TIỂU LUẬN HÓA HỌC DẦU MỎ VÀ KHÍ Đề tài Thăm dò và khai thác dầu khí

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG HÓA VÀ KHOA HỌC SỰ SỐNG TIỂU LUẬN HÓA HỌC DẦU MỎ VÀ KHÍ Đề tài: Thăm dò và khai thác dầu khí Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Sinh viên thực hiện: HỌ VÀ TÊN MSSV 1 Phạm Trọng Vũ 20201810 2 Hoàng Ngọc Hoàn 20201500 3 Nguyễn Hoàng Nam 20201633 4 Trần Quý An 20201340 Hà Nội - năm 2024 MỤCC LỤCC PHẦN MỞ ĐẦU 3 PHẦN NỘI DUNG .4 1 GIỚI THIỆU CHUNG 4 2 THĂM DÒ 4 2.1 Phương pháp trọng lực 6 2.2 Phương pháp từ tính 7 2.3 Phương pháp sóng âm 8 2.4 Phương pháp thăm dò điện 9 2.5 Phương pháp điện từ 10 2.6 Phương pháp phóng xạ 10 2.7 Phương pháp địa vật lý hố khoan .11 3 KHOAN .12 3.1 Chuẩn bị 12 3.2 Giàn khoan 13 3.3 Tiến hành khoan 17 4 HOÀN THÀNH GIẾNG 19 KẾT LUẬN 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 2 PHẦN MỞ ĐẦU Thăm dò dầu khí, hay còn gọi là thăm dò Hydrocarbon, là công tác tìm kiếm dầu mỏ và khí đốt bên dưới bề mặt Trái Đất, được thực hiện bởi các kỹ sư địa chất và kỹ sư địa vật lý Môn khoa học ứng dụng này là một nhánh của địa chất học và địa chất dầu khí Hiện nay, nhiều công nghệ tinh vi và hiện đại đã được ứng dụng để phát hiện và thẩm định quy mô của các vỉa dầu khí Khu vực được cho là có chứa dầu khí sẽ được thực hiện các khảo sát trọng lực, khảo sát từ tính, khảo sát địa chấn để phát hiện các đặc tính của một vỉa chứa Các khu vực có tiềm năng sẽ được khảo sát địa chấn chi tiết hơn, là những hoạt động trên nguyên tắc sóng âm thanh đi qua những vật chất (đá) có mật độ khác nhau sẽ có thời gian phản xạ lại khác nhau Sau đó những phép tính chuyển đổi sang độ sâu giúp xây dựng nên hình ảnh của cấu trúc dưới lòng đất Tiếp theo, khi một khu vực tiềm năng thoả mãn các tiêu chí lựa chọn của một công ty dầu khí, giếng thăm dò sẽ được khoan nhằm xác định sự hiện diện của dầu hoặc khí Khai thác dầu khí là một hoạt động tốn kém và có rủi ro cao Nhất là các hoạt động thăm dò ở khu vực xa bờ hoặc vùng hẻo lánh thường chỉ được thực hiện bởi các tập đoàn lớn hoặc công ty chính phủ Một giếng dầu nông thông thường ở biển Bắc có thể tiêu tốn 10 đến 30 triệu USD, trong khi một giếng ở vùng nước sâu có thể tốn lên đến hơn 100 triệu USD 3 PHẦN NỘI DUNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG Trong thăm dò dầu khí, loại kỹ thuật thăm dò được sử dụng phụ thuộc vào tự nhiên của địa điểm Ví dụ, ở những khu vực ít biết về tầng dưới, các kỹ thuật định hình sơ bộ là cần thiết để xác định các hệ thống lớp chứa tiềm năng đáng chú ý đáng để điều tra thêm Các kỹ thuật định hình sơ bộ đã được sử dụng để đưa ra suy luận về cấu trúc tầng dưới bao gồm hình ảnh từ vệ tinh và độ cao cao cũng như các khảo sát từ trường từ và trọng lực Khi một khu vực đã được chọn để điều tra thêm, các phương pháp chi tiết hơn (như phương pháp phản xạ địa chấn) được đưa vào sử dụng Khoan là giai đoạn cuối cùng của chương trình thăm dò và thực tế là phương pháp duy nhất mà thông qua đó một lớp chứa dầu có thể được xác định một cách chính xác Tuy nhiên, theo đúng với khái niệm về tính cụ thể của địa điểm, khoan có thể là lựa chọn duy nhất ở một số khu vực để bắt đầu chương trình thăm dò Rủi ro liên quan đến hoạt động khoan phụ thuộc vào kiến thức trước đó về tầng dưới của địa điểm Do đó, cần phải liên kết tính chất của các giếng thăm dò tại một địa điểm cụ thể với các đặc tính của lớp chứa Quá trình khoan được hiểu là khoan giếng xuống lớp chứa dầu dưới lòng đất Thường xuyên, nhiều giếng (giếng đa hướng) sẽ được khoan xuống cùng một lớp chứa, để đảm bảo rằng tỷ lệ khai thác sẽ mang lại hiệu suất kinh tế Thêm vào đó, một số giếng (giếng thứ cấp) có thể được sử dụng để bơm nước, hơi nước, axit, hoặc các hỗn hợp khí đa dạng vào lớp chứa để nâng cao hoặc duy trì áp lực lớp chứa, từ đó duy trì tỷ lệ khai thác kinh tế 2 THĂM DÒ Thăm dò dầu mỏ bắt nguồn từ cuối thế kỷ 19 khi các nhà địa chất bắt đầu vẽ bản đồ các đặc điểm đất để tìm kiếm những nơi thuận lợi để khoan dầu (Landes, 1959; Hobson và Tiratsoo, 1975) Các đặc điểm đất nổi bật đối với các nhà địa chất là các đợt nổi cung cấp bằng chứng về sự xen kẽ giữa các lớp đá có độ rỗng và không rỗng Đá có độ rỗng (thường là cát, đá vôi hoặc dolomit) tạo thành tầng chứa cho dầu mỏ; đá không 4 rỗng (thường là đất sét hoặc xisto) hoạt động như một bẫy và ngăn chặn sự di chuyển của dầu mỏ từ tầng chứa Các nguyên tắc sử dụng chủ yếu là từ tính (magnetometer), trọng lực (gravimeter) và sóng âm thanh (seismograph) Các kỹ thuật này dựa trên các tính chất vật lý của vật liệu có thể được sử dụng để đo lường và bao gồm những cái đối lập với các phương pháp địa vật lý Hơn nữa, các phương pháp có thể được phân chia thành những phương pháp tập trung vào các tính chất về trọng lực, tính chất từ tính, tính chất địa chấn, tính chất điện, tính chất điện từ, và tính chất phóng xạ Các phương pháp địa vật lý này có thể được chia thành hai nhóm: (1) những phương pháp không có kiểm soát độ sâu và (2) những phương pháp có kiểm soát độ sâu Trong nhóm đầu tiên, các đo lường tích hợp các hiệu ứng tự nhiên từ cả nguồn gốc cục bộ và xa xôi mà quan sát viên không kiểm soát được Ví dụ, các đo lường trọng lực bị ảnh hưởng bởi sự biến đổi trong bán kính của Trái Đất theo vĩ độ Chúng cũng bị ảnh hưởng bởi độ cao của địa điểm so với mực nước biển, độ dày của vỏ Trái Đất và cấu trúc và mật độ của các đá bề mặt dưới đất, cũng như bởi bất kỳ biến đổi khối lượng bất thường nào có thể liên quan đến một tầng khoáng sản Trong các giai đoạn cuối cùng của đánh giá, việc diễn giải luôn phụ thuộc vào kiến thức địa chất của người giải mã Trong nhóm thứ hai của các đo lường (có kiểm soát độ sâu), năng lượng địa chấn hoặc điện được đưa vào đất và các biến đổi trong khả năng truyền tải với khoảng cách được quan sát và giải mã dưới dạng các đại lượng địa chất Do đó, độ sâu đến các tầng địa chất có sự chênh lệch đáng kể về khả năng truyền tải có thể được tính toán trên cơ sở số liệu và tính chất vật lý của các tầng đó có thể được suy luận Sự chính xác, sự dễ giải mã và tính áp dụng của tất cả các phương pháp thuộc nhóm này không giống nhau, và có điều kiện tự nhiên và kinh tế dưới đó, các đo lường của nhóm đầu tiên có thể được ưu tiên cho các nghiên cứu thăm dò mặc dù có những hạn chế nhất định Tuy nhiên, cần công nhận rằng các kỹ thuật thăm dò địa vật lý không thể được áp dụng một cách không phân biệt Kiến thức về các tham số địa chất có thể liên quan đến khoáng sản hoặc điều kiện tầng đất đang được nghiên cứu là quan trọng cả trong việc 5 chọn phương pháp áp dụng và trong việc giải thích kết quả đạt được Hơn nữa, không phải tất cả các kỹ thuật mô tả ở đây đều phù hợp cho việc thăm dò dầu mỏ Tuy nhiên, những kỹ thuật được mô tả ở đây vẫn được bao gồm vì nó có giá trị để biết về tính chất của chúng và cách chúng có thể được áp dụng vào thăm dò tầng dưới đất Cũng cần lưu ý rằng những thuật ngữ như "đo lường giếng địa vật lý" có thể gợi ý việc sử dụng một hoặc nhiều kỹ thuật thăm dò địa vật lý Quy trình này bao gồm việc khoan một giếng và sử dụng các thiết bị để ghi hoặc đo lường tại các cấp độ khác nhau trong giếng bằng các phương tiện như trọng lực (mật độ), điện trở, hoặc phóng xạ Ngoài ra, các mẫu tầng đất (lõi) được lấy để thực hiện các kiểm tra về mặt vật lý và hóa học 2.1 Phương pháp trọng lực Phương pháp trọng lực dựa trên việc đo lường các đại lượng vật lý liên quan đến trường trọng lực, mà lược đồ được ảnh hưởng bởi sự khác biệt về mật độ và sự sắp xếp của các cơ thể địa chất ở dưới đất Phương pháp trọng lực dựa trên việc đo lường các đại lượng vật lý liên quan đến trường trọng lực, mà lược đồ được ảnh hưởng bởi sự khác biệt về mật độ và sự sắp xếp của các cơ thể địa chất ở dưới đất Trong thăm dò dầu và khí, khi không có kiểm soát mật độ trực tiếp liên quan đến vật liệu đang được tìm kiếm, thăm dò dựa trên việc vẽ bản đồ các cấu trúc địa chất để xác định tình hình có thể tập trung vật liệu đang được tìm kiếm Trong những trường hợp như vậy, các giá trị mật độ quan trọng là muối 2,1–2,2, đá nham thạch 2,5–3,0, và đá trầm tích 1,6–2,8 Giá trị cuối cùng tăng với độ sâu do sự đóng cứng và tuổi địa chất, và do đó có thể phát hiện ra các biến dạng cấu trúc liên quan đến lỗi và gập Sự nén của tầng chất bám dọc theo mép hoặc đỉnh trên bề mặt đá nền nằm dưới cũng dẫn đến sự tăng cường cục bộ về khối lượng, cũng như sự phát triển của tảo canxi trên đỉnh của các cột muối nhiễu sự xâm lấn Do đó, thiết bị đo trọng lực phát hiện sự khác biệt trong trọng lực và đưa ra một báo cáo về vị trí và mật độ của các hình thành đá dưới lòng đất Sự khác biệt so với giá trị bình thường có thể do ảnh hưởng của địa chất và các yếu tố khác, và những khác biệt này 6 cung cấp dấu hiệu ưvề các hình thành cấu trúc dưới lòng đất Trong giai đoạn đầu của địa vật lý thăm dò, cả cân cảm ứng và thiết bị con quay đã được sử dụng rộng rãi, nhưng chúng đã bị thay thế bằng các hệ thống cân cảm có sử dụng lò xo (thiết bị đo trọng lực ) Các loại cân này có thể được đọc trong vòng vài phút, khác biệt so với vài giờ cần thiết để đọc bằng các công cụ trước đây Có nhiều loại thiết bị đo trọng lực , nhưng những loại phổ biến thường bao gồm một tay cầm có trọng lượng xoay quanh một điểm trụ Tay cầm được liên kết với một hệ thống lò xo để đảm bảo đơn vị là không ổn định và do đó rất nhạy cảm đối với những biến thay đổi nhỏ trong sự thu hút trọng lực Sự lệch của tay cầm so với vị trí trung tâm (zero) được đo bằng cách quan sát sự thay đổi trong căng trong hệ thống lò xo cần thiết để đưa tay cầm về vị trí đó Các đọc số được thực hiện từ một đồng hồ chia trên đầu của công cụ được gắn vào hệ thống lò xo thông qua một ốc vít Cần có một hiệu chuẩn chính xác của ốc vít, đồng hồ đọc số và phản ứng lò xo để đọc có ý nghĩa về mặt trọng lực Thiết bị đo trọng lực cũng có thể được sử dụng trong nước nông Do đó, việc sử dụng vỏ chống nước với thiết bị cân chỉnh tự động và các thiết bị đọc điện tử cho phép thực hiện khảo sát trọng lực trong môi trường nước Các loại thiết bị đo trọng lực khác đã được phát triển để sử dụng trên tàu ngầm và trên nền tảng được giữ ổn định bằng cảm biến con quay trên tàu thăm dò cũng như trên máy bay 2.2 Phương pháp từ tính Phương pháp từ tính dựa trên việc đo lường các ảnh hưởng từ từ sự biến đổi của nồng độ khoáng chất ferromagnetic, như magnetite Các công cụ được sử dụng trong việc thăm dò từ tính đa dạng từ cái la bàn đơn giản được sử dụng trong thế kỷ 17 đến các thiết bị từ tính trên không cho phép đo lường biến động với độ chính xác lớn hơn 1/1000 phần của trường từ của Trái Đất Công cụ đo lường từ tính là một cái la bàn từ tính được thiết kế đặc biệt và phát hiện ra sự khác biệt nhỏ trong các tính chất từ tính của các hình thành đá, do đó giúp tìm ra các cấu trúc có thể chứa dầu, như các lớp đá trầm tích có thể nằm trên đỉnh của đá nền 7 có mật độ cao hơn nhiều Dữ liệu cung cấp gợi ý về những nơi có thể giấu kín các cấu trúc chứa dầu hoặc các cấu trúc có lợi cho dầu khác Công cụ đo lường từ tính được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay thường được thực hiện bằng cách sử dụng máy bay, cho phép thực hiện các cuộc khảo sát quy mô rất lớn một cách nhanh chóng và khảo sát trên các khu vực có thể không tiếp cận được bằng cách khác Việc giải thích các đo lường từ tính đối mặt với các hạn chế cơ bản giống như đối với đo lường trọng lực Nhược điểm bao gồm: - Sự tương phản trong các tính chất vật lý của các hình thành - Độ sâu xuất phát và đóng góp tổng hợp từ nhiều nguồn3 - Sự thay đổi về cường độ và hướng của trường từ của Trái Đất theo vị trí - Hiệu ứng triệt tiêu liên quan đến sự gần gũi của các cực từ tính ngược nhau ở biên giới của các cơ quan địa chất hữu hạn Tuy nhiên, phương pháp này đã chứng minh giá trị trong thăm dò khoáng chất từ tính, trong xác định xu hướng cấu trúc địa chất và trong ước lượng độ sâu có thể của tầng đá già dưới tầng đá trầm tích 2.3 Phương pháp sóng âm Các phương pháp địa vật lý sóng âm dựa trên việc xác định khoảng thời gian giữa sự bắt đầu của sóng âm từ việc nổ một lượng thuốc nổ chấn động nhân tạo khác và sự nhận lại của các sóng phản xạ đầu tiên tại một loạt các cảm biến địa chấn(geophones) Những sóng phản xạ này được khuếch đại và ghi lại cùng với các đánh dấu thời gian (khoảng 0.01 giây) để tạo ra biểu đồ chấn động Phương pháp này phụ thuộc vào (1) tốc độ trong mỗi tầng được xâm nhập ở độ sâu lớn hơn so với tầng ở phía trên; (2) các tầng giới hạn bởi bề mặt phẳng; và (3) vật liệu trong mỗi tầng là tự nhiên đồng nhất Máy đo chấn động đo sóng chấn động từ những vụ nổ được kích thích bằng cách kích hoạt các mức nổ kiểm soát nhỏ của chất nổ ở đáy các lỗ nhỏ trên mặt đất Độ sâu của tầng đá được xác định bằng thời gian trôi qua giữa vụ nổ và sự phát hiện của sóng phản xạ tại bề mặt Độ sâu và môi trường mà sóng chấn động đạt được phụ thuộc vào khoảng 8 cách giữa điểm nổ và các điểm thu sóng Từ biểu đồ thời gian di chuyển theo hàm của khoảng cách bề mặt, dữ liệu được thu được để xác định cả vận tốc của vật liệu và số lượng tầng hiện diện Từ các khoảng cách mà thay đổi vận tốc được chỉ ra, có thể tính được độ sâu của mỗi tầng Nói chung, các tầng sâu hơn, già hơn do áp lực cao có mật độ cao hơn và cũng có vận tốc địa chấn cao hơn so với vật liệu phủ bề mặt Sự khác biệt quan sát được trong vận tốc không chỉ xác định hướng dốc của các bề mặt đá mà còn cung cấp thông tin để tính toán độ dốc hiện diện Đối với những điều kiện có thể được gọi là bình thường (tăng vận tốc theo độ sâu), sai số xác định ở độ sâu thường ít hơn 10% với phương pháp này Phương pháp sóng âm cũng được thực hiện trên nước, đóng góp đáng kể vào việc tìm kiếm dầu trên các kệ lục địa và các khu vực khác được phủ bởi nước 2.4 Phương pháp thăm dò điện Các phương pháp thăm dò điện phụ thuộc vào sự khác biệt về dẫn điện giữa các phần địa chất đang được nghiên cứu và các khối đá xung quanh Khoáng chất kim loại, đặc biệt là các sulfide, có trở kháng từ 1,0 đến vài Ω-cm, trocm, trong khi lớp cặn đóng cứng có hàm lượng nước thấp trung bình khoảng 10^4 Ω-cm, trocm, đá nóng từ 10^4 đến 10^6 Ω-cm, trocm, và cặn không đóng cứng bão hòa từ 10^2 đến 10^4 Ω-cm, trocm Trở kháng của loại cuối cùng chủ yếu phụ thuộc vào lượng và tính điện giải (độ mặn) của nước chứa trong đó Một ứng dụng đặc biệt của các phương pháp điện là trong việc nghiên cứu địa tầng dưới mặt đất bằng cách đo sự khác biệt điện thế giữa bề mặt và một điện cực được hạ xuống trong một giếng khoan và đồng thời đo biến đổi về trở kháng điện theo chiều sâu Phương pháp này tạo ra một đo lường về độ rỗng và độ thấm, vì dữ liệu bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi khả năng của chất lỏng khoan thấm vào đáng Các đo lường trở kháng xác định vị trí của ranh giới hình thành và tính chất địa chất của các cặn Thường thì ba bảng được ghi về trở kháng được thực hiện: (1) một bảng ghi có sự thâm nhập nông để xác định vị trí của ranh giới hình thành và hai bảng ghi khác có (2) sự thâm nhập trung bình và (3) thâm nhập sâu Hai bảng ghi cuối cùng này được sử dụng để 9 xác định mức độ mà chất lỏng khoan đã thấm vào hình thành và trở kháng thực sự của hình thành hiện tại Các đo lường khác nhau thường được thực hiện cùng nhau để không chỉ nghiên cứu điều kiện trong một giếng khoan cụ thể mà còn thực hiện các nghiên cứu tương quan giữa các giếng khoan và do đó xác định cấu trúc địa chất và sự thay đổi về lịch sử địa chất 2.5 Phương pháp điện từ Các phương pháp điện từ dựa trên ý tưởng rằng một trường từ điện xoay chiều gây ra một dòng điện chảy trong vật liệu dẫn điện Các đo lường được thực hiện bằng cách kết nối nguồn dòng điện xoay chiều với một cuộn dây, đóng vai trò như một nguồn tạo ra một trường từ điện tương tự như trường từ một nam châm ngắn được đặt trên trục của cuộn dây Một hệ thống thu bao gồm một cuộn dây thứ hai được kết nối với một vôn kế được lắp đặt để có thể quay tự do quanh một trục ngang Cuộn thu cần được lắp đặt để quay quanh một trục vuông góc với trường từ từ điện tạo ra Trong trường hợp này, điện áp gây ra (trong trường hợp không có dây dẫn) sẽ thay đổi từ không (khi mặt phẳng cuộn nằm song song với mặt phẳng của trường từ được áp dụng) đến một giá trị tối đa (khi mặt phẳng cuộn vuông góc với mặt phẳng của trường từ được áp dụng) Tuy nhiên, nếu có một dây dẫn xuất hiện, dòng điện gây ra trong dây dẫn tạo ra một trường từ từ thứ cấp làm méo mó trường từ chính và tạo ra một giá trị không nằm ngang ngoại trừ trực tiếp trên dây dẫn Bằng cách sử dụng bảng đo độ nghiêng để ghi lại góc của cuộn tìm kiếm khi ở vị trí không, vị trí của một dây dẫn có thể được xác định như điểm giao (điểm đổi hướng) Một biến thể khác của phương pháp này là có cả cuộn thu và cuộn phát ở mặt phẳng ngang Trong sắp xếp này, điện áp phát sinh qua mặt đất không dẫn được xác định bởi cấu trúc của các cuộn, thường được di chuyển qua mặt đất với một khoảng cách không đổi Sự hiện diện của một dây dẫn được chỉ ra bằng sự thay đổi trong các giá trị điện áp so với các giá trị bình thường 10 2.6 Phương pháp phóng xạ Trong quá trình phân hủy của khoáng chất phóng xạ, có ba phát xạ tự nhiên xảy ra, bao gồm phát xạ của một electron (tia β), một ), một hạt nhân helium (tia α), và t), và tia bức xạ điện từ có bước sóng ngắn (tia γ) Các ) Các công cụ được sử dụng trong thăm dò phóng xạ là bộ đếm Geiger và scintillometer Ngoài việc tìm kiếm khoáng chất phóng xạ, phương pháp phóng xạ được rộng rãi áp dụng trong nghiên cứu giếng khoan về địa tầng dưới mặt đất, như có thể được coi là cần thiết khi tìm kiếm dầu Các loại đá cặn khác nhau tự nhiên có đặc điểm khác nhau về nồng độ các chất phóng xạ Shale và tro núi lửa cho thấy số lượng tia γ) Các cao nhất, trong khi đá vôi lại có số lượng tia γ) Các thấp nhất 2.7 Phương pháp địa vật lý hố khoan Một phương pháp quan trọng khác trong việc thăm dò dầu khí là đo giữa giếng khoan với các phương pháp đo từ trường điện đặc biệt như đo điện trở, đo phóng xạ, đo sóng âm, hoặc đo mật độ Ngoài ra, mẫu địa tầng được lấy để tiến hành các kiểm tra vật lý và hóa học Đo điện dựa trên sự thật rằng điện trở của lớp đá là một hàm số của nước có trong đó Cát chứa dầu, ví dụ, có điện trở rất cao Phương pháp này bao gồm việc truyền dòng điện giữa một điện cực ở mặt đất và một điện cực được hạ xuống trong giếng khoan chưa đặt ống, và được đổ bùn khoan Bất kỳ thay đổi nào về điện trở xung quanh điện cực di chuyển đều ảnh hưởng đến dòng điện và phân phối điện áp xung quanh nó, có thể đo bằng các điện cực riêng lẻ được sử dụng cùng với điện cực di chuyển Tính chất phóng xạ tự nhiên của nhiều chất cấu thành đá đã tạo ra khả năng phát triển và sử dụng các bộ phát hiện bức xạ hạt nhân (đo phóng xạ) trong giếng khoan, kể cả những giếng khoan đã được đặt ống Hai phương pháp thông thường là đo phóng xạ γ) Các và neutron Trong trường hợp đầu tiên, sử dụng bức xạ tự nhiên từ đá Trong trường hợp thứ hai, một nguồn neutron được sử dụng để kích thích sự phát ra của bức xạ từ đá Phương pháp neutron là một cách để xác định độ rỗng tương đối của đá; bản đồ phóng xạ γ) Các giúp định rõ lớp đất sét Phương pháp đo sóng âm khá tương tự với công việc thuỷ văn học bề mặt Thay vì thuốc nổ, sử dụng một bộ phát xung âm được điều khiển bằng điện Trong một thiết bị, bộ phát được tách rời khỏi bộ thu bằng một cách âm thanh Thiết kế này cho phép lựa chọn tự động và ghi lại thời gian di chuyển của các xung âm đi qua tường đá của giếng khoan khi thiết bị di chuyển lên 11 hoặc xuống Tín hiệu được ghi liên tục tại mặt đất, được truyền qua một dây cáp, nơi thiết bị được treo Bản đồ vận tốc được cung cấp bởi thiết bị giúp xác định các tầng và đánh giá độ rỗng của đá Hiện nay, có thể đo mật độ bằng một kỹ thuật mới sử dụng phóng xạ (đo mật độ) Thiết bị bao gồm một nguồn cobalt phát ra tia γ) Các và một bộ đếm Geiger như là bộ phát hiện, được bảo vệ khỏi nguồn phóng xạ Đáng chú ý, việc tia γ) Các ban đầu bị hấp thụ phụ thuộc vào mật độ của đá Việc lấy mẫu giếng thử, đặc biệt là lấy mẫu lõi, là một phương pháp quan trọng khác được sử dụng trong tìm kiếm dầu (lấy mẫu lõi) Dữ liệu giếng khoan nhận được từ việc kiểm tra các mẫu địa tầng lấy từ các độ sâu khác nhau trong giếng khoan có giá trị lớn để quyết định công việc thăm dò tiếp theo Những mẫu này có thể là lõi, được lấy từ giếng bằng một thiết bị lấy mẫu đặc biệt, hoặc là bùn khoan được lọc từ bùn khoan tuần hoàn Mục tiêu chính của việc kiểm tra mẫu là xác định các tầng đá khác nhau trong giếng và so sánh vị trí của chúng với chuỗi địa tầng tiêu chuẩn của tất cả các loại đá cặn xuất hiện trong lưu vực cụ thể mà giếng đã được khoan 3 KHOAN Giai đoạn đầu tiên trong quá trình chiết xuất dầu thô là khoan một giếng vào khu vực chứa dầu dưới lòng đất Thường xuyên, nhiều giếng (gọi là giếng đa hướng) sẽ được khoan vào cùng một khu vực chứa dầu, để đảm bảo rằng tốc độ chiết xuất sẽ có tính kinh tế Ngoài ra, một số giếng (gọi là giếng phụ) có thể được sử dụng để bơm nước, hơi nước, axit hoặc các hỗn hợp khí khác vào khu vực chứa dầu để tăng hoặc duy trì áp suất của khu vực, từ đó duy trì tốc độ chiết xuất có tính kinh tế Việc khoan dầu là một hoạt động phức tạp và đã phát triển rất nhiều trong suốt 100 năm qua Phương pháp cũ sử dụng công cụ dây cáp, được sử dụng rộng rãi cho đến khoảng năm 1900, bao gồm việc nâng lên và hạ xuống một cục nặng và thanh khoan được gắn bằng cáp đến một cần cẩu ở bề mặt Nó xay nát đá và đất, từ từ tạo ra lỗ khoan Hệ thống dây cáp thường chỉ được ưa chuộng khi khoan qua đá cứng ở độ sâu nông và khi kỳ vọng có khu vực chứa dầu ở độ sâu nông Trọng lượng của cột thường đủ để đạt được độ sâu, nhưng có thể được tăng cường bằng một xi lanh thủy lực ở bề mặt 3.1 Chuẩn bị Sau khi địa điểm được chọn, cần phải thực hiện một cuộc khảo sát để xác định 12 ranh giới của nó, và có thể cần thực hiện các nghiên cứu về tác động môi trường Các thỏa thuận thuê, các quyền sở hữu và quyền truy cập đường đi cho đất phải được thu được và được đánh giá về mặt pháp lý Đối với các địa điểm ngoại khơi, cần phải xác định quyền lực pháp lý Sau khi các vấn đề pháp lý đã được giải quyết, đoàn làm việc bắt đầu chuẩn bị đất, một bước quan trọng và bao gồm các bước sau đây: - Đất được làm sạch và làm phẳng, và có thể xây dựng các đường vào - Vì nước được sử dụng trong quá trình khoan, cần phải có nguồn nước gần đó Nếu không có nguồn tự nhiên, cần phải khoan một giếng nước - Một hố dự trữ, được sử dụng để xử lý đá cắt và bùn khoan trong quá trình khoan, và được lót bằng nhựa để bảo vệ môi trường, được tạo ra Nếu địa điểm là khu vực nhạy cảm về môi trường, như một vùng đầm lầy hoặc hoang dã, thì đá cắt và bùn phải được xử lý, chẳng hạn như được đưa đi bằng xe tải thay vì đặt trong một hố Sau khi đất đã được chuẩn bị, một số lỗ phải được đào để làm đường cho giàn khoan và lỗ chính Một hố hình chữ nhật (một hố dưới mặt đất) được đào xung quanh vị trí của lỗ khoan thực tế Hố dưới mặt đất cung cấp không gian làm việc xung quanh lỗ cho công nhân và phụ kiện khoan Đoàn công nhân sau đó bắt đầu khoan lỗ chính, thường sử dụng một chiếc xe khoan nhỏ thay vì giàn khoan chính Phần đầu của lỗ lớn hơn và nông hơn so với phần chính, và được lót bằng ống dẫn đường kính lớn Các lỗ bổ sung được đào ra bên cạnh để tạm thời lưu trữ thiết bị, sau đó thiết bị giàn khoan có thể được đưa vào và thiết lập 3.2 Giàn khoan Tùy thuộc vị trí của địa điểm khoan và cách tiếp cận, thiết bị có thể được vận chuyển đến địa điểm bằng xe tải, trực thăng hoặc thuyền Một số giàn khoan được xây dựng trên tàu hoặc thuyền cho công việc trên các dòng nước nội địa nơi không có nền để hỗ trợ giàn khoan Khi thiết bị đã đến địa điểm, giàn khoan được thiết lập (Hình 6.1) Giản đồ của một giàn khoan, mặc dù đơn giản trong biểu đồ, nhưng thực tế, khá phức tạp và bao gồm các hệ thống sau đây: 13 - Hệ thống năng lượng: (1) động cơ diesel lớn để cung cấp nguồn năng lượng chính và (2) máy phát điện điều khiển bởi động cơ diesel để cung cấp điện - Hệ thống cơ học được động bằng động cơ điện: (1) hệ thống nâng được sử dụng để nâng những tải nặng và bao gồm một máy kéo cơ khí (draw works) với một cuộn dây thép lớn, một cơ cấu tựa kéo và một cuộn lưu trữ nhận dây và (2) bàn quay là một phần của bộ máy khoan - Thiết bị quay (được sử dụng cho khoan xoay): (1) swivel, nghĩa là một tay nắm lớn, giữ trọng lượng của dây khoan, cho phép dây quay và tạo ra một kín khít áp suất trên lỗ; (2) kelly, nghĩa là một ống hình tứ giác hoặc lục giác chuyển động quay từ bàn quay đến dây khoan và (3) bàn quay hoặc bàn xoay -cm, tro tạo chuyển động quay bằng cách sử dụng điện từ động cơ điện; (4) dây khoan gồm ống khoan (các phần kết nối có chiều dài khoảng 30 ft/10 m) và vòng cổ khoan (ống đường kính lớn hơn, nặng hơn để đặt xung quanh ống khoan và tạo trọng lượng cho đầu khoan); và (5) đầu khoan ở cuối đầu khoan thực sự cắt đá và có nhiều hình dạng và chất liệu khác nhau (thép hợp kim volfram carbide, kim cương) được chuyên dụng cho các nhiệm vụ khoan và các định dạng đá khác nhau - Lớp đậy: ống bê tông có đường kính lớn bên trong lỗ khoan, ngăn chặn lỗ sụp đổ và cho phép nước khoan lưu thông (Hình 6.2) - Hệ thống tuần hoàn: bơm nước khoan (hỗn hợp nước, đất sét, vật liệu tăng trọng và hóa chất, được sử dụng để đưa đá cắt từ đầu khoan lên bề mặt) dưới áp suất qua kelly, bàn xoay, ống khoan và vòng cổ khoan (Hình 6.3): (1) bơm -cm, tro hút nước từ hố nước khoan và bơm nó đến bộ máy khoan, (2) ống và ống dẫn -cm, tro kết nối bơm với bộ máy khoan, (3) đường ống trả lại nước khoan -cm, tro trả lại nước khoan từ lỗ, (4) máy sàng đá -cm, tro máy sàng/ rây tách đá từ nước khoan, (5) dây chuyển đá -cm, tro chuyển đá đến hố dự trữ, (6) hố dự trữ -cm, tro thu thập đá cắt tách ra khỏi nước khoan, (7) hố nước khoan, nơi nước khoan được trộn và tái chế và (8) phễu trộn nước khoan, nơi nước khoan mới được trộn và sau đó được gửi đến hố nước khoan - Derrick: cấu trúc hỗ trợ giữ bộ máy khoan; đủ cao để cho phép thêm các phần mới của ống khoan vào bộ máy khoan khi tiến hành khoan 14 - Bộ ngăn chặn blowout: van áp suất cao (đặt dưới giàn khoan đất liền hoặc trên đáy biển) kín kín các đường ống khoan áp suất cao và giảm áp suất khi cần thiết để ngăn chặn blowout (dòng khí hoặc dầu không kiểm soát trào lên bề mặt, thường liên quan đến hỏa hoạn) Hình 6.1 SƠ ĐỒ GIÀN KHOAN 15 Hình 6.2 SƠ ĐỒ DI CHUYỂN CỦA BÙN XUNG QUANH MŨI KHOAN Hình 6.3 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG TUẦN HOÀN BÙN Mặc dù có nhiều biến thể trong thiết kế, tất cả các giàn khoan xoay hiện đại đều có chủ yếu giống nhau về cơ cấu (Hình 6.1) Hệ thống nâng, hay còn gọi là draw works, 16 dùng để nâng lên và hạ xuống ống khoan và ống chìm, có thể nặng đến 200 tấn (200,000 kg) Chiều cao của derrick phụ thuộc vào số lượng khối ống khoan cần rút ra như một đơn vị trước khi bị mở vít Bàn xoay nằm ở giữa sàn giàn khoan quay xoay cột khoan Bàn cũng tạo khoảng trống cho thân khoan khi hệ thống nâng bị ngắt kết nối và các đoạn ống được chèn hoặc loại bỏ Nó chuyển động xoay cho thân khoan thông qua kelly được gắn vào đầu trên của cột Kelly vừa vào một lỗ hình dạng ở trung tâm của bàn xoay Các khớp nối giữa các phần ống được gọi là tool joints Đầu khoan được kết nối với ống chìm ở đáy thân khoan Đây là các xi lanh thép dày, dài 20-cm, tro29 ft (6-cm, tro9 m); có thể có tới 10 chiếc được vặn chặt với nhau Chúng tập trung trọng lượng ở đáy của cột và tạo ra căng trên phần ống linh hoạt hơn phía trên, giảm khả năng lỗ bị lệch hướng và ống khoan bị gãy Đầu khoan có nhiều thiết kế và các biến thể bao gồm số lưỡi cắt, loại kim loại và hình dạng của các thành phần cắt hoặc gãy Để giảm vấn đề mòn hoặc kẹt, hệ thống tuần hoàn bùn là một trong những phần quan trọng nhất của một giàn khoan (Ranney, 1979) Hệ thống này duy trì bùn khoan ở điều kiện đúng, không có đá cắt hoặc các vật liệu cắt mài khác có thể gây vấn đề cho quá trình khoan, cũng như giữ lại các đặc tính vật lý và hóa học đúng của bùn 3.3 Tiến hành khoan Khoan một giếng dầu là một quá trình mất nhiều công sức và thường đi kèm với những khó khăn Một số vấn đề xuất phát từ việc xâm nhập vào địa chất và sự xuất hiện của khí áp lực cao, khe nứt, hoặc áp suất cao không mong muốn trong đá có thể thấm Những vấn đề khác xuất phát từ sự cố về kim loại hoặc hỏng hóc cơ học ở đầu khoan, thân khoan, hệ thống nâng, hoặc hệ thống bùn Nhiều công cụ và kỹ thuật đã được phát triển để giải quyết hầu hết các vấn đề; có lẽ phổ biến nhất là "fishing" được sử dụng để lấy lại đầu khoan bị hỏng Dưới đây là một số kỹ thuật fish phổ biến: -cm, tro Jarring (Đánh Rung): Sử dụng một bộ đánh rung để truyền lực đột ngột vào vật thể mắc kẹt nhằm làm nó giải phóng -cm, tro Fishing Tools (Dụng Cụ Fishing): Các dụng cụ đặc biệt được thiết kế để nắm bắt hoặc gắp mảnh vụn từ giếng khoan 17 -cm, tro Milling (Mài): Sử dụng mũi khoan để mài mòn mảnh vụn ra khỏi đường ống hoặc giếng -cm, tro Washing Over (Xả Nước): Sử dụng dụng cụ khoan hoặc lớp chứa nước để đẩy mảnh vụn giếng hoặc đường ống -cm, tro Fishing Magnets (Nam Châm Fishing): Sử dụng nam châm mạnh để hấp thụ vật thể kim loại từ giếng -cm, tro Fishing Spears (Chống Fishing): Dụng cụ với lưỡi nhọn được thiết kế để chọc hoặc đâm vào mảnh vỡ Sau khi giàn khoan được thiết lập, quá trình khoan bắt đầu Đầu tiên, từ lỗ khoan khởi đầu, khoan một lỗ trên bề mặt đến một độ sâu được đặt trước, nơi mà trap dầu đặt ở đó Có năm bước cơ bản để khoan lỗ bề mặt: (1) đặt đầu khoan, vòng cổ, và ống khoan vào lỗ, (2) gắn kelly và bàn xoay và bắt đầu khoan, (3) khi khoan tiến triển, tuần hoàn bùn qua ống và ra khỏi đầu khoan để đẩy đá cắt ra khỏi lỗ, (4) khi lỗ sâu thêm, thêm các phần (khối) mới của ống khoan và (5) rút (trip out) ống khoan, vòng cổ và đầu khoan khi đạt đến độ sâu được đặt trước (từ vài trăm đến một vài ngàn feet) Khi đạt đến độ sâu được đặt trước, ống chìm được đưa vào lỗ và xi măng để ngăn lỗ sụp đổ Có các thanh chặn xung quanh bên ngoài để giữ ống ở giữa lỗ Xi măng được bơm xuống ống chìm bằng cách sử dụng một viên nắp đáy, một loại hỗn hợp xi măng, một viên nắp trên, và nước khoan Áp lực từ nước khoan làm cho hỗn hợp xi măng di chuyển qua ống chìm và lấp đầy khoảng trống giữa bên ngoài của ống chìm và lỗ Cuối cùng, xi măng được để đóng và sau đó được kiểm tra các đặc tính như độ cứng, đồng đều Quá trình khoan tiếp tục từng giai đoạn và khi đá cắt từ bùn chỉ ra cát dầu từ đá chứa dầu, có thể đã đạt đến độ sâu cuối cùng Tại điểm này, thiết bị khoan được loại bỏ khỏi lỗ và các kiểm tra được thực hiện để xác nhận đã đạt đến độ sâu cuối cùng Các kiểm tra này bao gồm (1) ghi nhật ký giếng: đưa cảm biến điện và khí vào lỗ để đo đạc đặc điểm của các đá ở đó, (2) kiểm tra dây khoan: đưa một thiết bị vào lỗ để đo áp suất, 18 sẽ cho biết liệu đã đạt đến đá chứa dầu hay không, và (3) lấy mẫu lõi: lấy mẫu đá để tìm kiếm đặc điểm của đá chứa dầu 4 HOÀN THÀNH GIẾNG Khi đã đạt đến độ sâu cuối cùng, giếng được hoàn thành để cho phép dầu chảy vào ống chứa một cách kiểm soát Đầu tiên, một súng đục lỗ được hạ xuống giếng đến độ sâu sản xuất Súng có các tên lửa nổ để tạo ra lỗ trong ống chứa để dầu có thể chảy qua Sau khi ống chứa đã được đục lỗ, một ống nhỏ đường kính (ống) được đưa vào giếng như một đường ống dẫn cho dầu và khí chảy lên giếng và một bộ kín được đưa xuống bên ngoài ống Khi bộ kín được đặt ở mức sản xuất, nó được mở rộng để tạo ra một kín quanh bên ngoài của ống Cuối cùng, một cấu trúc đa van (cây thông Giáng Sinh; Hình 6.4) được lắp đặt ở đầu ống và được xi măng vào đầu ống chứa Cây thông Giáng Sinh cho phép họ kiểm soát dòng chảy dầu từ giếng Đôi khi gặp phải các trường hợp độ kín cao và cần thúc đẩy dòng chảy Nhiều phương pháp được sử dụng, trong đó một trong những phương pháp bao gồm việc tạo ra những vụ nổ nhỏ để nứt vỡ đá Nếu tầng chất chủ yếu là đá vôi, axit hydrochloric được đưa xuống giếng để phân hủy các kênh trong đá nhưng đồng thời không làm ống chứa thép Trong đá cát, phương pháp ưa thích là phương pháp nứt thủy lực Một chất lỏng có độ nhớt đủ cao để giữ hạt cát to trong sự treo nổi được bơm vào tầng chất, tạo ra áp suất rất cao, làm nứt vỡ đá Những hạt cát ở lại, giúp giữ cho những kẽ nứt mở ra 19 Hình 6.4 HỆ THỐNG VAN CÂY THÔNG GIÁNG SINH KẾT LUẬN Năm mươi năm qua, đã có cả trăm công ty dầu khí quốc tế vào Việt Nam hợp tác tìm dầu khí Ấy vậy nhưng hiện tại trụ được chỉ khoảng ngót nghét chục nhà đầu tư, còn lại hàng loạt các "ông lớn" dầu khí thế giới đã "bỏ cuộc chơi", chấp nhận mất vốn tại Việt Nam Có thể khẳng định rằng, khai thác dầu mỏ là một ngành công nghiệp quan trọng, ảnh hưởng lớn đến nền kinh tế và an ninh năng lượng của quốc gia và thế giới Tuy nhiên, quá trình khai thác dầu cũng tiềm ẩn nhiều rủi ro và thách thức Vì vậy, cần có những phương pháp quản lý và khai thác hợp lý nhằm tối ưu hóa lợi ích và giảm thiểu tác động tiêu cực từ hoạt động khai thác dầu đến môi trường 20