Thiết kế một giếng khoan khai thác dầu

Thiết kế một giếng khoan khai thác dầu

LỜI MỞ ĐẦU

Dầu khí là một ngành công nghiệp lớn trên thế giới Ngành công nghiệp dầu khí nước ta tuy thời gian phát triển chưa dài song đã đạt được những thành tựu đáng kể, đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế quốc dân và được xác định là mũi nhọn đưa đất nước tiến lên trên con đường công nghiệp hoá hiện đại hoá Ngành công nghiệp dầu khí là một chuỗi liên hoàn các công tác từ tìm kiếm thăm dò, khai thác đến chế hoá các sản phẩm dầu khí Trong đó công tác khoan là phức tạp nhất quyết định sự thành công của giếng khoan

Để thực các giếng khoan khai thác nhất là những giếng khoan sâu trong điều kiện địa lý địa chất khó khăn phức tạp, vốn đầu tư lớn thì công tác thiết kế phải được tiến hành một cách chi tiết , khoa học Vì vậy người thiết kế phải nắm vững kiến thức chuyên môn, có sự hiểu biết về điều kiện địa chất, khả năng làm việc của các thiết

bị hiện có, biết phân tích một cách khoa học các kinh ghiệm thực tế, từ đó xây dựng một phương án kinh tế - kỹ thuật khả thi và tối ưu hoá trong những điều kiện nhất định

Một số bước cơ bản phải trải qua trong phần thiết kế này:

1- Đặc điểm cấu tạo địa chất và cấu trúc cột địa tầng giếng khoan

- Ảnh hưởng của cột địa tầng đến công tác khoan

- Mục đích , yêu cầu kỹ thuật của giếng

2- Thiết kế thi công cho giếng khoan

- Cơ sở lựa

- Lựa chọn và tính toán cấu trúc giếng

- Phân chia các khoảng khoan và lựa chọn phương pháp khoan cho từng khoảng khoan

3- Dung dịch khoan.

- Lựa chọn hệ dung dịch khoan cho từng khoảng khoan

- Lựa chọn các thông số công nghệ dung dịch cho các khoảng khoan

- Tính thể tích dung dịch cho từng khoảng khoan

4- Thiết bị khoan và chọn bộ dụng cụ khoan.

- Chọn tổ hợp khoan hợp lý

- Chọn bộ dụng cụ khoan

5- Chọn chế độ khoan hợp lý.

- Cơ sở lựa chọn chế độ khoan

- Tính toán chế độ khoan phù hợp cho từng khoảng khoan

6- Chống ống và bơm trám xi-măng giếng khoan.

- Lựa chọn các phương pháp bơm trám xi măng cho các cột ống chống

- Tính toán bơm trám cho một cột ống chống cụ thể

Qua quá trình làm đồ án em hiểu rõ hơn về tầm quan trọng của công tác thiết

kế giếng khoan

Tuy nhiên vì thời gian làm đồ án này có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót hoặc chưa đầy đủ rất mong được sự xem xét và góp ý của Thầy để đồ án này được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cám ơn !

CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÀ ĐỊA TẦNG GIẾNG KHOAN

Theo trình tự nghiên cứu bắt đầu từ các phương pháp đo địa vật lý, chủ yếu là

đo địa chấn, các phép đo địa vật lý trong lỗ khoan, sau đó đến các phương pháp phân tích lấy mẫu đất đá thu được, người ta xác định dược khá rõ ràng các thành hệ của mỏ Bạch Hổ Đó là các trầm tích thuộc các hệ Đệ tứ, Neogen và Paleogen phủ trên móng kết tinh Jura-Kretta có tuổi thọ tuyệt đối từ 97-108,4 triệu năm Từ trên xuống cột địa tầng tổng hợp của mỏ được xác định như sau:

1 Trầm tích Neogen và đệ tứ

a.Trầm tích Plioxen-Pleixtoxen (điệp Biển Đông) :

Điệp này được thành tạo chủ yếu từ cát và cát dăm, độ gắn kết kém, thành phần chính là Thạch anh, Glaukonite và các tàn tính thực vật Từ 20-25% mặt cắt là các vỉa kẹp Montmoriolonite, đôi khi gặp những vỉa sét vôi mỏng Đất đá này thành tạo trong điều kiện biển nông, độ muối trung bình và chịu ảnh hưởng của các dòng chảy, nguồn vật liệu chính là các đá Macma axit Bề dày điệp này dao động từ 612 - 654m

Dưới điệp Biển Đông là các trầm tích của thống Mioxen thuộc hệ Neogen

b.Trầm tích Mioxen:

Thống này chia ra làm 3 phụ thống

-Mioxen trên(điệp Đồng Nai)

Đất đá điệp này chủ yếu là cát dăm và cát với độ mài mòn từ trung bình đến tốt Thành phần Thạch anh chiếm từ 20-90 % còn lại là Fenspat và các thành phần khác như

đá Macma, phiến cát vỏ sò… Độ kết hầu như không có nhưng cũng gặp những vỉa sét

và két dày đến 20m và những vỉa cuội mỏng Chiều dày điệp này tăng dần từ giữa (538m) ra hai cánh (619m)

Mioxen giữa(điệp Côn Sơn)

Phần lớn đất đá của điệp này được tạo từ cát, cát dăm và bột kết Phần còn lại là các vỉa sét, sét vôi mỏng và đá vôi Đây là những đất đá lục nguyên dạng bở rời màu xám vàng và xám xanh, kích thước hạt từ 0,1-10mm, thành phần chính là Thạch anh (hơn 80%), Fenspat và các đá phun trào có màu loang lổ, bở rời, mềm dẻo, thành phần chính là Montmoriolonite Bề mặt của điệp từ 810-950m

-Mioxen dưới(điệp Bạch Hổ)

Đất đá của điệp này nằm bất chỉnh hợp góc, thành tạo Oligoxen trên Gồm chủ yếu

là những tập sét dầy và những vỉa cát, bột mỏng nằm xen kẽ nhau Sét có mầu tối nâu loang lổ xám, thường là mềm và phân lớp

Thành phần của sét gồm có Kaolinit, Montmoriolonite, thủy Mica và các khoáng vật Carbonate, hàm lượng xi măng từ 3-35%, cấu trúc xi măng lấp đầy hoặc tiếp xúc Mảnh vụn là các khoáng vật như Thạch anh, Fenspat với khối lượng tương đương nhau Ngoài ra còn có các loại khác, như Granite, Phiến cát…Điệp này chứa các tầng dầu công nghiệp 22,23,24,25 Chiều dầy tăng từ vòm (600m) đến 2 cánh (1270m)

2 Trầm tích hệ Paleogen

Thành tạo của thống oligoxen thuộc hệ Paleogen được chia làm 2 phụ thống:

a.Oligoxen trên(điệp Trà Tân)

Các đất đá trầm tích này bao trùm toàn bộ diện tích mỏ Phần trên là các tập sét màu đen rất dày(tới 266m) Phần dưới là cát kết, sét kết và bột kết nằm xen kẽ Điệp này chứa tầng dầu công nghiệp: 1,2,3,4,5.

Sự phân chia có thể thực hiện sâu hơn tại hàng loạt các giếng khoan trong đó điệp Trà Tân được chia ra làm 3 phụ điệp: dưới, trên và giữa ở đây có sự thay đổi hướng đá mạnh, trong thời kỳ hình thành trầm tích này có thể có hoạt động của núi lửa ở phần trung tâm và cuối phía bắc của vỉa hiện tại, do có sự gặp nhau các đá phun trào trong một số giếng khoan Ngoài ra còn gặp các trầm tích than sét kết màu đen, xám tối đến nâu bị ép nén, khi vỡ có mặt trượt Khoáng vật chính là Kaolinit (56%), thủy Mica (12%), các thành phần khác: Clorite, Xiderite, Montmoriolonite (32%) Cát và bột kết có màu sáng dạng khối rắn chắc, tới 80,9% là thành phần hạt gồm : Thạch anh, Fenspat và các thành phần vụn của các loại đất đá khác như kaolinite, Carbonate, sét vôi Chiều dày từ 176-1034m, giảm ở phần vòm và đột ngột tăng mạnh ở phần sườn

b.Oligoxen dưới(điệp Trà Cú)

Thành tạo này có tại vòm bắc và rìa nam của mỏ Gồm chủ yếu là sét 70% mặt cắt), có màu từ đen đến xám tối và nâu, bị ép nén mạnh, giòn mảnh vụn vỡ sắc cạnh có mặt trượt dạng khối hoặc phân lớp Thành phần gồm: thủy Mica, Kaolinite, Clorite, Xiderite Phần còn lại của mặt cắt là cát kết, bột kết, nằm xen kẽ

kết(60-có sét màu sáng, thành phần chính là Arkor, xi măng Kaolinite, Thủy Mica và sét vôi

Đá được thành tạo trong đIều kiện biển nông, ven bờ hoặc sông hồ Thành phần vụn gồm Thạch anh, Fenspat, Granite, đá phun trào và đá biến chất ở đây gặp 5 tầng dầu công nghiệp 6,7,8,9,10

c.các đá cơ sở (vỏ phong hoá)

Đây là nền cơ sở cho các tập đá Oligoxen dưới phát triển trên mặt móng Nó được thành tạo trong điều kiện lục địa bởi sự phá hủy cơ học của địa hình Đá này nằm trực tiếp trên móng do sự tái trầm tích của mảnh vụn của đá móng có kích thước khác nhau Thành phần gồm: cuội cát kết hạt thô, đôi gặp đá phun trào Chiều dày của điệp Trà Cú và các tập cơ sở thay đổi từ 0 - 412m và từ 0 - 174m

3.Đá móng kết tinh Kaizozoi:

Đây là các thành tạo Granite nhưng không đồng nhất mà có sự khác nhau về thành phần thạch học, hoá học và về tuổi Có thể giả thiết rằng có hai thời kỳ thành tạo đá Granite : vòm bắc vào kỷ Kretta Diện tích của thể Batholit Granite này có thể tới hàng nghìn km2 và bề dày thường không quá 3km Đá móng mỏ Bạch Hổ chịu tác động mạnh của quá trình phong hoá thủy nhiệt và các hoạt động kiến tạo gây nứt nẻ hang hốc và sinh ra các khoáng vật thứ sinh khác Kataclazite, Milonite Sự phong hoá kéo theo sự làm giàu sắt, Mangan, Canxi, Photpho và làm mất đi các thành phần Natri và Canxi động Các mẫu đá chứa dầu thu được có độ nứt nẻ trung bình

là 2,2%, chiều dài khe nứt từ 0,5-1 mm, rộng từ 0,1- 0,5 mm, độ lỗ hổng bằng từ 1/5 -1/7 độ nứt nẻ Đá móng bắt đầu có từ độ sâu 3888 - 4400m Đây là một bẫy chứa dầu khối điển hình và có triển vọng cao

1.2 Cột địa tầng và tính chất cơ lý của đất đá

+ * Cột địa tầng

- Trầm tích đệ tứ và Neogen (Plioxen – Pleixtoxen )từ độ sâu 85 – 665 m có góc dốc của vỉa từ 1 – 50

- Trầm tích Mioxen trên từ độ sâu 665 - 1165 m , góc dốc của vỉa từ 1- 50

- Trầm tích Mioxen trung từ độ sâu 1165 – 2060 m, góc dốc của vỉa từ 1 – 50

- Trầm tích Mioxen dưới từ độ sâu 2060 – 3060 m, góc dốc của vỉa từ 5 – 150

- Móng kết tinh từ độ sâu 3660 m trở xuống và góc dốc không xác định

* Nhiệt độ và áp suất vỉa

- Từ độ sâu 85 – 665 m , áp suất vỉa = áp suất thủy tĩnh , áp suất vỡ vỉa = 1,3

áp suất thủy tĩnh , gradien địa nhiệt bằng 2,20c/ 100 m

- Từ độ sâu 665 – 2060 m , áp suất vỉa = áp suất thủy tĩnh , áp suất vỡ vỉa = 1,5 áp suất thủy tĩnh , gradien địa nhiệt bằng 2,20c/ 100 m

- Từ độ sâu 2060 – 3060 m , áp suất vỉa=1,05 áp suất thủy tĩnh , áp suất vỡ vỉa = 1,5áp suất thủy tĩnh , gradien địa nhiệt bằng 2,20 / 100 m

- Từ độ sâu 3060 – 3200 m , áp suất vỉa = 1,1 áp suất thủy tĩnh , áp suất vỡ vỉa = 1.6 áp suất thủy tĩnh , gradien địa nhiệt bằng 2,40- 2,50c /100 m

- Từ độ sâu 3200 – 3660 m , áp suất vỉa = 1,3 – 1,35 áp suất thủy tĩnh , áp suất vỡ vỉa = 1.6 áp suất vỉa , gradien địa nhiệt bằng 2,40- 2,50c /100 m

- Từ độ sâu 3660 – 4440 m , áp suất vỉa = 0,9 áp suất thủy tĩnh , áp suất vỡ vỉa = 1.5-1,6 áp suất thủy tĩnh , gradien địa nhiệt bằng 2,50c /100 m

1.3 Phân tích ảnh hưởng của địa tầng đến công tác khoan

Như đã trình bày ở trên điều kiện địa chất ở mỏ Bạch Hổ rất phức tạp gây nhiều khó khăn cho công tác khoan trong đó chủ yếu là các vấn đề sau:

- Sập lỡ thành giếng khoan trong các tầng đất đá mềm bởi rời phía trên từ đáy biển đến độ sâu khoảng 2100 m

- Sự biến dạng co thắt thân giếng trong các tầng trầm tích nhiều sét từ độ sâu

2100 m đến mặt tầng móng

- Dị thường áp suất cao và không đồng đều ( Gradien áp suất vỉa thay đổi từ 0,127 – 0,1742 at/m ) trong tầng Oligoxen trên

- Sự hạ thấp đột ngột Gradien áp suất vỉa tại ranh giới của hai tầng Oligoxen

và ranh giới vào tầng móng

- Hiện nay do quá trình khai thác áp suất vỉa của tầng móng đã giảm có nơi thấp hơn áp suất bão hoà tạo thành mủ khí kết hợp với sự nứt nẻ hang hốc gây mất dung dịch khoan

- Ngoài ra các đứt gãy kiến tạo sẽ gặp phải trong quá trình khoan cũng gây ra hiện tượng mất dung dịch và lệch hướng lỗ khoan

- Lưu ý

+ Mất dung dịch

Khoảng từ 85 – 3060 m mất dung dịch nhẹ

Khoảng từ 3060 – 3660 m mất dung dịch với cường độ lớn hơn

Khoảng từ 3660 – 4440 m có thể mất dung dịch hoàn toàn

+ Sập lở thành giếng khoan

Khoảng từ 85 – 2060 m có hiện tượng kẹt do sụp lở thành giếng khoan và

cường độ giảm dần theo chiều sâu, cần phải khống chế độ thải nướccủa dung dịch nhỏ tới mức có thể được

+ Biểu hiện phun trào

Từ độ sâu 2060 – 3060 m có khả năng xảy ra hiện tựơng phun trào

Khoảng 3060 – 4440 m có thể xảy ra hiện tượng phun trào và nhiễm khí

Trên đây là những tài liệu cơ sở rất cần thiết trong quá trình thiết kế phương án thi công giếng khoan này

- Giếng khoan thiết kế phải đạt mục đích khoan đến chiều sâu cần thiết ,mở đươc vỉa sản phẩm ở tầng móng để khai thác dầu (thân trần D = 165 mm), và sau đó khi áp suất đến áp suất bão hoà thì sẽ tiến hành bơm trám ximăng , bắn mìn để khai thác vỉa trên

- Về cấu trúc của giếng khi thiết kế phải ngăn ngừa hoàn toàn nước biển, giữ

ổn định thành và thân giếng khoan , cho phép bộ khoan cụ, các thiết bị khai thác và sửa chữa giếng đi qua một cách tự do và làm việc một cách có hiệu quả Chống được hiện tượng mất dung dịch trong khi khoan và bảo vệ được thành giếng trong trường hợp xảy ra phun trào

- Số lượng và số lần chống ống phải đảm bảo công tác khoan tiếp theo, trong điều kiện cho phép chọn các ống chống với cấp đường kính nhỏ nhât

- Mọi yêu cầu cơ bản nhất trong suốt quá trình thiết kế giếng khoan là giá thành thấp nhất

4DCGV1112222KN.,./.;KK

CHƯƠNG 2

THIẾT KẾ KỸ THUẬT GIẾNG KHOAN

2.1 Lựa chọn và tính toán cấu trúc giếng khoan 7BT-BK8

Ta phải chọn cấu trúc giếng sao cho phải đảm bảo được yêu cầu là thả được ống chống khai thác để tiến hành khai thác bình thường Đồng thời ta phải xuất phát

từ tài liệu chất khu vực thi công giếng khoan (đặc biệt là khi có các tầng phức tạp và

dị thường áp suất cao), cụ thể là tính chất cơ lý của các vỉa đất đá như độ bở rời, độ cứng, độ trương nở, áp suất vỉa, nhiệt độ vỉa

.2.1.1 Lựa chọn cấu trúc cho giếng khoan

Cấu trúc giếng khoan trên biển phải đảm bảo các yếu tố sau:

-Ngăn cách hoàn toàn nước biển, giữ ổn định thành và thân giếng khoan để việc kéo thả các bộ khoan cụ, các thiết bị khai thác, sửa chữa ngầm được tiến hành bình thường

-Chống hiện tượng mất dung dịch khoan

-Giếng khoan phải làm việc bình thường khi khoan qua tầng có áp suất cao và tầng sản phẩm có áp suất vỉa nhỏ hơn so với tầng có áp suất cao phía trên

-Bảo vệ thành giếng khi có sự cố phun

-Đường kính của cột ống khai thác cũng như các cột ống chống khác phải là cấp đường kính nhỏ nhất, đơn giản và gọn nhẹ nhất trong điều kiện cho phép của cấu trúc giếng

-Cấu trúc giếng phải phù hợp với yêu cầu kỹ thuật, khả năng cung cấp thiết bị, đảm bảo độ bền và an toàn trong suốt quá trình khai thác cũng như sửa chữa giếng sau này Nói tóm lại nó phải phù hợp với điều kiện địa chất, công nghệ và thích hợp với khả năng thi công

Căn cứ vào biểu đồ kết hợp áp suất dọc theo chiều sâu cột địa tầng của giếng 07-BT-BK8 ta có thể chọn cấu trúc ống chống cho giếng khoan như sau:

Dựa vào kinh nghiệm khoan trên mỏ Bạch Hổ, người ta thường sử dụng ống cách nước loại Φ720×16×D (do thi công trên biển nên phải cách nước, điều kiện địa chất phức tạp nên phải dự phòng thi công phức tạp phải thêm cột ống, chiều sâu có thể thay đổi) Dùng búa máy để đóng ống xuống đáy biển tới 35m, khoảng cách từ đáy biển lên mặt nước là 50m, từ mặt nước lên bàn roto là 35m, vậy tổng chiều dài cột ống chống định hướng là 120m

chống ống dẫn hướng này.

3 Cột ống trung gian thứ nhất

Khi khoan qua điệp Biển Đơng, áp suất vỡ vỉa tăng dần do thay đổi địa tầng, đất

đá bền vững hơn Để tăng tốc độ cơ học khoan, ta phải thay đổi thơng số chế độ khoan và một vài thơng số của dung dịch khoan (tăng tỷ trọng dung dịch, tăng tải trọng đáy, tăng áp lực bơm rửa) Với các thơng số như vậy nếu ta khơng chống ống

sẽ rất dễ xảy ra sập lở thành giếng khoan Ta cần tính tốn chiều sâu cột ống trung gian thứ nhất sao cho nĩ cĩ thể khoan qua tầng Mioxen một cách an tồn Độ sâu chống ống cĩ thể tính bằng cơng thức sau:

4 0 v

y v 0 y a 4

n0,1γm

lmlγllk0,1nL

L : Khoảng cách từ miệng giếng khoan đến chân đế ống chống trung gian thứ nhất

n

4

: Hệ số dự trữ bền vỡ vỉa đất đá khi khoan

l : Khoảng cách từ miệng giếng khoan đến điểm xuất hiện dầu khí

ly : Khoảng cách đáy biển đến ống chân đế ống định hướng

0,15.350,85.3200

3532001,050,1.1,1

4 Cột ống trung gian thứ hai.

Khi ta khoan qua tầng Mioxen há gặp tầng Oligoxen cú áp suất vỉa tăng cao, nếu ta giữ nguyên tỷ trọng dung dịch cũ sẽ dẫn đến hiện tượng phun dầu mkhí Do

đĩ, để khoan tiếp ta phải tăng tỷ trọng dung dịch khoan Nhưng nếu ta tăng tỷ trọng dung dịch khoan thì sẽ dẫn đến hiện tượng sập lở, nứt vỡ, mất dung dịch ở các đoạn khoan qua phía trên với tỷ trọng dung dịch nhỏ hơn (tầng áp suất vỉa thấp) Chính vì thế, để khoan tiếp vào tầng Oligoxen ta phải tiến hành chống ống trung gian thứ hai Khi đang khoan cĩ xuất hiện khí khoảng 5% thì phải dừng khoan và tiến hành đo vật lý để xác định ranh giới Mioxen và Oligoxen và đĩ thường là độ sâu chống ống Theo tài liệu địa chất để ngăn cách hồn tồn tầng Mioxen hạ và thay đổi tỷ trọng dung dịch khoan trước khi khoan vào tầng Oligoxcen ta chống cột ống này đến độ

sâu 3200 m

5 Cột ống trung gian thứ ba ( cột ống lửng)

Từ độ sâu 3200 – 3660 m là tầng sét kết thuộc phụ thống Oligoxen dưới có dị thường áp suất cao và tỷ trọng dung dịch khoan lớn Do đó cần đặt cột ống chống ngăn cách tầng này trước khi khoan mở vỉa sản phẩm ở tầng móng có tỷ trọng dung dịch nhỏ Trong khoảng này ta sử dụng cột ống chống lửng đặt từ độ sâu 3100 –

3660 m để ngăn cách hoàn toàn tầng dị thường áp suất cao

Khi đang khoan dung dịch có tỷ trọng cao nếu phát hiện chớm mất dung dịch thì phải dừng khoan ngay và tiến hành đo kiểm tra lại để xác định lại ranh giới giữa tầng Oligoxen và tầng phong hoa đó là chiều sâu của lớp ống lửng này Còn chiều cao của lớp ống lửng này cao hơn đế của lớp ống trước khoảng 100 m

2.1.3 Tính toán cấu trúc giếng khoan

Ta đã chọn cấu trúc cho giếng khoan là dạng cấu trúc gồm: ống chống định hướng, ống chống dẫn hướng, ống chống trung gian thứ nhất, ống chống trung gian thứ hai, oỏng lửỷng và cột ống chống khai thác Sau đây ta tiến hành tính toán đường kính của các cột ống chống đó và đường kính choòng tương ứng Việc tính toán được tiến hành từ dưới lên, bắt đầu từ đường kính của cột ống chống khai thác cho đến cột ống chống ngoài cùng Tính toán cấu trúc phải đảm bảo cho quá trình khoan, thả ống chống đến chiều sâu dự kiến được thông suốt, đảm bảo trám xi măng được thuận lợi

mm Ta xác định đường kính trong của ống chống trung gian thứ ba dtg3 như sau:

dtg3 ≥ Dckt1 + ( 6÷ 8)

dtg3 ≥ 165,1 + (6 ÷ 8 ) = 171,1 ÷ 173,1 (mm)

Từ đường kính trong này ta chọn đường kính ngoài cho ống chống là:

Dtg3 = 193,7 mm (căn cứ vào bảng các cấp đường kính ống chống chuẩn)

-Đường kính choòng khoan tương ứng Dctg3:

Dctg3 = Dmtg3 + 2δTrong đó Dmtg3 là đường kính mupta cột ống chống trung gian thứ ba, do dùng đầu nối FJL nên Dmtg3 = Dtg3 = 193,7 mm

Khoảng hở δ chọn: δ = 10 mm

Vậy:

Dctg3 = 193,7 + 2.10 = 213,7 (mm)Chọn đường kính choòng khoan Dctg3 = 215,9 (mm)

3 Ống chống trung gian thứ hai:

- Đường kính trong của ống chống trung gian thứ hai dtg2:

dtg2 ≥ Dctg3 + (6 ÷ 8) = 215,9 + (6 ÷ 8) = 211,9 ÷ 223,9 (mm)

Chọn đường kính ngoài cho ống chống trung gian thứ hai:

Dtg2 = 244,5 (mm) (căn cứ vào bảng các cấp đường kính ống chống chuẩn)

- Vậy đường kính choòng khoan tương ứng là:

Chọn đường kính ngoài cho ống chống trung gian thứ hai:

Dtg1 = 340 (mm) (căn cứ vào bảng các cấp đường kính ống chống chuẩn)

- Vậy đường kính choòng khoan tương ứng là:

-Đường kính choòng tương ứng là:

Do ống dẫn hướng là Φ508 sử dụng đầu nối BTC nên:

Bảng số liệu cấu trúc giếng:

Loại cột ống Chiều sâu thả

(m)

Đường kính ống(mm)

Đường kính mupta(mm)

Đường kính choòng(mm)

Định hướng 0 ÷ 120 720 Đầu nối hàn Dùng búa máy

Trung gian 3 3100 ÷3660 193,7 193,7 215,9

2.2 Chọn phương pháp khoan cho từng khoảng khoan

2.2.1 Cơ sở phân chia các khoảng khoan

Để phân chia các khoảng khoan người ta dựa hoàn toàn vào cấu trúc địa chất, các tính chất vật lý , hoá học, độ cứng , độ mài mòn, các hoạt đông kiến tạo …của các tầng đất đá và kinh nghiệm thực tế của các giếng khoan lân cận, của vùng mỏ đó và trên thế giới mà phân chia thành các đoạn khoan hợp lý nhất mang lại hiệu quả khoan cao nhất

2.2.2 Phân chia các khoảng khoan của giếng số 7BT- BK8 như sau :

Đoạn 1 : từ 0 – 120 m Đóng cọc ngăn nước biển

1-Đoạn thân giếng từ 0 – 120 m

Đóng cọc vào đáy biển khoảng 35m + 50m chiều sâu nước biển + 35m từ mặt nước biển đến roto = 120 m

2-Đoạn thân giếng từ 120 -250 m :

Đây là đoạn khoan mở lổ , đất đá mềm bởi rời, đường kính lỗ khoan lớn đòi hỏi moment quay lớn , sử dụng choòng khoan với vòi phun thuỷ lực đạt hiệu quả cao, ta nên chọn phương pháp khoan roto để thực hiện đoạn khoan này

3-Đoạn thân giếng từ 250-960 m:

Đất đá ở đây mềm, bởi rời và tiết kiệm thời gian kéo thả ta sử dụng luôn bộ khoan cụ vừa dùng để khoan cốc xi-măng để khoan luôn đến chiều sâu này và sử dụng phương pháp khoan roto

4- Đoạn thân giếng 960 –3200 m :

+Đoạn khoan giếng 960 – 2060 m

Đoạn này đất đá mềm bởi rời , ta nên chọn phương pháp khoan Roto để thực hiện đoạn khoan này

+ Đoạn khoan giếng 2060 – 3200 m :

Đoạn này đất đá mềm , trung bình cứng đòi hỏi moment phá đá lớn , để khoan đoạn này ta cũng nên dùng phương pháp khoan Roto

5-Đoạn khoan giếng từ 3200 – 3660 m:

Tính chất đất đá trong đoạn này là trung bình cứng , cần moment phá đá nhỏ , phù hợp với khoan tuôcbin và roto song sử dụng khoan tuôcbin có độ sâu khoan lớn đòi hỏi công suất máy bơm lớn và tổn thất thuỷ lực trong quá trình khoan sẽ rất lớn nên không hiệu quả bằng phương pháp khoan roto , vậy ta thực hiện phương pháp khoan roto cho đoạn khoan này

6-Đoạn thân giếng từ 3660 – 4440 m:

Đây là tầng đá móng bền chắc , phù hợp với choàng chớp xoay với moment nhỏ và

số vòng quay lớn Độ sâu của giếng lớn nên ta chọn phương pháp khoan roto cho đoạn khoan này

Tóm lại do giếng khoan này là giếng thẳng đứng nên ta chọn phương pháp khoan xoay Roto là chủ yếu ( quay bằng Topdriver)

CHƯƠNG 3

DUNG DỊCH KHOAN

3.1 Lựa chọn hệ dung dịch cho từng khoảng khoan

Do hệ dung dịch đang sử dụng phổ biến ở mỏ Bạch Hổ là hệ dung dịch góc sét điều chế từ sét Bentonit và được xử lý bằng nhiều hoá phẩm Còn các hệ dung dịch khác như hệ dung dịch Polime đã bắt đầu đưa vào sử dụng, tuy nhiên còn rất hạn chế , chỉ sử dụng cho các khoảng khoan quá phức tạp mà nếu sử dụng hệ dung dịch thường thì không thể khống chế đựơc và vì giá thành của hệ dung dịch Polime còn rất cao

Để lựa chọn hệ dung dịch khoan phù hợp cho từng khoảg khoancủa giếng dựa vào những yêu cầu và nhiệm vụ cơ bản sau:

- Đảm bảo độ bền thành giếng ngăn ngừa hoặc giảm tối đa những diễn biến phức tạp xảy ra trong quá trình khoan

- Đảm bảo khả năng giải phóng mùn khoan ở đáy giếng và nâng lên bề mặt một cách tốt nhất

- Nâng cao chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật công nghệ khoan

- Tận dụng tối đa hoá phẩm đang sử dụng ở vùng mỏ, giảm giá thành giếng khoan, phù hợp với điều kiện khoan ở biển

- Hệ dung dịch sử dung để mở vỉa sản phẩm không gây ô nhiễm, bẩn tầng sản phẩm và đảm bảo tính tự nhiên của vỉa

Vậy từ những yêu cầu và nhiệm vụ đã phân tích ở trên ta chọn hệ dung dịch

cơ bản cho giếng khoan này là hệ dung dịch sét, được điều chế từ sét Bentonit và gia công hoá học

Khoảng khoan từ 2060 -3200 do phải khoan qua tầng sét trương nở cao nên phải dùng dung dịch có tính ức chế sự trương nở của sét còn các khoảng khoan còn lại sử dụng hệ dung dịch bình thường

3.2 Tính toán và lựa các thông số công nghệ cho từng khoảng khoan

* TÝnh to¸n träng lîng riªng cña dung dÞch

PHv : áp suất vỉa tại điểm có độ sâu H

PHvv : áp suất vỡ vỉa tại điểm có độ sâu H

Ka : Hệ số áp suất dư lên thành giếng khoan, a phụ thuộc vào độ sâu

Theo kinh nghiệm tại XNLD ta có:

Ka = 1,1÷ 1,15 khi 0< H≤ 1200 m

Ka = 1,05÷ 1,15 khi 1200< H≤ 2500 m

Ka = 1,04÷ 1,05 khi 2500< H≤ 5000 m

L : Khoảng cách từ miệng giếng khoan tới mặt biển L= 35m

k : Građien áp suất vỉa

3.2.1 Khoảng từ 85 – 120 m: đóng cọc

3.2.2 Khoảng khoan từ 120 – 250 m

Qua kinh nghiệm thực tế khi khoan các giếng tại vùng mỏ Bạch Hổ từ độ sâu

120 – 250 m chúng ta dùng nước biển để khoan Trước khi kéo cần chống ống ta bơm đầy giếng bằng dung dịch sét có tỷ trọng γd = 1,04 – 1,06 (g/ cm3), T=35 (giây)

Tỷ trọng dung dịch khoan tối thiểu :

γd = Ka.K

H

L

H − ( g/cm3)

T = 30 – 35 ( giây ), Ứng suất trượt tĩnh = 8 – 12 / 18-22, k= 1-1,5 (mm), PH=9±0.5

Để tránh mất nước vào vỉa ta nên chọn dung dịch cĩ độ thải nước nhỏ nhất

cĩ thể được B = 5 -6 (cm3/ 30ph) và độ nhớt T = 30-40 ( giây) , ), Ứng suất trượt tĩnh = 8 – 12 / 18-22, k= 1-1,5 (mm), PH=9±0.5

3.2.3 Khoảng khoan từ 3200 - 3660 m

H = 3660 m

Ka = 1,055 KG/cm2/1000cm

K = 1,3

Tỷ trọng dung dịch khoan tối thiểu :

γd = Ka.K

H

L

H − ( g/cm3)

(g/ cm3) Khoảng khoan này được khoan qua địa tầng dị thường áp suất thuộc tầng Oligoxen hạ , trong dung dịch có chứa chất làm nặng Barit Do vậy để giữ chúng ở trạng thái lơ lửng , không gây lắng động ,đòi hỏi dung dịch phải có ứng suất trượt tĩnh lớn khoảng 15-20/25-35 (G/cm2) B= 4-5 (cm3/30 phút) và độ nhớt cũng phải cao 40-45 ( giây), k = 1 (mm), PH=9±0.5

γd = 1,05±0,02

(g/ cm3)

Để đảm bảo khả năng làm sạch đáy giếngvà vận chuyển mùn khoan tốt ta chọn dung dịch có Độ nhớt T=25-35 (giây), Ứng suất trượt tĩnh khoảng 10-15/15-20 và B= 8-10 ( cm3/ 30ph) ,K =1-2 (mm), PH=9±0.5

BẢNG THƠNG SỐ DUNG DỊCH CÁC KHOẢNG KHOAN GIẾNG 7BT- BK8

Độ thải nước( cm3/ 30ph)

Ứng suất trượt tĩnh

Độ dày vỏ bùn(mm)

Hàm lượng cát(%)

Độ pH1phút phút10

120 - 250 Khoan bằng nước biển ( khoan xong đổ đầy giếng bằng dd sét

ttrọng=1,04-1,06G/cm3)250- 960 1,1±0,02 30-

35 6 - 7 8-10 10-20 1-1,5 < 2 9

5,0

±

960-2060 1,12±0,02

30-35 5-7 8-12 18-22 1-1,5 < 1,5 9

5,0

±

2060-3200

1,1602,0

± 30-40 5-6 10-15 15-20 1-1,5 < 1,5 9

5,0

±

3.3 Tính lượng dung dịch cho từng khoảng khoan và của giếng

Cơng thức tính tốn thể tích dung dịch cho từng khoảng khoan:

Thể tích dung dịch cần thiết cho mỗi khoảng khoan được tính theo cơng thức:

L D

V = Π

D: Đường kính trong của ống chống trước đĩ (m)

L: Chiều dài cột ống chống trước đĩ (m)

a: Hệ số dự trữ dung dịch Hệ số này phụ thuộc vào từng khoảng khoan và cĩ giá trị trong khoảng: a = 2 ÷ 2,5

V4: Là thể tích dung dịch tiêu hao trong quá trình khoan cĩ kể tới sự tăng thể tích do tăng chiều sâu giếng khoan trong quá trình khoan:

V4 = K.l

l: Là chiều sâu khoảng khoan được

K: Là định mức tiêu hao dung dịch K phụ thuộc vào đường kính giếng khoan, tốc độ khoan, chất lượng dung dịch khoan và được lấy theo kinh nghiệm như sau:

Dg : Là đường kính giếng khoan: Dg = M.Dc

M: Hệ số mở rộng thành giếng M phụ thuộc vào tính chất đất đá

Dc : Đường kính choòng khoan

Tính toán tiêu biểu cho một khoảng khoan ( Chọn khoảng khoan từ 250 đến 960m )

+ Chiều dài ống chống trước đó: L = 250m

+ Đường kính trong của ống chống 508 mm : d = 0,488 m

Thay vào công thức ta có:

3 2

4

250.)488,0.(

14,3

m

- Thể tích dung dịch tiêu hao trong quá trình khoan(V4):

+ Choòng φ= 444,5 mm:

+ Định mức tiêu hao dung dịch khoan là K = 0,43 m3/m

+ Chiều dài khoảng khoan: l = 960-250 = 710 m

Thay vào công thức ta có:

V4 = 0.43 710 = 305 m3

- Thể tích dung dịch trong khoảng khoan được (V5):

+ Hệ số mở rộng thành giếng khoan: M = 1,1

+ Đường kính choòng khoan: Dc = 0,4445 m

+ Đường kính giếng khoan: Dg = 1,1 0,4445 =0,488 m

Thay vào công thức ta được:

V5 = 0,785 Dg l = 0,785 0,4882 710 = 132,7m3

- Thể tích dung dịch cho toàn khoảng khoan:

Vdd = V1 + V2 + aV3 + V4 + V5 = 571m3

* Với cách tính như trên ta lần lượt tính thể tích dung dịch cho các khoảng khoan còn lại:

Bảng thể tích dung dịch cho từng khoảng khoan

*Ghi chú : Ta có thể tận dụng dung dịch từ khoảng khoan trước rồi gia

công cho khoảng khoan tiếp sau

1 Tháp khoan.

Khi chọn tháp khoan thì ta phải chọn theo hai tiêu chuẩn là tải trọng thẳng đứng và chiều cao của tháp khoan Hai tiêu chuẩn này phụ thuộc vào chiều sâu của giếng

- Tải trọng thẳng đứng lớn nhất tác dụng lên tháp được tính theo cơng thức sau:

Qmax = Qm + Qr + Qph

Trong đĩ:

+ Qmax: tải trọng thẳng đứng lớn nhất tác dụng lên tháp (T)

+ Qm: tải trọng định mức trên mĩc nâng Đối với giếng này thì tải trọng lớn nhất tác dụng lên mĩc nâng là của cột ống chống Φ245 mm, dài 3200 m (Là tổng trọng lượng cột ống 245 mm được tính ở phần ống chống) ⇒ Qm=245 T

+ Qr = 35 T laứ tróng lửụùng Topdriver( caỷ roứng róc ủoọng)

+ Qph: tải trọng phụ khi cứu kẹt Giếng càng sâu, càng nghiêng thì phải cĩ tải trọng phụ càng lớn Chọn tải trọng phụ theo kinh nghiệm cho giếng dài 4440m là:

Vậy k = 1,56

320

5004035245

++

Tháp an toàn cho giếng khoan này

Trọng lượng 100m cáp có bôi trơn (kg) 370

Giới hạn bền kéo đứt của sợi cáp (kG/cm2) 180

Vậy ta chọn cáp có đường kính là 30 mm b) Palăng:

Hệ thống palăng đã chọn ở phần trên là 6×7 Ta cần tính toán kích thước con lăn để chọn bộ ròng rọc động và bộ ròng rọc tĩnh

- Qua kinh nghiệm cho thấy, để giảm tối đa các ứng suất tác dụng lên cáp (σu,

σk) thì người ta thường chọn puli có các đường kính theo tỷ lệ sau:

Dựa trên các thơng số vừa tính tốn và lựa chọn được và kết hợp với thực tế

bộ rịng rọc động National 600B-500và bộ rịng rọc tĩnh National 760- FA tái giaứn, chúng cĩ các thơng số kỹ thuật sau:

Trên thực tế tời khoan loại National D2000-E sức nâng 429 T ( cơng suất 2000 hp)

Vậy tời đủ cơng suất để phục vụ quá trình khoan giếng khoan này.

4.Động cơ Top Driver:

Động cơ này dùng để quay cột cần khoan, giữ cột cần khoan khi kéo thả và các cơng tác phụ trợ khác Động cơ Top Drive cĩ các thơng số như sau:

- Nhãn hiệu NATIONAL-12P-160

- Cơng suất cực đại: 1395hp

- Tải trọng cực đại: 500T

- Số tốc độ: 4

- Tốc độ quay khơng tải cực đại: 1200v/p

5.Máy bơm khoan:

Máy bơm này được dẫn động bởi động cơ điện và cĩ các thơng số kỹ thuật như sau:

- Nhãn hiệu NATIONAL-12T-1600

- Cơng suất định mức với tốc độ quay định mức 120v/p: 1600hp

- Khoảng chạy của piston: 304,8mm

- Số xilanh: 3

- Đường kính xilanh: 171mm

- Áp suất cực đại: 241,1kG/cm2

Bảng thông số máy bơm khoan

850750650450

680580480380

578478378278

250200150100

100805020

Hiện trên giàn Tự nâng sử dụng hai máy bơm trám được dẫn động bởi hai động cơ diezen

4.2 Lựa chọn cấu trúc bộ khoang cụ cho các khoảng khoan