Tính toán và thiết kế quỹ đạo giếng khoan định hướng

Đề tài tập trung vào giới thiệu tổng quan về khoan định hướng, khả năng ứng dụng trên thế giới và Việt Nam. Tính toán và thiết kế một giếng khoan định hướng ở mỏ X

TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG MỤC LỤC Mục lục 1 Lời cám ơn 4 Mở đầu 5 Danh sách hình vẽ 7 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ KHOAN ĐỊNH HƯỚNG 1.1 Tổng quan 9 1.2 Các ứng dụng của khoan định hướng 10 1.2.1 Khoan cắt xiên 10 1.2.2 Vị trí địa hình khó tiếp cận 12 1.2.3 Khoan phát triển mỏ 13 1.2.4 Giếng khoan cứu sự cố 14 1.2.5 Giếng khoan ngang 15 1.2.6 Ứng dụng khác 16 1.3 Kỹ thuật định hướng 18 1.3.1 Nguyên lý điểm tựa 18 1.3.2 Nguyên lý con lắc 18 1.3.3 Nguyên lý ổn định 19 1.4 Các thiết bị làm lệch hướng 19 Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang 1 TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG 1.4.1 Máng xiên 19 1.4.2 Choòng thủy lực 21 1.4.3 Steerable Motor Assemblies – Động cơ có khả năng điều chỉnh hướng hay PDMs – Động cơ thể tích 23 CHƯƠNG 2 : CÔNG NGHỆ KHOAN XOAY ĐỊNH HƯỚNG ( RSS ) 2.1 Giới thiệu công nghệ khoan xoay định hướng 27 2.2 Power Drive X5 28 2.3 Power Drive Xceed 30 2.4 Power Drive Vortex 33 CHƯƠNG 3 : CÁC QUỸ ĐẠO CƠ BẢN CỦA GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG 3.1 Khái niệm chung 35 3.2 Các dạng quỹ đạo của giếng khoan định hướng 3.2.1 Quỹ đạo tiếp tuyến 37 3.2.2 Quỹ đạo chữ S 41 3.2.3 Quỹ đạo chữ S 46 3.2.4 Quỹ đạo cắt xuyên sâu 51 CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN QUỸ ĐẠO GIẾNG CHO GIẾNG KHOAN X 4.1 Cơ sở tính toán và lựa chọn quỹ đạo cho giếng khoan 54 4.1.1 Yếu tố địa chất 54 Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang 2 TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG 4.1.2 Yếu tố kỹ thuật và công nghệ 54 4.1.3 Yếu tố kinh tế 55 4.1.4 Yếu tố khai thác 55 4.2 Các dạng quỹ đạo khoan định hướng thường gặp 55 4.3 Lựa chọn và tính toán quỹ đạo cho giếng khoan X 57 4.3.1 Chọn dang quỹ đạo 58 4.3.2 Tính toán cho giếng 59 CHƯƠNG 5 : TỔNG KẾT 63 Tài liệu tham khảo 64 Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang 3 TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cám ơn quý thầy cô Bộ môn Khoan & Khai thác Dầu khí đã chỉ dạy tận tình, truyền đạt cho em những kiến thức quý báu và kinh nghiệm trong suốt quá trình học tập. Qua đề tài này, em đã có thêm kinh nghiệm bước đầu và sự tự tin để sau này tiếp tục phát huy và nghiên cứu thêm nhiều đề tài cho công việc sau này. Nhân đây em xin gửi lời cám ơn đến thầy Hoàng Trọng Quang, người đã hướng dẫn em rất tận tình và kịp thời chỉ ra những thiếu sót, đưa ra những ý kiến quý báu cho em trong suốt quá trình thực hiện để hoàn chỉnh đồ án này. Do kiến thức còn tương đối hạn chế nên chắc rằng đề tài này sẽ có nhiều sai sót. Kính mong thầy chỉ bảo thêm để em có thể rút kinh nghiệm những lần sau. Em xin chân thành cảm ơn. Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang 4 TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Khoan là phương tiện tin cậy nhất để tìm kiếm, thăm dò và là phương pháp duy nhất để khai thác dầu khí. Vì vậy sự thành công hay thất bại trong công tác khoan sẽ là yếu tố quyết định đến sự thành công hay thất bại của dự án tím kiếm, thăm dò và khai thác. Hiện nay trong lĩnh vực khoan dầu khí thì việc định hướng không còn là để khoan những giếng khoan nghiêng, khoan ngang mà kể cả những giếng khoan thẳng đứng cũng cần đến định hướng để khoan đúng đến vị trí có dầu-khí. Ngoài ra, hiện nay với mật độ giếng khoan dày đặc thì khoan định hướng giúp giảm thiểu việc khoan nhầm vào giếng xung quanh, thậm chí khoan cắt vào giếng đang khai thác. Điều đó gây ra hậu quả vô cùng nghiêm trọng và gây thiệt hại lớn về kinh tế. Yếu tố địa hình, thành phần thạch học của cột địa tầng, cấu trúc vỉa cùng với các yếu tố khác như : dị thường áp suất, khoan lệch quỹ đạo,… sẽ ảnh hướng đến tốc độ khoan, thời gian thi công giếng. Vì vậy việc thiết kế quỹ đạo giếng đóng vai trò quan trọng torng việc giảm thiểu giá thành, tiết kiệm thời gian và nâng cao sản lượng khai thác của giếng. 2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đề tài Tính toán, thiết kế và lựa chọn quỹ đạo giếng khoan định hướng phù hợp cho một giếng khoan X. 3. Nhiệm vụ của đề tài Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang 5 TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG Tìm hiểu các ứng dụng của khoan định hướng Các kỹ thuật, thiết bị định hướng đang được áp dụng hiện nay Phân tích cột địa tầng để thiết kế quỹ đạo giếng Thiết kế quỹ đạo định hướng cho giếng X 4. Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu các tài liệu, sách báo và nghiên cứu khoa học lien quan đến khoan định hướng Từ cơ sở lý thuyết, tổng kết lại và đưa ra lập luận cùng kết quả tính toán của mình 5. Yêu cầu Yêu cầu đặt ra là tìm hiểu phương pháp để đánh giá, nghiên cứu dể cuối cùng có thể tính toán và lựa chọn quỹ đạo cho giếng khoan định hướng một cách phù hợp và chính xác nhất thong qua hệ thống hóa lý thuyết, khảo sát các phương pháp được sử dụng trong và ngoài nước. Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang 6 TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Khoan cắt xiên 10 Hình 1.2: Vị trí địa hình khó tiếp cận 12 Hình 1.3: Khoan phát triển mỏ 13 Hình 1.4: Giếng khoan giải vây 14 Hình 1.5: Giếng khoan ngang 15 Hình 1.6: Khoan qua địa tầng đứt gãy 16 Hình 1.7: Khoan qua địa tầng phức tạp 17 Hình 1.8: Khoan qua địa tầng phức tạp 17 Hình 1.9: Khoan định hướng sử dụng máng xiên 20 Hình 1.10: Choòng thủy lực 21 Hình 1.11: Động cơ sử dụng đầu nối cong bent-subs 24 Hình 1.12: Đầu nối cong bent-housing 25 Hình 2.1: Power Drive X5 29 Hình 2.2: Power Drive Xceed 30 Hình 2.3: Choòng 2 tâm 32 Hình 2.4: Power Drive Vortex 33 Hình 3.1: Quỹ đạo tiếp tuyến 37 Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang 7 TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG Hình 3.2: Quỹ đạo chữ S 41 Hình 3.3: Quỹ đạo chữ S’ 46 Hình 3.4: Quỹ đạo cắt xiên sâu 51 Hình 4.1: Các dạng quỹ đạo thường gặp 55 Hình 4.2: Cột địa tầng của giếng khoan X 57 Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang 8 TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KHOAN ĐỊNH HƯỚNG 1.1. TỔNG QUAN Trong giai đoạn đầu của ngành công nghiệp dầu khí, các giếng khoan đều được khoan theo phương thẳng đứng. Khoan định hướng được phát triển từ sự cần thiết trong việc thay đổi hướng của lỗ khoan. Các dụng cụ và quy trình khoan đặc biệt được sử dụng để thay đổi phương của lỗ khoan từ thẳng đứng sang xiên góc để thâm nhập được các mục tiêu mà phương pháp khoan thẳng đứng bình thường không tới được. Khoan định hướng phục vụ chủ yếu cho công tác thăm dò và phát triển giếng, đặc biệt trong đó tạo ra các giếng khoan ngang có ưu điểm lớn là tăng lưu lương khai thác. Trong phương pháp khoan định hướng cũng bao gồm nhiều phương pháp nhỏ hơn tùy thuộc vào mục đích và yêu cầu ban đầu của giếng. So với khoan thẳng đứng, khoan định hướng là phương pháp có độ rủi ro cao. Các chương trình khoan phải được thiết kế một cách cẩn thận, kỹ lưỡng. Một giếng khoan được gọi là thành công phải có quỹ đạo khoan hợp lý, khả năng chống ống tốt và tối thiểu các tác động xấu có thể xảy ra trong lỗ khoan. Thiết kế quỹ đạo sẽ bao gồm tìm ra độ sâu của điểm kickoff, thiết kế đoạn tăng và giảm góc sao cho phù hợp để giếng khoan đế được mục tiêu mong muốn. Khoan định hướng là một phương pháp khoan linh hoạt và có thể áp dụng cho nhiều tình huống; những giếng khoan sử dụng phương pháp này có mặt ở khắp mọi nơi trên thế giới, kể cả trong đất liền hay ngoài khơi. Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang 9 TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG 1.2. ỨNG DỤNG Nhờ những ưu điểm vượt trội của phương pháp khoan định hướng mà hơn 90% số giếng khoan trong ngành dầu khí thuộc loại giếng định hướng. Sau đây là những ứng dụng của các giếng định hướng được xem là giải pháp hiệu quả nhất . 1.2.1. Khoan cắt xiên (sidetrack) Khoan cắt xiên là một trong những ứng dụng đầu tiên và chủ yếu của khoan định hướng. Khoan cắt xiên là công đoạn làm lệch lỗ khoan bằng cách tạo thêm một lỗ khoan mới ở phần đáy của lỗ khoan cũ. Trong suốt quá trình khoan, có thể xuất hiện vật cản tại đáy giếng. Vật cản đôi khi là chuỗi cần khoan bị gãy rơi lại trong giếng khoan mà không kéo lên được hoặc các dụng cụ, thiết bị khác và cũng có thể là thành hệ không thể khoan tiếp tụ được nữa. Vào thời điểm bắt đầu sử dụng khoan xoay người ta đã nhận thấy rằng khoan vòng qua vật cản sẽ tiết kiệm chi phí nhiều hơn so với hủy giếng và khoan giếng mới. Sidetrack bắt đầu tiến hành bằng việc đặt một cầu ximăng phí trên vật cản. Cầu ximăng cứng này là đế vững chắc để bắt đầu khoan cắt xiên. Trước đây người ta thường đặt máng xiên để làm lệch hướng quỹ đạo khỏi vật cản nhưng hiện nay đầu nối cong và động cơ đáy được sử dụng nhiều hơn. Sidetrack cũng có thể sử dụng cho giếng khoan lại hoặc hoàn thiện lại. Nếu giếng ban đầu không đạt tới thành hệ dự tính hoặc đang khai thác ở tầng sản phẩm cạn kiệt, người ta Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang 10 Hình 1.1 Sidetracking [...]... thầy Hoàng Trọng Quang 18 TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG 1.3.3 Nguyên lý ổn định Nguyên lý ổn định được sử dụng để ổn định góc nghiêng và hướng Nếu có ba thiết bị định tâm được lắp đặt cách nhau bởi những đoạn cần nặng ngắn, cứng cáp sẽ chỉnh quỹ đạo giếng thẳng, tức là giữ góc nghiêng và hướng không đổi Bộ khoan cụ như vậy dùng để khoan đoạn ổn định góc (hay còn gọi là đoạn tiếp... biển và khoan hàng loạt các giếng khoan định hướng từ giàn đó Hình 1.3 Khoan phát triển mỏ 1.2.4 Giếng khoan cứu sự cố Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang 13 TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG Khi sự cố phun trào mà không thể dập tắt bằng cách bịt kín miệng lỗ khoan, người ta khoan những giếng khoan giải vây để kiểm soát sự phun trào đó Đây là ứng dụng khó khăn và. .. xoắn ốc của quỹ đạo giếng Sự kết hợp giữa PowerDrive Xceed và hệ thống đo xa PowerPulse MWD đưa đến khả năng xác định góc nghiêng, góc phương vị ngay tại vị trí choòng Kỹ sư khoan sử dụng Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang 30 TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG thông tin địa chất tức thời này để cập nhật quỹ đạo giếng, cho phép đội khoan chỉnh hướng giếng đến vị... Trong thực tế quỹ đạo trong giếng khoan xiên định hướng thường có 2 dạng cơ bản dạng thứ nhất là quỹ đạo không gian Dạng thứ hai là quỹ đạo phẳng quỹ đạo trong không gian chỉ áp dụng đối với những giếng khoan có mục đích đặc biệt, hoặc các giếng trong vùng mỏ bị ảnh hưởng của điều kiện địa chất làm cho quỹ đạo thân giếng thay đổi và lệch hướng điểu chỉnh các dạng quỹ đạo này rất khó khăn và đòi hỏi nhiều... Khi hạ choòng khoang xuống đáy giếng, mặt nghiêng của tấm gỗ sẽ làm lệch hướng choòng khoan khỏi điểm kẹt Từ đó có thể khoan đoạn giếng mới hơi nghiêng so với phương thẳng đứng Hướng mà mặt nghiêng của máng xuôi theo gọi là hướng đặt bộ khoan cụ (tool-face) Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang 19 TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG Hình 1.9 Khoan định hướng sử dụng... dụng trong các trường hợp như giếng khoan có yêu cầu cao trong định hướng hay thiết kế quỹ đạo cho giếng có cấu trúc phức tạp Vì vậy nên cho đến bây giờ công nghệ RSS vẫn được xem là một công nghệ mới và tiên tiến Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang 27 TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG Có 2 cơ chế làm việc trong RSS – point và push cho mũi khoan Hệ thống point the bit... dàng và kéo dài khoảng thời gian cho một hiệp khoan Với kích thước lỗ khoan lớn ( 22- 26in ) thì ta sử dụng đầu nối cong bent subs Hình 1.11 Đầu nối cong Bent-Housing Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang 25 TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG Sử dụng đầu nối cong và động cơ đáy trong khoan định hướng có những ưu điểm: - Có thể khoan giếng đúng kích thước thiết kế ngay... Khi cần khoan giếng đến các mục tiêu mà ở phía trên nó là thành phố, sông, bờ biển, núi, hoặc thậm chí cơ sở sản xuất thì không thể nào đặt các thiết bị và giàn khoan ở đấy vì các lý do kỹ thuật và kinh tế Khi đó giếng khoan định hướng chính là phương án tối ưu nhất 1.2.3 Khoan phát triển mỏ Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang 12 TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG... khai thác và sửa chữa Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang 35 TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG - Lợi dụng được quy luật cong tự nhiên và khả năng công nghệ, thiết bị hiện có - Giảm tối đa khả năng gây sự cố trong quá trình thi công giếng - Tính toán bán kính cong (cường độ cong) cho phép của từng đoạn và cho toàn bộ giếng, xây dựng trắc đồ lên mặt cắt và tính toán độ... Hoàng Trọng Quang 15 TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG Ở các đới đứt gãy đôi khi cũng sử dụng phương pháp khoan định hướng bởi vì nếu khoan theo chiều thẳng đứng thì việc lấy được sản phẩm tương đối khó khăn Hình 1.6 Khoan qua địa tầng đứt gãy Khi khoan qua các địa hình có tầng phía trên tầng sản phẩm là các mũ cát thì nên sử dụng khoan định hướng Thay vì khoan trực tiếp xuyên qua . đến thầy Hoàng Trọng Quang, người đã hướng dẫn em rất tận tình và kịp thời chỉ ra những thiếu sót, đưa ra những ý kiến quý báu cho em trong suốt quá trình thực hiện để hoàn chỉnh đồ án này. Do. GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang 1 TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG 1.4.1 Máng xiên 19 1.4.2 Choòng thủy lực 21 1.4.3 Steerable Motor Assemblies – Động cơ có khả năng điều chỉnh hướng. chọn và tính toán quỹ đạo cho giếng khoan X 57 4.3.1 Chọn dang quỹ đạo 58 4.3.2 Tính toán cho giếng 59 CHƯƠNG 5 : TỔNG KẾT 63 Tài liệu tham khảo 64 Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng