 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT VÀ DẦU KHÍ BỘ MƠN KHOAN VÀ KHAI THÁC DẦU KHÍ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ HỒN THIỆN GIẾNG THƠNG MINH VỚI THIẾT BỊ KIỂM SỐT DỊNG 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 - 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc Số: …… /ĐHBK – ĐT NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHOA : KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT & DẦU KHÍ BỘ MƠN : KHOAN – KHAI THÁC DẦU KHÍ HỌ VÀ TÊN : TRẦN MẠNH HÙNG NGÀNH : KHOAN – KHAI THÁC DẦU KHÍ Đề tài luận văn: MSSV LỚP : 1411569 : DC14KK KHẢO SÁT ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ HỒN THIỆN GIẾNG THƠNG MINH VỚI THIẾT BỊ KIỂM SỐT DỊNG CHO GIẾNG ĐA NHÁNH 1P INTELLIGENT WELL COMPLETION: APPLICATION OF INFLOW CONTROL DEVICES FOR MULTILATERAL WELL 1P Nhiệm vụ luận văn:  Hệ thống hóa tảng lý thuyết hồn thiện giếng nói chung so với giếng đƣợc áp dụng kỹ thuật hồn thiện giếng thơng minh nói riêng  Khảo sát tổ hợp thiết bị hoàn thiện giếng thông minh đƣợc sử dụng rộng rãi giới  Tổng hợp nguyên lý làm việc, đặc tính kỹ thuật sở thiết kế thiết bị cản dòng ICD, khoảng lập cho giếng  Đƣa quy trình thiết kế đồng thời khảo sát độ bền hoạt động thiết bị ICD cho giếng hồn thiện đặc biệt mơi trƣờng bất đồng hay giếng ngang gặp cố hiệu ứng heel – toe Ngày giao nhiệm vụ luận văn: Ngày hoàn thành luận văn: Họ tên ngƣời hƣớng dẫn: TS Mai Cao Lân Nội dung yêu cầu LVTN thông qua Bộ môn khoan – Khai Thác Dầu Khí thuộc Khoa Kỹ Thuật Địa Chất & Dầu Khí Ngày ….….tháng ….….năm 2018 CHỦ NHIỆM BỘ MƠN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHÍNH (ký ghi rõ họ tên) (ký 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 Thầy Cô Khoa Kỹ Thuật Địa Chất Dầu Khí đặc biệt thầy mơn Bộ mơn khoan – Khai Thác Dầu Khí tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ em trình làm luận văn Luận văn đƣợc hoàn thành dƣới hƣớng dẫn của: Thầy TS Mai Cao Lân, giảng viên Bộ mơn khoan – Khai Thác Dầu Khí, Khoa Kỹ Thuật Địa Chất Dầu Khí Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy TS Mai Cao Lân dành cơng sức, thời gian hết lòng hƣớng dẫn tận tình, chu đáo suốt trình thực luận văn tốt nghiệp Em xin cảm ơn chị Nguyễn Thị Hồi Vy từ cơng ty PVD Baker Hughes nhiệt tình hƣớng dẫn cung cấp cho em kiến thức kinh nghiệm quý báu thiết bị hồn thiện giếng thơng minh cơng ty Trong q trình làm luận văn, cố gắng, song chắn nhiều thiếu sót Em mong nhận đƣợc nhiều góp ý, ý kiến để luận văn đƣợc hoàn thiện, chỉnh chu Em xin trân trọng cảm ơn Xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Trần Mạnh Hùng i TÓM TẮT LUẬN VĂN TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 TĨM TẮT LUẬN VĂN Cơng nghệ khoan ngang đa nhánh vƣơn xa đƣợc phát triển mạnh mẽ giới với ƣu điểm nhƣ tăng diện tích tiếp xúc giếng với vỉa, tận thu sản phẩm vỉa xa, hiệu thu hồi cao đặc biệt kết hợp khai thác đồng thời sản phẩm Tuy nhiên giếng thƣờng gặp vấn đề đặc trƣng nhƣ sụt áp mạnh dọc theo thân ngang giếng (heel – toe effect) dẫn đến tƣợng lƣu lƣợng xâm nhập cân dọc thành giếng Đây nguyên nhân trực tiếp làm lệch đáng kể ranh giới dầu – nƣớc, dầu – khí song song với thành giếng ngang Vấn đề đƣợc cải thiện nhờ cơng nghệ kiểm sốt dòng cân dựa tảng hồn thiện giếng thông minh Hiện số mỏ Việt Nam ứng dụng cơng nghệ hồn thiện giếng thơng minh với van kiểm sốt dòng (Inflow Control Valves, ICV) Tuy nhiên độ tin cậy van chƣa cao, khả hoạt động hạn chế mơi trƣờng khắc nghiệt nên thƣờng xuyên gặp cố Bên cạnh đó, cơng nghệ hồn thiện giếng thơng minh đặc biệt với tính kiểm sốt dòng nhƣ (Autonomous) Inflow Control Devices – (A) ICD mẻ Việt Nam Chính mà đề tài “Khảo sát ứng dụng cơng nghệ hồn thiện giếng thơng minh với thiết bị kiểm sốt dòng cho giếng đa nhánh 1P” đƣợc chọn để nghiên cứu luận văn Luận văn gồm phần sau nội dung chính: Chƣơng 1: Chƣơng trình bày tổng qt tảng hoàn thiện giếng với khái niệm, phân loại chức Khái quát hệ thống thiết bị khai thác, phân loại hoàn thiện theo số lƣợng ống khai thác phƣơng thức khai thác cho vỉa đa tầng Giới thiệu cơng nghệ hồn thiện giếng thơng minh điển hình đồng thời cập nhật cơng nghệ dòng sản phẩm đƣợc cung cấp cơng ty dịch vụ Thơng qua ta có nhìn tổng quan cho tính hồn thiện thông minh cải tiến mặt công nghệ thiết bị hồn thiện dƣới giám sát, kiểm soát cho khoảng vỉa Chƣơng 2: Đi sâu vào kỹ thuật kiểm sốt dòng cơng nghệ hồn thiện giếng thơng minh Khảo sát ngun lý kiểm sốt, chế, quy trình hoạt động tƣơng ứng ii TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 TÓM TẮT LUẬN VĂN với đối tƣợng nghiên cứu Tiếp tục khảo sát vào kiểm sốt dòng với thiết bị kiểm sốt dòng thụ động, chủ động, van kiểm sốt dòng hệ thống cảm biến packer Từ hƣớng đến sở lựa chọn loại kiểm sốt dòng phổ biến theo cơng trình nghiên cứu quốc tế Khảo sát lựa chọn loại thiết bị kiểm sốt dòng thụ động (hay gọi thiết bị kiểm sốt dòng cân bằng) nhằm kiểm soát cân lƣu lƣợng dọc thành giếng thông số khoảng cô lập vành xuyến tối ƣu Quy trình mơ thiết kế số lƣợng thiết bị kiểm sốt dòng thụ động Chƣơng 3: Với cấu hình giếng đa nhánh 1P, em đƣa quy trình nhằm dự báo khả khai thác nhƣ đề giải pháp khắc phục tƣợng cân lƣu lƣợng dọc thành giếng số yếu tố gây Từ chủ động thiết kế dựa số thiết bị, sở kiểm sốt dòng cân đƣợc khảo sát Cụ thể cơng việc gồm ba giai đoạn chính: Giai đoạn dự báo độ phân bố lƣu lƣợng cân dọc thành giếng, giai đoạn hai từ vấn đề đặt đánh giá thực phƣơng án kiểm sốt dòng hệ thống ngăn cách tầng vỉa cho giếng nhánh 1P Cuối giai đoạn kiểm định bền cho phép cho thiết bị đồng thời điều chỉnh thông số thiết kế chƣa đạt yêu cầu nhƣ đƣa giải pháp cho việc ổn định thành hệ mô hình hồn thiện kiểm sốt cát Kết luận kiến nghị Chƣơng đánh giá việc hoàn thành mục tiêu nhiệm vụ ban đầu mà luận văn đề Hƣớng phát triển đề tài mặt ứng dụng phần mềm lập trình nhƣ phƣơng pháp xây dựng mơ hình khai thác gắn liền với chức ICD nhằm nâng cao tính hiệu mục tiêu thiết kế thiết bị kiểm sốt dòng phù hợp Cũng nhƣ sâu khảo sát đối tƣợng thiết bị kiểm sốt dòng tự điều tiết, van kiểm sốt dòng nhằm mở rộng triển vọng ứng dụng cơng nghệ kiểm sốt dòng cho dự án mỏ Việt Nam 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 Tính cấp thiết đề tài xiv Mục đích luận văn xiv Nhiệm vụ luận văn xv Phƣơng pháp nghiên cứu xv Ý nghĩa khoa học thực tiễn xv Tổng quan tình hình nghiên cứu xvi 6.1 Nƣớc xvi 6.2 Trong nƣớc xviii CHƢƠNG NỀN TẢNG VỀ HOÀN THIỆN GIẾNG THÔNG MINH 1.1 Tổng quan hoàn thiện giếng 1.2 Hoàn thiện giếng truyền thống 1.2.1 Các thiết bị hoàn thiện giếng truyền thống 1.2.2 Phƣơng thức khai thác lƣợng ống khai thác cho hoàn thiện giếng 1.3 Tổng quan cơng nghệ hồn thiện giếng thông minh 1.3.1 Các cụm thiết bị hồn thiện dƣới (lower completion) điển hình 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 công ty dịch vụ 21 1.3.6 So sánh hoàn thiện giếng thông minh với truyền thống 22 CHƢƠNG KỸ THUẬT KIỂM SỐT DỊNG 25 2.1 Nguyên lý kiểm soát dòng 25 2.2 Cơ chế, quy trình hoạt động kiểm sốt dòng 26 2.2.1 Cơ chế quy tình thiết kế kiểm sốt dòng phản ứng (Reactive) 26 2.2.2 Cơ chế kiểm sốt dòng chủ động (proactive) 27 2.2.3 Cơ chế quy trình làm việc kiểm sốt dòng thụ động 27 2.3 Cụm thiết bị kiểm sốt 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 sốt 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 hồn thiện giếng thơng minh .43 2.4.2 Lựa chọn thiết bị kiểm sốt dòng thụ động (cân bằng) 50 2.4.3 Lựa chọn thông số thiết kế khoảng cô lập vành xuyến với packer 54 CHƢƠNG THIẾT KẾ THIẾT BỊ KIỂM SỐT DỊNG LOẠI LỖ DẪN CHO GIẾNG KHOAN ĐA NHÁNH 1P 57 3.1 Tổng quan 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 sốt dòng loại lỗ dẫn cho giếng đa nhánh 1P 60 3.4.1 Thu thập liệu từ nhánh giếng 60 3.4.2 Phân tích số liệu đầu vào để dự báo khai thác 61 3.4.3 Đánh giá trạng dự báo 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 tốn kính cỡ lỗ dẫn dòng thiết bị ICD theo mơ hình thủy lực 69 3.4.6 Đánh giá kết thiết kế thiết bị ICD lỗ dẫn dòng 71 3.5 Khảo sát dự báo khả khai thác giếng 1P trƣớc 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 tốn kính cỡ lỗ dẫn dòng thiết bị ICD cho nhánh giếng 82 3.8.1 Tính tốn kính cỡ lỗ dẫn dòng thiết bị ICD cho nhánh giếng đứng 82 3.8.2 Tính tốn kính cỡ lỗ dẫn dòng thiết bị ICD cho nhánh giếng ngang .85 3.9 Đánh giá kết thiết kế ICD loại lỗ dẫn dòng cho 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 hồn thiện dƣới giếng điển hình [2] Hình 1.2 Các giai đoạn thiết kế kỹ sƣ hoàn thiện giếng Hình 1.3 Sơ đồ giếng phận Hình 1.4 (a) Phƣơng thức khai thác đơn tầng (b) Phƣơng thức khai thác gộp dòng chuỗi ống [3] Hình 1.5 (a) Kiểu hồn thiện loại ống trung tâm (b) kiểu hoàn thiện loại hai chuỗi ống [3] .8 Hình 1.6 Cụm thiết bị hồn thiện dƣới tiêu biểu [6] .11 Hình 1.7 Hệ thống giám sốt giếng điển hình [7] 11 Hình 1.8 Cảm biến quang Baker Hughes cảm biến quang đo áp suất, nhiệt độ cao Schlumberger [9] 14 Hình 1.9 Sơ đồ giếng đa nhánh với tính kiểm sốt dòng nhánh 15 Hình 1.10 (a) Hiệu ứng heel – toe gây tƣợng hình thành lƣỡi nƣớc (màu xanh lam) lƣỡi khí (màu đỏ) vào cuối vòng đời vỉa (b) Hiệu trình khai thác phân đoạn giếng ngang sử dụng ICD cho vùng sản phẩm Giúp dƣớng dòng chảy cân qua phân đoạn giảm thiểu ngập nƣớc, khí [10] 16 Hình 1.11 Làm đoạn đáy giếng hiệu ứng dụng ICD [11] 17 Hình 1.12 Van kiểm sốt dòng (ICV) Halliburton [13] Schlumberger [9] .19 Hình 1.13 AICD Baker Hughes bên trái AICD Halliburton bên phải [14] 20 Hình 1.14 (a) Sản phẩm packer Baker Hughes (b) Sản phẩm packer Schlumberger [9] [15] 22 Hình 1.15 So sánh hồn thiện giếng thơng thƣờng với hồn thiện giếng truyền thống [16] 23 Hình 2.1 (a) Giếng ngang gặp hiệu ứng heel – toe (b) Xử lý kiểm sốt dòng với ICD [17] 25 vii TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 2.2 (a) Giếng ngang qua vỉa đa độ thấm (b) Xử lý kiểm soát dòng với ICD [17] 26 Hình 2.3 Sơ đồ cơng việc cho mơ hình phản ứng [18] 27 Hình 2.4 Sơ đồ cơng việc cho mơ hình chủ động [18] 27 Hình 2.5 Các cấu hoạt động 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 hệ thứ [21] .30 Hình 2.8 (a) Cơ cấu liên kết phận van hệ (b) Cơ cấu liên kết phận làm kín van hệ thứ [21] .31 Hình 2.9 ICD loại lỗ dẫn dòng kích cỡ [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 kênh dẫn lỗ dẫn dòng [22] 35 Hình 2.13 Kết thí nghiệm cho thấy dòng khí dòng dầu qua ICD AICD 100 m chiều dài vỉa với khoảng chênh áp khác [24] 36 Hình 2.14 Kích thƣớc AICD với đồng xu (dƣới) vị trí lắp đặt tƣơng ứng (trên) [24] 37 Hình 2.15 Mơ tả cấu tạo thiết bị [24] 37 Hình 2.16 Cấu tạo packer dãn nở tiêu biểu [25] 38 Hình 2.17 Lắp đặt cảm biến đầu nối cáp [1] 39 Hình 2.18 Cấu tạo PDG điển hình sclumberger [26] 41 Hình 2.19 Cơ chế hoạt động sợi quang cảm biến [7] .42 Hình 2.20 Ảnh hƣởng độ nhớt tới hoạt động kiểm sốt AICD .44 Hình 2.21 Phân loại ICD theo cách thức kiểm sốt [22] 51 Hình 2.22 Hiệu suất dòng chảy qua ICD .54 viii CHƢƠNG TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 Lƣu lƣợng qua ICD áp suất trung bình đáy giếng ban đầu P 0.0683 ft 20.82 mm đƣợc thể Bảng 3.4 giá trị Bảng 3.4 Kết lưu lượng qua phân đoạn Phân đoạn Qicd (ft3/d) 917.9 Phân đoạn 10 Qicd (ft3/d) 754.4 Phân đoạn 19 Qicd (ft3/d) 674.5 Phân đoạn 28 Qicd (ft3/d) 646.2 894.4 872.3 851.7 832.4 814.4 797.7 782.2 767.7 11 12 13 14 15 16 17 18 742.0 730.7 720.2 710.7 701.9 694.0 686.8 680.3 20 21 22 23 24 25 26 27 669.3 664.7 660.7 657.2 654.1 651.5 649.4 647.6 29 30 31 32 33 34 35 645.0 644.2 643.6 643.1 642.9 642.82 642.78 Bƣớc 4: Xác định giá trị áp suất ứng với cấp giá trị giảm dần kích cỡ đƣờng kính ICD tƣơng đƣơng độ giảm ft từ xác định độ biến thiên số khai thác tổng giếng 2970 2960 2950 2.5 2940 2930 2920 1.5 2910 2900 0.5 2890 2880 0 100 200 300 400 Độ biến thiên PI tổng nhánh ngang (stb/d/psia) 3.5 Áp suất đáy giếng trung bình, Pwf (psia) 2980 Áp suất trung bình nhánh giếng denta_PI_Tổng 500 Số lần lặp, i Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn số lần lặp kích cỡ ICD đơn ảnh hƣởng tới độ biến thiên số khai thác giếng ngang Bƣớc 5: Xác định giá trị đƣờng kính lỗ dẫn dòng tƣơng đƣơng ICD tối ƣu Dựa vào đồ thị Hình 3.9 ta chọn giá trị kích thƣớc tối ƣu vị trí độ biến thiên số khai thác tổng giếng nhánh ngang lớn Tại độ biến thiên cực đại số khai thác , 81 CHƢƠNG TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 Hình 3.10 Đồ thị lƣu lƣợng dọc thành giếng sau thiết kế ICD tƣơng đƣơng 3.8 Tính tốn kính cỡ lỗ dẫn dòng thiết bị ICD cho nhánh giếng 3.8.1 Tính tốn kính cỡ lỗ dẫn dòng thiết bị ICD cho nhánh giếng đứng  Áp dụng mơ hình thủy lực cho thiết bị ICD loại lỗ dẫn dòng kết hợp lƣới lọc dài m với số số lỗ dẫn dòng tối đa 11 lỗ đƣờng kính khơng lớn mm cho phƣơng án giếng đứng Bƣớc 1: Áp dụng vào mơ hình thủy lực cho thiết bị ICD lỗ dẫn dòng - Xác định sụt áp thông qua lƣới lọc Các lƣới lọc đƣợc thiết kế gồm thông số chiều dài m, đƣờng kính 5.23 inch, hình dạng khe lƣới hình chữ nhật kích cỡ Bên dƣới lƣới lọc ống lọc lớp dây quấn quanh ống lọc làm giảm tổng diện tích thực dòng chảy vào lƣới 11% Khi mét chiều dài lƣới lọc diện tích hiệu dụng đƣợc tính Diện tích thực dòng chảy qua mét lƣới lọc ( ) Diện tích hiệu dụng qua lƣới lọc 82 CHƢƠNG TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 Áp suất sụt giảm đƣợc mơ hình dòng chảy tầng hai đĩa có khoảng cách đĩa theo công thức (3.24) - Xác định sụt áp qua ống dẫn dƣới lƣới lọc (conduit) Dòng chảy dọc trục qua ống dẫn bên dƣới lƣới lọc đến lỗ dẫn dòng có đơi chút phức tạp Tại điềm nút ống dẫn gần hạ nguồn phía lỗ dẫn dòng lƣu lƣợng cộng dồn từ phía thƣợng nguồn lƣới lọc Điều gia tăng đến đoạn cuối ống dẫn Với hình dạng tiết diện ống dẫn hình chữ nhật biên tạo lớp lƣới dây quấn gờ cố định dây quấn đƣợc gắn tubing Ta đƣa khái niệm đƣờng kính thủy lực sử dụng cho ống tƣơng đƣơng tiết diện hình tròn Thơng số kích cỡ ống dẫn 0.503 in 0.202 in Trừ biên lồi dây quấn bao kích cỡ hiệu dụng ống dẫn 0.381 in 0.202 in hay 9.7 mm 5.1 mm Bán kính thủy lực Đƣờng kính thủy lực gấp lần bán kính thủy lực 6.69 mm Áp suất sụt giảm cho ống tròn có chảy tầng đƣợc cho công thức (3.26) - Xác định sụt áp qua buồng (chamber) Tất dòng chảy chảy hội tụ buồng ICD trƣớc tới lỗ dẫn dòng Bởi kích cỡ mặt cắt dòng chảy buồng ICD lớn nên dựa nguyên lý bernoulli chứng minh đƣợc vận tốc nhỏ Nên coi nhƣ sụt áp buồng ICD không đáng kể - Xác định sụt áp qua lỗ dẫn dòng Lỗ dẫn dòng có đƣờng kính giả sử 1/8 in Với bán kính lỗ dẫn dòng 1.59 mm 83 CHƢƠNG TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 Giả sử dòng chảy rối hồn tồn qua lỗ dẫn dòng sụt áp qua lỗ dẫn dòng từ cơng thức (3.27) Tổng sụt áp qua 5m lƣới lọc ICD có tối đa 12 lỗ dẫn dòng So sánh với giá trị thiết kế sụt áp qua ICD lỗ dẫn dòng tƣơng đƣơng cần thay đổi giá trị bán kính lỗ dẫn dòng mơ hình cho dựa công cụ solver excel với kết Nhận xét với tối đa 11 lỗ dẫn dòng đƣờng kính lỗ dẫn dòng 18.67 mm lớn so với đƣờng kính tiêu chuẩn cho phép khoảng mm Do bất khả thi mặt chế tạo nên ta không áp dụng phƣơng án thứ chuyển sang khảo sát phƣơng án thứ  Áp dụng mô hình thủy lực cho thiết bị ICD loại lỗ dẫn dòng kết hợp lƣới lọc dài m với số lỗ dẫn dòng tối đa 11 lỗ đƣờng kính khơng lớn mm cho phƣơng án giếng đứng Bƣớc 1: Áp dụng mơ hình thủy lực nhằm tính tốn kích thƣớc lỗ dẫn dòng ICD Nếu thiết kế kích thƣớc lỗ dẫn dòng tƣơng đƣơng sụt áp qua vùng thấm cao sụt áp khiến Ta áp dụng mơ hình ICD nozzle đặc tính nhƣ phƣơng án nhiên thay đổi đƣờng kính lỗ dẫn dòng khoảng mm, số lỗ dẫn dòng hoạt động 11 Ta chấp nhận thiết kế với phƣơng án Bƣớc 2: Kiểm định vận tốc cát ăn mòn cho phép thiết bị ICD theo hai mơ hình Mơ hình 1: Vận tốc tối đa cho phép theo công thức (3.28) √ Ta có 84 CHƢƠNG TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 nên ta phải thực số phƣơng pháp hoàn Do thiện dƣới nhằm kiểm soát cát cho thành hệ có độ cố kết trung bình hay sử dụng số dung dịch ức chế cát Sau ta chọn C = 200 √ nên thỏa vận tốc dòng chảy tối đa cho phép Do Mơ hình 2: Với tốc độ cát xâm nhập từ 20 kg/d giảm xuống 0.3 kg/d nhờ việc hoàn thiện thiết kế hạt chèn lƣới lọc để ngăn sinh cát bảo vệ ICD gồm 11 lỗ dẫn dòng hoạt động đƣờng kính lỗ dẫn dòng mm đƣợc chọn Vận tốc tối đa cho phép đƣợc tính theo cơng thức (3.29) √ √ √ √ Kết thu đƣợc thỏa điều kiện bền kích cỡ lỗ dẫn dòng thiết bị ICD loại lỗ dẫn dòng đƣợc chọn mm số lƣợng lỗ dẫn dòng lớn 11 ứng với phƣơng án 3.8.2 Tính tốn kính cỡ lỗ dẫn dòng thiết bị ICD cho nhánh giếng ngang  Áp dụng mơ hình thủy lực cho thiết bị ICD loại lỗ dẫn dòng kết hợp lƣới lọc dài m với số lỗ dẫn dòng tối đa 11 lỗ đƣờng kính không lớn mm cho giếng ngang Bƣớc 1: Áp dụng mơ hình thủy lực nhằm tính tốn kích thƣớc lỗ dẫn dòng ICD Nếu thiết kế kích thƣớc lỗ dẫn dòng tƣơng đƣơng sụt áp khiến sụt áp qua phân đoạn đƣợc thể Bảng 3.5 Ta áp dụng mơ hình ICD nozzle đặc tính nhƣ đề cập nhiên thay đổi đƣờng kính lỗ dẫn dòng theo tiêu chuẩn mm, số lỗ dẫn dòng hoạt động Bảng 3.5 Kết sụt áp phân đoạn với Phân đoạn 85 CHƢƠNG TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 ΔPicd (psia) 53.80 53.27 52.71 52.22 51.72 51.24 50.79 50.33 49.90 Phân đoạn 10 11 12 13 14 15 16 17 18 ΔPicd (psia) 49.52 49.13 48.79 48.43 48.10 47.81 47.50 47.32 47.06 Phân đoạn 19 20 21 22 23 24 25 26 27 ΔPicd (psia) 46.80 46.67 46.47 46.23 46.14 46.05 45.99 45.89 45.85 Phân đoạn 28 29 30 31 32 33 34 35 ΔPicd (psia) 45.76 45.72 45.71 45.69 45.69 45.64 45.64 45.63 Bƣớc 2: Kiểm định vận tốc cát ăn mòn cho phép qua thiết bị ICD theo hai mơ hình thơng số hoạt động cuối sau thiết kế ICD đƣợc thể Hình 3.11 Mơ hình 1: Vận tốc tối đa cho phép cơng thức (3.28) √ Nhận thấy tồn vận tốc xâm nhập cao vận tốc cho phép nên ta phải thực phƣơng pháp hạt chèn (gravel packer) cho thân giếng ngang nhằm kiểm soát cát tốt cho thành hệ có độ cố kết trung bình hay sử dụng số dung dịch ức chế cát Sau ta chọn C = 200 √ Khi vận tốc dòng chảy chƣa đảm bảo (Bảng 3.6) Ta tiếp tục hiệu chỉnh lại đƣờng kính lỗ dẫn dòng số lƣợng lỗ dẫn dòng hoạt động Sau vài phân đoạn heel có thiết kế lại giá trị lớn vận tốc cho phép chút nên ta chấp nhận đƣợc thể Bảng 3.6 Mơ hình 2: Vận tốc tối đa cho phép công thức (3.29) Với tốc độ cát xâm nhập từ 20 kg/d giảm xuống 0.3 kg/d nhờ việc hoàn thiện thiết kế hạt chèn lƣới lọc để ngăn sinh cát bảo vệ ICD có hoạt động Vận tốc tối đa đƣợc thể Bảng 3.6 √ √ Kiểm tra thỏa mãn √ √ thỏa mơ hình 86 CHƢƠNG TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 Bảng 3.6 thể trƣớc sau thay đổi kích cỡ số lƣợng lỗ dẫn dòng hoạt động ban đầu ; Sau thiết kế lại thỏa mãn Bảng 3.6 Kết vận tốc dòng chảy thơng qua lỗ dẫn dòng trước sau thiết kế lại Q (stb/d) V1 (ft/s) V1(m/s) V2 (ft/s) V2(m/s) 755.14 38.71 11.80 27.89 8.50 751.25 38.51 11.74 27.75 8.46 747.45 38.31 11.68 27.61 8.42 743.75 38.12 11.62 27.47 8.37 740.15 37.94 11.56 27.34 8.33 736.67 37.76 11.51 27.21 8.29 733.31 37.59 11.46 27.09 8.26 730.07 37.42 11.41 26.97 8.22 726.98 37.26 11.36 26.85 8.19 724.03 37.11 11.31 26.75 8.15 721.22 36.97 11.27 26.64 8.12 718.57 36.83 11.23 26.54 8.09 716.07 36.71 11.19 26.45 8.06 713.73 36.59 11.15 26.37 8.04 711.55 36.47 11.12 26.28 8.01 709.53 36.37 11.09 26.21 7.99 707.66 36.27 11.06 26.14 7.97 705.95 36.19 11.03 26.08 7.95 704.39 36.11 11.01 26.02 7.93 702.99 36.03 10.98 25.97 7.92 701.73 35.97 10.96 25.92 7.90 700.61 35.91 10.95 25.88 7.89 699.62 35.86 10.93 25.84 7.88 698.77 35.82 10.92 25.81 7.87 698.04 35.78 10.91 25.79 7.86 697.42 35.75 10.90 25.76 7.85 696.90 35.72 10.89 25.74 7.85 87 CHƢƠNG TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 696.49 35.70 10.88 25.73 7.84 696.16 35.68 10.88 25.72 7.84 695.91 35.67 10.87 25.71 7.84 695.74 35.66 10.87 25.70 7.83 695.62 35.66 10.87 25.70 7.83 695.54 35.65 10.87 25.69 7.83 695.51 35.65 10.87 25.69 7.83 695.50 35.65 10.87 25.69 7.83 3.9 Đánh giá kết thiết kế ICD loại lỗ dẫn dòng cho nhánh giếng Ta thiết kế thiết bị kiểm sốt dòng loại lỗ dẫn dòng cho giếng đa nhánh 1P dựa mức sụt áp đƣờng kính lỗ dẫn dòng tƣơng đƣơng Đối với giếng đứng cho vùng thấm cao đƣờng kính lỗ dẫn dòng đƣợc tính theo mơ hình thủy lực vào khoảng mm, số lỗ dẫn dòng hoạt động 11 Còn giếng ngang áp dụng ICD cho 35 phân đoạn phân đoạn 40 ft Đƣờng kính lỗ dẫn dòng khoảng 4.35 mm, số lỗ dẫn dòng hoạt động 11 Mơ hình hồn thiện giếng kiểu hạt chèn (gravel pack) lƣới lọc độ dài m để bảo vệ ICD khỏi bị tắc nghẽn kết hợp packer ngăn cách tầng khoảng 200 ft để đạt hiệu khai thác xử lý cao cho giếng nhánh ngang, giảm hiệu ứng cross – flow vỉa đa độ thấm nhƣ cải thiện độ phân bố lƣu lƣợng giếng ngang gặp hiệu ứng heel – toe Kết thiết kế, lựa chọn thông số cho cụm thiết bị ICD nhánh giếng đảm bảo lƣu lƣợng yêu cầu thiết kế 88 TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 CHƢƠNG Hình 3.11 Đồ thị thể mức lƣu lƣợng tính tốn đƣờng kính lỗ dẫn dòng so với lƣu lƣợng xâm nhập ban đầu mức lƣu lƣợng cân dọc thành giếng 89 TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Luận văn em hồn thành đƣợc mục tiêu ban đầu đề ra: - Khảo sát khả ứng dụng cơng nghệ hồn thiện giếng thông minh cho giếng khoan đa nhánh điều kiện vỉa bất đồng đặc tính vỉa - Thực quy trình thiết kế thiết bị kiểm sốt dòng đáy giếng ICD hạn chế dòng vào vỉa thấm cao kích thích dòng vào vỉa thấm thấp Q trình tính tốn thiết kế hệ thống ICD cho giếng 1P đảm bảo đƣợc thơng số hoạt động theo u cầu, ta thấy đƣợc việc áp dụng thiết bị kiểm sốt dòng nhánh có ý nghĩa quan trọng việc cân lƣu lƣợng khai thác nhánh giếng để đảm bảo ổn định khai thác lâu dài mỏ Trong q trình thiết kế, ngồi việc xác định kích thƣớc lỗ dẫn dòng số lƣợng cần lắp đặt ICD, ta cần phải lƣu ý yếu tố gây ảnh hƣởng đến hoạt động thiết bị nhƣ vận tốc dòng chảy tối đa cho phép Trong thực tế nhiều hoạt động liên quan tới vận hành đảm bảo độ tin cậy hệ thống ta cần phải xem xét tới yếu tố độ vững thành hệ, chế độ sinh cát, độ mài mòn qua lƣới lọc dòng chảy vành xuyến giếng ngang Chính vậy, để giảm thiểu hƣ hại nhƣ nâng cao hiệu suất đáy giếng ta xem xét đƣa vào mơ hình khai thác kết hợp thiết kế khoảng lập vành xuyến với hạt lèn sỏi, lƣới lọc phù hợp cho nhánh giếng Từ kết nghiên cứu thiết bị hồn thiện giếng thơng minh, ta thấy rõ tầm quan trọng cơng nghệ hồn thiện giếng bối cảnh ngành cơng nghiệp dầu khí Việc sử dụng hệ thống hồn thiện giếng thơng minh giúp giảm thiểu can thiệp từ bề mặt đồng thời đảm bảo an toàn lao động trình khai thác Nhận thức đƣợc điều này, cơng ty dịch vụ hàng đầu giới không ngừng nỗ lực phát triển sản phẩm thiết bị nhằm hỗ trợ công nghệ đột phá 90 TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kiến nghị: Dữ liệu đƣợc sử dụng cho việc tính tốn chƣa phản ánh đƣợc đầy đủ đặc tính vỉa giếng Bên cạnh đó, luận văn chƣa đề cập đến số yếu tố liên quan đến việc thiết kế hệ thống ICD, chẳng hạn nhƣ việc xem xét định lƣợng mơ hình cho hệ thống với tích hợp packer, chất lƣu đa pha tính đến khảo sát thành phần lƣu chất đặc biệt ảnh hƣởng tới đặc tính hoạt động loại ICD Song song với với dựa tính hiệu mặt kỹ thuật nhƣ đánh giá kinh tế dự án để định chọn loại thiết kế ICD hay nhiều loại ICD áp dụng cho tất phân đoạn Do đó, hƣớng phát triển cho luận văn em sâu việc đánh giá yếu tố kĩ thuật nhằm tối ƣu hóa thiết kế ICD nội dung nhƣ loại, phƣơng thức thiết kế đơn đa ICD, kích cỡ tối ƣu nhƣ vị trí cho nhiều phân đoạn nhờ vào khảo sát mơ hình phần mềm mơ hệ thống tĩnh động thái dòng chảy, vỉa có xét tới yếu tố thời gian Từ đề suất thêm số ứng dụng kỹ thuật cho thiết bị nhƣ việc kết hợp van cửa trƣợt tối ƣu hóa khai thác độ ngập nƣớc cao hình thành lƣỡi nƣớc Ngồi cơng nghệ kiểm sốt dòng tự điều tiết với tính vƣợt trội việc ngăn chặn lƣu chất không mong muốn có độ nhớt thấp nhƣ nƣớc, khí luận văn em chƣa đƣợc sâu để thiết kế loại thiết bị Nên đề suất em hƣớng phát triển nên đem vào khảo sát ứng dụng cho thiết kế cho thiết bị van kiểm sốt dòng tự điều tiết Cuối nghiên cứu thiết kế hoàn thiện giếng tối ƣu kỹ thuật kiểm sốt dòng gắn liền với cơng nghệ hồn thiện giếng thơng minh bao gồm van/thiết bị kiểm sốt, cảm biến giám sát dòng nên đƣợc sâu khảo sát cho giếng, mỏ cụ thể Điển hình, việc khảo sát cơng trình nghiên cứu vỉa dầu mỏng Malaysia, giới chia sẻ nghiên cứu nội cơng ty dầu khí Việt Nam Để từ rút kinh nghiệm việc tối ƣu thiết kế giếng hồn thiện thơng minh phù hợp đặc điểm địa chất Việt Nam tƣơng lai 91 TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] J Bellarby, Well Completion Design, Volume 56 1st editon, development in petroleum science, 2009 [2] T Jokela, " Significance of inflow control device (ICD) technology in horizontal sand," University of Stavanger, 2008 [3] H W I o P Engineering, Production Technology, 2012 [4] L Y Xu Xiaoyu, "Smart Well Technology in Daqing Oil Field," 161891-MS SPE Conference Paper, 11-14 November 2012 [5] D Mathieson, "Intelligent Well Automation - Design and Practice," 103082-MS SPE Conference Paper, 24-27 September 2006 [6] A Wilson, "Inflow-Control Device, Inflow-Control Valves Aid Kuwait's First Smart Multilateral Well," 0513-0113-JPT SPE Journal Paper, vol 65, no 05, May 2013 [7] Smart Fibres Ltd, 19 April 2018 [Online] Available: https://www.smartfibres.com/files/pdf/DPTS_Overview.pdf [8] J A.E.Ajienka, "Comparative Analysis of Permanent Downhole Gauges and their Applications ," 172435-MS SPE Nigeria Annual International Conference and Exhibition, 5-7 August 2014 [9] "www.slb.com," schlumberger, 2015 [Online] Available: https://www.slb.com/~/media/Files/completions/product_sheets/intelligent_compl etions/trfc-hd-ps.pdf [10] S K Timo Jokela, "Inflow Control Devides - Raising Profiles," Schlumberger, 92 TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 TÀI LIỆU THAM KHẢO 2010 [Online] Available: https://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_review/ors09/win09/03_infl ow_control_devices.pdf [11] A Sunbul, "Case Histories of Improved Horizontal Well Cleanup and Sweep Efficiency with Nozzle Based Inflow Control Devices (ICD) in Sandstone and Carbonate Reservoirs," 120795-MS SPE Conference Paper, 10-12 May 2008 [12] "www.bakerhughes.com," 2010 [Online] Available: https://assets.www.bakerhughes.com/system/f5c1b07101b7aeb64174322aad7a65c 1_30573t-flowcontrol_catalog-1210.pdf [13] "http://www.halliburton.com," halliburton, 2017 [Online] Available: http://www.halliburton.com/public/wd/contents/Data_Sheets/web/H06970_hs_seri es_icv.PDF [14] "www.bakerhughes.com," 2017 [Online] Available: https://assets.www.bakerhughes.com/system/a0/5050002c3b11e7906e6128dd2e7 2b8/EQUALIZER_LIFT_ov.pdf [15] "www.bakerhughes.com," 2012 [Online] Available: https://assets.www.bakerhughes.com/system/96599d804d94403e9215de5516d322 ef/pdfs/pdf/15056-Packer-Systems_Catalog-web.pdf [16] J S (WellDynamics), "Comparison of Downhole Control System Technologies for Intelligent Completions," 147547-MS SPE Society of Petroleum Engineers, 15-17 November 2011 [17] Halliburton, "Equiflow inflow control devices and equiflow inject system," 2009 [Online] [18] I B S K G.A Carvajal, "A Smart Flow for SmartWells: Reactive and Proactive Modes," 167821-MS SPE Conference Paper, 1-3 April 2014 93 TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 TÀI LIỆU THAM KHẢO [19] S A.-S Polina Minulina, "The Design, Implementation and Use of Inflow Control Devices for Improving the Production Performance of Horizontal Wells," 157453MS SPE Conference Paper, 14-16 May 2012 [20] F T Al-khelaiwi, "Advanced Sand-Face Completion Design and Application in Gas and Gas-Condensate Fields," 133603-MS SPE Society of Petroleum Engineers, 18-20 October 2010 [21] J U Rahman, "Second Generation Interval Control Valve (ICV) Improves Operational Efficiency and Inflow Performance in Intelligent Completions," 150850-MS SPE Conference Paper, 20-22 February 2012 [22] H.-E B Torbergsen, "Application and Design of Passive Inflow Control Devices on the Eni Goliat Oil Producer," University of Stavanger , 2010 [23] B S Aadnoy, "Analysis of Inflow Control Devices," 122824-MS SPE Society of Petroleum Engineers, 8-11 September 2009 [24] B H Haavard Aakre, "Smart Well With Autonomous Inflow Control Valve Technology," 164348-MS SPE Conference Paper, 10-13 March 2013 [25] G P Kennedy, "The Use of Swell Packer's as a Replacement and Alternative to Cementing," 95713-MS SPE Conference Paper, 9-12 October 2005 [26] J Eck, "Downhole Monitoring: The story so far," schumberger, [Online] Available: https://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_review/ors99/win99/pages2 0_33.pdf [27] F T A.-K Vasily M Birchenko, "Advanced Wells: How To Make a Choice Between Passive and Active Inflow-Control Completions," 115742-MS SPE Conference Paper, 21-24 September 2008 94 TRẦN MẠNH HÙNG 1411569 TÀI LIỆU THAM KHẢO [28] P G ( H A P Ltd), "Design, Analysis, and Diagnostics for Passive Inflow Control Devices with Openhole Packer Completions," 20348-MS OTC Conference Paper, 3-6 May 2010 [29] h H A k A Ayesha Al Marzooqi, "Wellbore segmentation using inflow control devides: Design and Opstimisation Process," Abu Dhabi International Petroleum Exhibition and Conference, 1-4 November 2010 [30] M Tabatabaei, "A New Method To Predict Performance of Horizontal and Multilateral Wells," 13122-MS IPTC Conference Paper, vol 26, no 01, 7-9 December 2009 [31] F T M Al-Khelaiwi, "A comprehensive approach to the design of advanced well completions," Heriot-Watt University, Edinburgh, Scotland, UK, 2013 95 ... thiết bị định vị gắn phía ngồi cột ống khai thác đƣợc dùng để đặt van điều khiển, van tuần hoàn, van bơm hóa phẩm, van tiết lƣu hay van gaslift khỏi động mà không ảnh hƣởng tới tiết diện OKT Mặt... giếng thƣờng sử dụng van an toàn với đƣờng thủy lực Tuy nhiên việc sử dụng van vừa làm tăng chi phí vừa khó khăn lắp đặt tốn vận hành, dễ xảy rủi ro hỏng hóc Túi hơng mandrel van gaslift Mandrel... thác Van an toàn giếng sâu (subsurface safety valve) Nhiệm vụ: Van an tồn sâu đóng vai trò quan trọng q trình ngăn dòng sản phẩm khai thác phun trào lên khỏi bề mặt có cố hệ thống khai thác Van