ỨNG DỤNG KHOAN KIỂM SOÁT ÁP SUẤT TRONG VỈA ÁP SUẤT CAO NHIỆT ĐỘ CAO

ỨNG DỤNG KHOAN KIỂM SOÁT ÁP SUẤT TRONG VỈA ÁP SUẤT CAO NHIỆT ĐỘ CAO I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng cần phải tìm kiếm và khai thác nhiều mỏ dầu khí hơn. Ngày càng có nhiều vỉa được phát hiện ở độ sâu lớn và phức tạp hơn. Khi khoan qua các thành hệ sâu với đặc trưng là áp suất cao, nhiệt độ cao (HPHT) phải đối mặt với nhiều thử thách trong khi khoan, thiết kế dung dịch khoan, ống chống, bơm trám xi măng… Khoan kiểm soát áp suất (MPD) là phương pháp ngày càng áp dụng rộng rải để khoan qua các thành hệ phức tạp và đòi hỏi sự an toàn về sức khỏe và môi trường. MPD thường được ứng dụng để khoan qua tầng mất dung dịch trầm trọng, các tầng sâu có áp suất cao, nhiệt độ cao với đặc trưng là cửa sổ áp suất hẹp. Đồ án này sẽ nêu rõ những khó khăn khi khoan qua vỉa HPHT, từ đó ứng dụng phương pháp khoan kiểm soát áp suất thích hợp. II. MỤC TIÊU Chọn phương pháp khoan kiểm soát áp suất thích hợp khi khoan qua vỉa áp suất cao, nhiệt độ cao. III. NHIỆM VỤ Phân tích những khó khăn khi khoan qua vỉa áp suất cao, nhiệt độ cao, nghiên cứu các phương pháp khoan kiếm soát áp suất, từ đó chọn phương pháp thích hợp để khoan qua vỉa HPHT. IV. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Phạm vi nghiên cứu là vỉa áp suất cao, nhiệt độ cao và phương pháp khoan kiểm soát áp suất V. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN 1. Trần Nam Tuân (2012). Ứng dụng khoan kiểm soát áp suất giải quyết sự cố mất dung dịch khi khoan qua tầng móng mỏ Bạch Hổ bể Cửu Long. Luận văn Tốt nghiệp trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM Tác giả đã phân tích đặc điểm địa chất của tầng móng mỏ Bạch Hổ và ưu nhược điểm của phương pháp khoan kiểm soát áp suất. Từ đó,tác giả đã lựa chọn phương pháp khoan với mũ dung dịch tạo áp để giải quyết hiện tượng mất dung dịch khi khoan qua tầng móng mỏ Bạch Hổ. 2. Nguyễn Hữu Hạnh (2011). Ứng dụng công nghệ khoan kiểm soát áp suất với áp suất đáy giếng ổn định cho giếng khoan X thuộc cấu tạo triển vọng Tê Giác Đen. Luận văn Tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Tp.HCM Dựa trên điều kiện địa chất của giếng khoan X thuộc cấu tạo Tê Giác Đen với điều kiện áp suất hết sức phức tạp và khảo sát kết quả ứng dụng phương pháp khoan kiểm soát áp suất ở Việt Nam, luận văn đã lựa chọn phương pháp khoan áp suất đáy ổn định (CBHP) cho giếng khoan này. Ngoài ra, luận văn còn trình bày qui trình lắp đặt thiết bị, thi công đến giải quyết sự cố trong quá trình thực hiện. 3. Nguyễn Văn Khang (2010). Nghiên cứu ứng dụng công nghệ khoan kiểm soát áp suất cho giếng khoan TGD2X cấu tạo Tê Giác Đen. Luận văn Thạc sĩ Đại học Bách Khoa Tp.HCM Mục đích nghiên cứu của luận văn là khả năng áp dụng và lựa chọn phương pháp khoan kiểm soát áp suất thích hợp cho giếng khoan TGD2X cấu tạo Tê Giác Đen. Dựa trên nghiên cứu về điều kiện địa chất của các giếng tương đồng TGD1X và TGD1XST1 để đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ khoan kiểm soát áp suất cho giếng TGD2X. Bên cạnh đó, luận văn còn khảo sát hiệu quả ứng dụng công nghệ khoan kiểm soát áp suất tại mỏ Cá Ngừ Vàng từ đó đề xuất phương pháp khoan áp suất đáy ổn định cho giếng khoan TGD2X.

ĐAMH: ỨNG DỤNG KHOAN KIỂM SOÁT ÁP SUẤT TRONG VỈA ÁP SUẤT CAO NHIỆT ĐỘ CAO I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Để đáp ứng nhu cầu lượng ngày tăng cần phải tìm kiếm khai thác nhiều mỏ dầu khí Ngày có nhiều vỉa phát độ sâu lớn phức tạp Khi khoan qua thành hệ sâu với đặc trưng áp suất cao, nhiệt độ cao (HPHT) phải đối mặt với nhiều thử thách khoan, thiết kế dung dịch khoan, ống chống, bơm trám xi măng… Khoan kiểm soát áp suất (MPD) phương pháp ngày áp dụng rộng rải để khoan qua thành hệ phức tạp địi hỏi an tồn sức khỏe môi trường MPD thường ứng dụng để khoan qua tầng dung dịch trầm trọng, tầng sâu có áp suất cao, nhiệt độ cao với đặc trưng cửa sổ áp suất hẹp Đồ án nêu rõ khó khăn khoan qua vỉa HPHT, từ ứng dụng phương pháp khoan kiểm sốt áp suất thích hợp II MỤC TIÊU Chọn phương pháp khoan kiểm sốt áp suất thích hợp khoan qua vỉa áp suất cao, nhiệt độ cao III NHIỆM VỤ Phân tích khó khăn khoan qua vỉa áp suất cao, nhiệt độ cao, nghiên cứu phương pháp khoan kiếm sốt áp suất, từ chọn phương pháp thích hợp để khoan qua vỉa HPHT IV PHẠM VI NGHIÊN CỨU Phạm vi nghiên cứu vỉa áp suất cao, nhiệt độ cao phương pháp khoan kiểm sốt áp suất V TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CĨ LIÊN QUAN Trần Nam Tuân (2012) Ứng dụng khoan kiểm soát áp suất giải cố dung dịch khoan qua tầng móng mỏ Bạch Hổ bể Cửu Long Luận văn Tốt nghiệp trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM Tác giả phân tích đặc điểm địa chất tầng móng mỏ Bạch Hổ ưu nhược điểm phương pháp khoan kiểm sốt áp suất Từ đó,tác giả lựa chọn phương pháp khoan với mũ dung dịch tạo áp để giải tượng dung dịch khoan qua tầng móng mỏ Bạch Hổ 2 Nguyễn Hữu Hạnh (2011) Ứng dụng công nghệ khoan kiểm soát áp suất với áp suất đáy giếng ổn định cho giếng khoan X thuộc cấu tạo triển vọng Tê Giác Đen Luận văn Tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Tp.HCM Dựa điều kiện địa chất giếng khoan X thuộc cấu tạo Tê Giác Đen với điều kiện áp suất phức tạp khảo sát kết ứng dụng phương pháp khoan kiểm soát áp suất Việt Nam, luận văn lựa chọn phương pháp khoan áp suất đáy ổn định (CBHP) cho giếng khoan Ngồi ra, luận văn cịn trình bày qui trình lắp đặt thiết bị, thi công đến giải cố trình thực Nguyễn Văn Khang (2010) Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất cho giếng khoan TGD-2X cấu tạo Tê Giác Đen Luận văn Thạc sĩ Đại học Bách Khoa Tp.HCM Mục đích nghiên cứu luận văn khả áp dụng lựa chọn phương pháp khoan kiểm soát áp suất thích hợp cho giếng khoan TGD-2X cấu tạo Tê Giác Đen Dựa nghiên cứu điều kiện địa chất giếng tương đồng TGD-1X TGD-1X-ST1 để đánh giá khả ứng dụng công nghệ khoan kiểm sốt áp suất cho giếng TGD-2X Bên cạnh đó, luận văn cịn khảo sát hiệu ứng dụng cơng nghệ khoan kiểm soát áp suất mỏ Cá Ngừ Vàng từ đề xuất phương pháp khoan áp suất đáy ổn định cho giếng khoan TGD-2X VI CẤU TRÚC ĐỒ ÁN Cơ sở lý thuyết vỉa áp suất cao, nhiệt độ cao a Định nghĩa, phân loại vỉa HPHT b Những khó khăn khoan qua vỉa HPHT - Khó khăn khoan  Trong kiểm sốt giếng  Tốc độ khoan thấp  Non-Production Time  Trong thiết kế dung dịch khoan - Khó khăn bơm trám xi măng - Khó khăn Hồn thiện giếng Cơ sở lý thuyết phương pháp khoan kiểm soát áp suất a Tổng quan phương pháp MPD b Phân loại - Khoan với áp suất đáy ổn định (CBHP)  Ứng dụng áp suất hồi ( Application of Backpressure)  Hệ thống tuần hoàn liên tục (CCS) - Khoan với mũ dung dịch tạo áp (PMCD) - Khoan với tỷ trọng kép (DG)  Subsea Mudlift Drilling  Mud Dilution Ứng dụng khoan kiểm soát áp suất khoan qua vỉa HPHT CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP KHOAN KIỂM SOÁT ÁP SUẤT I.1 Giới thiệu phương pháp khoan kiểm soát áp suất .1.1 Định nghĩa - Theo Hiệp hội Quốc tế nhà thầu Khoan (IADC):  Từ tháng 2/ 2004 đến tháng 1/2008: “ Qui trình khoan thích hợp sử dụng để điều khiển cách xác áp suất vành xuyến toàn giếng” “Mục tiêu đảm bảo giới hạn môi trướng áp suất đáy giếng kiểm sốt thích hợp áp suất vành xuyến”  Bổ sung định nghĩa vào tháng 1/2008: “ MPD nhằm tránh xâm nhập chất lưu vỉa lên bề mặt Bất kì dịng chảy bất thường xử lý qui trình thích hợp.” - Theo Weatheford  “Khoan kiểm soát áp suất phương pháp tiên tiến việc kiếm soát giếng cách sử dụng hệ thống dung dịch khoan gia áp kín để kiểm sốt xác áp suất giếng.” Hình thể khác phương pháp khoan truyền thống MPD Đối với phương pháp khoan truyền thống, dòng dung dịch khoan tiếp xúc trược tiếp với mơi trường Trong khi, dịng dung dịch MPD vịng kín nhờ thiết bị kiểm sốt tuần hồn (RCD) Hình Khác đường dung dịch khoan truyền thống MPD I.1.2 Khác MPD với UBD phương pháp khoan truyền thống Mục đích MPD kiểm sốt áp suất đáy giếng nằm cửa sổ áp suất giống phương pháp khoan truyền thống Tuy nhiên, MPD sử dụng thêm thiết bị nhờ kiểm sốt áp suất giếng hiệu cung cấp nhiều thông tin điều kiện đáy giếng Thông tin việc kiểm sốt áp suất giếng có ích việc đưa định định hướng tốt khoan qua điều kiện áp suất phức tạp MPD giống Khoan cân (UBD) Thậm chí, MPD cịn sử dụng nhiều thiết bị giống UBD Tuy nhiên, UBD có xu hướng ngăn chặn vấn đề ảnh hưởng đến thành hệ, MPD có ích việc ngăn chặn vấn đề liên quan đến khoan UBD cho phép dòng chất lưu vỉa xâm nhập vào giếng cách sử dụng cột dung dịch có áp suất bé áp suất vỉa MPD di trì áp suất đáy giếng lớn áp suất vỉa bé áp suất vỡ vỉa “UBD liên quan đến vấn đề vỉa, MPD liên quan đến vấn đề khoan.” I.1.3 Khi cần ứng dụng MPD? Những trường hợp cần phải xem xét sử dụng MPD: - Những vấn đề khoan mà phương pháp khác không giải được:  Chất lưu xâm nhập dung dịch  Hiện tượng pittong – xilanh (Surge and Swab)  Cửa sổ áp suất hẹp - Thời gian không khoan (flat time) thời gian không hiệu (NPT) cao - Liên quan đến vấn đề Sức khỏe, An toàn Môi trường (HSE) - Hết cấp ống chống trước đến mục tiêu Những vấn đề khoan mà MPD giảm thiểu: - Giảm thiểu tượng dầu khí phun dung dịch - Giảm vấn đề kẹt cần - Giúp đạt đến mục tiêu khoan giếng sâu - Ổn định thành hố khoan tốt - Giảm thời gian không khoan thời gian không hiệu - Giảm số cấp ống chống - Giúp sớm phát giảm thiểu thể tích chất lưu xâm nhập - Giảm số lần thay đổi dung dịch khoan để đạt đến mục tiêu - Giảm thiểu vấn đề phình ép thành hệ (ballooning andbreathing), tượng pittong – xilanh (surge and swab) Hình cho thấy thời gian không hiệu (NPT) để xử lý vấn đề như: phun trào, dung dịch, kẹt cần…có thể giảm thiểu 42% nhờ phương pháp MPD Hình Những cố MPD giảm thiểu I.1.4 Phân loại Hiện có nhiều cách phân loại kỹ thuật MPD Trong phạm vi nghiên cứu đồ án này, MPD phân loại để có nhìn tổng qt phương pháp đặc trưng MPD Vì vậy, số phương pháp nghiên cứu không đề cập đồ án MPD chia thành “loại” (Variations), là: Khoan với áp suất đáy ổn định (Constant Bottomhole Pressure - CBHP), Mũ dung dịch gia áp (Pressurized Mud Cap Drilling - PMCD), Khoan với tỷ trọng kép (Dual Gradient – DG) Khoan kiểm sốt dịng khoan bảo đảm Sức khỏe, An tồn, Mơi trường (Health, Safe and Enviroment – HSE) Trong đó, số “loại” bao gồm nhiều “phương pháp” (Method) nhỏ Á M T D S Ứ H p ũ ỷ ứ ệ n ò u c g a n s d t g u r k h d t ấ n ọ h ô ụ a d t g ỏ ịn e g c , d h ị k t u c é A u p n h p n ầ g â s n D t u d g i G o h ịấ a o t c n h ,á n h p k ilM h P iô o iM ê a C n D t r t ụ c Hình Phân loại phương pháp MPD I.2 Kỹ thuật khoan Kiểm soát áp suất Phần thể chi tiết chất phương pháp phân loại phần trước I.2.1 Khoan với áp suất đáy ổn định (CBHP) CBHP sử dụng rộng rãi nhằm trì áp suất đáy ln ổn định giếng chuyển từ trạng thái khơng tuần hồn sang tuần hồn ngược lại Có áp suất đáy ổn định mang đến nhiều lợi ích như: - Tránh vấn đề khoan liên quan đến thay đổi liên tục tỷ trọng dung dịch tương đương - Khoan qua tầng có cửa sổ áp suất hẹp - Đạt đến mục tiêu cách an tồn giảm thời gian khơng hiệu NPT CBHP bao gồm hai phương pháp: Ứng dụng áp suất hồi (Application of Back Pressure - ABP) Hệ thống tuần hoàn liên tục (Continuous Circulation System – CCS) ABP sử dụng bơm để tạo áp suất hồi vành xuyến tháo hay lắp cần khoan, nhằm trì áp suất đáy giếng giống tuần hoàn CCS sử dụng thiết bị Đầu nối tuần hoàn liên tục ( Continuous Circulation Coupler – CCC) nhằm trì tuần hồn dung dịch khoan tháo, lắp cần I.2.1.1 Ứng dụng áp suất hồi Trong phương pháp khoan truyền thống, dung dịch khoan có tỷ trọng thích hợp lựa chọn để áp suất giếng nằm cửa sổ áp suất Khi giếng trạng thái tĩnh, áp suất đáy giếng áp suất thủy tĩnh cột dung dịch khoan Khi chuyển sang trạng thái tuần hoàn, áp suất đáy giếng bao gồm áp suất ma sát vành xuyến (annulus friction pressure) áp suất tỷ trọng tuần hoàn tương đương (Equivalent Circulation Density – ECD) Do vậy, vỉa có sổ áp suất hẹp, giếng kiểm soát trạng thái tĩnh, tuần hoàn áp suất đáy giếng vượt qua áp suất vỡ vỉa, điều làm ảnh hưởng đến thành hệ Ngược lại, giảm tỷ trọng dung dịch khoan để kiểm sốt giếng tuần hồn tượng chất lưu vỉa xâm nhập xảy ngưng tuần hoàn BHP during drilling BHP when not drilling Conventional Drilling MW +ECD CBHP MPD MW + ECD + BP MW MW + BP Bảng So sánh áp suất đáy khoan truyền thống CBHP ABP sử dụng dung dịch khoan với tỷ trọng nhẹ cách tạo áp suất hồi từ bề mặt giếng khơng tuần hồn Khi tuần hồn, áp suất hồi vành xuyến giảm tương ứng với xuất áp suất ma sát (AFP), nhờ áp suất đáy giếng trì ổn định (Hình 4) Hình Quá trình thay đổi áp suất đáy tuần hoàn ngưng tuần hoàn I.2.1.2 Hệ thống tuần hoàn liên tục (CCS) Trong phương pháp khoan truyền thống, việc tuần hoàn dung dịch phải tạm dừng tháo lắp cần, CCS cho phép việc tuần hoàn dung dịch thực giai đoạn Điều có ích việc ngăn chặn số vấn đề xảy tắt mở bơm liên tục Khi ngưng tuần hoàn dung dịch, suy giảm áp suất đáy giếng dẫn đến cố phun trào xâm nhập chất lưu vỉa Thậm chí thành hệ nén ép hố khoan gây kẹt cần Hơn nữa, ngưng tuần hoàn, dung dịch khoan bắt đầu hình thành trạng thái “keo” (gel) Khi khởi động bơm, áp suất gia tăng phá vỡ trạng thái keo gây tượng tăng áp suất đột ngột (pressure spike) Hình Điều làm cho dung dịch khoan vào thành hệ Hình Sự thay đổi đột ngột áp suất tắt khởi động tuần hồn CCS giải vấn đề cách sử dụng Đầu nối tuần hoàn liên tục (Continuous Circulation Coupler –CCC) Qui trình hoạt động CCC tháo lắp cần thể Hình CCC ơm chặt cần khoan, rams rams đóng để tạo thành buồng kín, đường dung dịch khoan vào buồng mở để gia áp bước hình Đường vào dung dịch qua ống đứng đóng, q trình tháo cần tiến hành Snubber, rams đóng để chia buồng thành hai phần riêng biệt bước hình Dung dịch khoan phần xả bước hình Sau cần chủ đạo di chuyển để gắn cần khoan bước Sử dụng CCS đem lại nhiều lợi ích như:  Giảm thời gian khơng tuần hồn  Giảm khả kẹt cần giữ mùn khoan không lắng xuống đáy giếng  Tỷ trọng tuần hồn tương đương ln trì Hình Cấu tạo CCC Hình Qui trình tháo lắp cần có sử dụng CCC I.2.2 Khoan với mũ dung dịch tạo áp (PMCD) PMCD phương pháp thích hợp cho giếng xảy tượng phun trào dung dịch nghiêm trọng PMCD thường sử dụng khoan qua tầng móng nứt nẻ tầng cacbonat Hình trình bày hai phương pháp sử dụng khoan tầng có cửa sổ áp suất hẹp Trong trường hợp sử dụng phương pháp CBHP áp suất hồi bề mặt cao Khi phương pháp PMCD xem xét đưa vào sử dụng Hình Hai giải pháp (CBHP PMCD) cho vỉa có cửa sổ áp suất hẹp PMCD sử dụng kết hơp hai dung dịch khoan khác nhau, dung dịch mù (sacrifical fluid) nhẹ, rẻ tiền dung dịch có tỷ trọng lớn Dung dịch mù rẻ tiền, thường sử dụng nước biển, bơm cần khoan qua choong khoan Mùn khoan đưa vào vùng dung dịch dung dịch mù Dung dịch nặng, diện vành xuyến vùng bị dung dịch, nhằm trì áp suất đáy giếng tránh tượng phun trào (Hình 9) Hình Kỹ thuật khoan với mũ dung dịch tạo áp Những lợi ích phương pháp PMCD:  Giải tượng dung dịch trầm trọng mà phương pháp khác không làm  Cắt giảm chi phí cách đáng kể dung dịch khoan đắt tiền không vào thành hệ  Cải thiện tốc độ khoan học (ROP) khoan với dung dịch mù có tỷ trọng nhẹ  Giảm đáng kể thời gian không hiệu (NPT) mà phương pháp khoan khác phải có để giải tượng dung dịch phun trào I.2.3 Khoan với tỷ trọng kép (DG) Đối với môi trường biển sâu, nước biển đóng vai trị đáng kể làm cửa sổ áp suất hẹp tỷ trọng nước biển bé đất đá nhiều Bên cạnh cửa sổ áp suất hẹp, khoan biển sâu, số cấp ống chống hết chưa đạt đến mục tiêu đường kính giếng khơng mong muốn Tuy nhiên, DG giúp khoan đến mục tiêu với đường kính giếng mong muốn I.2.3.1 Khoan sử dụng bơm nâng dung dịch (SMD) SMD sử dụng thiết bị như: Bơm dung dịch nâng (Seawater Pump), Bộ chuyển hướng tuần hoàn đặt đáy biển (Subsea Rotating Diverter), Bộ xử lý mùn khoan (Cutting Process)…Các thiết bị chi tiết thể Hình 10 Hình 10 Sơ đồ thiết bị sử dụng phương pháp SMD Dung dịch mang theo mùn khoan, xử lý mùn khoan tách nghiền mùn khoan thành bột Sau đó, dung dịch đưa lên bề mặt qua đường hồi (return line) trợ giúp Bơm nâng dung dịch đáy biển mà không gây vấn đề với ống chống.Dung dịch khoan sử dụng có tỷ trọng lớn nước biển, điều giúp khoan qua thành hệ có sổ áp suất hẹp số cấp ống chống Hình 11 Số cấp ống chống yêu cầu dùng phương pháp khoan truyền thống Hình 12 Số cấp ống chống dùng phương pháp SMD I.2.3.2 Hòa tan dung dịch khoan (MD) MD phương pháp DG Trong phương pháp này, dung dịch khoan có tỷ trọng lớn sử dụng Một dung dịch khác nhẹ bơm vào vành xuyến độ sâu thích hợp để hịa tan với dung dịch khoan hồi Dung dịch khoan, sau hòa tan, qua máy tách khí sàn rung để loại bỏ khí hịa tan mùn khoan Sau đó, bơm ly tâm tách dung dịch thành hai dung dịch nặng nhẹ riêng biệt Hình 13 Hình 13 Hệ thống tuần hoàn dung dịch phương pháp MD Tương tự SMD, MD giúp khoan đến mục tiêu với số cấp ống chống giảm đáng kể so với khoan với dung dịch phương pháp truyền thống Hình 14 Hình 14 Số cấp ống chống yêu cầu phương pháp MD Ưu điểm phương pháp sử dụng hầu hết dự án biển, nhiều thiết bị phương pháp sử dụng trong công nghiệp khoan khơng cần huấn luyện nhiều  ... Drilling  Mud Dilution Ứng dụng khoan kiểm soát áp suất khoan qua vỉa HPHT CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP KHOAN KIỂM SOÁT ÁP SUẤT I.1 Giới thiệu phương pháp khoan kiểm soát áp suất .1.1 Định nghĩa... ứng dụng công nghệ khoan kiểm soát áp suất cho giếng TGD-2X Bên cạnh đó, luận văn cịn khảo sát hiệu ứng dụng cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất mỏ Cá Ngừ Vàng từ đề xuất phương pháp khoan áp suất. .. liên quan đến khoan UBD cho phép dòng chất lưu vỉa xâm nhập vào giếng cách sử dụng cột dung dịch có áp suất bé áp suất vỉa MPD di trì áp suất đáy giếng lớn áp suất vỉa bé áp suất vỡ vỉa “UBD liên