Tài liệu 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

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. 1 Luận văn tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô trường Đại học Bách Khoa ĐHQG Tp.HCM, đặc biệt là đến các thầy cô khoa KT Địa Chất và Dầu Khí, các thầy cô ở bộ môn Khoan và Khai Thác Dầu Khí đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo và giúp đỡ em trong suốt thời gian trên giảng đường Đại học. Em xin gửi lời cảm ơn đến công ty dịch vụ dầu khí HALLIBURTON cũng như anh Trần Văn Khoa, anh Trương Công Quế và các anh chị đang làm việc ở bộ phận HCT (Halliburton Completion Team) đã tạo cho em cơ hội được thực tập hơn 2 tháng ở Workshop tại Vũng Tàu. Kỳ thực thập bổ sung cho em nhiều kiến thức thực tế về chức năng, thao tác, vận hành, bảo dưỡng của các thiết bị lòng giếng nói riêng và van gaslift nói chung. Những hình ảnh, tài liệu, quan sát thực tế về van gaslift, túi hông (SPM) đã giúp ích rất nhiều cho em trong luận văn này. Đặc biệt, em chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy TS. Mai Cao Lân trưởng bộ môn Khoan & Khai Thác – Khoa kỹ thuất Địa Chất & Dầu Khí - Trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh và anh Lê Xuân Đông hiện đang công tác tại công ty Premier Oil. Hai người đã trực tiếp hướng dẫn, cung cấp tài liệu cần thiết và giúp em thấy hiểu được mối liên hệ giữa kiến thức học ở trường và công việc vận hành gaslift cũng như những sự cố trong khi vận hành gaslift ở ngoài thực tế. Qua đó đã giúp em hoàn thành tốt luận văn này. Và cuối cùng, em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến cha, mẹ, các thành viên trong gia đình và bạn bè xung quanh đã động viên, an ủi, hỗ trợ về vật chất lẫn tinh thần, luôn đồng hành cùng em trong những lúc khó khăn trong suốt những năm học qua. Do sự hạn chế về thời gian, kiến thức chuyên môn cũng như kinh nghiệm làm việc thực tế, luận văn tốt nghiệp không thể nào tránh khỏi những thiếu xót. Rất mong quý thầy cô, anh chị và bạn bè đóng góp, bổ sung để luận văn được hoàn thiện hơn. Sinh viên thực hiện. LƯƠNG MINH NHỰT SVTH: Lương Minh Nhựt i Luận văn tốt nghiệp TÓM TẮT LUẬN VĂN Theo như chúng ta đã biết, các giếng dầu khí sau một thời gian dài khai thác. Áp suất vỉa trở nên suy yếu, không còn đủ khả năng đưa dòng dầu lên bề mặt. Để hỗ trợ áp suất vỉa và duy trì lưu lượng khai thác. Người ta phải thêm sử dụng các biện pháp nâng nhân tạo như: gaslift, bơm điện chìm...Hiện nay trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng thường sử dụng phương pháp gaslift để tăng cường khả năng khai thác cũng giếng bởi những ưu điểm của nó so với các phương pháp khác. Trong quá trình thiết kế và vận hành hệ thống gaslift, có những sự cố khó tránh khỏi nếu thiết kế ban đầu không thực sự phù hợp với điều kiện làm việc của giếng. Cụ thể, ở cụm mỏ Y thuộc lô 15-X bồn trũng Cửu Long. Rất nhiều giếng khai thác ở tầng móng đang gặp sự cố không thể bơm ép khí đạt đến độ sâu thiết kế của van làm việc, mà chỉ có thể bơm ép khí ở đến độ sâu của van thứ hai. Chính vì tầm nghiêm trọng của vấn đề trên, tác giả thực hiện luận văn: “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” để làm rõ nguyên nhân của sự cố trên. Trong luận văn sẽ thống kê lại tình hình khai thác và chiều sâu đặt van của 46 giếng thuộc cụm mỏ Y kết hợp xem xét lại các kết quả thiết kế gaslift ban đầu của các các giếng đang gặp sự cố. Sau đó thực hiện phân tích các thông số đầu vào, đồ thị thiết kế gaslift ban đầu và sự thay đổi điều kiện làm việc của giếng, các thông số vận hành gaslift để tìm ra đâu là nguyên nhân của sự cố. Cụ thể, tác giả đã tìm hiểu được một số nguyên nhân dẫn đến sự cố trên như sau:  Áp suất khởi động khai thác gaslift thực tế thấp hơn áp suất khởi động gaslift theo thiết kế.  Áp suất đầu giếng khi vận hành gaslift cao hơn áp suất đầu giếng theo thiết kết ban đầu.  Nhiệt độ dự đoán tại van thấp hơn nhiệt độ thực tế.  Kết quả tính toán áp suất nạp Nitơ của phần mêm PIPESIM cao hơn áp suất nạp Nitơ cần thiết. Phát hiện quan trọng nhất trong luận văn tìm ra nguyên nhân chính có thể dẫn đến sự thất bại khi không thể bơm ép khí qua van là do cách sử dụng hệ số hiệu chỉnh áp suất theo nhiệt độ Ct để tính áp suất nạp Nitơ cho van gaslift của phần mềm PIPESIM không chính xác cho trường hợp áp suất nạp Nitơ > 1200 psia. Từ những nguyên nhân trên, tác giả đề xuất phương pháp khắc phục cho những giếng đang gặp sự cố và đưa ra một vài kiến nghị khi thực hiện thiết kế gaslift cho những giếng sau. SVTH: Lương Minh Nhựt ii Luận văn tốt nghiệp Cấu trúc luận văn gồm 3 chương như sau: Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÔ 15-X VÀ VÙNG MỎ Y. Trong chương này, trình bày về vị trí địa lý, đặc điểm địa chất, đặc tính vỉa của vùng mỏ Y thuộc lô 15-X bồn trũng Cửu Long. Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC GASLIFT LIÊN TỤC. Trong chương này, tác giả trình bày về các cơ sở lý thuyết được sử dụng trong phương pháp khai thác gaslift liên tục, các thiết bị liên quan đến gaslift, phân loại các loại van gaslift, phân tích nguyên tắc hoạt động của van gaslift IPO và các bước thiết kế gaslift theo phương pháp đồ thị cho van IPO. 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. Tình hình khai thác, thống kê về số lượng van và chiều sâu đặt van của 46 giếng khảo sát sẽ được trình bày trong chương 3. Sau đó tác giả đi xem xét lại thiết kế ban đầu của những giếng đang gặp phải sự cố, kết hợp với các phân tích sự thay đổi về điều kiện làm việc của vỉa, giếng và thông số vận hành gaslift so với các thông số đầu vào ban đầu cho thiết kế để hiểu được ảnh hưởng của sự thay đổi đó đến hiệu quả làm việc của thiết kế gaslift. Điểm nhấn trong chương này ở chỗ tác giả đã trình bày điểm sai sót của phần mềm PIPESIM về sử dụng hệ số Ct và phương trình Winkler-Eads dùng để tính toán áp suất nạp Nitơ thích hợp cho trường hợp áp suất > 1200 psia. Ngoài ra, biện pháp khắc phục cho những giếng đang gặp sự cố bơm ép khí gaslift cũng được trình bày ở đây. SVTH: Lương Minh Nhựt iii Luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................................. ii MỤC LỤC ......................................................................................................................iv DANH SÁCH BẢNG BIỂU ........................................................................................ vii DANH SÁCH HÌNH VẼ............................................................................................. viii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÔ 15-X VÀ VÙNG MỎ Y. ........................ 1 1.1 GIỚI THIỆU VỀ VÙNG MỎ Y THUỘC LÔ 15-X. ............................................1 1.2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT, ĐẶC TÍNH VỈA CỦA VÙNG MỎ Y. ........................ 2 1.2.1 Tóm tắt đặc tính địa chất. ............................................................................2 1.2.2 Tóm tắt đặc tính vỉa.....................................................................................4 1.2.3 Tóm tắt kết quả thử vỉa. ..............................................................................5 1.2.4 Trữ lượng dầu khí tại chỗ và thu hồi. .......................................................... 6 1.3 Sơ đồ phát triển mỏ và thiết bị trên giàn khai thác. ...............................................6 1.3.1 Sơ đồ phát triển cụm mỏ Y. ........................................................................6 1.3.2 Thông số, thiết bị thiết kế cho các giàn khai thác ở cụm mỏ Y. .................7 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC GASLIFT LIÊN TỤC. ......................................................................................................................9 2.1 Tổng quan về phương pháp khai thác gaslift. ........................................................ 9 2.1.1 Phương pháp khai thác gaslift. ....................................................................9 2.1.2 Các kiểu cấu hình hoàn thiện giếng đặc trưng cho giếng gaslift. .............10 2.1.3 Hệ thống khai thác gaslift. ........................................................................11 2.1.4 Cấu tạo của túi hông chứa van (SPM). ..................................................... 12 2.1.5 Quy trình tháo lắp van gaslift. ...................................................................13 2.1.6 Ưu điểm, nhược điểm của phương pháp khai thác gaslift. ....................... 14 2.2 Cở sở lý thuyết trong phương pháp khai thác gaslift. ..........................................14 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 SVTH: Lương Minh Nhựt iv Luận văn tốt nghiệp 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 IPO Các bước tiến hành thiết kế gaslift liên tục bằng phương pháp đồ thị - van ...................................................................................................................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 3.1.2 Số liệu thống kê về sự cố gaslift trong quá trình khai thác. ...................... 54 3.1.3 Tóm tắt quá trình khắc phục sự cố bơm ép gaslift từ phía nhà thầu. ........59 3.2 Phân tích nguyên nhân sự cố. ..............................................................................63 3.2.1 Áp suất khởi động quá trình dỡ tải. ........................................................... 64 3.2.2 Áp suất đầu giếng trong quá trình dỡ tải. ..................................................65 3.2.3 Dự đoán nhiệt độ van gaslift trong quá trình dỡ tải. ................................ 68 3.2.4 Độ chính xác trong tính toán của phần mềm PIPESIM. ........................... 71 3.3 Đề xuất giải pháp khắc phục. ...............................................................................75 3.3.1 Sử dụng van dỡ tải đường kính lớn hơn. ...................................................76 3.3.2 Tính toán áp suất buồng van dỡ tải theo công thức Winkler-Eads. ..........77 3.3.3 Nghiên cứu đưa vào sử dụng van làm việc công nghệ mới. ....................78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. ...................................................................................... 80 Kết luận: ..................................................................................................................... 80 SVTH: Lương Minh Nhựt v Luận văn tốt nghiệp Kiến Nghị. ..................................................................................................................81 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 82 SVTH: Lương Minh Nhựt vi Luận văn tốt nghiệp DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1. 1: Tóm tắt tính chất và điều kiện ban đầu của vỉa. ............................................4 Bảng 1. 2: Kết quả thử vỉa móng nứt nẻ Y-1 và Y-3. .....................................................5 Bảng 1. 3: Kết quả thử vỉa móng nứt nẻ Y-2. .................................................................5 Bảng 1. 4. Trữ lượng dầu thu hồi tại chỗ ở cụm mỏ Y. ..................................................6 Bảng 1. 5: Thông số thiết kế trên giàn WHP 1 mỏ Y-1. .................................................7 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 oF. ................................ 34 Bảng 2. 5: Bảng tra hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ Ct, đơn vị oC. ................................ 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 SVTH: Lương Minh Nhựt vii Luận văn tốt nghiệp DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1. 1: Vị trí bồn trũng Cửu Long và Lô 15-X. ......................................................... 1 Hình 1. 2: Các mỏ đang khai thác ở lô 15-X. ..................................................................2 Hình 1. 3: Cột địa tầng ở bồn trũng Cửu Long................................................................ 3 Hình 1. 4. Sơ đồ phát triển mỏ ở cụm mỏ Y lô 15-X. .....................................................7 Hình 2. 1: Sơ đồ thiết bị lòng giếng của giếng đang khai thác gaslift. ........................... 9 Hình 2. 2: Các kiểu hoàn thiện giếng đặc trưng cho giếng khai thác gaslift. ................10 Hình 2. 3: Sơ đồ hệ thống phân phối gaslift cho nhiều giếng. ......................................11 Hình 2. 4: Sơ đồ hoàn chỉnh của hệ thống gaslift trong một giếng. ............................. 12 Hình 2. 5: Cấu tạo bên trong của túi hông (SPM). ........................................................ 12 Hình 2. 6: Quy trình tháo lắp van gaslift bằng kick-over tool.......................................13 Hình 2. 7: Đồ thị minh hoạt phương pháp phân tích điểm nút. .....................................15 Hình 2. 8: Phân tích ảnh hướng của các thông số bằng phương pháp phân tích điểm nút. .................................................................................................................................15 Hình 2. 9: Đồ thị các đường Pressure Tranveser ứng với đường kính trong ống khai thác 1.995 inch, lưu lượng khai thác 500 thùng/ngày, hàm lượng nước 0%. ...............16 Hình 2. 10: Ví dụ minh họa đường Pressure Tranverse trong giếng gaslift..................17 Hình 2. 11: Ảnh hưởng của lưu lượng khí bơm ép đến lưu lượng khai thác. ...............18 Hình 2. 12: Đồ thị tra hệ số lệch khí Z – Standing & Katz. ..........................................22 Hình 2. 13: Quá trình dở tải 1. ....................................................................................... 24 Hình 2. 14: Quá trình dở tải 2. ....................................................................................... 24 Hình 2. 15: Quá trình dở tải 3. ....................................................................................... 25 Hình 2. 16: Quá trình dở tải 4. ....................................................................................... 26 Hình 2. 17: Quá trình dở tải 5. ....................................................................................... 26 Hình 2. 18:Quá trình dở tải 6. ........................................................................................ 27 Hình 2. 19: Quá trình dở tải 7. ....................................................................................... 28 Hình 2. 20: Quá trình dở tải 8. ....................................................................................... 28 Hình 2. 21: Đồ thị xác định hệ số K, để tính lưu lượng qua van...................................32 Hình 2. 22: Các loại van gaslift. ....................................................................................37 Hình 2. 23: Cấu tạo van IPO. ........................................................................................ 38 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 SVTH: Lương Minh Nhựt viii Luận văn tốt nghiệp 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 của phần mềm WellFlo. .................................................................................................71 Hình 3. 13: Cách chọn phương pháp hiệu chỉnh áp suất theo nhiệt độ trong hướng dẫn của phần mềm IPM PROSPER. ....................................................................................71 Hình 3. 14: Đồ thị biểu diễn phạm vi sử dụng của phương trình Winkler 1960. ..........72 Hình 3. 15: Đồ thị biểu diễn phạm vi sử dụng của phương trình Winkler-Eads...........73 Hình 3. 16: Đồ thị khảo sát giếng Y1-24P. ...................................................................76 Hình 3. 17: Hình minh họa ti van và lỗ van. .................................................................77 Hình 3. 18: Đồ thị biểu diễn khả năng bơm ép khí qua van công nghệ cũ RDO-5 (32/62 inch)....................................................................................................................78 Hình 3. 19: Cấu tạo của van gaslift NOVA (công nghệ mởi). .....................................79 Hình 3. 20: Đồ thị so sánh khả năng cho lưu lượng khí đi qua giữa van loại truyền thống và van NOVA. .....................................................................................................79 SVTH: Lương Minh Nhựt ix Luận văn tốt nghiệp Chương 1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÔ 15-X VÀ VÙNG MỎ Y. 1.1 GIỚI THIỆU VỀ VÙNG MỎ Y THUỘC LÔ 15-X. Lô 15-X nằm trong bồn trũng Cửu Long thuộc phần lục địa phía Nam Việt Nam, cách thành phố Hồ Chí Minh 180 km về phía Đông Nam với diện tích ban đầu là 4634 km2. Bồn trũng Cửu Long với diện tích khỏang 150000 km2 thuộc vùng biển Đông - Nam Việt Nam là một bồn tách giãn được hình thành trong gian đọan sớm kỷ Đệ Tam. Lô 15-X nằm trong một bồn trũng thứ cấp (sub-basin) thuộc phần phía Bắc của bồn Cửu Long cách Vũng tàu khoảng 20 km với độ sâu nước biển khoảng 20 – 55 m. Hình 1. 1: Vị trí bồn trũng Cửu Long và Lô 15-X. SVTH: Lương Minh Nhựt 1 Luận văn tốt nghiệp Chương 1 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 OligoxenSớm, 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 SVTH: Lương Minh Nhựt 2 Luận văn tốt nghiệp Chương 1 TVDss với tổng thể tích khối nâng khoảng 82 triệu acre-ft trong phạm vi 150km2. Thành phần thạch học của đá móng trong Y-1 và Y-2 chủ yếu là granit, thành phần thạch học thứ yếu là quartz monzonite, quartz monzodiorite, monzodiorite, diorite và các thể xâm nhập. Hiện nay, dầu tại khu vực Y-1 và Y-2 chủ yếu được khai thác trong đá móng nứt nẻ cũng như các mỏ lân cận như mỏ Bạch Hổ, Ruby và Rạng Đông. Hình 1. 3: Cột địa tầng ở bồn trũng Cửu Long. Móng nứt nẻ được coi như hình thành bởi phần khung đá và phần đá nứt nẻ, nói chung độ rỗng của phần khung đá rất nhỏ, phần nứt nẻ chiếm gần 100% độ rỗng và độ thấm của đá móng. Kết quả địa vật lý giếng khoan cũng như nghiên cứu các điểm lộ cho thấy tính chất thấm chứa của đá móng nứt nẻ giảm theo chiều sâu tính từ nóc móng. Những nhân tố quan trọng cho sự hình thành và phát triển của phần móng Y-1 và Y-2 bao gồm: SVTH: Lương Minh Nhựt 3 Luận văn tốt nghiệp Chương 1  Quá trình hình thành các hệ thống nứt nẻ ban đầu theo 3 hướng chính là Tây Bắc – Đông Nam, Đông Bắc – Tây Nam và Đông-Tây.  Quá trình nén ép sau đó làm tái hoạt động và tạo ra mạng lưới nứt nẻ.  Quá trình kết nối và thay đổi hệ thống các đới nứt nẻ bởi quá trình biến đổi thứ sinh. Các tầng chứa trầm tích Mioxen Hạ B10 và Oligoxen C30 phủ trùm lên các đỉnh của cấu tạo Y-2. Các cấu tạo có dạng đóng 3 chiều bị chặn bởi đứt gãy. Tập sét D là đá nguồn chủ đạo cho toàn bể trầm tích và cụm các mỏ Y. Sét Oligoxen được xác định là giàu thành phần hữu cơ là tiềm năng xuất sắc cho việc thành tạo của hydrocarbon. Khu vực bể chứa đá mẹ nằm ở trung tâm bể trầm tích về phía Đông 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. SVTH: Lương Minh Nhựt 4 Luận văn tốt nghiệp Chương 1 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. Điều kiện nhiệt độ và áp suất ban đầu của các vỉa, cũng được tóm lược trong Bảng 1. 1 , là kết quả thu được từ phân tích thử vỉa cho các giếng thăm dò, thẩm lượng và khai thác ban đầu trong khu vực khai thác sớm. Ngoài ra độ bão hòa nước ban đầu và độ bão hòa dầu tàn dư của các vỉa dầu cũng được liệt kê trong bảng này. Do nguồn năng lượng tự nhiên của vỉa tương đối nhỏ do năng lượng chủ yếu chỉ từ độ giãn nở của đất đá và lưu chất. Để duy trì áp suất vỉa và nâng cao hệ số thu hồi dầu, bơm ép nước đang được thực hiện trong khai thác tại khu vực Y-2 giai đoạn 1. Năng lượng vỉa của các tầng Mioxen Hạ và Oligoxen cũng sẽ được bổ sung bằng bơm ép nước. Để giữ cho lưu lượng khai thác của mỏ ở mức tối ưu, phương án sử dụng khí nâng (gaslift) sẽ được áp dụng cho từng giếng khai thác tùy theo yêu cầu. 1.2.3 Tóm tắt kết quả thử vỉa. Trong cấu tạo Y-1, Y-2 và Y-3 đã thực hiện tổng số 13 lần thử vỉa cho móng nứt nẻ, với các giếng khoan Y-1 1X, 2X, 2X(ST), 6X, 16I; Y-3 3X, 4X, 5X, và Y-2 1X, 2X, 3X, 4X, 5X nhằm đánh giá chất lượng vỉa. Bảng tóm lược kết quả sơ bộ của những thử vỉa này được liệt kê trong Bảng 1. 2 và Bảng 1. 3. Bảng 1. 2: Kết quả thử vỉa móng nứt nẻ Y-1 và Y-3. Bảng 1. 3: Kết quả thử vỉa móng nứt nẻ Y-2. SVTH: Lương Minh Nhựt 5 Luận văn tốt nghiệp Chương 1 1.2.4 Trữ lượng dầu khí tại chỗ và thu hồi. Trữ lượng dầu khí tại chỗ được xác định bằng phương pháp thể tích có đối chiếu và so sánh với kết quả tính bằng phương trình cân bằng vật chất. Giá trị trữ lượng dầu khí tại chỗ tóm lược trong Bảng 1. 4 lấy từ báo cáo “Đánh Giá Trữ Lượng Dầu Khí Cụm mỏ Y năm 31/7/2005” đã được hội đồng trữ lượng cấp nhà nước thông qua và đã trình chính phủ phê duyệt. Bảng 1. 4. Trữ lượng dầu thu hồi tại chỗ ở cụm mỏ Y. 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. SVTH: Lương Minh Nhựt 6 Luận văn tốt nghiệp Chương 1 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. SVTH: Lương Minh Nhựt 7 Luận văn tốt nghiệp Chương 1 Bảng 1. 7: Thông số thiết kế trên giàn WHP 3 mỏ Y-3. SVTH: Lương Minh Nhựt 8 Luận văn tốt nghiệp Chương 2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC GASLIFT LIÊN TỤC. 2.1 Tổng quan về phương pháp khai thác gaslift. 2.1.1 Phương pháp khai thác gaslift. Như chúng ta đã biết, các giếng khai thác dầu khí ban đầu đều được khai thác ở chế độ tự phun. Nhưng sau một thời gian khai thác đủ lâu, áp suất vỉa suy giảm, không còn đủ khả năng nâng dòng dầu lên bề mặt. Chính vì thế, để tiếp tục khai thác được dầu, người ta áp dụng một số phương pháp nâng nhân tạo, để hỗ trợ áp suất vỉa nâng dầu lên bề mặt. Có nhiều phương pháp nâng nhân tạo như: bơm thủy lực, bơm điện chìm, gaslift… Mỗi phương pháp điều có những ưu nhược điểm riêng. Trong luận văn sẽ trình bày nhiều khía cạnh về phương pháp khai thác gaslift liên tục. Sơ đồ lòng giếng khai thác gaslift được mô tả qua hình sau. Hình 2. 1: Sơ đồ thiết bị lòng giếng của giếng đang khai thác gaslift. SVTH: Lương Minh Nhựt 9 Luận văn tốt nghiệp Chương 2 Khí nén được kiểm soát về thể tích và áp suất ở bề mặt, sau đó được bơm ép vào giếng qua vành xuyến hay ống khai thác, tùy vào kiểu hoàn thiện giếng và phương pháp bơm. Trong ống khai thác đã được lắp đặt sẵn những vị trí đặt van gaslift. Khí nén bơm xuống sẽ đi qua van gaslift hòa vào dòng chất lưu bên trong ống khai thác làm giảm tỷ trọng chất lưu, tăng khả năng nâng chất lưu lên đến bề mặt. Công việc thiết kế gaslift có thể chia làm hai phần chính:  Lựa chọn chiều sâu đặt van, loại và kích cỡ van.  Lựa chọn lượng khí bơm ép tối ưu. Về căn bản thì giếng khai thác gaslift hoạt 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. SVTH: Lương Minh Nhựt 10