1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM
KHOA KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT & DẦU KHÍ
BỘ MÔN KHOAN VÀ KHAI THÁC DẦU KHÍ
oOo

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

KHAI THÁC GASLIFT LIÊN TỤC CỤM MỎ Y LÔ 15-X
PHÂN TÍCH NHỮNG SỰ CỐ PHÁT SINH TRONG QUÁ
TRÌNH VẬN HÀNH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC.
SVTH: LƯƠNG MINH NHỰT.
MSSV: 31002313.
CBHD 1: TS. MAI CAO LÂN.
CBHD 2: KS. LÊ XUÂN ĐÔNG. Tp.Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2015.

2.2.1 Phương pháp phân tích điểm nút. 14
2.2.2 Đặc tính dòng chảy trong ống khai thác. 16
2.2.3 Hệ số lệch khí Z. 20
2.2.4 Nhiệt độ dòng chảy trong giếng. 22
2.3 Quá trình dở tải của phương pháp gaslift liên tục. 23
2.4 Các quy luật của khí tự nhiên được áp dụng trong gaslift. 29
Luận văn tốt nghiệp
SVTH: Lương Minh Nhựt v

2.4.1 Đặc tính của khí bơm ép. 29
2.4.2 Đặc tính của khí Nitơ 33
2.5 Van Gaslift. 36
2.5.1 Chức năng: 36
2.5.2 Phân loại van Gaslift: 36
2.6 Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động của van gaslift IPO. 38
2.6.1 Cấu tạo của van gaslift loại IPO. 38
2.6.2 Nguyên lý hoạt động và phân tích các lực tác dụng lên van. 39
2.6.3 Hệ thống thử áp suất khí nén Nitơ (Test rack). 40
2.6.4 Hệ số ảnh hưởng của áp suất khai thác. 41
2.7 Thiết kế phương pháp gaslift liên tục bằng phương pháp đồ thị - van IPO. 43
2.7.1 Các bước tiến hành thiết kế gaslift liên tục bằng phương pháp đồ thị - van
IPO 44
2.7.2 Xác định áp suất mở van ở Test Rack 49
2.7.3 Xác định van làm việc 49
2.7.4 Những lưu ý trong design gaslift và các hệ số an toàn cần thiết 49
2.7.5 Cách tính độ giảm áp suất bơm ép giữa hai van. 51
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH SỰ CỐ PHÁT SINH TRONG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH
GASLIFT Ở CỤM MỎ Y LÔ 15-X VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC. 53
3.1 Tình hình khai thác và sự cố bơm ép khí gaslift ở cụm mỏ Y . 53
3.1.1 Tổng quan thông tin về cụm mỏ Y1, Y2, Y3. 53

Bảng 1. 6: Thông số thiết kế trên giàn WHP 2 mỏ Y-2. 7
Bảng 1. 7: Thông số thiết kế trên giàn WHP 3 mỏ Y-3. 8

Bảng 2. 1: Các tương quan dòng chảy đa pha phổ biến và điều kiện sử dụng. 19
Bảng 2. 2: Các hệ số C trong tương quan Shiu-Beggs. 23
Bảng 2. 3: Bảng tra hệ số C, để tính lưu lượng qua van. 32
Bảng 2. 4: Bảng tra hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ Ct, đơn vị
o
F. 34
Bảng 2. 5: Bảng tra hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ Ct, đơn vị
o
C. 35
Bảng 2. 6: Bảng tra các thông số van gaslift của nhà sản xuất CAMCO
(Schlumberger). 42

Bảng 3. 1: Số liệu thống kê mỏ Y-1. 55
Bảng 3. 2: Số liệu thống kê mỏ Y-2. 56
Bảng 3. 3: Số liệu thống kê mỏ Y-3. 57
Bảng 3. 4: Số liệu lịch sử welltest giếng Y1-24P. 64
Bảng 3. 5: Thông số đầu vào thiết kế gaslift giếng Y1-24P. 64
Bảng 3. 6: Số liệu lịch sử welltest giếng Y1-24P. 65
Bảng 3. 7: Thông số đầu vào cho thiết kế gaslift giếng Y1-24P. 65
Bảng 3. 8: Số liệu lịch sử welltest giếng Y1-24P. 70 Luận văn tốt nghiệp
SVTH: Lương Minh Nhựt viii

DANH SÁCH HÌNH VẼ


Hình 2. 24: Van gaslift IPO đặt trong túi hông SPM. 39
Hình 2. 25: Nguyên lý hoạt động của van gaslift IPO. 39
Hình 2. 26: Hệ thống thử áp suất mở van Test rack. 40
Hình 2. 27: Bước 1 thiết kế gaslift cho van IPO. 44
Hình 2. 28: Bước 2 thiết kế gaslift cho van IPO. 45
Hình 2. 29: Bước 3 thiết kế gaslift cho van IPO. 45
Hình 2. 30: Bước 4 thiết kế gaslift cho van IPO. 46
Hình 2. 31: Bước 5 thiết kế gaslift cho van IPO. 46
Hình 2. 32: Bước 6 thiết kế gaslift cho van IPO. 47
Hình 2. 33: Bước 7, bước 8 thiết kế gaslift cho van IPO. 48
Luận văn tốt nghiệp
SVTH: Lương Minh Nhựt ix

Hình 2. 34: Bước 9, 10, 11 thiết kế gaslift cho van IPO 48
Hình 2. 35: Xác định van làm việc trong thiết kế gaslift. 49
Hình 2. 36: Các hệ số an toàn trong thiết kế gaslift cho van IPO. 50
Hình 2. 37: Độ giảm áp suất bơm ép giữa 2 van theo phương pháp Ppmax-Ppmin. 52

Hình 3. 1: Vị trí 3 mỏ Y-1, Y-2 và Y-3 ở lô 15-X. 53
Hình 3. 2: Đồ thị thống kê chiều sâu đặt van của cụm mỏ Y. 58
Hình 3. 3: Đồ thị khảo sát giếng Y1-24P. 60
Hình 3. 4: Đồ thị khảo sát giếng Y2-01P. 61
Hình 3. 5: Đồ thị khảo sát giếng Y2-06P. 62
Hình 3. 6: Đồ thị kết quả thiết kế gaslift giếng Y1-24P. 66
Hình 3. 7: Lý thuyết về dòng chảy tới hạn. 67
Hình 3. 8: Điều kiện đạt dòng dòng chảy tới hạn. 67
Hình 3. 9: Đồ thị kết quả thiết kế gaslift giếng Y1-24P. 68
Hình 3. 10: Đồ thị kết quả khảo sát thực tế giếng Y1-24P. 69
Hình 3. 11: Đồ thị kết quả thiết kế gaslift giếng Y1-24P. 70
Hình 3. 12: Cách chọn phương pháp hiệu chỉnh áp suất theo nhiệt độ trong hướng dẫn


Hình 1. 1: Vị trí bồn trũng Cửu Long và Lô 15-X.

Luận văn tốt nghiệp Chương 1
SVTH: Lương Minh Nhựt 2

1.2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT, ĐẶC TÍNH VỈA CỦA VÙNG MỎ Y.
1.2.1 Tóm tắt đặc tính địa chất.

Hình 1. 2: Các mỏ đang khai thác ở lô 15-X.
Các mỏ Y-1, Y-2 và Y-3 nằm ở phần Đông-Bắc lô 15-1 là các cấu trúc lớn nhất
trong lô 15-X. Đây là một chuỗi móng cổ nhô cao dạng bậc thang, hoặc có thể coi như
các “đồi chôn vùi” được thành tạo trong thời kì tách giãn của bồn trũng trước Oligoxen-
Sớm, với các khép kín trong các trầm tích lục nguyên bao phủ Oligoxen–Trên,
Oligoxen-Dưới và Mioxen-Giữa, điều này thể hiện rõ ở cấu trúc Y-2. Bồn trũng Cửu
Long và cấu trúc chính của nó có hướng Đông Bắc-Tây Nam ,các cấu trúc Y-1 và Y-2
cũng có hướng tương tự, được tạo nên bởi các các đứt gãy thuận (trượt theo hướng đổ
của đứt gãy). Hầu hết các đứt gãy đổ về hướng Đông-Tây tạo ra các bán địa hào với sự
phát triển các nhịp địa tầng thuộc Oligoxen-Trên, E, D và một phần C có liên quan tới
sự dịch chuyển xoay các khối đứt gãy. Có các dấu hiệu cho thấy có họat động đứt gãy
theo hướng đông-tây vào thời gian sau ở bể thứ cấp này tuy nhiên không mạnh mẽ. Hầu
hết các đứt gãy xác định cấu trúc đều kết thúc hoạt động trong thời gian Oligoxen-Sớm
(top of Oligoxen), trong khi các cấu trúc Y-1 và Y-2 được hình thành sớm hơn quá trình
lắng đọng trầm tích tạo nên tập sét D tuổi Oligoxen. Tuy nhiên vẫn có các hoạt động đứt
gãy yếu trong thời kì Mioxen Muộn.
Trong cụm mỏ Y-1 và Y-2 có 3 loại vỉa chứa chính bao gồm đá móng nứt nẻ
trước kỷ Đệ Tam, và vỉa trầm tích Mioxen hạ B10 và Oligoxen trên C30 chỉ phát triển
trong phạm vi khu vực Y-2. Đới nâng trong phần móng của cụm mỏ Y-1 và Y-2 có
chiều cao lớn nhất khoảng 1500m, có điểm tràn của cấu tạo ở chiều sâu khoảng 4000m
Luận văn tốt nghiệp Chương 1

Nam cụm mỏ Y. Thời gian thành tạo dầu rơi vào khoảng Mioxen Giữa đến Muộn. Các
cấu tạo móng Y-1 và Y-2 chủ yếu được hình thành trước kỷ Oligoxen kịp thời để các
hydrocarbon di cư và tích tụ. Các cấu tạo lớp phủ Oligoxen và Mioxen Hạ được hình
thành trong thời kỳ chín của hydrocarbon.
Tầng đá móng được bao bởi tập sét D dày cả chiều đứng lẫn phương ngang, với
từ 340-600m sét nằm trực tiếp ngay trên mặt đá móng nút nẻ và phong hóa.
Lớp sét Rotalia của Mioxen Hạ là lớp phủ xuất sắc cho các tầng cát mỏng B9,
B10 và cung cấp các lớp ngăn đứt gãy với bề dày khoảng 20m. Ở phần thấp hơn của
Mioxen Hạ và trong tầng Oligoxen, lớp bao bằng các tầng sét đan xen có khả năng giữ
kém hơn và vì vậy có nhiều rủi ro hơn về khả năng các tầng chứa này được bao bọc tốt
bằng các đứt gãy.
1.2.2 Tóm tắt đặc tính vỉa.
Tính chất PVT của dầu trong các vỉa được xác định thông qua phân tích các mẫu
dầu thu thập được trong quá thử vỉa của các giếng thăm dò và thẩm lượng. Các tính chất
cơ bản của dầu này được thống kê trong Bảng 1. 1. Dựa vào kết quả phân tích PVT và
số liệu áp suất thu thập được trong thời gian qua cho thấy trong móng Y-1 và Y-2 dầu
có tính tương đối đồng nhất. Trong khi đó tính chất dầu của khu vực Y-3 có sự thay đổi
rất lớn, độ bão hòa khí và áp bão hòa của dầu cao hơn hẳn so với khu vực Y-1 và Y-2.
Bảng 1. 1: Tóm tắt tính chất và điều kiện ban đầu của vỉa.

Luận văn tốt nghiệp Chương 1
SVTH: Lương Minh Nhựt 5

Hệ số nén của đất đá cho tầng trầm tích Mioxen Hạ được xác định nhờ phân tích
mẫu lõi thu được từ giếng khoan thẩm lượng. Nhưng đối với đá móng nứt nẻ do đặc tính
phức tạp của chúng, rất khó có thể lấy được mẫu lõi đại diện cho vỉa, tuy nhiên, giá trị
trung bình hệ số nén của đá móng đã được tính dựa vào sự thay đổi của áp suất vỉa theo
thủy triều đã thu thập được trước khi đưa mỏ vào khai thác. Số liệu cho Mioxen Hạ được
lấy từ kết quả phân tích mẫu lõi. Đối với tầng Oligoxen, các giá trị của Mioxen Hạ được
sử dụng cho mục đích tính toán công nghệ mỏ.


1.3 Sơ đồ phát triển mỏ và thiết bị trên giàn khai thác.
1.3.1 Sơ đồ phát triển cụm mỏ Y.
Ở mỗi một vùng mỏ được đặt một platform khai thác, lần lượt là WHP 1 cho mỏ
Y-1, WHP 2 cho mỏ Y-2, WHP 3 cho mỏ Y-3. Trong đó platform WHP 2 sẽ là giàn
công nghệ trung tâm được trang bị thiết bị tách và ổn định dầu, bơm nước, khí nâng và
các hệ thống phụ trợ khác. Các hệ thống khí nâng và bơm ép nước được thiết kế để đảm
bảo công suất cho toàn cụm mỏ Y.
Luận văn tốt nghiệp Chương 1
SVTH: Lương Minh Nhựt 7 Hình 1. 4. Sơ đồ phát triển mỏ ở cụm mỏ Y lô 15-X.
1.3.2 Thông số, thiết bị thiết kế cho các giàn khai thác ở cụm mỏ Y.
Mỏ Y-1 được phát hiện vào tháng 10 năm 2000, được phát triển và đưa vào khai
thác tháng 10 năm 2003. Y-2 đưa vào khai thác tháng 10 năm 2008, Y-3 đưa vào khai
thác tháng 4 năm 2010. Với các thông số thiết kế trên giàn khai thác được trình bày ở
các bảng sau.
Bảng 1. 5: Thông số thiết kế trên giàn WHP 1 mỏ Y-1.

Bảng 1. 6: Thông số thiết kế trên giàn WHP 2 mỏ Y-2.

Luận văn tốt nghiệp Chương 1
SVTH: Lương Minh Nhựt 8

Bảng 1. 7: Thông số thiết kế trên giàn WHP 3 mỏ Y-3.


động cũng tương tự giếng tự phun ban đầu, ngoại trừ giá tỷ số khí lỏng (GLR)
thay đổi từ điểm đặt van làm việc trở lên bề mặt.
2.1.2 Các kiểu cấu hình hoàn thiện giếng đặc trưng cho giếng gaslift.
Có 3 kiểu hoàn thiện giếng đặc trưng cho giếng khai thác bằng phương pháp
gaslift.

Hình 2. 2: Các kiểu hoàn thiện giếng đặc trưng cho giếng khai thác gaslift.
A. Khí nén được bơm ép từ vành xuyến qua van gaslift vào ống khai thác.
B. Khí nén được bơm vào ống khai thác, chất lưu được khai thác ngoài vành xuyến.
Kiểu hoàn thiện giếng này có thể thấy ở các nước Trung Đông. Cho lưu lượng
khai thác cao, do tổn thất áp suất thấp nhờ tiết diện khai thác lớn. Nhưng nhược
điểm là gây ăn mòn ống chống.
C. Kiểu hoàn thiện giếng với 2 ống khai thác riêng biệt. Khí được bơm ép vào vành
xuyến mà vào cả hai ống khai thác. Mỗi cột ống khai thác một tầng sản phẩm
riêng biệt nhau.
Luận văn tốt nghiệp Chương 2
SVTH: Lương Minh Nhựt 11

2.1.3 Hệ thống khai thác gaslift.
Theo lý thuyết thì phương pháp khai thác gaslift là một phương pháp nâng cao
khả năng khai thác của giếng có chi phí thấp hơn so với các phương pháp còn lại. Nhưng
thật sự chi phí lắp đặt hệ thống vận hành gaslift thì không nhỏ. Người ta thường sử dụng
chung một hệ thống vận hành gaslift cho nhiều giếng cùng lúc. Hệ thống phân phối khí
gaslift cho nhiều giếng được minh họa theo hình sau.

Hình 2. 3: Sơ đồ hệ thống phân phối gaslift cho nhiều giếng.


SVTH: Lương Minh Nhựt 14

2.1.6 Ưu điểm, nhược điểm của phương pháp khai thác gaslift.
Ưu điểm:
 Chi phí lắp đặt, vận hành, bảo trì thấp.
 Chỉ cần một vài thông tin của giếng đã có thể thiết kế gaslift.
 Cấu hình hoàn thiện giếng đơn giản.
 Không làm thu hẹp đường kính trong của chuỗi ống khai thác, thuận tiện cho các
thiết bị can thiệp giếng đi vào sau này.
 Không bị ảnh hưởng của cát trong quá trình khai thác.
 Khai thác tốt ở điều kiện dầu có tỷ số khí dầu cao.
 Van gaslift có thể thay thế dễ dàng bằng slickline, không cần phải ngừng khai
thác và kéo chuỗi ống khai thác lên.
Nhược điểm:
 Đòi hỏi lượng khí nén có sẵn.
 Giàn phải có diện tích đủ lớn để lắp đặt máy nén và hệ thống phân phối khí.
 Thường sử dụng cho một cụm giếng, chứ không sử dụng riêng rẻ từng giếng.
 Đòi hỏi quản lý tốt dữ liệu khai thác, tính toán phân phối khí hợp lý.
 Áp suất trong vành xuyến luôn ở mức cao, có thể dẫn đến nguy hiểm.
 Không hiệu quả khi sử dụng cho dầu nhẹ (API < 15).
2.2 Cở sở lý thuyết trong phương pháp khai thác gaslift.
2.2.1 Phương pháp phân tích điểm nút.
Để khảo sát khả năng khai thác của giếng, ta sử dụng phương pháp phân tích
điểm nút, thông thường điểm nút được chọn tại đáy giếng. Ta có:
Dòng vào nút:
r drawdown wf
P P P

Dòng ra nút:
12wh t t wf

Hình 2. 8: Phân tích ảnh hướng của các thông số bằng phương pháp phân tích điểm nút.
Luận văn tốt nghiệp Chương 2
SVTH: Lương Minh Nhựt 16

2.2.2 Đặc tính dòng chảy trong ống khai thác.
2.2.2.1 Thành phần áp suất tổn thất trong ống khai thác.
2
sin
2
m m m m m m
m
c c c
f v v dv
dP g
dZ g g d g dZ


  


sin
m
c
g
g

: thành phần tổn thất thế năng do chênh lệch cao độ.

2
2

bơm ép là 0.27 psia/ft. Trong ví dụ cũng minh hoạt cho trường hợp bơm ép ở van thứ 7
tai 5000 ft, với tổn thất áp suất qua van là 50psia, drawdown 850 psia.

Hình 2. 10: Ví dụ minh họa đường Pressure Tranverse trong giếng gaslift.
Nhận xét:
 Độ sâu bơm ép tối đa phụ thuộc vào áp suất máy nén khí ở bề mặt.
 Điểm bơm ép càng sâu sẽ tạo drawdown càng lớn, tức là cho lưu lượng khai thác
càng cao.
 Gradient tổn thất áp suất trong ống khai thác trên và dưới điểm bơm ép sẽ khác
nhau do sự khác nhau về tỷ số khí dầu (GLR).
Khi ta tăng lưu lượng khí bơm ép thì lưu lượng chất lưu khai thác được cũng sẽ
tăng theo, nhưng chỉ đến một giá trị tối đa. Nếu lưu lượng khai thác đã đạt giá trị tối đa,
Luận văn tốt nghiệp Chương 2
SVTH: Lương Minh Nhựt 18

mà ta tiếp tục tăng lưu lượng khí bơm ép sẽ làm giảm lưu lượng khai thác. Lưu lượng
bơm ép khí mà cho lưu lượng khai thác đạt tối đa, được gọi là lưu lượng bơm ép khí tối
ưu.

Hình 2. 11: Ảnh hưởng của lưu lượng khí bơm ép đến lưu lượng khai thác.
Hình trên cũng cho thấy gaslift có thể áp dụng để hỗ trợ cho giếng đang khai thác
tự phun hoặc để phục hồi khả năng cho dòng của giết đã chết. Đối với giếng đã chết, ta
cần sử dụng một giá trị áp suất “Kick off pressure” để kích hoạt giếng cho dòng trở lại.
2.2.2.3 Các tương quan dòng chảy đa pha.
Ứng với từng tương quan khác nhau, các thông số dùng để tính toán các tổn thất
là khác nhau. Có rất nhiều tương quan khác nhau để tính toán tổn thất áp lực của dòng
chảy trong ống, nhưng về bản chất được chia làm 3 nhóm chính:
 Nhóm 1: nhóm tương quan không quan tâm đến chế độ trượt pha (no–slip) và
không quan tâm đến chế độ dòng chảy gồm các tương quan: Poett mann
& Carpenter, Baxedell & Thomas, Facher & Brown.