Tính toán và lựa chọn ống chống cho giếng khai thác dầu

Cấu trúc giếng khoan được xác định bằng:  Số lượng các cột ống chống trong giếng khoan  Đường kính và chiều sâu thả các cột ống chống  Đường kính choòng khoan tương ứng dùng khoan để thả các cột ống chống.

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất LỜI MỞ ĐẦU Trong biện pháp nâng cao hiệu thực cơng tác khoan dầu khí việc hồn thiện sở khoa học thiết kế dự tốn xây dựng giếng có vai trị quan trọng Thiết kế giếng khoan mắt xích quan trọng dây chuyền khoa học sản xuất.Các giếng khoan dầu khí cơng trình mang tính đặc thù Các cơng trình thường thi cơng điều kiện địa lí-kỹ thuật mơi trường làm việc phức tạp ,giá thành cơng trình dao động từ vài triệu đô đến hàng chục triệu đô la Mỹ.Chính ,q trình thi cơng xây dựng giếng không thực cách cụ thể,chi tiết chun mơn hóa cao cơng việc giai đoạn Một phần quan trọng q trình hồn thiện giếng tính tốn ,lựa chọn ống chống.Qua q trình học tập,nghiên cứu,thực tập xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro,và đặc biệt giúp đỡ tận tình thầy Lê Đức Vinh,em lựa chọn đề tài:Tính tốn lựa chọn ống chống cho giếng khai thác dầu làm đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu khoa học xây dựng dựa trình học tập,nghiên cứu trường kết hợp với thực tế sản xuất nhằm giúp cho sinh viên nắm vững kiến thức học.Với mức độ tài liệu thời gian nghiên cứu hoàn thành đồ án có hạn,cũng kiến thức kinh nghiệm cịn hạn chế,nên khơng tránh khỏi có thiếu sót.Em mong nhận góp ý,bổ sung thầy cô,các nhà chuyên môn bạn đọc Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo mơn Thiết bị dầu khí cơng trình,các bạn lớp đặc biệt thầy Lê Đức Vinh giúp đỡ,hướng dẫn tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án này.Nhân em xin gửi lời cảm ơn tới cán ,công nhân viên xí nghiệp Trần Ngọc Hịa Lớp: Thiết bị dầu khí cơng trình K50 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất liên doanh dầu khí Vietsovpetro giúp đỡ thu thập tài liệu để em hoàn thành đồ án tốt nghiêp Hà Nội, ngày 25 tháng năm 2010 Sinh viên Trần Ngọc Hòa Trần Ngọc Hòa Lớp: Thiết bị dầu khí cơng trình K50 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất CHƯƠNG LỰA CHỌN CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN Cấu trúc giếng khoan xác định bằng:  Số lượng cột ống chống giếng khoan  Đường kính chiều sâu thả cột ống chống  Đường kính chng khoan tương ứng dùng khoan để thả cột ống chống  Chiều cao dâng vữa xi măng khoảng không gian vành xuyến ống chống Việc lựa chọn cấu trúc giếng khoan phù hợp phụ thuộc vào yếu tố sau: mục đích giếng khoan phương pháp khoan, điều kiện địa chất khoan qua, chiều sâu vỉa sản phẩm, số lượng vỉa sản phẩm, phương pháp mở vỉa sản phẩm, khả thiết bị kỹ thuật thực trạng công nghệ Trong tất trường hợp, cấu trúc giếng khoan phải đảm bảo khả thi công đến chiều sâu thiết kế đạt tiêu kinh tế kỹ thuật thiết kế đặt Với mục đích giảm thiểu thời gian thi công tạo điều kiện tốt cho công tác khoan nhằm phòng ngừa phức tạp cố trình khoan nên thiết kế cấu trúc giếng khoan cần ý đến:  Chiều sâu đối tượng khai thác (vỉa sản phẩm), sản lượng chúng tính thấm, chứa vỉa  Tính chất lý trạng thái gắn kết đất đá, trường hợp thân giếng hở, cần tính tới phức tạp địa chất xảy tượng bó, kẹt cần khoan, sập lở, hang hốc, phun trào… Trần Ngọc Hịa Lớp: Thiết bị dầu khí cơng trình K50 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất  Áp suất vỉa áp suất lỗ hổng, áp suất phá vỡ vỉa đất đá khoan qua  Nhiệt độ đất đá theo chiều sâu thân giếng Nói chung, lựa chọn cấu trúc giếng khoan đặc tính tiêu liệt kế triên phụ thuộc nhiều vào thông số kỹ thuật công nghệ thi công, xây dựng giếng khoan, đặc điểm tính chất phức tạp điều kiện địa chất Có thể nhận xét số yếu tố chủ quan mức độ hay mức độ khác trở thành yếu tố khách quan, trường hợp số lượng yếu tố chủ quan ảnh hưởng đến q trình thiết kế giới hạn đáng kể, khơng có việc lựa chọn cấu trúc giếng khoan việc xác định xác chiều sâu thả cột ống chống mà Phụ thuộc vào yêu cầu giếng khoan (các yếu tổ chủ quan) đặc điểm địa chất vùng mỏ (các yếu tố khách quan) thiết kế cấu trúc giếng đạt hiệu tốt đạt hiệu Cấu trúc giếng khoan xem hợp lý bảo đảm giá thành xây dựng giếng thấp nhất, hoàn thiện hạn chế tồn kỹ thuật (thiết bị kỹ thuật vật tư, điều kiện vận chuyển), hạn chế công nghệ (áp dụng công nghệ mới, tổ chức công việc phụ trợ đơn vị, xí nghiệp tham gia q trình thi cơng xây dựng giếng), hạn chế điều kiện địa chất (như xuất nước vỉa, dung dịch khoan vữa xi măng, sập lở trương nở đất đá) đòi hỏi độ tin cậy tuổi thọ giếng khoan suốt thời gian làm việc giếng (thử vỉa, hoàn thiện giếng khai thác) Trần Ngọc Hịa Lớp: Thiết bị dầu khí cơng trình K50 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất 1.1 Chọn chiều sâu thả đường kính cột ống chống 1.1.1 Tính tốn lựa chọn chiều sâu thả cột ống chống Khi thiết kế cấu trúc giếng, bước chọn số cột ống chống chiều sâu thả Có hai yếu tố định tới tính tốn xác định chiều sâu thả cột ống chống: điều kiện địa chất khoan qua trình độ kỹ thuật, cơng nghệ thực giai đoạn quy trình xây dựng giếng Hai yếu tố cần đủ để tính tốn chiều sâu thả cột ống chống Nếu điều kiện địa chất tồn thân giếng có bất thường (khơng có mơi trường địa chất nhau) khả kỹ thuậtcông nghệ khoan không cho phép thực lúc phải thay đổi cho phù hợp với khoảng khoan riêng biệt Có thể lý giải sau: Khi tham số có trước qui trình cơng nghệ khơng hợp lý mặt kinh tế khoan tiếp khoảng khoan phía (tiếp theo) giếng gây nhiều khó khăn phức tạp khoảng khoan phía trên, khoảng khoan chưa gia cố ống chống hay phải thực thêm số giải pháp công nghệ đặc biệt để phòng ngừa phức tạp Chính vậy, chiều sâu thả ống chống cần định cách cụ thể phù hợp với điều kiện bất thường vật chất Từ mục đích này, việc xây dựng biểu đồ phân bố gradient áp suất vỉa Pv theo chiều sâu thẳng đứng Lv (ßv = Pv/Lv), gradient áp suất phá vỡ vỉa ßvv (ßvv = Pvv/Lv) gradient áp suất cột dung dịch khoan (ßdd = Ydd) cần thiết Các đại lượng Pv, Pvv tính tốn sở số liệu nghiên cứu địa chất, địa vật lý giếng vùng lân cận gần mặt địa Trần Ngọc Hịa Lớp: Thiết bị dầu khí cơng trình K50 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất lý địa tầng để đưa giá trị áp suất vỉa, vỡ vỉa, dung dịch Trong trường hợp khơng có số liệu, áp suất phá vỡ vỉa P vv dự tốn theo cơng thức sau: Pvv = 0,83 L + 6,6 Pv (1.1) Pvv = 0.87P lỗ hổng (1.2) Pvv = Pv + µ (Plỗ.hổng – Pv)/(1- µ) (1.3) Trong đó: Pv – áp suất vỉa chiều sâu L (MPa) Plỗ.hổng – áp suất lỗ hổng vỉa bên (MPa) Plỗ.hổng = 0,01 LPdd Pdd – trọng lượng riêng đất đá chiều sâu L (g/cm3) µ - hệ số Poisson µ đất sét = 0,0977 P1,4dd Áp suất mà giá trị có tượng dung dịch bị vào vỉa gọi áp suất dung dịch xác định theo số liệu thực tế bơm ép thử (lưu lượng 1-2 l/s) Khi khơng có số liệu áp suất dung dịch Pmdd, dự đốn theo công thức sau: Pmdd = (0,75 – 0,95) Pvv (1.4) Trong khoảng chiều sâu chứa tạp chất có tính chảy dẻo cao, để tính gradient áp suất vỡ vỉa ßvv, giá trị đại lượng Pv lấy giá trị áp suất lỗ hổng đất đá Trong khoảng khoan có cường độ dung dịch Trần Ngọc Hòa Lớp: Thiết bị dầu khí cơng trình K50 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất lớn mà việc khống chế q trình khoan khơng đạt kết quả, để tính tốn gradient áp suất vỡ vỉa ßvv, vị trí đại lượng Pvv sử dụng áp suất mà thời điểm xảy tượng dung dịch trầm trọng Chiều sâu thả cột ống chống (chiều sâu đặt chân đế ống chống) lấy theo chiều sâu ranh giới vùng gia cố ống (vùng có điều kiện) cộng thêm từ 10-20cm không lớn chiều sâu bắt đầu vùng có điều kiện tăng Chiều sâu thả cột ống chống khai thác tính theo chiều sâu thực tế vỉa sản phẩm có tính đến phương pháp hoàn thiện khai thác giếng, cấu trúc đáy giếng Chiều sâu thả cột ống chống kỹ thuật tính tốn thả đến vỉa sản phẩm, nhằm ngăn cách tồn địa tầng phía trước mở vỉa sản phẩm với công nghệ mở vỉa hệ dung dịch chuyên dùng cho mở vỉa sản phẩm Chiều sâu thả cột ống chống định hướng xác định để gia cố tạp chất đất đá bở rời phía chứa tạp chất nước bề mặt tập dung dịch Nếu cột ống chống định hướng lắp đặt thiết bị chống phun, chiều sâu thả chân để ống chống định hướng tính tốn chống xuất dấu khí phun cơng thức sau: H = 10 (Pm + ΔPPm) / (Ydd – Ynv) (1.5) Trong đó: Pm – áp suất miệng giếng đóng đối áp trường hợp dầu khí phun (kg/cm2) Trần Ngọc Hịa Lớp: Thiết bị dầu khí cơng trình K50 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất ΔPPm – áp suất phụ thêm miệng giếng xuất thực qui trình làm giếng khống chế chất lỏng vỉa xâm nhập vào giếng (kg/cm2) Ydd – tỷ trọng dung dịch khoan tương đương với gradient áp suất phá vỡ vỉa, (g/cm3) Ynv – tỷ trọng chất lỏng vỉa giếng (g/cm3) Chiều sâu thả cột ống chống trung gian xác định thỏa mãn điều kiện: H >= (Pv – 0,01 Yo)/(0,02 – 0,01 Yo) (1.6) 0,11 (ß (L – Ld) – YoL) + ß Ld) Hoặc: H >= (1.7) ß – 0,11 Yo Trong đó: H – chiều sâu tối thiểu chân đế ống chống cần thả (m) L – chiều sâu chân đế cột ống chống (m) Ld – chiều cao từ mực nước biển đến mặt bàn roto (trong trường hợp khoan biển) Còn khoan đất liền Ld = Trần Ngọc Hòa Lớp: Thiết bị dầu khí cơng trình K50 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Yo – tỷ trọng dung dịch khoan có tính đến xâm nhập chất lỏng vỉa (dầu, khí, nước) hay cịn gọi hỗn hợp khí nước, mà giá trị xác định sau: Y0 = Y Ydd Đại lượng Y trọng lượng riêng khí vỉa so với khơng khí (tỷ lệ khí vỉa vả khơng khí), 1-3 giếng khoan vùng mỏ Y lấy 0,6 cịn khoan vùng có đủ số liệu thực tế Y xác định theo số liệu thực tế Thực tế chiều sâu đặt chân đế ống chống lựa chọn nằm vỉa có đất đá bền vững, khơng nhỏ giá trị tính tốn Mặt khác, chiều sâu thả cột ống chống trung gian cột ống chống định hướng cần kiểm tra điều kiện thực tế, giếng khoan bị tuần hồn dụng dịch khoan khoảng dưới, chân đế ống chống trước cần thả sâu chiều sâu mực dung dịch giếng khoan khoảng mà xảy tuần hồn dung dịch Đối với 1-3 giếng khoan vùng mỏ, chưa có số liệu thực tế đáng tin cậy che nên chiều sâu mực dung dịch giếng tuần hồn xác định sau: Lmdd = 0,3 – 0,4 Hk, Hk- chiều sâu giếng xảy tuần hoàn dung dịch, Lmdd- chiều sâu mực dung dịch giếng Trong trường hợp có số liệu thực tế địa chất vùng mỏ giá trị L mdd xác định theo số liệu thực tế Tỷ trọng dung dịch Ydd sử dụng khoan khoảng khoan chưa gia cố ống chống cần phải nằm giới hạn cho phép vùng có Trần Ngọc Hịa Lớp: Thiết bị dầu khí cơng trình K50 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất điều kiện, phù hợp với yêu cầu qui trình, qui phạm hành thỏa mãn điều kiện sau: ΔPαmdd >= 0,01 Ydd >= a ΔPαmax (1.8) Ydd – tỷ trọng dung dịch lớn khoan khoảng riêng biệt a - hệ số dự phòng (chiều sâu giếng