CHƯƠNG II: HỆ THỐNG THIẾT BỊ TRONG KHAI THÁC DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GASLIF

33



1. Van tiết lưu

2. Van chặn

3. Van an toàn thủy lực

4. Đồng hồ đo áp suất trong cần HKT

5.Nhánh làm việc chính

6. Đầu bao cần HKT

7. Cần HKT

8.Đồng hồ đo áp suất ngoài cần HKT

9. Đồng hồ đo áp suất giữa các cột ống chống.

10. Đường tuần hoàn nghịch.

2.2.1.Các thành phần chính của miệng giếng

Thiết bị miệng giếng khai thác bằng Gaslift ở mỏ Bạch Hổ được chuyển nhận từ

đầu miệng giếng khai thác tự phun, được tạo thành từ 3 thành phần chính:

- Tổ hợp đầu ống chống;

- Đầu ống treo;

- Cây thông khai thác.

2.2.1.Tổ hợp đầu ống chống:

Tổ hợp đầu ống chống là bộ phận dưới cùng của thiết bị miệng giếng. Nó được lắp

ngay trên đầu các cột ống chống kỹ thuật và khai thác.

Tổ hợp ống chống bao gồm:

- Các đầu treo ống chống.

- Các đầu bao ống chống.

- Gioăng và vành làm kín.

- Van cửa, van cho áp kế và áp kế.

Đầu ống chống chỉ có một dạng, chúng được phân loại theo kích thước và mặt

bích nối.

Tổ hợp đầu ống chống có những nhiệm vụ sau:

- Liên kết các cột ống chống.

- Bịt kín khoảng không gian vàng xuyến giữa 2 cột ống chống liên tiếp.

- Đo áp suất trong khoảng không gian giữa 2 ống chống.

2.2.2.Đầu treo ống khai thác:

Đầu treo ống khai thác nằm ngay bên dưới cây thông khai thác và được nối với

đường dập giếng và đường tuần hoàn nghịch.

Bộ đầu treo ống khai thác bao gồm:

- Đầu treo cột ống nâng;



34



- Đầu bao cột ống nâng;

- Các van cửa, van cho áp kế và áp kế.

Bộ đầu treo cần có nhiệm vụ sau:

- Treo và giữ cột ống nâng;

- Bịt kín khoảng không gian vành xuyến giữa ống khai thác và ống chống khai

thác;

- Thông qua đường dập giếng nối với hệ thống máy bơm cao áp có công suất

lớn để thực hiện công nghệ dập giếng, bơm ép khi cần thiết;

- Thông qua đường tuần hoàn nghịch để xả áp suất ngoài cần, bơm rửa tuần

hoàn giếng;

- Thông qua các đồng hồ và van để kiểm tra áp suất ngoài cột ống nâng khi

thực hiện các giải pháp công nghệ khai thác.

Đầu ống treo có nhiều loại khác nhau, chúng có chức năng như nhau nhưng

khác nhau về hình dáng và cấu tạo.

2.2.3.Cây thông khai thác:

Là phần trên của thiết bị miệng giếng, được nối trên đầu ống khai thác. Thông

thường cây thông khai thác gồm 2 nhánh làm việc: nhánh làm việc chính và nhánh

dự phòng.

Trên đầu cây thông khai thác có thiết bị gọi là lubricater cho phép dùng các

phương pháp cơ học để nạo vét parafin lắng đọng hoặc để dùng thả các thiết bị đo

đạc kiểm tra trong giếng đang hoạt động mà không cần phải đóng giếng. Đối với

giếng Gaslift cây thông khai thác còn lắp đặt các bộ phận sau:

- Đồng hồ chỉ áp suất trong cột ống nâng;

- Van chặn trên nhánh làm việc;

- Van an toàn thuỷ lực;

- Van tiết lưu;

Cây thông khai thác có những nhiệm vụ sau:

- Hướng cho dòng sản phẩm đi vào hệ thống thu gom và xử lý;

- Cho phép điều chỉnh lưu lượng khai thác một cách thuận lợi, dễ dàng nhờ

côn điều tiết;

- Tạo đối áp trên miệng giếng để sử dụng năng lượng vỉa một cách hợp lý

- Cho phép đo được áp suất đường nén, đường xả;

- Đảm bảo an toàn khi có sự cố (đóng van an toàn trung tâm);



35



- Cho phép thực hiện các thao tác kỹ thuật sau: bơm dập giếng, xử lý vùng cận

đáy giếng, gọi dòng sản phẩm, bơm ép vỉa.

Cây thông có 2 loại: chạc 3 và chạc 4.

1. Áp kế

2. Van chặn

3. Chạc 3

4-Van tiết lưu

5.Nhánh làm việc chính

6. Nhánh dự phòng

7. Van an toàn trung tâm

8. Điểm giao cắt

9. Mặt bích

10. Áp kế

11. Đường dẫn khí ép

12. Đường tuần hoàn nghịch

Hình 2.2. Sơ đồ cây thông kiểu chạc 3.

1. Áp kế

2. Van chặn

3. Van tiết lưu

4. Nhánh làm việc chính;

5. Van an toàn trung tâm

6. Đường tuần hoàn nghịch

7. Đường dẫn khí ép

8. Mặt bích

9. Đường dập giếng



Hình 2.3.- Sơ đồ cây thông kiểu chạc 4

- Cây thông kiểu chạc 3.

+ Ưu điểm: khi chạc 3 bị hỏng thì có thể thay thế mà không phải đóng giếng.

Lúc đó ta chỉ cần đóng van và cho giếng làm việc theo nhánh dự phòng. Loại này

thường dùng cho giếng có cát hoặc tạp chất.



36



+ Nhược điểm: Kích thước cao, cồng kềnh vừa chiếm không gian vừa yếu sàn

công tác, khó vận hành

- Cây thông kiểu chạc 4:

+ Ưu điểm: Đỡ cồng kềnh dễ vận hành, kết cấu vững chắc, độ chịu mài mòn

cao.

+ Nhược điểm: Không có nhánh dự phòng nên khi có sự cố hư hỏng ở nhánh

làm việc chính và chạc tư thì phải ngừng làm việc để thay thế. Chỉ sử dụng loại này

cho giếng có sản phẩm ít cát.

2.3.Thiết bị lòng giếng

Thiết bị lòng giếng được trang bị cho hầu hết tất cả các giếng dầu bằng phương

pháp tự phun cũng như khai thác Gaslift nhằm mục đích tiến hành các quy trình

công nghệ kỹ thuật cần thiết, điều khiển dòng trong suốt quá trình khai thác, sửa

chữa, nghiên cứu giếng nhờ kỹ thuật tời mà không cần phải đóng giếng, dập giếng

hay nâng thả cột ống khai thác. Thiết bị lòng giếng có nhiệm vụ và chức năng sau:

- Cách ly và điều khiển dòng chảy từ đáy giếng đến miệng giếng trong quá trình

khai thác;

- Có khả năng điều khiển các thông số làm việc của giếng theo chế độ tự động và

bán tự động;

- Tiến hành nghiên cứu giếng và đo các thông số làm việc của giếng trong khi

giếng vẫn khai thác và cho sản phẩm (có thể lắp đặt các thiết bị chuyên dụng để

nghiên cứu như thiết bị đo áp suất và nhiệt độ);

- Bảo đảm sửa chữa giếng bằng tời;

- Có thể kéo toàn bộ thiết bị miệng giếng cùng với ống khai thác mà không cần phải

dập giếng;

- Bảo vệ cột ống chống, thiết bị miệng giếng và bảo toàn năng lượng vỉa;

- Bảo đảm an toàn, chống hiện tượng phun trào trong quá trình khai thác;

- Thực hiện tuần hoàn nghịch để rửa giếng và dập giếng nhờ van tuần hoàn;

- Có khả năng khởi động giếng khai thác bằng Gaslift một cách tự động.

2.3.1.Phễu định hướng

Phễu định hướng được lắp ngay đáy cột ống nâng, có nhiệm vụ hướng các thiết

bị tời chuyên dụng đi qua đáy cột ống nâng khi thao tác các công việc khảo sát hay sưa

chữa giếng. Phễu định hướng được thiết kế với đầu vào có dạng phễu hình côn và

đường kính trong không làm giảm đường kính cột ống nâng.



37



2.3.2.Nhippen

Bộ phận này được lắp ở dưới ống đục lỗ. Nhippen có tác dụng để đặt các thiết

bị đo sâu trong quá trình khảo sát giếng, ngoài ra nó có tác dụng để đặt các loại van

tùy theo mục đích của quá trình khai thác. Như vậy tác dụng chính của nó là để

khóa giữ và liên kết các thiết bị trong ống nâng.

2.3.3.Ống đục lỗ

Ống đục lỗ có nhiệm vụ cho phép dòng sản phẩm chảy liên tục vào cột ống

nâng trong quá trình khi tiến hành các quy trình công nghệ như khảo sát giếng bằng

kỹ thuật tời ở phần trên phía dưới sâu của nó. Ống đục lỗ được thiết kế tối ưu nhằm

giảm tối thiểu tổn hao năng lượng của dòng sản phẩm chảy qua các lỗ và đường

kính trong không nhỏ hơn so với đường kính trong của cột ống nâng tại điểm nối,

ống này được nắp ngay sau phễu định hướng và nhippen để đặt thiết bị đo sâu. Ống

có chiều dài ≥ 3m, đục nhiều lỗ ≥ 8 lỗ cho phép chất lỏng đi qua dễ dàng.

2.3.4.Van cắt

Van cắt nằm phía trên ống đục lỗ, nó có chức năng để mở paker vào trạng thái

làm việc.

Bên trong van được lắp đặt một viên bi và được giữ bởi các chốt, vòng lót, vòng

trượt để giữ bi. Van được sử dụng để bịt kín ống khai thác nhờ viên bi thả từ trên

mặt đất xuống. Sau khi paker được mở và đưa về trạng thái làm việc thì tác động

một lực lớn lên van cắt sâu để làm đứt các chốt giữ bi, khi đó viên bi sẽ rơi xuống

đáy giếng và cột ống khai thác được thông. Áp lực sử dụng để cắt bỏ van phải được

tính toán sao cho lớn hơn áp lực mở paker, nhưng giá trị này không được vượt quá

giới hạn cho phép của van, vì nếu quá lớn nó sẽ phá hỏng paker.



1-viên bi.

2-chốt giữ.

3-thép đàn hồi.



Hình



2.4.

Sơ đồ van cắt.



38



2.3.5.Paker

Hiện nay tại mỏ Bạch Hổ paker được sử dụng ở hầu hết các giếng. Có thể nói

paker là một trong những bộ phận cơ bản quan trọng của thiết bị lòng giếng.

Paker có thể phân chia thành các loại sau:

2.3.5.1.Phân loại Paker

Theo cách lắp đặt chia làm 2 loại:

- Paker cơ học;

- Paker thuỷ lực: gồm 2 loại

+ Loại 1: là loại paker được mở bằng lực bơm ép trong cần.

+ Loại 2: là loại paker được mở bằng áp lực thuỷ tĩnh ngoài cần.

∗ Theo tính chất đặc trưng chia làm 4 loại

- Paper thu hồi ;

- Paker cố định ;

- Paker thu hồi và cố định ;

- Paker trương phồng .

2.3.5.2.Nhiệm vụ của paker:

- Cách ly các tầng sản phẩm với nhau.

- Cách ly chất lỏng bên trong và bên ngoài ống khai thác. Việc cách ly nhằm

mục đích:

+ Giảm áp lực lên thiết bị miệng giếng, đảm bảo an toàn cho con người và

thiết bị trước hiện tượng phun và xuất hiện khí độc;

+ Tránh hiện tượng hư hỏng cột ống chống dẫn đến tăng độ bền cột ống

chống, chống hiện tượng rò rỉ do vậy bảo toàn năng lượng vỉa;

+ Góp phần cải thiện điều kiện dòng chảy;

- Cùng với van tuần hoàn paker góp phần thực hiện phương pháp tuần hoàn

ngược để rửa giếng, dập giếng và gọi dòng sản phẩm;

- Có tác dụng treo giữ đầu dưới của cột ống nâng với cột ống chống khai thác.

2.3.5.3.Cấu tạo và hoạt động của paker:

∗ Cấu tạo: Gồm 3 bộ phận cơ bản

+ Bộ phận trượt (slip) được chế tạo bằng kim loại;

+ Bộ phận nở để bịt kín được chế tạo bằng vật liệu chịu nhiệt độ và áp suất

cao, bộ phận này thường làm bằng cao su có tính đàn hồi cao;

+ Ngoài ra paker còn có các bộ phận khác như các chốt, vít sắt, piston, các

vòng lót;



39



Hiện nay ở mỏ Bạch Hổ hầu hết sử dụng loại paker điều khiển bằng thuỷ lực.

Số paker dùng trong giếng lớn nhất là 2, do điều kiện địa chất, số tầng sản phẩm và

yêu cầu công nghệ của một số giếng trong mỏ.

2.3.5.4. Nguyên lý hoạt động:

+ Paker được thả tới vị trí cần lắp. Người ta sử dụng van cắt hoặc van ngược

để mở paker. Trước khi bơm ép tạo áp suất, người ta thả viên bi xuống van cắt.

+ Khi tăng áp lực qua đường thuỷ lực, bộ phận slip trượt xuống và ép bộ phận

mở paker. Paker được mở ra và ép chặt vào thành ống chống. Bộ phận trượt được

giữ lại bằng một cạnh gờ và giữ cho bộ phận nở luôn luôn bị ép và mở khi áp suất

giảm.

+ Khi cần tháo bỏ Paker, người ta tác dụng một lực lớn (được tính toán trước

khi lắp đặt paker) để cắt chốt bám vào gờ nói trên. Khi đó bộ phận nở thu lại, ta có

thể kéo paker lên.

1.tấm cao su

2.xilanh (vỏ ngoài)

3.gioăng cao su

4.piston

5.chấu đứng

6.chốt đóng

7.chấu (bám ống)

8.vòng cắt

9.vỏ ngoài

10.thân ống HKT



Hình 2.5. Sơ đồ paker loại 1

2.3.6.Thiết bị bù trừ nhiệt

Hiện nay tại mỏ Bạch Hổ paker được sử dụng ở hầu hết các giếng. Có thể nói

paker là một trong những bộ phận cơ bản quan trọng của thiết bị lòng giếng.

Paker có thể phân chia thành các loại sau:

∗ Theo cách lắp đặt chia làm 2 loại:



40



- Paker cơ học;

- Paker thuỷ lực: gồm 2 loại

+ Loại 1: là loại paker được mở bằng lực bơm ép trong cần;

+ Loại 2: là loại paker được mở bằng áp lực thuỷ tĩnh ngoài cần.

∗ Theo tính chất đặc trưng chia làm 4 loại

- Paper thu hồi;

- Paker cố định ;

- Paker thu hồi và cố định ;

- Paker trương phồng .

Nhiệm vụ của paker:

- Cách ly các tầng sản phẩm với nhau;

- Cách ly chất lỏng bên trong và bên ngoài ống khai thác. Việc cách ly nhằm

mục đích:

+ Giảm áp lực lên thiết bị miệng giếng, đảm bảo an toàn cho con người và

thiết bị trước hiện tượng phun và xuất hiện khí độc;

+ Tránh hiện tượng hư hỏng cột ống chống dẫn đến tăng độ bền cột ống

chống, chống hiện tượng rò rỉ do vậy bảo toàn năng lượng vỉa;

+ Góp phần cải thiện điều kiện dòng chảy;

- Cùng với van tuần hoàn paker góp phần thực hiện phương pháp tuần hoàn

ngược để rửa giếng, dập giếng và gọi dòng sản phẩm;

- Có tác dụng treo giữ đầu dưới của cột ống nâng với cột ống chống khai thác.

Cấu tạo và hoạt động của paker:

∗ Cấu tạo: Gồm 3 bộ phận cơ bản

+ Bộ phận trượt (slip) được chế tạo bằng kim loại ;

+ Bộ phận nở để bịt kín được chế tạo bằng vật liệu chịu nhiệt độ và áp suất

cao, bộ phận này thường làm bằng cao su có tính đàn hồi cao;

+ Ngoài ra paker còn có các bộ phận khác như các chốt, vít sắt, piston, các

vòng lót.

Hiện nay ở mỏ Bạch Hổ hầu hết sử dụng loại paker điều khiển bằng thuỷ lực.

Số paker dùng trong giếng lớn nhất là 2, do điều kiện địa chất, số tầng sản phẩm và

yêu cầu công nghệ của một số giếng trong mỏ.

∗ Nguyên lý hoạt động:

+ Paker được thả tới vị trí cần lắp. Người ta sử dụng van cắt hoặc van ngược

để mở paker. Trước khi bơm ép tạo áp suất, người ta thả viên bi xuống van cắt.



41



+ Khi tăng áp lực qua đường thuỷ lực, bộ phận slip trượt xuống và ép bộ phận

mở paker. Paker được mở ra và ép chặt vào thành ống chống. Bộ phận trượt được

giữ lại bằng một cạnh gờ và giữ cho bộ phận nở luôn luôn bị ép và mở khi áp suất

giảm;

+ Khi cần tháo bỏ Paker, người ta tác dụng một lực lớn (được tính toán trước

khi lắp đặt paker) để cắt chốt bám vào gờ nói trên. Khi đó bộ phận nở thu lại, ta có

thể kéo paker lên.

1.tấm cao su

2.xilanh (vỏ ngoài)

3.gioăng cao su

4.piston

5.chấu đứng

6.chốt đóng

7.chấu (bám ống)

8.vòng cắt

9.vỏ ngoài

10.thân ống HKT

Hình 2.6. Sơ đồ paker loại 1xoắn ống.

Để khắc phục hiện tượng này người ta lắp đặt thêm thiết bị bù trừ nhiệt dùng

để cân bằng, bù trừ sự thay đổi chiều dài ống nâng khai thác do tác dụng của nhiệt

độ và áp suất cao thay đổi trong quá trình khai thác.

∗Nguyên lý làm việc:

Khi thả cột ống khai thác vào giếng khai thác thì lõi và vỏ của nó được liên

kết với nhau nhờ một chốt nối. Sau khi đã thả đến vị trí tính toán và sau khi đưa

paker vào làm việc thì lúc đó bằng phương pháp cơ học hay thuỷ lực người ta cắt

chốt để giải phóng mối liên kết này. Khi có nhiệt độ và áp suất thay đổi, chiều dài từ

cột ống từ paker đến miệng giếng bị co lại hoặc giãn ra. Sự co giãn này được bù trừ

nhờ sự di chuyển của lõi và vỏ.



42



1.vỏ nối với ống trên

2.bộ cao su

3.chốt - vòng hãm

4.lõi nối với ống dưới



Hình 2.7. Sơ đồ thiết bị bù trừ nhiệt.

2.3.7.Van tuần hoàn

∗Chức năng:

Van tuần hoàn có nhiệm vụ đóng hoặc mở cửa sổ liên thông giữa bên trong và

bên ngoài ống nâng trong các trường hợp rửa giếng, dập giếng và gọi dòng sản

phẩm. Ngoài ra van tuần hoàn còn được sử dụng như một nơi chứa các thiết bị phụ

hồi kế tiếp như bơm ly tâm, các lỗ van dùng để cho dòng sản phẩm đi qua và nâng

chất lỏng từ một tầng sản phẩm (đối với giếng khai thác ở nhiều tầng sản phẩm).

Thường trên thiết bị lòng giếng người ta bố trí 2 van tuần hoàn, tuỳ mục đích

sử dụng mà dùng từng van. Việc đóng mở van là nhờ dụng cụ cáp tời. Van tuần

hoàn đặc biệt có ích trong các hoạt động sau:

+ Gọi dòng sản phẩm bằng cách thay đổi tỷ trọng dung dịch;

+ Dập giếng để tiến hành sửa chữa, kéo cần khai thác;

+ Tuần hoàn dung dịch bằng nước biển;

+ Kiểm tra van an toan sâu.

∗Van tuần hoàn thường có 2 loại sau :

- Van tuần hoàn có lõi không kéo lên được:

+ Ưu điểm: kích thước bên trong của van lớn dẫn đến giảm tổn thất thủy lực;

+ Nhược điểm: khi hỏng phải kéo toàn bộ ống khai thác lên mặt đất để sửa chữa.

- Van tuần hoàn có lõi kéo lên được:

+ Ưu điểm: khi hỏng có thể kéo lõi lên mặt đất để sửa chữa mà không cần kéo

cột ống khai thác

+ Nhược điểm: Đường kính của lõi bị thu hẹp, làm tăng tổn thất thủy lực và

hạn chế dòng chảy.



43



1.Lõi

2.Cao su

3.Lỗ tuần hoàn

4.Khoá hãm



a.Van có lõi cố định



1. Lõi

2. Cao su

3. Lỗ tuần hoàn

4. Khoá hãm



b.Van có lõi kéo lên được

Hình 2.8- Sơ đồ van tuần hoàn.

2.3.8.Mandrel

Mandrel có dạng khửu hình ôvan lệch hẳn so với đường tâm của ống khai thác.

Vì vậy nó sử dụng để đặt van Gaslift, van điều khiển, van bơm ép hóa chất hay van

tiết lưu mà không ảnh hưởng đến tiết diện bên trong ống nâng và cho phép các thiết

bị tời đi qua dễ dàng.

Trong trường hợp giếng không phải lắp đặt các van thì người ta có thể sử dụng

các van giả đặt trong nó nhằm bịt kín lỗ thông của Mandrel giữa ống khai thác và

ống chống khai thác. Trong một cột ống khai thác người ta có thể lắp một hoặc

nhiều mandrel.

2.3.9.Van an toàn sâu

Là bộ phận không thể thiếu trong các giếng khai thác dầu khí ( đặc biệt là các

giếng tự phun có áp suất lớn). Nó được lắp đặt ở vị trí trên cùng của thiết bị lòng giếng.