Công nghệ khai thác dầu khí

CÔNG NGHỆ KHAI THÁC DẦU KHÍ Nguyễn Hữu Nhân CÔNG NGHỆ KHAI THÁC DẦU KHÍ I. CÔNG NGHỆ HOÀN THIỆN GIẾNG 1.1 Hoàn thiện giếng thân trần 1.2 Hoàn thiện giếng bằng ống chống lửng 1.3 Hoàn thiện giếng với ống chống suốt, đục lỗ 1.4 Hoàn thiện giếng đơn tầng 1.5 Hoàn thiện giếng đa tầng II SỰ KHÔNG HOÀN THIỆN CỦA GẾNG KHAI THÁC 2.1 Sự không hoàn thiện do đặc tính mở vỉa 2.2 Hệ số Skin III THIẾT BỊ GẾNG KHAI THÁC DẦU KHÍ 3.1 Thiết bị bề mặt 3.2 Thiết bị lòng giếng IV CƠ SỞ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC CƠ HỌC V KHAI THÁC DẦU BẰNG BƠM CẦN TRỤC VI KHAI THÁC DẦU BẰNG BƠM ĐIỆN CHÌM 2 CÔNG NGHỆ HOÀN THIỆN GIẾNG 3 Công nghệ hoàn thiện giếng Phân loại kiểu hoàn thiện giếng Theo cấu trúc đáy giếng • Hoàn thiện giếng thân trần; • Hoàn thiện giếng với ống chống lửng hoặc ống chống suốt có đục lỗ sẵn (ống lọc) và chèn sỏi; • Hoàn thiện giếng với ống chống suốt, trám xi măng và bắn mở vỉa. Theo số tầng khai thác, người ta phân biệt: • Hoàn thiện giếng đơn tầng; • Đa tầng. 4 Công nghệ hoàn thiện giếng Sơ đồ hoàn thiện giếng 5 Công nghệ hoàn thiện giếng HOÀN THIỆN GIẾNG THÂN TRẦN Ưu điểm:  Vỉa được mở thông trực tiếp với giếng nên tăng tối đa dòng vào  Giảm giá thành giếng khoan  Dễ dàng khoan giếng sâu hơn khi cần.  Dễ dàng chuyển sang các kiểu hoàn thiện giếng khác. Nhược điểm  Khó áp dụng trong trường hợp tầng sản phẩm gồm nhiều lớp cát, sét mỏng xen kẽ, vỉa có nhiều khe nứt tự nhiên  Khó tác động lên vỉa sản phẩm theo các khoảng lựa chọn  Khó kiểm soát so với các kiểu hoàn thiện giếng khác 6 Công nghệ hoàn thiện giếng HOÀN THIỆN GIẾNG BẰNG ỐNG CHỐNG LỬNG Ưu điểm:  Tiết kiệm chi phí  Khống chế cát đơn giản mà hiệu quả  Khắc phục hiện tượng sụp lở thành giếng đối với tầng sản phẩm kém bền vững, dễ sụp lở. Nhược điểm  Dễ kẹt và hư lưới lọc vì bị cát bít và mài mòn do vậy cần tiến hành sửa chữa định kỳ  Cát di chuyển từ vỉa vào giếng trộn lẫn với parafin trong dầu làm giảm mạnh tính thấm tự nhiên của vỉa 7 Công nghệ hoàn thiện giếng HOÀN THIỆN GIẾNG VỚI ỐNG CHỐNG SUỐT Ưu điểm:  Đơn giản trong việc lập kế hoạch hoàn thiện giếng, dễ dàng thi công và khảo sát giếng;  Cấu trúc giếng bền vững, ngăn cách tốt các tập khác nhau trong vỉa sản phẩm, đảm bảo quá trình khai thác an toàn và lâu dài;  Có khả năng tiến hành bắn vỉa lặp lại hoặc bắn bổ sung;  Có thể xử lý vùng cận đáy giếng hoặc khai thác từng phần của tầng sản phẩm theo những khoảng lựa chọn. Nhược điểm  Khó khống chế khả năng xâm nhập cát;  Tăng sức cản thủy lực của dòng chảy do tăng hiệu ứng skin ở vùng cận đáy giếng. 8 Công nghệ hoàn thiện giếng HOÀN THIỆN GIẾNG ĐƠN TẦNG Ưu điểm:  Đơn giản hóa quá trình hoàn thiện giếng và công tác sửa chữa giếng sau này;  Kích cỡ ống khai thác đáp ứng lưu lượng khai thác tối ưu trong khoảng thời gian dài nhất;  Dễ dàng chuyển sang các phương pháp khai thác cơ học khi cần thiết;  Dễ dàng theo dõi áp suất đáy giếng; 9 Công nghệ hoàn thiện giếng HOÀN THIỆN GIẾNG ĐA TẦNG 10 Tng sn phm Tng sn phm Dòng sn phm Các kiểu hoàn thiện giếng đa tầng Công nghệ hoàn thiện giếng HOÀN THIỆN GIẾNG ĐA TẦNG Ưu điểm:  Rút ngắn thời gian khai thác;  Dễ dàng kiểm soát từng tầng sản phẩm hoặc có thể hủy bỏ không khai thác một hay vài tầng sản phẩm trong giếng nếu trong giai đoạn cuối tỷ số khí-dầu, tỷ số nước-dầu tăng quá cao. Nhược điểm:  Phức tạp trong quá trình thiết kế, thi công hoàn thiện giếng, sửa chữa và xử lý giếng.  Mất nhiều thời gian trong công tác đo và xử lý số liệu địa vật lý giếng khoan. 11 Công nghệ hoàn thiện giếng Giếng đa nhánh gồm thân giếng chính với nhiều thân giếng phụ phát triển và kéo dài từ thân giếng chính Các nhánh giếng được khoan định hướng xuất phát từ thân giếng chính đến chiều sâu thiết kế. Đối tượng áp dụng:  Vỉa có độ thấm thấp, có cac khe nứt tự nhiên  Các vỉa phân lớp và không đồng nhất  Vỉa bị cách ly  Vỉa vệ tinh 12 HOÀN THIỆN GIẾNG ĐA NHÁNH (MULTILAYER WELL) Công nghệ hoàn thiện giếng Ưu điểm:  Tăng độ tiếp xúc với vỉa;  Tăng độ liên thông giữa các vỉa bị cách ly;  Giảm diện tích và thiết bị bề mặt;  Giảm chi phí vận hành và phát triển mỏ;  Nâng cao hiệu quả kinh tế đối với các mỏ cận biên. Nhược điểm:  Kỹ thuật khoan và hoàn thiện phức tạp;  Khó khăn trong việc sửa chữa, can thiệp giếng;  Phải xác định đối tượng và lựa chọn thích hợp;  Chi phí giếng khoan lớn, rủi ro cao. 13 HOÀN THIỆN GIẾNG ĐA NHÁNH (MULTILAYER WELL) SỰ KHÔNG HOÀN THIỆN CỦA GIẾNG 14 SỰ KHÔNG HOÀN THIỆN CỦA GIẾNG Giếng hoàn thiện về mặt thủy động lực là giếng được mở vỉa trong toàn bộ chiều dày của tầng sản phẩm và không chống ống để đảm bảo tính thấm tự nhiên của vỉa Trong thực tế một số giếng chỉ mở trên một phần của vỉa, tức là giếng không hoàn thiện về mức độ mở vỉa Gọi C1 và C2 là các đại lượng đặc trưng cho sự không hoàn thiện của giếng về mức độ mở vỉa và đặc tính mở vỉa, ta có: C = C1 + C2 Như vậy công thức tính lưu lượng chất lỏng của giếng không hoàn thiện về mặt thủy động lực có dạng: Hệ số C phụ thuộc vào: - Số lỗ bắn ở ống chống; - Đường kính lỗ bắn; - Đặc tính phân bố các lỗ bắn trên bề mặt ống chống; - Độ sâu của các rãnh được tạo nên trong đất đá khi bắn vỉa... 15 )Cr r ln(B )PP(kh2 Q g e vd*    SỰ KHÔNG HOÀN THIỆN CỦA GiẾNG 16 h h b Các dạng không hoàn thiện thủy động lực của giếng SỰ KHÔNG HOÀN THIỆN CỦA GiẾNG Hệ số hoàn thiện giếng (φ) là tỉ số giữa lưu lượng giếng không hoàn thiện Q* và lưu lượng giếng hoàn thiện Q và được xác định bằng công thức: Trong đó: Trong thực tế mức độ không hoàn thiện của giếng được xác định theo biểu đồ Surov. Các kết quả thực nghiệm dựa theo mô hình điện cho phép dựng các đồ thị phụ thuộc giữa C và đường kính của lỗ bắn vỉa, đường kính của giếng, độ sâu của đạn đi vào vỉa và mức độ mở vỉa. 17 )C r r ln( r rln Q *Q g e g e   SỰ KHÔNG HOÀN THIỆN CỦA GIẾNG Xác định hệ số C1 Hệ số C1 đặc trưng cho giếng không hoàn thiện về mức độ mở vỉa, phụ thuộc vào các đại lượng = h/D và = b/h và có thể được xác định theo đồ thị b: Chiều dày khoảng mở vỉa; h: Chiều dày hiệu dụng của vỉa; D: đường kính giếng; 18 SỰ KHÔNG HOÀN THIỆN CỦA GIẾNG Xác định hệ số C2 n: Số lỗ bắn mở vỉa trên 1 mét ống lọc; l’: Độ sâu đạn đi vào vỉa; l = 1’/D C2 Đối với giếng không hoàn thiện cả về mức độ mở vỉa lẫn đặc tính mở vỉa thì hệ số C có thể được xác định theo phương trình sau: 19 5ln1C1CC 21     SỰ KHÔNG HOÀN THIỆN CỦA GIẾNG MỨC ĐỘ NHIỄM BẨN VÙNG LÂN CẬN ĐÁY GIẾNG Ngoài đặc tính không hoàn thiện theo mức độ mở vỉa C1 và không hoàn thiện theo đặc tính mở vỉa C2, độ thẩm thấu của đất đá vùng lân cận đáy giếng bị giảm đáng kể do bị nhiễm bẩn trong quá trình khoan, hoàn thiện giếng, bơm ép nước, sửa chữa giếng và khai thác. Mức độ nhiễm bẩn này được đặc trưng bằng hệ số C3. Ngoài ra dòng chảy từ vỉa vào giếng còn chịu ảnh hưởng bởi hệ số C4 Các giá trị C1, C2, C3 và C4 đặc trưng cho mức độ cản trở dòng chất lưu chuyển động từ vỉa đến giếng. Hiện tượng tăng tổn thất áp suất dòng chảy từ vỉa vào giếng so với điều kiện thấm tự nhiên của vỉa được gọi là hiệu ứng skin S và tính bằng tổng: S = C1+ C2 + C3 + C4. Vùng nhiễm bẩn Giữ nguyên độ thấm tự nhiên của vỉa Cải thiện so với độ thấm tự nhiên ban đầu Skin >0 Skin =0 Skin <0 20 SỰ KHÔNG HOÀN THIỆN CỦA GIẾNG Phương pháp giảm hệ số Skin  Phương pháp xử lý hóa học: dựa trên các phản ứng hóa học xảy ra giữa các chất hóa học bơm vào giếng (chủ yếu là acid) với đá tầng chứa;  Phương pháp xử lý cơ học: dùng thủy lực, chất nổ tạo ra những khe nứt nối vùng cận đáy với vỉa. Phương pháp này thường được áp dụng cho những mỏ có đá chứa rắn, đặc sít;  Phương pháp xử lý bằng nhiệt: dùng nhiệt để giảm độ nhớt của dầu nặng, dầu chứa nhiều parafin, nhựa hắc ín;  Phương pháp vật lý: bơm rửa vùng đáy giếng nhờ các chất hoạt tính bề mặt để tách và làm sạch các chất rắn bẩn lắng đọng ở vùng cận đáy. 21 THIẾT BỊ HOÀN THIỆN GIẾNG 22 Thiết bị hoàn thiện giếng THIẾT BỊ ĐẦU GẾNG Đầu giếng • Treo và liên kết tất cả các cột ống chống thả vào giếng nhằm mục đích kiểm soát và xử lý các vấn đề liên quan đến khoảng xuyến giữa các ống chống trong quá trình khoan và khai thác • Điểm tựa để lắp đặt các thiết bị đối áp khi khoan và thiết bị miệng giếng khi khai thác Bộ đầu ống chống • Phần dưới của đầu ống chống được dùng để treo cột ống chống được gọi là đầu ống chống (casing head). • Giá treo đầu ống chống (landing base) là thiết bị được đặt trong đầu ống chống để treo cột ống chống có đường kính nhỏ hơn và tạo một đệm kín giữa cột ống chống và đầu ống chống. 23 Thiết bị hoàn thiện giếng THIẾT BỊ ĐẦU GẾNG 24 Đầu giếng Thiết bị hoàn thiện giếng THIẾT BỊ ĐẦU GẾNG Bộ đầu ống khai thác • Bộ đầu ống khai thác cũng có hình dạng như bộ đầu ống chống • Có nhiệm vụ treo ống khai thác và làm kín khoảng xuyến giữa ống khai thác và cột ống chống khai thác, ngoài ra còn có lối vào khoảng xuyến ống chống khai thác thông qua các đường ra ở bên hông. 25 Thiết bị hoàn thiện giếng THIẾT BỊ ĐẦU GẾNG Giá treo và đầu ống khai thác 26 Thiết bị hoàn thiện giếng THIẾT BỊ ĐẦU GẾNG Cây thông • Dùng để điều chỉnh các chế độ làm việc của giếng • Hướng dòng chất lưu đến manifol và các bình đo • Cho phép thả các thiết bị qua nó. Các thành phần chính của cây thông khai thác từ dưới lên trên gồm có: mặt bích, các van chính, chạc 3 (chữ Y hay chữ T), côn và van tiết lưu. Subsea Tree 27 Thiết bị hoàn thiện giếng SƠ ĐỒ THIẾT BỊ ĐẦU GẾNG 28 Thiết bị hoàn thiện giếng THIẾT BỊ LÒNG GIẾNG 29 Công nghệ hoàn thiện giếng THIẾT BỊ LÒNG GIẾNG Phễu hướng dòng Phễu hướng dòng được lắp ở cuối ống khai thác nhằm dẫn hướng các thiết bị khảo sát giếng kéo thả dễ dàng bằng kỹ thuật cáp tời và tạo dòng xoáy để mang chất bẩn ở đáy giếng lên. 30 Công nghệ hoàn thiện giếng THIẾT BỊ LÒNG GIẾNG Thiết bị định vị (Landing nipples) • Được sử dụng để tạo các vị trí lắp đặt, khóa giữ và liên kết các thiết bị điều khiển dòng chảy được đưa xuống giếng bằng kỹ thuật cáp tời. • Các thiết bị này bao gồm: các nút chặn, neo ống, van an toàn, côn, van ngược và giá treo các dụng cụ. 31 Công nghệ hoàn thiện giếng THIẾT BỊ LÒNG GIẾNG Ống đục lỗ • Cho phép dòng sản phẩm chảy liên tục vào ống khai thác khi tiến hành khảo sát giếng bằng kỹ thuật cáp tời. • Ống thường có chiều dài khoảng 3 m và được đục nhiều lỗ bên thành với tổng diện tích các lỗ đục lớn hơn tiết diện ngang của ống khai thác 32 Thiết bị hoàn thiện giếng THIẾT BỊ LÒNG GIẾNG Van cắt  Van được đặt dưới packer thủy lực nhằm mục đích mở, đưa packer vào hoạt động để bịt kín ống.  Trong quá trình ép nở packer, người ta tác dụng một áp lực lớn từ bề mặt làm đứt các chốt giữ van và van bị rơi xuống đáy giếng. 33 Thiết bị hoàn thiện giếng THIẾT BỊ LÒNG GIẾNG Packer Packer là thiết bị được lắp đặt ở khoảng không vành xuyến giữa ống khai thác và ống chống nhằm:  Cố định cột ống khai thác trong giếng;  Cách ly các tầng sản phẩm trong giếng khai thác nhiều tầng;  Ngăn chất lưu và các vật rắn theo dòng chảy đi lên trong khoảng không vành xuyến;  Điều khiển dòng dung dịch dập giếng hay xử lý bằng tuần hoàn ngược;  Bít các đoạn giếng đã bắn mở vỉa, hỗ trợ việc lắp đặt thiết bị lòng giếng.  Cô lập phần ống chống bị hư hỏng, cô lập phần khí nước… . 34 Thiết bị hoàn thiện giếng THIẾT BỊ LÒNG GIẾNG Swell packer Thiết bị bù trừ nhiệt Cho phép thay đổi chiều dài cột ống khai thác nhờ dịch chuyển nhằm hạn chế tác hại giãn nỡ hoặc co rút của cột ống khai thác do hiệu ứng nhiệt. 35 Thiết bị hoàn thiện giếng THIẾT BỊ LÒNG GIẾNG Van tuần hoàn (sliding sleeve) Thiết bị này được sử dụng khi cần tạo sự liên thông giữa ống khai thác và khoảng xuyến. Van tuần hoàn có vai trò quan trọng trong các hoạt động sau:  Gọi dòng bằng cách thay đổi dung dịch.  Tiến hành sửa chữa giếng hoặc kéo ống khai thác khi dập giếng.  Tuần hoàn dung dịch hoàn thiện giếng bằng nước biển.  Kiểm tra van an toàn sâu.  Khai thác tạm thời. 36 Thiết bị hoàn thiện giếng THIẾT BỊ LÒNG GIẾNG Van dập giếng Có chức năng tạo mối liên hệ tuần hoàn giữa vùng trong ống khai thác và vùng không gian vành xuyến khi cần phải bơm ép khẩn cấp vào giếng chất lỏng nặng để dập giếng khi có sự cố kỹ thuật nhằm chống sự phun trào. Nguyên lý hoạt động: dựa trên nguyên tắc chênh lệch áp suất thủy lực. Van chỉ mở khi độ chênh áp suất giữa khoảng không vành xuyến và cột ống khai thác vượt quá giá trị thiết kế. 37 Thiết bị hoàn thiện giếng THIẾT BỊ LÒNG GIẾNG Túi hông Mandrel Dùng để lắp đặt van gaslift, van điều khiển, van bơm ép hóa chất hay van tiết lưu mà không ảnh hưởng đến tiết diện của ống khai thác và cho phép các thiết bị dùng kỹ thuật tời qua lại dễ dàng. 38 Thiết bị hoàn thiện giếng THIẾT BỊ LÒNG GIẾNG Van van an toàn sâu SSSV (Subsurface Safety Valves) Van an toàn sâu sâu (SSSV) là các van được lắp đặt trong quá trình hoàn thiện giếng có tác dụng làm kín phần giếng bên dưới mặt đất khi có sự cố trên bề mặt. Các van an toàn sâu được dùng bắt buộc ở các giếng khai thác ngoài khơi. 39 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC CƠ HỌC 40 Lưu lượng khai thác của giếng Với: rG - bán kính của giếng; RA - bán kính ảnh hưởng của giếng; Q - lưu lượng dầu ; Pv - áp suất vỉa; Pđ - áp suất đáy giếng. Năng lượng vỉa đủ lớn, giếng khai thác tự phun. Trong quá trình khai thác, thông số vỉa và chế độ làm việc của giếng thay đổi theo thời gian * Áp suất vỉa suy giảm; * Độ ngập nước tăng; * Hệ số sản phẩm giảm; * Điều kiện nhiệt động học thay đổi… Giếng sẽngừng khai thác tự phun, phải chuyển sang khai thác bằng phương pháp cơ học G A đvg r Rln )PP(kh Q    2 41 SỰ PHỤ THUỘC KHẢ NĂNG CHO DÒNG VÀO ÁP SUẤT VỈA VÀ ĐỘ NGẬP NƯỚC 42 Cơ sở lựa chọn phương pháp khai thác cơ học  Điều kiện địa chất, điều kiện khí hậu và vị trí khai thác;  Tính chất của chất lưu;  Tình trạng kỹ thuật và công nghệ của công ty, vốn đầu tư;  Hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của các phương pháp khai thác;  Nguồn năng lượng sử dụng cho phương pháp khai thác. Yếu tố ảnh hưởng đến lựa chọn phương pháp khai thác cơ học Việc lựa chọn phương pháp khai thác cơ học cho các giếng khai thác dầu khí chủ yếu dựa trên ba yếu tố sau:  Lưu lượng khai thác;  Áp suất đáy giếng;  Tỉ số khí-lỏng;  Độ nhớt và tỷ trọng của dầu;  Kích thước ống chống; 43 Yếu tố ảnh hưởng đến lựa chọn phương pháp khai thác cơ học (tt.)  Góc nghiêng của giếng, hàm lượng pha rắn của dòng sản phẩm;  Hàm lượng parafin;  Khả năng ăn mòn của sản phẩm khai thác. . . Phương pháp khai thác cơ học phài đảm bảo:  Đảm bảo sản lượng khai thác như đã đề ra (FDP,FFDP);  Giảm tối thiểu kỹ thuật vận hành và sự can thiệp của người vận hành;  Thuận lợi trong việc can thiệp giếng, sữa chữa và khảo sát giếng v.v.;  Đảm bảo điều khiển theo nhóm, nâng cao tính tự động hóa của hệ thống;  Độ bền cao, chu kỳ giữa 2 lần sửa chữa giếng lớn;  Mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao so với các phương pháp khác trong cùng điều kiện khai thác. 44 Phân loại các phương pháp khai thác cơ học Dựa trên nguyên tắc truyền động năng lượng có thể phân loại các phương pháp khai thác cơ học như sau:  Truyền động cơ khí hay bằng cần truyền lực (Bơm cần)  Truyền động bằng thủy lực (Bơm pittông thủy lực và bơm phun tia)  Truyền động bằng điện năng (Bơm điện ly tâm ngầm)  Truyền động bằng khí cao áp (Gaslift) 45 Tổng quan áp dụng các phương pháp cơ học tại Việt Nam Mỏ Quỹ giếng khai thác Quỹ giếng gaslift Bơm điện chìm % quỹ giếng khai thác gaslift Bạch Hổ 203 132 0 65% Rạng Đông 42 34 0 81% Sư Tử Đen 22 22 0 100% Sư Tử Vàng 10 6 0 60% Ruby 32 25 0 78% Pearl 4 4 0 100% Rồng 21 15 4 71% 46 TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ KHAI THÁC DẦU BẰNG BƠM CẦN (ROD PUMP) 47 TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ Các chi tiết của Rod Pump A Thiết bị lòng giếng 1. Pittông máy bơm ngầm 2. Xi lanh máy bơm ngầm 3. Cần truyền lực B. Thiết bị miệng giếng 4. Đầu miệng giếng 5. Vòng bít 6. Đầu ngựa và thanh cân bằng 7. Hộp số 8. Trục khuỷu 9. Động cơ Khai thác dầu bằng bơm cần (Rod Pump) 48 TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ Ưu điểm của Rod Pump • Hệ thống hoạt động đáng tin cậy, vận hành đơn giản, ít gặp sự cố, dễ dàng xác định những hư hỏng của bơm; • Cấu tạo tương đối đơn giản, dễ tháo lắp và sửa chữa với chi phí thấp; • Thích hợp với giếng có đường kính nhỏ và lưu lượng nhỏ; • Hiệu quả với giếng có áp suất thấp, nhiệt độ và độ nhớt cao; • Dùng cho giếng có độ ngập nước cao. Khai thác dầu bằng bơm cần (Rod Pump) 49 TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ Nhược điểm: • Hệ thống phải được lắp đặt ở vị trí trung tâm giếng; • Xuất hiện lực ma sát trong giếng nghiêng; • Hệ thống nặng nề và cồng kềnh, không thích hợp đối với việc khai thác dầu ngoài khơi; • Rất nhạy cảm với dầu có parafin hoặc hàm lượng pha rắn cao; • Hiệu quả thấp đối với giếng có tỉ suất khí dầu cao; • Không thể sơn phủ bên trong ống khai thác một lớp chống ăn mòn; • Lưu lượng khai thác không lớn. Khai thác dầu bằng bơm cần (Rod Pump) 50 TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ KHAI THÁC DẦU BẰNG BƠM ĐIỆN CHÌM (ESP) 51 PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Nguyên lý hoạt động  Năng lượng bổ sung dưới dạng điện năng được cung cấp từ bề mặt theo hệ thống cáp điện ba pha làm quay động cơ điện gắn ở phần dưới của bơm đặt trong giếng.  Biến đổi các dạng năng lượng trong quá trình chất lỏng quay quanh một trục chuyển hóa năng lượng có vận tốc lớn sang dạng năng lượng có áp suất cao. Phạm vi áp dụng  Giếng có lưu lượng từ 50 – 8000 tấn/ng.đ (trung bình 150 m3/ng.đ);  Thích hợp với đối với giếng có tỉ suất khí lỏng thấp;  Độ sâu vỉa sản phẩm lớn (có thể đến 4000m). Khai thác dầu bằng bơm điện chìm (ESP) 52 PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆNKhai thác dầu bằng bơm điện chìm (ESP) Tổ hợp các thiết bị của hệ thống máy bơm điện ly tâm ngầm 53 PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1 Hệ thống máy biến thế (Transformer) Biến đổi hiệu điện thế (tăng hiệu điện thế) từ điện thế công nghiệp 380V đến giá trị thiết kế tương ứng với công suất tiêu thụ của máy bơm Khai thác dầu bằng bơm điện chìm (ESP) 2. Tủ điều khiển (Switchboard)  Khởi động, điều khiển quá trình hoạt động của máy bơm điện ly tâm ngầm Chống các hiện tượng quá tải và dưới tải của động cơ điện  Hiệu chỉnh hiệu điện thế biến thiên từ 600 – 4900V. . Thiết bị bề mặt 54 PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 3 Bộ điều tốc (Variable speed drive)  Thay đổi tốc độ của động cơ điện bằng sự thay đổi việc cung cấp hiệu điện thế cho động cơ điện.  Bảo vệ môtơ đáy giếng khi nguồn điện mất ổn định Khai thác dầu bằng bơm điện chìm (ESP) 4. Hộp nối chống nổ (Junction box)  Nối đầu cáp tải điện năng từ trạm điều khiển đến đầu ra của cáp ở miệng giếng.  Thải khí đồng hành có thể ngưng đọng trong cáp điện (đi từ đáy giếng lên) ra ngoài không khí, nhằm mục đích chống cháy nổ.  Thử các thông số làm việc của thiết bị điện trong lòng giếng. . Thiết bị bề mặt 55 PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 5 Đầu miệng giếng (Wellhead) • Cho phép cáp điện đi qua nhưng vẫn đảm bảo độ kín. • Treo toàn bộ hệ thống bơm trong lòng giếng. • Chịu được áp cao, làm kín miệng giếng không cho khí thoát ra ngoài. Khai thác dầu bằng bơm điện chìm (ESP) Thiết bị bề mặt 56 PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Thiết bị lòng giếng 1 Hệ thống cáp tải điện năng Đóng vai trò tải năng lượng điện ba pha từ bề mặt đến động cơ điện. Cáp tải điện năng có đường kính nhỏ, dẫn điện tốt, có lớp cách điện tốt để thích ứng với điều kiện áp suất, nhiệt độ cao, môi trường hóa học ăn mòn mạnh và có vỏ bọc bền vững nhằm chống mài mòn cơ học. Khai thác dầu bằng bơm điện chìm (ESP) 2. Băng kẹp cáp Dùng để kẹp chặt cáp điện vào thân cột ống khai thác. 57 PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Thiết bị 3 Van xả • Thường được lắp trên máy bơm khoảng 20 – 30 m, dùng để xả toàn bộ cột chất lỏng chứa trong cần khai thác vào giếng. 4 Van ngược • Van ngược thường đặt ngay dưới van xả, dùng để ngăn chặn dòng chảy ngược của cột chất lỏng khi máy bơm ly tâm ngầm ngừng hoạt động. 5 Bơm điện ly tâm ngầm Là bơm có nhiều cấp hoạt và hoạt động theo nguyên tắc ly tâm. Mỗi cấp bao gồm hai thành phần chính: cánh dẫn (Impeller) , bộ phận hướng và góp dòng (Diffuser). Khai thác dầu bằng bơm điện chìm (ESP) 58 PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 5. Bơm điện ly tâm ngầm (tt.) • Cánh dẫn: có chức năng cung cấp chất lỏng chuyển động • Bộ phận hướng và góp dòng: chuyển hóa dạng năng lượng từ vận tốc lớn sang dạng năng lượng áp suất cao. Ngoài ra, có nhiều vụ định hướng dòng chất lỏng đi vào cánh dẫn của cấp tiếp theo nhằm tăng áp suất đủ lớn để nâng chất lỏng lên bề mặt. Khai thác dầu bằng bơm điện chìm (ESP) Thiết bị lòng giếng Cánh dẫn Bộ phận hướng và góp dòng 59 PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Thiết bị lòng giếng 6. Thiết bị tách khí Bơm điện ly tâm ngầm là hiệu suất làm việc sẽ giảm nhanh khi hoạt động trong môi trường có khí tự do đi vào bơm, khi khí tự do đi vào bơm quá nhiều sẽ gây ra hiện tượng “ nút khí ”. Do đó, đối với giếng trong giai đoạn khai thác có tỷ lệ khí dầu cao cần có thiết bị tách khí để tách khí ra khỏi lưu chất trước khi đi vào máy bơm. Khai thác dầu bằng bơm điện chìm (ESP) 7. Thiết bị bảo vệ động cơ điện (Protector)  Kết nối máy bơm đến động cơ điện  Trung hòa áp suất tại miệng vào của máy bơm ngầm với áp suất của chất lỏng cách nhiệt trong động cơ, ngăn không cho chất lỏng vỉa rò rỉ vào trong động cơ gây ra đoản mạch khi xuất hiện chênh lệch áp suất trong và ngoài động cơ. 60 PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Thiết bị lòng giếng 8. Động cơ điện Cấu tạo động cơ điện gồm có: trục động cơ, stator, roto, ổ đỡ trục, dây cuốn. Động cơ thường được chế tạo theo bốn dạng kích cỡ (3.75; 4.56; 5.40; 7.38 inch) và công suất thay đổi khá lớn từ 7.5 Hp (đối với series 3.75) đến 1000 Hp (đối với series 7.38). Khai thác dầu bằng bơm điện chìm (ESP) 9. Thiết bị cảm ứng  Được đặt ngay dưới động cơ điện để đo áp suất và nhiệt độ;  Theo dõi và kiểm tra các thông số làm việc của bơm điện ly tâm ngầm;  Có thể kết hợp với hệ thống kiểm soát và thay đổi tốc độ trên bề mặt để thay đổi tốc độ của bơm điện chìm. 61 PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Ưu điểm • Có thể khai thác với lưu lượng rất lớn. • Có thể sử dụng trong môi trường có nhiều chất nhiễm bẩn và hóa chất nhờ chọn vật liệu chế tạo bơm đặc biệt. • Thích hợp khai thác giếng có độ sâu lớn và độ ngậm nước của sản phẩm cao. • Hiệu suất toàn hệ thống cao (khoảng 70%). • Có thể khai thác với lưu lượng cao. • Có thể đo được áp suất và nhiệt độ đáy giếng nhờ các cảm biến. • Vận hành đơn giản, thích hợp cho các giếng đơn lẻ. • Bơm sẵn có với nhiều kích thước khác nhau, đáp ứng mọi yêu cầu. • Giá thành khai thác trên một đơn vị sản phẩm thấp đối với giếng có lưu lượng lớn. Khai thác dầu bằng bơm điện chìm (ESP) 62 PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Nhược điểm • Chỉ sử dụng năng lượng điện. • Tuổi thọ của hệ thống giảm đáng kể nếu hàm lượng pha rắn trong sản phẩm cao, góc nghiêng của giếng lớn. • Nhiệt độ đáy giếng cao dễ làm hư cáp điện và giảm hiệu suất làm việc. • Khả năng hư hỏng cao và mất nhiều thời gian sửa chửa và lắp đặt. • Không áp dụng được cho trường hợp khai thác riêng biệt nhiều tầng sản phẩm. • Chú ý an toàn điện vì điện áp cao. • Hiệu quả thấp đối với giếng nông có sản lượng thấp, đặc biệt sản phẩm chứa nhiều khí. • Khó điều chỉnh tốc độ phù hợp với lưu lượng của giếng. • Chi phí cao khi cần thay đổi lưu lượng khai thác (phải thay đổi thiết bị). • Hệ thống bị giới hạn bởi độ sâu của giếng (do giá thành cáp quá cao) và kích thước ống chống. Khai thác dầu bằng bơm điện chìm (ESP) 63 PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1. Production Technology Program Manual Petro VietNam 1997. 2. Production Operation Thomas O Allen/ Alan P. Robert, OGCI, Tulsa Oklahoma 1989. 3. The technology of artificial lift methods, v. 1 Brown KT, 1977, PPS, Tulsa, USA. 4. Pipesime Training and Exercise Guide Schlumberger, 2003. 5. Công nghệ và kỹ thuật khai thác dầu khí, Phùng Đình Thực / DD Lam/ NV Cảnh/ LB Tuấn, NXB GD 1999. 6. Công nghệ khai thác VietsovPetro, 2003 7. Những vấn đề cơ bản của quá trình khai thác dầu bằng Gaslift của XNLD Vietsovpetro, 2007. 8. Công nghệ khai thác, Lê Phước Hảo, 2006. TÀI LIỆU THAM THẢO 64