PHƯƠNG PHÁP GASLIFT VÀ CƠ SỞ LỰA CHỌN CHO GIẾNG THIẾT KẾ

13



Sau khi kết thúc thời kỳ khai thác tự phun mực chất lỏng cách miệng giếng

h0, khi tiến hành nén khí vào khoảng không vành xuyến giữa 2 dãy OKT, sản phẩm

của giếng đi lên theo trong dãy OKT thứ nhất (hình 2.1). Mực chất lỏng trong giếng

cách miệng giếng một khoảng h0 gọi là mực tĩnh. Chiều sâu mà OKT nhúng chìm

trong chất lỏng gọi là chiều sâu nhúng chìm h1 (hình 1.1.a). Nén khí vào khoảng

không vành xuyến giữa OKT thứ nhất và OKT thứ hai, áp suất khí tăng dần, mực

chất lỏng giữa 2 dãy OKT giảm dần. Một phần chất lỏng dâng lên trong OKT thứ

nhất, phần nữa dâng lên theo khoảng không vành xuyến giữa OKT thứ hai và ống

chống khai thác, phần nữa đi ngược vào vỉa (hình 1.1.b). Cho đến khi khí bắt đầu

xâm nhập vào trong OKT thứ nhất, tại thời điểm đó áp suất khí nén đạt giá trị lớn

nhất Pk.max (giá trị đó gọi là áp suất khởi động). Chiều cao mực chất lỏng giữa ống

thứ hai và ống chống khai thác đạt giá trị cao nhất h' o.min. Áp suất đáy tại thời điểm

này đạt giá trị lớn nhất P đ.max. Tiếp tục duy trì nén khí, khí sẽ xâm nhập vào trong

OKT thứ nhất làm nhẹ cột chất lỏng dẫn đến áp suất khí (P k) giảm dần, khi đó mực

chất lỏng ngoài ống thứ hai bắt đầu hạ xuống, đồng thời áp suất đáy giếng cũng

giảm dần theo và chất lỏng trong vỉa bắt đầu xâm nhập vào đáy giếng (hình 1.1.c).

Quá trình nén khí vẫn được tiếp tục, chất lỏng từ vỉa tiếp tục xâm nhập vào giếng và

quá trình khai thác đã được thực hiện, chiều sâu từ miệng giếng đến mực chất lỏng

ngoài OKT thứ hai gọi là mực thủy động (h2).

Hiệu quả của phương pháp gaslift phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Độ sâu nhấn chìm tương đối của ống khai thác, nếu giá trị này nhỏ quá thì

hiệu quả của phương pháp gaslift sẽ giảm. Còn nếu giá trị ấy quá lớn đòi hỏi phải

nén khí với áp suất cao;

- Phụ thuộc vào đường kính ống khai thác, đường kính ống khai thác càng

nhỏ thì chiều dài nâng càng lớn, tuy nhiên nếu quá nhỏ thì hao phí năng lượng sẽ

lớn;

- Phụ thuộc vào lượng khí nén xuống giếng, lượng khí nén xuống giếng

nhiều thì tỷ trọng sẽ càng giảm. Như vậy độ nâng cao của hỗn hợp càng lớn;

- Phụ thuộc vào độ nhớt của chất lỏng khai thác, trong cùng điều kiện như

nhau thì độ nâng cao của dầu lớn hơn nước vì dầu có độ nhớt lớn hơn. Do khí khó

vượt qua dầu hơn là nước nên nó có tác dụng vào dầu lớn hơn dẫn đến nâng được

cao hơn;

- Phụ thuộc vào áp suất trên nhánh xả;

- Phụ thuộc vào hệ số sản phẩm;



14



- Phụ thuộc vào lượng khí tách ra khỏi dầu;

1.1.3. Phạm vi ứng dụng

Hiện nay giải pháp khai thác dầu bằng phương pháp gaslift đang được áp dụng

rộng rãi trên cả đất liền và ngoài biển, đặc biệt đối với vùng xa dân cư và khó đi lại.

Giải pháp này thích ứng với những giếng có tỷ số khí dầu cao có thể khai thác ở

những giếng có độ nghiêng lớn và độ sâu trung bình của vỉa sản phẩm trên 3000 m.

Phương pháp này hiện đang được áp dụng phổ biến ở mỏ Bạch Hổ.

1.1.4. Ưu điểm của phương pháp khai thác gaslift

- Có thể đưa giếng vào khai thác ngay sau khi giai đoạn tự phun chấm dứt;

- Cấu trúc của cột ống nâng đơn giản không có chi tiết chóng hỏng;

- Phương pháp này có thể áp dụng với giếng có độ sâu và độ nghiêng lớn;

- Khai thác với giếng có yếu tố khí lớn và áp suất bão hòa cao;

- Khai thác lưu lượng lớn và điều chỉnh được lưu lượng khai thác;

- Có thể khai thác ở những giếng có nhiệt độ cao và hàm lượng Paraffin lớn,

giếng có cát và có tính ăn mòn cao;

- Khảo sát và xử lý giếng thuận lợi, không cần đưa cột ống khai thác lên mà

có thể đưa dụng cụ qua nó để khảo sát;

- Sử dụng triệt để khí đồng hành;

- Ít gây ô nhiễm môi trường;

- Có thể khai thác đồng thời từng vỉa trong cùng một giếng;

- Thiết bị đầu giếng khai thác bằng phương pháp gaslift giống với giếng khai

thác bằng chế độ tự phun ngoại trừ hệ thống đo và phân phối khí nén;

- Thiết bị lòng giếng tương đối rẻ tiền và chi phí bão dưỡng thấp hơn so với

các phương pháp khai thác dầu khác;

- Hệ thống gaslift trung tâm có thể khai thác và điều hành nhiều giếng một

lúc cách dễ dàng;

- Giới hạn đường kính ống chống khai thác không ảnh hưởng đến sản lượng

khai thác khi dùng phương pháp gaslift;

- Có thể sử dụng kỹ thuật tời trong dịch vụ sửa chữa các thiết bị lòng giếng.

Điều này không những tiết kiệm thời gian mà còn giảm chi phí sửa chữa.

1.1.5. Nhược điểm của phương pháp khai thác gaslift

- Đầu tư ban đầu rất cao so với các phương pháp khác;

- Năng lượng sử dụng để khai thác một tấn sản phẩm cao hơn so với các

phương pháp khác;



15



- Do dùng khí nén nên dễ hỏng ống chống khai thác;

- Không tạo được chênh áp lớn nhất để hút cạn dầu trong vỉa ở giai đoạn cuối

của quá trình khai thác;

- Nguồn cung cấp năng lượng khí phải đủ cho toàn bộ đời mỏ. Nếu không đủ

hoặc giá khí đắt phải chuyển sang phương pháp khác;

- Chi phí vận hành và bảo dưỡng trạm nén khí cao, đòi hỏi đội ngũ công

nhân vận hành và công nhân cơ khí lành nghề;

1.1.6. Các phương pháp khai thác dầu bằng gaslift

Tùy thuộc vào phương pháp ép khí nén mà người ta chia ta hai phương pháp

gaslift khác nhau:

- Phương pháp gaslift liên tục;

- Phương pháp gaslift định kỳ.

1.1.6.1. Phương pháp khai thác bằng Gaslift liên tục

Đây là phương pháp mà khí nén được đưa liên tục vào khoảng không vành

khuyên còn sản phẩm đưa lên mặt đất diễn ra liên tục.

a. Phạm vi áp dụng phương pháp:

- Đối với giếng có lưu lượng khai thác lớn. Trong trường hợp ống khai thác

không đủ thì áp dụng sơ đồ khí nén dạng trung tâm;

- Đối với những giếng mà sản phẩm khai thác có chứa cát hay bị ngập nước;

- Áp dụng cho những giếng mà sản phẩm khai thác có độ nhớt cao;

- Áp dụng với giếng khai thác có tỷ suất khí cao cho dù sản lượng giếng có thể

nhỏ.

b. Ưu điểm của phương pháp gaslift liên tục:

- Năng lượng của khí nén và khí đồng hành ở miệng giếng được tận dụng để

đưa sản phẩm đến hệ thống thu gom xử lý;

- Khí nén được bơm vào giếng và khai thác với lưu lượng tương đối ổn định,

hạn chế được nhiều phức tạp trong hệ thống gaslift (Paraffin bám vào thành ống,

thay đổi đột ngột áp suất ở đáy giếng);

- Điều chỉnh lưu lượng khí nén một cách thuận lợi bằng các côn điều khiển.

c. Nhược điểm của phương pháp gaslift liên tục: Hiệu quả khai thác không

thể so sánh với khai thác bằng máy bơm điện chìm với những giếng có lưu lượng

cao nhưng mực nước động thấp.

1.1.6.2. Phương pháp khai thác bằng Gaslift định kỳ



16



Đây là phương pháp khí nén được đưa vào vùng vành khuyên còn sản phẩm

theo ống khai thác lên mặt đất diễn ra không liên tục mà có định kỳ.

a. Phạm vi ứng dụng:

- Giếng có áp suất đáy thấp nhưng hệ số sản phẩm cao;

- Giếng có hệ số sản phẩm thấp;

- Giếng có áp suất đáy thấp;

- Đối với những giếng có chất chất lỏng thấp và chiều sâu lớn;

- Giếng có lưu lượng khai thác nhỏ.

b. Ưu điểm phương pháp gaslift định kỳ:

- Giá thành khai thác thấp so với các phương pháp khai thác cơ học khác. Khi

giếng sâu và mức chất lỏng thấp.

- Có thể khai thác trong mọi điều kiện.

c. Nhược điểm của phương pháp gaslift định kỳ:

- Lưu lượng khai thác bị giới hạn;

- Không thích hợp với giếng sâu;

- Áp suất dao động mạnh ở vùng đáy giếng khi đóng mở, dẫn đến sự phá huỷ

vùng đáy giếng;

- Khó điều khiển trong hệ thống gaslift khép kín và nhỏ.

1.1.7. Cấu trúc của hệ thống ống khai thác bằng phương pháp gaslift

Nhằm mục đích khai thác dầu bằng khí nén, phụ thuộc vào từng điều kiện

khai thác cụ thể của từng giếng mà người ta thiết kế các cấu trúc ống khác nhau về

cố lượng cột thả vào giếng cũng như các hướng của dòng sản phẩm và dòng khí

nén. Các cấu trúc cột ống được phân loại như sau:

- Theo hướng của dòng khí nén và dòng sản phẩm được phân ra hai chế đọ

khai thác: chế độ vành xuyến và chế độ trung tâm;

- Theo số lượng cột ống thả vào giếng người ta chia ra: cấu trúc một cột ống

và cấu trúc 2 cột ống;

- Theo số lượng cột ống thả vào giếng và hướng đi của khí nén và dòng sản

phẩm ta có 4 cấu trúc hệ thống khai thác gaslift được thể hiện trong hình 1.2.:

1.1.7.1. Cấu trúc hệ vành xuyến

a. Cấu trúc một cột ống: Cột ống thả vào giếng chính là cột ống khai thác,

còn cột ống chống khai thác sẽ là cột ống bơm ép. Khí nén được bơm ép vào vùng

vành xuyến giữa cột ống khai thác và cột ống chống khai thác. Như vậy, mực chất

lỏng khi giếng làm việc sẽ nằm ngay tại đáy ống



17



- Ưu điểm cấu trúc một cột ống theo chế độ vành xuyến:

+ Đơn giản, gọn nhẹ, sử dụng triệt để cấu trúc của giếng;

+ Tăng độ bền của ống khai thác;

+ Dễ nâng cát và vật cứng ở đáy giếng lên mặt đất;

+ Dễ xử lý khi có parafin lắng đọng;

+ Thuận lợi khi trang bị van Galift khởi động.

- Nhược điểm :

+Áp suất khởi động lớn (so với chế độ trung tâm).

+ Áp suấ t đáy giếng giảm đột ngột khi khởi động và ngừng nén khí làm hư

hỏng vùng cận đáy giếng và tạo nút cát lấp ống lọc. Để khắc phục nhược điểm này

người ta lắp van Gaslift khởi động và lắp đặt Paker.

b. Cấu trúc hai cột ống: 2 cột ống khai thác thả lồng vào nhau, khí được ép

vào vùng không gian vành xuyến giữa hai cột ống, còn hỗn hợp sản phẩm khai thác

đi lên theo ống nằm bên trong. Như thế cột ống ngoài được gọi là cột ống bơm ép

(cột ống thứ nhất), cột ống bên trong được gọi là cột ống khai thác (cột ống thứ hai).

- Ưu điểm của cấu trúc hai cột ống:

+ Chế độ khai thác với dao động áp suất làm việc ít (vì thế vùng khoảng

không vành xuyến giữa hai cột ống nhỏ hơn so với cấu trúc một cột ống);

+ Cột ống chất lỏng ở vùng khoảng không vành xuyến giữa cột ống thứ nhất

và cột ống khai thác có tác dụng điều hoà chế độ làm việc của giếng.

- Nhược điểm: kết cấu phức tạp, chi phí tốn kém, mất nhiều thời gian khi kéo

thả cột ống.



a)



b)

c)

Hình 1.2: Các loại cấu trúc giếng Gaslift

Cấu trúc: Chế độ vành xuyến 1 cột ống (Hình 1.2a )

Cấu trúc: Chế độ vành xuyến 2 cột ống (Hình 1.2b)

Cấu trúc: Chế độ trung tâm 1 cột ống (Hình 1.2c )



d)



18



Cấu trúc: Chế độ trung tâm 2 cột ống (Hình 1.2d )



1.1.7.2. Cấu trúc hệ trung tâm

Khí nén được bơm ép vào cột ống khai thác, còn dòng hỗn hợp sản phẩm

khai thác theo vùng vành xuyến đi lên bề mặt đến hệ thống thu gom và xử lý.

- Ưu điểm:

+ Giảm được áp suất khởi động;

+ Đơn giản gọn nhẹ sử dụng triệt để cấu trúc của giếng.

- Nhược điểm:

+ Giảm độ bền của ống chống khai thác;

+ Giảm độ bền của ống khai thác (do vật cứng mài mòn đầu nối giữa các cột

ống khai thác hay ăn mòn kim loại);

+ Giảm đường kính cột ống chống khai thác do parafin hay muối lắng đọng

trên thành ống;

+ Khó xử lý khi parafin lắng đọng;

+ Áp suất đáy giếng giảm đột ngột khi khởi động và ngừng nén khí.

Trên cơ sở các ưu nhược điểm kể trên trong thực tế thường sử dụng chế độ

cột ống vành xuyến một cột ống. Tuỳ theo việc trang bị paker và van ngược trong

hệ thống mà chia ra 3 trạng thái cấu trúc cơ bản sau :

- Hệ thống khai thác dạng mở (hình 1.3a): Không trang bị paker và van một

chiều, áp suất khởi động lớn hơn áp suất khí nén, áp dụng khi khai thác bằng

phương pháp Gasilft liên tục.

- Hệ thống ống khai thác dạng thác đóng (hình 1.3c): Trang bị paker không

trang bị van một chiều, áp dụng khi khai thác bằng Gaslift định kỳ.



a) Dạng mở



b)Dạng đóng



c)Dạng bán đóng



19



Hình 1.3: Sơ đồ cấu trúc vành xuyến một cột ống

1.1.8. Phương pháp khởi động giếng gaslift

Khi đưa khí nén vào ống bơm ép thì cột chất lỏng trong ống bơm ép hạ

xuống. Phần lớn chất lỏng dâng lên ở trong cột ống nâng và khoảng không ngoài

ống bơm ép, phần rất nhỏ đi ngược vào vỉa (lượng chất lỏng đi vào vỉa phụ thuộc

vào hệ số hấp thụ của vỉa và thời gian ép). Áp suất bơm ép sẽ tăng dần và khi khí

nén xuống tới đáy ống nâng thì áp suất đạt giá trị cực đại. Giá trị áp suất cực đại này

gọi là áp suất khởi động.

Áp suất khởi động là áp suất lớn nhất trong quá trình khởi động tại thời điểm

mà chất lỏng được ép tới đế ống nâng. Áp suất khởi động này phụ thuộc vào các

yếu tố sau:

- Cấu trúc cột ống nâng;

- Đường kính ống chống khai thác và ống khai thác;

- Tỷ trọng cột chất lỏng;

- Chiều sau nhúng chìm của ống nâng.

Khi khí đi vào cột ống nâng và hòa tan vào chất lỏng trong ống nâng, tỷ

trọng chất lỏng trong ống nâng sẽ giảm xướng. Do vật, chất lỏng trộn khí sẽ được

nâng lên mặt đất và đưa đến hệ thống thu gom xử lý. Tại thời điểm khí bắt đầu vào

ống nâng, áp suất nén khí sẽ giảm và khi đến gần miệng ống nâng, hỗn hợp lỏng khí

có năng lượng lớn sẽ đẩy cột chất lỏng trên nó ra khỏi ống nâng làm cho áp suất ở

đế ống nâng giảm đột ngột xuống giá trị thấp nhất. Sau đó, áp suất tăng dẫn đến giá

trị nhất định và không đổi trong suốt quá trình khai thác. Áp suât tại thời điểm này

gọi là áp suất làm việc.

1.1.8.1. Quá trình khởi động giếng

Khi đưa khí nén vào ống bơm ép thì cột chất lỏng trong ống bơm ép hạ

xuống. Phần lớn chất lỏng dâng lên ở trong cột ống nâng và khoảng không ngoài

ống bơm ép, phần rất nhỏ đi ngược vào vỉa (lượng chất lỏng đi vào vỉa phụ thuộc

vào hệ số hấp thụ của vỉa và thời gian ép). Áp suất bơm ép sẽ tăng dần và khi khí

nén xuống tới đáy ống nâng thì áp suất đạt giá trị cực đại. Giá trị áp suất cực đại này

gọi là áp suất khởi động.

Áp suất khởi động là áp suất lớn nhất trong quá trình khởi động tại thời điểm

mà chất lỏng được ép tới đế ống nâng. Áp suất khởi động này phụ thuộc vào các

yếu tố sau:

- Cấu trúc cột ống nâng;



20



- Đường kính ống chống khai thác và ống khai thác;

- Tỷ trọng cột chất lỏng.

Chiều sau nhúng chìm của ống nâng

Khi khí đi vào cột ống nâng và hòa tan vào chất lỏng trong ống nâng, tỷ

trọng chất lỏng trong ống nâng sẽ giảm xướng. Do vậy, chất lỏng trộn khí sẽ được

nâng lên mặt đất và đưa đến hệ thống thu gom xử lý. Tại thời điểm khí bắt đầu vào

ống nâng, áp suất nén khí sẽ giảm và khi đến gần miệng ống nâng, hỗn hợp lỏng khí

có năng lượng lớn sẽ đẩy cột chất lỏng trên nó ra khỏi ống nâng làm cho áp suất ở

đế ống nâng giảm đột ngột xuống giá trị thấp nhất. Sau đó, áp suất tăng dần đến giá

trị nhất định và không đổi trong suốt quá trình khai thác. Áp suất tại thời điểm này

gọi là áp suất làm việc.

1.1.8.2. Các phương pháp giảm áp suất khởi động

Do áp suất khởi động lớn nên trong thực tế khai thác bằng gaslift gặp nhiều

khó khăn hoặc không thể khởi động được giếng, đôi khi khởi động được nhưng lại

không đạt hiệu quả kinh tế. Vì vậy, cần phải tiến hành giảm áp suất khởi động. Vì D

và d là cấu trúc có sẵn được thiết kế theo tiêu chuẩn nên muốn giảm áp suất khởi

động phải giảm chiều cao cột chất lỏng (h) và giảm tỷ trọng cột chất lỏng .

a. Các phương pháp giảm chiều cao cột chất lỏng (h):

- Phương pháp thả ống nâng tưng đợt;

- Phương pháp múc chất lỏng bằng bơm piston;

- Phương pháp dùng đầu nối có lỗ thủng;

- Phương pháp dùng van Gaslift.

b. Các phương pháp giảm tỷ trọng của chất lỏng:

- Phương pháp thay dung dịch bằng nước lã;

- Phương pháp giảm tỷ trọng bằng Nitơ lỏng và công nghệ ống mềm;

- Phương pháp giảm tỷ trọng bằng cách bơm nén hỗn hợp lỏng - khí.

1.1.8.3. Tính toán áp suất khởi động đối với hệ vành xuyến một cột ống

Được mô tả như sơ đồ (hình 1.4).

Các đại lượng cần thiết khi xác định áp suất khởi động bao gồm:

- d: Đường kính ống nâng (mm);

- D: Đường kính cột ống chống khai thác (mm);

- h: Độ nhúng chìm của ống nâng (m);

- Δh: Độ dâng cao của mực chất lỏng trong ống nâng khi ép khí đến đế ống

nâng (m).



21



Hình 1.4: Sơ đồ xác định áp suất khởi động đối với giếng có cấu trúc một cột ống

hệ vành khuyên

- Khi ép khí vào khoảng không vành xuyến, cột chất lỏng trong khoảng

không vành xuyến bị ép đến đế cột ống khai thác. Lúc đó mực chất lỏng trong ống

nâng sẽ dâng cao hơn mực thủy tĩnh một khoảng ∆h (độ cao nâng mực chất lỏng).

Khi đó ta có áp suất khởi động là:

Pkđ = (h + ∆h).ρL.g

(1.1)

- Thể tích chất lỏng bị ép xuống trong khoảng không vành xuyến giữa ống

nâng và ống bơm ép là:

π

V1 = ( D 2 − d 2 ) h

(1.2)

4



- Thể tích của chất lỏng dâng lên trong ống nâng:

π 2

V2 =



4



d ∆h



(1.3)



Nếu chất lỏng không xâm nhập vào vỉa ta có V1 = V2 tức là:

π 2

π

D2 − d 2

(

D − d 2 ) h = d 2 ∆h ⇒ ∆h =

h

4

4

d2



Vậy áp suất khởi động được tính theo công thức sau:



D2 − d 2

Pkđ = ( h + ∆h ).ρ L .g =  h +

d2







D2

h  ρ L .g = 2 ρ L .gh

d





(1.4)



22



+ Nếu (h + ∆h) > L thì:

Pkđ = ρL.g.L

(1.5)

+ Nếu (h + ∆h) ≤ L thì:

D2

Pkđ = 2 ρ L .g .h

d



(1.6)

1.1.8.4. Quá trình khởi động giếng có lắp đặt van khởi động

Giếng mới hoàn thiện, van gaslift và mandrel được lắp đặt trong giếng.Mực

chất lỏng trong giếng cao ngang miệng giếng.Tùy theo độ sâu thiết kế và áp suất mở

van 1 mà van này có thể mở (khi áp suất thủy tĩnh tại van lớn hơn áp suất đặt van)

hoặc đóng (khi áp suất thủy tĩnh tại van nhỏ hơn áp suất đặt van). Các van cũn lại

hầu như mở dưới áp lực của áp lực thủy tĩnh.

Đường thay đổi áp suất trong và ngoài vành xuyến giống nhau khi khí chưa

được nén vào giếng. Giếng đã sẵn sàng cho quá trình gọi dòng (hình 1.5a).



Hình 1.5a. Quá trình khởi động giếng gaslift: trước khi đưa khí nén vào giếng

Khi khí bắt đầu được nén vào giếng, tất cả các van đều mở. Chất lỏng bên

ngoài vành xuyến được nén vào trong cần qua tất cả các van. Do vậy, tốc độ nén khí



23



phải nhỏ (3-4 bar/ph) để bảo vệ van. Gradient áp suất ngoài cần bắt đầu thay đổi

trong khi áp suất trong cần không thay đổi (hình 1.5b). Tất cả các van đều mở.



Hình 1.5b. Quá trình khởi động giếng gaslift: bắt đầu nén khí vào giếng

Khi mực chất lỏng ngoài vùng vành xuyến giảm xuống van 1,van 1 lộ ra cho

phép khí đi vào trong cần và nâng cột chất lỏng từ van 1 lên miệng giếng và vào

bình đo.Áp suất miệng giếng tăng lên và áp suất ngoài vùng vành xuyến giảm nhẹ

(hình 1.5c). Tất cả các van đều mở.



Hình 1.5c. Quá trình khởi động giếng gaslift: khí nén đi vào van gaslift khởi động

van 1