Thiết kế thi công giếng khoan thăm dò Dầu khí 09209KTN5X mỏ Kình Ngư Trắng Nam

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 2 TỔNG QUAN VỀ MỎ KÌNH NGƯ TRẮNG NAMVÀ GIẾNG 09209KTN5X 2 1.1 Vị trí địa lý và điều kiện khí hậu 2 1.1.1 Vị trí địa lý ............................................................................................2 1.1.2 Điều kiện khí hậu...................................................................................2 1.2 Sơ lược về đặc điểm địa chất vùng mỏ 3 1.2.1 Trầm tích Neogen và đệ tứ 3 1.2.2. Các trầm tích Paleogen..........................................................................4 1.2.3. Đá móng trước Trias..............................................................................5 1.3 Cột địa tầng của giếng 09209KTN5X.......................................................6 1.3.1 Ranh giới địa tầng..................................................................................6 1.3.2 Áp suất và nhiệt độ đáy .........................................................................7 1.3.2.1 Áp suất..........................................................................................7 1.3.2.2 Nhiệt độ đáy ................................................................................7 1.3.2.3 Độ cứng và hệ số mở rộng thành giếng.......................................7 1.4 Các điều kiện địa chất ảnh hưởng tới công tác khoan giếng..........................8 CHƯƠNG 2 9 PROFILE VÀ CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN 9 2.1 Mục đích, yêu cầu của giếng khoan 09209KTN5X 9 2.2 Lựa chọn, tính toán Profile giếng khoan 09209KTN5X 9 2.2.1 Lựa chọn Profile giếng khoan 9 2.2.2 Dữ liệu thiết kế giếng khoan................................................................11 2.2.2. Tính toán Profile giếng khoan 11 2.3. Cấu trúc giếng khoan 12 2.3.1.Yêu cầu thiết kế cấu trúc giếng khoan 14 2.3.2. Dự kiến lựa chọn cấu trúc cho giếng khoan 09209KTN5X 15 2.3.3. Tính toán cấu trúc giếng khoan...........................................................16 2.3.4 Chiều cao dâng vữa xi măng................................................................19 2.3.4.1 Ống chống định hướng, dẫn hướng, ống chống trung gian thứ nhất và ống chống trung gian thứ hai............................................................................19 2.3.4.2 Ống chống khai thác...................................................................19 CHƯƠNG 3 21 DUNG DỊCH KHOAN 21 3.1. Lựa chọn hệ dung dịch cho các khoảng khoan 21 3.2. Tính toán các thông số dung dịch khoan 25 3.2.1. Trọng lượng riêng dung dịch khoan 25 3.2.2. Các thông số khác của dung dịch khoan 27 3.3 Phương pháp gia công hóa học dung dịch cho từng khoảng khoan............28 3.3.1 Mục đích gia công hóa học dung dịch khoan.......................................29 3.3.2 Các hóa phẩm gia công dung dịch........................................................29 3.3.3 Gia công hóa học dung dịch.................................................................30 3.4 Tính toán lượng tiêu hao hóa phẩm.............................................................31 3.4.1 Phương pháp tính toán.........................................................................31 3.4.2 Tính toán lượng dung dịch sét và nước cho mỗi khoảng khoan..........33 3.4.2.1 Khoảng khoan từ độ sâu 0 165m............................................33 3.4.2.2 Khoảng khoan từ độ sâu 165 850m........................................33 3.4.2.3 Khoảng khoan từ độ sâu 850 2725m......................................34 3.4.2.4 Khoảng khoan từ độ sâu 2725 3750m....................................36 3.4.2.5 Khoảng khoan từ độ sâu 3750 4478m....................................37 CHƯƠNG 4 40 CHẾ ĐỘ KHOAN 40 4.1. Muc đích yêu cầu của việc lựa chọn thông số chế độ khoan 40 4.1.1. Lựa chọn choòng khoan cho các công đoạn khoan 40 4.1.2 Lựa chọn phương pháp khoan cho các công đoạn khoan 42 4.1.2.1 Cơ sở để phân chia khoảng khoan...............................................42 4.1.2.2 Phân chia khoảng khoan..............................................................42 4.1.2.3 Chọn phương pháp cho từng khoảng khoan...............................43 4.2. Muc đích và yêu cầu của việc tính toán chế độ khoan 45 4.2.1. Muc đích 45 4.2.2. Yêu cầu 45 4.3 Tính toán chế độ khoan...............................................................................46 4.3.1 Lưu lượng.............................................................................................46 4.3.1.1 Tính toán lưu lượng cho từng phương pháp khoan....................46 4.3.1.2 Tính toán lưu lượng cho từng khoảng khoan.............. ..............47 4.3.2 Tải trọng đáy.........................................................................................49 4.3.2.1 Tính toán tải trọng đáy cho từng phương pháp khoan...............49 4.3.2.2 Tính toán tải trọng đáy cho từng khoảng khoan.......................50 4.3.3 Số vòng quay..........................................................................................51 4.3.3.1 Tính toán số vòng quay cho từng phương pháp khoan..............51 4.3.3.2 Tính toán số vòng quay cho từng khoảng khoan.........................53 CHƯƠNG 5 55 THIẾT BỊ DỤNG CỤ KHOAN 55 5.1. Thiết bị khoan 55 5.1.1. Yêu cầu 55 5.1.2. Lựa chọn tổ hợp thiết bị khoan 55 5.2. Bộ dụng cụ khoan 57 5.2.1. Yêu cầu 57 5.2.2. Lựa chọn bộ dụng cụ khoan 57 5.2.2.1. Lựa chọn cần khoan 57 5.2.2.2 Lựa chọn cần nặng......................................................................57 5.2.2.3 Lựa chọn định tâm......................................................................58 5.2.2.4 Zamốc cần khoan........................................................................58 5.2.2.5 Lựa chọn đầu nối chuyển tiếp......................................................58 5.2.2.6 Búa thủy lực.................................................................................59 5.2.3. Lựa chọn cấu trúc bộ dụng cụ khoan cho từng khoảng khoan 60 CHƯƠNG 6 67 GIA CỐ THÀNH GIẾNG KHOAN 67 6.1 Mục đích, yêu cầu của gia cố thành giếng khoan 67 6.1.1 Mục đích...............................................................................................67 6.1.2 Yêu cầu.................................................................................................67 6.2 Chống ống giếng khoan 67 6.2.1 Các thiết bị ống chống 67 6.2.2 Quy trình chống ống 70 6.2.2.1 Chuẩn bị tháp khoan và thiết bị khoan.......................................70 6.2.2.2 Chuẩn bị lỗ khoan......................................................................71 6.2.2.3 Thả ống chống xuống giếng khoan............................................71 6.3 Trám xi măng giếng khoan 72 6.3.1 Mục đích, yêu cầu của việc trám xi măng 72 6.3.1.1 Trám xi măng một tần hai nút....................................................73 6.3.1.2 Trám xi măng phân tầng.............................................................74 6.3.1.3 Trám xi măng cột ống chống lửng........................................ ....76 6.3.2. Tính toán trám xi măng giếng khoan 78 6.3.2.1 Chọn vữa xi măng, dung dich đệm và dung dịch ép...................78 6.3.2.2 Phương pháp tính toán trám xi măng cho các cột ống chống.....79 6.4. Tính toán trám xi măng cho các cột ống chống 81 6.4.1 Tính toán trám xi măng cho cột ống chống dẫn hướng........................81 6.4.2 Tính toán trám xi măng cho cột ống chống trung gian. 340................83 6.4.2.1 Trám tầng thứ nhất (1788 2725m)..........................................83 6.4.2.2 Trám phân tầng thứ hai (0 1788m)..........................................86 CHƯƠNG 7 89 KIỂM TOÁN 89 7.1. Kiểm tra bán kính cong nhỏ nhất cho phép của giếng 89 7.2. Kiểm toán bền cột ống chống 90 7.2.1 Phương pháp kiểm toán ống chống 90 7.2.2. Kiểm toán cho từng cột ống chống 94 7.2.2.1 Ống chống dẫn hướng 508mm...................................................94 7.2.2.2 Ống chống trung gian 340mm....................................................95 7.2.2.3 Ống chống trung gian 245mm....................................................97 7.2.2.4 Ống chống 178mm 7.3 Kiểm toán bền cột cần khoan 102 7.3.1 Kiểm toán độ bền tĩnh ở phần trên cột cần khoan..............................104 7.3.2 Kiểm toán độ bên ở phần dưới cột cần khoan....................................107 7.4 Kiểm toán tổ hợp thiết bị khoan 110 CHƯƠNG 8 111 PHỨC TẠP, SỰ CỐ TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN 111 8.1. Phức tạp trong công tác khoan 111 8.1.1. Hiện tượng sập lở đất đá và các biện pháp phòng chống 111 8.1.2. Hiện tượng mất dung dịch khoan 112 8.1.2.1 Các nguyên nhân hiện tượng gây mất dung dịch thường gặp ở mỏ Kình Ngư Trắng Nam............................................................................................112 8.1.2.2 Nghiên cứu vùng mất dung dịch..............................................113 8.1.2.3 Các biện pháp phòng chống mất dung dịch.............................113 8.1.3 Hiện tượng sập lở giếng và bó hẹp thành giếng khoan........................113 8.1.3.1 Nguyên nhân gây ra hiện tượng sập lở thành giếng và cách khắc phục..............................................................................................................................113 8.1.3.2 Nguyên nhân gây ra hiện tượng bó hẹp thành giếng khoan và biện pháp phòng chống........................................................................................................114 8.2. Sự cố trong quá trình khoan 114 8.2.1. Sự cố kẹt cần 114 8.2.1.1 Tiến hành cứu kẹt do sập lở thành giếng..................................116 8.2.1.2 Tiến hành cứu kẹt do chênh áp.................................................116 8.2.2. Sự cố đứt tuột cần khoan 116 8.2.3. Sự cố rơi các dụng cụ xuống đáy 117 8.2.4. Sự cố về choòng khoan 118 8.2.5. Sự xuất hiện của dầu khí và phun trào dầu khí 119 CHƯƠNG 9 120 TỔ CHỨC THI CÔNG VÀ TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH 120 9.1. Tổ chức thi công 120 9.2. Tổ chức sản xuất 120 9.3. Lịch thi công giếng khoan 121 9.3.1 Mục đích.............................................................................................121 9.3.2 Cơ sở lập thi công giếng khoan..........................................................122 9.3.3 Tính toán và lập lịch thi công cho giếng khoan 09209KTN5X....122 9.3.3. Tính toán và lập lịch thi công cho giếng khoan 09209KTN5X 123 9.4. Tính toán giá thành thi công giếng khoan 09209KTN5X 123 CHƯƠNG 10 125 AN TOÀN VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 125 10.1. Các vấn đề an toàn trong công tác khoan 125 10.1.1. Các yêu cầu và biện pháp cơ bản của kỹ thuật phòng chữa cháy và an toàn lao động 125 10.1.2. An toàn lao động khi khoan các giếng dầu và khí 126 10.1.3. Nhiệm vụ và biện pháp đầu tiên của đơn vị khoan khi có báo động 126 10.1.4 Vệ sinh môi trường trong quá trình thi công giếng khoan................127 10.2. Bảo vệ môi trường trong công tác khoan 127 KẾT LUẬN.........................................................................................................131 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................132

MỤC LỤC

KẾT

LUẬN 131TÀI LIỆU THAM KHẢO 132

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay nước ta, công tác thăm dò và khai thác dầu khí đang phát triểnnhanh chóng và trở thành mũi nhọn trong nền kinh tế quốc dân, đóng góp mộtkhoản không nhỏ vào ngân sách nhà nước

Để khai thác dầu và khí tự nhiên trong lòng đất thì giai đoạn xây dựnggiếng khoan giữ một vai trò hết sức quan trọng,việc thành công hay thất bại đềuphụ thuộc vào công nghệ và kỹ thuật của công đoạn này.Một trong những côngđoạn đầu tiên là quy trình thiết kế thi công giếng khoan.Chất lượng của các tàiliệu thiết kế và dự toán không những ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng các giaiđoạn xây dựng giếng khoan, còn ảnh hưởng đến chất lượng kinh tế của chính quytrình thực hiện và ảnh hưởng không ít đến tuổi thọ của bản thân công trình đó Sau thời gian thực tập sản xuất tại xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro

và Công ty thăm dò và khai thác Dầu khí trong nước (PVEP POC).Em đã chọn

đề tài tốt nghiệp “Thiết kế thi công giếng khoan thăm dò Dầu khí 5X mỏ Kình Ngư Trắng Nam”

09-2/09-KTN-Với kiến thức chuyên môn còn nhiều hạn chế cũng như thời gian tiếp xúcvới công tác ngoài thực địa không nhiều nên bản đồ án này chắc chắn còn nhiềuthiếu sót,rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô.

Em xin bày tỏ lòng cảm ơn đến các thầy giáo trong bộ môn Khoan - Khaithác và đặc biệt là thầy giáo GVC Tống Trần Anh đã tận tình giúp đỡ em hoànthành đồ án này!

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày tháng năm 2016 Sinh viên thực hiện

có diện tích khoảng 992 km2, với độ sâu 50 – 70 m nước

Hình 1.1 Vị trí địa lý mỏ Kình Ngư Trắng Nam

1.1.2 Điều kiện khí hậu

Khí hậu của vùng mỏ Kình Ngư Trắng Nam là khí hậu nhiệt đới gió mùavới 2 rõ tệt là mùa mưa và mùa khô

Mùa khô bắt đầu từ tháng 11 đến tháng 3 , thời gian này chủ yếu có giómùa Đông Bắc Gió thổi mạnh nhất là vào khoảng tháng 12 và tháng 1 Ở thờigian này sóng biển rất lớn có thể cao tới 8m Lượng mưa vào mùa này rất ít (0,7mm) Độ ẩm của không khí thấp nhất là 65% Nhiệt độ không khí ban ngày 24-27°C và ban đêm vào khoảng 22-24°C

Trong thời gian chuyển mùa từ tháng 4-5 , hướng gió chủ yếu theo hướngTây Nam thổi từ vùng xích đạo Gió này làm tăng độ ẩm không khí, tuy nhiênmưa vẫn ít và không đều Nhiệt độ trung bình từ 25-30°C

Mùa mưa bắt đầu từ tháng 6 và đến hết tháng 9 Vào mùa này chủ yếu cógió Tây Nam , nhiệt độ trung bình từ 25- 32°C Nhiệt độ ban ngày và đêm chênhlệch nhau khá lớn Độ ẩm trung bình từ 87-89% Thời gian này mưa thườngxuyên hơn và có kèm theo những cơn giông

Vào tháng 10, trong thời gian chuyển mùa lần thứ 2 này, gió Tây Nam yếudần thay bằng gió Đông Bắc, đến cuối tháng hầu như hết mưa

1.2 Sơ lược về đặc điểm địa chất vùng mỏ

1.2.1 Trầm tích Neogene và Đệ tứ

Nhìn chung, địa tầng và môi trường lắng đọng của mỏ Kình Ngư Trắngtương tự với hệ thống địa tầng khu vực bể Cửu Long Tuy nhiên, tập C (hệ tầngTrà Tân thượng) không có trong địa tầng do bất chỉnh hợp và tập E bị xói mòn ởkhu vực Kình Ngư

∗ Pliocen – Đệ tứ (Hệ tầng Biển Đông, tập A)

Tập A gồm chủ yếu là cát kết bở rời dày xen kẹp với những lớp sét kếtmỏng và bột kết thứ yếu, những vệt đá vôi và dolomite thứ yếu Những khoángvật này có kích thước hạt từ tốt đến thô, độ chọn lọc từ nghèo tới trung bình.Chúng được giải thích là đã được lắng đọng trong vùng biển nông tới môi trườnggần bờ

∗ Miocen thượng ( Hệ tầng Đồng Nai, tập BIII )

Tập BIII nằm phủ bất chỉnh hợp với tập BII và gồm chủ yếu là cát kết hạtmịn tới thô nằm xen kẹp với sét kết và bột kết thứ yếu, với một số dải đá vôi, đáthan ở phần trên Chiều dày hiệu dụng của tập BIII khoảng 800m

∗ Miocen trung (Hệ tầng Côn Sơn, tập BII )

Tập BII nằm phủ bất chỉnh hợp với tập BI và bao gồm chủ yếu cát kết hạtmịn tới thô xen kẹp với sét kết và bột kết thứ yếu, với một vài dải đá vôi ở phầntrên Tập BII được chia thành tập BII.1 và BII.2

Cát kết: có màu xám sáng đến xám trung bình, đôi khi có màu xám xanh,trắng mờ Kích thước hạt từ mịn tới trung bình, trong tập BII.2 kích thước hạt thôhơn (trung bình – thô), độ chọn lọc tốt Không có thạch anh, hợp nhất với Matrix

có nguồn gốc sét

Sét kết: có màu xám trung bình, xám xanh lá cây tới xám xanh dương vàmàu xám oliu Khối ô vuông, thi thoảng thấy dạng khối bán ô vuông Độ cứng từrất cứng đến trung bình Không có cacbon

Chiều dày hiệu dụng của tập BII là từ 350 370m

Cả tập BII.1 và BII.2 đều có biểu hiện hydrocacbon

trung bình, đôi khi hạt thô tới rất thô Độ mài tròn từ gần sắc cạnh đến gần tròn,

độ chọn lọc trung bình Thường mất thạch anh, hợp nhất với matrix có sét.Khoáng vật dạng dải mica, dải Pyrit, dạng dải với phổ biến khoáng vật cacbon.Sét kết: có màu xám trung bình, màu xám xanh lá cây tới xám xanh da trời vàmàu xám oliu Khối ô vuông, đôi khi gần có dạng khối vuông Độ cứng từ tốt tớitrung bình Không có cacbon Có bột và cát

Miocen hạ là đối tượng quan tâm thứ hai của giếng KNT-5X với nhữngbiểu hiện về dầu tốt và trung bình 8001000 BOPD từ kết quả thử vỉa DST#2 củagiếng KNT-1X

Hệ tầng Bạch Hổ thượng - (BI.2) bao gồm cát kết xen kẽ với sét ở hầu hếtphần trên của tập, chứa sét dày – một tầng chắn cực tốt Sét này có xu hướng trởnên có cát theo hướng ra vùng ranh giới bể điều này quyết định đến chất lượngchắn của bể

Tập BI được phân bố rộng rãi trên toàn bể Cửu Long và đặc trưng cho sựkết thúc hiện tượng biển tiến Tập này cũng đặc trưng cho quá trình trầm tích kéodài từ kết thúc tiền rift tới post-rift sớm Chiều dày hiệu dụng của tập BI khoảng170m ở KNT-1X Biểu hiện dầu tốt

1.2.2 Các trầm tích Paleogene

∗ Oligocen thượng (Hệ tầng Trà Tân thượng, tập D )

Tập D được phát hiện ở tất cả giếng và được phân bố rộng rãi trong kênhAmethyst với chiều dày 60-180m và bao gồm chủ yếu là đá phiến sét và sét chứaCacbon xen kẹp với cát kết thứ yếu và bột kết dạng dài

Đá phiến sét Cacbon: chủ yếu có màu xám tối đến xám đen, thi thoảng cómàu nâu đen, khối ô vuông, gần phẳng, dễ tách, độ cứng từ trung bình tới cứng,không chứa đá vôi

Cát kết: có màu xám sáng đến trung bình, đôi khi có màu xám tối, trắngđục, trong suốt đến mờ Kích thước hạt rất mịn đến mịn, thi thoảng có hạt kíchthước trung bình Độ mài tròn gần sắc cạnh đến gần tròn, độ chọn lọc trung bìnhtới tốt Thạch anh thường bị mất, hoặc được hợp nhất với đá matrix có nguồn gốc

từ sét Dải mica, dải pirit, dải khoáng vật cacbon

Tập này được xem như nguồn cung cấp chính và tầng chắn trong bể CửuLong và được đặc trưng bởi những kết quả địa chấn liên tiếp

Tập D bị xói mòn 1 phần và bị bao phủ bởi tập BI.1

1.2.3 Đá móng trước Trias

Toàn bộ giếng khoan ở kênh Amethyst khoan vào đá móng tuổi trướcTrias, hầu hết chúng cho kết quả thử vỉa DST là tốt (những giếng Thăng Long-Đông Đô) Những thăm dò trong đá móng của Đông đô, Thăng long gồm granit

và granodiorit có tuổi Creta muộn

Những đá granit này bị biến dạng và bị dập vỡ, với phần trên bị phong hóa

và hang hốc Tổng thể, những đá granit này mịn, màu xám sáng đến trung bình,màu trắng đục, có những chấm đen, cứng, trong suốt đến mờ đục, đường cắtthường thô tới rất thô, thi thoảng đường cắt có kích thước trung binh, hình dạngđường cắt rất góc cạnh, cấu trúc phaneritic, tinh thể thô tới rất thô, thường gồmnhững hạt felspat và thạch anh đan xen, Biotit thường bị xen kẹp bên trong hạtfelspat/ thạch anh, mạch canxit: mịn, trong suốt, tốt, đôi khi có tinh thể kíchthước trung bình, hình thoi, Kaolinit phổ biến là có màu trắng, trắng mờ, độ cứng

từ chắc chắn đến trung bình, khối vuông, hiếm khi có những khoáng vật maficmàu xanh tối

Felspat thạch anh mịn, trong suốt đến mờ đục, đôi khi có màu xám phóthồng (Orthocla), tinh thể thô tới rất thô, thường là những hạt tinh thể không tựhình, đôi khi Felspat kiến trúc á tự hình, thông thường thị Felspat bị biến đổithành Kaolinit, đôi khi bị biến đổi thành Chlorit

Biotit (10-35%): có màu biến đổi từ nâu đen tối tới nâu đen, tinh thể trungbình tới rất thô, kiến trúc dạng “cuốn sách”, sáng bóng, dạng kênh bị biến đổithành Chlorit, 10% Muscovit Đối tượng đá granit nứt nẻ là đối tượng quan tâmcủa giếng khoan 09-2/09-KTN–5X với những biểu hiện dầu khí tốt và trung bình2000BOPD từ kết quả thử vỉa DST của giếng khoan 09-2/09-KTN–5X

1.3 Cột địa tầng của giếng 09-2/09-KTN–5X

Hình 1.2 Cột địa tầng giếng 09-2/09-KTN–5X

1.3.1 Ranh giới địa tầng

Bảng 1.1 Ranh giới địa tầng

1.3.2 Áp suất và nhiệt độ đáy

1.3.2.1 Áp suất

∗ Áp suất vỉa

Áp suất vỉa của giếng 09-2/09-KTN–5X được trình bày trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Gradient áp suất vỉa giếng 09-2/09-KTN–5X

Chiều sâu (m)

Gradient áp suất vỉa (at)

Áp suất vỡ vỉa của giếng 09-2/09-KTN–5X được trình bày trong bảng 1.3

Bảng 1.3 Gradient áp suất vỡ vỉa giếng 09-2/09-KTN–5X

Chiều sâu(m) Gradient áp suất vỡ vỉa(at)

Gradient nhiệt độ của vỉa từ 2,65 đến 2,80C/100m

Nhiệt độ đáy giếng dự đoán vào khoảng từ 110 đến 120 .

1.4 Các điều kiện địa chất ảnh hưởng tới công tác khoan giếng

Như đã mô tả điều kiện địa chất của mỏ Kình Ngư Trắng Nam vô cùngphức tạp, gây nhiều khó khăn cho công tác khoan như :

- Đất đá mềm bở rời từ tầng Miocen trung (hệ tầng Côn Sơn) trở lên có thểgây sập lở thành giếng khoan;

- Các đất đá trầm tích nhiều sét trong tầng Miocen hạ (Sét Bạh Hổ) và tầngOligocen có thể gây bó hẹp thành giếng khoan do sự trương nở của sét

- Trong tầng Oligocen tồn tại dị thường áp suất gây bó hẹp thành giếng

khoan và những phức tạp đáng kể khác;

- Các đứt gãy kiến tạo của mỏ có thể gây mất dung dịch khoan và làm lệchhướng giếng khoan;

CHƯƠNG 2:PROFILE VÀ CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN

2.1 Mục đích, yêu cầu của giếng khoan

Giếng khoan 09-2/09-KTN-5X được thiết kế với mục đích thăm dò và khaithác dầu khí trong tầng đá móng thuộc mỏ Kình Ngư Trắng Nam , bể Cửu Long.Công tác thiết kế thi công giếng đòi hỏi phải đáp ứng các yêu cầu sau:

- Đạt được mục tiêu địa chất là khoan đến đối tượng khai thác với cấpđường kính lỗ khoan phù hợp, cho phép thả bộ hoàn thiện và khai thác dầu trong

2.2 Lựa chọn và tính toán Profile

2.2.1 Lựa chọn Profile giếng khoan

Giếng khoan là một công trình thi công vào bên trong vỏ Trái Đất có chiềusâu rất lớn Do đó để thi công một công trình giếng khoan ta phải chọn cấu trúcgiếng sao cho đảm bảo được yêu cầu là thả được cột ống chống khai thác để tiếnhành khai thác như bình thường Đồng thời phải xuất phát từ điều kiện, tài liệuđịa chất khu vực thi công giếng khoan ( đặc biệt là các khu vực có tầng địa chấtphức tạp và dị thường áp suất cao) Cụ thể là tính chất cơ lý của các vỉa đất đánhư: độ bở rời, độ trương nở, độ cứng, áp suất vỉa, nhiệt độ vỉa…

Cấu trúc giếng khoan trên biển phải đạt yêu cầu sau:

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

Chống hiện tượng mất dung dịch khoan

Giếng khoan phải làm việc bình thường khi khoan qua các tầng có áp suấtcao 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 chống khai thác cũng như các cột ống chống khácphải là cấp đường kính nhỏ nhất, đơn giản và gọn nhẹ nhất trong điều kiện chophép 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 thiết bị giếng sau này Nói tóm lại nó phải phù hợp với điều kiện địa chất, yếu tố

kỹ thuật, công nghệ và thích hợp với khả năng thi công giếng cũng như yếu tố về kinh tế

Dựa vào yêu cầu địa chất của giếng khoan, quỹ đạo giếng khoan được thiết

kế với yêu cầu là đạt được mục tiêu địa chất và giới hạn công nghệ khoan- tínhkhả thi của công nghệ khoan Ở giếng khoan này, mục tiêu là khai thác dầu trongtrong đá móng, vì vậy profile phải khoan xuyên qua, vuông góc với các đới đứtgãy trong tầng đá móng đó

Có rất nhiều loại profile giếng, nhưng trong mỏ Kình Ngư Trắng Namsử

dụng loại phổ biến nhất là loại profile giếng khoan chữ J có profile gồm 3 đoạn:

- Đoạn 1 là đoạn thẳng đứng

- Đoạn 2 là đoạn tăng góc nghiêng

- Đoạn 3 là đoạn ổn định góc nghiêng

Giếng 09-2/09-KTN-5X có chiều sâu thiết kế dự kiến 3596m và khoảngdịch đáy là 2300m So sánh tương ứng chiều sâu giếng và khoảng dịch đáy tathấy khoảng dịch đáy lớn hơn tương đối so với chiều sâu thẳng đứng.Vì vậy đểđạt được yêu cầu thăm dò dầu khí tại giếng 09-2/09-KTN-5X ta lựa chọn profilegiếng gồm 3 đoạn

Dạng Profile này được mô tả như dưới hình 2.1:

Hình 2.1 Profile của giếng 09-2/09-KTN-5X

2.2.2 Dữ liệu cho thiết kế giếng khoan

Dữ liệu để tính toán Profile giếng 09-2/09-KTN-5X được trình bày trongbảng 2.1

Bảng 2.1 Dữ liệu để tính toán Profile giếng 09-2/09-KTN-5X

Thứ

Áp dụng công thức (2.7) với l3 = 3044m; θ = 41,9 ta xác định:

S2 = 3044sin41,9 =2003 m

Bảng 2.2 Thông số về Profile giếng 09-2/09-KTN-5X

Tên đoạn thân giếng Chiều sâu thẳngđứng (m) Chiều dài thângiếng (m) Khoảng dịch đáy(m)

2.3 Cấu trúc giếng khoan

2.3.1 Yêu cầu thiết kế cấu trúc giếng khoan

Việc tính toán thiết kế cấu trúc giếng khoan phải dựa trên 3 yếu tố cơ bản :địa chất, công nghệ , kỹ thuật và kinh tế

∗ Yếu tố địa chất

Tài liệu chính phải dựa vào để lựa chọn cấu trúc giếng khoan là tài liệunghiên cứu địa chất, cột địa tầng và đặc điểm khoan trong vùng đó Trong đó cầnphải xác định được các dị thường áp suất cũng như các thách thức về thạch họcnhư các tầng nham thạch, các tầng sét dễ trương nở, các đới đứt gãy gây mấtdung dịch, các yếu tối này phần lớn quyết định đến cấu trúc giếng khoan: baogồm cấu trúc các cột ống chống, chiều sâu thả, chiều sâu trám xi măng Cột ốngchống có nhiệm vụ đóng các tầng có thể gây khó khăn phức tạp trong quá trìnhkhoan

Trước khi quyết định thả một cột ống chống cần phải phân tích tất cả cáckhả năng kỹ thuật, quy trình công nghệ nhất là khả năng xử lý bằng dung dịchkhoan để tiếp tục khoan mà không cần chống ống

Bên cạnh việc phân tích tính chất cơ lý, độ ổn định của đất đá thành lỗkhoan người ta còn phải quan tâm đến áp suất của vỉa (Pv) và áp suất vỡ vỉa (Pvv)

để lựa chọn dung dịch khoan phù hợp không gây sập lở thành giếng, gây phunhoặc mất nước rửa Có nghĩa là đảm bảo bất đẳng thức sau: Pv<Ptt<Pvv hay khi lựachọn cấu trúc giếng khoan ta phải dựa vào biểu đồ γv, γvv Từ đó ta chọn γd thỏamãn γv<γd<γvv

∗ Yếu tố công nghệ và kỹ thuật

Là tính khả thi của công nghệ hiện có trong tay, bao gồm: giàn khoan, côngnghệ khoan xiên, dung dịch khoan và con người Cùng với một thông số đầu vào,nhưng tùy thuộc vào công nghệ và nguồn nhân lực đang có trong tay mà có thể

có các phương án thiết kế và thi công khác nhau

∗ Yếu tố kinh tế và hậu cần

Đây là yếu tố dường như không quan trọng nhưng nó thường xuyên ảnhhưởng đến giếng khoan trong thực tế thi công Đó là khả năng cung cấp vật tưthiết bị như các ống chống, sự có sẵn của các loại ống chống, đầu nối và mácthép, chòng khoan…Đôi khi vì giới hạn thời gian và năng lực hậu cần mà ốngchống sử dụng khác với thiết kế Vì vậy khi thiết kế giếng cũng cần xem xéttrước yếu tố kinh tế và hậu cần để hạn chế thực tế giếng khoan không bị khác vớithực tế thi công

Cấu trúc ống chống phải đảm bảo 2 yếu tố:

- Đơn giản: ít cột ống chống nhất

- Gọn nhẹ: đường kính ống chống nhỏ nhất cho phép

Xuất phát từ mục đích của giếng khoan được đặt ra, vừa đảm bảo các yêucầu kỹ thuật cho phép, giếng khoan càng đơn giản về mặt cấu trúc càng có lợi vềmặt kinh tế Thông thường giá trị ống chống chiếm khoảng 15 20% giá thànhcông trình, cá biệt có thể lên tới 40 50% Như vậy đường kính ống chống, sốlượng ống chống không những ảnh hưởng tới giá thành mà còn kéo theo một loạtcác phụ thuộc khác như: thời gian thi công, giá thành của choòng, dung dịch ximăng trám

2.3.2 Dự kiến lựa chọn cấu trúc cho giếng khoan 09-2/09-KTN-5X

Việc lựa chọn cấu trúc giếng khoan bao gồm:

- Lựa chọn chiều sâu đặt chân ống chống và số lượng cột ống chống;

- Đường kính, ống chống và đường kính chòng tương ứng

- Chiều cao dâng vữa

Căn cứ vào chiều sâu đặt chân ống chống và điều kiện địa chất được khoanqua ta lựa chọn số lượng ống chống ở giếng 09-2/09-KTN-5X như sau:

∗ Cột ống chống định hướng

Ống chống định hướng có tác dụng định hướng ban đầu cho lỗ khoan, ngăncản sự sập lở của đất đá và sự ô nhiễm của dung dịch khoan với tầng nước trênmặt, tạo kênh dẫn cho dung dịch chảy vào máng, bảo vệ không cho dung dịch xớisập nền khoan và móng thiết bị Chiều sâu thả cột ống chống này phụ thuộc vàochiều dày tầng phủ nên tạ lựa chọn chiều sâu thả là 165m

∗ Cột ống chống dẫn hướng

Ống chống này có tác dụng ngăn cách hoàn toàn nước biển, tạo kênh dẫndung dịch và dẫn hướng cho giếng khoan, giữ ổn định phía trên thành giếng khỏisập lở, chống sự xâm nhập của nước bề mặt vào trong giếng Đồng thời ống nàyđóng vai trò là một trụ rỗng trên đó có lắp các thiết bị miệng giếng như: đầu ốngchống, thiết bị chống phun treo toàn bộ các cột ống chống tiếp theo và một phầnthiết bị khai thác Đất đá đệ tứ bở rời mới hình thành có độ gắn kết kém nênthành giếng khoan dễ bị sập lở khi thay đổi chế độ khoan, đồng thời chân ốngphải được đặt trên nóc tầng đất đá ổn định Vậy chiều sâu thả cột ống này là850m và trám xi măng đến hết chiều dài cột ống

∗ Cột ống chống trung gian thứ nhất

Ống chống này được thả xuống do yêu cầu của điều kiện địa chất, để đóngcác tầng nham thạch có thể gây ra những khó khăn và phức tạp trong quá trình

khoan, đồng thời bảo vệ thành giếng khoan từ chân đế ống chống dẫn hướng đếntầng đất đá ổn định, chống lại sự sập lở của tầng Miocene thượng Ống trung gianđược thả từ trên mặt đến chiều sâu 2725m và trám xi măng hết chiều dài cột ống

∗ Cột ống chống trung gian thứ hai

Ống chống này được thả đến nóc của vỉa sản phẩm tại tầng đá móng Ốngchống này ngoài mục đích khai thác còn góp phần gia cố thành giếng khoantrong tầng áp suất cao Oligocen Ống chống khai thác được thả từ trên mặt tốichiều sâu 3750m và trám xi măng đến hết chiều dài cột ống

∗ Cột ống chống khai thác ( ống chống lửng )

Khi mở vỉa xong, thả cột ống lửng, cột ống này được đục lỗ sẵn trên mặtđất để ngăn ngừa cát và các mảnh vụn xâm nhập vào vỉa sản phẩm Đầu trên củaống lọc lồng trong phần cuối của cột ống chống trung gian thứ hai và khe hở giữacột ống được bịt kín bằng vòng bít

2.3.3 Tính toán cấu trúc giếng khoan

Nguyên tắc tính toán cấu trúc của giếng khoan bắt đầu từ đường kính củaống khai thác cho đến cột ống chống trên cùng theo thứ tự từ dưới lên Cấu trúcgiếng khoan được tính toán làm sao cho quá trình khoan cũng như thả ống chốngđến chiều sâu dự kiến được thông suốt.Lựa chọn đường kính ống chống khai thácchủ yếu dựa vào lưu lượng khai thác của giếng

∗ Công thức tính đường kính choòng khoan

Chọn đường kính của choòng khoan chủ yếu dựa vào đường kính muptacủa ống chống (Dm) và khoảng hở để trám xi măng giữa mupta và thành giếngkhoan (Δ)

Đường kính của choòng khoan (Dc) được tính theo công thức sau:

Dc = Dm + Δ

Trong đó :

Dc : đường kính choòng khoan (mm)

Dm : đường kính múp-ta của ống chống (mm): khe hở giữa đầu nối ống chống và thành giếng khoan

∗ Công thức tính đường kính trong của ống chống

Dt = Dc + ( 6 8 ) mm

Trong đó :

Dt : đường kính trong của ống chống

Dc : đường kính của choòng để khoan cấp đường kính tiếp theo

∗ Công thức tính đường kính ngoài của ống chống

Dn= Dt + 2

Với là chiều dày của ống chống.

Dựa vào các số liệu tính toán ta lựa chọn đường kính choòng và đườngkính ống theo kích thước gần nhất theo bảng 2.3 và 2.4 sau:

Bảng2.3 Bảng qui chuẩn tính ∆ theo cấp đường kính ống chống của Gost

Đường kính ống chống(mm) ∆- không lớn hơn(mm)

Dkt = 178mm = 7”

Tra bảng 2.3 ta có Dm.kt = 194mm

Đường kính choòng dùng để khoan đoạn ống chống này là :

Dc.kt =Dm.kt + Δ = 194 + ( 20 ÷ 25) = 214 ÷ 219mm

Tra bảng tiêu chuẩn choòng ta chọn Dc.kt = 215,9 mm =

Ống chống trung gian thứ hai

Đường kính ống chống trung gian thứ hai

Đường kính trong ống này là:

Đường kính ống chống trung gian thứ nhất

Đường kính trong của ống này là:

Ta có Dt.tg1 = Dc.tg2 +(6 ÷ 8) =317,1÷ 319,1 mm

Tra bảng tiêu chuẩn ta chọn được đường kính ống dẫn hướng là:

Dt.tg1 =340 mmTra bảng 2.3 ta có: Dm.tg1 = 365 mm

Đường kính choòng khoan dùng để khoan chống đoạn ống này là:

Dc.tg1 =Dm.tg1 + Δ = 365 + (35 ÷ 45) =400 ÷ 410mmTra bảng tiêu chuẩn choòng ta chọn Dc.tg1= 444,5mm =

Vì khoan chống ống dẫn hướng là công đoạn đầu tiên trong quá trình thi cônggiếng khoan nên ta có thế chọ choòng khoan có đường kính là

Tra bảng tiêu chuẩn choòng ta chọn Dc.dh= 914mm = 36’’

2.3.4 Chiều cao dâng vữa xi măng

2.3.4.1 Ống chống định hướng, dẫn hướng, ống chống trung gian thứ nhất

và ống chống trung gian thứ hai

Do các cột ống chống này chịu toàn bộ trọng lượng nén của các cột ốngchống tiếp theo đồng thời trên nó có lắp các thiết bị miệng giếng do đó nó phảiđược trám xi măng toàn bộ chiều dài, yêu cầu vữa dâng và tràn ra đáy biển trongquá trình trám xi măng

2.3.4.2 Ống chống khai thác

Để đảm bảo khoảng không vành xuyến ngoài ống chống được đóng kínhoàn toàn, cô lập và đóng kín hết thành hệ phía ngoài ống chống, tránh tình trạngkhí ngấm từ thành hệ vào giếng tích tụ sau ống chống, theo kinh nghiệm của ViệtNam và thế giới, xi măng phải dâng lên trong ống chống trước đó 150m200m.Như vậy vữa xi măng khi trám ống chống khai thác phải dâng lên 150m trênchân ống chống trung gian

Kết quả lựa chọn cấu trúc giếng 09-2/09-KTN-5X được trình bày trongbảng 2.5 và thể hiện trên hình 2.3

Bảng 2.5 Số liệu cấu trúc giếng 09-2/09-KTN-5X

Ống

chống kính ốngĐường

chống

Đườngkínhchoòng

Đườngkínhchoòng

Chiều sâu (m ) trám xi măngChiều cao

(m)

Hình 2.3 Cột địa tầng và cấu trúc giếng khoan 09-2/09-KTN-5X

CHƯƠNG 3 : DUNG DỊCH KHOAN 3.1 Lựa chọn hệ dung dịch cho các khoảng khoan

Việc lựa chọn hệ dung dịch khoan dựa trên cơ sở điều kiện địa chất củatừng địa tầng, gradient áp suất vỉa và gradient áp suất vỡ vỉa, yếu tố kỹ thuật vàcông nghệ, an toàn bảo vệ môi trường cũng như đảm bảo tiến độ thi công vàgiảm thiểu sự nhiễm bẩn vỉa sản phẩm Dựa trên những tiêu chí đó, ta lựa chọn

hệ dung dịch khoan cho các khoảng khoan của giếng 09-2/09-KTN-5X mỏ KìnhNgư Trắng:

- Công đoạn 36” : Khoan mở lỗ, chống ống dẫn hướng, thành phần thạchhọc chủ yếu là cát kết và cát, đất đá mềm bở rời, không yêu cầu về chất lượngdung dịch nên ta sử dụng hệ dung dịch SW/Hivis/PHB; Khoan bằng nước biển,quét mùn khoan bằng Hivis- dung dịch có độ nhớt cao, và treo mùn khoan giữthành giếng bằng Gel Bentonite trong quá trình doa dạo và thả ống chống

- Công đoạn 26”: Khoan mở lỗ, chống ống dẫn hướng, thành phần thạchhọc chủ yếu là cát kết và cát, đất đá mềm bở rời, không yêu cầu về chất lượngdung dịch nên ta sử dụng hệ dung dịch SW/Hivis/PHB; Khoan bằng nước biển,quét mùn khoan bằng Hivis- dung dịch có độ nhớt cao, và treo mùn khoan giữthành giếng bằng Gel Bentonite trong quá trình doa dạo và thả ống chống

- Công đoạn : Tiến hành khoan để chống ống trung gian, lỗ khoan qua cáctầng có thành phần chủ yếu là cát kết xen lẫn sét kết, sét … đất đá ổn định vàkhông có yếu tố phức tạp nên ta sử dụng hệ dung dịch KCl/Polymer;

- Công đoạn Khoan để chống ống chống khai thác đồng thời mở vỉa sảnphẩm, lỗ khoan qua các hệ tầng Côn Sơn, Bạch Hổ, Trà Tân thượng và nóc củavỉa sản phẩm Thành phần thạch học chủ yếu của hệ tầng Trà Tân thượng là sétkết xen kẹp cát kết, đặc biệt có tầng sét Bạch Hổ Đây là loại sét có độ trương nởrất mạnh Vì vậy hệ dung dịch Ultradril được lựa chọn sử dụng, đây là hệ dungdịch gốc nước có tác dụng ức chế sét tốt nhất ở Việt Nam hiện nay

- Công đoạn Tiến hành khoan vào vỉa sản phẩm trong tầng đá móng Đây làthành hệ rắn chắc không có nguy cơ sập lở hay mất ổn định; có áp suất dị thườngthấp, các đới nứt nẻ mạnh dễ gây mất dung dịch nghiêm trọng, vì vậy sử dụngloại dung dịch rẻ tiền là hợp lý, hệ nước kỹ thuật từ muối NaCl được lựa chọn

Hệ dung dịch khoan cho giếng 09-2/09-KTN-5X được trình bày trong bảng 3.1.

Bảng 3.1 Hệ dung dịch khoan cho giếng 09-2/09-KTN-5X

STT

Khoảng khoan theo chiều dài

Nhìn chung việc sử dụng hệ dung dịch đơn giản này cho các công đoạn 26”

đã mang lại hiệu quả, góp phần giảm chi phí giếng khoan do đặc điểm đất đá trênmặt không có cấu trúc quá phức tạp Để khắc phục các phức tạp như mất dungdịch hay đất đá bở rời ta thêm các chất phụ gia tăng độ nhớt và tăng tỷ trọngdung dịch

Hệ dung dịch này được sử dụng để mở lỗ khoan là vì:

- Đảm bảo giữ cho thành giếng ổn định để thực hiện việc chống ống thànhcông

- Dung dịch dễ gia công và sử dụng

- Giá thành hạ

- Ít độc hại cho môi trường và con người

Ưu điểm:

- Có khả năng ức chế thành hệ sét, góp phần làm tăng tính ổn định thànhgiếng khoan và ổn định tính lưu biến dung dịch

- Giảm thiểu các tình huống phức tạp và sự cố trong quá trình khoan quacác hệ tầng sét hoạt tính và sét acgilit

- Không gây ảnh hưởng xấu đến các tính chất thấm chứa tự nhiên của tầngsản phẩm

- Có tính bôi trơn tốt, giảm đáng kể moment quay giữa bộ khoan cụ vàthành giếng khoan

- Có tính trượt loãng cao, tăng khả năng làm sạch bùn và lực cản ma sát khituần hoàn dung dịch

Nhược điểm:

- Hệ này kém ổn định ở nhiệt độ cao so với hệ ức chế phân tánlignosunfonat (VSPT) Hệ này đòi hỏi quá trình điều chế và xử lý rất nghiêmngặt khi khoan, đặc biệt là chất lượng làm việc của hệ thống làm sạch dung dịchphải rất cao

- Giá thành cao hơn rất nhiều so với một số hệ như: hệ Polime-sét, hệ ứcchế phân tán Lignosunfonat – phèn nhôm Kali (FCL/ AKK),…

- Tăng chi phí thời gian điều chế và xử lý dung dịch do phải sử dụng nhiềuthành phần trong cùng một thời điểm để đảm bảo ổn định các thông số dungdịch

- Do không có sét nên khi khoan qua những lớp cát dày khó tạo lớp vỏ bùnbền chắc, làm giảm độ ổn định thành giếng khoan

∗ Hệ dung dịch Ultradril

Thường được sử dụng ở Việt Nam ở các thành hệ có độ phức tạp cao như:Côn Sơn và Bạch Hổ, nơi có các tầng sét trương nở mạnh như sét Bạch Hổ, TràTân Trà cú nơi có các tập sét đen như sét tập D… Nó là sự tổng hợp ưu thế củachất ức chế sét dạng polyamine (Ultrahib), chất bao bọc (Ultracap), chất ức chế

hấp phụ trao đổi ion (KCl) và chất làm giảm sự bám dính của mùn khoan vào cầnkhoan (Ultrafree) Do hoạt tính ức chế rất mạnh của Ultrahib kết hợp với KCl vàUltracap, các vỉa sét dày, hoạt tính cao thường được khoan qua dễ dàng với rất ít

sự cố xảy ra trong quá trình khoan hoặc kéo thả, đặc biệt khi khoan liên thôngqua các địa tầng có áp suất vỉa khác nhau Đây là hệ dung dịch ức chế sét rất cao,gần bằng hệ dung dịch gốc dầu

Ưu điểm:

- Hệ dung dịch Ultradril có thông số dung dịch đảm bảo yêu cầu kỹ thuật kể

cả với những giếng khoan ngang, do có khả năng tải mùn khoan rất cao

- Khả năng ức chế sét rất tốt, giữ ổn định thành giếng.

- An toàn cho môi trường sinh thái

- Có khả năng làm giảm moment xoắn và chống bó choòng cao nên gópphần làn tăng tốc độ cơ học khoan

3.2 Tính toán các thông số dung dịch khoan

3.2.1 Tính toán trọng lượng riêng dung dịch khoan

: áp suất thủy tĩnh tại chiều sâu H

trọng lượng riêng của dung dịch khoan

H : chiều sâu theo phương thẳng đứng của cột dung dịch

Để tránh hiện tượng phức tạp hay sự cố xảy ra trong quá trình khoan thì áp suấtcột dung dịch phải thỏa mãn các điều kiện :

Pv≤ Pdd≤ P vv

Pdd = K.Pv (3.2)

Trong đó:

Pv : Áp suất vỉa tại độ sâu cần tính toán;

Pvv : Áp suất vỡ vỉa tại độ sâu cần tính toán;

K : Hệ số áp suất dư lên thành giếng khoan.K phụ thuộc vào chiều sâuthân giếng H như sau:

H : Chiều sâu tính từ sàn khoan đến vị trí tính toán

b : Chiều sâu tính từ miệng giếng đến mặt biển (b = 35m)

Ka : gradien áp suất vỉa

Như vậy ta rút ra được công thức tính trọng lượng riêng của dung dịchnhư sau:

H

b H K

∗ Tính toán và lựa chọn hệ dung dịch cho từng khoảng khoan

Việc lựa chọn trọng lượng riêng của dung dịch khoan dựa trên biểu đồ phân

bố áp suất vỉa và áp suất vỡ vỉa để không gây sập lở thành giếng, gây phun hoặcmất nước rửa, vì vậy trọng lượng riêng của dung dịch khoan ở các khoảng khoanphải thỏa mãn điều kiện : γv<γd<γvv

Dựa trên những tiêu chí đó, ta lựa chọn được trọng lượng riêng của dungdịch cho các khoảng khoan của giếng 09-2/09-KTN-5X như sau:

-Khoảng khoan từ 0 165m :

Để đảm bảo yếu tố kinh tế và kinh nghiệm các giếng đã khoan trước đóta

sử dụng nước biển để khoan và tuần hoàn giếng.Trọng lượng riêng của nước biểnđược sử dụng là =1,03G/

- Khoảng khoan từ 165850m :

Tại khoảng khoan này ta có:

- Gradien áp suất vỉa: Ka = 1

- Hệ số áp suất dư lên thành giếng khoan: K = 1,15

- Chiều sâu thân giếng: H = 850m

Tính toán tương tự cho các khoảng khoan còn lại

Kết quả lựa chọn trọng lượng riêng của dung dich khoan cho các khoảngkhoan được tổng hợp ở bảng 3.2

3.2.2 Các thông số khác của dung dịch khoan

∗ Độ thải nước B và độ dày vỏ mùn K

Độ thải nước đặc trưng cho tính chất thấm của dung dịch, là khả năng phalỏng của dung dịch bị tách ra đi vào lỗ hổng, khe nứt của đất đá trên thành giếngkhoan khi tồn tại sự chênh áp Quá trình hình thành lớp vỏ mùn diễn ra đồng thờicùng với quá trình thấm của dung dịch

Trong địa tầng đá nứt nẻ, độ rỗng lớn, kém ổn định hay đất đá mềm yếu dễgây mất nước thì độ dày vỏ mùn K được yêu cầu phải mỏng, chặt sít nhằm gia cốtốt cho thành giếng khoan

Độ thải nước B nhỏ có tác dụng hạn chế sự rửa các vật chất liên kết tựnhiên trên thành giếng khoan, giữ cho giếng khoan ổn định, ít ảnh hưởng đếntầng nghiên cứu, tầng sản phẩm Ngược lại, nếu B, K lớn sẽ gây ảnh hưởng xấutới công tác khoan

∗ Độ nhớt T

Độ nhớt đặc trưng cho sự ma sát trong giữa các lớp dung dịch khi chúngchuyển động Ta thấy:

- Khi độ nhớt của dung dịch tăng thì vận tộc khoan cơ học giảm, ví dụ khi

ta thay nước lã bằng dung dịch sét thì vận tốc khoan cơ học giảm khoảng 25%;

- Tạo nên vùng đình trệ ở đáy, mùn khoan khó tách nhanh và di chuyểnkhỏi đáy khi độ nhớt tăng;

- Độ nhớt tăng tạo ra tình trạng kéo dài áp lực dư, máy bơm làm việc khókhăn do tổn thất thủy lực lớn Tuy nhiên độ nhớt nhỏ cũng không có lợi vì khảnăng tạo lớp vỏ bùn kém

Trong thực tế, sau khi gia công dung dịch, để kiểm tra xem độ nhớt củadung dịch có đạt yêu cầu hay không, ta sử dụng độ nhớt quy ước T, nó khôngmang ý nghĩa vật lý nhưng cho biết tính chất công nghệ của dung dịch khoan

∗ Ứng suất trượt tĩnh

Ứng suất trượt tĩnh là ứng suất nhỏ nhất cần thiết để phá vỡ cấu trúc củadung dịch.Nó đặc trưng cho độ bền cấu trúc của dung dịch được tạo ra ở trạngthái tĩnh Ứng suất trượt tĩnh đặc trưng cho khả năng giữ mùn khoan ở trạng thái

lơ lửng khi ngừng tuần hoàn, làm cho mùn khoan không bị lắng xuống đáy, tránhhiện tượng kẹt mút.

Khi đất đá nứt nẻ, dễ mất nước thì tính xúc biến của dung dịch phải cao mớikhống chế được Tuy nhiên nếu tăng thì sẽ dẫn tới T và mật độ dung dịch tăngtạo nên vùng đình trệ ở đáy giếng làm giảm vận tốc cơ học khoan, khiến máybơm làm việc nặng hơn

∗ Hàm lượng pha rắn

Đó là thể tích cặn thu được khi để dung dịch pha loãng với nước lã theo tỉ lệ1:9 ở trạng thái yên tĩnh sau 1 phút Hàm lượng cát trong dung dịch đặc trưngcho mức độ nhiễm bẩn của dung dịch, làm giảm cấu trúc của dung dịch và gâymòn bộ khoan cụ Thông thường hàm lượng pha rắn trong dung dịch được yêucầu 4% để đảm bảo được các tính chất của dung dịch

∗ Độ ổn định

Độ ổn định được tính bằng hiệu số trọng lượng riêng của phần dưới vớiphần trên của cột dung dịch để yên tĩnh trong vòng 24h Độ ổn định thường nhỏhơn 0,02

∗ Lựa chọn độ PH của dung dịch

Độ PH của dung dịch hợp lý có tác dụng:

+ Ổn định dung dịch khoan nếu ở môi trường kiểm

+ Không gây ăn mòn bộ dụng cụ khoan

+ Tạo điều kiện cho sét phân tán tốt và nâng cao hiệu quả gia công hóa học dungdịch

Bảng 3.2 Thông số dung dịch cho từng khoảng khoan của

T(s)

B(cm3/30ph) (mG/cm

3750 4478 1,22±0,2 50-70 3 – 4 25-35 9-10 1,5

3.3 Phương pháp gia công hóa học dung dịch cho từng khoảng khoan

3.3.1 Mục đích gia công hóa học dung dịch khoan

Mục đích gia công hóa học dung dịch khoan để tạo ra các hệ dung dịch cóthông số phù hợp với yêu cầu thiết kế thi công giếng khoan, xuất phát từ các đặcđiểm địa chất phức tạp của mặt giếng khoan, những khó khăn có thể xảy ra trongquá trình thi công giếng khoan, quá trình này phải đảm bảo yêu cầu sau:

- Đảm bảo độ bền vững lâu dài cho các lớp Agrilit ở tầng Miocen vàOligocen đồng thời đảm bảo chất lượng khoan mở vỉa sản phẩm và ngăn quátrình phá hủy sét, hạn chế sự phân tán

- Bôi trơn bộ dụng cụ khoan, ổn định nhiệt độ khi khoan ở độ sâu lớn

- Hệ dung dịch khi sử dụng có khả năng thuận lợi trong quá trình khoan,phù hợp với đặc thù thi công giếng khoan ngoài khơi

- Đảm bảo cho quá trình mở vỉa tốt, không gây nhiễm bẩn vỉa

- Phải cho hệ dung dịch có khả năng dễ chuyển đổi vì hạn chế mặt bằng

3.3.2 Các hóa phẩm gia công dung dịch

Chức năng của các hóa phẩm chính được sử dụng trong gia công dung dịchkhoan được trình bày trong bảng 3.3

Bảng 3.3 Chức năng các hóa phẩm sử dụng cho giếng 09-2/09-KTN-5X

Tên hóa phẩm Chức năng

Bentonite Chất làm tăng độ nhớt, giảm mất dung dịch

Barite BaSO4 Chất tăng trọng lượng riêng dung dịch

CausticSoda

NaOH

Tăng độ pH, khống chế kiềm

Soda Ash Khử độ cứng

Biosafe Chất diệt khuẩn

CaCO3 F LCM dạng hạt nhỏ và trung bình tan trong axit

KCl Ức chế sét, tăng trọng

MIX II F LCM dạng sợi có tính tan trong axit

NaCl Chất tăng trọng, ức chế sét, ngăn chặn hydrat hóa

DV-Guar Chất tạo độ nhớt, tạo cấu trúc

DV-Hivis Chất tạo độ nhớt, tạo cấu trúc.

DV-Pac LV Giảm độ thải nước

Safecide Chất diệt khuẩn

Ultrahib Nâng cao khả năng vận chuyển mùn khoan, chất ức chế sét.Ultracap Chất ức chế sét, duy trì độ pH ổn định

Radiagreen Giảm momen xoắn choòng khoan

3.3.3 Gia công hóa học dung dịch

Gia công hóa học dung dịch là quá trình làm thay đổi các thông số của dungdịch khoan bằng cách cho thêm vào chúng các chất khác nhau với liều lượngkhác nhau nhằm đạt mục tiêu đã đề ra

Trong dung dịch khoan, các thông số có mối liên hệ chặt chẽ với nhau Nếu

có một nguyên nhân nào đó làm cho một thông số thay đổi sẽ kéo theo sự thayđổi của một loạt các thông số khác Do đó, việc gia công hóa học dung dịchkhoan phải được tiến hành một cách cẩn thận trong phòng thí nghiệm để có thểđiều chỉnh các thông số cho phù hợp với yêu cầu

Quá trình gia công hóa học dung dịch được chia làm hai giai đoạn:

- Gia công dung dịch lần đầu tiên để thu được các thông số cần thiết Giaiđoạn này thường được tiến hành khi bắt đầu khoan Ngoài ra còn sử dụng trongtrường hợp phải chuyển từ điều kiện khoan bình thường sang điều kiện khoanphức tạp, hay trong việc chống các hiện tượng sự cố trong khoan

- Gia công bổ sung để giữ nguyên hoặc cần thay đổi các thông số dung dịch trongquá trình khoan Giai đoạn này được tiến hành liên tục trong quá trình khoan đểtách mùn khoan, dầu, khí hoặc nước từ vỉa xâm nhập và trong dung dịch đi lên

Kết quả của việc gia công hóa học dung dịch khoan của giếng khoan09-2/09-KTN-5X được trình bày trong bảng 3.4:

Bảng 3.4 Đơn pha chế dung dịch cho giếng khoan 09-2/09-KTN-5X

DV-Pac LV 13,3DV-Hivis D 5,7

∗ Tính toán thể tích dung dịch cần thiêt cho các khoảng khoan.

- Thể tích dung dịch cần thiêt cho mỗi khoảng khoan được xác định theo công thức sau:

D:là đường kính trong của cột khoan trước đó.(m)

H:là chiều sâu thả cột ống trước đó.(m)

a :là hệ số dự trữ dung dịch.Hệ số này phụ thuộc vào từng khoảngkhoan và có giá trị a=2

:là thể tích dung dịch tiêu hao trong quá trình khoan và kể tới sự tăng chiềusâu giếng khoan.

(3.7)

Trong đó: L là chiều sâu khoảng khoan được

K:là định mức tiêu hao dung dịch.K phụ thuộc vào đường kính giếngkhoan,tốc độ khoan,chất lượng dung dịch khoan và dược lấy từ kinhnghiệm như sau:

Choòng với đường kính 660,4mm lấy K=0,72

Choòng với đường kính 406,4mm lấy K=0,4

Choòng với đường kính 311,1mm lấy K=0,41

Choòng với đường kính 219,5mm lấy K=0,39

:là thể tích giếng khoan trong khoảng khoan được:

(3.8)

:là đường kính giếng khoan.M

M:là hệ số mở rộng thành

:đường kính choòng khoan

* Tính toán hóa phẩm gia công dung dịch cho mỗi khoảng khoan

Lượng sét cần thiết để điều chế một đơn vị thể tích dung dịch (Vdd = 1m3)được tính theo công thức:

P

γ

γγ

(T/m3) (3.9)Trong đó:

γs: Trọng lượng riêng của sét (T/m3)

γd: Trọng lượng riêng của dung dịch (T/m3)

Lượng sét cần thiết cho toàn bộ công đoạn khoan là :

(3.10)

r: Hệ số tổn hao sét (r = 1,03)

* Tính toán lượng nước gia công cho mỗi khoảng khoan

Lượng nước cần thiết để điều chế 1 đơn vị thể tích dung dịch là:

Vnc= 1 - d

s

P

γ (m3/m3) (3.11) Thể tích nước tính cho toàn bộ khoảng khoan là:

Vnctb= r.Vnc.Vdd (m3) (3.12)

3.4.2 Tính toán lượng dung dịch sét và nước cho mỗi khoảng khoan

3.4.2.1 Khoảng khoan từ độ sâu 0 165m

Khoảng khoan này ta sử dụng nước biển có trọng lượng riêng = 1,03 ±0,2T/

3.4.2.2 Khoảng khoan từ độ sâu 165 850m

Thi công ở tần Pliocene và Miocene thượng , ta sử dụng dung dịch khoan

có trọng lượng riêng = 1,08±0,25 T/ Khoảng khoan trước đó chống ống chống720mm đến độ sâu 165m

+Chiều dài cột ống trước đó:H= 165m

= 0,698m là đường kính trong của ống chống720mm

Thay vào công thức trên ta có:

- Thể tích dung dịch tiêu hao trong quá trình khoan với choòng có đường kính660,4mm :

+Định mức tiêu hao dung dịch khoan là K=0,72

+Chiều dài khoảng khoan được:L=850-165=685m

Thay vào công thức ta có:

0,72.685= 493,2

- Thể tích dung dịch trong khoảng khoan được:

+Đường kính giếng khoan:= M =1,2.0,6604 = 0,7925m

Trong đó :

M: Hệ số mở rộng thành giếng khoan(M=1,2)

Đường kính choòng khoan(=0,6604m

Thay vào công thức ta có:

Lượng sét cần thiết để điều chế một đơn vị thể tích dung dịch là:

Ta có các thông số sau :

+Trọng lượng riêng của sét : = 2,6

+Trọng lượng riêng của dung dịch : = 1,08

Thay vào công thức ta được

= 2,6 = 0,13

Lượng sét cho toàn bộ khoảng khoan là :

= 1,03.0,13.1028,7 = 137,7 tấn

∗ Thể tích nước gia công dung dịch

Lượng nước cần thiết để điều chế một đơn vị thể tích dung dịch khoan là:

Vnc= 1 - d

s

P

γ = 1 - = 0,88 (m3/m3) Lượng nước cần thiết cho toàn bộ khoảng khoan là:

Vnctb= r.Vnc.Vdd = 1,03.0,88.1028,7 = 932,4 (m3)

3.4.2.3 Khoảng khoan từ độ sâu 850 2725m

Thi công ở tầng Miocene trung , ta sử dụng dung dịch khoan có trọng lượngriêng = 1,11±0,25T/ Khoảng khoan trước đó chống ống chống mm đến độ sâu850m

+Chiều dài cột ống trước đó:H= 850m

= 0,486m là đường kính trong của ống chống 508mm

Thay vào công thức trên ta có:

- Thể tích dung dịch tiêu hao trong quá trình khoan với choòng có đường kính444,5mm

+Định mức tiêu hao dung dịch khoan là K=0,42

+Chiều dài khoảng khoan được:L=2725- 850=1875m

Thay vào công thức ta có:

0,42.1875= 787,5

- Thể tích dung dịch trong khoảng khoan được:

+Đường kính giếng khoan:= M =1,15.0,4445 = 0,5111m

Trong đó :

M: Hệ số mở rộng thành giếng khoan(M=1,15)

Đường kính choòng khoan(=0,4445m)

Thay vào công thức ta có:

=0,785

- Thể tích dung dịch cho toàn khoảng khoan là:

=1606

∗ Lượng sét gia công dung dịch

Lượng sét cần thiết để điều chế một đơn vị thể tích dung dịch là:

Ta có các thông số sau :

+Trọng lượng riêng của sét : = 2,6

+Trọng lượng riêng của dung dịch : = 1,08

Thay vào công thức ta được

= 2,6 = 0,18

Lượng sét cho toàn bộ khoảng khoan là :

= 1,03.0,18.1606 = 297,8 tấn

∗ Thể tích nước gia công dung dịch

Lượng nước cần thiết để điều chế một đơn vị thể tích dung dịch khoan là:

3.4.2.4 Khoảng khoan từ độ sâu 2725 3750m

Thi công ở tầng Oligocene , gradien áp uất vỉa tăng đột ngột Để đảm bảo antoàn, tránh các phức tạp và sự cố, ta sử dụng dung dịch khoan có trọng lượngriêng = 1,25±0,2T/ Khoảng khoan trước đó chống ống chống 340mm đến độsâu 2725m

∗ Thể tích dung dịch khoan

+Chiều dài cột ống trước đó:H= 2725m

= 0,318m là đường kính trong của ống chống 340mm

Thay vào công thức trên ta có:

- Thể tích dung dịch tiêu hao trong quá trình khoan với choòng có đường kính3111,1mm

+Định mức tiêu hao dung dịch khoan là K=0,41

+Chiều dài khoảng khoan được:L=3750 - 2725=1025m

Thay vào công thức ta có:

0,41.1025= 420,3

- Thể tích dung dịch trong khoảng khoan được:

+Đường kính giếng khoan:= M =1,03.0,31111 = 0,3204m

Trong đó :

M: Hệ số mở rộng thành giếng khoan(M=1,03)

Đường kính choòng khoan(=0,31111m)

Thay vào công thức ta có:

=0,785

- Thể tích dung dịch cho toàn khoảng khoan là:

=1083,7

∗ Lượng sét gia công dung dịch

Lượng sét cần thiết để điều chế một đơn vị thể tích dung dịch là:

Ta có các thông số sau :

+Trọng lượng riêng của sét : = 2,6

+Trọng lượng riêng của dung dịch : = 1,25

Thay vào công thức ta được

= 2,6 = 0,406

Lượng sét cho toàn bộ khoảng khoan là :

= 1,03.0,325.1083,7 = 453,5 tấn

∗ Thể tích nước gia công dung dịch

Lượng nước cần thiết để điều chế một đơn vị thể tích dung dịch khoan là:

Vnc= 1 - d

s

P

γ = 1 - = 0,6752 (m3/m3) Lượng nước cần thiết cho toàn bộ khoảng khoan là:

Vnctb= r.Vnc.Vdd = 1,03.0,6752.1083,7 = 753,6 (m3)

3.4.2.5 Khoảng khoan từ độ sâu 3750 4478m

Khoảng khoan này được thực hiện khi mở vỉa vào tầng móng rắn chắc và ổn địnhnên ta sử dụng dung dịch khoan có trọng lượng riêng = 1,22±0,2T/

+ = 0,223m là đường kính trong của ống chống 245mm

Thay vào công thức trên ta có:

- Thể tích dung dịch tiêu hao trong quá trình khoan với choòng có đường kính215,9mm

+Định mức tiêu hao dung dịch khoan là K=0,39

+Chiều dài khoảng khoan được:L=4478-3600=878m

Thay vào công thức ta có:

0,39.878= 342,4

- Thể tích dung dịch trong khoảng khoan được:

+Đường kính giếng khoan:= M =1,03.0,2159 = 0,2224m

M: Hệ số mở rộng thành giếng khoan(M=1,03)

Đường kính choòng khoan(=0,2159m)

Thay vào công thức ta có:

=0,785

- Thể tích dung dịch cho toàn khoảng khoan là:

∗ Lượng sét gia công dung dịch

Lượng sét cần thiết để điều chế một đơn vị thể tích dung dịch là:

Ta có các thông số sau :

+Trọng lượng riêng của sét : = 2,6

+Trọng lượng riêng của dung dịch : = 1,22

Thay vào công thức ta được

= 2,6 = 0,3575

Lượng sét cho toàn bộ khoảng khoan là :

= 1,03.0,3575.782,8 = 288,2 tấn

∗ Thể tích nước gia công dung dịch

Lượng nước cần thiết để điều chế một đơn vị thể tích dung dịch khoan là:

Vnc= 1 - d

s

P

γ = 1 - = 0,71 (m3/m3) Lượng nước cần thiết cho toàn bộ khoảng khoan là:

CHƯƠNG 4 : CHẾ ĐỘ KHOAN 4.1 Mục đích yêu cầu của việc chọn thông số chế độ khoan

Các thông số là tải trọng phá huỷ đất đá G, lưu lượng nước rửa Q, tốc độquay của choòng n, được tính sao cho:

- Việc thi công giếng khoan được tiến hành một cách nhanh nhất, có tốc

độ thương mại cao;

- Tận dụng hết khả năng làm việc cho phép của thiết bị trong đó phảikhống chế trong vùng làm việc hợp lý của choòng, máy bơm khoan, Rôto hoặcđộng cơ thủy lực đáy Vì nếu vượt quá giới hạn này thì sự cố khoan luôn đe doạnhư sập lở thành giếng, choòng bị phá huỷ (nếu quay với tốc độ quá nhanh ngoàivùng chỉ tiêu, nhất là ổ tựa của chóp xoay bị phá huỷ);

Để bảo đảm được như vậy là ta đã thiết lập được một hệ thống số chế độkhoan cho các khoản khoan một cách tối ưu Có một tốc độ quay tối ưu, lưulượng nước rửa hợp lý khi tải trọng phá huỷ lên choòng phù hợp nhất

Trên quan điểm như vậy ta tiến hành tính toán để lựa chọn các thông sốchế độ khoan Song ta có thể thừa hưởng các kinh nghiệm đã được tổng kết lạikhi khoan các giếng trước đây tại mỏ Kình Ngư Trắng Nam để lựa chọn sao cho