ĐẠ
ẠI HỌC QU
UỐC GIA TP. HCM
TRƯ
ƯỜNG ĐẠII HỌC BÁ
ÁCH KHOA
A
KHOA KỸ
Ỹ THUẬT ĐỊA CHẤ
ẤT VÀ DẦU
U KHÍ
-----------------o0o-----------------

NGUYỄ
ỄN ĐÌNH V
VINH

TỐI ƯU
U HĨA TH
HIẾT KẾ BƠM
B
ĐIỆN
N CHÌM NÂNG
N
CAO
O HIỆU QU
UẢ KHAI
THÁ
ÁC DẦU NẶ
ẶNG CHO
O GIẾNG 33P MỎ ĐÔNG ĐÔ

CHUYÊ
ÊN NGÀNH
H: KỸ THU
UẬT DẦU KHÍ
MSHV
V: 134103663

LUẬN VĂN
V
THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ
C MINH
H, THÁNG
G 12 NĂM 2014


LUẬN VĂN ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. MAI CAO LÂN................................
Trưởng bộ môn Khoan khai thác dầu khí - Đại Học Bách Khoa TP.HCM
TS. TRẦN VŨ TÙNG..............................
CBGD bộ mơn Khoan khai thác dầu khí - Đại Học Bách Khoa TP.HCM
Cán bộ chấm nhận xét 1 : ..............................................................................
............................................................................................................ ...............
Cán bộ chấm nhận xét 2 : ..............................................................................
.......................................................................................................................
Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . . tháng . . . . năm 2015.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn Thạc sĩ gồm:
1. ................................................................................................................
2. ................................................................................................................
3. ................................................................................................................
4. ................................................................................................................
5. ................................................................................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
------------------oOo--Tp. HCM, ngày tháng năm 2014
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: Nguyễn Đình Vinh

Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 10/03/1983

Nơi sinh: Long An

Chun ngành: Kỹ thuật dầu khí
Mã Số Học viên: 13410363

Khố (Năm trúng tuyển): 2013
I. TÊN ĐỀ TÀI: TỐI ƯU HÓA THIẾT KẾ BƠM ĐIỆN CHÌM NÂNG CAO HIỆU QUẢ
KHAI THÁC DẦU NẶNG CHO GIẾNG 3P MỎ ĐÔNG ĐÔ
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
-

Khảo sát giếng bằng phương pháp hệ thống hóa số liệu, tổng hợp số liệu về giếng, vỉa.

-

Sử dụng phần mềm Prosper để chạy mô phỏng cho thiết kế bơm điện chìm cho giếng 3P.

-

Khảo sát bơm dựa trên đường đặc trưng của bơm và phân tích ảnh hưởng.

-

Tìm ra các thơng số quyết định đến năng suất hoạt động của bơm từ đó chọn ra thơng số
tối ưu.

-

Đề xuất các phương pháp tối ưu hóa có thể áp dụng cho giếng 3P.

II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
Ngày 07 tháng 07 năm 2014
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
Ngày 07 tháng 12 năm 2014
IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

Tiến sĩ Mai Cao Lân, Chủ nhiệm bộ môn Khoan khai thác dầu khí, ĐHBK TP.HCM.
Tiến sĩ Trần Vũ Tùng, CBGD bộ mơn Khoan khai thác dầu khí, ĐHBK TP.HCM.
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN
LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)

KHOA QUẢN
LÝCHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ, góp ý và nhận xét tận tình của hai thầy hướng
dẫn:
Tiến sĩ Mai Cao Lân - Chủ nhiệm bộ mơn Khoan khai thác dầu khí – Khoa Kỹ
Thuật Địa Chất Và Dầu Khí – Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh.
Tiến sĩ Trần Vũ Tùng - CBGD bộ mơn Khoan khai thác dầu khí – Khoa Kỹ
Thuật Địa Chất Và Dầu Khí – Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh.
Tác giả xin gửi lời cám ơn chân thành tới bạn bè đồng nghiệp trong công ty Điều hành
chung Lam Sơn, công ty Dầu khí quốc gia Hàn Quốc và gia đình đã chỉ dẫn, động viên
nhiệt tình trong quá trình học tập, nghiên cứu phục vụ việc thực hiện luận văn thạc sĩ
này.
Tác giả cũng xin chân thành cám ơn sự tận tâm giảng dạy, giúp đỡ động viên và tạo điều
kiện thuận lợi tới tập thể cán bộ, giảng viên bộ mơn Khoan khai thác dầu khí – Khoa Kỹ
Thuật Địa Chất Và Dầu Khí – Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh.
Tp. Hồ Chí Minh ngày 07 tháng 12 năm 2014

Tác giả

Nguyễn Đình Vinh


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Bơm điện chìm (ESP) được nghiên cứu để thay thế phương pháp bơm ép khí đồng
hành nhằm gia tăng trữ lượng thu hồi từ các vỉa dầu nặng. Bơm điện chìm với ưu điểm là
cho lưu lượng khai thác lớn, hiệu quả khi khai thác dầu nặng có hàm lượng khí hịa tan
thấp và hàm lượng nước cao, tạo chênh áp lớn, chỉ tiêu thụ điện để vận hành đang là giải
pháp tối ưu cho mỏ Đông Đơ.
Qua đề tài “TỐI ƯU HĨA THIẾT KẾ BƠM ĐIỆN CHÌM NÂNG CAO HIỆU QUẢ
KHAI THÁC DẦU NẶNG CHO GIẾNG 3P MỎ ĐÔNG ĐÔ” tác giả đã đi sâu phân tích

thiết kế chi tiết bơm điện chìm giếng 3P mỏ Đông Đô, đánh giá mức độ ảnh hưởng của
các thông số từ đó đề xuất giải pháp tối ưu thiết kế bơm điện chìm khai thác dầu nặng
cho giếng 3P mỏ Đông Đô, xem xét mở rộng áp dụng cho các đối tượng dầu nặng ở các
mỏ khác.
Đối với giếng 3P, sau khi hiệu chỉnh các thông số vận hành đã cho kết quả tích cực
trong việc gia tăng hiệu suất làm việc của hệ thống đồng thời đảm bảo lưu lượng khai
thác theo thiết kế được duy trì ổn định. Tuy nhiên với bơm điện chìm hiện tại sẽ rất khó
khăn trong cơng tác can thiệp giếng hoặc kích thích vỉa duy trì sản lượng về lâu dài do
bơm khép kín khơng có ống rẽ nhánh tạo đường dẫn cho thiết bị tiếp cận vỉa.


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .............................................................................................................................1 
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU DẦU NẶNG MỎ ĐƠNG ĐƠ VÀ BƠM ĐIỆN CHÌM .......13 
1.1  Tổng Quan............................................................................................................13 

1.2  Giới thiệu mỏ Đơng Đơ .......................................................................................15 
1.3  Tính chất dầu nặng ở mỏ Đông Đô ......................................................................16 
1.4  Sơ lược giếng 3P ..................................................................................................17 
1.5  Cấu tạo và nguyên lý hoạt động bơm điện chìm .................................................19 
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BƠM ĐIỆN CHÌM...................................................................20 
2.1  Giới thiệu .............................................................................................................20 
2.2  Số liệu cần thiết ....................................................................................................20 
2.3  Phương pháp tính tốn thiết kế bơm điện chìm cho giếng 3P .............................21 
2.3.1  Hiệu chỉnh mơ hình PVT và tính tốn dịng vào................................... 21 
2.3.2  Tính tốn cột áp của bơm ...................................................................... 23 
2.3.3  Lựa chọn bơm ....................................................................................... 25 
2.3.4  Xác định kích cỡ bơm ........................................................................... 25 
2.3.5  Xác định loại bơm ................................................................................. 25 
2.3.6  Xác định số lượng tầng cánh ................................................................. 26 
2.3.7  Kiểm tra độ bền cơ học của bơm .......................................................... 26 
2.3.8  Lựa chọn mô đun bảo về bơm ............................................................... 27 
2.3.9  Lựa chọn động cơ .................................................................................. 29 
2.3.10  Lựa chọn dây cáp điện .......................................................................... 30 
2.3.11  Kiểm tra quá trình khởi động động cơ .................................................. 31 
2.3.12  Lựa chọn bảng điều khỉển và máy biến thế .......................................... 32 
2.4  Các thiết bị phụ trợ...............................................................................................32 
2.4.1  Thiết bị lòng giếng ................................................................................ 33 


2.4.2  Thiết bị bề mặt ...................................................................................... 33 
CHƯƠNG 3: TỐI ƯU HĨA THIẾT KẾ BƠM ĐIỆN CHÌM ..........................................34 
CHO GIẾNG 3P ................................................................................................................34 
3.1  Lời mở đầu ...........................................................................................................34 
3.2  Các số liệu cơ bản trong thiết kế bơm điện chìm cho 3P.....................................35 
3.3  Thiết kê chi tiết ban đầu bơm điện chìm giếng 3P ..............................................40 

3.4  Tối ưu hóa bơm điện chìm 3P hiện hữu...............................................................48 
3.4.1  Hiệu chỉnh các thông số thiết kế nhằm xác định cột áp bơm................ 49 
3.4.2 Lựa chọn bơm, motor và cáp điện ......................................................... 51 
3.4.3 Phân tích độ nhạy của hệ thống sau khi tối ưu hóa ............................... 52 
3.5  Tối ưu hóa bơm điện chìm 3P giai đoạn thay bơm mới ......................................58 
3.5.1  Hiệu chỉnh các thông số thiết kế nhằm xác định cột áp bơm................ 58 
3.5.2 Lựa chọn bơm, motor và cáp điện ......................................................... 61 
3.5.3 Phân tích độ nhạy của hệ thống sau khi tối ưu hóa ............................... 62 
3.5.4  Sử dụng hai bơm kết nối song song kết hợp ống rẽ nhánh ................... 64 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........................................................................................67 
DANH SÁCH BIỂU BẢNG .............................................................................................68 
CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................................................72 
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................73 


MỞ ĐẦU
I.

Tính cấp thiết của đề tài

Trong các phương pháp khai thác dầu nhân tạo đáng chú ý là phương pháp bơm ép
khí đồng hành (Gas-lift) và phương pháp dùng bơm điện chìm (ESP). Việc tìm ra
dầu nặng ở vỉa Miocene giữa mỏ Đông Đô là phát hiện đặc biệt ở bồn trũng Cửu
Long đòi hỏi phải ứng dụng các công nghệ phù hợp để hỗ trợ phương pháp khai
thác nhân tạo. Do dầu ở mỏ Đông Đô, tầng Miocene giữa có hàm lượng khí hịa tan
rất thấp, đồng thời nguồn cung khí đồng hành từ những tầng khác cịn hạng chế nên
hiệu quả của phương pháp khai thác dầu bằng Gas-lift gặp những khuyết điểm, khó
khăn nhất định, qua đó ta thấy:
 Khai thác dầu nặng bằng bơm điện chìm cịn mới mẻ ở Việt Nam
 Nhu cầu sử dụng bơm điện chìm cho mỏ Đơng Đơ là có thật

 Nhu cầu nghiên cứu phương án bơm điện chìm tối ưu là có thật
Khái niệm tối ưu hóa: bơm đạt lưu lượng thiết kế ổn định trong điều kiện kinh tế, kỹ
thuật cho phép
Các tiêu chí tối ưu hóa:
 Mỏ nhỏ
 Dầu nặng
 Tỷ số khí/dầu thấp
 Hàm lượng nước cao
 Quy trình vận hành đơn giản, tự động hóa
 Khả thi về mặt kỹ thuật
 Hiệu quả kinh tế
Từ những nhận định trên, tác giả mong muốn nghiên cứu giải pháp bơm điện chìm
ứng dụng cho mỏ Đơng Đơ với đề tài “TỐI ƯU HĨA THIẾT KẾ BƠM ĐIỆN
CHÌM NÂNG CAO HIỆU QUẢ KHAI THÁC DẦU NẶNG CHO GIẾNG 3P
MỎ ĐÔNG ĐÔ”, luận văn dựa trên những cơ sở lý thuyết kết hợp với công nghệ
và phần mềm thiết kế có uy tín để đề xuất cấu hình tối ưu cho bơm điện chìm dùng
trong khai thác dầu nặng.
1


II.

Mục đích nghiên cứu

Phương pháp khai thác dầu bằng bơm ép khí đồng hành (Gas-lift) vẫn là phương
pháp phổ biến nhất hiện nay do chi phí đầu tư ban đầu tương đối thấp, chi phí bảo
trì bảo dưỡng thấp. Tuy nhiên như đã đề cập, phương pháp bơm ép khí đồng hành
khơng hiệu quả đối với dầu nặng có tỷ trọng lớn, độ linh động kém, hàm lượng khí
hịa tan thấp, ngồi ra trên phương diện tồn mỏ Đơng Đơ thì lượng khí đồng hành
có thể cung cấp để bơm trở lại giếng khai thác cũng rất thấp, do đó bơm điện chìm

là phương pháp khai thác nhân tạo hiệu quả áp dụng cho dầu nặng mỏ Đông Đô.
Hiện tại ở Việt Nam chỉ có Liên doanh Vietsovpetro là đã đưa vào vận hành một số
bơm điện chìm cho mỏ Bạch Hổ. Sắp tới công ty điều hành chung Lam Sơn, công
ty điều hành chung Cửu Long, công ty điều hành thăm dị khai thác dầu khí trong
nước cũng sẽ nghiên cứu áp dụng và đưa bơm điện chìm vào khai thác.
Mục đích nghiên cứu của tác giả là đề xuất giải pháp tối ưu thiết kế bơm điện chìm
khai thác dầu nặng cho giếng 3P mỏ Đông Đô, xem xét mở rộng áp dụng cho các
đối tượng dầu nặng ở các mỏ khác.
III.

Nội dung nghiên cứu

Để có thể tối ưu hóa bơm điện chìm cho giếng 3P ta cần phải đi sâu làm rõ những
nội dung sau:
III.1.

Khảo sát môi trường từ vỉa vào giếng đến bề mặt

Số liệu PVT được lấy từ kết quả phân tích mẫu PVT của giếng 3X cho Mioxen giữa
vỉa BII.2.20. Quan hệ áp suất - thể tích - nhiệt độ đã được hiệu chỉnh bằng công cụ
PVTi trong phần mềm Eclipse và phần mềm PVTPro trước khi đưa vào mơ phỏng.
Áp suất bão hịa tầng BII.2.20 đo từ kết quả PVT khá thấp, thậm chí thấp hơn áp
suất đầu giếng và khơng phù hợp với thực tế do khí đã sinh ra trong suốt q trình
thử vỉa. Tuy nhiên, đây là nguồn thơng tin duy nhất có giá trị từ vỉa này, do vậy cần
nghiên cứu và đánh giá kỹ các thông số chất lưu trong quá trì khoan giếng khai thác.

2


Giếng 3X

Các tính chất

DST#2
(BII.2.20)

Loại mẫu

Mẫu đáy giếng

Tỷ trọng (API 60oF)

21

Áp suất điểm bọt khí (psia)

78

Tỷ số khí hịa tan (bộ khối khí/thùng dầu)

10

Hệ số thể tích dầu (FVF) tại áp suất vỉa (thùng điều kiện
vỉa/thùng điều kiện chuẩn)
Độ nhớt tại áp suất điểm bọt khí (cp)

1,037
20,499

Bảng III.1: Số liệu PVT của vỉa Mioxen giữa mỏ Đông Đô
Mẫu lõi được lấy từ giếng 3X cho vỉa Mioxen giữa (Vỉa BII.2.20). Độ nén của đá là

2.89E-06 v/v/psi (BII.2.20). Độ thấm tuyệt đối trên mẫu lõi của giếng 3X biến thiên
từ 10 đến 4000mD. Hầu hết các mẫu cát kết có độ thấm từ vài trăm mD đến vài
Darcy. Nhìn chung chất lượng vỉa chứa này khá tốt, có độ thấm rỗng cao. Chất
lượng vỉa chứa chủ yếu bị kiểm sốt bởi kích thước của các hạt và sự phân bố của
các đá phiến sét, do đó độ thấm phụ thuộc vào sự biến đổi trong kích thước hạt và
hàm lượng sét. Các giá trị độ thấm sau đây sẽ được dùng để hiệu chỉnh giá trị minh
giải từ tài liệu địa vật lý giếng khoan:
 Giá trị độ thấm (kh) đo được từ mẫu RCI và MDT.
 Giá trị độ thấm (kh)tính từ quá trình minh giải thử vỉa của giếng 3X.

3


Hình III.1:
II
Quan hệ độ rỗngg – độ thấm vỉa Mioxenn giữa mỏ Đông
Đ
Đô
B
là dầu nặng, nên khi bơ
ơm ép nướcc biển nhiệtt độ thấp cóó thể
Vì dầu ở vỉa BII.2.20
dẫnn đến hiện tượng làm lạnh chất lưu vỉa dẫnn đến làm ttăng độ nhớt dựa vàoo Kết
Quuả Nghiên Cứu
C Sự Biếến Đổi Tínhh Chất Dịnng Chảy chho vỉa dầu nặng mỏ Đ
Đơng
Đơơ.

H
Hình

III.2: Quan hệ độộ nhớt với nhiệt
n
độ củaa chất lưu vvỉa Mioxen giữa
g
BII.2.220

Thểể tích
dầu tại
t chỗ
Vỉa dầu
d

Tập

ban
n đầu
(trriệu

Thu
u hồi
(triệu thùng)

thù
ùng)
Báo ccáo trữ

K
Khai thác

Khai th

hác


lượng

Đơng Đơ-Mioxen giữa

BII.2.20

100.9

giảm áp tự

bơm ép

nhiên

nước

10.56

10.56

Bảng III.2 : Thể tích dầu tại chỗ ban đầu và thu hồi vỉa Đông Đô Mioxen giữa
III.2. Khảo sát giếng
Để khảo sát giếng hiệu quả, ta thường sử dụng một số công cụ sau:
 PLT (Production Logging Tool): Mơ tả đặc trưng dịng chảy trong giếng
 VFP (Vertical Flow Performance): Mơ hình dịng chảy trong giếng
 PVT (Pressure Volume Temperature): Hiệu chỉnh mơ hình dầu bình
thường nhằm mơ tả các ứng xử của dầu nặng bao gồm hệ số thể tích

thành hệ khí, hệ số thể tích thành hệ dầu, hệ số bảo hồ dầu / khí / nước
theo áp suất.
 Các tài liệu về Mud Logging, Wireline Logging: Phân tích, đánh giá
thành hệ giếng khoan
Giếng khai thác 3P được thiết kế nhằm tối ưu hóa việc thu hồi dầu từ giếng qua
q trình khai thác. Giếng được hoàn thiện với bộ cần khai thác đơn, hồn thiện
giếng thân trần được áp dụng (có lắp ống lọc cát). Quá trình thử vỉa đánh giá khả
năng khai thác vỉa Mioxen giữa đã được thực hiện cho giếng 3X. Kết quả thử
vỉa và minh giải được trình bày trong Bảng III.3.
Mioxen giữa

Tên vỉa

(Vỉa BII.2.20)

Tên giếng

3X
1554 – 1560

Khoảng thử (mMD)

và 1572 - 1588

Thời điểm

Giai đoạn phục hồi áp suất

Khoảng thời gian (giờ)


22

kh (mD-ft)

51588
5


Hệ số nhiễm bẩn thành hệ

1,2

Độ sâu đồng hồ áp suất, mMD

1498,7

Độ sâu đồng hồ áp suất, mTVDSS

1343

Áp suất tại độ sâu đồng hồ đo áp, psia

1946

Nhiệt độ tại độ sâu đồng hồ đo áp, ºC

77

Áp suất vỉa, psia


2050

Bảng III.3 : Kết quả minh giải phục hồi áp suất vỉa Mioxen giữa mỏ Đông Đô
Dự báo khả năng khai thác của giếng được thực hiện bằng mô-đun VFPi của phần
mềm Eclipse, các thông số đầu vào được lấy từ kết quả thử vỉa và phân tích mẫu.
Từ kết quả thử vỉa thứ hai của giếng 3X, quan sát thấy giếng chảy ổn định với dòng
dầu 540 thùng/ngày với sự hỗ trợ của khí nâng Nitơ (N2). Ống Cuộn Xoắn (Coiled
Tubing) được đưa đến độ sâu 1300m trong ống khai thác và bơm khí Nitơ với lưu
lượng 300 bộ khối/phút.
Do chưa thử vỉa bằng bơm điện chìm trên mỏ, nên các dữ liệu tương tự để chạy mơ
phỏng trong mơ hình bơm điện chìm đã được áp dụng. Kết quả từ mơ hình cho thấy
phương án sử dụng bơm điện chìm tốt hơn so với phương án sử dụng khí nâng,
dịng chảy ổn định hơn và đạt 1500 thùng/ngày, bơm điện chìm có thể họat động tốt
với hàm lượng nước tăng đến 80% và áp suất tới hạn thấp hơn.
III.3. Khảo sát bơm
Bơm điện chìm được khảo sát thơng qua các đường cong đặc tính của bơm, trong
đó trục tung thể hiện chiều cao cột áp của bơm, cịn trục hồnh thì thể hiện lưu
lượng làm việc của bơm. Các đường cong tầng số khác nhau (màu xanh lá cây) thể
hiện tầng số làm việc của bơm tương ứng với tầng số của dòng điện nguồn. Hai
đường màu đỏ thể hiện vùng làm việc tối ưu của bơm (bao gồm cận trên và cận
dưới của vùng làm việc). Đường màu xanh dương ở giữa thể hiện đường làm việc
tốt nhất và giao điểm của đường này với các đường tầng số giúp xác định các điểm
làm việc tối ưu của bơm.

6


Hình III.3 : Đường đặc
đặ tính cơ bản
b của bơm

m điện chìm
m

Độ sâu đặặt bơm (m)

1300

Tần số củủa bơm (Hz))

60

Đường kín
nh bơm lớnn nhất (in)

5,40

Chiều dài cáp (m)

1350

Lưu lượngg thiết kế (tthùng/ngày))

1500

Hàm lượnng nước (%)

0

Phương pháp
p

hiệu chhỉnh bề mặtt

Beggs aand Brill

Phương pháp
p
hiệu chhỉnh nâng thhẳng đứng

Beggs aand Brill

Tỉ số khí dầu (SCF/S
STB)

10

C thơng ssố thiết kế bơm
b điện chhìm cho vỉa Mioxen của
a mỏ Đôngg Đô
Bảảng III.4 : Các


Hìình III.4 : Chế
C độ làm việc
v bơm điiện chìm đư
ược thiết kế dựa trên dữ
ữ liệu giếngg 3X

III.4. Tốii ưu hóa bơ
ơm điện chììm
Để thực hiiện tối ưu hóóa bơm điện chìm ta cần thực hiệện những bư

ước cơ bản sau:
 Khảo sát quá trìnhh thiết kế bơ
ơm điện chììm
 Tìm ra những thơnng số có thểể tối ưu
 Phân tích ảnh hưở
ởng, phân tícch định tínhh cho từng tthơng số
 Chạy nhiều
n
trườnng hợp nhằằm phân tícch định lư
ượng tập tru
ung vào nhhững
thông số
s ảnh hưởnng nhiều đến hệ thống để tối ưu thhiết kế
IV.

Phư
ương pháp nghiên cứ
ứu

Luậận văn tập trung chính vào hai đối
đ tượng nghiên
n
cứu là bơm điệện chìm vàà dầu
nặnng. Từ thựcc tế việc khaai thác dầu nặng gặp rất
r nhiều khhó khăn, hạnn chế về vấấn đề
kỹ thuật, tác giả
g phân tícch và đánh giá ưu như
ược điểm củủa bơm điện
n chìm từ đđó đề
xuấất giải phápp tối ưu cho việc khai thác

t
dầu nặnng sử dụng bơm điện chìm.
c
Trêên cơ sở xâây dựng mơ hình hồn thiện giếngg khai thác cho mỏ Đơ
ơng Đơ sử ddụng
bơm
m điện chìm
m, luận vănn phân tích kết quả thuu được và đánh
đ
giá hiệệu quả của bơm
điệện chìm áp dụng
d
cho cáác giếng khhai thác ở mỏ
m Đông Đôô.
Luậận văn sử dụng
d
những phương phháp nghiên cứu
c sau:


 Phương pháp thống kê phân tích số liệu, dựa vào những tài liệu hiện có về
bơm điện chìm và dầu nặng, lựa chọn những thông số đặc trưng nhằm thiết
kế giếng khai thác cho mỏ Đông Đô.
 Phương pháp mơ hình hóa, sử dụng phần mềm Prosper để chạy mô phỏng
cho thiết kế.
 Khảo sát giếng bằng phương pháp hệ thống hóa số liệu, tổng hợp số liệu về
giếng, vỉa...
 Khảo sát bơm từ những đường đặc trưng của bơm và phân tích ảnh hưởng.
 Phân tích ảnh hưởng để tìm ra các thơng số quyết định đến năng suất hoạt
động của bơm từ đó chọn ra những thơng số tối ưu.

V.

Tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài luận văn

Việc áp dụng bơm điện chìm ở Liên doanh Vietsovpetro chỉ dừng lại ở mức độ thử
nghiệm tiên phong, hệ thống thiết bị chưa đồng bộ, hiệu quả của bơm điện chìm
mang lại chưa cao. Ở Việt Nam cũng như trên thế giới hiện có một số đề tài, cơng
trình nghiên cứu liên quan đến bơm điện chìm áp dụng trong khai thác dầu khí như:
a. Đồ án tốt nghiệp “Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và hiệu quả sử
dụng bơm ly tâm điện chìm dùng trong khai thác dầu khí” của Trần Văn
Hưng – Đại học mỏ - địa chất Hà Nội – 2009. Công trình nghiên cứu sử dụng
phương pháp nghiên cứu chính là thống kê xử lý số liệu chủ yếu đi sâu vào
phần thiết bị, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm ly tâm điện chìm dùng
trong khai thác dầu, cụ thể cho các giếng khai thác ở mỏ Bạch Hổ và mỏ
Rồng. Tuy nhiên, cơng trình nghiên cứu chưa đánh giá hiệu quả của bơm
điện chìm so với phương pháp bơm ép khí đồng hành. Ngồi ra cơng trình
nghiên cứu chưa đề cập đến đối tượng nghiên cứu là dầu nặng vốn ít phổ
biến ở Việt Nam.
b. Đồ án tốt nghiệp “Tính tốn, lựa chọn bơm ly tâm điện chìm dùng trong khai
thác dầu tại giàn khoan PMS-03 mỏ Bạch Hổ” của Đặng Tiến Dũng - Đại
học mỏ - địa chất Hà Nội – 2011. Cơng trình nghiên cứu sử dụng phương
pháp nghiên cứu chính là thống kê xử lý số liệu làm sáng tỏ ưu, nhược điểm
của các phương pháp khai thác dầu nhân tạo trong đó có bơm ly tâm điện
chìm về mặt tổng quan. Cơng trình nghiên cứu chủ yếu đi sâu vào phần thiết
bị, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm ly tâm điện chìm của hãng
9


REDA – Schlumberger ứng dụng cho mỏ Bạch Hổ. Ngoài ra cơng trình
nghiên cứu cịn tập trung vào các yếu tố bất lợi có thể xáy ra ảnh hưởng đến

hiệu quả hoạt động của bơm ly tâm điện chìm, tuy nhiên phương án bơm dầu
tuần hoàn vào giếng tăng chiều cao cột chất lỏng để bơm có thể làm việc
hay điều chỉnh côn tiết lưu chưa giải quyết được triệt để việc bơm làm việc
kém hiệu quả.
c. Luận văn Thạc sĩ “PRODUCTION SYSTEM OPTIMIZATION FOR
SUBMERSIBLE PUMPLIFTED WELLS: A CASE STUDY” - NURİ
OZAN GÜLER – Đại học kỹ thuật Trung Đông – 2004. Cơng trình nghiên
cứu sử dụng phương pháp nghiên cứu chính là thống kê xử lý số liệu từ một
số giếng đã đưa vào khai thác chủ yếu đi sâu vào phần thiết bị, cấu tạo và
nguyên lý hoạt động của bơm ly tâm điện chìm dùng trong khai thác dầu.
Ngịai ra cơng trình nghiên cứu cịn tập trung phân tích những sự cố thường
xảy ra trong q trình vận hành bơm ly tâm điện chìm, ứng dụng phương
pháp phân tích điểm nút để mơ phỏng và tính tóan cho hệ thống cũng như
hiệu chỉnh mối quan hệ dòng chảy dưới áp suất điểm bọt khí.
d. Luận văn Thạc sĩ “ARTIFICIAL LIFT – ELECTRICAL SUBMERGED
PUMP, BEST PRACTICE AND FUTURE DEMANDSWITHIN SUBSEA
APPLICATIONS” - Bernt Ståle Hollund – Đại học Stavanger – 2010. Cơng
trình nghiên cứu sử dụng phương pháp nghiên cứu chính là thống kê xử lý số
liệu, phân tích yêu cầu kỹ thuật đề xuất cấu hình bơm điện chìm hiệu quả cho
mỏ Peregrino có tính đến vịng đời chi phí thiết bị.
e. Luận văn Thạc sĩ “DEVELOPMENT OF EXPERT SYSTEM FOR
ARTIFICIAL LIFT SELECTION” - ELSHAN ALIYEV – Đại học kỹ thuật
Trung Đơng – 2013. Cơng trình nghiên cứu sử dụng phương pháp nghiên
cứu chính là thống kê xử lý số liệu, áp dụng số liệu thu thập được vào
phương pháp ra quyết định từ những tiêu chí, tiêu chuẩn sẵn có nhằm lựa
chọn phương pháp khai thác nhân tạo hiệu quả
Luận văn sẽ tập trung nghiên cứu các phương án tối ưu để áp dụng bơm điện chìm
cho mỏ Đông Đô ngay ở giai đoạn thiết kế giếng, trong đó phần mềm thiết kế giếng
Prosper và bảng tính Excel dùng để mô phỏng, so sánh và đánh giá hiệu quả về mặt
kỹ thuật, kinh tế cho giếng khai thác ở mỏ Đơng Đơ có sử dụng bơm điện chìm.

10


VI.

Ý nghĩa
n
khoa học và thự
ực tiễn của đề tài

Hiệện nay hiệuu quả của bơm
b
điện chhìm trong khai
k
thác dầầu ở Việt Nam
N
chưa đđược
đánnh giá cụ thhể, trong khhi đó tình hìình tìm kiếm
m thăm dị hiện nay rấất khó để tìm ra
nhữ
ững mỏ dầuu khí lớn như Bạch Hổ
H hay Sư Tử
T Đen…V
Việc khai thhác ở nhữngg mỏ
nhỏỏ, mỏ cận biên
b
gặp rấtt nhiều khóó khăn về vấn
v đề dầu nặng,
n
hàm lượng khí đđồng

hànnh thấp, nggập nước, với
v những đđiều kiện này
n không kkhả thi nếu
u khai thác dầu
bằnng phương pháp
p
bơm éép khí đồngg hành.
Luậận văn tập trung giải quyết
q
vấn đề
đ áp dụng bơm điện cchìm khai thác
t
dầu nặặng ở
mỏỏ Đơng Đơ vốn hội tụ những khóó khăn vừa nêu, bơm đđiện chìm có
c lợi thế làà cho
dịnng khai thác lớn ổn địịnh, có thể hoạt
h
động ở những giếếng khai thhác dầu nặnng có
hàm
m lượng kh
hí hịa tan thhấp, có độ ngập
n
nước cao, từ đó ggiúp giải qu
uyết vấn đềề của
chủủ đầu tư là nâng
n
cao hệệ số thu hồii dầu, gia tăăng sản lượ
ợng khai tháác, giảm áp suất
từ bỏ
b giếng, giúp

g
kéo dàài đời mỏ soo với việc cchỉ khai tháác bằng phư
ương pháp bơm
ép khí đồng hàành.

Hìình VI.1 : So sánh tổngg thể phươnng pháp khaai thác bơm ép khí đồnng hành và bbơm
điện chìm
m
VII.

Tàii liệu và số liệu tham k
khảo chính
h

Nggồi các tài liệu là đồ án tốt nghiiệp và luậnn văn thạc ssĩ như đã đề
đ cập như trên,
luậận văn cịn mở
m rộng ngghiên cứu tìm
m hiểu mộtt số tài liệu như:
 Thang Long - Dong Do Fielld Developm
ment Plan: Tài liệu vềề kế hoạch phát
triển mỏ
m Thăng Loong – Đơngg Đơ, cung cấp cái nhììn tổng thể về quy mô mỏ,


các phương án phát triển sẽ được triển khai và các thông số cơ bản về các
giếng khai thác sẽ khoan.
 Thang Long - Dong Do Detail Completion Design: Tài liệu về thiết kế chi
tiết các giếng khai thác cho mỏ Thăng Long – Đông Đô giai đoạn trước
khoan.

 Artificial Lift Application Engineering Reference Manual: tài liệu về thiết kế
hệ thống khai thác dầu khí nhân tạo của cơng ty Schlumberger.
 Nine Step ESP Design: tài liệu về thiết kế bơm điện chìm của cơng ty Baker
Hughes.
 Electrical Submersible

Pumps Manual – Design, Operations and

Maintenance: Giáo trình về bơm điện chìm dùng trong khai thác dầu khí của
tác giả Gabor Takacs.
 Phần mềm Prosper: Phần mềm phân tích hệ thống khai thác dầu khí nổi tiếng
của Petroleum Experts.
 2004 ESP Workshop Summary Presentations: Tài liệu tổng hợp các câu hỏi
đáp về bơm điện chìm trong một hội thảo quốc tế năm 2004.
 2010 Nodal analysis identifies ESP wellhead choke problems: Bài báo đề cập
việc sử dụng phương pháp phân tích điểm nút xác định mức độ ảnh hưởng
của côn tiết lưu đến hiệu quả làm việc của bơm điện chìm của tác giả Gabor
Takacs .

12


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU DẦU NẶNG MỎ ĐÔNG ĐÔ VÀ BƠM ĐIỆN
CHÌM
1.1

Tổng Quan

Mỏ Thăng Long - Đơng Đơ nằm ở phía Tây Bắc Lơ 02/97 thuộc phần Đơng Bắc
bồn trũng Cửu Long. Bồn trũng Cửu Long nằm dọc theo bờ biển phía Đơng Nam

của Việt Nam và thuộc loại bể tách giãn vào thời gian sớm của Đệ Tam với diện
tích khoảng 150.000 km2 bao gồm trầm tích trong giai đoạn tách giãn lún chìm tuổi
Oligoxen - Mioxen sớm và trầm tích thềm lục địa tuổi Mioxen sớm - Pleixtoxen của
vùng mép bờ thụ động tựa kề lên móng tuổi Mezozoi muộn.
Cấu tạo Thăng Long - Đông Đô là một phần của khối nâng cao Thăng Long - Đông
Đô - Hồ Tây. Đó là móng trước Đệ Tam theo hướng Đông Bắc - Tây Nam bao gồm
các nếp lồi nằm dọc theo mép phía Đơng Bắc của bể Cửu Long và phía Tây của
khối nâng Cơn Sơn. Trầm tích vụn Mioxen dưới/Oligoxen nằm kề và phủ lên khối
móng nâng cao này.
Đặc điểm cấu trúc chính của mỏ Thăng Long - Đông Đô là theo hướng Đông Bắc Tây Nam. Phần lớn các đứt gãy hoạt động trong thời gian trước Đệ Tam, một số đứt
gãy hoạt động trong thời gian Mioxen và có hướng Đơng Bắc - Tây Nam với đặc
trưng chủ yếu là đứt gãy đồng trầm tích. Một số đứt gãy với biên độ dịch chuyển
nhỏ có hướng Đông - Tây và Tây Bắc - Đông Nam.
Phần lớn các đứt gãy kết thúc ở Mioxen dưới, một số kéo dài qua tập sét Bạch Hổ
đến Mioxen giữa-trên, một số đứt gãy kéo xuống đến móng, trong khi đó nhiều đứt
gãy kết thúc trong tập sét của tầng D (Oligoxen trên).
Đặc điểm bẫy chứa của mỏ Thăng Long - Đơng Đơ là dạng khép kín 4 chiều và
khép kín đứt gãy 4 chiều phủ lên khối móng nâng cao có hướng Đơng Bắc - Tây
Nam.
Đá chứa ở mỏ Thăng Long - Đông Đô bao gồm cát kết tuổi Mioxen trên (thành hệ
Đồng Nai, tập BIII), Mioxen giữa (thành hệ Côn Sơn trên-dưới, Tập BII.2 và BII.1),
Mioxen dưới (thành hệ Bạch Hổ trên-dưới, Tập BI.2 và BI.1), Oligoxen trên (thành

13


hệ Trà Tân giữa, Tập D), Oligoxen dưới (thành hệ Trà Tân dưới, Tập E), và móng
trước Đệ Tam.
Kết quả minh giải tài liệu địa vật lý giếng khoan, áp suất vỉa (MDT/RCI), thử vỉa
giếng khoan (DST) đã chỉ ra rằng ở mỏ Thăng Long các đới chứa dầu là cát kết của

thành hệ Bạch Hổ trên (Vỉa BI.2.20, BI.2.30), thành hệ Bạch Hổ dưới (Vỉa BI.1.20),
thành hệ Trà Tân dưới (Vỉa E.10, E.20) và móng trước Đệ Tam. Đới chứa khí tự do
(Mũ khí) là cát kết của thành hệ Trà Tân dưới (Vỉa E.20).
Ở mỏ Đông Đô các đới chứa dầu là cát kết của thành hệ Đồng Nai (Vỉa BIII Sand),
thành hệ Côn Sơn trên (Vỉa BII.2.20, BII.2.30), thành hệ Côn Sơn dưới (Vỉa
BII.1.10), thành hệ Bạch Hổ trên (Vỉa BI.2.30) và móng trước Đệ Tam.
Đơng

Thăng

Thăng

Thăng

Long

Long

Long

Mioxen

Oligoxen

Móng nứt

Dưới

Dưới


nẻ

Tỷ trọng (oAPI, 60oF)

26,5

35,6-42,2

35,7

20,4-28,4

33,2

Áp suất bão hịa (psig)

1130

3030

78-575

1465

10-75

362

Đặc tính


Tỷ số khí-dầu (bộ
khối/thùng)

19252600

181

408-844

752

1,137

1,26-1,52

1,452

Đơng Đơ
Mioxen
Giữa

Đơ
Móng
nứt nẻ

Hệ số thể tích dầu
(thùng điều kiện
vỉa/thùng điều kiện

1,0371,108


1,260

chuẩn)
Độ nhớt (cP) ở Pbảo hòa

6,924

Độ nén đá (psi-1*10-6)

4,5

Áp suất vỉa ban đầu
(psi)

2609

0,3980,628

0,552

4,5

9,0

3063-

3147-

3144


3218

14

2,76321,49

0,911

2,89-6.02

9,0

2038-2050

2844


Nhiệt độ
ộ (oC)

86

94-97

94-988

73--77

93--100


Bảảng 1.1: Tóm tắt các đặc
đ tính và điều
đ kiện baan đầu của các vỉa ở mỏ
m Thăng Long
– Đơng Đơơ
Nhhìn chung, các vỉa có năng lượnng tự nhiênn tương đốii thấp và để
đ bổ sung cho
nguuồn năng lư
ượng này, bơm
b
ép nướ
ớc sẽ được ááp dụng chho các vỉa móng
m
nứt nẻẻ mỏ
Thăăng Long, vỉa
v Mioxenn giữa và móóng nứt nẻ mỏ Đông Đ
Đô.
Vỉaa chứa dầu Mioxen giiữa-trên ở mỏ
m Đơng Đơ
Đ là cát kếết dày trầm
m tích trong mơi
trường sơng ngịi, đồng bằng
b
ngập lụụt, hồ có ảnnh hưởng củủa nước mặặn và biển nnông.
Mẫẫu lõi tại giiếng khoan 2X chỉ ra rằng trầm tích
t
có mơii trường trầầm tích sônng và
đồnng bằng nggập lụt: Tướ
ớng phụ lưuu sông, đồnng bằng ngậập lụt. Sự liên

l
tục củaa các
thâân cát và tín
nh chất dầu nặng là yếuu tố rủi ro chính.
1.2
2

Giớith
hiệumỏĐơngĐơ

Mỏỏ Đơng Đô thuộc cụm
m mỏ Thănng Long – Đông
Đ
Đô thhuộc lô 02/97. Mỏ Thhăng
Lonng – Đơng Đơ nằm nngồi khơi Việt
V Nam , ở phần phíía tây nam của lơ 01/997 và
02//97, nằm troong bể Cửuu Long, 1200 km về phhía đơng củaa Vũng Tàuu, 26km về phía
nam
m của Mỏ Ruby
R
và 355km về phíía đơng bắcc của Mỏ S
Sư Tử Vàngg. Mỏ Đơngg Đơ
nằm
m khoảng 5km
5
về phíaa đơng nam của mỏ Thhăng Long ((Hình 1.1).

Hình 1.1 : Vị tríí Mỏ Thăngg Long – Đôông Đô
m nằm trên FPSO (tàu chứa nổi, xxử lý
Theeo kế hoạchh phát triểnn cơ sở xử lýý trung tâm

và xuất dầu) với
v lưu lượnng chất lỏngg từ Thăngg Long, Đônng Đô. Haii giàn đầu ggiếng


khôông người lái này sẽ được
đ
lắp đặt, một nằm
m ở Thăng Long, mộtt trên Đơngg Đơ
cunng cấp dịnng cho FPSO
O như thể hiện
h trong (H
Hình 1.2) ddưới đây :

Hìnhh 1.2: Sơ đồồ Mỏ Thăngg Long – Đơơng Đơ
1.33

Tính ch
hất dầu nặặng ở mỏ Đơng
Đ
Đơ

Dầu thơ có độ
ộ nhớt cao dẫn đến độộ linh độngg thấp, độ thhấm thấp. Sẽ
S thiếu sự
ự liên
kếtt giữa giếngg bơm ép vvà giếng khhai thác vì độ linh độnng thấp. Dầầu nặng thư
ường
đượ
ợc tìm thấy
y trong các tầng chứa nông,

n
khôngg đủ nén épp cho việc sử
s dụng áp suất
vỉaa cao.
Tínnh chất vật lý có khác nhau giữa các loại dầầu thô nặngg so với nhhẹ là độ nhớ
ớt và
trọnng lượng riiêng cao hơ
ơn, cũng nhhư thành phhần phân tử
ử nặng hơnn. Dầu nặngg mỏ
Đôông Đô đượ
ợc phát hiệện đầu tiên năm 2008 trong tầngg Miocene giữa bởi ggiếng
khooan thăm dị 1X. Giếnng khơng tự
ự phun mà phải
p
dùng C
Coiled Tubing bơm épp khí
N22 cho dịng chảy khơngg liên tục. Các
C vấn đề có thể có thhể xảy ra khi
k sản xuấtt dầu
nặnng bao gồm
m:
 Độ nhớ
ớt dầu cao
 Bơm điiện chìm khhó khởi độnng / khởi độộng lại
 Dịng khơng
k
ổn địịnh với bơm
m điện chìm
m đặt ở trên cao/xa khoảng khai thhác
 Hạn ch

hế chênh áp đáy giếng


1.4

Sơ lược giếng 3P

Trước khi khoan giếng 3P, mỏ Đông Đơ đã được khoan 3 giếng thăm dị với kết quả
được tóm tắt như sau:
 Giếng khoan thăm dị 02/97-1X khoan trên cấu tạo Đông Đô vào tháng 05
năm 2007 và phát hiện dầu trong cát kết có tuổi Mioxen giữa-dưới (Vỉa
BII.2.20, BII.2.30, BII.1.10 và BI.2.30) với lưu lượng tối đa là 2.428 thùng
dầu/ngày đêm (cỡ côn 128/64in-sơ) (Thử vỉa số 3 cộng thêm).
 Giếng khoan thẩm lượng 02/97-2X khoan trên cấu tạo Đông Đô vào tháng
05 năm 2008 và thu hồi được 20 thùng dầu từ cát kết có tuổi Mioxen dưới
(Vỉa BI.2.30) (Thử vỉa số 1), 214 thùng dầu từ cát kết có tuổi Mioxen giữa
(Vỉa BII.2.30) (Thử vỉa số 2) và 60 thùng dầu từ cát kết có tuổi Mioxen giữa
(Vỉa BII.2.20) (Thử vỉa số 3).
 Giếng khoan thẩm lượng 02/97-3X khoan trên mỏ Đông Đô vào tháng 03
năm 2010 và đã khẳng định dòng dầu từ cát kết tuổi Mioxen giữa (Vỉa
BII.2.20) với lưu lượng trung bình 540 thùng dầu/ngày đêm (cỡ cơn 26/64insơ) (Thử vỉa số 2) và phát hiện dầu trong móng trước Đệ Tam với lưu lượng
trung bình 719 thùng dầu/ngày đêm (cỡ côn 32/64in-sơ) (Thử vỉa số 1).
Giếng 3P là giếng khai thác đầu tiên của mỏ Đông Đô khai thác dầu nặng tầng cát
Mioxen giữa(Vỉa BII.2.20). Giếng được thiết kế gồm 3 cấp ống chống là 20”, 133/8” và 9-5/8”. Giếng được khoan định hướng và bơm trám xi măng đến nóc vỉa,
sau đó khoan ngang vào tầng sản phẩm với đường kính 8-1/2” và hồn thiện giếng
bằng cách chống ống lọc cát 6-5/8” suốt chiều dài khoảng mở vỉa 500m.
Phần hồn thiện giếng bên trên gồm có van chống mất dung dịch, bơm điện chìm
với đồng hồ đo áp suất nhiệt độ và van bơm hoá phẩm, packer, hệ thống van Gaslift dự phịng, van an tồn sâu và đầu giếng khai thác.

17



Hình 1.3: Cột địa tầnng giếng 3P
P