầm và bơm tia.
- 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 cột ống chống khai
thác, cung cấp năng lượng cho máy bơm, sau đó dòng chất lỏng mang năng lượng cùng
với dòng sản phẩm khai thác 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 gian giữa ống chống khai thác
và ống khai thác.
2.2.2 Ưu điểm
 Không cần lắp ở vị trí trung tâm giếng
 Không bị ảnh hưởng khi quỹ đạo giếng cong
 Dễ dàng thay đổi tốc độ phù hợp với lưu lượng của giếng

 Có thể khai thác với áp suất tương đối thấp và dầu có độ nhớt tương đối
cao
 Có thể khai thác nhiều tầng sản phẩm một lúc và khai thác trên biển
 Hạn chế ăn mòn
 Các hóa phẩm chống lắng đọng, chống ăn mòn có thể bơm cùng với
dòng chất lỏng mang năng lượng.
2.2.3 Nhược điểm

 Lưu lượng khai thác phải tương đối lớn

14


 Khả năng hư hỏng tương đối cao, khi sửa chữa phải sử dụng thiết bị cơ
học chuyên dụng

 Không áp dụng cho trường hợp sản phẩm có hàm lượng rắn cao
 Chi phí vận thường cao hơn dự tính
 Khó khăn trong việc xử lý phần rỉ sắt bên dưới paker
 Áp suất vận hành trên bề mặt cao
 Đòi hỏi khả năng vận hành cao và chuyên sâu.
2.2.4 Phạm vi ứng dụng
Phương pháp khai thác cơ học này chủ yếu được áp dụng ở những vùng mỏ trên
đất liền và ngoài biển của Liên Xô cũ, các vùng mỏ trên đất liền và thềm lục địa của
Mỹ, vùng Biển Bắc. Giếng khai thác bằng bơm thuỷ lực ngầm có sản lượng vừa và
trung bình, thường đạt 100m3/ngđ. Các vùng, mỏ kể trên có độ sâu tầng sản phẩm từ
1500 ÷ 2500m. Thân giếng có độ nghiêng trung từ 200 ÷ 300.
2.3 Phương pháp khai thác dầu bằng bơm ly tâm điện chìm
2.3.1 Bản chất của phương pháp
Về nguyên lý, bơm ly tâm để bơm đẩy chất lỏng từ giếng lên bề mặt không khác

so với các máy bơm đẩy thông thường. Tuy nhiên do kích thước cột ống chống khai
thác nhỏ và cần có cột áp lớn nên đã làm hạn chế việc sử dụng các loại máy bơm đẩy
khác. Máy bơm điện ly tâm ngầm đã khắc phục được những nhược điểm trên.
Máy bơm điện ly tâm ngầm gồm nhiều cấp hoạt động theo nguyên tắc ly tâm.
Mỗi khối có thể có tới 120 cấp. Động cơ điện được cung cấp điện năng nhờ hệ thống
cáp dẫn từ trên miệng giếng xuống. Điện áp được chuyển đổi nhờ hệ thống thiết bị điều
khiển. Tổ hợp máy bơm điện được thả xuống giếng thấp hơn mực thủy động khoảng
150-300m. Chất lỏng được đẩy vào cột ống nâng. Cáp điện được kẹp chặt ở phía ngoài
cột ống nâng.

15


Hình 2.3: Phương pháp khai thác bằng bơm ly tâm điện chìm
Bộ phận bảo vệ và động cơ điện là các chi tiết riêng biệt được nối thành một
khối liên kết. Trong trường hợp cần phải nâng chất lỏng khai thác từ các giếng sâu ta
có thể nối nhiều cấp máy bơm lại với nhau và có thể lên tới 400 cấp. Chất lỏng được
16


máy bơm hút vào sau đó đi qua các cấp của máy bơm với một áp lực bằng sức cản thủy
lực. Máy bơm điện ly tâm ngầm khác với các loại máy bơm khác ở chỗ sử dụng khối
lượng kim loại ít, có dải cột áp và lưu lượng làm việc rộng và có hệ số hiệu dụng cao.
Máy bơm điện ly tâm ngầm có khả năng bơm đẩy một khối lượng lớn chất lỏng và thời
gian giữa hai chu kỳ sửa chữa lớn. Nếu so sánh bơm điện ly tâm ngầm với máy bơm
cần kéo thì khả năng bơm chất lỏng của bơm điện ly tâm ngầm lớn hơn 8 lần so với
bơm cần kéo, với sản lượng tương ứng là 114,7 tấn/ngđêm và 14,1 tấn/ngđêm.
Tất cả máy bơm đều có đặc trưng làm việc ở dạng đường cong quan hệ giữa cột
áp và lưu lượng H(Q); hiệu suất và lưu lượng η(Q); công suất động cơ và lưu lượng
N(Q). Thông thường thì các mối quan hệ này cho trong khoảng giá trị làm việc của lưu

lượng hoặc trong dải rộng (hình 2.4).
Mỗi một máy bơm điện ly tâm ngầm có thể làm việc khi khoá van xả ở miệng
giếng (điểm А: Q = 0; H = Hmax) và khi không có đối áp trên miệng ra của máy bơm
(điểm В: Q = Qmax; H = 0). Công có ích của máy bơm tỷ lệ thuận với lưu lượng và cột
áp nên trong cả hai trường hợp trên thì công có ích và hiệu suất làm việc của máy bơm
đều bằng 0. Ở các quan hệ Q và H, giả sử tổn hao ma sát là nhỏ nhất thì hiệu suất làm
việc của máy bơm đạt 0,5 – 0,6. Thông thường máy bơm làm việc với lưu lượng chất
lỏng ít, đường kính nhỏ và số cấp nhiều thì hiệu suất rất thấp. Lưu lượng khai thác
được và công suất tương ứng với hiệu suất lớn nhất được gọi là chế độ làm việc tối ưu
của máy bơm.
Ở gần giá trị lớn nhất trong quan hệ hiệu suất và lưu lượng η(Q) giảm nhẹ, vì
thế ở các chế độ làm việc của máy bơm trong khoảng cho phép chỉ sai khác so với giá
trị tối ưu một vài giá trị nhỏ. Giới hạn sự chênh lệch phụ thuộc vào đặc trưng cụ thể
của máy bơm và phải tương ứng với sự giảm hiệu suất của máy bơm (từ 3-5%). Điều
này quy định vùng làm việc của máy bơm (vùng gạch chéo trên hình 2.4).

17