TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHAI THÁC DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GASLIFT CHO GIẾNG BH - 22 Ở MỎ BẠCH HỔ

6

7

8



Khoảng mở vỉa sản phẩm

Độ sâu đặt paker

Lưu lượng chất lỏng thiết kế



Hmv

Lp

Qcl



3460-3780

3000

60



m

m

m /ng đ



9



Yếu tố khí dầu



G0



120



m /T



10



Tỷ trọng của dầu



γ



d



0,85



-



11



Tỷ trọng của nước



γ



n



1,04



-



12

13



Tỷ trọng của khí nén

Độ nhớt dầu trong điều kiện vỉa



-



dv



0,65

4,45



MPa.s



14



Độ nhớt của dầu đã tách khí



0



4,5



MPa.s



15

16



Độ ngậm nước

Nhiệt độ đáy giếng (nóc vỉa)



fnc

Td



50

120



%

C



17



Nhiệt độ chất lỏng tại miệng giếng



Tlm



60



18



Nhiệt độ khí nén tại miệng giếng



Tgm



30



19

20



Áp suất tại miệng giếng

Áp suất vỉa



Pm

P



12

217



at

at



150



at



γg



µ



µ



3



3



0



0



0



C

C



v



21



Áp suât bão hòa



P

bh



22

23



Áp suất khởi động của khí nén

Áp suất làm việc của khí nén



Pkd

Plv



100

82



at

at



24



Lưu lượng khí bơm nén tối đa



Qk



480000



cu.ft/d



25

26



Hệ số hòa tan của khí trong dầu

Hệ số sản phẩm của giếng



α



K



0,6

0,5



1/at

t/ngay.at



27



Gradien địa nhiệt



Gđ



3



5.2. Tính toán cột ống nâng cho giếng thiết kế.

77



0



C/100m



5.2.1. Xác định chiều dài cột ống nâng L.

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

L=H−



10( Pd − Pde )

γ hh



(5.1)



Ta có:

+ Pde = Plv - 4 = 82 – 4 = 78 (at).

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

Q = Qcl . γd = 60 . 0,85 = 51 (m /ng đ )

3



→

Pd = Pv −



Q

51

= 217 −

= 115 (at )

K

0,5



+ Trọng lượng riêng trung bình hỗn hợp dầu:



γ d + γ de

2

γhh =



(5.2)



Trong đó:

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

(Qcl + 43,2.D 2 .γ cl ).γ cl

Qd . (G0 − α .Pd ).γ cl

+ Qcl + 43,2 D 2 .γ cl

( Pd + 1).γ d

γd =



(5.3)



(γcl = γd = 0,85g/cm3 -.Trọng lượng riêng của chất lỏng và dầu trong

giếng).

(60 + 43,2.6,625 2.0,85).0,85

γd =

= 0,8388(G / cm 3 )

51.(120 − 0,6.115 ).0,85

+ 60 + 43,2.6,625 2.0,85

(115 + 1).0,85



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

(Qcl + 43,2.D 2 .γ cl ).γ cl

Qd . (G0 − α .Pde ).γ cl

+ Qcl + 43,2 D 2 .γ cl

( Pde + 1).γ d

γde =



78



(5.4)



γ de =



(60 + 43,2.6,625 2.0,85).0,85

= 0,8266(G / cm 3 )

51.(120 − 0,6.78).0,85

+ 60 + 43,2.6,625 2.0,85

( 78 + 1).0,85



Thay kết quả tính được thay vào công thức (5.2) ta được:

γ hh =



0,8388 + 0,8266

= 0,8327(G / cm 3 )

2



Vậy chiều dài ống nâng: L = 3900 − 10.(115 − 78) = 3455(m)

0,8327



Ta thấy chiều dài ống nâng tương đương với độ sâu nóc khoảng mở

vỉa 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 = 3460 – 25 = 3435 (m)

n



5.2.2. 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:

dtư =



(5.5)

Q0

1

0,235. 3

ε (1 − ε ).γ cl



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

  10 .



Pde  Pm

78  12

 10 .

 0, 2314

L . cl

3435 .0,85



→ dtư =



0,235.



1

51

3

= 2,087(inch )

0,2314 (1 − 0,2314).0,85



Tiêu chuẩn hóa ta chọn đường kính ống nâng d ≈ 2,5 (inch) = 63 (mm)

n



5.3. Xây dựng biểu đồ xác định độ sâu đặt van gaslift.



79



Thường sử dụng 2 phương pháp xác định chiều sâu đặt van Gaslift:

Phương pháp giải tích và phương pháp đồ thị Camco ( ngoài ra còn có

phương pháp toán đồ Liên Xô). Hiện nay Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro

đều có sẵn chương trình và phần mềm máy tính, người thiết kế giếng chỉ cần

đưa số liệu đầu vào là có ngay kết quả một cách nhanh chóng và chính xác.

Trong đồ án này, độ sâu đặt van gaslift được xác định theo phương

pháp đồ thị Camco. Trong biểu đồ biểu thị một số đường thay đổi của các

thông số giếng phụ thuộc áp suất, chiều sâu giếng:

Lưu lượng thể tích khí ép tối đa



Qk = 480000 (cu.ft/d)



Lưu lượng khai thác



Q d = 51 (m /ng đ) = 320

3



(bbl/d)

Áp suất miệng giếng



Pm = 12 (at) = 150 (psig)



Tỷ trọng khí dầu



γ



d



= 0,85 (G/cm3 )



Chiều sâu đặt paker



Lpk = 3000 (m) = 9842,52 (ft)



Nhiệt độ vỉa



Tv = 120 0C



Nhiệt độ khí nén tại miệng giêng



Tm = 30 0C



Nhiệt độ chất lỏng chảy tại miệng giếng TLo = 60 0C

Tỉ trọng của nước



γ n = 1.04



5.3.1. Xây dựng đường cong phân bố áp suất lỏng khí (GLR) trong cột

ống nâng (đường số 1).

Tỷ lệ GLR của chất lỏng khai thác sau khi đã ép khí vào giếng : Với

lưu lượng khí ép tối đa là 480000 (cu.ft/d) và lưu lượng khai thác là 320

(bbl/d), ta tính được GLR của chất lỏng khi ép khí là:

480000

GLR =

= 1500

320



(cu.ft/bbl)



Các đường cong chuẩn trong (hình 5.1) là các đường đặc trưng ở áp

suất miệng bằng 0. Vì vậy với giếng có áp suất miệng Pm = 150 (psig) ta cần

thực hiện các bước sau: ta dịch dọc theo trục độ sâu sao cho điểm áp suất

80



miệng 150 (psig) nằm trên đường GLR = 1500 . Vẽ đường cong GLR=1500

lên hình vẽ ta được đường số 1 ở trên (hình 5.3).

−



Biểu đồ phân bố chất lõng khai thác được lựa chọn dựa trên :

- Đường kính trong của ống khai thác

- Độ ngập nước của sản phẩm

- Lưu lượng khai thác

- Tỉ trọng khí nén

- Nhiệt độ trung bình của dòng chảy



5.3.2. Xây dựng đường phân bố áp suất thuỷ tĩnh (đường số 2).

Đường phân bố áp suất thủy tĩnh được xác định như sau: Đường này

đi qua điểm áp suất miệng p=12at(150 psig) và điểm áp suất thủy tĩnh ở độ

sâu 1000m(3821ft).Ta tính áp suất thủy tĩnh ở độ sâu 1000m như sau:

Ta có phương trình: P



=P +

1000



m



γ n .H

10



Với: Áp suất miệng P =12at

m



Tỷ trọng của nước



γn



=1,04(T/m )

3



Độ sâu cần tính toán H=1000(m)

Ta được kết quả sau: P



=12 +

1000



1,04.1000

10



= 116 (at) = 1450 (psig)



5.3.3. Xây dựng đường phân bố áp suất khí nén ngoài cần (đường số 3).

Đường cong này đi qua điểm áp suất khởi động trên mặt đất là

100at(1470 psi) và điểm áp suất khí nén ở độ sâu đế ống nâng. Điểm này

được xác định theo công thức sau:

P = P .e

L



kd



γ k .L

29, 263. Z ( t + 27 3)



Trong đó:

P : Áp suất khí nén tại độ sâu L(at)

1



81



P : Áp suất khí nén khởi động ở miệng giếng (at)

kd



: Nhiệt độ trung bình của khí ( C)

0



t



L : Độ sâu thực tế theo phương thẳng đứng (m)

: Hệ số nén trung bình tại và

Z



t



P



Phương trình trên được giải bằng phương pháp lặp,giá trị P đầu tiên

L



được xác định như sau :

P = P + 8,2085.10 .P .L

L



∗



5



kd



kd



Áp suất khí nén tại chân ống nâng 3435 (m) = 11270 (ft)



Nhiệt độ trung bình:



-



=

t



-



tm + tde

2



=



= 75 C = 167 F

0



0



Hằng số phương trình mũ là :

γ k .L

29,263.( t + 273)



∗



30 + 120

2



=



0,65.3435

29,263.( 75 + 273)



= 0,219



Áp suất khí nén P :

1



Lặp lần 1:

Pkn 1L = P + 8,2052.10 .P .L

5



kd



kd



=100 + 8,2052.10 .100.3435 = 128,2(at)=1602,5(psig)

−5



82



P kd + Pkn1L 100 + 128,2

P=

=

= 114 ,1

2

2



Từ và



tra bảng 4.7 ta có

P



t



(at) = 1426,25 (psig)



= 0,872

Z



Tính áp suất khởi động tại H= 3435 (m)

P



= 100.e

1



0 , 219

0 ,87 2



=128,5 (at) = 1606,25 (psig)



Nhận thấy giá trị tính chính xác và giá trị áp suất giả định lệch nhau

3,75(psig) (<40(psig),thỏa mãn) nên ta chọn giá trị tính chính xác lần thứ

nhất để xác định đường áp suất khởi động.

Hai điểm xác định đường áp suất khởi động là:

Điểm thứ nhất (1470 psig, 0 ft)

Điểm thứ hai (1606,25psig, 11270ft)

5.3.4. Xây dựng đường gradient nhiệt độ của khí nén ngoài cần (đường số 4).

Đường này được xác định như sau: Nối điểm nhiệt độ khí nén ở miệng

giếng (t =30 C=86 F) và điểm nhiệt độ vỉa (t =120 C=248 F) - Lấy tại nóc vỉa.

mg



0



0



v



0



0



5.3.5. Xây dựng đường gradient nhiệt độ chất lỏng trong cần (đường số 5).

Đường này cũng được xác định bằng cách nối 2 điểm nhiệt độ chất lỏng

miệng giếng (t =60 C=140 F) và điểm nhiệt độ vỉa (t =120 C=248 F) - Lấy

mg



0



0



v



0



0



tại nóc vỉa.

5.3.6. Các thông số cần thiết cho việc thiết kế lắp đặt van:

+ P =217(at) =3190 (psi)

v



+ Áp suất bão hòa P =150(at) = 2204 (psi)

bh



Ta có nhận xét sau:

-



Dựa vào áp suất bão hòa ta có thể xác định được thời điểm tách khí của dầu

trong đáy giếng.



-



So sánh áp suất vỉa và đường Gradien áp suất ta có thể xác định được thời

điểm có dòng chảy vào giếng trong quá trình khởi động.

83



5.4. Xác định độ sâu đặt van gaslift và các đặc tính của van.

5.4.1. 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 50psi. 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 = 1082 m (3549,86 ft)

2. Nhiệt độ khí nén tại độ sâu đặt van: Tknl = 128,30F (53,50C).

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

T11 = 155,70F(68,70C).

4. Áp suất khí nén tại vị trí van:



Pkn1 = 1353,75 psig (108,3 at).



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

khí nén qua van 1:

Pmin = 562,5psig(45 at).

6. Hệ số hiệu chỉnh tỷ trọng và nhiệt độ khí nén ở vị trí van 1:

Ctg1 = 0,075. γ kn .(Tkn1 + 273) = 0,075. 0,65.( 53,5 + 273) = 1,093



b. Xác định đường kính van:

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

Pkcbl = Pknl - ∑∆Pkl = 108,3 – 0 =108,3 at (1353,75psig).

(∑∆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 = Pmin+ f.(Pkcbl - Pminl)

Trong đó:



84



f - là phần trăm độ chênh áp, nếu chọn f=0% thì hạn chế van một

cách tuyệt đối; nếu chọn f=100% thì hệ thống van sẽ làm việc ổn định

nhưng nó lại làm tăng số van. Vậy chọn f=0%.

Plcbl = Pmin1 = 45 at (562,5 psig).

Khi áp suất khí nén nhỏ hơn Plcb1 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=1082 m (3549,86 ft ) và áp suất Plcbl = 45 at (562,5 psig)

theo hình (5.1) ta có:

GLR1=200 scf/bbl (35,6 m /m )

3



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 (q ) trong van trong suốt quá trình khởi động,giá trị này

1



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:

P =P



+

min



d1



γ 1.( Hp − H 1 )



= 45 +



10



0,85(3550− 1082)

10



= 245,78 (at)



Vì P > P nên lúc này chưa có dòng chảy từ vỉa vào giếng nên giá trị

d1



v



lưu lượng phải chọn đủ nhỏ để không làm hỏng van,ta chọn q = 20 m /ng.đ

11



5. Thể tích khí nén qua van

V = (GRL - FGRL).q

1



k1



11



Với GRL : Tỷ số khí lỏng khi nén khí qua van 1

1



Và FGRL : Tỷ số lưu lượng khí riêng của dòng sản phẩm

85



3



FGRL = FGOR .(1-f ) = 140.( 1- 0,5 ) = 70 (m /T)

3



n



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

Khi đó: V =(35,6 - 0).20 = 712 (m /ng.đ)

3



kl



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

khí nén lớn nhất qua van 1 là:

V



=V .C = 712.1,093 = 778,2 (m /ng.đ)

kn max 1



k1



3



tg1



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

Áp suất khí nén cân bằng : P



=108,3 at (1577,8 psig)

kcb1



Áp suất chất lỏng cân bằng: P



=45 at (562,5 psig)

lcb1



Lượng khí nén lớn nhất: V



=712 (m /ng.đ)

kn max 1



3



Tra bảng 4.4 ta xác định được đường kính lỗ van là d =1/8” (inch)

v1



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 (Bảng5.4) ta có hệ số Fl1 = 0.0716; để xác định giá trị hiệu dụng C t1 ta

cần phải tính:

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

Pbm1 =



Pkcb1 + Plcb1 .Fl1 108,3 + 45.0,0716

=

= 104,1at

1 + Fl1

1 + 0,0716



86



Tra bảng 5.5 với T =155,7 F (68,7 C) và

0



l1



0



Pbm1



=104,1 at (105,5 bar) ta



được C =0,8188

t1



Áp suất mở van ở điều kiện chuẩn là:

P =C .(

mv



t1



Pkcb1



+



Plcb1



.F ) = 0,8188.( 108,3 + 45.0,0716) = 91,31 (at)

l1



5.4.2. Van số 2.

Để xác định các thông số của van 2, từ điểm P min1 =45 at (562,5 psig)

trên hình 5.3 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 30psig

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 = 1653,4 m (5424,5ft).



2. Nhiệt độ khí nén tại độ sâu đặt van 2: Tkn2 = 158,60F (70,30C).

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

T12 = 178,60F (81,40C).

4. Áp suất khí nén tại vị trí van 2:



Pkn2 = 1660,4 psig (114 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 = 997,3 psig

(68,8at).

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, ta chỉ

cần nối điểm áp suất khí nén tại độ sâu đặt van dưới nó với điểm áp suất

miệng. Theo (hình 4.3) ta có giá trị :

Pmax1= 1011,1psig(69,8 at).

7. Hệ số hiệu chỉnh tỷ trọng và nhiệt độ khí nén ở vị trí van 2:

Ctg2 = 0,075.



γ kn .(Tkn 2 + 273)



= 0,075.



0,65.( 70,3 + 273)



=1,12



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



87