Các biện pháp nâng cao hiệu quả giếng khai thác bằng gaslift

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
a³b

HỌC VIÊN: NGUYỄN NGỌC TRUNG

CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ
GIẾNG KHAI THÁC BẰNG GASLIFT

CHUYÊN NGÀNH:

KỸ THUẬT KHOAN - KHAI THÁC
VÀ CÔNG NGHỆ DẦU KHÍ

MÃ SỐ NGÀNH:

605350

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 8 NĂM 2012


Cơng trình được hồn thành tại:

Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

TS. NGUYỄN HỮU NHÂN

Cán bộ chấm nhận xét 1:

………………………………………………..

Chữ ký:
Cán bộ chấm nhận xét 2:

………………………………………………..

Chữ ký:
Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM
Ngày 25 Tháng 07 năm 2012
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm
1……………………………………………………………………………………
2……………………………………………………………………………………
3……………………………………………………………………………………
4……………………………………………………………………………………
5……………………………………………………………………………………
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:

NGUYỄN NGỌC TRUNG MSHV:

09370619

Ngày, tháng, năm sinh:

02/05/1974

Chuyên ngành:

Kỹ thuật Khoan - Khai Thác và Cơng nghệ Dầu Khí

Mã số:

605350

Nơi sinh: HƯNG YÊN

TÊN ĐỀ TÀI: “CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ GIẾNG KHAI
THÁC BẰNG GASLIFT”
I.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

-

Nêu bật tính phổ biến và hiệu quả của phương pháp Gaslift áp dụng đối với các
giếng khai thác so với các phương pháp khác nhằm duy trì và nâng cao hệ số
thu hồi dầu.

-

Phân tích nguyên nhân và đề xuất các giải pháp để nâng cao hiệu quả làm việc
của giếng khai thác áp dụng Gaslift, đặc biệt đối với các mỏ có các giếng khai
thác có độ ngập nước tăng cao và công suất thiết bị hạn chế bằng cách tối ưu
hóa lượng khí bơm ép cũng như chế độ bơm ép nhằm nâng cao hiệu quả làm
việc giếng Gaslift.

II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ……...……….………….……………..………….
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: …….………………………….……….
IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN HỮU NHÂN – Trưởng phòng
Phát Triển Mỏ - Tổng Cty Thăm Dò Khai Thác Dầu Khí (PVEP).
Tp.HCM, ngày ….tháng …. năm 2012
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA ĐỊA CHẤT DẦU KHÍ


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả mọi người đã hướng dẫn, hỗ trợ,
giúp đỡ để tơi có thể hồn thành Luận văn này, xin cảm ơn các thầy cô trong

Khoa Địa Chất - Dầu Khí Trường Đại học Bách Khoa TPHCM; sự hợp tác của
anh Trương Thanh Thúy Sơn và anh Trịnh Bá Lợi, Cơng ty dầu khí Petronas
Viet Nam; sự tận tình hướng dẫn của tiến sĩ Nguyễn Hữu Nhân, Trưởng Phòng
Phát Triển Mỏ, Tổng Cty Thăm Dị Khai Thác Dầu Khí; sự hỗ trợ của anh
Nguyễn Thành Dũng, Giám Đốc Dự án Tê Giác Trắng, Liên doanh Điều hành
chung Hoàng Long… và trên hết, xin cảm ơn tất cả các thành viên trong gia
đình tơi, là động lực và là điểm tựa tinh thần không thể thiếu của tôi trong suốt
thời gian tơi tham gia khóa học và thực hiện luận văn này.
Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng chắc rằng luận văn vẫn cịn rất nhiều thiếu sót
cần khắc phục, tác giả rất mong nhận được các góp ý để luận văn được hoàn
thiện hơn nữa.
Xin cảm ơn!

TP.HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2012
Nguyễn Ngọc Trung


MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU ……………………………………………………………….

1

1

Giới thiệu đề tài, tình hình nghiên cứu và tính cấp thiết ………………….

1

2

Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu ……………………………..

3

3

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài …………………………………

4

4

Phương pháp nghiên cứu …………………………………………………

4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MỎ SAPPHIRE – BỒN TRŨNG CỬU
LONG …………………………………………………………………………..

5

1.1

Giới thiệu tổng quan về mỏ Shapphire ……………………………………

6

1.2

Đặc tính mỏ Sapphire ……………………………………………………..

7

1.3

Đặc điểm hoàn thiện giếng của mỏ Sapphire ……………………………..

9

1.4

Lịch sử phát triển và khai thác mỏ Sapphire ……………………………...

9

1.5

Hệ thống thiết bị khai thác của mỏ Shapphire ……………………………

10

CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT …………………………………………

12

Chuyển động của hỗn hợp khí – lỏng trong ống đứng và ống nghiêng …..

13

2.1.1 Khái niệm chung ………………………………………………….

13

2.1.2 Cấu trúc dịng chảy hỗn hợp khí lỏng ……………………………..

16

2.1.2.1 Cấu trúc nhũ ……………………………………………..

16

2.1.2.2 Cấu trúc dòng chảy nút hay dạng thanh …………………

17

2.1.2.3 Cấu trúc lõi khí …………………………………………..

17

2.1.3 Tính tốn chuyển động dịng nhiều pha trong giếng khai thác dầu..

20

Chế độ làm việc giếng Gaslift và phân tích các yếu tố chính ảnh hưởng
đến hiệu suất làm việc của giếng Gaslift ………………………………….

41

2.2.1 Chế độ làm việc giếng khai thác bằng Gaslift …………………….

41

2.2.1.1 Chế độ khai thác tối ưu ………………………………….

43

2.2.1.2 Chế độ khai thác tối đa …………………………………..

46

2.2.2 Phân tích các yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của
giếng Gaslift ……………………………………………………….

47

2.2.2.1 Tăng độ ngập nước ………………………………………

47

2.2.2.2 Sự thay đổi vận tốc tương đối của pha khí ………………

49

2.1

2.2


2.2.2.3 Độ sâu bơm ép khí …………………………………….…

50

2.2.2.4 Hệ số nhúng chìm ………………………………….…….

51

2.2.2.5 Đường kính ống nâng ……………………………………

53

CHƯƠNG 3: TỐI ƯU HÓA NHÓM GIẾNG KHAI THÁC ÁP DỤNG
GASLIFT ……………………………………………………………………….

55

3.1

Thiết kế giếng khai thác Gaslift cho mỏ Sapphire ………………………..

56

3.1.1 Các thông số khai thác của giếng 2P mỏ Sapphire ………………..

56

3.1.2 Phân tích khả năng cho dòng của giếng …………………………...

56

3.1.3 Xác định độ sâu tối đa khi bơm ép khí và thơng số tối ưu trong

khai thác bằng gaslift ……………………………………………...

58

3.1.4 Phân tích sự phụ thuộc của lưu lượng khai thác vào thể tích khí
nén …………………………………………………………………

60

Nâng cao hiệu quả làm việc giếng Gaslift ………………………………..

64

3.2.1 Tối ưu hóa chế độ làm việc giếng Gaslift …………………………

64

3.2.2 Tối ưu giếng Gaslift dựa trên kết quả khảo sát giếng ……………..

65

3.2.2.1 Khảo sát giếng bằng sóng âm đo mực chất lỏng trong
khoảng không vành xuyến và tăng độ sâu bơm ép khí......

65

3.2.2.2 Khảo sát áp suất trong ống khai thác .................................

69

3.2.3 Tối ưu giếng gaslift bằng thiết bị phân tán khí ……………………

72

Tối ưu hóa nhóm giếng Gaslift bằng Network Modeling ………….……..

76

3.3.1 Xây dựng mơ hình cho từng giếng riêng lẻ ……………………….

77

3.3.2 Xây dựng mơ hình cho nhóm giếng ……………………………….

83

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ………………………………………………....

91

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………………..

94

3.2

3.3


DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1

Sơ đồ mỏ Sapphire trên bồn trũng Cửu Long ……………………

6

Hình 1.2

Bản đồ cấu trúc tầng Miocene mỏ Sapphire ……………………..

7

Hình 1.3

Sơ đồ hồn thiện giếng mỏ Sapphire …………………………….

9

Hình 1.4

Sơ đồ mỏ Sapphire ……………………………………………….

10

Hình 1.5

Sơ đồ cơng nghệ trên giàn Sapphire-A (SPDP-A) ……………….

11

Hình 2.1

Biểu đồ xác định ranh giới chuyển đổi cấu trúc dịng chảy từ bọt
khí sang cấu trúc khơng xác định ………………………………..

Hình 2.2

18

Các chế độ chuyển động của hỗn hợp khí lỏng trong ống đứng (a)
và biểu đồ xác định vùng tồn tại chế độ dịng chảy khác nhau (b)..

19

Hình 2.3

Biểu đồ xác định tổn hao áp suất trong ống ……………………...

30

Hình 2.4

Quan hệ giữa hàm lượng khí thực và hàm lượng thể tích trong
dịng hỗn hợp ……………………………………………………..

30

Hình 2.5

Quan hệ giữa hàm lượng khí thực và số Reynold ………………..

36

Hình 2.6

Đồ thị xác định hệ số sức cản thủy lực …………………………...

39

Hình 2.7

Sự phụ thuộc lưu lượng khai thác Q vào lượng khí nén V ……….

41

Hình 2.8

Biểu đồ quan hệ giữa lưu lượng khí nén và lưu lượng dầu khai
thác ……………………………………………………………….

43

Hình 2.9

Sự phụ thuộc yếu tố khí riêng vào độ ngập nước theo thời gian.

48

Hình 2.10

Sự phụ thuộc hiệu suất giếng gaslift vào độ ngập nước sản
phẩm theo thời gian ……………………………………………..

48

Hình 2.11

Sự phụ thuộc vận tốc tương đối của pha khí theo độ ngập nước…

49

Hình 2.12

Sự phụ thuộc lưu lượng khai thác Q(V) vào hệ số nhúng chìm đối
với một cỡ ống nâng ……………………………………………...

52

Hình 2.13

Họ đường cong Q(V) đối với 2 cỡ ống nâng khác nhau …………

53

Hình 3.1

Mơ hình Black Oil ………………………………………………..

55

Hình 3.2

Quan hệ giữa lưu lượng dầu với áp suất sau côn …………………

56


Hình 3.3

Quan hệ giữa hàm lượng nước và áp suất vỉa ……………………

57

Hình 3.4

Vị trí lắp đặt Mandrels cho giếng 2P ……………………………..

59

Hình 3.5

Lưu lượng khí bơm ép tối ưu cho giếng ………………………….

60

Hình 3.6

Quan hệ giữa áp suất vỉa với hàm lượng nước
khi lưu lượng khí bơm ép là 0.5 MM scf/d ………………………

Hình 3.7

61

Quan hệ giữa áp suất vỉa với hàm lượng nước …………………..
khi lưu lượng khí bơm ép là 1 MM scf/d ………………………...

61

Hình 3.8

Biểu đồ kết quả khảo sát giếng Sappire 1P ………………………

64

Hình 3.9

Thiết bị đo mực chất lỏng ………………………………………..

65

Hình 3.10

Thiết kế Gaslift cho giếng 13P …………………………………..

66

Hình 3.11

Kết quả khảo sát giếng 13P ………………………………………

67

Hình 3.12

Giếng làm việc tại van số 5 ………………………………………

69

Hình 3.13

Giếng làm việc đồng thời tại nhiều vị trí …………………………

70

Hình 3.14

Lỗ thủng trên ống khai thác giếng 6PS …………………………..

71

Hình 3.15

Cấu trúc dispersion ……………………………………………….

72

Hình 3.16

Mơ hình nghiên cứu ………………………………………………

73

Hình 3.17

Sự phụ thuộc của ΔR theo đường kính và số lượng cơn của
dispersion …………………………………………………………

73

Hình 3.18

Kết quả thơng số giếng sau khi áp dụng thiết bị phân tán khí…….

74

Hình 3.19

Giao diện cơng cụ Prosper ..............................................................

76

Hình 3.20

Phần thơng tin Summary về giếng ……………………………….

77

Hình 3.21

Phần thơng tin về PVT data input ………………………………...

78

Hình 3.22

Phần thơng tin về IPR Data ………………………………………

78

Hình 3.23

Xây dựng đường đặc tính dịng vào ……………………………...

79

Hình 3.24

Phần thơng tin về Gaslift …………………………………………

79

Hình 3.25

Phần thơng tin về thiết bị …………………………………………

80

Hình 3.26

Phần thơng tin về Downhole equipment …………………………

80

Hình 3.27

Phần thơng tin về Analysic summary …………………………….

81

Hình 3.28

VPL/IPR matching ………………………………………………

81


Hình 3.29

Gradient matching ……………………………………………….

82

Hình 3.30

Gradient curve ……………………………………………………

82

Hình 3.31

Xây dựng PFD cho nhóm giếng ………………………………….

83

Hình 3.32

Network Modeling cho các giếng sẽ tối ưu Gaslift mỏ Sapphire…

84

Hình 3.33a

Kết quả chạyNetwork Modeling cho các giếng mỏ Sapphire với
thông số thiết kế ban đầu …………………………………………

85

Hình 3.33b

Lượng khí nén thiết kế cho các giếng mỏ Sapphire ……………...

86

Hình 3.33c

Lượng dầu thu hồi sau khi chạy Network Modeling cho các giếng
mỏ Sapphire với thông số thiết kế ban đầu ………………………

86

Hình 3.34a

Thơng số khí nén tối ưu sau khi chạy Network Modeling ……….

87

Hình 3.34b

Lượng khí nén ở chế độ tối ưu …………………………………...

87

Hình 3.34c

Lượng dầu thu hồi ở chế độ tối ưu ……………………………….

88

Hình 3.35

Lượng khí nén cho các giếng trước và khi tối ưu ………………..

88

Hình 3.36

Lượng dầu thu được cho các giếng trước và khi tối ưu ………….

89

Hình 3.37

Kết quả tối ưu cho nhóm giếng Gaslift sau khi chạy Network
Modeling ………………………………………………………….

89

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1.1

Tóm tắt kết quả thử vỉa của mỏ Sapphire ………………………...

8

Bảng 3.1

Kết quả thiết kế van Gaslift giếng Sapphire 2P …………………..

58

Bảng 3.2

So sánh lưu lượng trước và sau khi áp dụng gaslift cho Giếng 2P
tại Pv=1900 ……………………………………………………….

Bảng 3.3

62

So sánh lưu lượng trước và sau khi áp dụng gaslift cho giếng 2P
tại Pv=1700 ……………………………………………………….

62

Bảng 3.4

Sự phụ thuộc thời gian khảo sát vào lưu lượng …………………..

63

Bảng 3.5

Kết quả khảo sát giếng Sappire 1P ……………………………….

63

Bảng 3.6

Độ sâu đặt van Gaslift giếng 13P ………………………………...

67

Bảng 3.7

Kết quả chạy mơ hình tối ưu cho nhóm giếng Gaslift mỏ
Sapphire …………………………………………………………..

85

LỜI MỞ ĐẦU
1.

Giới thiệu đề tài và tính cấp thiết
Dầu khí là nguồn năng lượng và là nguyên liệu chủ đạo mang tính chiến lược

của mỗi quốc gia nói riêng và trong nền kinh tế thế giới nói chung. Đối với nước ta,
dầu khí là một ngành cơng nghiệp mũi nhọn trong cơng cuộc cơng nghiệp hóa và
hiện đại hóa đất nước, lợi nhuận thu được từ dầu và các sản phẩm của dầu chiếm
đến gần 28% tổng thu nhập quốc gia.
Tuy nhiên, do trữ lượng của mỏ là có hạn, việc nghiên cứu và đưa ra những
giải pháp kịp thời để tăng hệ số thu hồi, kéo dài tuổi thọ mỏ nhằm khai thác nguồn
tài nguyên này một cách hợp lý và hiệu quả nhất mang tính cấp thiết và có ý nghĩa
thực tiễn cao. Hầu hết các giếng trong thời gian đầu đều khai thác ở chế độ tự phun
nhờ năng lượng tự nhiên của vỉa. Tuy nhiên, theo thời gian, năng lượng vỉa giảm
dần, các giếng đã bị ngập nước ngừng tự phun và phần lớn chuyển sang khai thác
thứ cấp bằng phương pháp gaslift. Thực tế đã chứng minh gaslift là phương pháp
khai thác có nhiều ưu điểm, mang lại độ tin cậy và hiệu quả kinh tế cao trong điều
kiện khai thác tại các mỏ Bạch Hổ, Rạng Đông, Ruby, Sư Tử Đen, Sư Tử Vàng, Tê
Giác Trắng … với số giếng khai thác áp dụng gaslift chiếm khoảng 50 đến 70% trên
tổng quỹ giếng.
Đã có rất nhiều cơng trình nghiên cứu về vấn đề nâng cao hiệu quả khai thác
dầu bằng phương pháp Gaslift tại Việt Nam cũng như trên thế giới của các nhà khoa
học như Phùng Đình Thực, Lê Bá Tuấn, Nguyễn Văn Cảnh, Nguyễn Thúc Kháng,
Tống Cảnh Sơn, Nguyễn Hữu Nhân, Karimov M.M. Ivanov A.N. và nhiều tác giả
khác…trong đó đã đưa ra các đề xuất, giải pháp mang lại hiệu quả thực tế rất cao và
đã được kiểm chứng sau khi áp dụng vào thực tế tại mỏ Bạch Hổ, lô 09.1 thuộc bể
Cửu Long, thềm lục địa Việt Nam.

- “Cơ sở lựa chọn phương pháp khai thác cơ học trong điều kiện mỏ Bạch
Hổ” của TSKH. Phùng Đình Thực, TS. Lê Bá Tuấn.
Trang 1


Các tác giả đã tiến hành nghiên cứu nhằm đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ
thuật các phương pháp khai thác cơ học áp dụng tại mỏ Bạch Hổ. Các tác
giả đã chỉ ra rằng trong điều kiện nhiệt động học phức tạp: áp suất, nhiệt độ
vỉa lớn, dầu chứa nhiều paraffin và điều kiện khai thác ngoài khơi Việt
Nam Gaslift là phương pháp khai thác cơ học tối ưu, có hiệu quả kinh tế kỹ thuật và độ tin cậy cao so với những phương pháp khác. Tuy nhiên việc
áp dụng Gaslift cũng gặp nhiều phức tạp như hiệu suất làm việc giảm theo
thời gian, xuất hiện hiện tượng xung động trong ống khai thác…Do vậy
cần tiến hành các nghiên cứu để nâng cao hiệu suất làm việc của giếng
Gaslift.

- “Tối ưu hóa Gaslift tại mỏ Bach Hổ” của TSKH. Karimov M.M., Ivanov
A.N., KS Nguyễn Văn Cảnh.
Nghiên cứu chỉ ra rằng quỹ giếng khai thác Gaslift không ngừng tăng tại
mỏ Bạch Hổ và góp phần duy trì đảm bảo sản lượng khai thác. Tuy nhiên
khi độ ngập nước tăng thì hiệu suất làm việc giếng Gaslift giảm rõ rệt,
trong đó yêu tố khi riêng tăng từ 150m3/tấn lên 240 m3/tấn. Tác giả chỉ ra
rằng để nâng cao hiệu quả làm việc giếng khai thác bằng Gaslift đã tiến
hành nghiên cứu áp dụng các phương pháp sau:
• Tối ưu hóa lưu lượng khí nén cho giếng khai thác Gaslift;
• Tối ưu hóa độ sâu lắp đặt van Gaslift;
• Thay thế van Gaslift;
• Chuyển chế độ khai thác giếng từ Gaslift liên tục sang giếng khai
thác Gaslift theo chu kỳ.
Kết quả nghiên cứu cho thấy việc tối ưu hóa giếng khai thác Gaslift đã tăng
lưu lượng giếng từ 4-7 tấn/ngày, giảm yếu tố khí riêng từ 2 đến 7 m3/tấn.

- “Nâng cao hiệu quả làm việc giếng khai thác Gaslift bằng phương pháp lý
- hóa” của TS. Nguyễn Thúc Kháng, TS. Chubanov O.B., TS. Karimov.

Trang 2


Nghiên cứu chỉ ra rằng trong điều kiện khai tại mỏ Bạch Hổ với hàm lượng
ngập nước từ 40 đến 62% hiệu suất làm việc giếng Gaslift giảm rõ rệt do
xuất hiện tượng tạo nhũ dầu khí nước với độ nhớt tăng đột biến khi chuyển
động trong ống khai thác. Tác giả chứng minh rằng với việc áp dụng
phương pháp lý - hóa sẽ tối ưu hóa tính chất lưu biến và cấu trúc dòng chảy
và nâng cao hiệu suất làm việc giếng Gaslift, tăng lưu lượng khai thác
20~30 m3/ngày và giảm yếu tố khí riêng 30~50 m3/tấn.
Tuy nhiên, trong quá trình áp dụng Gaslift vào thực tế sản xuất cho thấy hiệu
quả làm việc giếng khai thác gaslift giảm theo thời gian và khi xuất hiện các phức
tạp trong quá trình khai thác, đặc biệt, khi độ ngập nước tăng trên 20%, hiệu quả
làm việc giếng gaslift giảm rõ rệt dẫn đến tăng yếu tố khí riêng R (thể tích khí nén
để nâng 1 đơn vị chất lưu khai thác) và tăng nguồn khí yêu cầu cung cấp cho toàn
mỏ. Một vài giếng chưa làm việc ở chế độ khai thác tối ưu, độ sâu bơm ép khí
khơng đạt so với thiết kế ban đầu, sản lượng dầu thu được thấp, hiệu quả sử dụng
khí nén chưa cao, việc tối ưu hóa hệ thống chưa được đầu tư nghiên cứu đúng
mức.... những vấn đề đó cần được tiếp tục khắc phục và nghiên cứu nhiều hơn nữa.
2.

Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu là xây dựng mơ hình dịng chảy trong ống khai thác, đặc

biệt là mơ hình cơ học cho dịng chảy nhiều pha, từ đó hiệu chỉnh các mơ hình này
cho phù hợp với kết quả phân tích PVT trong phịng thí nghiệm và dữ liệu đo PVT

trong quá trình khai thác. Sau đó dùng mơ hình đã hiệu chỉnh để theo dõi, đánh giá
hoạt động của các giếng khai thác khác trong cùng khu vực.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: cơ sở lý thuyết và ứng dụng mơ hình trên
được áp dụng cho các giếng Gaslift mỏ Sapphire – bồn trũng Cửu Long. Từ những
số liệu thực tế, mơ hình các giếng Gaslift trong mỏ Sapphire cũng như hệ thống
thiết bị bề mặt sẽ được xây dựng dựa trên các Modules chính của phần mềm
Petroleum Experts IPM như sau:

Trang 3


• PROSPER: dùng để mô phỏng các giếng đang khai thác áp dụng Gaslift
trong mỏ Sapphire
• GAP: dùng để build Network Modeling nhằm xây dựng mối liên kết các
giếng trong mỏ Sapphire.
3.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học của đề tài: nghiên cứu bản chất và phương pháp tối ưu chế

độ làm việc cho từng giếng và hệ thống giếng gaslift bằng phần mềm Petroleum
Experts IPM, từ đó áp dụng phương pháp mơ phỏng để tối ưu hóa cho các giếng
làm việc trong hệ thống.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: áp dụng kết quả mô phỏng bởi phần mềm
Petroleum Experts IPM để tối ưu hóa cho cụm giếng gaslift trong hệ thống hiện tại
của mỏ Sapphire.
4.

Phương pháp nghiên cứu
• Nghiên cứu và phân tích tổng quan áp dụng phương pháp khai thác dầu bằng

gaslift tại Việt Nam.
• Nghiên cứu, phân tích chế độ làm việc, các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất
của giếng khai thác gaslift.
• Nêu ra các giải pháp nhằm tối ưu và nâng cao hiệu quả làm việc giếng khai
thác gaslift.
• Tối ưu hóa nhóm giếng gaslift bằng network modeling nhằm thu được lượng
dầu tối đa trong điều kiện tổng lượng khí nén và cơng suất máy nén bị giới
hạn.
• Trong q trình nghiên cứu, bộ phần mềm Petroleum Experts IPM được sử
dụng như những công cụ chủ đạo trong suốt quá trình thực hiện luận văn
này.

Trang 4


CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ MỎ SAPPHIRE - BỒN CỬU LONG

Trang 5


1.1 Giới thiệu về mỏ Shapphire
Trên bể Cửu Long thềm lục địa Việt Nam, sau mỏ Bạch Hổ thuộc lô 09.1 của
LDDK Vietsovpetro, mỏ Sapphire là một trong những mỏ được phát hiện và đưa
vào khai thác sớm nhất bởi nhà đầu tư nước ngồi. Hợp đồng dầu khí (PSC) được
Tổng cơng ty Dầu khí (tiền thân của Petro Vietnam) ký với nhà đầu tư nước ngồi
vào năm 1991.

Hình 1.1 – Sơ đồ mỏ Sapphire trên bồn trũng Cửu Long

Về vị trí địa lý, mỏ Sapphire nằm cách thành phố Vũng Tàu khoảng 155km về phía
Tây Bắc, có mực nước biển sâu bình qn 50m. Diện tích ban đầu của Lơ là 13.101
km2. Q trình thăm dị thẩm lượng chia làm hai giai đoạn: giai đoạn 1 từ 9/1991
đến 9/1995 và giai đoạn 2 từ 9/1995 đến 9/1996. Trong giai đoạn 1, nhà điều hành
đã thu nổ được 12,742 km địa chấn 2D và 264 km2 địa chấn 3D, tiến hành khoan 10
giếng và thành công 7 giếng. Kết thúc giai đoạn 1, nhà điều hành trả lại 50% diện
tích, còn giữ lại 6.550 km2 để triển khai tiếp giai đoạn 2. Trong giai đoạn 2, nhà
điều hành đã cho công bố thương mại mỏ Sapphire vào tháng 8/1995 với diện tích
giữ lại để phát triển mỏ là 272 km2.

Trang 6


1.2 Đặc tính mỏ Sapphire
Các cấu trúc của mỏ nằm ở phần Tây Nam của Lô là các cấu trúc lớn nhất. Bồn
trũng Cửu Long và cấu trúc chính của nó có hướng Đơng Bắc – Tây Nam trong khi
các cấu trúc của mỏ Sapphire cũng có hướng tương tự, được tạo nên bởi các đứt gãy
thuận (trượt theo hướng đổ của các đứt gãy). Hầu hết các đứt gãy xác định cấu trúc
đều kết thúc hoạt động trong thời gian Oligocene sớm trong khi các cấu trúc
Sapphire được hình thành sớm trong q trình lắng đọng trầm tích tạo nên tập sét D
tuổi Oligocene.
Tuy nhiên, vẫn có các hoạt động đứt gãy yếu trong thời kì Miocene muộn. Thành
phần thạch học của đá móng trong mỏ Sapphire chủ yếu là Granite, thành phần
thạch học thứ yếu là quartz, monzonite, quartz monzodiorite, monzodiorite, diorite
và các thể xâm nhập.

108° 27'
10° 36.00'

108° 42'

10° 36.00'
DIAMOND

AZURITE

TURQUOISE
MOONSTONE
ZIRCON

RBDP-B

RUBY
RB-3X

RB-8P
RB-4P
RB-3P RB-5P RB-5PWO-ST
RB-1X
RB-10P
RB-9P
RB-1P
PEARL-1
RB-2P
RB-4X
RB-2X
EMERALD-2X

BL
O
CK

EMERALD-1

108° 42'
10° 23'

TOPAZ-1
OLIVINE

01

RB-7P

RBDPA

TOPAZ NORTH

02

EMERALD

N

JADE-1
BL
OC
K

JADE SW

10.5 KM
108° 27'
10° 04'

108° 28.6'
10° 04'

Hình 1.2 - Bản đồ cấu trúc tầng Miocene mỏ Sapphire

Trang 7


Bảng 1.1 - Tóm tắt kết quả thử vỉa của mỏ Sapphire

Trang 8


1.3 Đặc điểm hoàn thiện giếng của mỏ Sapphire
Các giếng mỏ Sapphire thường được hoàn thiện đơn hoặc hoàn thiện kép tùy thuộc
vào số lượng đối tượng khai thác.

Hình 1.3 – Sơ đồ hoàn thiện giếng mỏ Sapphire

1.4 Lịch sử phát triển và khai thác mỏ Sapphire
Mỏ Sapphire được phát hiện và công bố thương mại vào đầu năm 1995. Đến cuối
năm 1998, các giếng trên giàn Sapphire-A bắt đầu cho dòng dầu đầu tiên về tàu
FPSO, mỏ Sapphire bắt đầu đưa vào khai thác. Năm 2002, báo cáo đánh giá trữ
lượng (RAR) cho mỏ Sapphire được phê duyệt bởi Hội đồng trữ lượng quốc gia.
Đến cuối năm 2003, kế hoạch phát triển toàn mỏ Sapphire (FFDP) được phê duyệt.
Năm 2005, nhà điều hành tiếp tục phát triển dự án mở rộng mỏ Sapphire bằng cách

Trang 9


xây dựng và đưa giàn Sapphire-B (SPDP-B) vào vận hành. Hiện nay, mỏ Sapphire
chủ yếu khai thác dầu từ Miocene và một ít từ tầng móng.

SPDP-B

SPDP-A
FPSO

SPDP-B

SPDP-A

FPSO

Hình 1.4 - Sơ đồ mỏ Sapphire

1.5 Hệ thống thiết bị khai thác của mỏ Shapphire
Hệ thống thiết bị chính trên mỏ Shapphire bao gồm:
-

Giàn đầu giếng Sapphire-A (SPDP-A);

-

Giàn đầu giếng Sapphire-B (SPDP-B);

-

Tàu FPSO: tàu FPSO này đảm nhận xử lý sản phẩm khai thác của mỏ
Shapphire cũng như sản phẩm của các mỏ khác trong Lô chuyển về.

Hiện tại, sản phẩm khai thác từ giàn đầu giếng SPDP-B sẽ được đưa về giàn SPDPA qua tuyến đường ống ngầm 10” dài khoảng 3.3km, sau đó sẽ hịa chung với dầu
từ SPDP-A và đưa về xử lý tại tàu FPSO bằng đường ống ngầm mềm 10” dài
1.5km. Dầu thương phẩm của mỏ Sapphire sau khi qua hệ thống xử lý sẽ được xuất
bán trực tiếp.
Ở giai đoạn đầu, tất cả các giếng trên giàn Sapphire-A đều khai thác tự phun bằng
năng lượng tự nhiên của vỉa. Đến năm 2003, nhà điều hành mới áp dụng phương
pháp Gaslift cho các giếng khai thác trên giàn này. Do được đưa vào khai thác sớm
từ năm 2003 nên hệ thống Gaslift trên giàn Sapphire-A hoạt động theo nguyên tắc

Trang 10


khép kín nội bộ, nghĩa là các giếng trên giàn sẽ cung cấp khí vào hệ thống Gaslift.
Khí nén sau khi đã được xử lý sẽ được máy nén nén ngược vào các giếng trên giàn
(hình 1.5).

Hình 1.5 - Sơ đồ công nghệ trên giàn Sapphire-A (SPDP-A)

Hiện nay, 11 trên tổng số 13 giếng khai thác trên giàn Sapphire-A bắt buộc phải sử
dụng gaslift mới có thể cho dịng. Hai giếng còn lại khả năng tự phun cũng rất yếu
và dự kiến sẽ phải áp dụng gaslift từ quý 4 năm nay. Hơn một nửa quỹ qiếng khai
thác có độ ngập nước trên 20%, cá biệt giếng 7P có độ ngập nước lên đến hơn 80%.
Công suất của hệ thống Gaslift trên giàn Sapphire-A chỉ giới hạn trong khoảng từ
4.5-5.0 triệu bộ khối khí /ngày với áp suất nén khoảng 105-110 Bar. Các tính tốn
đã chỉ ra rằng, để duy trì và có thể nâng cao sản lượng khai thác trên giàn SapphireA, cần nâng công suất hệ thống Gaslift lên đạt mức tối thiểu là 7 triệu bộ khối/ngày,

quá trình nâng cấp hệ thống thiết bị này mất khoảng 2-3 năm và cần phải đầu tư một
khoản chi phí lên đến hơn 20 triệu Mỹ kim. Dựa trên bối cảnh thực tế này, vấn đề
tính tốn tối ưu các thông số chế độ khai thác cho từng giếng và phân bổ nguồn khí
bị giới hạn cho hệ thống nhằm duy trì hoặc gia tăng lượng dầu thu hồi là rất hợp lý,
cần thiết đã và đang được triển khai tại mỏ Sapphire.
Trang 11


CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Trang 12


2.1

Chuyển động của hỗn hợp khí – lỏng trong ống đứng và ống nghiêng

2.1.1 Khái niệm chung
Chuyển động của hỗn hợp có khí hồ tan trong chất lỏng là một trường hợp tổng
quát của chuyển động hỗn hợp khí - lỏng. Bởi vì lượng khí hịa tan trong một đơn vị
thể tích chất lỏng phụ thuộc vào áp suất nên trong chuyển động của hỗn hợp có sự
thay đổi của áp suất thì thể tích và khối lượng khí tự do cũng như khối lượng và tỷ
trọng của chất lỏng cũng bị thay đổi rất nhiều.
Trong khai thác dầu, để tính tốn tổn hao cột áp trong giếng, ta cần phải tính tốn tỷ
trọng trung bình của hỗn hợp khí - lỏng chuyển động trong giếng. Tổn hao cột áp do
chuyển động của hỗn hợp khí - lỏng trong giếng sẽ khác biệt so với chuyển động
trong giếng chỉ có đơn thuần chất lỏng. Sự khác biệt nhiều hay ít phụ thuộc vào hàm
lượng khí hồ tan trong chất lỏng. Sau đây sẽ trình bày một số khái niệm liên quan.
Hàm lượng thể tích khí trong một đơn vị thể tích của hỗn hợp ϕK là hàm lượng khí

thực, được xác định như là tỷ lệ về tiết diện ngang bị chiếm chỗ bởi pha khí với
tồn bộ tiết diện ngang của ống mà trong đó dịng hỗn hợp khí -lỏng chuyển động
trên một đoạn ống nào đó có đặc trưng trung bình.
Với khái niệm trên ta xác định được hàm lượng pha lỏng thực ϕL trong chuyển
động của hỗn hợp:
ϕL = 1 − ϕK

Khi đó biểu thức đối với khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí lỏng chuyển
động trong ống ρhh sẽ có dạng sau:
ρ hh = ρ L (1 − ϕ K ) + ρ K ϕK

Trong đó:

(2.1)

ρL - khối lượng riêng (mật độ) của chất lỏng;
ρK - khối lượng riêng của khí.

Trang 13


Trong một số trường hợp, khối lượng riêng giả định của hỗn hợp có thể được sử
dụng cho các tính toán gần đúng khi đưa vào khái niệm hàm lượng thể tích pha lỏng
β L và pha khí β K .
ρ hh = β Lρ L + β K ρ K , β L = 1 − β K

Trong chuyển động của hỗn hợp khí lỏng, vận tốc tương đối được hiểu là sự chênh
lệch giữa vận tốc thực của pha lỏng và pha khí.
Biểu thức vận tốc thực của pha lỏng và pha khí được biểu diễn dưới dạng sau:
υL =

QL
Q
, υK = K
F(1 − ϕ K )
Fϕ K

Trong đó:

(2.2)

QK, QL - lưu lượng trung bình của pha khí và pha lỏng;
F - tiết diện ngang của ống.

Khi đó vận tốc chuyển động tương đối của các pha (vận tốc trượt) có thể được xác
định như sau:
υ tđ = υ K − υ L =

QL QK 1
1
G
1
) = υ qL (
)
(
−
−
F Q L ϕK 1 − ϕ K
ϕK 1 − ϕK

(2.3)

Ở đây υ qL = Q L / F - vận tốc quy đổi của chất lỏng.
Vận tốc quy đổi của chất khí được viết dưới dạng:

υ qK = Q K / F

Quan hệ QK/QL được gọi là yếu tố khí G. Với ký hiệu như vậy thì từ biểu thức
(2.3) có thể viết ở dạng:
υtđ
G
1
=
−
υqL ϕ K 1 − ϕ K

(2.4)

Từ phân tích các biểu thức đã nêu trên, ta thấy rằng nếu υtđ = 0 thì ta có:

Trang 14


ϕK =

G
QK / Q L
QK
=
=

1 + G 1 + Q K / Q L QK + QL

(2.5)

Biểu thức Q K /(Q K + Q L ) gọi là hàm lượng lưu lượng khí. Khi υtđ = 0 thì có thể viết
lại biểu thức (2.1) như sau:
ρ hh = ρ K

ρ Q − ρL Q L
QK
QK
+ ρ L (1 −
)= K K
QK + QL
QK + QL
QK + QL

(2.6)

Nếu υtđ ≠ 0 thì từ biểu thức (2.3) cùng với các dữ kiện trong (2.2) chúng ta có:
ϕK
υ
Q K ϕ K (υ tđ + υL )
=
=
(1 + tđ )
QL
υl (1 − ϕ K )
1 − ϕK
υL

(2.7)

Từ đó ta có:
ϕK =

QK
Q K + Q L (1 +

υtđ
)
υL

Trong trường hợp đó khối lượng riêng của hỗn hợp được viết dưới dạng:
ρ hh = ρ L [1 −

QK
QK
] + ρK
Q K + Q L (1 + υ tđ / υL )
Q K + Q L (1 + υ tđ / υL )

(2.8)

Từ kết quả phân tích các biểu thức (2.5) - (2.8) rõ ràng rằng sự tồn tại vận tốc tương
đối của khí gây ra sự trượt khí, làm giảm hàm lượng khí thực và tăng khối lượng
riêng của hỗn hợp.
Trong các cơng trình nghiên cứu của nhiều tác giả đã được tiến hành theo các
hướng nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để xác định vận tốc tương đối chuyển
động của hỗn hợp khí lỏng trong ống. Về cơ bản, những nghiên cứu này đã tìm

được hàm lượng thể tích thực của các thành phần tham gia chuyển động cũng như
khối lượng riêng hỗn hợp của chúng.
Những kết quả nhận được cho phép đánh giá tổn hao thủy lực các thành phần trong
dòng chảy. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng, trong trường hợp dầu có độ nhớt cao thì tổn
Trang 15


hao thủy lực có thể gần bằng áp suất thủy tĩnh.
Dịng chảy dạng bọt khí là một trong những trường hợp riêng kể trên. Có một lượng
khí nhỏ dạng bọt khí len lỏi trong chất lỏng vượt lên trên chất lỏng. Vận tốc tương
đối của bọt khí phụ thuộc vào các thành phần, như là lực Acsimet tác dụng lên nó;
độ nhớt của mơi trường mà nó chuyển động, các tính chất vật lý của biến phân chia
các pha và các yếu tố lý -hóa khác. Các nghiên cứu thực nghiệm về chuyển động
của hỗn hợp khí - lỏng cho ta thấy chúng có tính quy luật rất phức tạp, tn theo q
trình nổi của bọt khí.
Số lượng đáng kể các thành phần ảnh hưởng đến vận tốc trượt của bọt, do đó cần
thiết phải nghiên cứu các trường hợp riêng biệt. Cũng như các quan hệ lý thuyết,
các trường hợp riêng về chuyển động của bọt khí trong điều kiện tổng quát, rất ít
được sử dụng do việc xác định các tham số của quá trình riêng rất phức tạp.

2.1.2 Cấu trúc dịng chảy hỗn hợp khí lỏng
Việc nghiên cứu chi tiết dòng chảy hỗn hợp chất lỏng - chất khí nhờ các thiết bị thí
nghiệm hiện đại cho phép thiết lập các dạng chuyển động của dòng hai pha. Cấu
trúc dịng hai pha chất khí và chất lỏng được xác định bởi nhiều thông số như là vận
tốc chuyển động của hỗn hợp, độ nhớt, khối lượng riêng và các tính chất lý -hố
khác của các thành phần trong hỗn hợp chuyển động. Tuy nhiên, đối với những
trường hợp nghiên cứu cụ thể, phần lớn những nhà nghiên cứu đã chia thành ba loại
cấu trúc dòng chảy cơ bản.
2.1.2.1 Cấu trúc nhũ
Đây là cấu trúc bọt khí nhỏ, tồn tại trong vùng mà ở đó chuyển động của pha khí có

dạng bọt khí có kích thước và hình dạng khác nhau phân bố tương đối đồng đều
trong pha lỏng. Đối với cấu trúc dịng chảy dạng bọt khí thì vận tốc tương đối của
pha khí và pha lỏng có giá trị nhỏ. Vận tốc tương đối trung bình của bọt khí có giá
trị khoảng từ 0,01 đến 0,02 m/s, cịn ở phần trên thì nó có giá trị khoảng 0,3 đến 0,4
m/s.
Trang 16