Nghiên cứu đề xuất các giải pháp kỹ thuật, công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng hệ thống bơm ly tâm ép vỉa 16 2000 1400 trên giàn rp 3 mỏ rồng

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
-------------------------------

LÊ QUANG BÌNH

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT,
CÔNG NGHỆ NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG HỆ
THỐNG BƠM LY TÂM ÉP VỈA УЭЦПК 16-2000-1400 TRÊN
GIÀN RP-3 MỎ RỒNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị mỏ dầu khí
Mã số: 60.52.12

Người hướng dẫn khoa học
PGS. TS. CAO NGỌC LÂM

PHỤ BÌA TRANG
Hà Nội – 2007


2

LỜI CAM ĐOAN
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Các kết quả
nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được cơng bố trong bất kỳ

cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn

Lê Quang Bình


3

MỤC LỤC
Mục lục
trang
Trang phụ bìa……………………………………………………..………………. 1
Lời cam đoan ............................................................................................................... 2 
Mục lục........................................................................................................................ 3 
Danh mục các từ viết tắt.............................................................................................. 6 
Danh mục các bảng ..................................................................................................... 7 
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ...................................................................................... 8 
Mở đầu ......................................................................................................................11 
Chương 1- TỔNG QUAN VỀ VẬN HÀNH, SỬ DỤNG CÁC TRẠM BƠM ÉP
VỈA TẠI CÁC GIÀN KHAI THÁC MỎ BẠCH HỔ VÀ MỎ RỒNG ....................15 
1.1. Tổng quan về hệ thống bơm ép nước .............................................................15 
1.1.1. Hệ thống bơm ép nước trên Thế giới.......................................................15 
1.1.2. Hệ thống bơm ép nước tại mỏ Bạch Hổ và Rồng ....................................17 
1.2. Lý thuyết về các chế độ vận động của vỉa ....................................................24 
1.2.1. Chế độ áp lực nước ..................................................................................24 
1.2.2. Chế độ khí hịa tan ...................................................................................25 
1.2.3. Chế độ áp lực khí .....................................................................................25 
1.2.4. Chế độ đàn hồi .........................................................................................26 
1.2.5. Chế độ trọng lực ......................................................................................26 
1.3. Đặc trưng cơ bản của q trình bơm ép ........................................................26 

1.3.1. Bơm ép ngồi vành đai vùng chứa dầu....................................................29 
1.3.2. Bơm ép nước tại vành đai vùng chứa dầu ...............................................30 
1.3.3. Bơm ép nước trong vành đai vùng chứa dầu ...........................................30 
1.4. Hiện trạng sử dụng máy bơm nước ép vỉa tại mỏ Bạch hổ và mỏ Rồng ......35 
1.4.1. Hiện trạng sử dụng máy bơm Pittông trong công nghệ duy trì áp suất vỉa
tại mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng.............................................................................35 
1.4.2. Hiện trạng sử dụng máy bơm ly tâm trong cơng nghệ duy trì áp suất vỉa
tại mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng..............................................................................36 


4

Chương 2 - LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ BƠM LY TÂM .......................................47 
2.1. Khái niệm chung.............................................................................................47 
2.2. Lý thuyết cơ bản về bơm ly tâm .....................................................................49 
2.2.1. Phương trình cơ bản của bơm ly tâm.......................................................49 
2.2.2. Cột áp thực tế của bơm ly tâm .................................................................53 
2.2.3. ảnh hưởng của kết cấu cánh dẫn đến cột áp của bơm ly tâm ..................56 
2.2.4. Lưu lượng của bơm ly tâm ......................................................................62 
2.2.5. Sự phụ thuộc của lưu lượng, cột áp, cơng suất của bơm với số vịng quay
(n). (Luật tương tự trong máy bơm ly tâm) .......................................................62 
2.2.6. Số vòng quay đặc trưng ns .......................................................................66 
2.2.7. Đường đặc tính của bơm ly tâm ..............................................................68 
2.2.8. Điểm làm việc và sự điều chỉnh bơm ......................................................75 
2.2.9. Ghép bơm ly tâm .....................................................................................83 
2.2.10. Lực hướng trục trong bơm ly tâm..........................................................87 
2.2.11. Một số điểm cần chú ý khi sử dụng bơm...............................................89 
2.3. Những đặc điểm của máy bơm điện ngầm ly tâm trục đứng .........................90 
2.3.1. Phạm vi ứng dụng ....................................................................................90 
2.3.2. Đặc điểm thiết kế .....................................................................................90 

2.3.3. Cấu tạo .....................................................................................................91 
2.3.4. Phân loại ..................................................................................................92 
Chương 3 - CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QỦA SỬ DỤNG HỆ
THỐNG BƠM ÉP NƯỚC TRÊN GIÀN RP-3 MỎ RỒNG .....................................93 
3.1. Ảnh hưởng của địa chất mỏ ............................................................................93 
3.2. Ảnh hưởng của lưu lượng, áp suất đến hệ thống nước bơm ép vỉa ................ 95 
3.3. Ảnh hưởng của tính chất nước bơm ép ..........................................................99 
3.4. Ảnh hưởng của các thiết bị phụ trợ trên bề mặt ...........................................102 
Chương 4 - CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT, CÔNG NGHỆ NHẰM NÂNG CAO
HIỆU QỦA SỬ DỤNG HỆ THỐNG BƠM LY TÂM ÉP VỈA УЭЦПК 16-20001400 TRÊN GIÀN RP-3 MỎ RỒNG ....................................................................107 
4.1. Hiện trạng hệ thống bơm ép vỉa УЭЦПК 16-2000-1400 trên Giàn RP-3 ...107 
4.1.1. Phân tích hiện trạng ngập nước .............................................................107 


5

4.1.2. Đánh giá kết qủa thực tế vận hành hệ thống bơm .................................109 
4.2. Các giải pháp kỹ thuật công nghệ nhằm nâng cao hiệu qủa bơm ép vỉa trên
Giàn RP-3 ............................................................................................................109 
4.3. Một số hư hỏng thường gặp trong quá trình vận hành máy bơm ngầm
УЭЦПК 16-2000-1400 2000-1400 ....................................................................114 
4.4. Công tác kiểm tra sửa chữa các chi tiết máy ................................................115 
4. 5. Thực nghiệm công nghiệp và đánh giá kết qủa ...........................................118 
4.6. Tổng kết, đánh giá tổng quát về hiệu qủa và giải pháp đưa ra .....................123 
4.6.1. Hiện trạng trong vận hành .....................................................................123 
4.6.2. Tổng kết, đánh giá và giải pháp đưa ra..................................................132 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................133 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................135 

6

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Danh mục các từ viết tắt
XNLDDK: Xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro
MSP: Giàn khoan cố định.
CNTT: Cơng nghệ trung tâm.
XNKT: Xí nghiệp Khai thác dầu khí.
BK: Giàn nhẹ khai thác.
FSO: Kho chứa nổi.
УЭЦПК 16-2000-1400: Máy bơm ly tâm ép vỉa UESPK 16-2000-1400.


7

DANH MỤC CÁC BẢNG
Danh mục các bảng
Số bảng
Bảng 1-1

Tiêu đề bảng
Số liệu về các giếng bơm ép nước tại mỏ Bạch Hổ và mỏ
Rồng

Trang
21

Bảng 2-1

Sự phụ thuộc của hệ số cột áp vào số vòng quay đặc trưng

55

Bảng 2-2

Quan hệ tương tự trong một bơm ly tâm

66

Bảng 3-1
Bảng 3-2
Bảng 3-3
Bảng 3-4
Bảng 4-1

Bảng số liệu khảo sát thủy động lực giếng bơm ép 203 mỏ
Rồng.
Bảng số liệu khảo sát thủy động lực giếng bơm ép 306 mỏ
Rồng.
Tính chất lý hóa của nước biển tại mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng
Danh mục hoá chất xử lý nước bơm ép tại mỏ Bạch Hổ và
mỏ Rồng.
Số liệu khai thác dầu, khí và bơm ép nước vào vỉa từ (1996 ÷
2006).

97
98
100
101
109

Bảng 4-2

Các dấu hiệu sự cố, nguyên nhân và biện pháp xử lý.

114

Bảng 4-3

119

Bảng 4-4

Chế độ công nghệ các giếng bơm ép nước Giàn RP-3 mỏ
rồng
Bảng số liệu thí nghiệm các chế độ làm việc của bơm.

Bảng 4-5

Bảng số liệu thí nghiệm các chế độ làm việc của động cơ

121

Bảng 4-6

Số liệu báo cáo thông số làm việc của bơm ngày 19.09.2007

123

Bảng 4-7

Số liệu báo cáo thông số làm việc của bơm ngày 19.09.2007

123

Bảng 4-8

Số liệu báo cáo thông số làm việc của bơm ngày 19.09.2007

123

Bảng 4-9

Bảng số liệu thông số làm việc của bơm tháng 10 năm 2007

124

121


8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Số hình
Hình 1.1

Tên hình vẽ và đồ thị

Trang

Sơ đồ hệ thống bơm ép nước thong dụng hiện nay trên thế
giới.

16

Hình 1.2

Sơ đồ hệ thống bơm ép nước đặt ngầm trong biển.

16

Hình 1.3

Sơ đồ hệ thống tách ép nước đặt ngầm trong giếng khoan.

17

Hình 1.4

Sơ đồ tổng thể hệ thống cơng nghệ mỏ Bạch Hổ và Rồng

18

Hình 1.5

Sơ đồ cơng nghệ Giàn RP-3 mỏ Rồng.

19

Hình 1.6

Vỉa ở chế độ áp lực nước.

24

Hình 1.7

Via làm việc ở chế độ mũ khí.

25

Hình 1.8

Thời điểm cần tiến hành bơm ép.

27

Hình 1.9

Thời điểm áp suất khi bơm ép lớn hơn áp suất bảo hịa.

28

Hình 1.10

Thời điểm áp suất bơm ép bằng với áp suất bảo hịa.

28

Hình 1.11

Bơm ép ngồi vành đai vùng chứa dầu.

29

Hình 1.12

Bơm ép trong vành đai vùng chứa dầu.

30

Hình 1.13

Các dạng bố trí giếng bơm ép.

32

Hình 1.14

Sơ đồ hệ thống bơm ép nước kết hợp

Hình 1.15

Mơ hình bố trí giếng khai thác và bơm ép.

33

Hình 1.16

Sơ đồ cơng nghệ ép via Giàn 8 và 9.

39

Hình 1.17

Sơ đồ cơng nghệ Modul ép vỉa chính.

40

Hình 1.18

Cấu tạo chung của than bơm УЭЦПК 16-2000-1400 .

43

Hình 1.19

Cấu tạo tầng trên của bơm УЭЦПК 16-2000-1400 .

43

Hình 1.20

Cấu tạo của tầng dưới bơm.

43

Hình 1.21

Cấu tạo của động cơ bơm УЭЦПК 16-2000-1400 .

44

Hình 1.22

Sơ đồ bố trí hệ thống bơm ép vỉa Giàn RP-3.

45

Hình 2.1

Sơ đồ cấu tạo bánh công tác bơm ly tâm một miệng hút và
hai miệng hút.

49

Hình 2.2

Chất lỏng chuyển động qua bánh cơng tác.

50

Hình 2.3

Tam giác vận tốc ở lối vào bánh cơng tác.

53

9

Hình 2.4

Vận tốc phân bố trên các mặt cắt của dịng chảy qua các
máng dẫn.

53

Hình 2.5

Các kiểu bố trí cánh dẫn trong bánh cơng tác bơm ly tâm

57

Hình 2.6

Ảnh hưởng của góc ra β2 đối với cột áp

57

Hình 2.7

Biểu đồ quan hệ của Hl∞ với góc ra β2

60

Hình 2.8

Tam giác vận tốc

69

Hình 2.9

Đường đặc tính cơ bản tính tốn của bơm ly tâm.

70

Hình 2.10

Sơ đồ hệ thống thí nghiệm bơm ly tâm.

71

Hình 2.11

Đường đặc tính thực nghiệm của bơm ly tâm.

72

Hình 2.12

Các dạng đường đặc tính của bơm ly tâm.

73

Hình 2.13

Đường đặc tính tổng hợp của bơm ly tâm.

75

Hình 2.14

Điểm làm việc của bơm ly tâm.

75

Hình 2.15

Đường đặc tính khi số vịng quay của bơm thay đổi.

76

Hình 2.16

Đường cùng hiệu suất.

76

Hình 2.17

Số vịng quay làm việc của bơm ứng với một điểm làm
việc cho trước.

77

Hình 2.18

Điều chỉnh bơm bằng khóa.

79

Hình 2.19

Điều chỉnh bơm bằng cách thay đổi số vịng quay.

80

Hình 2.20

Đặc tính hiệu suất khi đặt bánh cơng tác thay thế.

80

Hình 2.21

Khu vực làm việc của máy bơm.

82

Hình 2.22

Điểm làm việc của máy bơm.

83

Hình 2.23

Biểu đồ đường đặc tính khi hai bơm mắc song song.

84

Hình 2.24

Biểu đồ đường đặc tính khi có bốn bơm mắc song song.

85

Hình 2.25

Biểu đồ đường đặc tính khi hai bơm mắc nối tiếp.

86

Hình 2.26

Biểu đồ biểu thị lực hướng trục trong bơm ly tâm.

87

Hình 3.1

Bản đồ khái qt khu vực Đơng Nam Rồng

93

Hình 3.2

Bản đồ bố trí lưu lượng giếng khai thác tầng móng mỏ
Rồng tính đến 01.10.2007

96

Hình 3.3

Hệ thống phin lọc thơ xử lý nước bơm ép trên Giàn RP-3.

103

Hình 3.4

Hệ thống tạo chất Hypocloride.

103


10

Hình 3.5
Hình 3.6

Bình tách khơng khí và hịa trộn hóa phẩm.

104

Hệ thống các bồn chứa hóa phẩm và hệ thống bơm định
lượng.

104

Hình 3.7

Sơ đồ bố trí hệ thống bơm ép vỉa.

105

Hình 3.8

Sơ đồ bố trí hệ thống bơm ép vỉa nhìn từ trên xuống.

105

Hình 3.9

Sơ đồ bố trí phần dưới các giếng bơm.

106

Hình 4.1
Hình 4.2
Hình 4.3
Hình 4.4
Hình 4.5

Biểu đồ động thái ngập nước mỏ rồng từ năm (19962006).

107

Biểu đồ khai thác và bơm ép nước tầng móng mỏ Rồng
(1996-2006).

108

Biểu đồ động thái bơm ép nước mỏ Rồng đến tháng 10 –
2007.

108

Đường đặc tính lý thuyết của máy bơm УЭЦПК 16-20001400 .

110

Đường đặc trưng khi tiến hành thử nghiệm them một tầng
bơm.

111

Hình 4.6

Hệ thống đo nhiệt độ của các bơm đang làm việc.

112

Hình 4.7

Hệ thống đo lưu lượng của các giếng bơm ép.

113

Hình 4.8

Các đường đặc tính khi thí nghiệm các chế độ làm việc
của bơm.

122


11

MỞ ĐẦU
Mở đầu
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hiện nay, XNLD Vietsovpetro đã qua giai đoạn khai thác dầu khí đỉnh điểm
và đi vào giai đoạn tận thu. Mặt khác, cùng với công nghệ khai thác tự phun và
Gaslift liên tục thì cơng nghệ ép vỉa là một u cầu rất cấp thiết để duy trì áp suất
vỉa. Ngồi ra trên Giàn RP-3 mỏ Rồng, hệ thống đường ống công nghệ bơm ép vỉa
của khu vực mỏ Bạch Hổ chưa kết nối vào được vì cách xa mỏ Bạch Hổ và chi phí
cho việc kết nối này rất tốn kém. Trong q trình khai thác mỏ dầu-khí, các thơng
số về địa chất, cấu tạo vỉa, các điều kiện kỹ thuật của mỏ Rồng là áp suất vỉa thấp,
dẫn đến các giếng khai thác có tuối thọ giảm. Như vậy, ngồi phương pháp Gaslift
hiện tại chưa kết nối từ mỏ Bạch hổ về mỏ Rồng được thì cơng tác bơm ép nước
duy trì áp suất vỉa là cực kỳ quan trọng trong thời điểm hiện nay để duy trì áp suất
vỉa và tăng tuổi thọ cho các giếng khai thác.
Trong quá trình khai thác dầu khí thì các thơng số về địa chất, cấu tạo vỉa,
các điều kiện kỹ thuật luôn ln thay đổi. Nên cơng tác duy trì hệ thống bơm ép vỉa
trên Giàn RP-3 là một yêu cầu cấp thiết khi chưa có các hệ thống khác thay thế.
Như vậy, với đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu đề xuất các giải pháp kỹ thuật,
công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng hệ thống bơm ly tâm ép vỉa УЭЦПК

16-2000-1400 trên Giàn RP-3 mỏ Rồng” là cần thiết và thiết thực.

2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Đối tượng chính của luận văn này chính là việc nghiên cứu hệ thống bơm ép
vỉa, đây là phương pháp cơ bản mang tính hệ thống giúp cho việc khai thác dầu khí
tại mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng của XNLD Vietsovpetro đạt hiệu quả thu hồi dầu và
duy trì áp suất vỉa, bên cạnh phương pháp khai thác tự phun và phương pháp
Gaslift.
Việc nghiên cứu đưa ra các giải pháp nhằm đảm bảo cho hệ thống làm việc
an toàn, hiệu qủa và lưu lượng nước bơm ép xuống vỉa là tối ưu nhất, với một chi
phí hợp lý nhất nhằm tăng tối đa hệ số thu hồi dầu và duy trì áp suất vỉa cũng như
kéo dài tuổi thọ của mỏ dầu khí này.


12

Chủ yếu trong công nghệ ép vỉa ở mỏ Bạch Hổ trước đây và hiện tại là mỏ
Rồng với các thơng số địa chất sẵn có nhằm duy trì áp suất vỉa và được tập trung
chính vào các hệ thống bơm УЭЦПК 16-2000-1400 trên Giàn RP-3 mỏ Rồng cho
các giếng nội bộ tại Giàn.
3. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Trên cơ sở yêu cầu bơm ép vỉa của mỏ và các thiết bị sẵn có của xí nghiệp.
Nghiên cứu, đề xuất các giải pháp kỹ thuật, công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả hệ
thống bơm ly tâm ép vỉa УЭЦПК 16-2000-1400 trên Giàn RP-3 mỏ Rồng.
4. NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
Để đạt được mục đích nêu trên, đề tài phải giải quyết các nhiệm vụ sau:
- Thu thập tài liệu thực tế và lý thuyết.
- Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, phân tích, đánh giá để tìm ra được
những yếu tố chính ảnh hưởng đến cơng tác bơm ép duy trì áp suất vỉa tại Giàn RP3 mỏ Rồng.
- Tìm ra sự ảnh hưởng tác động đến qúa trình vận hành và duy trì áp suất vỉa

cũng như các tính chất của vỉa dầu khí tác động đến cơng tác bơm ép.
- Đưa ra được những đề xuất phù hợp nhất cho việc đánh giá hiệu qủa, công
tác vận hành và tính tốn phân bổ nước bơm ép sao cho hiệu qủa nhất trong công
nghệ bơm ép cũng như xây dựng được đồ thị mối quan hệ trong công tác vận hành
và bảo dưỡng sửa chữa hệ thống bơm ép nước này.
5. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Bản luận văn này đề cập nghiên cứu các vấn đề sau:
- Nghiên cứu tương quan về hệ thống bơm ép nước vào vỉa trên thế giới và tại
mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng.
- Nghiên cứu tính chất địa chất của Rồng ảnh hưởng đến sự tiếp nhận của hệ
thống bơm ép nước vào vỉa.
- Đo thực nghiệm số liệu qúa trình bơm ép nước tại mỏ Rồng.
- Tính tốn các thơng số thực nghiệm tại các giếng bơm ép.
- Nghiên cứu, tìm ra mối liên hệ giữa sự tiếp nhận của vỉa dầu khí và lưu lượng
bơm ép được.
- Nghiên cứu giải pháp khắc phục.


13

6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Để giải quyết nhiệm vụ của đề tài, tác giả đã sử dụng các phương pháp sau:
- Thu thập, phân tích, tổng hợp tài liệu lý thuyết và thực tế.
- Thiết kế, chế tạo lắp đặt hệ thống bơm ép vỉa.
- Thử nghiệm công nghiệp hệ thống bơm ép vỉa đã đề xuất.
7. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
- Trên cơ sở phân tích, đánh giá hệ thống bơm ép vỉa tại Giàn RP-3 mỏ Rồng,
đề xuất các giải pháp kỹ thuật, công nghệ bơm ép vỉa nhằm nâng cao hiệu quả sử
dụng hệ thống bơm ép vỉa УЭЦПК 16-2000-1400.
- Đề xuất giải pháp tăng tuổi thọ của động cơ mang bơm trong hệ thống bơm

ép vỉa.
- Các giải pháp đề xuất đã thử nghiệm công nghiệp đem lại hiệu quả tốt trong
công nghệ bơm ép vỉa.
8. CƠ SỞ DỮ LIỆU
Luận văn được viết trên cơ sở:
- Các kết quả đo trong vận hành hệ thống bơm ép vỉa tại Giàn RP-3 mỏ Rồng.
- Các tài liệu về vận hành, bảo dưỡng hệ thống bơm ép vỉa, chế độ công nghệ
bơm ép, công nghệ xử lý nước bơm ép, báo cáo kết quả bơm ép.
- Ngồi ra, cịn sử dụng các tài liệu nghiên cứu về địa chất mỏ dầu khí, các
thơng số đo thủy động lực giếng khoan, sơ đồ bố trí hệ thống các giếng bơm ép, số
liệu thực tế tiếp nhận của các giếng bơm ép và các báo cáo khoa học trong và ngồi
xí nghiệp.
9. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Tồn bộ luận văn được trình bày trong 4 chương, phần mở đầu và kết luận
gồm: 137 trang, 16 biểu bảng, 65 hình vẽ, hình chụp và danh mục tài liệu tham
khảo.
Luận văn được hồn thành tại Bộ mơn Thiết bị dầu khí và cơng trình, Trường
Đại học Mỏ- Địa chất dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Cao Ngọc Lâm.
Trong quá trình hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt
tình của các cấp Lãnh đạo, các đồng nghiệp tại Xí nghiệp Khai thác Dầu khí, nơi tác
giả cơng tác; Bộ mơn Thiết bị Dầu khí và Cơng trình; Khoa Đào tạo sau Đại học;


14

Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội. Nhân dịp này, tác giả bày tỏ lòng biết ơn
chân thành tới PGS.TS. Cao Ngọc Lâm người trực tiếp hướng dẫn khoa học, các tập
thể, các cơ quan và đồng nghiệp kể trên về những sự giúp đỡ q báu đó.

15

Chương 1- TỔNG QUAN VỀ VẬN HÀNH, SỬ DỤNG CÁC TRẠM BƠM ÉP
VỈA TẠI CÁC GIÀN KHAI THÁC MỎ BẠCH HỔ VÀ MỎ RỒNG
1.1. Tổng quan về hệ thống bơm ép nước
1.1.1. Hệ thống bơm ép nước trên Thế giới
Trong cơng nghệ khai thác dầu khí, bơm ép nước vào vỉa là phương pháp phổ
biến để duy trì áp suất vỉa, kéo dài thời gian tự phun của các giếng khai thác, là một
trong những biện pháp thu hồi dầu hiệu quả nhất. Theo số liệu thống kê hiện nay
trên thế giới mỗi ngày lượng nước được bơm ép vào các vỉa dầu là khoảng 200 triệu
thùng với chi phí cho việc bơm ép nước trên toàn thế giới là trên 50 tỷ USD/năm.
Trước đây sự khai thác dầu bị bỏ qua khi mà áp suất tự nhiên của vỉa giảm đi.
Dầu có thể khai thác được trên 80% tổng thể tích ban đầu của nó. Kỹ thuật phục hồi
thứ cấp được trình bày như một biện pháp nhân tạo kích thích sản lượng của dầu.
Phương pháp đơn giản nhất để đẩy dầu ra khỏi đá vỉa là sự thay thế trực tiếp bằng
một lưu chất khác (khí hoặc nước).
Ép nước là công nghệ phục hồi thứ cấp thông thường nhất và nó được ứng
dụng từ lúc bắt đầu khai thác mỏ cho đến lúc kết thúc việc khai thác. Điều này đặc
biệt đúng với các mỏ ở thềm lục địa nơi mà có các cơ chế chuyển dịch tự nhiên
thấp. Sử dụng sớm biện pháp ép nước để giảm hoặc giữ lại sự tụt giảm áp suất của
vỉa được gọi là “sự duy trì áp suất”.
Hệ thống bơm ép nước bao gồm hệ thống xử lý nước trước khi bơm ép vào
vỉa, hệ thống máy bơm ép nước, hệ thống đường ống (bao gồm đường ống trên bề
mặt từ bơm đến miệng giếng và đường ống từ miệng giếng đến vỉa) cùng hệ thống
các van và thiết bị khác. Nguồn nước thải trong quá trình khai thác thường được
dùng để ép ngược lại vào vỉa vì có ưu việt hơn so với việc sử dụng các nguồn nước
khác: có độ nhớt và độ khống hố cao, có chứa PAV có khả năng qt dầu tốt, bảo
tồn độ thấm tự nhiên của các vỉa chứa sét vì khơng gây trương nở; do có muối nên
áp lực yêu cầu thấp hơn so với sử dụng nước ngọt, ngoài ra nhiệt độ nước vỉa nói
chung cao hơn nước bề mặt có tác dụng thuận lợi cho sự tiếp nhận của vỉa cũng như

thay thế dầu.


16

Hiện nay trên thế giới áp dụng công nghệ mới là đặt thiết bị tách nước nằm
ngầm dưới biển. Áp dụng cơng nghệ này sẽ giảm được chi phí xây lắp Giàn ép vỉa
và chi phí về thiết bị đầu giếng.

Tách
nước

Giếng
cấp
nước

Dầu

Dầu
Bình
tách

Nước

Sản phẩm khai thác

Dầu, nước và khí

Khí

Nước
Máy bơm
Phin
lọc

Nước

Bình
lọc
nước

Phin
lọc

Bình
thu
gom

Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống bơm ép nước thông dụng hiện nay trên thế giới

Bình tách

Máy bơm

X
T

Giếng
khai
thác

X
T

Giếng
bơm
ép

Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống bơm ép nước đặt ngầm trong biển


17

Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống tách, ép nước đặt ngầm trong giếng khoan
Hiện nay trên thế giới đang nghiên cứu và đưa vào áp dụng thử nghiệm công
nghệ mới là đặt thiết bị tách nước ngay dưới đáy giếng và ép nước luôn vào vỉa. Sử
dụng công nghệ này sẽ giảm được năng lượng dùng để bơm ép vì bơm được đặt
ngay tại vỉa. Điểm ưu việt nổi bật nhất khi sử dụng phương pháp này là giếng khai
thác và bơm ép sử dụng chung trong cùng một giếng mà không phải khoan giếng
bơm ép riêng nên giảm được chi phí đáng kể.
1.1.2. Hệ thống bơm ép nước tại mỏ Bạch Hổ và Rồng
Nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu tại mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng, từ tháng
6/1993, XNLD Vietsovpetro bắt đầu tiến hành bơm ép nước vào các thân dầu trong
móng khi áp suất vỉa cịn cao hơn áp suất bảo hoà khoảng 50 atmm. Việc bơm ép
nước kịp thời đã đem lại một số tín hiệu tốt; Đảm bảo duy trì trạng thái năng lượng
tốt cho vỉa, duy trì khai thác các giếng dầu theo chế độ tự phun đơn pha với lưu
lượng lớn.
Năm 1997, qui trình bơm ép nước vào vỉa dầu đã được XNLD Vietsovpetro
xây dựng hoàn chỉnh và áp dụng. XNLD Vietsovpetro đã tổ chức khoan được nhiều
giếng sâu và nằm ngang, kết hợp với việc áp dụng bơm ép duy trì ổn định áp suất

vỉa ở mức cao hơn áp suất bão hoà từ 1—12 atmm. Kết quả, hệ số thu hồi dầu đã
được nâng lên 35-38%, rồi lên 40,3%, cao hơn nhiều so với hệ số thu hồi dầu theo
chế độ khai thác tự nhiên chỉ khoảng 15-18%.


18

Hình 1.4. Sơ đồ tổng thể hệ thống cơng nghệ mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng


19

Hình 1.5. Sơ đồ cơng nghệ Giàn RP-3 mỏ Rồng


20

Tại mỏ Bạch Hổ, sử dụng hai hệ thống thiết bị máy bơm ép để bơm nước đã
xử lý vào vỉa: hệ thống trung tâm và hệ thống cục bộ. Hệ thống thiết bị máy bơm ép
vỉa trung tâm gồm các block-module đặt trên Giàn 8, Giàn 9, Giàn bơm ép vỉa PPD
40.000, PPD 30.000. Mỗi block-module bao gồm hệ thống xử lý nước, máy bơm và
hệ thống đường ống cao áp dẫn nước tới các giếng bơm ép tại các Giàn khoan.
Block – Module 40.000 được bố trí trên cụm Giàn công nghệ trung tâm số 2
gồm bốn block với tổng công suất 40.000 m3 nước/ ngđ với áp suất đầu ra là 250
atm . Công suất thực tế của block-module này chỉ đạt 38.000 m3 nước/ngđ với hệ số
khai thác hiện nay dao động trong khỏang 0,71- 0,91; hệ số khai thác trung bình là
0,79.
Block-module 30.000 đặt trên Giàn công nghệ trung tâm số 3 được đưa vào
khai thác từ tháng 3/2003 gồm ba module, mỗi module có công suất 10.000 m3/ngđ
với áp suất miệng ra là 250 atm. Hệ số khai thác trung bình hiện nay là 0.94.

Block-module 5.000 đặt trên Giàn 8 và Giàn 9 có công suất 5.000 m3
nước/ngđ với áp suất miệng ra là 250 atm. Hệ số khai thác trung bình 0,3-0,4.
Hệ thống bơm ép nước tại mỏ Rồng là hệ thống cục bộ cho từng Giàn riêng lẻ.
Trên Giàn RP-1 bao gồm 2 trạm bơm FMC có lưu lượng 1.000 m3 nước/ngđ áp
suất miệng ra là 220 atm. Hệ số khai thác trung bình 0,4-0,5. Trên Giàn RP-3 bao
gồm 2 trạm bơm FMC có lưu lượng 1.000 m3 nước/ngđ áp suất miệng ra là 220 atm
và 3 trạm bơm УЭЦПК 16-2000-1400 với áp suất miệng ra từ 190 – 210 atm và
lưu lượng của mỗi bơm từ 1.500 – 2.000 m3 nước/ngđ phụ thuộc vào độ tiếp nhận
của vỉa cũng như yêu cầu của công nghệ.
Tổng lượng nước bơm ép mà hệ thống bơm ép tập trung tại mỏ Bạch Hổ có thể
thực hiện được là 75.000-80.000 m3/ngđ. Thực tế lượng nước bơm ép tại mỏ Bạch
Hổ chỉ cần 45.000-50.000m3/ngđ. Do đó, cơng suất dự phịng của hệ thống bơm ép
tập trung tại mỏ Bạch Hổ lên tới 25.000 m3/ngđ.
Tổng lượng bơm ép mà hệ thống bơm ép nước cục bộ tại Giàn RP-3 có thể
thực hiện vào khoảng 4.000 – 5.000 m3/ngđ. Thực tế theo yêu cầu của công nghệ,
lượng nước ép vỉa tại Giàn RP-3 vào khoảng 3.000 – 3.500 m3/ngđ. Do đó cơng
suất dự phịng cho hệ thống vào khoảng 1.500 m3/ngđ. Và đến thời điểm hiện tại,
chỉ sử dụng hệ thống bơm УЭЦПК 16-2000-1400 là đảm bảo lưu lượng cũng như


21

sự ổn định làm việc của hệ thống, các bơm FMC chỉ dùng trong khi lưu lượng bơm
ép yêu cầu ít và hệ thống bơm chính đưa vào bảo dưỡng sữa chữa.
Tại thời điểm hiện nay (tháng 11 năm 2007) trên mỏ Bạch Hổ có 49 giếng
giếng bơm ép nước vào vỉa với công suất bơm ép khoảng 43.000 m³ và mỏ Rồng
có 7 giếng bơm ép nước vào vỉa với công suất bơm ép khoảng 3.300 m³ nước/ngđ.
Bảng 1.1. Số liệu về các giếng bơm ép nước tại mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng

Stt

Tên Giếng
bơm ép/Giàn

Đường kính

Chiều

Khối lượng

ống Ф

dài ống

nước bơm

(mm)

L (m)

ép (m3/ngđ)

Áp suất
miệng
giếng
(atm)

Áp suất đáy
giếng khi
bơm ép (atm)

1. Khối lượng bơm ép tại mỏ Bạch Hổ:
2.

22 БT/MSP-1

3.

37 БT/MSP-1

4.

70 БT/MSP-3

5.

74 БT/MSP-6

6.

130БT/MSP-4

7.

202БT/MSP-4

8.

905БT/MSP-9

9. 919БT/MSP-9
10. 14 БT/MSP-3
11.

62 БT/MSP-6

12. 114БT/MSP-5
13. 116БT/MSP-5
14. 502БT/MSP-5
15. 506БT/MSP-5
16. 700БT/MSP-7
17. 901БT/MSP-9

89
114
89
114
73
60
89
73
89
73
89
73
89
114
89
89
73

89
73
89
73
89
73
89

303
2564
308
2594
2522
702
2296
2828
200
2773
200
284
2424
140
3305
3666
2604
101
1799
2061
3074
775

2074
1684

73

3969

73
89
73

1855
2180

75

45

672

50

80

672

0

Dự phòng

-

350

60

672

500

125

672

400

165

672

80

672

110
100

240
235

672
672

220

240

672

200

230

672

340

230

672

30

230

672

235

672

170

235

672

500

200

576

500

30


22

18. 908БT/MSP-4
19.

1008БT/MSP10

20. 911БT/MSP-9
21. 914БT/MSP-9
22. 921БT/MSP-9
23.

477БT/MSP11

24.

817БT/BK-8

25.

1108БT/MSP11

26. 484БT/MSP-2
27. 485БT/MSP-2
28.

425БT/BK-5

29.
30.

427БT/BK-5
433БT/BK-5

31.

435БT/BK-1

32.

455БT/BK-5

33.

7004БT/BK-7

34.

464БT/BK-1

35. 414БT/MSP-2
36. 418БT/MSP-2
37.

424БT/BK-4

38.

437БT/BK-6

89
73
89
73
89
73
114
73
114
73
89
114

73
89
114
73
89

2318
1270
162
3429
1515
2785
1662
2564
62
1821
2731
1132
3274
777
1341
2762

73

4009

73
89
114

73
89
114
73
89
114
114
114
89
114
114
89
114
89
114
89
114
89
114
73
114
73
89
114

30
1075
2640
20
39

4525
360
670
3272
4434
4734
1440
2900
3988
1679
2561
1384
3006
1542
2968
3519
1121
977
3228
19
856
3283

180

200

672

500

235

672

500

0

672

500

150

672

1500

35

672

1450

240

672

600

240

672

600

240

672

0

672

0

Dự phòng

600

1000

140

672

3000
3000

90
80

672
672

2000

45

672

3000

0

672

0

Dự phòng

-

3000

57

672

0

Dự phòng

-

1000

50

672

3000

200

672

0

Dự phòng

672

100


23

39.

443БT/BK-6

40.

447БT/BK-4

41.

452БT/BK-5

42.

459БT/BK-4

43.

9001БT/BK-9

44.

9007БT/BK-9

45.

448БT/BK-8

46.

458БT/BK-8

47.

460БT/BK-8

48.

465БT/BK-8

49.

88БT/MSP-4

50. 100БT/MSP-6

89
114
73
89
114
73
89
114
73
89
114
89
114
73
114

73
89
114
60,3
73
114
73
89
114
73
114
73
89

1486
2877
42
1738
3213
39
1041
3213
17
1374
3161
1184
3249
1516
2709
48

1238
3363
19
1273
3979
18
740
2976
38
4105

73
89

2000

190

672

1000

165

672

2000

80

672

300

245

672

0

Dự phòng

-

250

672

3500

240

672

100

250

672

1000

130

672

2370

240

672

926
3053

750

235

672

1634
2668

500

110

672

600

199

323.1

330

199

338.4

400

189

402.3

40

2. Khối lượng bơm ép tại mỏ Rồng:

1.
2.
3.
4.
5.

73
89

114
73
89
114
89
114

690
29
2420
1193
1969
9
2485
1202

306 – RP-3

114

3283

650

126

272.5

307 – RP-3

89
114

1269
1991

600

156

375.2

203 – RC-2

301 – RP-3
304 – RP-3


24

6.
7.

312 – RP-3
316 – RP-3

89
114
89
114

1715
2000
1109
2495

250

197

405

400

199

398.5

1.2. Lý thuyết về các chế độ vận động của vỉa
1.2.1. Chế độ áp lực nước
Mỏ làm việc ở chế độ áp lực nước có mối quan hệ thủy động lực học giữa
vùng chứa dầu của vỉa và mơi trường đất đá, đất đá bão hịa nước được gọi là tầng
chứa nước. Tầng chứa nước có thể nằm dưới tất cả hay một phần của vỉa dầu.
Thường thường phần chứa nước nằm ở phần rìa của vỉa.
Đây là chế độ mà dầu chuyển động từ trong vỉa đến giếng khai thác dưới tác
động của áp lực nước xung quanh. Khi đó vỉa dầu sẽ bị nước từ bề mặt ranh giới
dầu nước lấn chiếm với số lượng nhỏ hơn hay bằng dầu hoặc khí thu hồi từ vỉa
trong quá trình khai thác. Nước đẩy dầu và chiếm chổ trong vỉa. Trong quá trình
khai thác mỏ dần dần chấm dứt khi nước từ đáy vỉa bao quanh các giếng khai thác,
thay vì khai thác được dầu ta chỉ thu được nước mà thôi.

Nguồn năng lượng của mỏ được cung cấp bởi sự nén ép của đất đá trong tầng
chứa nước. Thực tế cho thấy, chế độ khai thác dầu dưới tác dụng của áp lực nước là
hiệu quả nhất. Hệ số thu hồi khoảng 70 – 80 %.
Chế độ áp lực nước có hiệu quả khi vùng chứa nước thường có ranh giới ngồi
khơng nhỏ hơn 10 – 25 km, độ thấm của dầu không nhỏ hơn 1000 mD. Tính chất
địa chất mỏ, tính khơng đồng nhất và vị trí cấu trúc của mỏ là những yếu tố quan
trọng ảnh hưởng đến hệ số thu hồi trong chế độ này.
Giếng khai thác

nước

nước

Hình 1.6. Vỉa ở chế độ áp lực nước


25

1.2.2. Chế độ khí hịa tan
Dầu thơ dưới áp suất cao có thể chứa một lượng lớn khí hịa tan, khi áp suất
giảm bởi q trình khai thác khí thốt ra khỏi dầu và đẩy dầu từ vỉa đến giếng khai
thác.
Đây là chế độ làm việc mà dầu chuyển động đến giếng khai thác dưới tác dụng
của bọt khí trương nở khi khí tách ra khỏi dầu. Trong trường hợp này động lực
chính là khí hịa tan trong dầu. Trong q trình khai thác, áp suất vỉa giảm bọt khí
nở ra và chuyển động đến vùng có áp suất thấp nhất tức là đến các giếng khai thác.
Hệ số thu hồi của chế độ này phụ thuộc vào hệ số khí, đặc tính đất đá, và chỉ
vào khoảng 10 – 60% lượng dầu được đánh giá trong tầng sản phẩm.
1.2.3. Chế độ áp lực khí
Trong một số vỉa dầu – khí, phía trên dầu tồn tại một mũ khí có áp suất lớn,

đây là nguồn năng lượng của vỉa, sự giãn nở của mũ khí phụ thuộc vào sự tương
quan giữa kích thước của mũ khí và tính chất cấu trúc của mỏ. Điều kiện thuận lợi
để chế độ mũ khí làm việc hiệu quả nhất là độ thẩm thấu của vỉa cao, vỉa có độ
nghiêng lớn và độ nhớt của dầu không lớn lắm. Sau một thời gian khai thác các
giếng bị khí xâm nhập, chỉ những giếng sâu hơn có dầu. Trong trường hợp này ta
khơng nên áp dụng các công nghệ làm mất năng lượng của vỉa do sự thất thốt khí.
Ở chế độ này hệ số khai thác khoảng 50 – 60%, để tăng hệ số này người ta nén khí
vào vùng vịm của vỉa nhằm duy trì năng lượng vỉa.
Giếng khai thác

Khí

Hình 1.7. Vỉa làm việc ở chế độ áp lực khí