Khoan và hoàn thiện giếng khoan

Thành giếng: toàn bộ bề mặt xung quanh giếng khoan c a giếng khoan.. – Chiều dài giếng khoan Measured Depth.. – Không tu n hoàn dung dịch khoan mà dùng gàu múc vụn khoan xen kẽ với quá

Ch ng 4: KHOAN VÀ

HOẨNăTHI NăGI NG

GI NGăKHOANăD UăKHệăĐ UăTIểN

• Tr ớc thế kỷ XIX,ăd uăkhíă

đ ợc thu gom do rò rỉ trên mặt

đ t

• Nhu c u sử dụng d uăkhíă

tĕng cao vào giữa thế kỉ XIX

đư thúc đẩy sự phát triển c a

kỹ thu t và công ngh khoan

Giếng của Philips

4000 bbl/d, tháng 10, 1861

Giếng của Woodford

1500 bbl/d, tháng 7, 1862

CÁCăGI NGăKHOANăKHỞIăĐ U

C MăGI NGăKHOANăỞăSPINDLETOPă(1903)

NH NGăPHÁTăMINHăậ SÁNGăCH

• Các giếng khoan d u khí đ u tiên đ ợc thực hi n bằng

ph ơng pháp khoan đ p cáp (cable-tool)

• 1863: George Leschot (Pháp) phát minh ph ơng pháp

khoan rôto để khoan nham th ch rắn

• 1864: Floren (Pháp) hoàn thi n ph ơng pháp tu n hoàn

dung dịch

• 1866: Mỹ c p bằng sáng chế cho thiết bị khoan rôto

• 1899: Devi (Mỹ) phát minh ph ơng pháp khoan bi

• 1901:ăPh ơngăpháp khoan rôto có tu n hoàn dung dịch

• 1903: Trám giếng khoan bằng xi mĕng California

• 1922: Nga phát minh ph ơng pháp khoan tuabin

• 1930: Giếng khoan định h ớng từ tháp trên đ t liền tới mục tiêu d ới biển California

• 1940: Động cơ đáy v n hành bằng đi n

• Từ giữa thế kỷ XX, các tiến bộ kỹ thu t trong khoan

d u khí phát triển v ợt b c:

– Khoan ngang, khoan đa đáy – Khoan giếng đ ng kính nh – Khoan d ới cân bằngầ

NH NGăPHÁTăMINHăậ SÁNGăCH

PGS.TS Lê Ph c H o Nhập môn Dầu khí

thềm lục địa Nam Vi t Nam (từ th p niên 60 đến nay)

đư có g n 500 giếng khoan thĕm dò và khai thác (sâu

• Giếng khoan sâu nh t: giếng khoan phục vụ mục đích

nghiên c u địa ch t, sâu 12.262 m (thi công từ 1970 đến 1994) t i bán đ o Kola, Siberia, Nga

• Giếng khoan dài nh t (5/2008): giếng BD-04A c a

Maersk Oil Qatar dài 12.290 m (40.320 ft)

• Giếng ngang dài nh t: giếng BD-04A cũng có đo n

ngang dài nh t (10,903 m) khoan trong vỉa s n phẩm

M TăS ăKỶăL CăKHOAN

PGS.TS Lê Ph c H o Nhập môn Dầu khí

– Giếng khoan là công trình nhân t o hình trụ đ ợc

thi công vào v trái đ t, có quỹ đ o thẳng

1 Miệng giếng: tiết di n đ u tiên

c a giếng khoan cắt vào v trái

đ t, đ ợc tính từ đ u giếng hay

sàn khoan (tùy theo mục đích)

2 Thành giếng: toàn bộ bề mặt

xung quanh giếng khoan

c a giếng khoan

trong không gian

CÁCăY UăT ăC AăGI NGăKHOAN

PGS.TS Lê Ph c H o Nhập môn Dầu khí

Đ ng kính giếng

– Đ ng kính thân lỗ khoan do choòng t o ra

– Đ ng kính giếng khoan sau khi ch ng ng

Chiều sâu giếng

– Chiều sâu theo ph ơng thẳng đ ng (Total Vertical Depth) – Chiều dài giếng khoan (Measured Depth)

12

CÁCăTHỌNGăS ăC AăGI NGăKHOAN

• Đ ợc biểu di n một cách t ợng tr ng qua các thành

ph n chính c a giếng khoan:

C UăTRÚCăGI NGăKHOAN

 Đ ng kính và các lo i

choòng dùng thi công các

đo n giếng khoan

 Chiều sâu và đ ng kính

c a các đo n giếng khoan

 S l ợng, chiều dài,

đ ng kính và độ dày c a các cột ng ch ng

 Ph ơngăpháp trám xi

mĕng và chiều cao dâng vữa xi mĕng

PGS.TS Lê Ph c H o Nhập môn Dầu khí

• M t s c u trúc đi n hình

– Cấu trúc một cột ống: ch có m t c t ng ch ng khai thác – Cấu trúc hai cột ống: 01 kỹ thu t + 01 khai thác

– Cấu trúc ba cột ống: 02 kỹ thu t + 01khai thác

– Nhiều cột ống chống: do các nhi m v v khai thác và s

ph c t p c a đ a t ng

• Vành đá xi mĕng

– Cách ly t t kho ng không vành xuy n gi a thành gi ng và các c t ng ch ng (cách ly t ng s n ph m v i các t ng khác)

– Tĕng đ n đ nh c a thành gi ng, gi ch t và tĕng đ b n

c t ng ch ng trong thành h – B o v c t ng ch ng kh i b r do các ch t ĕn mòn trong thành h

14

C UăTRÚCăGI NGăKHOAN

C UăTRÚCăGI NGăKHOANăĐI NăHỊNH

Khai thác 7 7/8 (5 ½) 5 7/8 (4) 8 ½ (7) 6 1/8 (2 7/8

hoặc 3 ½)

– Giếng đặc bi t bao g m:

o Giếng khoan phục h i, sửa chữa (reentry, workover)

o Giếng khoan gi i vây (relief)

PHỂNăLO IăGI NGăKHOAN

16

Theo độ sâu mực n ớc

– vùng nước nông: m c n ớc d ới 60m, h

th ng đ u giếng đ ợc đặt ngay d ới sàn khoan

– vùng nước trung bình: m c n ớc từ 60m đến

200m, h th ng đ u giếng đ ợc đặt đáy biển

– vùng nước sâu: m c n ớc lớn hơn 200m, h

th ng đ u giếng đ ợc đặt đáy biển

– vùng nước siêu sâu: m c n ớc lớn hơn 1000m

PHỂNăLO IăGI NGăKHOAN

PGS.TS Lê Ph c H o Nhập môn Dầu khí

• Theo hình d ng c u quỹ đ o giếng trong không gian

• Theo đ ng kính

– Giếng đ ng kính lớn – Giếng thông th ng – Giếng thân nh

18

PHỂNăLO IăGI NGăKHOAN

• Khoan đ p cáp, đ p c n, khoan xoay: theo kiểu phá

h y đáy c a choòng

• Khoan xoay:

– bằng h th ng bàn rôto – bằng topdrive

– bằng động cơ đáy (đi n, th y lực)

• Khoan th i khí/rửa bằng dung dịch: theo ph ơng pháp

• Khoan đặc bi t:

– Tia th y lực (bột mài) – Tia lửa đi n

– Tia nhi t

– Không tu n hoàn dung dịch khoan

mà dùng gàu múc vụn khoan xen kẽ với quá trình phá h y đá

– Chỉ khoan đ ợc giếngănông, đ t đá mềm, hi u su t sử dụng nĕng l ợng

r t th p

– V n còn dùng để khoanăgiếngăn

mìn (trong kh o sát địa ch n) và giếngăn ớc

20

KHOANăĐ PăCÁP

• Đ t đá đáy giếng bị phá h y d ới

tác động xoay c a choòng khoan,

nh : – Truyền chuyển động từ thiết bị bề mặt thông qua chuỗi c n khoan và bàn rôto/động cơ treo

– Truyền từ động cơ đáy (đi n, th y lực)

• Dung dịch khoan đ ợc tu n hoàn để

v n chuyển mùn khoan lên bề mặt và giữ thành giếng n định

• Ph ơng pháp đ ợc sử dụng rộng rãi

và hi u qu nh t

KHOAN XOAY

1 Giá xếp c n ậ Pipe Racks

2 D c tiếp khoan ậ Ramp

treo ậ Block & hook

8 Quang treo /đ u nâng ậ

Links & elevator

C UăTRÚCăGIẨNăKHOAN

NHỂNăS ăTRONGăTHIăCỌNGăKHOAN

P Kế toán P Kỹ thuật P Giám sát khoan

Nhà thầu khoan Côngătyăđiềuăhành

P Kế toán P CN m P CN khai thác P Giám sát khoan

Giàn khác Đ c công P Khoan P Địa chất

Côngătyădịchăv

ng ch ng Trám xi măng Thử giếng

Khoan định hướng LWD/MWD

Dịch vụ khác

PGS.TS Lê Ph c H o Nhập môn Dầu khí

• Đ c công (toolpusher) là đ i di n cao nh t c a nhà th u khoan t i giàn, chịu trách nhi m về công tác khoan, chỉ huy đội khoan và các nhóm thợ khác

• Đ c công có thể chia xẻ trách nhi m với thuyền tr ng khi giàn di động đang di chuyển

• Giám sát khoan (rig superintendent) c a Nhà th u đôi khi

đ ợc cử tới hi n tr ng, nh ng ch yếu làm vi c t i vĕn phòng

26

NHỂNăS ăTRONGăTHIăCỌNGăKHOAN

• Thợ khoan (driller) là ng i có kinh nghi m điều khiển thiết bị khoan (h th ng t i, bàn rôtoầ), chỉ huy thợ sàn khoan (roughneck), thợ tháp khoan (derrickman) và báo cáo với đ c công về công tác khoan

• Thợ tháp khoan làm vi c trên chu ng khỉ, có nhi m vụ h ớng chỉnh c n khoan khi nâng h và chịu trách nhi m giám sát h

th ng tu n hoàn dung dịch khoan

• Thợ sàn khoan chịu trách nhi m tiếp/tháo (tháo lắp bằng khóa lớn hoặc máy) c n/ ng trong quá trình khoan

• Thợ phụ (roustabout) duy trì ho t động c a thiết bị - dụng cụ và làm các vi c vặt khác

NHỂNăS ăTRONGăCỌNGăTÁCăKHOAN

PGS.TS Lê Ph c H o Nhập môn Dầu khí

• Quá trình phá h y đ t đá đáy giếng khoan phụ thuộc vào các thông s cơ học và th y lực (có thể điều chỉnh đ ợc) để đ t đ ợc

hi u su t khoan t i u gọi là thông s chế độ khoan, bao g m:

– Áp lực chiều trục (t i trọng lên choòng): Pphá h y ĐĐ≤ P ≤ Pbền

choòng

– V n t c quay c a choòng khoan:

• Có tác dụng phát triển phá h y cục bộ và quyết định đến v n t c cơ học khoan

• T c độ quay càng cao thì t c độ cắt gọt c a các h t cắt càng lớn

• Choòng chóp xoay: 60-150 v/ph, choòng kim c ơng: 300-800 v/ph

– L u l ợng và ch t l ợng n ớc rửa:

• T o cột áp th y tĩnh cân bằng áp su t thành giếng khoan,

• Gia c t m th i thành giếng khoan,

• Giữ mùn khoan lơ lửng khi ng ng tu n hoàn,

• Làm mát, bôi trơn bộ khoan cụ

THỌNGăS ăCH ăĐ ăKHOANăXOAY

QUIăTRỊNHăTI PăC N

Kéo cần từ giá đựng cần

Đẩy cần chủ đạo vào vị trí

QUIăTRỊNHăTI PăC Nă(tt)

N i cần mới vào chuỗi cần Chuỗi cần sẵn sàng khoan tiếp

QUIăTRỊNHăKÉOăC N

1 Ngừng bàn rôto, kéo c n ch đ o lên đến khi đo n n i c n

cao hơn bàn xoay Ngừng bơm dung dịch

2 Lắp bộ đỡ chuỗi c n khoan, tháo c n ch đ o và đẩy c n ch

đ o vào lỗ để c n ch đ o (rathole)

3 Tháo đ u xoay th y lực kh i móc nâng

4 Lắp êlêvatơ vào đ u chuỗi c n khoan, kéo chuỗi c n khoan

lên đỉnh tháp đến hết một kho ng c n (stand)

5 Thợ phụ tháo c n và đẩy đáy c n vào giá treo c n theo th tự

qui định

6 Thợ tháp khoan đẩy đ u c n vào vị trí

QUIăTRỊNHăKÉOăC Nă(tt)

PGS.TS Lê Ph c H o Nhập môn Dầu khí

• Sau khi khoan đến chiều sâu t ơng ng với c p ng

ch ng đư thiết kế, khoan đ ợc t m ng ng để th ng

ch ng và trám xi mĕng

• Vành đá xi mĕng sau khi đông c ng có tác dụng:

– Hỗ trợ cột ng ch ng – Bịt kín các t ng gây m t dung dịch – B o v ng ch ng kh i bị ĕn mòn – Cô l p, cách ly t ng ch a

34

GIAăC ăTHẨNHăGI NGăKHOAN

1 Ch c nĕng

2 Các ph ng pháp r a l khoan

3 Các thông s c a dung d ch khoan

4 Phân lo i dung d ch khoan

5 Làm s ch dung d ch khoan

DUNGăD CHăKHOAN

H ăTH NGăTU NăHOẨNăDUNGăD CH

1 Rửa lỗ khoan, nâng mùn khoan lên bề mặt

2 Giữ n định thành lỗ khoan

3 Giữ mùn khoan lơ lửng khi ng ng tu n hoàn

4 Làm mát, bôi trơn bộ khoan cụ

5 Truyền thông tin địa ch t lên bề mặt

6 Gây tác dụng lý hóa khi phá h y đ t đá

7 Truyền nĕng l ợng cho động cơ đáy

8 Là môi tr ng trung gian để truyền tín hi u điều khiển

Vi c lựa chọn dung dịch khoan c n chú ý đến các yếu t :

• nh h ng đến môi tr ng và quá trình khai thác

• Giá thành

• Kh nĕng v n chuyển

CăNĔNGăC AăDUNGăD CHăKHOAN

1 Đường dung dịch vào 2 Đường dung dịch ra 3 Mùn khoan vào ng lắng

– Trọng l ợng riêng ( ) – Độ nhớt (µ)

– Độ th i n ớc (B) – Hàm l ợng h t rắn ( ) – Độ n định (C)

– Độ lắng ngày đêm (O) – Độ pH

CÁCăTHỌNGăS ăC AăDUNGăD CH

Tỉ trọng kế dạng cân Phù kế

Nh tăk ăMarsh

ĐOăĐ ăNH T

ĐOăHẨMăL NGăH TăR Nă(CÁT)

PGS.TS Lê Ph c H o Nhập môn Dầu khí

– N ớc (ngọt, lợ, mặn) hoặc d u – Sét bentonit, polyme

• N ớc kỹ thu t

• Hỗn hợp n ớc hòa tan với các lo i sét trong cột địa t ng khoan qua

• Dùng để khoan trong đ t đá bền vững, thành giếng n định, ít x y ra

– Giá thành t ơng đ i th p, đáp ng t ơng đ i t t

trong thực tế

– Nh ợc điểm: gây nhi m bẩn bẩn t ng ch a, làm gi m

đán kể độ th m tự nhiên c a vỉa

Nhằm bảo vệ độ thấm tự nhiên của tầng chứa, cần sử dụng dung dịch khoan với

46

C

Dung dịch hoàn thi n giếng

• Th ng dùng để khoan vào t ng s n phẩm,

• Ph i đ m b o tránh hi n t ợng bít kín t ng ch a,

• Thành ph n c a dung dịch hoàn thi n giếng khoan r t đa

d ng tùy thuộc vào tính ch t t ng ch a và giá thành điều chế

• Dung dịch khoan g c n ớc biển

th ng đ ợc sử dụng do nhiều tính ch t c a nó t ơng thích với các đặc tính c a t ng ch a

C

– Dung dịch hỗn hợp hydroxit kim lo i (MMH) – Dung dịch silicate

48

C

• Dùng để khoan vào t ng ch a hoặc là dung dịch hoàn thi n giếng

• Tĕng tu i thọ các choòng khoan d ng chóp xoay

• Tỉ l m u cao, ít gây nhi m bẩn thành h

U

• Một s ph ơng pháp đo trong khi khoan và đo địa v t lý

giếng khoan không thể áp dụng đ ợc

• Giá thành cao

50

U

G m một pha liên tục là d u và một pha phân tán là

n ớc chiếm ít nh t 50% thể tích, đ ợc sử dụng để

khoan trong các tr ng hợp sau:

– T ng mu n hoặc anhydric có chiều dày lớn – Giếng khoan có nhi t độ cao

– Khoan định h ớng

u điểm

– R i ro cháy th p hơn dung dịch g c d u – Giá thành th p hơn dung dịch g c d u – Xử lý bề mặt d dàng hơn

Phân lo i

– Nhũ t ơng d u trong n ớc (nhũ tương thuận) – Nhũ t ơng n ớc trong d u (nhũ tương nghịch)

PGS.TS Lê Ph c H o Nhập môn Dầu khí

Ch t rửa là không khí (khoan th i khí)

• V n t c nâng mùn khoan cao (kho ng 500 ậ 900m/ph)

• Áp su t th y tĩnh lên đáy giếng khoan r t th p

• T c độ khoan cao do áp su t th y tĩnh lên đáy giếng không đáng kể

• Không gây nhi m bẩn thành h

• C n có thiết bị lọc bụi chuyên dụng mi ng giếng

• Không sử dụng đ ợc trong t ng ch a n ớc

52

AăD NGăKHệ

PGS.TS Lê Ph c H o Nhập môn Dầu khí

• Dung dịch sau khi tu n hoàn từ đáy giếng c n ph i

đ ợc làm s ch và khôi phục l i tính ch t ban đ u

tr ớc khi bơm tr l i giếng

• 3 ph ơng pháp tách mùn khoan kh i dung dịch:

– Ph ơng pháp th y lực – Ph ơng pháp cơ học: sàn rung – Ph ơng pháp ly tâm: máy tách cát, máy tách bùn

• 2 ph ơng pháp tách khí kh i dung dịch:

– Ph ơng pháp cơ học – Ph ơng pháp hóa lý

54

LẨMăS CHăDUNGăD CH

Sàn rung

LẨMăS CHăDUNGăD CH

Máy tách cát

Máy tách bùn

PGS.TS Lê Ph c H o Nhập môn Dầu khí

 1824: J Aspdin phát minh xi mĕng Portland (bằng cách nung

 1920: Halliburton giới thi u kỹ thu t trám xi mĕng

 Từ 1940, đặc bi t từ 1983 đến nay đư có nhiều lo i xi mĕng

Mục đích:

• Gia c thành giếng khoan;

• Liên kết cột ng ch ng với thành giếng khoan, chịu một ph n t i trọng và đ m b o chắc chắn về mặt cơ học cho cột ng ch ng;

• Làm kín kho ng không vành xuyến, b o v cột ng ch ng kh i

rỉ sét, h h i do các l u ch t có trong các t ng đ t đá khoan qua

• Cách ly t ng m t dung dịch, b o đ m kiểm soát giếng và kh nĕng nâng cao tỉ trọng dung dịch khi khoan sâu hơn;

• Cách ly các t ng s n phẩm, cho phép lựa chọn t ng khai thác hoặc bơm ép thích hợp;

• B o v chân đế ng ch ng kh i các ch n động khi khoan sâu hơn;

• T o đáy kín cho các thiết bị kiểm tra và an toàn lắp đặt đ u giếng;

• Kiểm soát giếng hoặc d p giếng

TRÁMăXIăMĔNG

PGS.TS Lê Ph c H o Nhập môn Dầu khí

– Đ uătrám xi mĕng – Nút trám trên

– Nút trám d ới – Gi trám xi mĕng – L ng định tâm – Vòng n i l ng định tâm – Ch i n o

– Chân đế ng ch ng n i – Vòng dừng

58

THI TăB ăTRÁMăXIăMĔNG

• Giàn khoan đ ợc chia thành hai lo i chính:

– Giàn khoan đ t liền – Giàn khoan biển

Self Contained Tendered

-Jacknife (Deeper )

Portable Mast (Small)

PHỂNăLO I

60

Chi u sâu khoan đ c,

PGS.TS Lê Ph c H o Nhập môn Dầu khí

• Các giàn khoan nhẹ (khoan t i đa 2000m) đ ợc gắn trực tiếp

trên xe t i cỡ lớn và d dàng di chuyển từ noi này đến nơi khác

• Các giàn khoan trung bình và sâu th ng gắn trên rơ móc

chuyên dụng hoặc xe lĕn kh ng l

- Các thiết bị khoan này có thể di chuyển

nguyên Bộ ăcự ly ngắn Khi c n di

chuyển xa, thiết bị đ ợc tháo r i

từng ph n

62

GIẨNăKHOANăTRểNăĐ TăLI N

GIẨNăKHOANăDIăĐ NGăTRểNăĐ TăLI N

tr ng

64

GIẨNăKHOANăC ăĐ NHăTRểNăĐ TăLI N

PHỂNăLO IăGIẨNăKHOANăBI N

Offshore facilities

Offshore cables

Offshore pipelines

Offshore platforms Jack-up

Bottom supported platforms

Compliant platform

Compliant towers

Guyed towers

Fixed platform

Jacket platform

Gravity platform

Floating offshore structure

FPSO

FPS

Spar

ầ

PGS.TS Lê Ph c H o Nhập môn Dầu khí

• Tùy thuộc độ sâu mực n ớc mà ng i ta sử dụng các

lo i giàn khoan khác nhau:

– Giàn khoan biển c định – Xà lan khoan (barge) – Giàn tự nâng (jack-up) – Giàn bán tiềm th y (semi-submersible) – Tàu khoan (drill-ship)

• Trên giàn khoan biển di động, thiết bị đ u giếng và thiết bị ch ng phun đ ợc lắp ngay d ới sàn khoan

biển (nếu mực n ớc biển lớn hơn 60m)

• Đ i với mực n ớc biển d ới 100m, th ng dùng giàn

khoan biển c định

66

CÁCăLO IăGIẨNăKHOANăBI N

PGS.TS Lê Ph c H o Nhập môn Dầu khí

• 1947: Giàn khoan biển đ u tiên t i

vịnh Mexico, với độ sâu 4,6 m n ớc

đ ợc khai thác từ các giàn ngoài khơi

với độ sâu hơn 300 m n ớc

nhau đ ợc sử dụng

L CHăS ăPHÁTăTRI NăGIẨNăKHOANăBI N

68