CHƯƠNG III: THIẾT KẾ KHAI THÁC DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GASLIFT CHO GIẾNG 1007-MSP10 MỎ BẠCH HỔ

55



21



Tỷ số khí dầu của vỉa



FGOR



110



m3/t



22



Hàm lượng nước của sản phẩm



f0



50



%



3.2. Cơ sở lựa chọn phương pháp khai thác bằng gaslift cho giếng 1007-msp10

3.3. Tính toán cột ống nâng cho giếng thiết kế

3.3.1. Xác định chiều dài cột ống nâng L.

Để tính toán chiều dài cột ống nâng (L) ta áp dụng công thức sau:

(4.1)

Ta có: + H : Chiều sâu giếng thiết kế 4350 (m)

+ Pđe : Áp suất đế ống nâng (at) .

Pđe = Plv - 4 = 84 – 4 = 80 (at).

+ Pđ : Áp suất đáy giếng (at) .

Theo công thức tính lưu lượng khai thác: Q = K(Pv – Pđ)

Q = Qcl . γd= 65 .0,84 = 54.6 (T/ng đ)

→

=



= 159,33 (at)



+ Trọng lượng riêng trung bình hỗn hợp dầu:

γ hh =



(4.2)



Trong đó:

+ γ đ : Trọng lượng riêng của hỗn hợp dầu khí ở dưới đáy giếng.



(γ cl = γ d = 0,84 g/cm3 -.Trọng lượng riêng của chất lỏng và dầu trong giếng)

D: Đường kính ống chống khai thác 170(mm)=6,7 (inch)

= 0,8414

+ γ đe : Trọng lượng riêng của hỗn hợp dầu khí ở đế ống nâng.



56



γ đe



= 0,82

Thay kết quả tính được thay vào công thức (4.2) ta được:



γ hh =



0,84 + 0,82

= 0,83

2

Vậy chiều dài ống nâng: L = 4350 −



= 3347 (m)



Trên đây chỉ là thiết kế theo lý thuyết của khai thác gaslift cổ điển nó chỉ áp

dụng có hiệu quả cho những giếng có độ sâu nhỏ,nhưng đối với những giếng có độ

sâu lớn như giếng 1104 thì áp suất khởi động sẽ rất lớn do đó để giảm áp suất khởi

động và tăng hiệu quả khai thác thì ta phải sử dụng van gaslift để giảm suất khởi

động

Trong quá trình khai thác mực nước động hạ xuống,lưu lượng khai thác giảm

dần do áp suất vỉa giảm dần.Để nâng cao hiệu quả khai thác và giảm chi phí cho

việc nâng ống sau này,theo kinh nghiệm thiết kế người ta đặt ống nâng cách nóc vỉa

một khoảng 20-50 (m)

Vậy chiều dài của ống nâng là: L= 3347 – 20 = 3147 (m)

3.3.2. Xác định đường kính cột ống nâng.

Đường kính của cột ống nâng khi giếng làm việc ở chế độ tối ưu được xác

định theo công thức:

d = 0, 235.



1

Q

.3

ε (1 − ε ).γ cl



ε: độ nhấn chìm tương đối của cột ống nâng.

=

→



d = 0, 235.



= 0,24



1

52

.3

= 2,1(inch) = 53,3(mm)

0, 24 (1 − 0, 24).0,84



(4.3)



57



Theo bảng 4.2 tiêu chuẩn hóa ta chọn đường kính ống nâng d = 2,874 (inch)

= 73 (mm). Để giảm tổn thất thủy lực ta chọn đoạn ống cuối có chiều dài 420

(m) ,có đường kính d = 60 (mm).



58



Bảng 3.2: Ống HKT sản xuất theo tiêu chuẩn API

Đường kính qui

ước HKT(mm)

48

60

73



Đường

ngoài(mm)

48,3

60,3

73,0



89

114



88,9

114,3



kính Bề dày (mm)

3,68

5,54

5,51

7,01

6,45

6,88



Đường

trong(mm)

40,9

59,9

62,0

59,0

76,0

100,3



kính



3.3.3.Xác định chiều sâu của van gaslift và đặc tính của van

3.3.3.1. Van số 1:

Bằng phương pháp đồ thị ta xác định độ sâu đặt van số 1 như sau:

+ Xác định giao điểm của đường phân bố áp suất thủy tĩnh và đường áp suất

khí nén khởi động.

+ Trên đường phân bố áp suất thủy tĩnh ta chọn một điểm có áp suất nhỏ hơn

áp suất tại giao điểm khoảng 50 psi.Mục đích nhằm tạo ra chênh áp để khí nén đi

qua vào van trong ống khai thác.

+ Vẽ đường nằm ngang song song với trục áp suất đi qua điểm vừa chọn và

cắt trục độ sâu tại một điểm.Đó chính là vị trí đặt van thứ nhất.

+ Từ đường thẳng này kéo dài cắt đường số 4 và đường số 5 tại hai điểm, hai

điểm này là nhiệt độ khí nén ngoài cần và nhiệt độ của chất lỏng trong cần tại van

Với cách xác định như vậy ta xác định được các thông số sau:

a. Độ sâu đặt van số 1:

1. Độ sâu đặt van 1: H1 = 2885 ft = 879,3 m

2. Nhiệt độ khí nén tại độ sâu đặt van 1: Tkn1 = 50,55 0C = 123 0F

3. Nhiệt độ chất lỏng trong ống khai thác ở độ sâu đặt van 1:

TL1 = 62,40C = 144,4 0F

4. Áp suất khí nén tại vị trí van1:

Pkn1 = 1390 psi = 94,6 at.

5. Áp suất nhỏ nhất mà dòng chất lỏng trong ống khai thác đạt được khi khí

nén qua van 1:

Pmin1 = 458 psi = 31,19 at.

6. Áp suất cực đại trong ống nâng tại vị trí van 1:

Để xác định áp suất cực đại trong ống nâng tại điểm đặt van số 1, ta chỉ cần

nối điểm áp suất miệng với điểm áp suất khí nén P kn2. Theo (Hình 4.1) ta có

giá trị:



59



Pmax1= 873,93psi (59,49 at).

7. Hệ số hiệu chỉnh lưu lượng khí nén ở vị trí van 1:

Ctg1 = 0,075.



=0,075.



= 1,18



b. Xác định đường kính van:

1.Áp suất khí nén cân bằng lực đóng mở van 1:

Pkcbl = Pknl − ∑∆Pkl = 94,6 – 0 = 94,6 at = 1390psi.

(∑∆Pkl =0 là tổng tổn hao áp suất của khí sau khi nén qua các van phía

trên,vì là van thứ nhất nên tổn hao áp suất này bằng 0).

2. Áp suất chất lỏng trong ống nâng dùng để cân bằng lực đóng mở van 1:

Plcbl = Pmin1+ f.(Pkcbl - Pminl)

Trong đó:

f - là phần trăm độ chênh áp, ở đây ta chọn f = 10% là độ chênh áp giữa (P kn –

Pmin) cho tất cả các van để hệ thống làm việc ổn định.

Plcbl = 458 + 10%.(1390 – 458) = 551,2 psi = 37,52 at

Khi áp suất khí nén nhỏ hơn P lcb1 van sẽ đóng. Nếu áp suất khí nén lớn hơn

Plcb1 thì van sẽ mở.

3.Tỷ số khí lỏng khi nén khí qua van số 1:

Từ độ sâu H1= 2885 ft = 879,3 m và áp suất Plcbl = 551,2 psi = 37,52 at theo

(Hình 4.2) ta có: GLR1= 350 scf/bbl (62,3 m 3 /m 3 )

4. Lưu lượng chất lỏng đi lên trong ống nâng

Muốn xác định các thông số kỹ thuật của van,ta phải dự đoán giá trị lưu

lượng khai thác (QL) trong van trong suốt quá trình khởi động,giá trị này phải lựa

chọn sao cho thích hợp để không làm hỏng van do tốc độ chảy của khí.

Áp suất đáy giếng khi bơm ép khí qua van 1:

Pd1= Pmin1+

Trong đó :



= 31,19 +

=



= 312,9 (at)



= 0,84



Vì Pd1 = 312,9 (at) > P v = 220 (at) nên lúc này chưa có dòng chảy từ vỉa vào

giếng nên giá trị lưu lượng phải chọn đủ nhỏ để không làm hỏng van nhưng vẫn

đảm bảo lưu lượng không quá nhỏ . Ta chọn QL1= 30 m 3 /ng.đ

5. Thể tích khí nén qua van

Vk1= (GLR 1 - FGLR).QL1

Trong đó



60



GLR 1 : Tỷ số khí lỏng khi nén khí qua van 1

FGLR : Tỷ số lưu lượng khí riêng của dòng sản phẩm

FGLR = FGOR.(1-f ) = 100.0,84.( 1- 0,5 ) = 42 (m 3 /m3)

nc

Lúc này chưa có dòng chảy từ vỉa vào giếng nên FGLR = 0

Khi đó: Vk1 = (62,3 - 42).30 = 1869 (m 3 /ng.đ)

Dưới ảnh hưởng của nhiệt độ tại vị trí đặt van ta hiệu chỉnh lại lượng khí nén

lớn nhất qua van 1 là:

Vknmax1=Vk1.Ctg1= 1869.1,18 = 609 (m 3 /ng.đ)

6. Đường kính lỗ van,từ các thông số của van 1

Áp suất khí nén cân bằng : Pkcb1 =94,6 at = 1390psi =92,77 bar

Áp suất chất lỏng cân bằng: Plcb1 =37,52 at = 551,2 psi = 36,79 bar

Lượng khí nén lớn nhất: Vknmax1 = 609 (m 3 /ng.đ) = 21,46 Mcu.ft/ngđ

Ta có : Plcb1 = 37,52 at

Pkcb1 = 94,6 at

Plcb1/Pkcb1 = 0,396 tra hình 4.4 ta được K1 = 0,468

C’ =



=



= 0,119



Với Pkcb1 = 94,6.14,69 = 1390 psi

Từ hệ số C’ ta có đường kính lỗ van :

d=



=



= 0,05 inch



chọn đường kính lỗ van theo nhà sản xuất (bảng 4.5): là



inch



c. Xác định áp suất mở van ở điều kiện chuẩn 15,50C (600F).

Điều này nhằm xác định áp suất mở van ở điều kiện chuẩn tương đương với

áp suất mở van ở điều kiện trong giếng đối với van đó trong quá trình cần sửa chữa

và lắp đặt van ở trên mặt đất.

Với đường kính lỗ van là 1/8”(inch) tra bảng hệ số hiệu chỉnh của lỗ van

(Bảng4.5) ta có hệ số Fl1 = 0.0716; để xác định giá trị hiệu dụng Ct1 ta cần phải tính:

Áp suất mở van ở điều kiện bề mặt(áp suất buồng khí):

Pbm1 =



=



= 90,78 at = 89 bar



61



Tra bảng 4.6 với Tl1 = 62,4 0 C = 144,4 0 F và Pbm1 = 90,78 at = 89 bar ta được C t1 =

0,84

Áp suất mở van ở điều kiện chuẩn là:

Pmv= Ctl.(



+



.Fl1) = 0,84.( 94,6 + 37,52.0,0716) = 81,72 (at)



3.3.3.2 Van số 2.

Để xác định các thông số của van 2, từ điểm P min1 = 458 psi = 31,19 at trên

(hình 4.1), ta vẽ đường thẳng song song với đường áp suất thuỷ tĩnh cắt đường áp

suất khí nén tại một điểm và chọn trên đường này một điểm có áp suất nhỏ hơn so

với đường bơm ép khí của van làm việc số 1 khoảng 40 psi để tạo chênh áp cho khí

nén đi qua van số 2 vào ống nâng được dễ dàng.Từ điểm vừa chọn này ta vẽ đường

thẳng song song với trục áp suất cắt trục độ sâu tại một điểm,điểm này chính là độ

sâu cần thiết đặt van số 2.

Tính toán tương tự như đối với van 1 ta có các thông số của van 2 như sau:

1. Độ sâu đặt van 2:

H2 = 5207 ft = 1587 m.

2. Nhiệt độ khí nén tại độ sâu đặt van 2: Tkn2 = 69,44 0C = 157 0F

3. Nhiệt độ chất lỏng trong ống khai thác ở độ sâu đặt van 2:

T12 = 78,120C = 172,620F.

4. Áp suất khí nén tại vị trí van 2:

Pkn2 = 1435,63 psi = 97,73 at.

5. Áp suất nhỏ nhất (từ điểm đặt van) mà dòng chất lỏng trong ống khai thác đạt

được khi khí nén qua van 2:

Pmin2 = 690,51 psi = 47 at.

6. Áp suất cực đại trong ống nâng tại vị trí van 2:

Để xác định áp suất cực đại trong ống nâng tại điểm đặt van, ta chỉ cần nối

điểm áp suất khí nén tại độ sâu đặt van dưới nó với điểm áp suất miệng. Theo (hình

4.1) ta có giá trị :

Pmax2 = 1126,5 psi = 76,68 at

7. Hệ số hiệu chỉnh lưu lượng khí nén ở vị trí van 2:

Ctg2 = 0,075.



= 0,075.



= 1,21



8. Áp suất khí nén dùng để cân bằng lực đóng mở van 2

Pkcb2= Pkn2 - ∑∆Pk2

= (Pmax1- Plcb1).Fl1 = (59,49 – 37,52). 0,0716 = 1,573 (at)

∑∆Pk2 =



+ ∑∆Pk1 = 1,573 + 0 =1,573 (at)



Vậy Pkcb2 = 97,73 – 1,573 = 96,16 (at) = 1412,59 (psi)

9. Áp suất chất lỏng trong ống nâng dùng để cân bằng lực đóng mở van 2:



62



Plcb2= Pmin2+ f.( Pkcb2- Pmin2)

Chọn f = 10%

Khi đó : Plcb2 = 690,51 + 10%.(1412,59 – 690,51) = 762,72 psi = 51,92 at

10. Tỷ số khí lỏng khi nén khí qua van 2:

Từ độ sâu H2 = 5207 ft = 1587 m và áp suất lỏng cân bằng P lcb2 = 51,92 at

(762,72 psi) tra hình 4.2 ta có: GLR 2 = 615 scf/bbl (109,53 m 3 / m 3 )

11. Lưu lượng chất lỏng đi lên trong ống nâng

Áp suất đáy giếng khi bơm ép khí qua van 2:

Pd2 = Pmin2 +



= 47 +



= 271,3 (at)



Vì Pd2 = 271,3(at) > P v = 220 (at) nên lúc này chưa có dòng chảy từ vỉa vào giếng

nên giá trị lưu lượng phải chọn đủ nhỏ để không làm hỏng van nhưng vẫn đảm bảo

lưu lượng không quá nhỏ . Ta chọn QL2= 30 m 3 /ng.đ

12. Thể tích khí nén qua van :

Vk2 = (GLR 2 - FGLR).QL2

Trong đó :

GLR2 : Là tỷ số khí lỏng khi khí nén qua van 2

FGLR: Là tỷ số lưu lượng khí riêng của dòng sản phẩm

FGLR = FGOR .(1−f ) = 100.0,84.( 1− 0,5 ) = 42 (m 3 /m3)

nc

Khi đó: Vk2 = (109,53 – 42).30 = 2019(m 3 /ng.đ)

Dưới ảnh hưởng của nhiệt độ tại vị trí đặt van ta hiệu chỉnh lại lượng khí nén

lớn nhất qua van 2 là :

Vknmax2 = Vk2.Ctg2 = 2019 .1,21 = 2443 (m 3 /ng.đ)

13. Đường kính lỗ van,từ các thông số của van 2

Áp suất khí nén cân bằng: Pkcb2 = 96,16 at = 1412,59 psi = 94,3 (bar)

Áp suất chất lỏng cân bằng: Plcb2 = 51,92 at = 762,72 psi = 50,92 (bar)

Lượng khí nén lớn nhất: Vknmax2 = 2298,9 (m 3 /ng.đ) = 86 Mcu.ft/ngđ

Ta có : Plcb2 = 51,92 at

Pkcb2 = 96,16 at

Plcb2/Pkcb2 = 0,54 tra hình 4.4 ta được K2 = 0,468

C’ =



=



= 0,125



Với Pkcb2= 96,16.14,69 = 1412,59 psi



63



Từ hệ số C’ ta có đường kính lỗ van :

d=



=



= 0,054 inch



chọn đường kính lỗ van theo nhà sản xuất bảng 4.5: là inch

14. Áp suất mở van ở điều kiện chuẩn 15,5 0C ( 60 0F)

Với đường kính lỗ van là 1/8” inch tra bảng hệ số hiệu chỉnh của lỗ van (Bảng 4.5)

ta có : Fl2= 0,0716

Để xác định giá trị hiệu dụng Cl2 ta cần tính :

Áp suất mở van ở điều kiện bề mặt :

Pbm2=



=



= 93,2 (at)



Tra bảng 4.6. với Tl2 = 78,12 0 C = 172,62 0 F và Pbm2 = 93,2 (at) = 91,4 (bar) ta được

Ct2= 0,7978

Áp suất mở van ở điều kiện chuẩn là :

Pmv2= Ct2.(



+



.Fl2) = 0,7978.(96,16 + 51,92.0,0716) = 79,68(at)



3.3.3.3. Van số 3.

Để xác định các thông số của van 3, từ điểm P min2 = 690,51 psi = 47 at trên (

hình4.1), ta vẽ đường thẳng song song với đường áp suất thuỷ tĩnh cắt đường áp

suất khí nén tại một điểm và chọn trên đường này một điểm có áp suất nhỏ hơn so

với đường bơm ép khí của van làm việc số 2 khoảng 40 psi để tạo chênh áp cho khí

nén đi qua van số 3 vào ống nâng được dễ dàng.Từ điểm vừa chọn này ta vẽ đường

thẳng song song với trục áp suất cắt trục độ sâu tại một điểm,điểm này chính là độ

sâu cần thiết đặt van số 3.

Tính toán tương tự như đối với van trên ta có các thông số của van 3 như sau:

1. Độ sâu đặt van 3:

H3 = 7036 ft = 2144,66 m.

2. Nhiệt độ khí nén tại độ sâu đặt van 3: Tkn3 = 84,30C = 183,760F

3. Nhiệt độ chất lỏng trong ống khai thác ở độ sâu đặt van 3: T13 = 90,450C =

194,820F.

4. Áp suất khí nén tại vị trí van 3:

Pkn3 = 1460,3 psi = 99,4 at.

5. Áp suất nhỏ nhất (từ điểm đặt van) mà dòng chất lỏng trong ống khai thác đạt

được khi khí nén qua van 3:

Pmin3 = 879,79 psi = 59,89 at.

6. Áp suất cực đại trong ống nâng tại vị trí van 3:



64



Để xác định áp suất cực đại trong ống nâng tại điểm đặt van, ta chỉ cần nối điểm

áp suất miệng với điểm áp suất khí nén tại độ sâu của van dưới nó là P kn3 . Theo

(hình 4.1) ta có giá trị :

Pmax3 = 1253,4 psi = 85,32 at

7. Hệ số hiệu chỉnh lưu lượng khí nén ở vị trí van 3:

Ctg3 = 0,075.



= 0,075.



= 1,236



8. Áp suất khí nén dùng để cân bằng lực đóng mở van 3

Pkcb3= Pkn3 - ∑∆Pk3

= (Pmax2- Plcb2).Fl2 = (76,68 – 51,92). 0,0716 = 1,773 (at)

∑∆Pk3 =



+ ∑∆Pk2 = 1,773 + 1,573 = 3,346 (at)



Vậy Pkcb3 = 99,4 – 3,346 = 96,054 (at) = 1411 psi

9. Áp suất chất lỏng trong ống nâng dùng để cân bằng lực đóng mở van 3:

Plcb3= Pmin3+ f.( Pkcb3- Pmin3)

Chọn f = 10%

Khi đó : Plcb3 = 879,79 + 10%.(1411-879,79) = 932,911 psi = 63,5 at

10. Tỷ số khí lỏng khi nén khí qua van 3:

Từ độ sâu H = 7036 ft = 2144,66 m và áp suất lỏng cân bằng P lcb3= 63,5 at

(932,911 psi) tra hình 4.2 ta có: GRL3 = 800 scf/bbl (142,47 m 3 / m 3 )

11. Lưu lượng chất lỏng đi lên trong ống nâng

Áp suất đáy giếng khi bơm ép khí qua van 3:

Pd3 = Pmin3 +



= 59,89 +



= 260,4 (at)



Vì Pd2 = 260,4 (at) > P v = 220 (at) nên lúc này chưa có dòng chảy từ vỉa vào giếng

nên giá trị lưu lượng phải chọn đủ nhỏ để không làm hỏng van nhưng vẫn đảm bảo

lưu lượng không quá nhỏ . Ta chọn QL3= 30 m 3 /ng.đ

12. Thể tích khí nén qua van :

Vk3 = (GLR3- FGLR).QL3

Trong đó :

GLR3 : Là tỷ số khí lỏng khi khí nến qua van 3

FGLR: Là tỷ số lưu lượng khí riêng của dòng sản phẩm

FGLR = FGOR .(1-f ) = 100.0,84.( 1- 0,5 ) = 42 (m 3 /m3)

nc

Khi đó: Vk3= (142,47 – 42).30 = 3108,1 (m 3 /ng.đ)



65



Dưới ảnh hưởng của nhiệt độ tại vị trí đặt van ta hiệu chỉnh lại lượng khí nén lớn

nhất qua van 3 là :

Vknmax3= Vk3.Ctg3 = 3108,1 .1,236 = 3841,61 (m 3 /ng.đ)

13. Đường kính lỗ van,từ các thông số của van 3

Áp suất khí nén cân bằng: Pkcb3 = 96,054 at = 1411 psi = 94,2 (bar)

Áp suất chất lỏng cân bằng: Plcb3 = 63,5 at = 932,911 psi = 62,27 (bar)

Lượng khí nén lớn nhất: Vknmax3 = 3841.61 (m 3 /ng.đ) = 135,45 Mcu.ft/ngđ

Ta có : Plcb3 = 63,5 at

Pkcb3 = 96,054 at

Plcb3/Pkcb3 = 0,66 tra hình 4.4 ta được K3 = 0,455

C’ =



=



= 0,206



Với Pkcb3 = 96,054.14,69 = 1411 psi

Từ hệ số C’ ta có đường kính lỗ van :

d=



=



= 0,066 inch



chọn đường kính lỗ van theo nhà sản xuất bảng 4.5: là



inch



14. Áp suất mở van ở điều kiện chuẩn 15,5 0C (60 0F):

Với đường kính lỗ van là 1/8” inch tra bảng hệ số hiệu chỉnh của lỗ van

(Bảng 4.5) ta có : Fl3= 0,0716

Để xác định giá trị hiệu dụng Cl3 ta cần tính :

Áp suất mở van ở điều kiện bề mặt :

Pbm3=



=



= 93,87 (at)



Tra bảng 4.6. với Tl3 = 90,450C = 194,820F. và Pbm3= 93,87 (at) = 92 (bar) ta

được Ct3= 0,7675

Áp suất mở van ở điều kiện chuẩn là :

Pmv3= Ct3.(



+



.Fl3) = 0,7675.(96,054 + 63,5.0,0716) = 77,21 (at)