Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu kích thước tối ưu và hợp lý ống nâng cho các giếng gaslift ở mỏ Bạch Hổ

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:131

Thêm vào BST

Báo xấu

72
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu: Trên kết quả đánh giá thực trạng hoạt động, đề xuất phương pháp mi trong việc nghiên cứu trạng thái động học của các giếng khai thác bằng phương pháp gaslift nhằm làm cơ sở tính toán và lựa chọn cấu trúc bộ thiết bị lòng giếng chuẩn cho từng khu vực và đối tượng khai thác của mỏ; đề xuất những giải pháp và chế độ công nghệ cụ th cho từng loại giếng gaslift nhằm tối ưu chi phí khí nén trên một đơn vị sản phẩm khai thác phù hợp với thực trạng năng lượng vỉa hiện nay và trong giai đoạn tiếp theo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu kích thước tối ưu và hợp lý ống nâng cho các giếng gaslift ở mỏ Bạch Hổ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐỨC VINH NGHI N CỨU KÍCH THƢỚC TỐI ƢU VÀ HỢP Ý ỐNG NÂNG CHO CÁC GIẾNG GAS IFT Ở MỎ BẠCH HỔ UẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ N I - 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐỨC VINH NGHI N CỨU KÍCH THƢỚC TỐI ƢU VÀ HỢP Ý ỐNG NÂNG CHO CÁC GIẾNG GAS IFT Ở MỎ BẠCH HỔ Ngành: Kỹ thuật dầu khí Mã số: 62.52.06.04 UẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS TS CAO NGỌC ÂM 2. TS NGUYỄN TIẾN VINH HÀ N I - 2015
i ỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong một công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả Lê Đức Vinh
ii MỤC ỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1 1. Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................. 1 2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................... 3 3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 3 4. Đối tượng nghiên cứu.................................................................................. 3 5. Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................... 3 6. Đi m m i của luận án ................................................................................. 4 7. Luận đi m bảo vệ ........................................................................................ 4 8. Ý nghĩa khoa học ........................................................................................ 4 9. Ý nghĩa thực tiễn ......................................................................................... 5 10. Khối lượng và cấu trúc của luận án .......................................................... 5 11. L i cảm ơn ................................................................................................ 5 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP KHAI THÁC DẦU BẰNG GAS IFT VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHI N CỨU ................ 6 1.1 Phương pháp khai thác dầu bằng gaslift ................................................... 6 1.1.1Gaslift liên tục ......................................................................................... 10 1.1.2 Gaslift định kỳ. ....................................................................................... 12 1.2 Chế độ công nghệ trong khai thác dầu bằng gaslift ................................. 16 1.2.1 Xác định đư ng kính ống nâng gaslift…………………………. 16 1.2.2. Phương pháp xác định thông số làm việc hệ thống gaslift…….. 18 1.3 Các công trình nghiên cứu về khai thác dầu bằng gaslift ......................... 21 1.4 Tổng quan về thực trạng các giếng khai thác bằng phương pháp gaslift tại mỏ Bạch Hổ ..................................................................................................... 25 Chƣơng 2: NGHI N CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI HOẠT Đ NG CỦA HỆ THỐNG “GIẾNG - VỈA” CÁC GIẾNG GAS IFTTR N QUAN ĐIỂM BỀN Đ NG HỌC....................................................................................... 31
iii 2.1 Đánh giá trạng thái hoạt động của giếng gaslift trên quan đi m bền động học bằng lý thuyết tai biến (Catastrophe theory). ........................................... 32 2.1.1 Lý thuyết Catastrophe (Catastrophe theory). ......................................... 32 2.1.2 Áp dụng lý thuyết Catastrophe vào việc đánh giá trạng thái hoạt động của các giếng gaslift. ....................................................................................... 36 2.1.3 Kết quả nghiên cứu ................................................................................ 39 2.2 Đánh giá trạng thái hoạt động của giếng gaslift ....................................... 43 2.3 Kết luận .................................................................................................... 44 Chƣơng 3: NGHI N CỨU, TÍNH TOÁN, XÂY DỰNG CÁC BẢN ĐỒ ĐỒNG MỨC CHỈ SỐ KHAI THÁC (PI) ................................................... 46 3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng khai thác của giếng. ....................... 46 3.1.1. Dòng chảy của chất lưu vào giếng ........................................................ 46 3.1.2 Chỉ số khai thác (PI) ............................................................................... 48 3.2 Kết quả nghiên cứu và tính toán chỉ số khai thác PI ................................. 51 3.3 Xây dựng hàm tương quan giữa chi phí khí gaslift v i mực thủy tĩnh ngoài cột ống nâng .......................................................................................... 59 3.4 Xây dựng hàm tương quan giữa chi phí khí gaslift v i chỉ số khai thác PI . 63 3.4.1 Xây dựng hàm tương quan giữa chi phí khí gaslift v i chỉ số khai thác PI cho các giếng khai thác đối tượng Mioxen khu vực trung tâm mỏ Bạch Hổ . 63 3.4.2 Xây dựng hàm tương quan giữa chi phí khí gaslift v i chỉ số khai thác PI cho các giếng khai thác đối tượng Mioxen khu vực bắc mỏ Bạch Hổ ....... 65 3.4.3 Xây dựng hàm tương quan giữa chi phí khí gaslift v i chỉ số khai thác PI cho các giếng khai thác đối tượng Oligoxen dư i khu vực bắc mỏ Bạch Hổ 65 3.4.4 Xây dựng hàm tương quan giữa chi phí khí gaslift v i chỉ số khai thác PI cho các giếng khai thác đối tượng Oligoxen trên khu vực bắc mỏ Bạch Hổ . 66 3.4.5 Xây dựng hàm tương quan giữa chi phí khí gaslift v i chỉ số khai thác PI cho các giếng khai thác đối tượng Móng khu vực trung tâm mỏ Bạch Hổ .......66
iv 3.5 Xây dựng bản đồ đồng mức mực thủy tĩnh sau cột ống nâng và chỉ số khai thác PI của các đối tượng khác nhau của mỏ Bạch Hổ ................................... 68 3.6 Tính toán phân chia nhóm giếng theo tiêu chí chi phí khí gaslift............. 72 3.7 Kết luận ..................................................................................................... 76 Chƣơng 4: TÍNH TOÁN ỰA CHỌN ỐNG NÂNG CHO CÁC GIẾNG GAS IFT THEO TỪNG KHU VỰC Ở MỎ BẠCH HỔ.......................... 77 4.1 Phân tích, đánh giá cấu trúc và chi phí khí thực tế của các giếng khai thác bằng gaslift ở mỏ Bạch Hổ .............................................................................. 78 4.2 Phân bố áp suất trong cột ống nâng .......................................................... 80 4.3 Tính toán và xác định đư ng kính cột ống nâng các giếng gaslift trong điều kiện gi i hạn lưu lượng khai thác............................................................ 84 4.4 Gi i thiệu phần mềm WellFlo................................................................... 86 4.4.1 Tính toán khả năng của dòng chảy trong giếng ..................................... 86 4.4.2 Thiết kế hoàn thiện giếng ....................................................................... 87 4.4.3 Ứng dụng dự đoán .................................................................................. 87 4.5 Kết quả nghiên cứu ................................................................................... 88 4.5.1 Tính toán và lựa chọn kích thư c tối ưu cột ống nâng cho các giếng gaslift có lưu lượng khác nhau trong điều kiện gi i hạn lưu lượng khai thác. 88 4.5.2. Tính toán chế độ làm việc cho các giếng gaslift có lưu lượng khác nhau trong điều kiện gi i hạn lưu lượng khai thác. ................................................. 97 4.6 Kết luận………………. ........................................................................ . 105 KẾT UẬN VÀ KIẾN NGHỊ ………………………………………..…….107 1. Kết luận………………………………………………………………… 107 2. Kiến nghị ………………………………………………………………. 109 DANH MỤC CÁC C NG TR NH Đ C NG BỐ CỦA TÁC GIẢ TÀI IỆU THAM KHẢO PHỤ ỤC
v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1 Phương án cơ sở về chi phí khí nén và sản lượng khí đồng hành ở mỏ Bạch Hổ 2 Bảng 1.1 Số liệu thực tế hàng năm khai thác bằng gaslift ở mỏ Bạch Hổ 27 Bảng 1.2 Cán cân chi phí khí nén và sản lượng khí đồng hành mỏ Bạch Hổ 28 Bảng 3.1 Kết quả tính toán PI cho các giếng tầng Móng vòm Trung tâm 51 Bảng 3.2 Kết quả tính toán PI cho các giếng tầng Mioxen vòm Trung tâm 53 Bảng 3.3 Kết quả tính toán PI cho các giếng tầng Mioxen vòm Bắc 55 Bảng 3.4 Kết quả tính toán PI cho các giếng tầng Oligoxen dư i 56 Bảng 3.5 Kết quả tính toán PI cho các giếng tầng Oligoxen trên 58 Bảng 3.6 Giá trị chi phí khí gaslift tương ứng v i chỉ số khai thác PI 73 Bảng 4.1 Kết quả tính toán lưu lượng khai thác theo chi phí khí đối v i giếng có lưu lượng nhỏ (PI = 0,2) v i cột ống nâng ф60,3 mm 98 Bảng 4.2 Kết quả tính toán lưu lượng khai thác theo chi phí khí đối v i giếng có lưu lượng 50 – 100 m3/ng.đ (PI = 0,65) v i cột ống nâng ф73 mm 99 Bảng 4.3 Kết quả tính toán lưu lượng khai thác theo chi phí khí đối v i giếng có lưu lượng 100 – 200 m3/ng.đ (PI = 1,1) v i cột ống nâng ф73 mm 101 Bảng 4.4 Kết quả tính toán lưu lượng khai thác theo chi phí khí đối v i giếng có lưu lượng 200 – 300 m3/ng.đ (PI = 1,8) v i cột ống nâng ф89 mm 102 Bảng 4.5 Kết quả tính toán lưu lượng khai thác theo chi phí khí đối
vi v i giếng có lưu lượng l n hơn 300 m3/ng.đ (PI = 3,5) v i cột ống nâng ф114,3 mm 104 Bảng 4.6 Kết quả tính toán kích thư c tối ưu cột ống nâng và chế độ làm việc tối ưu của giếng gaslift 105
vii DANH MỤC CÁC H NH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý khai thác dầu bằng gaslift 6 Hình 1.2 Hệ thống khai thác trung tâm 9 Hình 1.3 Hệ thống khai thác vành xuyến 10 Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý khai thác dầu bằng gaslift liên tục 11 Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý khai thác dầu bằng gaslift định kỳ 15 Hình 1.6 Đư ng đặc tính nâng của thiết bị 17 Hình 1.7 Tổng sản lượng khai thác của các giếng gaslift hàng năm 26 Hình 1.8 Số liệu chi phí khí nén thực tế theo năm 27 Hình 2.1 Các trạng thái và vị trí tương đối của hòn bi A 35 Hình 2.2 Kết quả tính toán giá trị ∆ theo th i gian khai thác của giếng 9007 39 Hình 2.3 Kết quả tính toán giá trị ∆ theo th i gian khai thác của giếng 10005 40 Hình 2.4 Kết quả tính toán giá trị ∆ theo th i gian khai thác của giếng 90 40 Hình 2.5 Kết quả tính toán giá trị ∆ theo th i gian khai thác của giếng 140 41 Hình 2.6 Kết quả tính toán giá trị ∆ theo th i gian khai thác của giếng 749 41 Hình 2.7 Kết quả tính toán giá trị ∆ theo th i gian khai thác của giếng 68 42 Hình 2.8 Kết quả tính toán giá trị ∆ theo th i gian khai thác của giếng 1013 42 Hình 2.9 Kết quả tính toán giá trị ∆ theo th i gian khai thác của 43 giếng 28 Hình 2.10 Kết quả tính toán giá trị ∆ theo th i gian khai thác của giếng 917 43
viii Hình 3.1 Đư ng PI trong giếng 49 Hình 3.2 Mối quan hệ giữa mực thủy tĩnh v i chỉ số PI tầng Móng vòm Trung tâm 53 Hình 3.3 Mối quan hệ giữa mực thủy tĩnh v i chỉ số PI tầng Mioxen vòm Trung tâm 54 Hình 3.4 Mối quan hệ giữa mực thủy tĩnh v i chỉ số PI tầng Mioxen vòm Bắc 56 Hình 3.5 Mối quan hệ giữa mực thủy tĩnh v i chỉ số PI tầng Oligoxen dư i 58 Hình 3.6 Mối quan hệ giữa mực thủy tĩnh v i chỉ số PI tầng Oligoxen trên 59 Hình 3.7 Hàm tương quan giữa mực thủy tĩnh sau cột ống nâng v i chi phí khí đ nâng một m3 chất lỏng lên bề mặt của tầng Mioxen vòm Trung tâm 61 Hình 3.8 Hàm tương quan giữa mực thủy tĩnh sau cột ống nâng v i chi phí khí đ nâng một m3 chất lỏng lên bề mặt của tầng Mioxen vòm Bắc 61 Hình 3.9 Hàm tương quan giữa mực thủy tĩnh sau cột ống nâng v i chi phí khí đ nâng một m3 chất lỏng lên bề mặt của tầng Mioxen vòm Nam 62 Hình 3.10 Hàm tương quan giữa mực thủy tĩnh sau cột ống nâng v i chi phí khí đ nâng một m3 chất lỏng lên bề mặt của tầng Móng vòm Trung tâm 62 Hình 3.11 Hàm tương quan giữa mực thủy tĩnh sau cột ống nâng v i chi phí khí đ nâng một m3 chất lỏng lên bề mặt của tầng Oligoxen dư i 63 Hình 3.12 Hàm tương quan giữa chi phí khí và PI của các giếng tầng Mioxen vòm Trung tâm 64
ix Hình 3.13 Hàm tương quan giữa chi phí khí và PI của các giếng tầng Mioxen vòm Bắc 65 Hình 3.14 Hàm tương quan giữa chi phí khí và PI của các giếng tầng Oligoxen dư i 65 Hình 3.15 Hàm tương quan giữa chi phí khí và PI của các giếng tầng Oligoxen trên 66 Hình 3.16 Hàm tương quan giữa chi phí khí và PI của các giếng tầng Móng vòm Trung tâm 67 Hình 3.17 Bản đồ đồng mức mực thủy tĩnh sau cột ống nâng và chỉ số khai thác PI của tầng Mioxen vòm Bắc 69 Hình 3.18 Bản đồ đồng mức mực thủy tĩnh sau cột ống nâng và chỉ số khai thác PI của tầng Mioxen vòm Trung tâm 69 Hình 3.19 Bản đồ đồng mức mực thủy tĩnh sau cột ống nâng và chỉ số khai thác PI của tầng Móng vòm Trung tâm 70 Hình 3.20 Bản đồ đồng mức mực thủy tĩnh sau cột ống nâng và chỉ số khai thác PI của tầng Oligoxen dư i 70 Hình 3.21 Bản đồ đồng mức mực thủy tĩnh sau cột ống nâng và chỉ số khai thác PI của tầng Oligoxen trên 71 Hình 4.1 Hàm tương quan giữa lưu lượng và chỉ số khai thác PI của mỏ Bạch Hổ 77 Hình 4.2 Sơ đồ đư ng cong phân bố áp suất dọc theo cột ống nâng của giếng khai thác tự phun 81 Hình 4.3 Sơ đồ đư ng cong phân bố áp suất dọc theo cột ống nâng của giếng gaslift 83 Hình 4.4 Kết quả tính toán đư ng đặc tính dòng vào và đặc tính nâng của giếng có lưu lượng nhỏ hơn 50m3/ng.đ 88 Hình 4.5 Cơ sở lựa chọn kích thư c cột ống nâng cho giếng có lưu
x lượng nhỏ (đến 50m3/ng.đ) 89 Hình 4.6 Kết quả tính toán đư ng đặc tính dòng vào và đặc tính nâng của giếng có lưu lượng từ 50 - 100m3/ng.đ 90 Hình 4.7 Cơ sở lựa chọn kích thư c cột ống nâng cho giếng có lưu lượng 50 – 100m3/ng.đ 91 Hình 4.8 Kết quả tính toán đư ng đặc tính dòng vào và đặc tính nâng của giếng có lưu lượng từ 100- 200m3/ng.đ 92 Hình 4.9 Cơ sở lựa chọn kích thư c cột ống nâng cho giếng có lưu lượng 100 – 200m3/ng.đ 93 Hình 4.10 Kết quả tính toán đư ng đặc tính dòng vào và đặc tính nâng của giếng có lưu lượng từ 200- 300m3/ng.đ 94 Hình 4.11 Cơ sở lựa chọn kích thư c cột ống nâng cho giếng có lưu lượng 200 – 300m3/ng.đ 95 Hình 4.12 Kết quả tính toán đư ng đặc tính dòng vào và đặc tính nâng của giếng có lưu lượng l n hơn 300m3/ng.đ 96 Hình 4.13 Cơ sở lựa chọn kích thư c cột ống nâng cho giếng có lưu lượng l n hơn 300m3/ng.đ 97 Hình 4.14 Kết quả tính toán chi phí khí tối ưu cho 1m3 chất lỏng khai thác đối v i các giếng gaslift có lưu lượng nhỏ hơn 50m3/ng.đ 98 Hình 4.15 Chế độ làm việc hiệu quả ở giếng gaslift có lưu lượng nhỏ hơn 50 m3/ng.đ (PI = 0,2) 99 Hình 4.16 Kết quả tính toán chi phí khí tối ưu cho 1m3 chất lỏng khai thác đối v i các giếng gaslift có lưu lượng 50 - 100m3/ng.đ (PI = 0,65) 100 Hình 4.17 Chế độ làm việc hiệu quả ở giếng gaslift có lưu lượng 50 - 100 m3/ng.đ (PI = 0,65) 100
xi Hình 4.18 Kết quả tính toán chi phí khí tối ưu cho 1m3 chất lỏng khai thác đối v i các giếng gaslift có lưu lượng 100 – 200 m3/ng.đ (PI = 1,1) 101 Hình 4.19 Chế độ làm việc hiệu quả ở giếng gaslift có lưu lượng 100 - 200 m3/ng.đ (PI = 1,1) 102 Hình 4.20 Kết quả tính toán chi phí khí tối ưu cho 1m3 chất lỏng khai thác đối v i các giếng gaslift có lưu lượng 200 – 300 m3/ng.đ (PI = 1,8) 103 Hình 4.21 Chế độ làm việc hiệu quả ở giếng gaslift có lưu lượng 200 - 300 m3/ng.đ (PI = 1,8) 103 Hình 4.22 Kết quả tính toán chi phí khí tối ưu cho 1m3 chất lỏng khai thác đối v i các giếng gaslift có lưu lượng l n hơn 300 m3/ng.đ (PI = 3,5) 104 Hình 4.23 Chế độ làm việc hiệu quả ở giếng gaslift có lưu lượng l n hơn 300 m3/ng.đ (PI = 3,5) 105 Hình 4.24 Mối tương quan giữa lưu lượng chất lỏng khai thác và chi 106 phí khí gaslift cho các giếng có cột ống nâng khác nhau
1 MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài Trong quá trình khai thác và phát tri n mỏ dầu khí, ở giai đoạn đầu khai thác của mỏ thư ng áp suất vỉa hay còn gọi là năng lượng vỉa tự nhiên còn cao cho nên chế độ khai thác được áp dụng là khai thác tự phun trên cơ sở năng lượng tự nhiên của vỉa. Sau một th i gian khi năng lượng tự nhiên của vỉa suy kiệt, việc áp dụng phương pháp khai thác sơ cấp này không còn hiệu quả. Các giếng sẽ được chuy n sang chế độ khai thác thứ cấp, phương pháp khai thác bằng gaslift là một trong những phương pháp khai thác dầu thứ cấp được áp dụng rộng rãi, nhất là đối v i các mỏ ngoài bi n. Mỏ Bạch Hổ là một đi n hình của việc áp dụng khai thác thứ cấp bằng gaslift trên cơ sở sử dụng hiệu quả khí đồng hành làm khí nén gaslift, v i quỹ giếng khai thác bằng gaslift chiếm khoảng hơn 80% quỹ giếng khai thác hiện nay. Tỷ lệ giếng khai thác bằng gaslift trong th i gian gần đây đã tăng lên và sẽ còn tiếp tục gia tăng trong th i gian t i. Vì theo th i gian năng lượng vỉa càng ngày càng suy giảm, đ đảm bảo được sản lượng khai thác dầu đòi hỏi phải thay đổi lưu lượng khí nén theo hư ng tăng lên. Mặt khác, cũng theo th i gian số lượng các giếng ngừng khai thác tự phun cũng giảm dần do năng lượng tự nhiên của vỉa càng ngày càng suy kiệt. Chính nguyên nhân này mà số lượng các giếng được chuy n sang khai thác bằng gaslift càng tăng theo th i gian, trong khi đó tổng khối lượng khí dùng cho gaslift hầu như thay đổi không đáng k . Theo phương án cơ sở, tình trạng mất cân bằng chi phí khí nén và sản lượng khí đồng hành sẽ xảy ra từ năm 2020, khi đó sản lượng khí đồng hành (v i khả năng tận thu 90%) bắt đầu không đủ đ bù đắp tất cả các tổn hao trong hệ thống thu gom và tuần hoàn khí, đ đáp ứng nhu cầu khí nhiên liệu cũng như nhu cầu khí gaslift tăng thêm mỗi năm.
2 Bảng 1. Phương án cơ sở về chi phí khí nén và sản lượng khí đồng hành ở mỏ Bạch Hổ Tổn hao kỹ thuật trong hệ thống Tổng tổn hao Chi Cán cân SL tuần Gia tăng trong hệ phí SL khí Chi phí Khí chi phí khí hoàn nhu cầu thống thu khí đồng khí nhiên và sản đồng gaslift khí gom và tuần Năm gaslift hành, gaslift, liệu, lượng hành, (10%) và gaslift, hoàn khí 3 , ng.m3/ng ng.m3/ng ng.m3/ng 3 khí, tr.m / thu gom ng.m /ng (10%) + khí tr. đ đ đ ng.m3/ng n khí đồng đ nhiên liệu, m3/n đ hành ng.m3/ngđ (10%), ng.m3/ng đ 2012 781,3 909,2 2254,1 2614,9 486,9 426 912,9 1341,2 2013 655,9 855,1 1809,1 2466,0 427,5 426 0,0 853,5 955,6 2014 542,6 848,6 1471,1 2447,2 391,8 426 0,0 817,8 653,3 2015 461,3 843,2 1240,1 2431,7 367,2 426 0,0 793,2 446,9 2016 395,8 868,6 1083,4 2498,2 358,2 426 66,5 850,7 232,7 2017 344,8 875,3 957,9 2524,2 348,2 426 26,0 800,2 157,6 2018 315,6 885,7 862,6 2554,2 341,7 426 30,0 797,7 64,9 2019 292,5 888,6 779,3 2562,7 334,2 426 8,4 768,6 10,7 2020 274,1 908,4 713,1 2612,5 332,6 426 49,8 808,4 -95,3 2021 256,5 909,8 660,9 2623,7 328,5 426 11,2 765,7 -104,8 2022 242,1 934,6 612,8 2695,2 330,8 426 71,5 828,3 -215,4 2023 232,7 954,7 572,9 2753,3 332,6 426 58,2 816,8 -243,9 2024 223,9 986,5 539,1 2837,2 337,6 426 83,8 847,4 -308,3 2025 214,6 1004,8 504,3 2897,9 340,2 426 60,7 826,9 -322,6 2026 206,9 1022,9 480,9 2950,0 343,1 426 52,2 821,3 -340,4 2027 200,9 1038,9 456,0 2996,1 345,2 426 46,1 817,3 -361,3 2028 188,4 1056,3 429,9 3038,0 346,8 426 41,9 814,7 -384,8 2029 179,5 1053,1 412,7 3037,1 345,0 426 0,0 771,0 -358,2 2030 172,6 1062,5 397,0 3064,3 346,1 426 27,1 799,3 -402,3 Vì vậy, việc đảm bảo hiệu quả sử dụng khí gaslift cho toàn mỏ trở nên ngày càng cấp thiết, đòi hỏi phải có những nghiên cứu nhằm tối ưu cấu trúc thiết bị lòng giếng, cũng như các chế độ công nghệ phù hợp cho từng loại giếng mà vẫn đảm bảo được sản lượng khai thác dầu trong từng giai đoạn khai thác của mỏ.
3 Chính từ đòi hỏi của thực tế sản xuất, tác giả lựa chọn đề tài: "Nghiên cứu kích thước tối ưu và hợp lý ống nâng cho các giếng gaslift ở mỏ Bạch Hổ". 2 Mục đích nghiên cứu Trên kết quả đánh giá thực trạng hoạt động, đề xuất phương pháp m i trong việc nghiên cứu trạng thái động học của các giếng khai thác bằng phương pháp gaslift nhằm làm cơ sở tính toán và lựa chọn cấu trúc bộ thiết bị lòng giếng chuẩn cho từng khu vực và đối tượng khai thác của mỏ. Đề xuất những giải pháp và chế độ công nghệ cụ th cho từng loại giếng gaslift nhằm tối ưu chi phí khí nén trên một đơn vị sản phẩm khai thác phù hợp v i thực trạng năng lượng vỉa hiện nay và trong giai đoạn tiếp theo. 3 Phƣơng pháp nghiên cứu Đ đạt được mục đích nêu trên, tác giả đã tiến hành nghiên cứu theo các hư ng và các phương pháp sau: - Thu thập, thống kê và phân tích các tài liệu liên quan t i lĩnh vực nghiên cứu của đề tài; - Ứng dụng lý thuyết toán học Catastrof v i các số liệu từ thực tế đ đánh giá trạng thái của hệ thống “giếng - vỉa”; - Ứng dụng phần mềm chuyên dụng WellFlo đ xây dựng các bộ kích thư c ống nâng chuẩn. 4 Đối tƣợng nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu là các giếng khai thác bằng phương pháp gaslift của mỏ Bạch Hổ. 5. Phạm vi nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu là các đối tượng khai thác của mỏ Bạch Hổ, như: Mioxen dư i, Oligoxen trên, Oligoxen dư i và tầng Móng theo từng khu vực
4 của mỏ về năng lượng vỉa như áp suất vỉa, hệ số khai thác, sản lượng khai thác của giếng... - Cấu trúc thiết bị lòng giếng, bao gồm đư ng kính của ống nâng, thiết bị van gaslift, chiều sâu thả … 6 Điểm mới của luận án - Luận án đã xác định được kích thư c tối ưu của cột ống nâng cho các nhóm giếng ở khu vực và đối tượng khai thác khác nhau, làm cơ sở cho việc lựa chọn kích thư c cột ống nâng và chế độ công nghệ phù hợp cho các giếng khai thác dầu bằng phương pháp gaslift. - Luận án đã khảo sát và đánh giá một cách định lượng trạng thái động học của hệ thống “giếng - vỉa” trong quá trình khai thác, làm tiền đề cho các nghiên cứu hoàn thiện công nghệ và thiết bị trong khai thác dầu khí. 7. uận điểm bảo vệ Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu, tác giả bảo vệ các kết quả và luận đi m khoa học sau: - Trạng thái động học của hệ thống “Giếng - Vỉa” của các giếng gaslift thư ng xuyên rơi vào trạng thái kém bền vững và mất ổn định động học, do vậy các giếng gaslift hoạt động trong trạng thái cưỡng bức. - Xây dựng được các bản đồ đồng mức của chỉ số khai thác (PI) và mực thủy tĩnh của giếng khai thác. - Xác định được kích thư c các bộ ống nâng chuẩn trên cơ sở chi phí khí riêng nhỏ nhất cho các giếng gaslift theo từng khu vực trong mỏ Bạch Hổ. 8 Ý nghĩa khoa học Bằng việc sử dụng công cụ toán học của lý thuyết Catastrof đ chứng minh bản chất động học cũng như trạng thái động học của các giếng gaslift đã góp phần đa dạng hóa các phương pháp tiếp cận và nghiên cứu một đối tượng cụ th . Đồng th i xác lập cơ sở khoa học cho việc tính toán kích thư c các cột
5 ống nâng hợp lý dựa trên chỉ tiêu chi phí khí riêng nhỏ nhất cho các giếng khai thác bằng gaslift ở mỏ Bạch Hổ. 9 Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở cho việc lựa chọn và đề xuất các giải pháp công nghệ và kỹ thuật cho các giếng gaslift đang khai thác tại mỏ Bạch Hổ. 10 Khối lƣợng và cấu trúc của luận án Luận án gồm: phần mở đầu, 4 chương, phần kết luận, kiến nghị, và danh mục tài liệu tham khảo, phụ lục. 11 ời cảm ơn Quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án đã được thực hiện dư i sự hư ng dẫn khoa học tận tình của Ti u ban hư ng dẫn, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Cao Ngọc Lâm và TS. Nguyễn Tiến Vinh. Ngoài ra, trong quá trình nghiên cứu, tác giả còn nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các chuyên gia, các nhà khoa học thuộc Tập đoàn Dầu khí quốc gia Việt Nam, Xí nghiệp Liên doanh Việt - Nga Vietsovpetro, Viện Nghiên cứu khoa học và thiết kế dầu khí bi n, phòng Công nghệ khai thác dầu khí, phòng NCKH & TK (Viện NHIPI). Tác giả xin chân chành cảm ơn sâu sắc trư c sự giúp đỡ nhiệt tình, hiệu quả đó. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện của Ban giám hiệu trư ng Đại học Mỏ - Địa chất, phòng Đào tạo sau đại học, khoa Dầu khí, Bộ môn Khoan – Khai thác, Bộ môn Thiết bị Dầu khí & Công trình đã giúp đỡ tác giả hoàn thành luận án này. Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành t i những ngư i thân trong gia đình, t i anh em, bạn bè đồng nghiệp đã luôn động viên, ủng hộ cả về vật chất lẫn tinh thần giúp cho tác giả hoàn thành luận án của mình.
6 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ KHAI THÁC DẦU BẰNG GASLIFT VÀ CÁC C NG TR NH NGHI N CỨU 1.1 Khai thác dầu bằng gaslift. Giếng khai thác dầu bằng gaslift, về bản chất cũng giống như phương pháp khai thác tự phun nhưng chỉ khác ở chỗ sử dụng năng lượng khí bổ sung đ nâng chất lỏng lên bề mặt (hình 1.1). Theo ống dẫn 1 khí từ trên bề mặt được bơm xuống đế ống 2, khi đó khí hòa trộn v i chất lỏng tạo thành hỗn hợp khí lỏng và được nâng lên bề mặt theo ống nâng 3. Khí bơm ép được hòa trộn v i khí tách ra từ chất lỏng vỉa và hòa trộn v i chất lỏng tạo thành hỗn hợp khí lỏng có tỷ trọng nhỏ sao cho v i áp suất đáy giếng đủ nâng hỗn hợp lên trên miệng giếng. Các khái niệm và định nghĩa mô tả trong lý thuyết chuy n động của hỗn hợp trong ống đứng và nghiêng được áp dụng trong khai thác gaslift. Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý khai thác dầu bằng gaslift
7 Đi m dẫn khí nén vào trong ống nâng (đế cột ống) được nhúng chìm dư i mực chất lỏng có độ sâu là H; áp suất khí P l ở đi m dẫn khí vào ống v i độ nhúng chìm tương ứng có giá trị P1  Hg . Áp suất khí nén đo trên miệng giếng được gọi là áp suất làm việc Pkn. Áp suất làm việc chỉ khác v i áp suất khí nén tại đế cột ống nâng một giá trị bằng áp suất cột khí P1 cộng v i tổn hao ma sát do chuy n động của khí P2 . Như vậy ta có: P1  Pkn  P1  P2 (1.1) hoặc Pkn  P1  P1  P2 . (1.2) Ở giếng khai thác thực tế P1 chỉ chiếm vài phần trăm so v i P1, còn P2 có giá trị rất nhỏ. Vì áp suất làm việc và áp suất khí nén ở đế cột ống nâng khác nhau rất ít nên đ đơn giản hóa ngư i ta có th coi áp suất ở đáy giếng gaslift làm việc có giá trị bằng áp suất làm việc của khí nén trên bề mặt. Điều này đơn giản hóa quá trình nghiên cứu giếng gaslift cũng như hiệu chỉnh quá trình làm việc và thiết lập chế độ tối ưu của chúng. Phương pháp khai thác sử dụng năng lượng khí dầu (khí tự nhiên hay đồng hành) đ hòa trộn khí, làm giảm tỷ trọng cột chất lỏng và nâng sản phẩm lên bề mặt được gọi là phương pháp gaslift. Sử dụng không khí trong khai thác (air lift) dẫn đến việc hình thành l p hydrate trên thành ống nâng và khi đó phải sử dụng chất hoạt tính bề mặt đ xử lý. Ngoài ra không khí tách ra trong hệ thống thiết bị tách trên bề mặt rất nguy hi m dễ gây cháy nổ. Điều này đòi hỏi phải xử lý hỗn hợp khí sau khi tách. Sử dụng khí nén hydrocarbon cũng tạo thành hydrate trên thành ống nhưng mỏng hơn so v i trư ng hợp sử dụng không khí đ bơm nén. Việc xử lý l p nhũ hình thành cũng nhanh và đỡ tốn kém hơn. Điều này được giải thích bởi không có hoặc có rất ít ôxy trong khí hydrocarbon.