Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ KHẢO SÁT Ứ NG DỤNG CÔNG NGHỆ HOÀN THIỆN GIẾNG THÔNG MINH VỚI THIẾT BỊ KIỂM SO...

Tài liệu KHẢO SÁT Ứ NG DỤNG CÔNG NGHỆ HOÀN THIỆN GIẾNG THÔNG MINH VỚI THIẾT BỊ KIỂM SOÁT DÒNG CHO GIẾNG ĐA NHÁNH 1P

.PDF
115
190
65

Mô tả:

 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT VÀ DẦU KHÍ BỘ MÔN KHOAN VÀ KHAI THÁC DẦU KHÍ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HOÀN THIỆN GIẾNG THÔNG MINH VỚI THIẾT BỊ KIỂM SOÁT DÒNG CHO GIẾNG ĐA NHÁNH 1P INTELLIGENT WELL COMPLETION: APPLICATION OF INFLOW CONTROL DEVICES FOR MULTILATERAL WELL 1P GVHD : TS. MAI CAO LÂN SVTH : TRẦN MẠNH HÙNG MSSV : 1411569 TP.HCM, THÁNG 6 - 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Số: ……../ĐHBK – ĐT NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHOA : KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT & DẦU KHÍ BỘ MÔN : KHOAN – KHAI THÁC DẦU KHÍ HỌ VÀ TÊN : TRẦN MẠNH HÙNG NGÀNH : KHOAN – KHAI THÁC DẦU KHÍ 1. Đề tài luận văn: MSSV LỚP : 1411569 : DC14KK KHẢO SÁT ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HOÀN THIỆN GIẾNG THÔNG MINH VỚI THIẾT BỊ KIỂM SOÁT DÒNG CHO GIẾNG ĐA NHÁNH 1P INTELLIGENT WELL COMPLETION: APPLICATION OF INFLOW CONTROL DEVICES FOR MULTILATERAL WELL 1P 2. Nhiệm vụ của luận văn:  Hệ thống hóa nền tảng lý thuyết về hoàn thiện giếng nói chung so với các giếng đƣợc áp dụng kỹ thuật hoàn thiện giếng thông minh nói riêng  Khảo sát các tổ hợp thiết bị hoàn thiện giếng thông minh hiện đang đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới  Tổng hợp nguyên lý làm việc, những đặc tính kỹ thuật và cơ sở thiết kế thiết bị cản dòng ICD, khoảng cô lập cho giếng  Đƣa ra quy trình thiết kế cơ bản đồng thời khảo sát độ bền hoạt động thiết bị ICD cho giếng hoàn thiện đặc biệt ở môi trƣờng bất đồng nhất hay giếng ngang gặp sự cố hiệu ứng heel – toe 3. Ngày giao nhiệm vụ luận văn: 4. Ngày hoàn thành luận văn: 5. Họ tên ngƣời hƣớng dẫn: TS. Mai Cao Lân Nội dung và yêu cầu LVTN đã thông qua Bộ môn khoan – Khai Thác Dầu Khí thuộc Khoa Kỹ Thuật Địa Chất & Dầu Khí. Ngày ….….tháng ….….năm 2018 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHÍNH (ký và ghi rõ họ tên) (ký và ghi rõ họ tên) PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Ngƣời duyệt (chấm sơ bộ):………………………………… Đơn vị:……………………………………………………... Ngày bảo vệ:……………………………………………….. Điểm tổng kết:……………………………………………… Nơi lƣu trữ luận văn:……………………………………….. LỜI CẢM ƠN TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong Khoa Kỹ Thuật Địa Chất và Dầu Khí đặc biệt nhất là các thầy cô bộ môn Bộ môn khoan – Khai Thác Dầu Khí đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình làm luận văn Luận văn đƣợc hoàn thành dƣới sự hƣớng dẫn của: Thầy TS. Mai Cao Lân, giảng viên Bộ môn khoan – Khai Thác Dầu Khí, Khoa Kỹ Thuật Địa Chất và Dầu Khí Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy TS. Mai Cao Lân đã dành công sức, thời gian hết lòng hƣớng dẫn tận tình, chu đáo trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp Em cũng xin cảm ơn chị Nguyễn Thị Hoài Vy từ công ty PVD Baker Hughes đã nhiệt tình hƣớng dẫn và cung cấp cho em những kiến thức và kinh nghiệm quý báu về các thiết bị hoàn thiện giếng thông minh của công ty Trong quá trình làm luận văn, mặc dù đã cố gắng, song chắc chắn vẫn còn nhiều thiếu sót. Em mong nhận đƣợc nhiều sự góp ý, ý kiến để luận văn đƣợc hoàn thiện, chỉnh chu hơn Em xin trân trọng cảm ơn. Xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Trần Mạnh Hùng i TÓM TẮT LUẬN VĂN TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 TÓM TẮT LUẬN VĂN Công nghệ khoan ngang và đa nhánh vƣơn xa đang đƣợc phát triển mạnh mẽ trên thế giới với những ƣu điểm nhƣ tăng diện tích tiếp xúc giếng với vỉa, tận thu sản phẩm trong vỉa ở xa, hiệu quả thu hồi cao đặc biệt khi kết hợp khai thác đồng thời sản phẩm. Tuy nhiên các giếng này thƣờng gặp những vấn đề đặc trƣng nhƣ sự sụt áp mạnh dọc theo thân ngang của giếng (heel – toe effect) dẫn đến hiện tƣợng lƣu lƣợng xâm nhập mất cân bằng dọc thành giếng. Đây là nguyên nhân trực tiếp làm lệch đáng kể ranh giới giữa dầu – nƣớc, dầu – khí song song với thành giếng ngang. Vấn đề này có thể đƣợc cải thiện nhờ công nghệ kiểm soát dòng cân bằng dựa trên nền tảng của hoàn thiện giếng thông minh Hiện nay một số mỏ ở Việt Nam đã ứng dụng công nghệ hoàn thiện giếng thông minh với van kiểm soát dòng (Inflow Control Valves, ICV). Tuy nhiên độ tin cậy của van chƣa cao, khả năng hoạt động còn hạn chế trong môi trƣờng khắc nghiệt nên thƣờng xuyên gặp sự cố. Bên cạnh đó, công nghệ hoàn thiện giếng thông minh đặc biệt với tính năng kiểm soát dòng nhƣ (Autonomous) Inflow Control Devices – (A) ICD vẫn còn khá mới mẻ ở Việt Nam Chính vì vậy mà đề tài “Khảo sát ứng dụng công nghệ hoàn thiện giếng thông minh với thiết bị kiểm soát dòng cho giếng đa nhánh 1P” đƣợc chọn để nghiên cứu trong luận văn này Luận văn gồm các phần chính sau đây 3 nội dung chính: Chƣơng 1: Chƣơng đầu tiên trình bày tổng quát về nền tảng hoàn thiện giếng với khái niệm, phân loại và chức năng. Khái quát về hệ thống các thiết bị khai thác, phân loại hoàn thiện theo số lƣợng ống khai thác và phƣơng thức khai thác cho những vỉa đa tầng. Giới thiệu công nghệ hoàn thiện giếng thông minh điển hình đồng thời cập nhật công nghệ và dòng sản phẩm mới nhất đƣợc cung cấp bởi các công ty dịch vụ. Thông qua đó ta có cái nhìn tổng quan cho những tính năng hoàn thiện thông minh cải tiến về mặt công nghệ tại thiết bị hoàn thiện dƣới đó là giám sát, kiểm soát cho từng khoảng vỉa Chƣơng 2: Đi sâu vào kỹ thuật kiểm soát dòng của công nghệ hoàn thiện giếng thông minh. Khảo sát các nguyên lý kiểm soát, các cơ chế, quy trình hoạt động tƣơng ứng ii TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 TÓM TẮT LUẬN VĂN với từng đối tƣợng nghiên cứu. Tiếp tục khảo sát vào kiểm soát dòng với các thiết bị kiểm soát dòng thụ động, chủ động, van kiểm soát dòng cùng các hệ thống cảm biến và packer. Từ đó hƣớng đến cơ sở lựa chọn loại kiểm soát dòng phổ biến theo những công trình nghiên cứu quốc tế. Khảo sát lựa chọn loại thiết bị kiểm soát dòng thụ động (hay còn gọi thiết bị kiểm soát dòng cân bằng) nhằm kiểm soát cân bằng lƣu lƣợng dọc thành giếng và thông số khoảng cô lập vành xuyến tối ƣu. Quy trình mô phỏng và thiết kế số lƣợng thiết bị kiểm soát dòng thụ động Chƣơng 3: Với một cấu hình giếng đa nhánh 1P, em sẽ đƣa ra quy trình nhằm dự báo khả năng khai thác cũng nhƣ đề ra giải pháp khắc phục hiện tƣợng mất cân bằng lƣu lƣợng dọc thành giếng do một số yếu tố gây ra. Từ đó chủ động thiết kế dựa trên một trong số những thiết bị, cơ sở kiểm soát dòng cân bằng đã đƣợc khảo sát ở trên. Cụ thể công việc gồm ba giai đoạn chính: Giai đoạn một là dự báo độ phân bố lƣu lƣợng mất cân bằng dọc thành giếng, giai đoạn hai là từ vấn đề đặt ra sẽ đánh giá và thực hiện phƣơng án kiểm soát dòng cùng hệ thống ngăn cách tầng vỉa cho giếng nhánh 1P. Cuối cùng là giai đoạn kiểm định bền cho phép cho bộ thiết bị mới đồng thời điều chỉnh thông số thiết kế khi chƣa đạt yêu cầu cũng nhƣ đƣa ra giải pháp cho việc ổn định thành hệ bằng các mô hình hoàn thiện kiểm soát cát Kết luận kiến nghị Chƣơng này đánh giá về việc đã hoàn thành mục tiêu và nhiệm vụ ban đầu mà luận văn đề ra. Hƣớng phát triển đề tài về mặt ứng dụng phần mềm và lập trình nhƣ là một phƣơng pháp xây dựng mô hình khai thác gắn liền với chức năng của ICD nhằm nâng cao tính hiệu quả trong mục tiêu thiết kế thiết bị kiểm soát dòng phù hợp. Cũng nhƣ đi sâu khảo sát đối tƣợng thiết bị kiểm soát dòng tự điều tiết, van kiểm soát dòng nhằm mở rộng triển vọng ứng dụng công nghệ kiểm soát dòng cho các dự án mỏ của Việt Nam trong tƣơng lai. iii TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. i TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................................. ii MỤC LỤC ...................................................................................................................... iv DANH SÁCH HÌNH VẼ .............................................................................................. vii DANH SÁCH BẢNG BIỂU ........................................................................................... x DANH SÁCH KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ..................................................................... xi DANH SÁCH THUẬT NGỮ ....................................................................................... xii MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... xiv 1. Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................... xiv 2. Mục đích của luận văn ....................................................................................... xiv 3. Nhiệm vụ của luận văn ....................................................................................... xv 4. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................... xv 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ............................................................................ xv 6. Tổng quan tình hình nghiên cứu ........................................................................ xvi 6.1. Nƣớc ngoài ..................................................................................................... xvi 6.2. Trong nƣớc ................................................................................................... xviii CHƢƠNG 1. NỀN TẢNG VỀ HOÀN THIỆN GIẾNG THÔNG MINH ...................... 1 1.1. Tổng quan về hoàn thiện giếng ......................................................................... 1 1.2 Hoàn thiện giếng truyền thống .......................................................................... 3 1.2.1 Các thiết bị hoàn thiện giếng truyền thống .................................................4 1.2.2 Phƣơng thức khai thác và lƣợng ống khai thác cho hoàn thiện giếng ........7 1.3 Tổng quan về công nghệ hoàn thiện giếng thông minh .................................... 8 1.3.1 Các cụm thiết bị hoàn thiện dƣới (lower completion) điển hình ................9 1.3.2 Hệ thống giám sát lòng giếng ...................................................................11 iv TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 MỤC LỤC 1.3.3 Hệ thống điều khiển lòng giếng ................................................................14 1.3.4 Hệ thống ngăn cách khoảng không vành xuyến, tầng sản phẩm ..............20 1.3.5 Các thiết bị ngăn cách tầng sản phẩm của các công ty dịch vụ ................21 1.3.6 So sánh hoàn thiện giếng thông minh với truyền thống ...........................22 CHƢƠNG 2. KỸ THUẬT KIỂM SOÁT DÒNG ......................................................... 25 2.1 Nguyên lý kiểm soát dòng ............................................................................... 25 2.2 Cơ chế, quy trình hoạt động kiểm soát dòng ................................................... 26 2.2.1 Cơ chế và quy tình thiết kế kiểm soát dòng phản ứng (Reactive) ............26 2.2.2 Cơ chế kiểm soát dòng chủ động (proactive) ...........................................27 2.2.3 Cơ chế và quy trình làm việc kiểm soát dòng thụ động ...........................27 2.3 Cụm các thiết bị kiểm soát dòng ..................................................................... 28 2.3.1 Van kiểm soát dòng ICV ..........................................................................28 2.3.2 Thiết bị điều khiển dòng vào (Inflow control devices – ICD)..................31 2.3.3 Thiết bị kiểm soát dòng vào tự điều tiết (Autonomous Inflow Control Device - AICD) ......................................................................................................35 2.3.4 Packers ......................................................................................................37 2.3.5 Hệ thống cảm biến ....................................................................................39 2.4 Nguyên tắc lựa chọn thiết bị ............................................................................ 43 2.4.1 Lựa chọn loại kiểm soát dòng cho hoàn thiện giếng thông minh .............43 2.4.2 Lựa chọn thiết bị kiểm soát dòng thụ động (cân bằng) ............................50 2.4.3 Lựa chọn thông số thiết kế khoảng cô lập vành xuyến với packer...........54 CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ THIẾT BỊ KIỂM SOÁT DÒNG LOẠI LỖ DẪN CHO GIẾNG KHOAN ĐA NHÁNH 1P ............................................................................... 57 3.1 Tổng quan về giếng đa nhánh 1P .................................................................... 57 3.2 Yêu cầu thiết kế ............................................................................................... 58 3.3 Số liệu đầu vào ................................................................................................ 59 v TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 3.4 MỤC LỤC Quy trình thiết kế thiết bị kiểm soát dòng loại lỗ dẫn cho giếng đa nhánh 1P 60 3.4.1 Thu thập dữ liệu từ mỗi nhánh giếng ........................................................60 3.4.2 Phân tích số liệu đầu vào để dự báo khai thác ..........................................61 3.4.3 Đánh giá hiện trạng dự báo và lựa chọn phƣơng án thiết kế ....................66 3.4.4 Phân tích thiết kế đƣờng kính lỗ dẫn dòng tƣơng đƣơng .........................66 3.4.5 Tính toán kính cỡ lỗ dẫn dòng thiết bị ICD theo mô hình thủy lực .........69 3.4.6 Đánh giá kết quả thiết kế thiết bị ICD lỗ dẫn dòng ..................................71 3.5 Khảo sát dự báo khả năng khai thác giếng 1P trƣớc khi thiết kế .................... 71 3.6 Phƣơng án thiết kế kích cỡ lỗ dẫn dòng tƣơng đƣơng .................................... 74 3.7 Phân tích thiết kế đƣờng kính lỗ dẫn dòng tƣơng đƣơng ................................ 74 3.7.1 Thiết kế kích cỡ lỗ dẫn dòng tƣơng đƣơng cho nhánh giếng đứng ..........74 3.7.2 Thiết kế kích cỡ lỗ dẫn dòng tƣơng đƣơng cho nhánh giếng ngang ........79 3.8 Tính toán kính cỡ lỗ dẫn dòng của thiết bị ICD cho từng nhánh giếng .......... 82 3.8.1 Tính toán kính cỡ lỗ dẫn dòng thiết bị ICD cho nhánh giếng đứng .........82 3.8.2 Tính toán kính cỡ lỗ dẫn dòng thiết bị ICD cho nhánh giếng ngang .......85 3.9 Đánh giá kết quả thiết kế ICD loại lỗ dẫn dòng cho từng nhánh giếng .......... 88 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................... 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................. 92 vi TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Phân loại hệ thống hoàn thiện trên và dƣới của giếng điển hình [2] ..............2 Hình 1.2 Các giai đoạn thiết kế của kỹ sƣ hoàn thiện giếng ...........................................3 Hình 1.3 Sơ đồ giếng cơ bản và các bộ phận chính ........................................................4 Hình 1.4 (a) Phƣơng thức khai thác đơn tầng (b) Phƣơng thức khai thác gộp dòng về cùng một chuỗi ống [3] ...................................................................................................7 Hình 1.5 (a) Kiểu hoàn thiện loại một ống trung tâm (b) kiểu hoàn thiện loại hai chuỗi ống [3] .............................................................................................................................8 Hình 1.6 Cụm thiết bị hoàn thiện dƣới tiêu biểu [6] .....................................................11 Hình 1.7 Hệ thống giám soát giếng điển hình [7] .........................................................11 Hình 1.8 Cảm biến quang của Baker Hughes và cảm biến quang đo áp suất, nhiệt độ cao của Schlumberger [9]..............................................................................................14 Hình 1.9 Sơ đồ giếng đa nhánh với tính năng kiểm soát dòng từng nhánh ..................15 Hình 1.10 (a) Hiệu ứng heel – toe gây ra hiện tƣợng hình thành lƣỡi nƣớc (màu xanh lam) và lƣỡi khí (màu đỏ) vào cuối vòng đời của vỉa (b) Hiệu quả trong quá trình khai thác của phân đoạn giếng ngang khi sử dụng ICD cho từng vùng sản phẩm. Giúp dƣớng dòng chảy cân bằng qua từng phân đoạn và giảm thiểu ngập nƣớc, khí [10] ...16 Hình 1.11 Làm sạch đoạn đáy giếng hiệu quả khi ứng dụng ICD [11] ........................17 Hình 1.12 Van kiểm soát dòng (ICV) của Halliburton [13] và Schlumberger [9] .......19 Hình 1.13 AICD Baker Hughes bên trái và AICD Halliburton bên phải [14] ............20 Hình 1.14 (a) Sản phẩm packer của Baker Hughes (b) Sản phẩm packer của Schlumberger [9] [15] ...................................................................................................22 Hình 1.15 So sánh hoàn thiện giếng thông thƣờng với hoàn thiện giếng truyền thống [16] ................................................................................................................................23 Hình 2.1 (a) Giếng ngang gặp hiệu ứng heel – toe (b) Xử lý kiểm soát dòng với ICD [17] ................................................................................................................................25 vii TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 2.2 (a) Giếng ngang đi qua vỉa đa độ thấm (b) Xử lý kiểm soát dòng với ICD [17] ................................................................................................................................26 Hình 2.3 Sơ đồ công việc cho mô hình phản ứng [18] .................................................27 Hình 2.4 Sơ đồ công việc cho mô hình chủ động [18] .................................................27 Hình 2.5 Các cơ cấu hoạt động và hình dạng van [1] ...................................................29 Hình 2.6 (a) Đƣờng dẫn đa thủy lực kiểm soát cửa trƣợt (b) Đƣờng đẫn đa thủy lực tích hợp [1] ....................................................................................................................30 Hình 2.7 Van điều khiển dòng chảy thế hệ thứ nhất [21] .............................................30 Hình 2.8 (a) Cơ cấu liên kết các bộ phận trong van thế hệ đầu tiên và (b) Cơ cấu liên kết các bộ phận làm kín trong van thế hệ thứ 2 [21] .....................................................31 Hình 2.9 ICD loại lỗ dẫn dòng và kích cỡ của nó [23] .................................................32 Hình 2.10 ICD loại kênh dẫn xoắn ốc [22] ...................................................................34 Hình 2.11 ICD loại ống dẫn dòng [22] .........................................................................35 Hình 2.12 ICD loại hỗn hợp kết hợp giữa kênh dẫn và lỗ dẫn dòng [22].....................35 Hình 2.13 Kết quả thí nghiệm cho thấy dòng khí và dòng dầu đi qua ICD và AICD đối với mỗi 100 m chiều dài của vỉa với những khoảng chênh áp khác nhau [24] ............36 Hình 2.14 Kích thƣớc của một AICD với 1 đồng xu (dƣới) và vị trí lắp đặt tƣơng ứng (trên) [24] ......................................................................................................................37 Hình 2.15 Mô tả cấu tạo cơ bản thiết bị [24] ................................................................37 Hình 2.16 Cấu tạo một packer dãn nở tiêu biểu [25] ....................................................38 Hình 2.17 Lắp đặt cảm biến và đầu nối cáp [1] ............................................................39 Hình 2.18 Cấu tạo một PDG điển hình của sclumberger [26] ......................................41 Hình 2.19 Cơ chế hoạt động của sợi quang cảm biến [7] .............................................42 Hình 2.20 Ảnh hƣởng độ nhớt tới hoạt động kiểm soát AICD .....................................44 Hình 2.21 Phân loại ICD theo cách thức kiểm soát chính [22] ....................................51 Hình 2.22 Hiệu suất dòng chảy qua ICD .....................................................................54 viii TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 2.23 Sơ đồ hoàn thiện giếng với khoảng ngăn cách tầng tối ƣu cho giếng ngang [22] ................................................................................................................................55 Hình 3.1 Sơ đồ mô hình hoàn thiện giếng đa nhánh 1P với nhánh ngang và thân chính đứng chính .....................................................................................................................58 Hình 3.2 Quy trình thiết kế thiết bị ICD loại lỗ dẫn dòng cho mỗi nhánh giếng .........60 Hình 3.3 Quy trình dự báo lƣu lƣợng khai thác cho từng phân đoạn giếng ngang .......62 Hình 3.4 Đồ thị IPR của 2 tầng và IPR tổng .................................................................72 Hình 3.5 Đồ thị thể hiện sụt áp dọc thành giếng thông qua 35 phân đoạn và độ phân bố lƣu lƣợng xâm nhập, cân bằng cho giếng .....................................................................73 Hình 3.6 Đồ thị ứng với từng mức Pwf và độ giảm tiết diện ICD thì lƣu lƣợng giảm ở cả hai vùng ....................................................................................................................77 Hình 3.7 Đồ thị thể hiện độ biến thiên chỉ số khai thác vùng thấm thấp đạt cực đại Pwf = 2974 psia ....................................................................................................................77 Hình 3.8 Đồ thị thể hiện sụt áp của vùng thấm cao khi lắp đặt thiết bị kiểm soát dòng .......................................................................................................................................79 Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn số lần lặp các kích cỡ ICD đơn ảnh hƣởng tới độ biến thiên chỉ số khai thác giếng ngang .........................................................................................81 Hình 3.10 Đồ thị lƣu lƣợng dọc thành giếng sau khi thiết kế ICD tƣơng đƣơng .........82 Hình 3.11 Đồ thị thể hiện mức lƣu lƣợng khi đã tính toán đƣờng kính lỗ dẫn dòng so với lƣu lƣợng xâm nhập ban đầu và mức lƣu lƣợng cân bằng dọc thành giếng ...........89 ix TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 DANH SÁCH BẢNG BIỂU DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1 So sánh các dòng sản phẩm và thông số các cảm biến điển hình của giếng của các công ty ..............................................................................................................13 Bảng 1.2 So sánh chung các sản phẩm van kiểm soát dòng của công ty dịch vụ.........18 Bảng 1.3 So sánh các dòng sản phẩm thiết bị kiểm soát dòng của các công ty dịch vụ .......................................................................................................................................19 Bảng 1.4 So sánh các dòng sản phẩm packer của các công ty dịch vụ .........................21 Bảng 1.5 So sánh những ứng dụng tiêu biểu các hoàn thiện giếng ..............................24 Bảng 2.1 So sánh chức năng chính khác nhau giữa ICD và ICV .................................43 Bảng 2.2 Sàng lọc, lựa chọn loại kiểm soát dòng tƣơng thích [27] ..............................50 Bảng 2.3 So sánh tổng quan các loại ICD đƣợc thƣờng đƣợc sử dụng [22] ................52 Bảng 3.1 Tổng quan số liệu vỉa.....................................................................................59 Bảng 3.2 Tổng quan số liệu giếng.................................................................................59 Bảng 3.3 Lƣu lƣợng tính toán tại mỗi tầng sau khi đã thiết kế kích cỡ ICD tƣơng đƣơng.............................................................................................................................76 Bảng 3.4 Kết quả lƣu lƣợng qua mỗi phân đoạn ..........................................................81 Bảng 3.5 Kết quả sụt áp lần lƣợt tại các phân đoạn với ...................85 Bảng 3.6 Kết quả vận tốc dòng chảy thông qua lỗ dẫn dòng trƣớc và sau khi thiết kế lại ...................................................................................................................................87 x TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 DANH SÁCH KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT DANH SÁCH KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa HTG Hoàn thiện giếng OKT Ống khai thác ICD Inflow control device: Thiết bị kiểm soát dòng AICD Autonomous inflow control devide: Thiết bị kiểm soát dòng tự điều tiết (A)ICD (Autonomous) Inflow control device ICV Inflow control valve: Van kiểm soát dòng HVICD High velocity inflow control device: Thiết bị kiếm soát dòng vận tốc cao LVICD Low velocity inflow control device: Thiết bị kiểm soát dòng vận tốc thấp KKVX Khoảng không vành xuyến PDG Permanent downhole gauge: Cảm biến giám sát thƣờng trực đáy giếng MTM Metal to metal: Sự tiếp xúc giữa hai bề mặt kim loại IWC Intelligent well completion: Hoàn thiện giếng thông minh N/A Không có giá trị có sẵn ID Đƣờng kính trong OD Đƣờng kính ngoài WC Tỷ số nƣớc trong hỗn hợp lỏng DTS Distributed temperature sensing: Tính năng đo phân tán nhiệt độ dọc thân giếng SAS Standalone screen: Lƣới lọc đơn xi TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 DANH SÁCH THUẬT NGỮ DANH SÁCH THUẬT NGỮ Thuật ngữ Ý nghĩa Intelligent well completion Hoàn thiện giếng thông minh Upper completion system Hệ thống hoàn thiện giếng trên Lower completion system Hệ thống hoàn thiện giếng dƣới Multilateral well Giếng khoan đa nhánh Heel – toe Hiệu ứng gốc ngọn là hiệu ứng mà áp suất ở ngọn (toe) lệch đi so với áp suất tại gốc (heel) của giếng nhánh Cross – flow Là hiện tƣợng mà lƣu chất đi ở khoảng không vành xuyến từ vỉa có áp suất cao và xâm nhập vào nơi vỉa có áp suất thấp Variable permeability Water/gas breakthrough Vỉa có hệ số thấm khác nhau Là việc hình thành lƣỡi nƣớc, khí khi lƣu lƣợng khai thác dọc thành giếng mất cân bằng thƣờng hình thành ở heel Flow control Là tính năng kiểm soát dòng chảy bao gồm nhiều cơ chế Reactive strategy Là chiến lƣợc phản ứng hoạt động đƣa ra nhằm chống lại với tác nhân gây ra tác động Proactive strategy Chiến lƣợc chủ động hoạt động đƣa ra nhằm tác động tới đối tƣợng ta quan tâm Downhole monitoring Là tính năng giám soát dòng chảy ở đáy giếng xii TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 DANH SÁCH THUẬT NGỮ xiii MỞ ĐẦU TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trên thế giới hiện nay đã phát triển công nghệ khoan giếng ngang, giếng vƣơn xa và hoàn thiện giếng với tính năng giám sát, kiểm soát linh hoạt thông qua van hoạt động trong từng khoảng vỉa khai thác. Hoàn thiện giếng này đƣợc gọi là hoàn thiện giếng thông minh đƣợc chứng minh rằng ƣu việt trong công tác quản lý vỉa và giảm thiểu rủi ro tình trạng ngập hay hình thành lƣỡi nƣớc, khí Việc áp dụng tính năng kiểm soát dòng cân bằng với thiết bị kiểm soát dòng cân bằng (ICD) tác động trực tiếp tới độ phân bố lƣu lƣợng dọc thành giếng và làm những giếng ngang hay vƣơn xa hoạt động hiệu quả. Trong đó có thể kể đến các khu vực Tây Phi nhƣ Lybia, Trung Đông, Na-Uy, Brazil, Australia ở khu vực Đông Nam Á một số công trình nghiên cứu trong khu vực nhƣ ở Malaysia, Indonesia. Ở Việt Nam một số mỏ đã ứng dụng công nghệ hoàn thiện giám sát, kiểm soát ở các mỏ nhƣ Hoàng Long, JVPC, Cửu Long JOC, PremierOil tuy nhiên một số khảo sát cho thấy khả năng hoạt động đặc biệt là van kiểm soát dòng (ICV) còn hạn chế trong môi trƣờng khắc nghiệt song song với đó nhiều công trình nghiên cứu nội bộ khó tiếp cận hoặc cũng chƣa đƣợc đi sâu khảo sát. Nhằm mục đích thiết kế thiết bị kiểm soát dòng cân bằng dựa trên nền tảng công nghệ hoàn thiện giếng thông minh khá mới vào Việt Nam là rất cần thiết. Khảo sát về công nghệ mới này là đề tài hầu nhƣ chƣa từng đƣợc nghiên cứu trƣớc đây ở khoa. Do đó để đi sâu nghiên cứu tiếp cận thiết kế tính năng kiểm soát dòng cân bằng trên nền tảng hoàn thiện giếng thông minh mà đề tài: “KHẢO SÁT ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HOÀN THIỆN GIẾNG THÔNG MINH VỚI THIẾT BỊ KIỂM SOÁT DÒNG CHO GIẾNG ĐA NHÁNH 1P” đƣợc chọn để nghiên cứu trong luận văn này 2. Mục đích của luận văn - Khảo sát khả năng ứng dụng công nghệ hoàn thiện giếng thông minh cho giếng đa nhánh hay vùng đa độ thấm - Thực hiện quy trình thiết kế cơ bản thiết bị kiểm soát dòng đáy giếng ICD hạn chế dòng vào ở vỉa thấm cao và kích thích dòng vào ở vỉa thấm thấp cũng nhƣ xử lý hiệu ứng heel – toe ở nhánh giếng ngang xiv TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 MỞ ĐẦU 3. Nhiệm vụ của luận văn - Hệ thống hóa nền tảng lý thuyết về hoàn thiện giếng nói chung so với các giếng đƣợc áp dụng kỹ thuật hoàn thiện giếng thông minh nói riêng - Khảo sát các cụm thiết bị hoàn thiện giếng thông minh hiện đang đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới - Tổng hợp nguyên lý làm việc, những đặc tính kỹ thuật và cơ sở thiết kế thiết bị kiểm soát dòng ICD, khoảng cô lập cho giếng - Đƣa ra quy trình thiết kế cơ bản đồng thời khảo sát độ bền hoạt động thiết bị ICD cho giếng hoàn thiện đặc biệt ở môi trƣờng bất đồng nhất hay giếng ngang gặp sự cố hiệu ứng heel – toe 4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Để đạt đƣợc mục đích nên trên cần tiến hành phân tích lý thuyết về dữ liệu liên quan tới thiết kế của tổ hợp thiết bị điển hình nhƣ ICV, ICD, cảm biến trong việc giám sát, kiểm soát hiện trạng khai thác - Sử dụng excel tính toán các thông số thiết kế của ICD dựa trên mô hình thủy lực , kết hợp các nguyên tắc thiết kế phổ biến cho các đoạn giếng hoàn thiện vỉa đa độ thấm, giếng ngang bị ảnh hƣởng bởi heel – toe - Thực hiện các quy trình tối ƣu thông số hoạt động với kích cỡ đặc trƣng dựa trên việc tính toán kích cỡ và đánh giá. Từ việc khảo sát các công trình nghiên cứu liên quan 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học Cung cấp cơ sở tổng quát cho việc lựa chọn và lợi ích về việc áp dụng loại mô hình hoàn thiện giếng phù hợp với điều kiện, đặc tính khu vực. Tổng hợp đặc tính kỹ thuật các thiết bị và dựa trên những công trình nghiên cứu có liên quan trên thế giới để đƣa ra quy thiết kế áp dụng tổng quan cho tính năng kiểm soát dòng thụ động cho giếng mới. Đây là tài liệu kham khảo tốt cho các công trình nghiên cứu có liên quan Ý nghĩa thực tiễn xv TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 MỞ ĐẦU Kết quả nghiên cứu của luận văn là cơ sở cho việc tiếp cận thiết kế tính năng kiểm soát dòng khai thác từ vỉa áp dụng cho giếng sau này Điểm mới của luận văn là nghiên cứu về khả năng ứng dụng và cơ sở thực hiện dự án công nghệ hoàn thiện giếng thông minh phù hợp với một số điều kiện. Việc thiết kế định lƣợng các đặc tính hoạt động kỹ thuật của thiết bị đáp ứng yêu cầu giếng đƣa ra. Khảo sát về công nghệ mới đầy triển vọng này là đề tài hầu nhƣ chƣa từng đi vào nghiên cứu sâu tính năng kiểm soát dòng cho giếng. Do đó luận văn của em sẽ mang lại nhiều giá trị đóng góp cho những công trình nghiên cứu ứng dụng sau này 6. Tổng quan tình hình nghiên cứu 6.1. Nƣớc ngoài 1. Luận án thạc sỹ Jeanette Gimre, “Efficiency of ICV/ICD systems”, University of Stavanger, 2012 Đây là công trình nghiên cứu có nội dung chủ yếu chiến lƣợc tập trung vào bộ hoàn thiện giếng ngang, đa tầng sản phẩm cho phép quản lý các vùng sản phẩm một cách hiệu quả nhất. Giới thiệu các tính năng, cùng phân tích hoạt động của ICD, ICV trong việc điều khiển dòng chảy, giúp gia tăng lƣợng dầu khai thác và giảm lƣợng ngập nƣớc và khí đặc biệt thuận lợi đối với các giếng vƣơn xa 2. Công trình nghiên cứu của Tommy Jokela, “Significance of inflow control device (ICD) technology in horizontal sand screen completions” 2008 Đây là công trình nghiên cứu đi sâu nghiên cứu tổng quan và tính hiệu quả của ICD so với phƣơng pháp thiết bị lƣới ngăn cát truyền thống. Với việc ngăn các hiện tƣợng ngập nƣớc trong khai thác, những khu vực vùng có vết nứt hay độ thấm cao trong hoàn thiện giếng thân trần. Kết luận công trình nghiên cứu đã việc tối ƣu hóa khai thác thông qua việc điều kiển dòng chảy thông qua van. Từ đó hạn chế tối đa việc hình thành lƣỡi nƣớc và ngập nƣớc cho giếng 3. Luận án tiến sỹ Vasily Mihailovich Birchenko, “Analytical Modelling of Wells with Inflow Control Devices”, Institute of Petroleum Engineering Heriot – Watt University, 2010 xvi TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 MỞ ĐẦU Luận án đƣa ra kết quả phân tích lựa chọn giữa ICD và ICV, điều kiện áp dụng ICD, lợi ích ICD trong hiệu ứng (heel – toe) dọc theo đoạn thân giếng ngang. Tuy nhiên luận văn chƣa nghiên cứu trƣờng hợp dòng chảy rối ở cận đáy giếng 4. Công trình nghiên cứu của Alkhelaiwi, “A Comprehensive Approach to the Design of Advanced Well Completion” Đây là luận án tiến sỹ mô tả bao quát nhất về hệ thống kiểm soát dòng cùng các khoảng cô lập vỉa đƣợc ứng dụng trong giếng ngang và giếng vƣơn xa. Dựa trên những công trình nghiên cứu trƣớc đó trong việc ứng dụng kiểm soát dòng tác giả đã đƣa ra 17 điều kiện trong hoàn thiện để lựa chọn các loại van hoặc thiết bị kiểm soát dòng. Cùng với việc ứng dụng của các thiết bị/van kiểm soát vào điều kiện phù hợp. Đƣa ra khái niệm mô hình công thức tính sụt áp qua kích thƣớc lỗ đặc trƣng của ICD nhằm nghiên cứu những phƣơng án thiết kế và kiểm định bền dự tính sẽ áp dụng cho các phân đoạn dọc thành giếng. Phần cuối luận án là quy trình chung thiết kế hệ thống hoàn thiện giếng thông minh. Tuy nhiên chƣa ứng dụng thiết kế tính toán mô hình thủy lực cho một thiết bị kiểm soát dòng phù hợp với yêu cầu giếng đặt ra 5. Bài báo SPE Gonzalo A. Garcia, “Identifying Well Completion Applications for Passive Inflow Control Devices” Bài báo đánh giá hiệu quả tính năng kiểm soát độ phân bố lƣu lƣợng cân bằng khi áp dụng ICD đối với giếng ngang ở các thành hệ đá vôi, cát kết. Thông qua nhiều thí nghiệm kiểm chứng đặc tính của lƣu chất để thiết kế, lựa chọn 4 loại ICD. Đồng thời bài báo cũng đƣa ra những kết quả kiểm định độ ăn mòn. Những phƣơng pháp mô hình động học của lƣu chất khi qua các thiết bị ICD đƣợc sử dụng làm tham chiếu rộng rãi cho các nghiên cứu liên quan 6. Bài báo F. T. Alkhelaiwi 2007, “Inflow control devices: Application and value Quantification of Develop Technology” trƣờng Herriot – Watt University Chứng minh tính hiệu quả sử dụng thiết bị kiểm soát dòng nơi các phân đoạn giếng ngang hay vƣơn xa trong việc sử dụng phần mềm mô phỏng. Đồng thời cho thấy tối ƣu trong việc kết hợp nó với các công nghệ truyền thống nhƣ lƣới lọc, packer, nâng nhân tạo nhƣ gaslift và hoàn thiện với hạt chèn. Kết quả bài báo cho thấy ICD có thể làm cân bằng lƣu lƣợng phân bố và tăng tuổi thọ cho giếng nhờ hạn chế sự xâm nhập của nƣớc hay khí xvii TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 7. MỞ ĐẦU Bài báo SPE của Michelle Lim, Herriot – Watt University, “ICD for Uncertainty and Heterogeneity Mitigation: Evaluation of Best practice design strategies for Inflow control devices” Đây là bài báo mới nhất trình bày khái quát về thiết kế ICD. Đƣa ra 3 mô hình và so sánh chúng nhằm thiết kế độ sụt áp qua ICD cần thiết ở mỗi tầng sản phẩm trong khoảng cô lập. Áp dụng các mô hình này vào những vỉa bất đồng nhất nhằm khảo sát hiệu quả hoạt động của ICD trong những vỉa không đồng nhất và yếu tố vỉa không chắc chắn. Cuối cùng phân tích độ nhạy các yếu tố về độ thấm vùng và độ nhớt 6.2. Trong nƣớc 1. Nguyễn Hữu Thiện, “Đánh giá hiệu quả hoàn thiện giếng thông minh của mỏ dầu Y thuộc bồn trũng Nam Côn Sơn, Việt Nam” năm 2018 Công trình nghiên cứu của tác giả đã tổng hợp và phân tích các số liệu về công tác hoàn thiện giếng, thực trạng can thiệp giếng, sửa chữa và khai thác cho mỏ dầu Y Nội dung nghiên cứu của tác giả giới thiệu hoàn thiện giếng thông minh đồng thời thu thập dữ liệu và thực trạng giếng đã khai thác những sự cố về mặt vận hành thiết bị cũng nhƣ độ tin cậy chƣa đảm bảo. Đƣa ra những hƣớng giải quyết cũng nhƣ giải pháp thay thế, đánh giá về mặt định tính Các công trình nghiên cứu trên đều tập trung chủ yếu vào những quy trình hoạt động, chế độ công nghệ phù hợp với trạng thái cũng nhƣ hiện trạng của khu vực nghiên cứu. Chƣa đi sâu vào phân tích định lƣợng từ đó ứng dụng để thiết kế, lựa chọn. Từ đó cho thấy đề tài này sẽ là tài liệu nghiên cứu tham khảo khi đi sâu vào phân tích các giếng đƣợc yêu cầu về dự báo và cải thiện các hiện tƣợng nhƣ heel – toe hay đa độ thấm. Đồng thời định hƣớng cho luận văn này tiếp tục đi sâu để ứng dụng thiết bị kiểm soát dòng cho đối tƣợng khảo sát. Ngoài việc thu thập các cơ sở cho việc lựa chọn loại, số lƣợng thiết lập thiết bị kiểm soát dòng cân bằng từ các công trình nghiên cứu trƣớc đó luận văn này cũng đƣa ra quy trình thiết kế cơ bản và đảm bảo vận hành tin cậy thiết bị kiểm soát dòng cho những giếng mới đƣa vào khai thác theo yêu cầu đặt ra xviii
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan