Thiết kế thi công giếng khoan khai thác dầu khí r317 mỏ rồng

Thiết kế thi công giếng khoan khai thác dầu khí r317 mỏ rồng

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành công nghiệp dầu khí luôn là một ngành mũi nhọn mang tính chiếnlược trong quá trình phát triển kinh tế không chỉ riêng Việt Nam mà ở hầu hết cácquốc gia trên thế giới có dầu mỏ

Ngành công nghiệp dầu khí nước ta tuy còn non trẻ nhưng đã giữ một vị tríquan trọng trong nền kinh tế quốc dân Trong những năm gần đây, với hàng loạtkhám phá mới về dầu khí đã khẳng định tiềm năng dầu khí của nước ta và ngàycàng có nhiều hợp đồng của công ty dầu khí lớn trong và ngoài nước được ký kếtnhư: Vietsovpetro, Schlumberger, JO,… để cùng thăm dò và khai thác dầu khí ởthềm lục địa phía nam Việt Nam

Trong quá trình tìm kiếm, thăm dò và khai thác dầu khí thì công tác khoan làcông tác quan trọng, quyết định sự thành công của giếng khoan Để thi công mộtgiếng khoan dầu khí trong điều kiện địa lý, địa chất khó khăn, phức tạp, vốn đầu tưlớn thì công tác thiết kế phải được tiến hành một cách thật chi tiết khoa học Quaquá trình học tập tại trường, thời gian thực tập tại XNLD Vietsovpetro và ngoàibiển, được sự cho phép của bộ môn và sự đồng ý của thầy giáo hướng dẫn, em đã

chọn đề tài tốt nghiệp của mình là: “Thiết kế thi công giếng khoan khai thác dầu

khí R317 mỏ Rồng”.

Do hạn chế về tài liệu nghiên cứu và những kinh nghiệm thực tế còn yếu nêntrong quá trình làm đồ án em cũng gặp nhiều khó khăn, không thể tránh khỏi nhiềuthiếu sót Với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn và sự góp ý của các thầy

cô trong bộ môn đã giúp em hoàn thành đồ án này Em rất mong nhận được nhiều

sự đóng góp ý kiến quý báu của thầy cô và các bạn đồng nghiệp để đồ án ngày càngđược tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn tới ban lãnh đạo trường Đại học Mỏ - Địa Chất,khoa Dầu Khí, bộ môn Khoan - Khai Thác, các cán bộ nhân viên của XN Khoan vàSửa giếng thuộc XNLD Vietsovpetro và Phòng Dung Dịch, đặc biệt là thầy giáo

hướng dẫn TH.S Nguyễn Khắc Long đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án

này

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày 19 tháng 5 năm 2014

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG I: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ, ĐỊA CHẤT VÙNG MỎ RỒNG.

1.1.Vị trí địa lý, đặc điểm kinh tế và nhân văn vùng mỏ Rồng.

Thành phố Vũng Tàu là nơi đặt các dịch vụ sản xuất của xí nghiệp liêndoanh Vietsovpetro, là đơn vị chủ quản chịu trách nhiệm thăm dò khai thác dầu khí

ở mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng

Hình 1-1: Vị trí địa lý mỏ Rồng.

1.1.2 Đặc điểm khí hậu và thủy văn.

Khí hậu mỏ Rồng là khí hậu nhiệt đới gió mùa, chịu ảnh hưởng sâu sắc bởigió biển nằm trong khu vực khối không khí có chế độ tuần hoàn ổn định được chialàm hai mùa chính là mùa mưa và mùa khô Mùa mưa kéo dài từ tháng 6 đến tháng

9, chủ yếu gió tây nam Nhiệt độ trung bình từ 25 – 32C Độ ẩm trung bình từ 87 –89% trong tháng Mùa khô bắt đầu từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau Chủ yếu có giómùa đông bắc, nhiệt độ trung bình 25C, lượng mưa rất ít khoảng 0,7 mm, độ ẩmtrung bình 65% Nhiệt độ không khí từ 24 - 32C vào ban đêm Sóng biển cao nhấttrong mùa là 8m Thời tiết biển tương đối ôn hòa, thỉnh thoảng có bão, thường gặp

vào tháng 6 đến tháng 10 Trong cả năm số ngày có tầm nhìn không tốt chiếm 25% ,tầm nhìn xa từ 1 - 3 km, tập trung vào tháng 3 và tháng 7 Độ ẩm trung bình củakhông khí là 82%, số ngày u ám tập trung vào các tháng 5 và tháng 11.

1.1.3 Dân cư xã hội.

Thành phố Vũng Tàu có khoảng 3 vạn dân thì chỉ có khoảng 1/3 dân là dânbản xứ, chủ yếu sống bằng nghề đánh cá và các nghề phụ khác Còn lại là dân Bắc

di cư, họ có tinh thần lao động cần cù sáng tạo Đó là nguồn nhân lực dồi dào phục

vụ cho quá trình xây dựng và khai thác dầu khí

Hiện nay cơ sở hạ tầng, vật chất kỹ thuật của thành phố không ngừng đượcđầu tư phát triển, tốc độ phát triển kinh tế cao Có thể nói về mặt địa lý - kinh tế -nhân văn Vũng Tàu là một cơ sở tốt cho việc phát triển các dịch vụ tìm kiếm thăm

dò và khai thác các mỏ dầu khí ở ngoài khơi Nhưng trong điều kiện đó cũng phảikhắc phục không ít những khó khăn do mỏ nằm xa đất liền và các yếu tố thời tiếtgây nên

1.1.4 Giao thông vận tải.

Thành phố Vũng Tàu là nơi đặt trụ sở chính của xí nghiệp liên doanhViesovpetro Đây là trung tâm du lịch lớn với đường quốc lộ 51A dài 125km nốithành phố Vũng Tàu với thành phố Hồ Chí Minh và đường thủy là 80km từ thànhphố Hồ Chí Minh xuống Vũng Tàu Cảng Vũng Tàu đủ sức chứa các tàu củaVietsovpetro và các nước khác với tải trọng lớn, thuận lợi cho việc vận chuyển phục

vụ ngành dầu khí và các ngành kinh tế khác Sân bay Vũng Tàu đủ sức tiếp nhậncác máy bay trực thăng và các máy bay vận tải cỡ nhỏ, có dường bay tới thành phố

Hồ Chí Minh và Singapo Đây là đầu mối giao thông quan trọng trong việc vậnchuyển người và hàng hóa cho các giàn khoan biển và các công việc liên quan đếndịch vụ tìm kiếm ngoài khơi vùng biển phía Nam

1.1.5 Điện năng.

Nguồn năng lượng phục vụ cho công trình trên bờ cũng như sinh hoạt đượclấy từ đường dây tải điện 35KV nối từ thành phố Hồ Chí Minh và Vũng Tàu, trạmphát điện Diezen của Vũng Tàu Nguồn điện cung cấp cho các giàn khoan được lấy

từ các máy phát điện trên giàn

1.2.Đặc điểm địa chất của mỏ Rồng

Mỏ Rồng nằm trong bể Cửu Long thuộc vùng thềm lục địa phía Nam ViệtNam

1.2.1 Đặc điểm tầng thạch học

Theo trình tự nghiên cứu bắt đầu từ những phương pháp đo địa trên mặt, sau

đó đến các phương pháp đo địa vật lý trong giếng khoan và các phép phân tích mẫuđất đá thu được, người ta xác định khá rõ ràng các thành hệ của mỏ Rồng Đó là cáctrầm tích thuộc các hệ Đệ Tứ, Neogen, Peleogen phủ trên móng kết tinh Jura –Kretta có tuổi tuyệt đối từ 97 đến 108,4 triệu năm Từ trên xuống cột địa tầng tổnghợp của mỏ rồng được mô tả như sau:

1.2.2 Thống Plioxen, hệ tầng đệ tứ - Hệ tầng Biển Đông (N + Q).

Trầm tích hệ tầng Biển Đông có chiều dày thay đổi từ 450 - 550m Trầm tíchgồm cát, bột sét màu xám, xám sáng, bở rời hoặc gắn kết yếu Thành phần hạt vụnthường là thạch anh, fenpat, các mảnh đá granit, đá silicat, đá phun trào Ở đây cũnggặp những tầng sét vôi mỏng với nhiều mảnh vỏ cacbonat sinh vật biển, cũng nhưcác lớp cacbonat và sét montmorilonit

1.2.3 Phụ thống Mioxen thượng - Hệ tầng Đồng Nai (N)

Trong diện tích mỏ Rồng, hệ tầng dày 500 - 800m, thành phần chủ yếu là cátkết yếu, đôi khi có xen những lớp sét kết và cacbonat mỏng Trầm tích lục nguyên

có màu xám, màu sáng hạt thô Thành phần bao gồm thạch anh, fenpat và các mảnhgranit, xi măng gắn kết là cacbonat, montmoriolit, sét, sét vôi Các trầm tích hạt mịn

có màu xám nâu, trắng và vàng, môi trường thành tạo là cửa sông

Trong khu vực mỏ Rồng hệ tầng có quan hệ chỉnh hợp với hệ tầng Bạch Hổphía dưới và hệ tầng Biển Đông phía trước

1.2.4 Phụ thống Mioxen - Hệ tầng Côn Sơn (N).

Hệ tầng Côn Sơn phân bố khắp diện tích mỏ Rồng, chiều dày thay đổi từ 400

- 800m Thành phần chủ yếu là cát hạt thô đến trung bình với xi măng cacbonat,cacbonat - montmoriolit xen lẫn các lớp sét màu xám Đôi nơi xen lẫn những lớpthan mỏng

Hệ tầng được thành tạo trong môi trường trầm tích biển nông và đồng bằngven bờ Tại đây gặp phong phú các loại bào tử phấn hoa đặc biệt là giốngflolsduezia định tuổi Mioxen giữa

Trong khu vực mỏ Rồng trầm tích của hệ tầng Côn Sơn phủ bất chỉnh hợplên hệ tầng Bạch Hổ có quan hệ với hệ tầng Đồng Nai ở trên.

1.2.5 Phụ thống Mioxen - Hệ tầng Bạch Hổ (N).

Hệ tầng phân bố rộng khắp mỏ Rồng cũng như bể Cửu Long, bề dày thay đổi

từ 100 - 1500m (chủ yếu 300 - 1200m)

Hệ tầng Bạch Hổ chia làm 2 phần:

- Phần dưới có chiều dày thay đổi từ 60 - 400m chủ yếu là cát, bột kết (chiếm

>60%) xen lẫn các lớp sét kết màu xám vàng, xám sáng Phần lót đáy đã pháthiện lớp cuội kết mỏng

- Phần trên chủ yếu là sét màu xám vàng, xám sáng xen kẽ là các lớp cát bột kết.Trầm tích có hướng thô dần từ trên xuống dưới Trong phần trên của phần này

có chứa một tầng sét montmorilonit dày 30 trên 250m (chủ yếu là từ 50 150m) chứa nhiều hóa đá rotalia - tầng sét kết rotalit Đây là một tầng chắn chủyếu trong khu vực của toàn bể Cửu Long Các trầm tích của hệ tầng Bạch Hổđược tích tụ trong môi trường đồng bằng aluvi, đồng bằng ven bờ phần dưới vàchuyển dần thành đồng bằng ven bờ và ven biển nông ở phần trên Theo cácphức hệ bào tử phấn Lê Văn Cự và những người khác đã xác định tuổi Mioxensớm cho hệ tầng Hệ tầng có quan hệ bất chỉnh hợp góc với hệ tầng Trà Tân ởdưới và bị hệ tầng Côn Sơn phủ bất chỉnh hợp góc yếu lên trên (mặt phản xạ

-SH3 trên mặt cắt địa chấn).

1.2.6 Phụ thống Oligoxen thượng - Hệ tầng Trà Tân (E)

Hệ tầng Trà Tân bắt gặp trong hầu khắp diện tích mỏ Rồng với bề dày thẳngđứng gặp ở giếng khoan từ 95m (R301) đến 749m (R304) Hệ tầng chủ yếu là sựxen kẹp cát, bột, sét Khoáng vật sét điển hình là kaolinit và hydromica, cát có thànhphần chủ yếu là thạch anh và fenpat

Theo mặt cắt địa chất thẳng đứng hệ tầng Trà Tân được chia thành 3 phần,ranh giới giữa chúng là các bất chỉnh hợp góc khá rõ

Phần dưới là sự xen kẽ của các lớp cát kết giữa các tầng sét bột kết dày, tỷ lệcát/sét khoảng 35 - 50% Sét có thành phần chủ yếu là Kaolinit và Hydromica.Thành phần cát, bột phần lớn là thạch anh và fenpat, rất ít các mảnh đá Phần giữachủ yếu là sét kết màu nâu đậm, nâu đen xen kẽ những lớp cát bột mỏng Đôi nơi cónhững lớp mỏng đá vôi hoặc than, macma phun trào, tỷ lệ cát/sét từ 10 - 50%

Phần trên là sự xen kẽ cát bột sét với tỉ lệ cát/sét cao hơn 2 phần dưới nó Sétkết có màu xám xanh, phân phiến Cát kết loại ackor, thạch anh

Hệ tầng được tích tụ chủ yếu trong môi trường đồng bằng eluvi, aluvi, đồngbằng ven bờ, hồ.

Các phân tích vi cổ sinh của VPI đã xác nhận tuổi của Oligoxen muộn cho hệtầng Một số hóa đá chỉ thị tuổi này bắt gặp là: Amphisteginesp, florschutziatrilobata, psilptricolpites, quereussp

Hệ tầng có quan hệ bất chỉnh hợp góc với hệ tầng Trà Cú ở dưới, đôi nơi hệtầng này phủ trực tiếp lên móng kết tinh nơi hệ tầng Trà Cú vắng mặt và bị hệ tầngBạch Hổ phủ bất chỉnh hợp góc lên trên

+ Phần dưới: Là các trầm tích lục nguyên gồm các lớp bột, sét, cát xen kẽ nhau.Sét kết có màu xám tối đen hồng Thành phần khoáng vật trong đá cát kết thạchanh, fenpat đôi khi có chứa mảnh đá macma xâm nhập và phun trào

+ Phần trên: Là các trầm tích mịn hơn, chủ yếu là sét kết và bột kết màu xámxanh, xám tối đến nâu thẫm Ở giếng khoan R303 và R304 còn phát hiện một lớpBazan - porfirit có chiều dày hàng chục mét

Hệ tầng thành tạo trong môi trường trầm tích lục địa (sông, hồ, đầm lầy).Tuổi hệ tầng Trà Cú được Lê Văn Cự (1986) xếp vào Oligoxen sớm, dựa vào phức

hệ bào tử phấn và đối sánh địa tầng

1.2.8 Đá móng kết tinh trước Kainozoi

Bảng 1-2: Độ sâu của móng trong một số giếng khoan ở mỏ Rồng.

5 R307 3308 11 R313 2592 17 R323 3671

Móng trước Kainozoi mỏ Rồng được phát hiện bởi các giếng khoan R(301,303,306, 317, 319) và tất cả các giếng thuộc Đông Nam Rồng như R311,R314 Thành phần thạch học đá móng mỏ Rồng bao gồm chủ yếu các thành phầnchủ yếu sau: Đá macma (Granit, Diorit thạch anh, Granodiorit giàu biotit,hocnoblen) đá biến chất (Đá phiến phylit, Đá Gownai), một số còn có dăm kết vàvụn núi lửa

Đá Granit mỏ Rồng có màu xám, xám phớt hồng Phân tích mẫu lõi từ cácgiếng khoan R301, R309, R311 trong thời gian gần đây cho thấy đá này có thànhphần như sau: Thạch anh 25%, plagiocla 28%, mica 7%, fenpat Kali 30% Hiện naycòn một số thành tạo Diorite thạch anh trong khu vực mỏ Rồng được một số tác giảnhư Kireev F.A xếp vào tướng núi lửa tuổi oligoxen như thành tạo diorit gặp ởgiếng khoan R302 và đỉnh cấu tạo Nam - Đông Nam

Do các quá trình nguội lạnh, thủy nhiệt, quá trình phong hóa biến đổi thứsinh mà đá móng mỏ Rồng bị phá hủy thành những khối có nhiều nứt nẻ Căn cứvào phân tích tuổi tuyệt đối đá móng mỏ Rồng cho kết quả tuổi J - K Trong khuvực mỏ Rồng đá móng kết tinh bị phủ bất chỉnh hợp bởi các trầm tích tuổiOligoxen

1.2.9 Tiềm năng dầu khí.

Mỏ Rồng có cấu tạo phức tạp, bao gồm nhiều thân dầu ở nhiều vùng khácnhau Các thân dầu khí được phát hiện ở khoảng chiều sâu 1770 đến 4250m Kếtquả nghiên cứu mới nhất cho thấy trong số 32 đối tượng dầu khí đã xác định được ởcấu tạo Rồng, Đông Rồng và Đông Nam Rồng có 30 thân dầu và 2 vỉa khícondensate Hai vỉa khí condensate được phát hiện thuộc trầm tích Oligoxen trên (1thân) và Oligoxen dưới (1 thân) Xét về thành phần, mặc dù mỏ Rồng có chứa khícondensate, nhưng do khối lượng khí condensate có tỷ phần không đáng kể trongtổng trữ lượng hydrocacbon, cho nên có thể coi đây là mỏ dầu, phân cấp mỏ theotrữ lượng thu hồi thì mỏ Rồng thuộc loại mỏ trung bình

Mỏ Rồng có cấu tạo đa vỉa, phân bố nhiều khu vực tách rời nhau Theo sốliệu năm 2000 trong số 30 thân dầu phát hiện ở mỏ Rồng, 2 thân dầu thuộc khu vựcĐông Rồng và 1 thân dầu thuộc khu vực Đông Nam Rồng

Các thân dầu khí được phát hiện trong trầm tích lục nguyên, phun trào núi lửa

có thân chứa dạng vỉa, tập trung ở các tầng cát kết của Oligoxen dưới, Oligoxentrên và Mioxen dưới và nhỏ nhất là trong Oligoxen trên

Trong đá móng đã phát hiện 2 thân dầu ở cấu tạo Đông Nam Rồng có trữ

lượng lớn nhất.

1.3 Các phức tạp thường gặp trong quá trình thi công giếng

Điều kiện địa chất của mỏ rồng rất phức tạp, nó gây nhiều khó khăn cho công táckhoan, chủ yếu là các khó khăn sau:

- Sập lở thành giếng khoan trong các tầng đất đá mềm bở rời phía trên từ 2200m

85m Dị thường áp suất phân bố không đều

- Các đứt gãy kiến tạo gặp phải khi khoan gây mất dung dịch và làm lệch hướnggiếng khoan

- Hiện nay do quá trình khai thác nhiều nên áp suất vỉa của tầng móng đã giảmxuống, có nơi nhỏ hơn áp suất bão hòa tạo thành mũ khí, kết hợp với sự nứt nẻhang hốc gây ra mất dung dịch, thụt cần khoan

- Đất đá mềm, bở rời từ tầng Mioxen trung (Điệp Côn Sơn) trở lên có thể gây sập

lở thành giếng khoan,dễ gây kẹt bộ dụng cụ khoan và có thể mất nhẹ dung dịchtrong quá trình khoan

- Các đât đá trầm tích nhiều sét trong tầngMioxen dưới và tầng Oligoxen có thểgây bó hẹp thành giếng khoan do sự trương nở của sét

- Dị thường áp suất cao không đồng đều (gradien áp suất vỉa thay đổi từ 0,08 ÷0,152 at) trong tầng Oligoxen có thể gây Dầu –Khí – Nước xâm nhập,sập lởthành giếng,kẹt nặng bộ dụng cụ khoan có thể phải tháo cần, và những phức tạpđáng kể khác

- Sự hạ thấp đột ngột Gradien áp vỉa tại ranh giới giữa hai tầng Oligoxen trên vàtại ranh giới tầng móng rất dễ kẹt và khó xác định chiều sâu ống chống 245 mmbằng thực tế

- Tầng đá móng có gradien áp suất thấp có thể gây mất dung dịch khoan và sự thụtcần khoan khi gặp phải các hang hốc

- Các đứt gãy kiến tạo của mỏ có thể gây mất dung dịch khoan và làm lệch hướng

lỗ khoan

1.4 Mặt cắt địa chất của giếng khoan R-317

Hình 1-2: Mặt cắt địa chất của giếng khoan R-317

1.4.1 Ranh giới địa tầng

- Từ độ sâu 85 ÷ 2450m: Gradien áp suất vỉa là 1.0 at/m.

- Từ độ sâu 2450 ÷ 2650m: Gradien áp suất vỉa là 1.0÷1,05 at/m

- Từ độ sâu 2650 ÷ 3000m: Gradien áp suất vỉa là 1,12÷1,18 at/m

- Từ độ sâu 3000 ÷ 3350m: Gradien áp suất vỉa là 1.3÷1,35 a/m

- Từ độ sâu 3350 ÷ 3700m: Gradien áp suất vỉa là 1,45÷1,52 at/m

- Từ độ sâu 3700 ÷ 3950m: Gradien áp suất vỉa là 1,12÷1,18 at/m

- Từ độ sâu 3000-: Gradien áp suất vỉa là 1.00÷1.05 at/m

1.4.2.2.Áp suất vỡ vỉa

- Từ độ sâu 85 ÷ 450m: Gradien áp suất vỡ vỉa là 1,3 at/m

- Từ độ sâu 450 ÷ 2650m: Gradien áp suất vỡ vỉa là 1,55 ÷ 1,60 at/m

- Từ độ sâu 2650 ÷ 3000m: Gradien áp suất vỡ vỉa là 1,60 ÷ 1,65 at/m

- Từ độ sâu 3000 ÷ 3350m: Gradien áp suất vỉa là 1.69÷1,72 a/m

- Từ độ sâu 3350 ÷ 3700m: Gradien áp suất vỉa là 1,79÷1,83 at/m

- Từ độ sâu 3700 ÷ 3950m: Gradien áp suất vỉa là 1,60÷1,65 at/m

- Từ độ sâu 3950m trở xuống: Gradien áp suất vỡ vỉa là 1,55 ÷ 1,6 at/m

1.4.2.3 Nhiệt độ vỉa

Gradien nhiệt độ của vỉa: 2,70C/100m

1.4.3 Độ cứng của đất đá

- Từ độ sâu 85 ÷ 2100m: Đất đá mềm bở rời, có độ cứng từ I ÷ II theo độ khoan

- Từ độ sâu 2100 ÷ 2853m: Đất đá tầng Mioxen hạ mềm và trung bình cứng Độ cứng

từ III ÷ IV theo độ khoan

- Từ độ sâu 2853 ÷ 4360m: Đất đá tầng Oligoxen trung bình cứng đến cứng Độ cứng

từ V ÷ VIII theo độ khoan

- Từ độ sâu 4360m trở xuống dưới: Đất đá móng kết tinh từ cứng đến rất cứng Độcứng từ VIII ÷ IX theo độ khoan Đất đá ổn định và bền vững

1.4.4 Hệ số mở rộng thành M

- Từ độ sâu 85 ÷ 2180m: Hệ số mở rộng thành giếng M= 1,3.

- Từ độ sâu 2180 ÷ 2990m: Hệ số mở rộng thành giếng M= 1,2

- Từ độ sâu 2990 ÷ 3200m: Hệ số mở rộng thành giếng M=1,1

- Từ độ sâu 3200m trở xuống : Hệ số mở rộng thành M=1,05

1.5 Mục đích của giếng khoan

Giếng khoan R317 là giếng khoan khai thác dầu khí được thiết kế khoan tới

độ sâu 4325 m, dùng các thiết bị sẵn có trên giàn nhằm tạo kênh dẫn đưa dòng sảnphẩm lên bề mặt một cách hiệu quả nhất về kinh tế cũng như kỹ thuật hiện có

Để đạt được mục đích mà chúng ta đặt ra thì giếng khoan R317 phải đảm bảocác yêu cầu:

* Giảm tối đa chi phí thời gian thi công và thiết bị trong quá trình khoan;

* Đạt độ sâu, khoảng dịch đáy để tiếp cận sản phẩm theo yêu cầu;

* Khả năng áp dụng các phương pháp khai thác đồng thời một vài tầng sản phẩmtrong mỏ dầu nhiều vỉa;

* Thiết bị và dụng cụ lòng giếng có thể di chuyển dễ dàng Thân giếng đảm bảokhoan nhanh, đảm bảo chất lượng và độ cong là ít nhất;

* Sử dụng hiệu quả tốt các công nghệ hiện có trên giàn;

* Đảm bảo an toàn trong suốt quá trình khoan và chống ống, giảm thiểu sự cố xảyra

Mục tiêu của giếng khoan R317:

* Khoan tới chiều sâu: 4310 m

* Khoảng dịch đáy: 600 m

CHƯƠNG II: PROFIN VÀ CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN

2.1 Lựa chọn Profile giếng khoan.

2.1.1 Mục đích, yêu cầu xây dựng profile giếng khoan.

2.1.1.1 Mục đích xây dựng profile giếng khoan.

- Đảm bảo hiệu quả kinh tế cao

- Số lượng ống chống ít nhất

- Ít xảy ra sự cố khi cắt xiên và đảm bảo khoan và chống ống thông suốt

- Hệ số thu hồi sản phẩm của vỉa là lớn nhất

- Để các giếng khoan không trùng nhau khi thực hiện công tác khoan

2.1.1.2 Yêu cầu xây dựng profile giếng khoan.

- Giảm tối đa chi phí về thời gian thi công và thiết bị trong quá trình thi công

- Đạt độ sâu, khoảng dịch đáy và góc để tiếp cận vỉa sản phẩm theo yêu cầu đã

đề ra

- Thân giếng đảm bảo khoan nhanh, đảm bảo chất lượng và có độ cong ít nhất

- Đảm bảo quá trình khoan và chống ống an toàn với dạng profile giếng khoan

đã lựa chọn

2.1.2 Lựa chọn profile cho giếng khoan R-317

2.1.2.1 Những cơ sở lựa chọn profile

Dựa trên cơ sở nghiên cứu tài liệu địa chất, tính chất đất đá, áp suất vỉa, ápsuất vỡ vỉa, vị trí vỉa sản phẩm, và khoảng dịch đáy yêu cầu sẽ đưa ra cách lựa chọnprofile hợp lý nhất

2.1.2.1 Các dạng profile cơ bản thường sử dụng trong khoan dầu khí.

Thực tế khoan dầu khí hiện nay đang sử dụng 5 dạng profile sau:

Hình 2-1: Các dạng profile thường sử dụng trong khoan dầu khí

*Dạng quĩ đạo tiếp tuyến (hình 2-1a): Dạng quĩ đạo tiếp tuyến đảm bảo

khoảng lệch ngang cực đại của thân giếng so với phương thẳng đứng trong trườnghợp góc nghiêng của thân giếng khoan nhỏ nhất Dạng quĩ đạo này được sử dụngcho các giếng khoan xiên định hướng với khoảng lệch đáy giếng lớn so với phươngthẳng đứng, cũng như khoan nhóm giếng có chiều sâu cắt xiên lớn

*Dạng quĩ đạo hình chữ J (hình 2-1b): Sử dụng có hiệu quả ở các mỏ dầu

khi bộ khoan cụ đáy làm việc trong trạng thái ổn định ở các khoảng ổn định gócnghiêng của quĩ đạo giếng Mặt khác dạng quĩ đạo còn được sử dụng khoan đoạnthân giếng nằm trong vỉa sản phẩm với góc nghiêng cực đại tới 900, có thể sử dụngcho các giếng khoan ngang và các giếng mà chiều dày hiệu dụng của vỉa sản phẩmmỏng hoặc các giếng cần tăng chiều dày hiệu dụng

*Dạng quĩ đạo hình chữ S (hình 2-1c, 1d, 1e): Dạng quỹ đạo hình chữ S

Dạng quỹ đạo này hay sử dụng trong các trường hợp vỉa sản phẩm có bề dàylớn, khi mở vỉa sản phẩm thân giếng thẳng đứng Quỹ đạo tiến hành đơn giản, thuậnlợi trong thiết kế và khi thi công, đạt độ dịch đáy đủ lớn thuận lợi trong khi khoan

mở vỉa đưa giếng vào khai thác Dạng profin được dùng để khoan các lỗ khoannghiêng có chiều sâu lớn

- Dạng quỹ đạo hình chữ S - 5 đoạn (Hình 2-1.c) Dạng quỹ đạo bao gồm:

Đoạn thẳng đứng phía trên, đoạn tạo góc nghiêng, đoạn ổn định góc nghiêng, đoạngiảm góc nghiêng với cường độ lệch nhỏ, đoạn thẳng đứng phía dưới

- Dạng quỹ đạo hình chữ S - 4 đoạn (Hình 2-1.d) Dạng quỹ đạo bao gồm:

Đoạn thẳng đứng phía trên, đoạn tạo góc nghiêng, đoạn ổn định góc nghiêng, đoạngiảm góc nghiêng với cường độ lệch nhỏ

- Dạng quỹ đạo hình chữ S - 3 đoạn (Hình 2-1.e) Dạng quỹ đạo bao gồm:

Đoạn thẳng đứng phía trên, đoạn tạo góc nghiêng, đoạn giảm góc nghiêng vớicường độ lệch nhỏ

2.1.3 Tính toán Profile giếng khoan

Các giá trị ban đầu tính quỹ đạo :

- Chiều sâu theo phương thẳng đứng H0 = 4235 m

- Độ dài thẳng đứng bên trên H1 =370 m

- Độ dài thẳng đứng bên dưới H5 = 385 m

- Cường độ tăng góc nghiêng i2 = 80/100 m

- Cường độ giảm góc nghiêng i4 = 20/ 100 m

- Khoảng lệch đáy giếng theo phương nằm ngang S = 600 m

+ Bán kính cong của đoạn tăng và giảm góc nghiêng được xác định :

R2 = 57,32= 57.32= 716,5 m

R4 = 57,32 = 57.32= 2866 m

R = (2-3) Trong đó:

- l: chiều dài động cơ đáy trục vít và choòng khoan

− q: Khối lượng 1cm của trục vít (Kg/cm), q = 2,704/cm

− E: Mô đun đàn hồi của thép (KG/ cm), E = 2.06×10 KG/cm

− LT: chiều dài động cơ đáy (trục vít) LT= 750 cm

− I: Mô men quán tính tiết diện ngang của trục vít (cm).

I = 0,049×d = 0.049×20,32 = 17368 cm Thay số vào công thức (2-2) ta có: f =5,5 cm

Từ đó, thay số vào công thức (2-1) ta có:

R= 154,5 m

Trong khoan định hướng cần phải xác định độ cong cho phép của giếngkhoan.Nếu như vượt quá độ cong cho phép này thì sẽ gây những khó khăn cho quátrình khoan hoặc khai thác

Bán kính cong nhỏ nhất giới hạn bởi độ bền của động cơ đáy được tính bằngcông thức sau và để giếng khoan có thể thi công được thì cần đảm bảo điều kiện:

Từ đó ta tính được các thông số của profin

Bảng 2- 1: Các thông số của profin

(m) CHIỀU DÀITHÂN

(m)

KHOẢNG DỊCHĐÁY(m)

Tăng gócnghiêng

Hình 2-2: Profile giếng khoan R317

2.2.1 Giới thiệu chung về thiết kế cấu trúc giếng khoan

Chúng ta đều biết rằng các vỉa dầu khí nằm sâu trong lòng đất, từ độ sâukhoảng vài trăm mét tới hàng nghìn mét và việc xác định các vỉa này ban đầu dựavào việc minh giải các tài liệu địa chất, địa chấn Tuy nhiên, để kiểm tra độ chínhxác của các giả thiết ban đầu cũng như việc tạo ra một kênh dẫn để dẫn chất lưu lên

bề mặt trong trường hợp có dầu khí là các công trình khá tốn kém, xuyên sâu vào

trong lòng đất, qua các lớp đất đá khác nhau với các tính chất khác nhau, đòi hỏiphải có thiết kế hợp lý.

Thiết kế giếng khoan là dựa kiến các thông số kĩ thuật của giếng khoan, đưa racác biện pháp để xây dựng giếng khoan một cách an toàn, tiết kiệm và đạt đượcmục đích của giếng khoan Do đó, thiết kế giếng khoan là công việc rất cần thiết vàđóng vai trò quan trọng, quyết định sự thành bại của quá trình thi công sau này.Giếng khoan dầu khí được coi như một công trình xây dựng cơ bản thi côngtheo một đề án được duyệt Yếu tố cơ bản để lập thiết kế kỹ thuật là chọn lựa và xâydựng cấu trúc giếng khoan

Cấu trúc giếng khoan được tạo thành bởi 1 số cột ống chống có chiều dài vàđường kính khác nhau, thả lồng vào nhau trong lỗ khoan, kết hợp với những cỡchoòng khoan tương ứng dùng để khoan Tùy thuộc vào mục đích riêng của từnggiếng khoan (giếng khoan thăm dò, giếng khoan khai thác) và tùy thuộc vào điềukiện địa chất cụ thể mà riêng từng khu vực mà ta có cấu trúc giếng khoan khácnhau

Cấu trúc giếng khoan bao gồm:

- Cấu trúc các cột ống chống

- Choòng khoan sử dụng

- Khoảng trám xi măng

2.2.2 Mục đích yêu cầu và cơ sở lựa chọn cấu trúc giếng

Cấu trúc của 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 đểviệc kéo thả các bộ dụng cụ khai thác, bộ khoan cụ, sửa chữa được tiến hành bìnhthường

- Chống được hiện tượng mất dung dịch khoan

- Giếng khoan phải làm việc bình thường khi khoan qua tầng áp suất cao, vàtầng 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 khai thác phải

là cấp đường kính nhỏ nhất, đơn giản và gọn nhẹ nhất trong điều kiện cho phép củacấu 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 giếngsau này

2.2.3 Các yếu tố xác định cấu trúc giếng khoan

Các yếu tố xác định cấu trúc giếng khoan gồm có: địa chất, công nghệ, kỹthuật và kinh tế

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

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

để lựa chọn dung dịch khoan phù hợp không gây sập nở thành giếng, gây phunhoặc mất nước rửa Có ý nghĩa là đảm bảo bất đẳng thức sau: Pv< Ptt< Pn

Suy ra : γd = H

P v

10

Trong đó:

- H: chiều sâu giếng khoan (m)

- γd: trọng lượng riêng của dung dịch (G/cm3)

- Pv ,Ptt, Pn: áp suất vỡ vỉa, áp suất thủy tĩnh, áp suất nứt vỉa (atm).Khi lựa chọn cấu trúc giếng khoan ta phải dựa vào biểu đồ γv ,γd ,γn

Xuất phát từ mục đích của giếng khoan được đặt ra, vừa đảm bảo các yêu cầu

kỹ thuật cho phép, giếng khoan càng đơn giản về mặt cấu trúc càng có lợi về mặtkinh tế Thông thường giá trị ống chống chiếm khoảng 15-20% giá thành côngtrình, cá biệt có thể lên tới 40-50% Như vậy đường kính ống chống,số lượng ốngchống không những ảnh hưởng tới giá thành mà còn kéo theo một loạt các phụthuộc khác như: thời gian thi công, giá thành của choòng , dung dịch , xi măng trámtăng lên

2.2.4 Lựa chọn cấu trúc giếng, chiều sâu thả ống chống, chiều cao trám xi măng.

Giếng khoan R317 tại mỏ Rồng có cấu trúc 4 cột ống bao gồm cột ống địnhhướng, cột ống dẫn hướng, trung gian 1, trung gian 2, chống lửng và ống khai thác.Cột ống trung gian 4 đóng vai trò là ống khai thác

Ống chống là bộ phận cực kì quan trọng trong công tác thi công giếng khoan.Việc sử dụng cột ống chống giúp gia cố thành giếng khoan, cách ly các tầng khácnhau, tạo điều kiện ổn định để khoan tới mục tiêu thiết kế Tuy nhiên ống chống cónhiều loại và chức năng cụ thể lại khác nhau

Sơ đồ ống chống 1 lỗ khoan bao gồm:

Có tác dụng ngăn cho thành lỗ khoan ở phần trên không bị sập lở, đóng vai trò

1 trụ rỗng, trên đó có lắp các thiết bị miệng giếng như: đầu ống chống, thiết bịchống phun, treo toàn bộ các cột ống chống tiếp theo và một phần thiết bị khai thác.Cột ống chống dẫn hướng chịu toàn bộ trọng lượng nén của cột ống chống tiếptheo do vậy nó phải được trám xi măng toàn bộ chiều dài và phần nhô lên phải đủ

độ bền

Đây là ống chống đầu tiên nhất thiết phải có,chiều sâu thả thông thường từ 70

÷ 400 m, cũng có thể tới 800 ÷ 1000 m tùy theo điều kiện địa chất và chiều sâugiếng khoan Đối với giếng R317, Cột ống dẫn hướng có đường kính Φ 508 mmđược thả xuống độ sâu 250m và đươc trám xi măng lên hết chiều dài cột ống

Cột ống chống này còn được gọi là ống chống kĩ thuật, và được thả theo yêucầu của điều kiện đia chất, công tác khoan không thể tiến hành nếu không có nó.Các trường hợp bắt buộc phải sử dụng ống chống trung gian có thể tóm tắt như sau:

- Dung dịch khoan không đảm bảo vai trò gia cố thành giếng khoan để tiếp tục khoan

an toàn trong điều kiện địa tầng phức tạp (sụp lở thành giếng, sét trương nở, khoanqua tầng mất dung dịch trầm trọng) Việc gia cố thành giếng khoan bằng công tácchống ống khi khoan qua các tầng này là một giả pháp hữu hiệu

- Cách ly tầng chứa có dị thường áp suất tạo điều kiện khoan qua các tầng tiếp theo

- Số lượng các ống chống trung gian phụ thuộc vào điều kiện địa chất của giếngkhoan, căn cứ vào đó tính toán chiều sâu trám xi măng hợp lý

- Ống trung gian số 1: chiều sâu đặt chân đế được chọn là 1311 m Trongkhoảng khoan 250 – 1311 m, cột địa tầng là cát kết xen kẽ sét kết, gây ra các

sự cố như sét trương nở hoặc sập nở thành Tại vị trí 1311 m đất đá tươngđối đồng nhất, ổn định, thích hợp với việc chống ống Cột ống này được trám

xi măng toàn phần Đối với giếng R317, Cột ống trung gian 1 có đường kính

Φ 340 mm được thả xuống độ sâu 1311m và đươc trám xi măng lên hếtchiều dài cột ống

- Ống trung gian số 2: Ống chống kĩ thuật số 2 được chống tới chiều sâu 2975

m vì liền kề phía dưới là vùng có dị thường áp suất cao Ta phải tiến hànhchống ống để khoan khoảng tiếp theo có trọng lượng riêng dung dịch lớnhơn Đối với giếng R317, Cột ống trung gian 2 có đường kính Φ245 mmđược thả xuống độ sâu 2975m và đươc trám xi măng lên đến chiều sâu1104m kể từ đế ống chống này

Đặc điểm của ống chống lửng có chiều dài tương đối ngắn, chúng đảmnhiệm chức năng của ống chống trung gian hoặc cột ống chống khai thác Cột ốngchống lửng cho vào giếng nhờ cột cần khoan và được treo vào cột ống chống trước

đó bằng một đầu treo đặc biệt Sử dụng cột ống chống lửng mang lại hiệu quả kinh

tế cao tuy nhiên phải đòi hỏi công nghệ phức tạp Đối với giếng R317, Cột ốngchống lửng có đường kính Φ194 mm được thả xuống độ sâu 3690m và đươc trám

xi măng lên đến chiều sâu2775 kể từ đế ống chống này

 Ống chống khai thác

Cột ống chống khai thác là cột ống chống cuối cùng được đưa vào giếngkhoan Cột ống chống này có tác dụng tạo kênh dẫn dầu và khí từ dưới giếng lênmặt đất, và để bảo vệ các thiết bị khai thác như bơm sâu, ống ép khí Ngoài ra ốngchống này còn cho phép kiểm tra áp suất ,thực hiện công tác tăng cường dòng sảnphẩm như nổ thủy lực, xử lý bằng axit, bơm ép vỉa Chỉ không được thả khi biếtchắc giếng không có sản phẩm Đối với giếng R317, Cột ống khai thác có đườngkính Φ140 mm được thả xuống độ sâu 3925m và đươc trám xi măng lên đến chiềusâu 3490m kể từ đế ống chống này

2.2.5 Tính toán cấu trúc giếng khoan

Nguyên tắc tính toán cấu trúc của giếng khoan bắt đầu từ đường kính của ốngkhai thác cho đến cột ống chống trên cùng theo thứ tự từ dưới lên Cấu trúc giếngkhoan được tính toán làm sao cho quá trình khoan cũng như thả ống chống đếnchiều sâu dự kiến được thông suốt

Chọn đường kính ống chống khai thác chủ yếu dựa vào lưu lượng khai tháccủa giếng

Chọn đường kính của choòng khoan chủ yếu dựa vào đường kính mupta củaống chống (Dm) và khoảng hở để trám xi măng giữa mupta và thành giếng khoan(δ )

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

Dc = Dm + 2.δ = Dm + Δ

Sau khi xác định được đường kính choòng khoan người ta tiến hành xác địnhđường kính của ống chống phía trên trước nó Hiệu số giữa đường kính trong củaống chống (dtg) và đường kính choòng khoan thả qua nó không được vượt quá 6 ÷ 8mm:

2.2.7 Cột ống chống lửng thứ 3

Đường kính trong của cột ống chống lửng phải đủ lớn để có thể dễ dàng chochoòng 165,1 mm đi qua Vì vậy Dt lg là đường kính trong của ống chống lửng phảithỏa mãn:

a Tính cột ống chống kĩ thuật 2 (chiều sâu 2975 m).

Đường kính trong cột ống chống kĩ thuật 2:

-Dm KT2 là đường kính ngoài mupta ống chống kĩ thuật 2 (mm)

-Dc KT2 là đường kính choòng khoan cho ống chống kĩ thuật 2 (mm)

Theo bảng (2-3) đầu nối mupta sử dụng cho cột ống chống này là: Dm KT2 = 270mm

Vậy Dc KT2 = 270 + (25 - 30 mm) = 295 - 300 mm

Theo bảng (2-2) chọn đường kính choòng là: Dc KT2 = 311,1 mm

b Tính cột ống chống kĩ thuật 1 (chiều sâu 1311 m).

Đường kính trong cột ống chống kĩ thuật 1 là:

Dt KT1 = Dc KT2 + (6 - 8 mm)

= 311,1 + (6 - 8 mm) = 317,1 - 319,1 mmTra bảng (2-3) chọn đường kính ngoài của cột ống chống kĩ thuật 1:

Dng KT1 = 340 mm

Bề dày(mm)

Đường kínhtrong (mm)

MuptaĐường kínhngoài (mm)

Chiều dài(mm)

Đường kínhống chống(mm)

Chiều dàitrám ximăng (mm)

Định

Đóng bằngbúa máy 720Dẫn

Hình 2-2: Cấu trúc giếng khoan R-317

CHƯƠNG III: LỰA CHỌN THIẾT BỊ, DỤNG CỤ KHOAN

3.1 Lựa chọn khoảng khoan.

3.1.1 Cơ sở để phân chia khoảng khoan

Người ta phân chia ra các khoảng khoan dựa vào những lớp đất đá có tínhchất cơ lý tương tự và gần nhau như ứng suất kháng nén, độ cứng, độ mài mòn Từ

đó sẽ phân ra các khoảng khoan, tạo điều kiện tốt nhất, đơn giản nhất khi thiết kế vàthi công

3.1.2 Phân chia khoảng khoan

Ta có thể phân chia thành các khoảng khoan như sau:

3.2 Lựa chọn phương pháp khoan cho từng khoảng khoan.

Việc lựa chọn phương pháp khoan có ý nghĩa rất quan trọng ở giai đoạn thiết kế quitrình công nghệ khoan, quyết định các giải pháp kỹ thuật như: chế độ công nghệkhoan, thủy lực, bộ cần khoan, loại giàn khoan, công nghệ gia cố giếng khoan, Trong các giếng khoan tại vùng mỏ Rồng, hiện nay người ta sử dụng phương phápkhoan chính là khoan Roto, Top Driver, và khoan động cơ đáy

Trong phương pháp khoan bằng động cơ đáy ở vùng mỏ Rồng thường sử

dụng một trong hai loại: Tuabin và động cơ trục vít Với giếng khoan R-317 ta chọn

động cơ đáy là động cơ trục vít

3.2.1 Phương pháp khoan bằng roto.

Phương pháp khoan roto là phương pháp khoan truyền chuyển động quay từbàn roto đến choòng thông qua cột cần khoan làm cho choòng khoan cùng quay.

* Ưu điểm của phương pháp khoan bằng roto:

- Phương pháp khoan roto có thể điều chỉnh độc lập và hợp lý các thông số chế

độ khoan

- Đảm bảo sự làm việc tối ưu của choòng khoan trong các lớp đất đá khác nhau

- Công suất bơm dung dịch không cần lớn như trong khoan bằng tuabin

- Các thiết bị đặt trên mặt nên dễ bảo dưỡng sửa chữa

- Có thể khoan được các giếng sâu hơn 5000m và nhiệt độ vỉa lớn

* Nhược điểm:

- Phương pháp khoan roto gây mất mát công suất lớn do ma sát

- Thường xảy ra sự cố đối với cột cần khoan do các ứng suất sinh ra trong quátrình khoan, trong các giếng khoan nghiêng định hướng

- Tốc độ quay của choòng không lớn như khoan tua bin nên phương pháp khoannày không được áp dụng khi khoan với choòng kim cương

3.2.2 Phương pháp khoan bằng động trục vít.

Phương pháp khoan bằng động cơ đáy là phương pháp khoan truyền chuyểnđộng cho choòng khoan bằng tua bin (trục vít) khoan đặt ngay trên choòng khoan,trong quá trình khoan thì cột cần khoan không quay Động cơ tua bin ở đáy quayđược là nhờ năng lượng dòng chảy của dung dịch Hiện nay người ta không sử dụngTuabin mà sử dụng động cơ trục vít

Đặc điểm của phương pháp này là công suất phá hủy đất đá được truyền trựctiếp từ động cơ trục vít tới choòng khoan nhờ năng lượng của dòng chảy dung dịch

3.2.2.1 Ưu, nhược điểm của phương pháp khoan bằng động trục vít.

- Cột cần khoan chịu tải nhẹ, hiện tượng mỏi sinh ra do tải trọng động đặc biệt làứng suất xoắn, uốn có giá trị nhỏ nên làm giảm các sự cố về cần, tránh được sựmài mòn các bộ phận của cần và các thiết bị quay trên mặt (do cột cần khôngquay)

- Thuận lợi cho khoan xiên định hướng với góc nghiêng lớn

- Bảo dưỡng và sửa chữa ít tốn kém

- Đặc tính của động cơ trục vít có số vòng quay lớn làm cho thời gian làm việccủa choòng chóp xoay ngắn do sự mài mòn nhanh của ổ tựa.

- Ở những hệ tầng đất đá dẻo đòi hỏi phải có mômen phá hủy đất đá lớn thì một

số loại động cơ trục vít không đáp ứng được điều này

- Vùng làm việc ổn định của động cơ trục vít hẹp, nếu ra ngoài vùng này thì động

xo sẽ đẩy piston đi lên phía trên và mở các lỗ thoát, lúc này dung dịch theo các lỗthoát ra ngoài khoảng không gian vành xuyến Khi có sự tuần hoàn của dung dịch

và lưu lượng của dung dịch đạt đến 1 giá trị nhất định thì áp lực của cột dung dịchthắng sức căng của lò xo và đẩy piston đi xuống đóng các lỗ thoát Dung dịch đixuống rotor và làm quay rotor

Tác dụng của việc sử dụng van xả là bảo vệ động cơ khỏi bị hao mòn Ngoài

ra khi tiếp cần khoan thì dung dịch từ không gian vành xuyến tự động chảy qua các

lỗ thoát vào làm đầy dung dịch khoan trong cột cần khoan, và khi kéo cần thì dungdịch khoan tự chảy ra ngoài không gian vành xuyến qua các lỗ thoát của van xả Do

đó không làm dung dịch khoan tràn ra sàn khoan

• Rotor.

Rotor là 1 trục bằng thép được chế tạo theo hình rãnh xoắn, rãnh xoắn cuộnđược 1 vòng gọi là 1 bước xoắn Rotor có nhiều bước xoắn thì số vòng quay củarotor sẽ lớn Vì vậy nó còn được gọi là trục vít Trục vít được chế tạo bằng hợp kimchịu mài mòn tốt

• Stator.

Stator là một ống được chế tạo bằng cao su có hình rãnh xoắn giống rotor.Stator có số rãnh xoắn lớn hơn rotor là 1 Tỉ lệ số gờ trên rotor và số rãnh trên statorcàng lớn thì mômen xoắn của động cơ càng lớn Bên ngoài stator có vỏ kim loại bảovệ

Khớp cong của động cơ trục vít có tác dụng tạo góc lệch Khớp cong gồm 2phần, trên mỗi phần có khắc vạch chia độ được đánh số Khớp cong có thể thay đổigóc từ 0°- 3°, mỗi bước thay đổi là 0°15’ Khi muốn chỉnh góc lệch người ta điềuchỉnh cho giá trị góc ở phần trên trùng với giá trị góc ở phần dưới

Hình 3-1: Cấu tạo của động cơ trục vít

3.2.2.3 Nguyên lí hoạt động của động cơ trục vít.

Dung dịch khoan chuyển động trong cần khoan đi qua van xả vào rotor Nếu lưulượng nhỏ (khi bắt đầu bơm), thì các lỗ thoát van xả mở, dung dịch khoan đi qua đó

ra ngoài khoảng không gian vành xuyến Khi lưu lượng đạt tới 1 giá trị nhất định thì

áp lực của cột dung dịch sẽ ép lò xo của van xả xuống và đóng các lỗ thoát lại.Dung dịch chuyển động qua rotor và stator, sự khác biệt về hình học giữa rotor vàstator tạo ra những chuỗi phản ứng hình xoắn ốc, dung dịch chảy theo hình xoắn ốc

đó tạo ra mômen quay làm cho rotor quay Dung dịch khoan tiếp tục đi xuống phíadưới tới 1 ổ trục trong khớp cong, trên trục có 1 vài lỗ thoát nhỏ để dung dịch đi rangoài làm mát ổ bi của mô tơ, sau đó dung dịch qua lỗ thoát ở đáy mô tơ và ra ngoàikhoảng không gian vành xuyến Phần lớn dung dịch chuyển động trong trục và đixuống choòng khoan để làm sạch đáy lỗ khoan và nâng mùn khoan lên mặt

Căn cứ vào ưu nhược điểm của các phương pháp khoan và các yếu tố cơ bản

để chọn phương pháp ta lựa chọn phương pháp khoan cho từng khoảng khoan nhưsau:

Bảng 3 - 1: Lựa chọn phương pháp khoan cho từng khoảng khoan của giếng

độ của đội ngũ công nhân kĩ sư thi công giếng khoan

Để thi công giếng khoan R - 317 ta dùng tổ hợp thiết bị khoan 3D- 76 có đặc tính kĩ thuật như sau:

Tải trọng nâng cực đại: 320 tấn

Công suất quay cột cần: 368 kW

- Đầu quay thủy lực yB- 250

Sức nâng: 250 tấn

Vận tốc quay lớn nhất: 380 v/p

- Động cơ dẫn động: Máy diesel kí hiệu B2- 250

Số động cơ dẫn động máy bơm khoan: 2

Số vòng quay của trục:

Khi dẫn động tời: 160 v/p

Khi dẫn động máy bơm: 1200 v/p

- Máy nén khí KC- 5M

Áp suất với xi lanh lớn nhất 154 at

Áp suất với xi lanh nhỏ nhất 200 at

cung cấp vật tư của xí nghiệp liên doanh

- Đảm bảo độ cứng vững, định hướng tốt trongquá trình khoan.

3.4.1 Choòng khoan.

Các loại choòng khoan đang được sử dụng ở xí nghiệp liên doanh được sảnxuất theo tiêu chuẩn GOST và IADC Các loại choòng khoan được chế tạo theo quychuẩn đường kính Trong công nghiệp khoan thế giới cũng như ở nước ta hiện naythường dùng choòng chóp xoay để khoan vì nó có rất nhiều ưu điểm nổi trội:

- Diện tích tiếp xúc ở đáy lỗ khoan bé hơn các loại choòng khác nhưng độ dài méplàm việc lớn vì vậy hiệu suất phá đá cao

- Các chóp xoay lăn trên đá nên mômen quay choòng nhỏ và ít bị kẹt choòng

Nhược điểm của choòng này là do các ổ đỡ quay quanh trục của mình nêncác ổ đỡ dễ bị mòn và làm cho thời gian sử dụng ngắn đi

a.Choòng cánh b.Choòng chóp xoay c.Choòng kim cương

Hình 3-2 : Các loại choòng

Nguyên tắc lựa chọn choòng khoan là dựa vào độ cứng của đất đá khoan qua, hìnhdạng giếng khoan và phương pháp khoan để lựa chọn choòng khoan Các chỉ tiêu kĩthuật của choòng khoan được ghi trong catalog của nhà sản xuất Lựa chọn choòngkhoan sao cho đạt tốc độ cơ học cao nhất, và giá thành 1 mét khoan là nhỏ nhất.XNLD Vietsovpetro đã hệ thống được các loại choòng có hiệu quả cao nhất đãđược khoan ở vùng mỏ Rồng

Bảng 3-3 : Lựa chọn choòng khoan cho từng khoảng khoan

3.4.2 Động cơ trục vít cho mỗi khoảng khoan

Để chọn động cơ đáy trục vít ta căn cứ vào cấp đường kính choòng của mỗikhoảng khoan, kinh nghiệm khoan các giếng ở khu vực, và điều kiện hiện có của xínghiệp Vietsovpetro Từ đó ta chọn động cơ cho mỗi khoảng khoan như sau

3.4.2.1 Khoảng khoan 370- 508 m.

Ta chọn động cơ trục vít số hiệu A962 đường kính 244,5 mm

Bảng 3-4: Bảng thông số kĩ thuật của động cơ trục vít.

Tải trọng cực đại lên choòng, kG Động: 36184 kG, Tĩnh: 111230 Kg

Áp suất khi đầy tải, kPa 4275

3.4.2.2 Khoảng khoan 3376- 3925m.

Ta chọn động cơ trục vít số hiệu A675, đường kính 171,5 mm.

Bảng 3-5: Bảng thông số kĩ thuật của động cơ trục vít

Tải trọng cực đại lên choòng, kG Động: 17615 kG, Tĩnh: 49486 kG

Áp suất khi đầy tải, kPa 8095

3.4.3 Chọn cần nặng.

3.4.3.1 Phương pháp tính toán.

Để đảm bảo tải trọng tác dụng lên choòng khoan ta phải lắp đặt cần nặng ởtrên choòng khoan Mặt khác xét về tính chịu lực của cột cần khoan thì phía trên cộtcần chịu ứng suất kéo, phía dưới chịu nén Trọng lượng của phần chịu nén chính làtải trọng tác dụng lên choòng Trong trường hợp chung bộ cần nặng được tạo thành

từ 1 vài đoạn với đường kính giảm dần theo chiều từ cần nặng tới cột cần khoan.Đoạn cần nặng đầu tiên chủ yếu để tạo phần chính tải trọng tác dụng lên choòng vàthỏa mãn những yêu cầu về thủy lực và độ cứng chống uốn cong Những đoạn tiếptheo đảm bảo chuyển đổi đều về độ cứng từ đoạn cần nặng chính tới cần khoan

Khi lựa chọn đường kính cần nặng, đường kính ngoài của cần nặng lớn nhấtphải tương ứng với đường kính choòng theo tiêu chuẩn API Các tỉ lệ kích thướccủa cần nặng có thể được chọn theo tỉ lệ gần đúng sau:

- Đối với choòng có đường kính < 295,3 mm, nên chọn cần nặng có đường kính gầnbằng (0,75- 0,85).Dc trong điều kiện bình thường và 0,65.Dc trong điều kiện phứctạp

- Đối với choòng có đường kính > 295,3 mm nên chọn cần nặng có đường kính gầnvới giá trị (0,65- 0,75).Dc trong điều kiện khoan bình thường và 0,55.Dc trong điềukiện phức tạp

Tỉ lệ đường kính giữa 2 cần nặng nối tiếp nhau là 1,1- 1,5

Tỉ lệ đường kính giữa cần nặng và cần khoan là 1,2- 1,6

Tỉ lệ phù hợp giữa đường kính cần nặng và choòng được trình bày trongbảng sau:

Bảng 3-6: Tỉ lệ phù hợp giữa đường kính cần nặng và choòng khoan

Khoảng khoan

(mm)

Đường kính cần nặng(mm)

Theo khả năng cung cấp vật tư của xí nghiệp liên doanh, bộ khoan cụ đượcchọn theo các tiêu chuẩn của API Tỷ lệ về kích thước bộ khoan cụ do API thànhlập như sau:

- Choòng khoan có đường kính Dc≥ 393,7 mm: thì tỷ lệ đường kính choòng vàcần nặng là 1,6 ÷ 2 Các choòng nhỏ hơn tỷ lệ này là 1,25 ÷ 1,6

- Tỷ lệ đường kính giữa hai cần nối tiếp nhau là 1,1 ÷ 1,5 còn giữa cần nặng vàcần khoan là 1,2 ÷ 1,6

- Với giếng khoan có ống chống đến cấp đường kính 508 mm: Có khả năng dùngcác cấp cần khoan 139,7 mm; 127 mm; dùng cần nặng 203,2 mm; 228,6 mm;165,1 mm.

G- 105 và S- 135 Do đó ta lựa chọn cần khoan 127 với hai mác thép S-135 để thicông giếng khoan R – 317

Bảng 3-7: Bảng thông số của cần khoan

Kí hiệu cần

khoan

Đường kínhngoài(mm)

Chiều dàythân(mm) Mác thép

Đường kínhren(mm)

Trọnglượng1m(kg/m)

Để đảm bảo tải trọng tác dụng lên choòng khoan ta phải lắp đặt cần nặng ởtrên choòng khoan Mặt khác ta xét về tính chịu lực của cột cần khoan thì phái trêncột cần chịu ứng suất kéo, phía dưới chịu nén Trọng lượng của phần chịu nén chính

là tải trọng tác dụng lên choòng Trong trường hợp chung, bộ cần nặng được tạothành từ một vài đoạn với đường kính giảm dần theo chiều từ cần nặng tới cột cầnkhoan Đoạn cần nặng đầu tiên chủ yếu để tạo phần chính tải trọng tác dụng lênchoòng và thỏa mãn những yêu cầu về thủy lực và độ cứng chống uốn cong Nhữngđoạn tiếp theo đảm bảo chuyển đổi đều độ cứng từ đoạn cần nặng chính đến cầnkhoan

Khi lựa chọn đường kính cần nặng ,đường kính ngoài của cần nặng lớn nhấtphải tương ứng với đường kính choòng theo tiêu chuẩn API (viện dầu khí Mỹ).Đường kính cần nặng có thể xác định theo tỉ lệ gần đúng như sau:

- Đối với choòng có đường kính Dc≥ 393,7 mm: Tỷ lệ giữa đường kínhchoòng và đường kính cần nặng là 1,6 ÷ 2.

- Đối với choòng có đường kính Dc < 393,7 mm: Tỷ lệ giữa đường kínhchoòng và đường kính cần nặng là 1,25 ÷ 1,6

Như vậy, dựa vào đường kính của choòng khoan kết hợp với kinh nghiệm củacác giếng đã khoan ta có thể lựa chọn đường kính cần nặng cho giếng khoan R317như bảng 3-6

3.4.4 Lựa chọn định tâm

Bộ phận định tâm bảo đảm sự đồng trục giữa cột cần khoan và giếng khoan.Đường kính định tâm được chọn theo đường kính choòng khoan được sử dụngtrong từng khoảng khoan Số lượng định tâm quá nhiều sẽ dẫn đến momen cản lớn.Trong thực tế người ta lắp không quá 3 định tâm cho một bộ khoan cụ Dựa vàokinh nghiệm thi công những giếng khoan dã thi công trên vùng mỏ với phươngpháp thống kê và so sánh mà người ta chọn lựa đường kính định tâm Đường kínhđịnh tâm được trình bày dưới bảng sau:

Bảng 3-8:Sự tương ứng giữa đường kính choòng và định tâm

Hình 3-3 : Các loại định tâm

3.4.5 Lựa chọn đầu nối

Đầu nối dùng để nối các cần có cấp đường kính, kiểu ren khác nhau hay đểbảo vệ dễ thay thế… Đầu nối thường có đường kính ngoài và đường kính trong làchuyển tiếp giữa hai cấp đường kính mà chúng nối

Bảng 3-9: Các loại đầu nối lựa chọn cho giếng 125

Loại đầu nối Đường kính

(mm)

Chiều dài(m)

Trọng lượng(kG)

3.4.6 Lựa chọn búa thủy lực

Trong khi khoan thường hay gặp các sự cố kẹt bộ khoan cụ vì vậy ta nên lắpbúa để đề phòng trường hợp này

Búa là một dụng cụ dùng trong cứu kẹt, nó tạo ra một xóc mạnh làm cho bộkhoan cụ có thể dịch chuyển từ đó ta có thể kéo cần lên được Ta nên lắp hai búatạo shock (một cái giật lên, một cái giật xuống) để tạo xung mạnh khi kéo hoặc nén.Các loại búa sử dụng trong giềng khoan này:

- Búa Φ 185mm dùng với cần nặng Φ203mm

- Búa Φ158mm dùng với cần nặng Φ165mm