báo cáo môn công nghệ khoan dầu khí đề tài well monitoring system

Các kỹ thuật cũng được phát triển đề lấy thông tin chăng hạn như đữ liệu về vị trí, nhiệt độ, áp suất và độ rỗng từ bên trong lỗ khoan khi giếng đang được khoan.. Thay vì chuyên bùn và

DAI HOC QUOC GIA THANH PHO HO CHi MINH

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

[ *3# *[

BK TP.HCM

BAO CÁO MÔN CÔNG NGHỆ KHOAN DẦU KHÍ

DE TAI WELL MONITORING SYSTEM

Lép L01 - Nhom 5 - HK: 222

Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Trung Dũng

Nhóm sinh viên thực hiện:

STT Ho va tén MSSV Thông tin liên hệ

1 Hà Chí Trung 2014872 | ưungha62145@hemutedu.vn

2 Phan Đình Đức 2013007 | ducphan0612@hemutcdu.vn

3 Đặng Thanh Sơn 2014366 son.dangbktphem002@hcmut.edu vn

4 Nguyễn Hòa Trọng Tú 1852849 Tu.ngt@hemtu.edu.vn

CHUONG 1 DEEPWATER HORIZON L0 22 1222221 re 5

1 GiGi HB cece enc ecneceeeeeesseeeecsseeecsseseeeecseeseeecsesetseeeniesetieees 5

2 Nguyên nhân dẫn đến tai nạn - s2 1 1112112122 11 121111 re 6 2.1 Nguyên nhân khách quan 2 2 2211221122112 1121 111511117111 12tr re 6 2.2 Nguyên nhân chủ quan Úc 2 12221212122 111111 15211511111 151111 tk ke 7

3 Thách thức trong thiết kế và thi công s- cung 7 CHƯƠNG 2 WELL MONITORING SYSTEM Q22 2222 se 10

Ve AT nan ố .ẮẮ< 10

2 Vấn đề xảy ra ở hệ thống giám sát giếng khoan vụ nỗ giàn khoan 12

3 Thiết kế hệ thống giám sát giếng khoan S5 SE E111 121211 1E crrrey 13

4 Yêu cầu an toàn của hệ thống giám sát giếng khoan 5 2S Sn tre 14

CHƯƠNG III KÉT LUẬN 52 2S E212 12122111 t2 t1 HH gu no 15 TAL LIEU THAM KHÁO 5 SE 121212112121 1 1221 111 HH tre 15

LOI CAM ON

Lời đầu tiền, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Trần Trung Dũng đã giảng dạy, hướng dẫn và truyền đạt những kiến thức quý báu cho chúng em trong thời gian học tập vừa qua Trong thời gian học chúng em đã có thêm cho minh nhiều kiến thức bồ ích, có góc nhìn mới hơn, tổng quan hơn về chuyên ngành mình đang theo học Đây chắc chắn sẽ là những kiến thức quý báu, là hành trang để chúng em có thê vững bước sau này Tuy nhiên, do vốn kiến thức còn nhiều hạn chế và khả năng tiếp thu thực tế còn nhiều bỡ ngỡ Mắc dù nhóm chúng em đã có gắng hết sức nhưng chắc chắn

bài tiểu luận khó có thể tránh khỏi những thiếu sót và nhiều chỗ còn chưa chính xác, kính

mong thầy xem xét và góp ý đề bài tiểu luận của nhóm được hoàn thiện hơn

Lời cuối, nhóm chúng em xin kính chúc thầy có thật nhiều sức khỏe và thành công

trên con đường giảng dạy Em xin chân thành cảm ơn

MO DAU

Vụ nỗ giàn khoan Deepwater Horizon xảy ra vào ngày 20/4/2010, cướp đi sinh mạng của l1 công nhân và làm tràn hơn 4 triệu thùng dầu vào Vịnh Mexico Deepwater

Horizon là một giàn khoan bản tiềm thủy vùng nước cực sâu với cơ chế định vị tự động

được lắp dựng vào năm 2001 Mục đích của giàn khoan này là khoan giếng dầu ở vùng

nước sâu và có thê di chuyển từ vị trí này đến vị trí khác khi cần thiết Thuộc sở hữu của

công ty Thụy Sĩ — Transocean, Deepwater Horizon được công ty khai thác dầu khí của anh — BP thuê đề khoan giếng dầu tên Macondo cách khoảng 40 dặm ngoài khơi Louisian

— Mỹ Giàn khoan này rộng tương đương một sân bóng đá, cao bằng tòa nhà 25 tầng Hệ thống bên tròng đều sự dụng công nghệ cao được vận hành bằng hệ thông máy tính hoàn toàn tự động Phil Flynn, chuyên gia phân tích năng lượng của tập doan Price Futures, cho biết: “Deepwater Horizon là gian khoan có khả năng khai thác sâu hơn bất kì giéng

dầu nào tại thời điểm xảy ra tai nạn” Thảm hỏa bắt đầu khi một luồng khí tự nhiên từ

giếng bắt ngờ trào lên khỏi một đường ống dẫn khí tới bệ giàn khoan, nơi nó gây ra một loạt vụ nỗ và một đám cháy lớn Trong số 126 người đang có mặt trên Deepwater Horizon, 11 céng nhan da thiét mang va 17 người khác bị thương nặng Ngọn lửa cháy

suốt hơn | ngay Gian khoan được xây dựng với giá 350 triệu đô la, chìm sâu 1.524m

Biết được sự nghiêm trọng của vụ việc này, bài báo cáo của nhóm chúng em sẽ phân tích

về hệ thông giảm sát của giàn đề tìm hiệu nguyên do và sự cô của vụ việc

CHUONG 1 DEEPWATER HORIZON

1 Giới thiệu

Ngành công nghiệp khoan ngoài khơi đã đạt được những bước tiên vượt bậc về công nghệ kê từ khi một cầu trúc giàn khoan được xây dựng vào năm 1937 ở Vịnh Mexico ở

độ sâu 14 feet nước, cách bờ hơn một đặm Mười năm sau, mỏ giếng đầu tiên nằm ngoài

tầm nhìn của đất liền đã được khoan từ một giàn khoan cô định nằm cách bờ biển

Louisiana l6 km Trong những năm 1950, các giàn khoan có bệ di động, được “kích” lên khỏi mặt nước bằng cách hỗ trợ các chân đặt dưới đáy biển, có thê khoan vào vùng nước

có độ sâu vượt quá 100 feet Đến năm 1957, 23 đơn vị khoan đã hoạt động trong vịnh Các giàn khoan di động ngoài khơi (MODU) được phép khoan khi đang nỗi tại chỗ

mà không cần sử dụng các chân đỡ Tàu khoan đầu tiên được giới thiệu vào những năm

1950; giàn khoan bán chìm đầu tiên được giới thiệu vào đầu những năm 1960 Các giàn khoan bán chìm tại chỗ được thiết kế đề có tý lệ khối lượng và cấu trúc bên dưới mặt

nước lớn hơn để có độ ôn định cao hơn trước gió và sóng Việc sử dụng MODU ở vùng nước sâu hơn yêu cầu các hoạt động phức tạp hơn so với các hoạt động được thực hiện trên các giàn khoan có định Ví dụ, hệ thống ống đứng dài hơn và nặng hơn là cần thiết

đề vận chuyên chất lỏng giữa giàn khoan và đáy biển Ngoài ra, việc vận hành và bảo trì

hệ thống chống xả đáy (BOP) dưới đáy biển trở nên khó khăn hơn trong điều kiện khắc

nghiệt trực tiếp dưới đáy biển

Những tiến bộ liên tục trong kỹ thuật thăm dò địa chất, thiết kế giêng và ghi lại thông

tin địa chất quan trọng đã cho phép các hoạt động khoan mở rộng sang nước sâu hơn Ví

dụ, trong những năm 1960, việc ghi và xử lý âm thanh kỹ thuật số và khả năng xử lý dữ

liệu địa chấn đã nâng cao đáng ké chat lượng Trong những năm L970, việc thực hiện xử

lý hình ảnh địa chấn ba chiều đã tiền bộ một cách đáng kê và trong những năm 1980, việc

sử dụng các máy trạm máy tính cho phép xử ly dữ liệu được tạo ra trong các cuộc khảo

sát địa chất nhanh hơn Những tiến bộ đó và những tiễn bộ công nghệ khoa học khác đã

nâng cao đáng kê độ chính xác của ngành trong việc định vị các giếng sản xuất Cải thiện

độ chính xác là một yếu tố quan trọng, với chi phí hàng triệu đô la để khoan một giếng

riêng lẻ ở vùng nước sâu Từ năm 1985 đến 1997, tỷ lệ thành công của các giếng thăm dò ngoài khơi đối với các công ty lớn ở Hoa Kỳ đã tăng từ 36% lên 51% (EIA 2008) Các thế hệ giàn khoan mới đã được phát triển cho phép khoan ở độ sâu nước từ 5.000 đến

10.000 feet và từ 20.000 đến 30.000 feet độ sâu dưới đáy biển Các kỹ thuật khoan tiên

tiền cho phép thay đổi hướng của một giếng riêng lẻ từ thăng đứng sang nằm ngang đề có khả năng thích ứng cao hơn với các điều kiện địa chất Các kỹ thuật cũng được phát triển

đề lấy thông tin (chăng hạn như đữ liệu về vị trí, nhiệt độ, áp suất và độ rỗng) từ bên

trong lỗ khoan khi giếng đang được khoan

Đến năm 1990, hầu hết dầu và khí đốt từ Vịnh Mexico đến từ các giếng được khoan ở

độ sâu trung bình tính theo sản lượng khoảng 250 feet nước Đến năm 1998, độ sâu trung

bình của nước tính theo sản lượng lớn hơn 1.000 feet Vào thời điểm đó, lần đầu tiên sản

xuất ở vùng nước sâu (khoảng 700.000 thùng dầu và 2 tỷ feet khối khí mỗi ngày) đã vượt qua sản lượng ở vùng nước nông Năng lực sản xuất nước sâu toàn cau tăng hơn ba lần từ năm 2000 đến 2009 (từ 1,5 triệu thùng mỗi ngày ở độ sâu nước trên 2.000 feet lên hơn 5 triệu thùng mỗi ngày) Năm 2008, tổng lượng dầu và khí được phát hiện ở vùng nước sâu trên toàn câu vượt quá khôi lượng được tìm thây trên bờ và ở vùng nước nông cộng lại

2 Nguyên nhân dẫn đến tai nạn

2.1 Nguyên nhân khách quan

Do hệ thống cảnh báo gặp trục trặc, các nhân viên tại đây đã phải ngắt bỏ nó | nam trước khi thảm họa diễn ra do không ai muốn nghe tiên còi ¡nh ỏi vào lúc 3h sáng cả Đây chính là 1 trong những lý do khiến cho không ai có thể ngờ vụ nỗ diễn ra nhanh, mạnh

đến thế

Nguyên nhân thứ 2 có thế đến từ các sự cô "màn hình xanh" Do một số máy tính ở đây vẫn dùng hệ điều hành từ những năm 90, cho nên thường xảy ra hiện tượng màn hình xanh Dù chưa có bằng chứng cụ thể về ảnh hưởng của những sự cố màn hình xanh đến thảm họa nỗ giàn khoan nhưng nó cũng nói lên được phần nào sự yếu kém, lạc hậu trong mặt công nghệ

2.2 Nguyên nhân chủ quan

Lịch sử kiểm tra lỗi giàn khoan vào tháng 9/2009 cho thấy, có tới 390 lỗi mà bên phía chi quan Transocean không hề sửa chữa, kê cá đối với những lỗi khá nghiêm trọng Đối với việc điều khiển 1 cỗ máy không lỗ như Deepwater Horizon, moi quy trình hoạt động

dù là nhỏ nhất đều cần có sự chính xác cao, trơn tru trong từng chỉ tiết, vậy mà có hàng trăm lỗi có thể chưa được khắc phục kịp thời Đây là 1 trong những nguyên nhân từ phía con người mặc phải dân đến hậu qua rât nghiêm trọng

Trước khi thảm kịch xảy ra 1 ngày, 1 đội công tác đã tiến hành bơm xi măng vào đáy

lỗ khoan, một trong những quy trình chuẩn an toàn để ngăn dâu rò rỉ ra bên ngoài Nhưng

xi măng ở lớp dưới cùng của lỗ khoan đã không thể tạo ra l màng "niêm phong" hoàn hảo Điều này dẫn đến việc dầu cứ dần dần bị rò rỉ ra ngoài và vào cả các đường ống dẫn

lên phía bề mặt Thực tế, có 2 van cơ khí, được thiết kế để ngăn chặn dòng chảy của dầu

và khí đốt nhưng tất cả đều đã thất bại, điều đó cho phép dầu và khí đốt sẽ đi dọc theo

đường ống về phía bề mặt

Thay vì chuyên bùn và khí đi từ giàn khoan, trút nó một cách an toàn thông qua đường ống bên trên mặt thì các dòng chảy được chuyên hướng đến một thiết bị trên tàu,

được thiết kế đề tách khí ra khỏi bùn nhưng nó lại khiến khí dễ cháy tràn nhiều hơn vào

giàn khoan

Cùng với đó là hàng loạt các kết quả kiểm tra áp lực bị sai Một chuyên gia cho biết

một số trắc nghiệm đã được chạy tới 4 lần để xem kết quả ra sao và cũng để xác định xem liệu vết niêm phong có thực sự én hay không Kết quả của các cuộc thử nghiệm đã bị sai,

vì vậy họ nghĩ nó cũng đã được kiểm soát

3 Thách thức trong thiết ké va thi cong

Cấu trúc địa chất bên dưới vùng nước sâu của Vịnh Mexico là một môi trường khắc

nghiệt và khó dự đoán gồm các hồ chứa hydrocacbon ở nhiệt độ cao và áp suất cao, thường chứa một lượng đáng kê khí tự nhiên hòa tan Những yếu tổ này yêu cầu các biện pháp phòng ngừa bồ sung trong thiết kế và xây dựng giếng

Áp suất đứt gãy hình thành (áp lực tại đó vết nứt thủy lực hình thành ở giếng và

truyền ra ngoài thành hệ) thường tăng với độ sâu, cũng như áp suất lỗ rỗng (áp lực do nước mặn hoặc hydrocacbon gây ra trong không gian lỗ rỗng của đá) Nhân viên giàn khoan sử dụng chất lỏng đậm đặc trong quá trình khoan (nghĩa là bùn khoan) và các loại rào cản khác nhau bên trong giếng sau khi khoan đề kiểm soát áp suất dưới bề mặt và ngăn dòng chảy hydrocarbon ngoài ý muốn từ các thành tạo địa chất vào trong giếng Khi giếng đang được khoan, bùn khoan được bơm vào ống khoan nổi với mũi khoan Bùn chảy ra khỏi các vòi trong mũi khoan và sau đó quay trở lại giàn khoan qua khoảng trống giữa ông khoan và các mặt của giếng (không gian hình khuyên), mang theo các mảnh vụn cắt và làm mát cũng như bôi trơn mũi khoan và giếng khoan Ngoài ra, bùn khoan được sử dụng đề kiểm soát áp suất bên trong giếng khoan Chất lỏng lỗ rỗng được chứa trong đá chứa bằng cách sử dụng trọng lượng của một cột bùn khoan để tạo ra áp suất thủy tĩnh tại vỉa cao hơn áp suất lỗ rỗng Đội kỹ thuật theo dõi và điều chỉnh trọng lượng bùn đề giữ áp suất do bùn tạo ra bên trong giếng giữa áp suất lỗ rỗng và áp suất đứt gãy Nếu trọng lượng bùn thấp hơn áp suất lỗ rỗng, một dòng chất lỏng hồ chứa không mong muốn sẽ đi vào giếng (Kick) Sự cố trào ngược, có thê xảy ra hiện tượng nỗ tung nếu không tuân thủ các quy trình kiểm soát giếng phù hợp

Khi giếng được khoan sâu hơn, có thể cần phải tăng trọng lượng bùn để ngăn hiện tượng trào ngược Tuy nhiên, trọng lượng bùn không được cao đến mức áp suất thủy tĩnh trong giếng vượt quá áp suất nứt của đá lộ ra tại bat kỳ điểm nào trong giếng Nếu xảy ra đứt gãy, bùn khoan sẽ chảy ra khỏi giếng vào thành tạo địa chất đề bùn quay trở lại bị mất thay vì tuần hoàn trở lại bề mặt Nếu xảy ra tình trạng mắt tuần hoàn, việc khoan không thê tiếp tục cho đến khi ngừng mắt bùn Mất tuần hoàn nghiêm trọng có thể khiến áp suất trong giếng trở nên quá thấp để ngăn chất lỏng via ổi vào giếng Giếng cũng có thể trở

nên không ổn định và sup đồ

Áp suất khe nứt và áp suất lỗ rỗng có thể khó dự đoán trước khi khoan giếng, và một

số thành tạo ở Vịnh Mexico có áp suất lỗ rỗng và độ dốc khe nứt có thể cao hơn hoặc

thấp hơn dự đoán Áp suất lỗ rỗng có thê gần với áp suất đứt gãy, như đã thấy khi khoan

giếng Macondo, tạo ra một thách thức đáng kế đối với sự an toàn tong thể của hoạt động

khoan Đối với các trường hợp áp suất lỗ rỗng gần với áp suất đứt gãy, phô biến ở vùng nước sâu của Vịnh Mexico, cần chú ý đến bất kỳ sự gia tăng nào về áp suất giếng có thể

do chuyên động của ông khoan hoặc bơm chất lỏng Mỗi yếu tố này có thể khiến áp suất trong giếng vượt quá áp suất đứt gãy, tạo ra các vấn đề về kiêm soát giếng như mắt tuần hoàn và có thê xảy ra va chạm

Các thành tạo nông hơn để lộ ra trong lòng giếng có thê không chịu được áp lực ngày cảng tăng do trọng lượng bùn tăng lên và có thể bị nứt do thủy lực Khi không còn có thê dựa vào bùn khoan đề kiểm soát giếng chính, đội sẽ ngừng khoan và lắp đặt vỏ thép vào trong lòng giếng đề báo vệ các thành tạo nông hơn, yếu hơn Chuỗi vỏ bao gồm các đoạn ống thép được vặn vào nhau Phần dưới cùng của chuỗi ông vách được bịt kín bằng cách bơm vữa xi măng xuống ống vách và ra ngoài vòng khuyên Khi xi măng đông kết, các thành tạo yếu hơn phía trên phần cuỗi của ông vách được cách ly khỏi áp suất cao hơn sẽ gặp phải khi giếng được khoan sâu hơn Xi măng cũng phục vụ để hỗ trợ và neo ống vách vào đội hình Vỏ bọc cũng được sử dụng để cách ly phần cuối cùng của giếng sau khi hoàn thành Điều này giúp ôn định và cho phép khai thác chất lỏng từ các via được chọn

Xi măng tạo thành một nút ở dưới cùng của vỏ mà nêu không sẽ vẫn mở Chuỗi vỏ cuối cùng này có thể kéo dài trở lại bề mặt giêng (trong trường hợp này là đầu giếng được lắp

đặt ở đáy đại dương) hoặc có thể được treo hoặc treo từ phan cuối của chuỗi vỏ đã chạy

trước đó

Đội giản khoan sử dụng các tắm chắn bô sung bên trong giếng đề tăng cường hệ thống tắm chắn chính Ví dụ, các van một chiều được lắp ở dưới cùng của dây vỏ Chúng được thiết kế để ngăn dòng chảy ngược vào vỏ trong khi xi măng đang đông kết hoặc trong trường hợp phớt xi măng bị hỏng Ngoài ra, phần trên cùng của vỏ bọc được bịt kin bên trong đầu giếng hoặc móc treo đề chất lỏng không thể thoát qua đỉnh của vỏ bọc nếu lớp đệm xi măng bị hỏng trong vòng khuyên Cuối cùng, một số dạng nắp kiểm soát giếng được đặt trên đầu giếng để ngăn chặn hoặc kiểm soát dòng chảy ra khỏi vỏ Trong

quá trình khoan và lắp đặt Ống vách, hệ thông BOP được sử dụng Trong tình huống khân cấp, hệ thống BOP có thê được kích hoạt dé bit kín giếng mở, đóng phần hình khuyên của giếng xung quanh ống khoan hoặc ống chống, hoặc cắt qua ống khoan bằng lưỡi cắt thép rồi bịt miệng giếng Một hệ thống BOP điền hình cũng có nhiều chức năng thông thường hơn như cho phép kiểm tra áp suất nhất định đề đánh giá tính toàn vẹn của giếng và bơm

và loại bỏ chất lỏng ra khỏi giếng thông qua các đường “choke” và “kill” của nó, là các đường áp suất cao chạy giữa BOP và giàn khoan Sau khi giếng được hoàn thành, BOP

được thay thé bang cụm điều khiển sản xuất (thường được gọi là “Christmas tree” hoặc

“tree”) Các hệ thống này được thiết kế để cung cấp khả năng kiểm soát dự phòng cho giếng và ngăn chặn các dòng chảy không mong muốn từ các hồ chứa Tính toàn vẹn của các tắm chắn có thê được đánh giá bằng các thử nghiệm áp suất và bằng cách thực hiện

các phép đo bằng các dụng cụ khác nhau Nếu có sự chậm trễ giữa việc kết thúc hoạt

động khoan và bắt đầu hoàn thành hoạt động, thì giếng tạm thời bị bỏ bằng cách đặt các

nút cơ học hoặc xi măng bên trong ông vách

CHƯƠNG 2 WELL MONITORING SYSTEM

1 Khái niệm

Hệ thống giám sát giếng khoan là một phần quan trọng của hoạt động khoan dầu khí, đặc biệt là khi các giếng khoan trở nên phức tạp hơn và đòi hỏi tính chính xác cao hơn trong việc đo lường và theo dõi các thông số của giếng khoan Cơ sở lý thuyết của hệ thông giám sát giếng khoan bao gồm các phương pháp đo lường, thiết bị và kỹ thuật truyền dữ liệu, để đảm bảo rằng các thông số quan trọng được đo lường một cách chính xác và tin cậy

Một trong những thông số quan trọng được giám sát trong quá trình khoan là áp suất

Áp suất trong giếng khoan thường được đo bằng cách sử dụng các cảm biến áp suất được đặt tại độ sâu khác nhau trong giếng khoan Các cảm biến này sẽ đo áp suất của chất lỏng

và khí trong giếng khoan và truyền dữ liệu về trạm kiểm soát Đề đảm bảo tính chính xác của các đo lường này, các cảm biến áp suất phải được hiệu chỉnh và đặt ở vị trí phù hợp trên giếng khoan

10