Thiết kế thi công giếng khoan thăm dò MT1X mỏ Mèo Trắng

Mục lục DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU BẢNG QUY ĐỔI VÀ CÁC ĐƠN VỊ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN. LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1 ....................................................................................................................................... 2 KHÁI QUÁT VỀ MỎ MÈO TRẮNG VÀ GIẾNG MT1X .............................................................. 2 1.1. Vị trí của mỏ Mèo Trắng và giếng MT1X ................................................................................ 2 1.2 Đặc điểm địa chất .................................................................................................................... 3 1.2.1 Đặc điểm tầng thạch học .................................................................................................. 3 1.2.2 Đặc điểm kiên tạo mỏ ....................................................................................................... 5 1.2.3 Các tầng sản phẩm dầu khí của mỏ Mèo Trắng. ............................................................... 7 1.3 Địa chất giếng khoan và ảnh hưởng của nó tới công tác khoan. ............................................. 7 1.3.1 Địa chất giếng khoan. ........................................................................................................ 7 1.3.2 Nhiệt độ và áp suất vỉa .................................................................................................... 10 CHƢƠNG 2 ..................................................................................................................................... 12 LỰA CHỌN PROFILE VÀ TÍNH TOÁN CẤU TRÚC GIẾNG .................................................... 13 2.1. Các thông số cơ bản của giếng khoan ................................................................................... 13 2.2. Cơ sở tính toán lựa chọn cấu trúc giếng khoan .................................................................... 13 2.3. Lựa chọn cấu trúc giếng khoan ............................................................................................. 14 2.3.1. Các cột ống, chiều sâu thả và chiều sâu trám xi măng................................................... 14 2.3.2. Tính toán đường kính ống chống và choòng khoan ....................................................... 15 2.4. Lựa chọn và tính toán profile giếng khoan. .......................................................................... 18 2.4.1. Mục đích và yêu cầu của việc thiết kế profile giếng khoan. .......................................... 18 2.4.2. Lựa chọn, tính toán Profile giếng MT1X. ...................................................................... 19 2.4.2.1. Các dạng profile giếng khoan. ................................................................................. 19 2.4.2.2. Chọn dạng profile giếng khoan cho giếng ............................................................... 19 CHƢƠNG 3 ..................................................................................................................................... 24 DUNG DỊCH KHOAN .................................................................................................................... 24 3.1. Chức năng và đặc tính của dung dịch khoan......................................................................... 24 3.2. Lựa chọn các thông số cơ bản của dung dịch khoan. ........................................................... 25 3.3. Tính toán các thông số dung dịch cho giếng MT1X ............................................................. 26 3.3.1. Tính toán trọng lượng riêng dung dịch khoan ( ......................................................... 26 3.3.2. Tính toán trọng lượng riêng và lựa chọn các thông số cơ bản của dung dịch cho từng khoảng khoan. .......................................................................................................................... 27 3.4. Các thông số khác của dung dịch khoan ............................................................................... 28 3.5. Gia công hóa học dung dịch .................................................................................................. 30 3.5.1. Mục đích và nguyên tắc gia công hóa học dung dịch khoan. ......................................... 30 3.5.2. Các hóa phẩm gia công dung dịch .................................................................................. 31 3.6. Tiêu hao hóa học dung dịch .................................................................................................. 34 3.6.1. Phương pháp tính toán .................................................................................................. 34 3.6.2. Tính toán lượng dung dịch cho từng khoảng khoan ...................................................... 36 CHƢƠNG 4 ..................................................................................................................................... 41 THIẾT KẾ CHẾ ĐỘ KHOAN ......................................................................................................... 41 4.1. Mục đích,yêu cầu của việc chọn thông số chế độ khoan : .................................................... 41 4.2. Lựa chọn choòng và phương pháp khoan cho giếng MT1X................................................. 41 4.3 Lựa chọn phương pháp khoan ............................................................................................... 45 4.3.1. Phương pháp khoan bằng động cơ Top Driver. ............................................................. 45 4.3.2. Phươn pháp khoan động cơ đáy .................................................................................... 46 4.3.3. Chọn phương pháp khoan cho từng khoảng khoan. ..................................................... 46 4.5 Lựa chọn thông số chế độ khoan cho các công đoạn khoan ................................................. 47 4.5.1 Phương pháp xác định các thông số chế độ khoan ........................................................ 47 4.5.2.Xác định tải trọng đáy cho các khoảng khoan (Gc): ........................................................ 53 4.5.3. Xác định tốc độ quay cho từng khoảng khoan ............................................................... 55 CHƢƠNG 5 ..................................................................................................................................... 57 THIẾT BỊ DỤNG CỤ KHOAN .................................................................................................... 57 5.1. Thiết bị khoan........................................................................................................................ 57 5.1.1. Yêu cầu lựa chọn thiết bị khoan ..................................................................................... 57 5.1.2. Lựa chọn tổ hợp thiết bị khoan ...................................................................................... 57 5.2. Lựa chọn bộ khoan cụ cho từng khoảng khoan .................................................................... 61 5.2.1 Cấu trúc bộ khoan cụ cho từng khoảng khoan. .............................................................. 62 5.2.2. Lựa chọn bộ khoan cụ cho từng khoảng khoan. ............................................................ 65 5.2.3. Lựa chọn các cột ống chống .......................................................................................... 69 CHƢƠNG 6 ..................................................................................................................................... 70 GIA CỐ THÀNH GIẾNG KHOAN ................................................................................................ 70 6.1. Mục đích, yêu cầu của gia cố thành giếng khoan ................................................................. 70 6.1.1. Mục đích ......................................................................................................................... 70 6.1.2. Yêu cầu của việc bơm trám xi măng .............................................................................. 70 6.2. Chống ống giếng khoan ......................................................................................................... 70 6.2.1. Các thiết bị ống chống .................................................................................................... 70 6.2.2. Quy trình chống ống ....................................................................................................... 73 6.3. Trám xi măng giếng khoan .................................................................................................... 74 6.3.1. Chọn phương pháp trám cho các khoảng khoan ........................................................... 74 6.3.2. Tính toán trám xi măng cho các khoảng khoan ............................................................. 80 CHƢƠNG 7 ..................................................................................................................................... 91 KIỂM TOÁN ................................................................................................................................... 91 7.1. Kiểm tra bán kính cong nhỏ nhất của giếng MT1X .............................................................. 91 7.2. Kiểm toán bền cột ống chống ............................................................................................... 92 7.2.1. Phương pháp kiểm toán ống chống ............................................................................... 92 7.2.2. Kiểm toán bền ống chống .............................................................................................. 95 7.3. Kiểm toán bền cột cần khoan.............................................................................................. 102 7.3.1. Kiểm toán độ bền tĩnh ở phần trên cột cần khoan (tại tiết diện 11) .......................... 104 7.3.2. Kiểm toán độ bền ở phần dưới cột cần khoan (tại mặt cắt 22) .................................. 107 7.3.3. Kiểm tra tổ hợp thiết bị khoan ..................................................................................... 109 CHƢƠNG 8 ................................................................................................................................... 111 SỰ CỐ PHỨC TẠP TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN ................................................................ 111 8.1. Phức tạp trong quá trình khoan .......................................................................................... 111 8.1.1. Hiện tượng mất dung dịch khoan. ............................................................................... 111 8.1.2. Hiện tượng sập lở và bó hẹp thành giếng khoan. ........................................................ 112 8.2.Sự cố trong quá trình khoan ................................................................................................ 113 8.2.1.Sự cố kẹt cần và cách cứu chữa. ................................................................................... 113 8.2.2.Sự cố đứt tuột cần khoan. ............................................................................................ 114 8.2.3. Sự cố rơi các dụng cụ xuống đáy .................................................................................. 115 CHƢƠNG 9 ................................................................................................................................... 119 TỔ CHỨC THI CÔNG VÀ DỰ TOÁN ........................................................................................ 119 9.1. Tổ chức thi công .................................................................................................................. 119 9.1.1. Tổ chức thi công của đội khoan ................................................................................... 120 9.1.2. Tổ chức của tổ khoan ................................................................................................... 120 9.2. Dự toán ............................................................................................................................... 120 9.2.1. Dự toán chi phí thời gian thi công ................................................................................ 120 9.2.2 Dự toán kinh phí thi công .............................................................................................. 122 CHƢƠNG 10 ................................................................................................................................. 123 AN TOÀN VÀ BẢO VỆ MÔI TRƢỜNG ..................................................................................... 123 10.1. Các vấn đề an toàn trong công tác khoan ......................................................................... 123 10.1.1. Các yêu cầu và biện pháp cơ bản của kỹ thuật phòng chữa cháy và an toàn lao động: ................................................................................................................................................ 123 10.1.2. An toàn lao động khi khoan các giếng dầu và khí: ..................................................... 124 10.1.3. Những nhiệm vụ và biện pháp đầu tiên của đơn vị khoan khi có báo động cháy: .... 130 10.2. Bảo vệ môi trường trong công tác khoan ......................................................................... 131 KẾT LUẬN .................................................................................................................................... 132 . ....................................................................................................................................................... 133

Mục lục

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

BẢNG QUY ĐỔI VÀ CÁC ĐƠN VỊ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 2

KHÁI QUÁT VỀ MỎ MÈO TRẮNG VÀ GIẾNG MT-1X 2

1.1 Vị trí của mỏ Mèo Trắng và giếng MT-1X 2

1.2 Đặc điểm địa chất 3

1.2.1 Đặc điểm tầng thạch học 3

1.2.2 Đặc điểm kiên tạo mỏ 5

1.2.3 Các tầng sản phẩm dầu khí của mỏ Mèo Trắng 7

1.3 Địa chất giếng khoan và ảnh hưởng của nó tới công tác khoan 7

1.3.1 Địa chất giếng khoan 7

1.3.2 Nhiệt độ và áp suất vỉa 10

CHƯƠNG 2 12

LỰA CHỌN PROFILE VÀ TÍNH TOÁN CẤU TRÚC GIẾNG 13

2.1 Các thông số cơ bản của giếng khoan 13

2.2 Cơ sở tính toán lựa chọn cấu trúc giếng khoan 13

2.3 Lựa chọn cấu trúc giếng khoan 14

2.3.1 Các cột ống, chiều sâu thả và chiều sâu trám xi măng 14

2.3.2 Tính toán đường kính ống chống và choòng khoan 15

2.4 Lựa chọn và tính toán profile giếng khoan 18

2.4.1 Mục đích và yêu cầu của việc thiết kế profile giếng khoan 18

2.4.2 Lựa chọn, tính toán Profile giếng MT-1X 19

2.4.2.1 Các dạng profile giếng khoan 19

2.4.2.2 Chọn dạng profile giếng khoan cho giếng 19

CHƯƠNG 3 24

DUNG DỊCH KHOAN 24

3.1 Chức năng và đặc tính của dung dịch khoan 24

3.2 Lựa chọn các thông số cơ bản của dung dịch khoan 25

3.3 Tính toán các thông số dung dịch cho giếng MT-1X 26

3.3.1 Tính toán trọng lượng riêng dung dịch khoan ( 26

3.3.2 Tính toán trọng lượng riêng và lựa chọn các thông số cơ bản của dung dịch cho từng khoảng khoan 27

3.4 Các thông số khác của dung dịch khoan 28

3.5 Gia công hóa học dung dịch 30

3.5.1 Mục đích và nguyên tắc gia công hóa học dung dịch khoan 30

3.5.2 Các hóa phẩm gia công dung dịch 31

3.6 Tiêu hao hóa học dung dịch 34

3.6.1 Phương pháp tính toán 34

3.6.2 Tính toán lượng dung dịch cho từng khoảng khoan 36

CHƯƠNG 4 41

THIẾT KẾ CHẾ ĐỘ KHOAN 41

4.1 Mục đích,yêu cầu của việc chọn thông số chế độ khoan : 41

4.2 Lựa chọn choòng và phương pháp khoan cho giếng MT-1X 41

4.3 Lựa chọn phương pháp khoan 45

4.3.1 Phương pháp khoan bằng động cơ Top Driver 45

4.3.2 Phươn pháp khoan động cơ đáy 46

4.3.3 Chọn phương pháp khoan cho từng khoảng khoan 46

4.5 Lựa chọn thông số chế độ khoan cho các công đoạn khoan 47

4.5.1 Phương pháp xác định các thông số chế độ khoan 47

4.5.2.Xác định tải trọng đáy cho các khoảng khoan (G c ): 53

4.5.3 Xác định tốc độ quay cho từng khoảng khoan 55

CHƯƠNG 5 57

THIẾT BỊ - DỤNG CỤ KHOAN 57

5.1 Thiết bị khoan 57

5.1.1 Yêu cầu lựa chọn thiết bị khoan 57

5.1.2 Lựa chọn tổ hợp thiết bị khoan 57

5.2 Lựa chọn bộ khoan cụ cho từng khoảng khoan 61

5.2.1 Cấu trúc bộ khoan cụ cho từng khoảng khoan 62

5.2.2 Lựa chọn bộ khoan cụ cho từng khoảng khoan 65

5.2.3 Lựa chọn các cột ống chống 69

CHƯƠNG 6 70

GIA CỐ THÀNH GIẾNG KHOAN 70

6.1 Mục đích, yêu cầu của gia cố thành giếng khoan 70

6.1.1 Mục đích 70

6.1.2 Yêu cầu của việc bơm trám xi măng 70

6.2 Chống ống giếng khoan 70

6.2.1 Các thiết bị ống chống 70

6.2.2 Quy trình chống ống 73

6.3 Trám xi măng giếng khoan 74

6.3.1 Chọn phương pháp trám cho các khoảng khoan 74

6.3.2 Tính toán trám xi măng cho các khoảng khoan 80

CHƯƠNG 7 91

KIỂM TOÁN 91

7.1 Kiểm tra bán kính cong nhỏ nhất của giếng MT-1X 91

7.2 Kiểm toán bền cột ống chống 92

7.2.1 Phương pháp kiểm toán ống chống 92

7.2.2 Kiểm toán bền ống chống 95

7.3 Kiểm toán bền cột cần khoan 102

7.3.1 Kiểm toán độ bền tĩnh ở phần trên cột cần khoan (tại tiết diện 1-1) 104

7.3.2 Kiểm toán độ bền ở phần dưới cột cần khoan (tại mặt cắt 2-2) 107

7.3.3 Kiểm tra tổ hợp thiết bị khoan 109

CHƯƠNG 8 111

SỰ CỐ - PHỨC TẠP TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN 111

8.1 Phức tạp trong quá trình khoan 111

8.1.1 Hiện tượng mất dung dịch khoan 111

8.1.2 Hiện tượng sập lở và bó hẹp thành giếng khoan 112

8.2.Sự cố trong quá trình khoan 113

8.2.1.Sự cố kẹt cần và cách cứu chữa 113

8.2.2.Sự cố đứt tuột cần khoan 114

8.2.3 Sự cố rơi các dụng cụ xuống đáy 115

CHƯƠNG 9 119

TỔ CHỨC THI CÔNG VÀ DỰ TOÁN 119

9.1 Tổ chức thi công 119

9.1.1 Tổ chức thi công của đội khoan 120

9.1.2 Tổ chức của tổ khoan 120

9.2 Dự toán 120

9.2.1 Dự toán chi phí thời gian thi công 120

9.2.2 Dự toán kinh phí thi công 122

CHƯƠNG 10 123

AN TOÀN VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 123

10.1 Các vấn đề an toàn trong công tác khoan 123

10.1.1 Các yêu cầu và biện pháp cơ bản của kỹ thuật phòng chữa cháy và an toàn lao động: 123

10.1.2 An toàn lao động khi khoan các giếng dầu và khí: 124

10.1.3 Những nhiệm vụ và biện pháp đầu tiên của đơn vị khoan khi có báo động cháy: 130

10.2 Bảo vệ môi trường trong công tác khoan 131

KẾT LUẬN 132

133

2 Hình 1.2 Cột địa tầng của giếng khoan MT-1X 9

3 Hình 2.1 Hình dạng profile đƣợc lựa chọn cho giếng

18 Hình 6.6 Sơ đồ trám xi măng phân tầng 76

19 Hinh 6.7 Mupta trám xi măng phân tầng 77

20 Hình 6.8 Trám xi măng cột ống chống lửng 78

21 Hình 6.9 Sơ đồ đầu nối trám ông chống lửng 79

22 Hình 7.1 Vị trí mặt cắt kiểm toán trên toàn bộ cần

5 3.1 Hệ dung dịch cho từng khoảng khoan giếng

6 3.2 Thông số dung dịch cho từng khoảng khoan 28

7 3 3 Thống kê các hóa phẩm điều chế dung dịch 30

8 3.4 Các hóa phẩm sử dụng để điều chế dung

13 3.9 Tiêu hoa hóa phẩm cho giếng khoan MT-1X 37

14 3.10 Tổng tiêu hao vật tư, hóa phẩm của giếng

16 4.2 Lưu lượng bơm dung dịch trong các khoảng

17 4.3 Tải trọng đáy cho các khoảng khoan 53

18 4.4 Tốc độ quay của choòng trong các khoảng

19 4.5 Tổng kết thông số chế độ khoan cho giếng 55

MT-1X

21 5.2 Thông số máy bơm trám Fracmaster-Triplex 57

22 5.3 Đặc tính cần khoan sử dụng cho giếng

Phụ lục số 5:

BẢNG QUY ĐỔI VÀ CÁC ĐƠN VỊ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

1 inch = 2,54 cm 1ft = 0,305 m

1 pound = 4,54 N

1 at = 760mmHg

………

LỜI NÓI ĐẦU

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

Để khai thác dầu và khí tự nhiên trong lòng đất thì giai đoạn xây dựng giếng khoan giữ một vai trò hết sức quan trọng, việc thành công hay thất bại đều phụ thuộc vào công nghệ và kỹ thuật của công đoạn này Một trong những công đoạn đầu tiên là quy trình thiết kế thi công giếng khoan Chất lượng của các tài liệu thiết kế và dự toán không những ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng các giai đoạn xây dựng giếng khoan, còn ảnh hưởng đến chất lượng kinh tế của chính quy trình 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 vận tải biển và thực tập tốt nghiệp tại viện nghiên cứu khoa học và thiết kế dầu khí biển Em đã chọn đề tài tốt nghiệp “Thiết

kế thi công giếng khoan thăm dò MT-1X mỏ Mèo Trắng

Với kiến thức chuyên môn còn nhiều hạn chế cũng như thời gian tiếp xúc với công tác ngoài thực địa không nhiều nên bản đồ án này chắc chắn còn nhiều thiếu 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 - Khai thác, đặc biệt là thầy Ths Nguyễn Văn Thành đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này!

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 16 tháng 06 năm 2017

Sinh viên thực hiện

Phạm Hoài Sơn

CHƯƠNG 1

KHÁI QUÁT VỀ MỎ MÈO TRẮNG VÀ GIẾNG MT-1X

1.1 Vị trí của mỏ Mèo Trắng và giếng MT-1X

 Vị trí địa lý

Mỏ Mèo Trắng nằm ở lô số 09-1, nằm ở phía Tây Nam mỏ Bạch Hổ, cách cảng dịch

vụ dầu khí của Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro khoảng 120km, ở phía Tây nam mỏ Bạch Hổ khoảng 35km là mỏ Rồng, xa hơn nữa là mỏ Đại Hùng Toàn bộ cơ sở dịch

vụ trên bờ nằm trong phạm vi thành phố Vũng Tàu bao gồm XN Khoan & Sửa Giếng,

XN Khai Thác, XN Dịch vụ kỹ thuật, XN vận tải biển, Viện nghiên cứu khoa học & thiết kế dầu khí biển

 Giếng MT-1X

Giếng khoan thăm dò dầu khí MT-1X tại cấu tạo Mèo Trắng của Liên doanh Việt - Nga Vietsovpetro đã cho dòng dầu tự phun với lưu lượng 250m3/ngày từ độ sâu khoảng 3.350 mét ở tầng Mioxen.Giếng MT-1X đã được khoan vào móng đến độ sâu 5.150 mét Kết quả thử vỉa trước đó cũng gặp dầu từ tầng móng và Oligoxen trên Mèo Trắng là cấu tạo độc lập trong lô 09-1, nằm ở phía Tây Nam mỏ Bạch Hổ Tại giếng khoan MT-1X, Vietsovpetro sẽ còn thử thêm một đối tượng có triển vọng chứa dầu công nghiệp tuổi Mioxen dưới

Hình 1.1 Vị trí địa lý mỏ Mèo Trắng và giếng MT-1X

1.2 Đặc điểm địa chất

1.2.1 Đặc điểm tầng thạch học

Theo trình tự nghiên cứu bắt đầu bằng các phương pháp đo địa vật lý trên mặt, chủ yếu

đo địa chấn sau đó đến các phương pháp đo địa vật lý trong lỗ khoan và phân tích các mẫu đất đá thu được, người ta xác định rõ thành hệ của mỏ Mèo Trắng Đó là các trầm tích thuộc các hệ đệ tứ, Neogen, Paleogen phủ trên móng kết tinh Jura- Kreta có tuổi tuyệt đối từ 97 đến 108,4 triệu năm.Từ trên xuống dưới cột địa tầng tổng hợp của mỏ Mèo Trắng được mô tả như sau:

 Trầm tích Neogen Đệ Tứ

Trầm tích Polioxen-Pleixyoxen( Điệp biển đông)

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

Điệp dưới biển đông là các trầm tích của thống Mioxen thuộc hệ Neogen Thống này được chia làm 3 phụ thống

Phụ thống Mioxen trên( điệp Đồng Nai)

Đất đá này chủ yếu là cát dăm và cát với độ mài mòn từ trung bình đến tốt Thành phần Thạch anh chiếm từ 20-90% còn lại là Fenspat và các thành phần khác như đá Macma, phiến cát vỏ sò…,Bột kết hầu như không có nhưng cũng gặp những vỉa sét và sét dầy đến 20m và những vỉa cuội mỏng Chiều dầy của điệp này tăng dần từ giữa (538m) ra hai cánh (619m)

Phụ thống Mioxen giữa( Điệp Côn Sơn)

Phần lớn đất đá của điệp này được tạo từ cát, cát dăm và bột kết Phần còn lại là các vỉa sét, sét vôi mỏng và đá vôi Đây là những đất đá lục nguyên dạng bở rời màu xám vàng

và xám xanh, kích thước hạt từ 0,1-10mm, thành phần chính là thạch anh( hơn 80%), Fenspat và các đá phun trào có màu loang lổ, bở rời mềm dẻo, thành phần chính là Montmoriolonit Bề dày điệp từ 810-950m

Phụ thống Mioxen dưới( Điệp Bạch Hổ)

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

những tập sét dày và những vỉa cát, bột mỏng nằm xen kẽ nhau Sét có màu tối loang lổ

xám, thường là mềm và phân lớp

 Trầm tích hệ Paleogen- kỷ Kainozoi

Thành tạo của thống Oligoxen thuộc hệ Paleogen được chia ra làm hai phụ thống:

Thống Oligoxen trên ( Điệp Trà Tân)

Các đất đá trầm tích này bao trùm toàn bộ diện tích mỏ Phần trên là các tập sét màu đen rất dày ( tới 266m) Phần dưới là cát kết, sét kết và bột kệt nằm xen kẽ Điệp này chứa năm tang dầu công nghiệp: 1,2,3,4,5 Sự phân chia này có thể thực hiện sâu hơn tại hàng loạt các giếng khoan trong điệp Trà Tân được chia ra làm 3 phụ điệp: dưới, giữa và trên Ở đây có sự thay đổi hướng đá mạnh, trong thời kỳ hình thành trầm tích này có thể có hoạt động núi lửa ở phần trung tâm và cuối phía bắc của vỉa hiện tại, do

có gặp các đá phun trào trong một số giếng khoan Ngoài ra còn gặp các trầm tích than sét kết màu đen, xám tối đến nâu bị nén ép, khi vỡ có mặt trượt

Các tập đá cơ sở( vỏ phong hóa)

Đây là nền cơ sở cho các tập đá Oligoxen dưới phát triển trên bề mặt móng Nó được hình thành trong điều kiện lục địa bởi sự phá hủy cơ học của địa hình.Đá này nằm trực tiếp trên móng dọ sự tái trầm tích của đá móng có kích thước khác nhau Thành phần gồm: cuội cát kết hạt thô, đôi khi gặp đá phun trào Chiều dày điệp Trà Cú hoặc các tập

cơ sở thay đổi từ 0-412m và từ 0-174m

 Đá móng kết tinh từ Kainozoi

Đây là các thành tạo Granite nhưng không đồng nhất mà có sự khác nhau về thành phần thạch học, hóa học, và về tuổi Có thể giả thiết rằng có hai thời kỳ thành tạo đá Granite: vòm bắc vào kỷ Jura, vòm nam và vòm trung tâm vào kỷ Karetta Diện tích của bể Batholit Granite này có thể tới hàng nghìn km2 và bề dầy thường không quá 3km Đá móng bắt đầu từ độ sâu 3888-4700 Đây là một bẫy chứa dầu khối điển hình

và có triển vọng cao

Hiện nay tầng móng là tầng khai thác quan trọng ở mỏ Bạch Hổ Dầu tự phun từ đá móng với lưu lượng lớn là một hiện tượng độc đáo, trên thế giới chỉ gặp một số nơi như Bom bay- Ấn Độ, Anggile-LiBi và một vài nơi khác Giếng khoan sâu ào tầng móng ở mỏ Bạch Hổ chưa tìm thấy ranh giới dầu nước Để giải thích cho sự hiện diện của dầu trong đá móng kết tinh người ta tiến hành nghiên cứu và đưa ra kết luận sự hình thành không gian rỗng chứa dầu trong đá móng ở mỏ Bạch Hổ là do tác động đồng thời của nhiều yếu tố địa chất khác nhau

1.2.2 Đặc điểm kiên tạo mỏ

Mỏ Mèo Trắng là một nếp lồi gồm 3 vòm , kéo dài theo phương kinh tuyến bị phức tạp bởi hệ thống đứt gãy, biên độ và độ kéo dài giảm dần về phía mặt cắt

Vòm trung tâm: Diện tích khoảng 37km2 ( kích thước 7.5 km 5 km), đá móng nhô cao dạng địa lũy so với vòm Bắc và vòm Nam là 25m và 950m Hai bên sườn Đông

và Tây là hai đứt gãy sâu I,II có biên độ lớn Oligoxen hạ vắng mặt tại đỉnh vòm, hai bên cánh có đầy đủ phân vị địa tầng, bề dầy lớn Đá móng bị nứt nẻ mạnh do phong hóa, bào mòn nên khả năng chứa dầu rất tốt

Vòm bắc: Nằm ở phía bắc mỏ Bạch Hổ, kích thước 6.5.5km, có cấu tạo phức tạp nhất

Ở vòm này đá móng không nhô cao như vòm trung tâm nên vẫn có mặt trầm tích mỏng Oligoxen hạ Đối tượng khai thác là các vỉa dầu trong Oligoxen và móng, nhưng sản lượng chỉ bằng một nửa của đá móng trung tâm Bẫy của vòm khép kin theo đường 430m theo mặt móng

Vòm Nam: Được tính từ đứt gãy F-5 về phía nam của mỏ và trong phần lớn đẳng sâu

– 4450m Biên độ nâng lên khoảng 300m Việc đặt tên vòm Nam chỉ mang nghĩa tương đối, trên thực tế nó chỉ là một cánh thoải dần phía Tây Nam, tách biệt không rõ ràng với vòm trung tâm

Cấu trúc tương phản nhất được thể hiện trên mặt tầng móng bằng các trầm tích

Oligoxen dưới Đặc tính địa lũy thấy rõ ở phần dưới của mặt cắt Nếp lồi có cấu trúc bất đối xứng nhất ở phần vòm Góc dốc của vỉa tăng theo độ sâu từ 8-280 ở cánh Tây, 6-210 ở cánh Đông Trục nếp uốn ở phần kề vòm thấp dần về phía Bắc góc dốc 10 và tăng dần đến 90 khi ra xa hơn, ở phía Nam sụt xuống thoải hơn góc dốc khoảng 60, với mức độ nghiêng của đất đá 50-200m/km Phá hủy kiến tạo chủ yếu theo hai hướng á kinh tuyến và đường chéo, các đứt gãy chính gồm có: đứt gãy số I và đứt gãy số II

Đứt gãy số I: chạy theo hướng á kinh tuyến ở cánh tây lên vòm bắc thì quay theo

hướng đông bắc, độ dịch chuyển ngang ở phía Nam khoảng 500m, vòm trung tâm khoảng 400m, vòm bắc khoảng 260m Độ nghiêng của mặt trượt khoảng 600 trong phạm vi vòm bắc nó kéo theo hai đứt gãy thuận gần như song song, với biên độ từ 100m-200m

Đứt gãy số II: chạy theo sườn đông của vòm trung tâm ở phía bắc quay theo hướng đông bắc, độ dịch chuyển ngang tới 900m, góc nghiêng gần 600

Đây là hai đứt gãy thuận tạo thành cấu trúc địa hào đặc trưng của nó Ngoài ra còn có nhiều đứt gãy phát triển trong phạm vi của từng vòm với độ dịch chuyển ngang từ vài chục đến 200m, dài từ 1km-2km theo hướng chéo Sự lượn sóng của nếp uốn và các đứt gãy phá hủy khối nâng thành một loạt các đơn vị kiến tạo

Với đặc điểm cấu tạo như trên, cùng với đặc điểm địa tầng của mỏ Mèo Trắng ta có thể chia cấu tạo mỏ Mèo Trắng với hai tầng cấu trúc chính như nhau

Tầng cấu trúc đệ tam: Được hình thành bởi các đá biến chất , phun trào và đá xâm

nhập có tuổi khác nhau Về mặt hình thái của tầng cấu này có cấu tạo phức tạp Chúng

đã trải qua những giai đoạn hoat động kiến tạo, hoạt hóa macma vào cuối Mezozoi gây

ra sự biến vị mạnh, bị nhiều đứt gãy với biên độ lớn phá hủy, đồng thời cũng bị nhiều pha Granitoid xâm nhập

Tầng cấu trúc hai: Gồm tất cả các đá tuổi Kainozoi và được chia ra làm 3 phụ tầng cấu

trúc Các phụ tầng cấu trúc được phân biệt nhau bởi sự biến dạng cấu trúc, phạm vi phân bố, sự bất chỉnh hợp

Phụ tầng cấu trúc thứ 1 bao gồm các tuổi trầm tích tuổi Oligoxen, phân biệt với tầng cấu trúc dưới bằng bất chỉnh hợp nằm trên móng phong hóa bào mòn mạnh và với phụ tầng cấu trúc trên bằng bất chỉnh hợp Oligoxen-Mioxen Phụ tầng này được tạo bởi hai tầng trầm tích, tập trầm tích dưới có tuổi Oligoxen tương đương với điệp Trà Cú Trên tập trầm tích dưới cùng là tập trầm tích tương đương với điệp Trà Tân, chủ yếu là sét tích tụ trong điều kiện sông hồ châu thổ

Phụ tầng cấu trúc thứ hai bao gồm trầm tích của các hệ tầng Bạch Hổ, Côn Sơn, Đồng Nai có tuổi Mioxen So với phụ tầng thứ 1, phụ tầng này có sự biến dạng mạnh hơn, đứt gãy chỉ tồn tại ở phần dưới , càng lên trên càng mất dần cho đến mất hẳn ở tầng trên cùng

Phụ tầng cấu trúc thứ 3 gồm trầm tích của hệ tầng Biển Đông có tuổi Oligoxen đến hiện tại, có cấu trúc đơn giản phân lớp đơn điệu hầu như nằm ngang

1.2.3 Các tầng sản phẩm dầu khí của mỏ Mèo Trắng

 Trong mặt cắt của mỏ Mèo Trắng từ trên xuống đã gặp các phức hệ chứa dầu

khí sau:

 Phức hệ Bạch Hổ dưới( trầm tích mioxen dưới)

 Phức hệ Trà Tân ( trầm tích Oligoxen trên)

 Phức hệ Trà Cú ( trầm tích Oligoxen dưới)

 Phức hệ móng kết tinh

 Phức hệ Bạch Hổ dưới là những vỉa các hạt từ trung đến thô, có độ thấm cao trong các tầng sản phẩm được đánh số là 22,23,24,25 và 26 Tầng 23 cho sản lượng cao nhất tới 281m3/ngđ Các tầng 23,24 chỉ chứa dầu ở phía bắc và phần trung tâm phía nam bị vát nhọn

 Phức hệ Trà Tân: là các điệp cát thấm, độ hạt nhỏ và trung bình phân bố rộng nhất ở cánh phía bắc của cấu tạo, nhiều vỉa cát của phức hệ này bị vát nhọn và

 Phức hệ móng: Đây là đá granitoid bị phong hóa và nứt nẻ mạnh, độ hang hốc lớn, gặp trong nhièu giếng khoan ở vòm Bắc và vòm trung tâm Lưu lượng lớn nhất ở phần đỉnh vòm trung tâm có thể đạt đến 996m3/ngđ, vòm bắc tới

700m3/ngđ Còn lại phần sụt lún của móng lưu lượng thấp chỉ đạt 4m3/ngđ

1.3 Địa chất giếng khoan và ảnh hưởng của nó tới công tác khoan

1.3.1 Địa chất giếng khoan

Giếng khoan MT-1X nằm ở phía Tây Nam của mỏ Bạch Hổ, đây là giếng thăm

dò bổ sung, nhằm đánh giá lại trữ lượng hiện tại của khu vực mỏ, nếu trữ lượng lớn có thể chuyển thành giếng khai thác và phát triển hệ thống giếng khoan ở khu vực này để xây dựng giàn khai thác Đối tượng thăm dò của giếng MT-1X là các thành hệ trầm tích Mioxen hạ( điệp Bạch Hổ), Olixen trên( điệp Trà Tân), Oligoxen dưới ( điệp Trà Cú) và tầng móng

Đặc điểm địa chất của giếng khoan MT-1X mang đầy đủ những yếu tố nhƣ đã nêu trong phần địa chất vòm Bắc và địa chất chung của mỏ Bạch Hổ Ranh giới địa tầng của giếng MT-1X đƣợc dự kiến nhƣ sau:

Hình 1.2: Cột địa tầng của giếng khoan MT-1X

1.3.2 Nhiệt độ và áp suất vỉa

 Áp suất vỉa

- Từ 200 – 2182m gradient áp suất vỉa Pv=Ptt

- Từ 2182 – 2875m gradient áp suất vỉa Pv=1,06Ptt

- Từ 2875 – 3870m gradient áp suất vỉa Pv=1,14-1,2Ptt

- Từ 3870 – 4340m gradient áp suất vỉa Pv=1,33-1,40Ptt

- Từ 4340 – 4590m gradient áp suất vỉa Pv= 1,14-1,20Ptt

- Từ 4590 – 5240m gradient áp suất vỉa Pv=1,0-1,1Ptt

 Áp suất vỡ vỉa

- Từ 200 – 400m gradient áp suất vỡ vỉa Pvv= 1,3Ptt

- Từ 400 – 2875m gradient áp suất vỡ vỉa Pvv= 1,55-1,60Ptt

- Từ 2875 – 3870m gradient áp suất vỡ vỉa Pvv= 1,60-1,65Ptt

- Từ 3870 – 4340m gradient áp suất vỡ vỉa Pvv= 1,71-1,75Ptt

- Từ 4340 – 4590m gradient áp suất vỡ vỉa Pvv= 1,58-1,62Ptt

- Từ 4590 – 5240m gradient áp suất vỡ vỉa Pvv= 1,50-1,60Ptt

 Nhiệt độ

- Từ 200 – 4590m gradient nhiệt độ của vỉa là 2,80-3,00 C/100m

- Từ 4590 – 5240m gradient nhiệt độ của vỉa là 3,00-3,20 C/100m

 Độ cứng của đất đá

- Từ 200 – 2182m : Gồm đất đá ở các tầng Plioxen, Đệ tứ,Mioxen thƣợng, Mioxen trung Đất đá có đặc điểm bở rời, có độ cứng từ I-II theo độ khoan

- Từ 2182 – 3395m: Đất đá Mioxen hạ có đặc điểm mềm và trung bình cứng

Độ cứng từ III – IV theo độ khoan

- Từ 3395 - 4590m: Đất đá tầng Oligoxen có đặc điểm trung bình cứng đến cứng Độ cứng từ V- VIII theo độ khoan

- Từ 4590 – 5240m : Đất đá móng kết tinh từ cứng đến rất cứng Độ cứng từ VII – IX theo độ khoan, đất đá ổn định và bền vững

 Sự phức tạp trong khoan

Theo phân tích địa chất và kinh nghiệm thực tế có thể dự kiến các phức tạp khi

khoan giếng ở vùng mỏ Bạch Hổ nhƣ sau:

- Khoảng khoan từ 85 – 2384m do đặc điểm đất đá mềm, bở rời, xuất hiện mất dung dịch nhẹ

- Khoảng khoan từ 2384 – 4209m do đặc điểm đất đá mềm và trung bình cứng thuộc hệ tầng Mioxen hạ, xuất hiện mất dung dịch, trương nở sét gây hiện tượng sập lở thành giếng khoan và kẹt cần

- Khoảng khoan 4209– 4929m thuộc hệ tầng Oligoxen, đất đá có đặc điểm trung bình cứng, có hiện tượng kẹt, kẹt nút do co thắt thành giếng khoan trong tầng có dị thường áp suất, xuất hiện mất dung dịch

- Khoảng khoan từ 4929 – 5579m do thuộc tầng đá móng rắn chắc, xuất hiện mất dung dịch khoan, có khả năng xảy ra hiện tượng phun trào dầu khí

CHƯƠNG 2

LỰA CHỌN PROFILE VÀ TÍNH TOÁN CẤU TRÚC GIẾNG

2.1 Các thông số cơ bản của giếng khoan

- Tên giếng khoan: MT-1X

- Khu vực xây dựng giếng: Nằm ở lô 9-1 phía Tây Nam của mỏ Bạch Hổ thuộc bồn trũng Cửu Long

- Độ sâu mực nước biển:45m

- Đối tượng khoan thăm dò chính: đá móng

- Chiều sâu thiết kế:5240m

- Đường kính ống chống lửng:194mm

- Đường kính thân trần:165,1mm

2.2 Cơ sở tính toán lựa chọn cấu trúc giếng khoan

Lựa chọn cấu trúc giếng khoan là một việc quan trọng nhằm nâng cao hiệu quả thi

công giếng khoan và đảm bảo cho quá trình khai thác sau này Ta phải lựa chọn cấu trúc giếng đảm bảo được yêu cầu là thả được ống chống khai thác để tiến hành khai thác bình thường Đồng thời ta phải xuất phát từ tài liệu đại chất khu vực thi công giếng khoan MT-1X

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

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

- Chống hiện tượng mất dung dịch khoan

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

- Bảo vệ thành giếng khi có sự cố phun

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

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

 Từ những yêu cầu trên, căn cứ vào tài liệu địa chất và kinh nghiệm thi công các

giếng khoan trước đó ta lựa chọn cấu trúc giếng khoan như sau:

- 1 ống định hướng( ống chống cách nước)

- 1 ống dẫn hướng

- 2 ống trung gian

- 1 ống chống lửng

2.3 Lựa chọn cấu trúc giếng khoan

2.3.1 Các cột ống, chiều sâu thả và chiều sâu trám xi măng

 Ống định hướng

Ống này có tác dụng định hướng ban đầu cho lỗ khoan, ngăn ngừa sự sập lở của đất đá

và sự ô nhiễm cảu dung dịch khoan đối với tầng nước trên mặt Tạo kênh dẫn cho dung dịch chảy vào máng Bảo vệ không cho dung dịch xới sập nền khoan và móng thiết bị

Nó là ống chống đầu tiên đóng vai trò cách nước

Với mục đích yêu cầu như trên,dựa vào cột địa tầng giếng khoan ta sẽ chống ống đến chiều sâu 40m tính từ đáy biển tức là 35+45+40=120m tính từ bàn roto và được trám xi măng toàn bộ cột ống

 Ống dẫn hướng

Ống này có tác dụng ngăn cho thành lỗ khoan ở phần trên không bị sập lở, bảo vệ các tầng nước trên mặt khỏi bị ô nhiễm bởi dung dịch khoan Đóng vai trò 1 trụ rỗng trên

đó có lắp các thiết bị miệng giếng như: Đầu ống chống, thiết bị chống phun, treo toàn

bộ các cột ống chống tiếp theo và một phần thiết bị khai thác

Cột ống dẫn hướng chịu toàn bộ trọng lượng nén của các cột ống chống tiếp theo do vậy nó phải được trám xi măng toàn bộ chiều dài và phần nhô lên mặt phải đủ bền Ta

sẽ chống ống này đến chiều sâu 400m và trám xi măng toàn bộ cột ống

 Ống chống trung gian thứ nhất

Ống này có tác dụng bảo vệ giếng khoan từ chân đế ống chống dẫn hướng đến tầng đất

đá ổn định, chống lại sự sập lở của tầng Mioxen muộn Căn cứ theo cột địa tầng từ 400m đến 1240m có nhiều tập đất đá cát pha set hạt trung, là đất đá mềm bở rời dễ sập

lở và ở độ sâu khoảng 1400 đến 2300 là tầng cát tương đối dày nên phải chống ống để tiếp tục khoan đến chiều sâu thiết kế Ống này được thả từ miệng giếng đến chiều sâu 2182m và ta trám toàn bộ cột ống nhằm cách ly toàn bộ các tập đất đá bên trên, gia cố cho thành giếng khoan bền vững và đảm bảo bền cho ống chống

 Ống chống trung gian thứ hai

Ống này được thả rừ trên mặt đến nóc của tầng Oligoxen thượng, bởi vì khi ở tầng Mioxen hạ đất đá bắt đầu có độ dốc từ 10-150 nên trong quá trình khoan do xâm nhập của dung dịch , do tác động của bộ dụng cụ khoan lên thành giếng khoan sẽ gây mất ổn định thành giếng dẫn đến kẹt mút bộ khoan cụ Ngoài ra trong tầng này áp suất vỉa bắt đầu tăng Do đó để khoan tiếp ta phải khống chế được tầng này để khoan được tầng Oligoxen phía dưới có góc dốc của đất đá và áp suất vỉa cao hơn Vì vậy ta sẽ chống ống đến chiều sâu 3870m, trám xi măng đến chiều cao là 1982m

 Ống chống lửng thứ 1

Sau khi đã chống ống đến nóc của tầng Oligoxen ta tiến hành khoan hết tầng Oligoxen trên , trong khoảng này có áp suất vỉa và áp suất vỡ vỉa có sự chênh lệch nhỏ nên ta sẽ dùng dung dịch để khống chế sự khác nhau đó và tiến hành khoan qua tầng Oligoxen đến nóc tầng móng, khi nào gặp đá ổn định ta sẽ dừng lại và chống ống lửng Dự kiến

sẽ khoan đến độ sâu 4340m và chống ống chống lửng từ độ sâu 3670m đến 4340m rồi trám xi măng toàn bộ cột ống

 Ống chống lửng thứ 2

Để có thể tiếp tục khoan tiếp đến tầng Oligoxen dưới Trong khoảng này có áp suất vỉa

và áo suất vỡ vỉa có sự chênh lệch nhỏ nên ta sẽ dùng dung dịch khống chế sự khác nhau đó và tiến hành khoan đến nóc tầng đá móng Dự kiến sẽ khoan đến độ sâu

4590m và chống ống chống lửng từ độ sâu 4140m đến 4590m rồi trám xi măng toàn bộ cột ống

2.3.2 Tính toán đường kính ống chống và choòng khoan

Nguyên tắc của việc tính toán đường kính ống chống và đường kính choòng là bắt đầu

từ đường kính của ống chống khai thác để tính toán đường kính của các choòng khoan

và các ống chống phía ngoài Việc tính toán phải đảm bảo cho quá trình khoan cũng như quá trình thả các ống chống được tiến hành thuận lợi

Công thức tính toán đường kính choòng:

Dc=Dm+ =Dm+2

Trong đó: Dc là đường kính choòng khoan

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

Bảng2.1 Bảng qui chuẩn tính ∆ theo cấp đường kính ống chống của Gost

 Đoạn giếng thân trần

Giếng khoan MT-1X được dự tính nếu trong quá trình thăm dò mà trữ lượng đủ điều kiện về khai thác thì sẽ khai thác ở dạng thân trần, đoạn mở vỉa sản phẩm được khoan

từ chiều sâu 4590m đến 5240m Theo yêu cầu về thăm dò cũng như về khai thác thì đoạn giếng này ta lựa chọn choòng khoan có đường kính 6 ½’’( 165,1mm)

Dc,1=216+(20 )= 236 mm

Tuy nhiên , khoảng khoan này có hệ số mở rộng thành giếng là M=1,1 và theo kinh nghiệm của các giếng khoan đã khoan trước đó, việc khoan chống ống 194mm có thể thực hiện bằng choòng khoan có đường kính bằng 215,9mm( đường kính giếng khoan

sẽ bằng 237,5mm với hệ số mở rộng thành là 1,1) Như vậy ta chọn choòng khoan để chống ống 194mm là Dc,1= 215,9mm(8 1/2’’)

Tra bảng tiêu chuẩn API về đường kính choòng khoan ta chọn choòng có đường kính 311,1mm

2.4 Lựa chọn và tính toán profile giếng khoan

2.4.1 Mục đích và yêu cầu của việc thiết kế profile giếng khoan

Để đảm bảo hiệu quả kinh tế cao, số lượng ống chống ít nhất,ít xảy ra sự cố khi thi công cắt góc xiên, hệ số thu hồi sản phẩm của vỉa là lớn nhất, đồng thời để các giếng khoan không trùng nhau khi thực hiện công tác khoan người ta thường thi công các giếng khoan nghiêng với dạng profile phù hợp với các điều kiện địa chất của giếng , phù hợp với điều kiện kỹ thuật và công nghệ của giàn khoan

 Để đạt được mục đích này profile giếng khoan được chọn cần phải đảm bảo các

yếu cầu sau:

- Giảm tối đa các hiện tượng phức tạp 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 khoan đảm bảo khoan nhanh, 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

2.4.2 Lựa chọn, tính toán Profile giếng MT-1X

2.4.2.1 Các dạng profile giếng khoan

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

Dạng quỹ đạo tiếp tuyến: dạng quỹ đạo tiếp tuyến đảm bảo khoảng khoan lệch ngang cực đại của thân giếng so với phương thẳng đứng trong trường hợp góc nghiêng của thân giếng khoan nhỏ nhất Dạng quỹ đạo này được sử dụng trong khoan xiên định hướng với khoảng lệch đáy giếng lớn sơ với phương thẳng đứng, cũng như khoan nhóm giếng có chiều sâu cắt xiên lớn

Dạng quỹ đạo hình chữ J: Sử dụng hiệu quả ở các mỏ dầu khi bộ khoan cụ đáy làm việc trong trạng thái ổn định ở các khoảng ổn định góc nghiêng của quỹ đạo giếng Mặt khác, dạng quỹ đạo này còn được sử dụng khoan đoạn giếng nằm trong vỉa sản phẩm với góc nghiêng cực đại tới 900, có thể sử dụng cho các giếng khoan ngang và các giếng có chiều dày hiệu dụng của vỉa sản phẩm mỏng hoặc các giếng cần tăng chiều dày hiệu dụng

Dạng quỹ đạo hình chữ S: Được sử dụng trong trường hợp mở vỉa sản phẩm thân giếng phải thẳng đứng và cũng như khi thiết kế giếng khoan sâu( chiều sâu thẳng đứng gần bằng 5000m)

2.4.2.2 Chọn dạng profile giếng khoan cho giếng

Qua phân tích và dựa vào các dạng profile giếng khoan cơ bản cũng như kinh nghiệm thiết kế, thi công các giếng lân cận cho thấy profile dạng chữ S (5 đoạn) phù hợp nhất đối với giếng MT-1X Từ trên xuống profile gồm các thành phần sau

- Đoạn thẳng đứng phía trên (chiều sâu cắt xiên);

- Đoạn tăng góc nghiêng (cắt xiên);

- Đoạn ổn định góc nghiêng;

- Đoạn giảm góc nghiêng;

- Đoạn thẳng đứng phía dưới

Hình 2.1: Hình dạng profile được lựa chọn cho giếng MT-1X

 Tính toán Profile giếng

Để tính toán profile giếng khoan cần phải lựa chọn một số thông số ban đầu, các thông số này được thể hiện trong bảng 2.3 dưới đây :

Bảng2.3.Thông số ban đầu của giếng khoan MT-1X

1 Chiều sâu thẳng đứng của giếng khoan H0 5240 m

2 Chiều sâu đoan thẳng đứng phía trên H1 430m

9 Chiều sâu thẳng đứng qua tầng sản phẩm H5 1290m

2.(

)(

)

2.(

)

(

0 2

0 2

0 2

0 0

S R S R H

S R S H S R H R

Đoạn cắt xiên tăng góc nghiêng thân giếng khoan:

Chiều sâu thẳng đứng : H2 = R1.sin θ = 1146.sin29,480 = 564m

Khoảng dịch đáy : S2 = R1.(1- cos θ) = 1146.(1 – cos29,480) = 148,3m

Chiều dài thân lỗ khoan : l2 

360

.

Chiều dài thân lỗ khoan: l3= 1987,5 m

Khoảng dịch đáy : S3 = H3.tg θ = 1730.tan29,480 = 978m

Đoạn giảm góc nghiêng của thân giếng khoan:

Chiều sâu thẳng đứng : H4 = R2.sin θ= 2491.sin29,480 = 1226 m

Chiều dài thân lỗ khoan : l4 = 0.01745.R2 θ = 0,01745.2491.29,48 = 1281,5 m

Khoảng dịch đáy : S4 = R2.(1 - cos θ) = 2491.(1 – cos29,480) = 322,5 m

Đoạn thẳng đứng đi vào vỉa sản phẩm:

Đoạn này chiều dài theo phương trục giếng khoan bằng hình chiếu đứng, hình chiếu trên phương nằm ngang bằng 0, khoảng cách đáy: S = 1449 m

Bảng 2.4 Profile của giếng khoan MT-1X

Các đoạn profile Chiều sâu thẳng

đứng (m)

Chiều dài thân giếng (m)

Khoảng lệch đáy (m)

Hình 2.2 Profile của giếng khoan MT-1X

CHƯƠNG 3

DUNG DỊCH KHOAN

3.1 Chức năng và đặc tính của dung dịch khoan

1 Nâng mùn khoan

Việc tuần hoàn dung dịch khoan trong khoảng không vành xuyến giữa cột cần khoan

và giếng khoan đưa mùn khoan từ đáy lên mặt Mùn khoan được giải phóng kịp thời ra khỏi đáy giếng khoan tạo điều kiện thuận lợi cho choòng tiếp xúc một cách liên tục với đất đá ở đáy lỗ khoan và quá trình phá hủy đất đá của choòng sẽ đạt hiệu quả cao hơn

Ba thông số ảnh hưởng đến hiệu quả rửa sạch khoảng không đó là:

- Vận tốc dung dịch trong khoảng không vành xuyên phụ thuộc vào lưu lượng bơm dung dich

- Trọng lượng riêng của dung dịch có tác dụng đẩy nổi hạt mùn

- Độ nhớt có tác dụng giữ hạt mùn, nâng cao hiệu quả nâng hạt mùn lên trên bề mặt

2 Giữ hạt mùn khoan ở trạng thái lơ lửng sau khi ngưng tuần hoàn

Muốn tiếp cần khoan, cần phải ngưng bơm dung dịch Trong thời gian này mùn khoan đang nâng lên trong khoảng không vành xuyến và không còn dòng dung dịch kéo lên nữa, hạt mùn có thể bị lắng chìm, gây ra hiện tượng kẹt Chính tính lưu biến của dung dịch giữ mùn khoan ở trạng thái lơ lửng nhờ sự gen hóa khi ngưng tuần hoàn

3 Làm mát dụng cụ khoan và giảm ma sát bộ khoan cụ

Dụng cụ khoan bị nóng lên bởi nhiệt độ ở đáy và ma sát cơ học giữa choòng khoan và đất đá chuyển thành nhiệt Việc tuần hoàn dung dịch đóng vai trò trao đổi nhiệt mà thiết bị trao đổi nhiệt là toàn bộ các hệ thống máng dẫn và các bể chứa dung dịch trên mặt Mặt khác dung dịch khoan có khả năng làm giảm ma sát giữa bộ khoan cụ và thành giếng khoan Đôi khi người ta cải thiện chức năng này bằng cách cho thêm các chất chống ma sát như dầu hoặc các phụ gia khác

4 Gia cố thành giếng khoan

Quá trình phá hủy đất đá tạo thành lỗ khoan đã làm mất đi sự cân bằng tự nhiên của các tầng nham thạch và các vỉa sản phẩm Đất đá ở thành lỗ khoan luôn có xu hướng đi vào tâm lỗ khoan, vì vậy có thể gây ra hiện tượng sập lở thành giếng nếu như đất đá liên kết kém ổn định hoặc dầu, khí , nước có thể xâm nhập vào giếng khoan Để đảm bảo

quá trình khoan diễn ra bình thường người ta phải tạo nên sự cân bằng áp lực mới bằng cột dung dịch được bơm vào lỗ khoan Sự thấm lọc các pha lỏng của dung dịch khoan vào các thành hệ thấm để lại một lớp màng các hạt keo ơ thành giếng khoan Lớp màng này được gọi là lớp vỏ sét Lớp vỏ sét này bám chắc được là nhờ các sản phẩm được gọi là chất khử lọc, nó cách ly tầng thấm với giếng khoan tăng độ ổ định thành giếng

5 Khống chế sự xâm nhập các chất lỏng từ vỉa

Trong quá trình tuần hoàn dung dịch khoan tác động một áp suất thủy tĩnh lên thành hệ

có giá trị bằng: Ptt= (at)

Trong đó: – là trọng lượng riêng của dung dịch (G/cm3)

H- chiều cao cột chất lỏng tại điểm xét (m)

Nếu Ptt < Pv thì chất lưu từ vỉa sẽ xâm nhập vào giếng khoan có thể dẫn đến hiện tượng phun trào Dung dịch khoan có trọng lượng riêng thích hợp đóng vai trò như một đối áp đầu tiên cho phép khống chế áp suất ở đáy giếng khoan

Tuy nhiên Ptt cũng gây trở ngại đó là làm tăng độ bền của đá ở đáy, do đó làm giảm vận tốc cơ học khoan

6 Truyền dẫn công suất cho động cơ đáy

Đối với một số ứng dụng: khoan định hướng, khoan bằng choòng kim cương, người ta lắp vào bộ khoan cụ một động cơ đáy ( tuabin hoặc động cơ thể tích), nó làm quay dụng cụ phá đá ( và chỉ choòng khoan quay) Động cơ này làm việc nhờ lưu lượng dung dịch phun vào bên trong bộ khoan cụ Sự sụt áp do vận hành động cơ đáy sẽ cộng thêm vào tổn thất áp suất trong hệ thống đẩy của bơm

7 Truyền thông tin dữ liệu địa chất lên bề mặt

Nhờ tuần hoàn mà dung dịch khoan cho các nhà địa chất biết các nguồn thông tin chủ yếu Mùn khoan nhận được ở máng nghiêng, dấu vết chất lỏng hoặc khí của các tầng khoan qua phát hiện được nhờ các bộ cảm biến trên bề mặt Sự thay đổi tính chất hóa

lý của dung dịch ( nhiệt độ, độ pH, ) cũng là một phần của các kết quả đo , giúp cho nhà địa chất và thợ khoan điều hành công tác hiện trường

3.2 Lựa chọn các thông số cơ bản của dung dịch khoan

Trong quá trình thiết kế- thi công giếng khoan, lựa chọn được một hệ dung dịch khoan phù hợp là việc làm rất quan trọng và cần thiết Với mỗi khoảng khoan khác nhau cũng cần có những hệ dung dịch khoan khác nhau để phù hợp với từng điều kiện cụ thể của

khoảng khoan đó Để xác định các thông số dung dịch hợp lý cho từng khoảng khoan chúng ta cần căn cứ vào các điều kiện cơ bản sau:

- Đặc điểm địa chất theo mặt cắt giếng khoan

- Áp suất vỉa và áp suẩt vỡ vỉa tương ứng với chiều sâu thân giếng khoan

- Ngoài ra chúng ta cũng cần dựa vào kinh nghiệm đã khoan các giếng khoan lân cận trong khu vực

 Lựa chọn hệ dung dịch cho giếng MT-1X

Hiện nay ở mỏ đang sử dụng phổ biến hệ dung dịch gốc sét điều chế từ Bentonit- API

và được xử lý với nhiều hóa phẩm Còn hệ dung dịch Polime phi sét đã bắt đầu được nghiên cứu đưa vào sử dụng, tuy rất khả quan nhưng còn nhiều bất cập, trong khi đó giá thành rất cao và phần lớn hóa phẩm được mua từ nước ngoài

Ngoài ra, người ta còn sử dụng hệ dung dịch nhũ tương, hệ dung dịch này có khả năng bôi trơn tốt, giảm được mài mòn thiết bị và dụng cụ khoan, giảm được công suất quay cột cần khoan, giảm được sự rung động của cột cần khoan trong quá trình khoan Tuy nhiên, dung dịch nhũ tương có giá thành cao và gây ô nhiễm môi trường nên ít được sử dụng

Bảng 3.1 Hệ dung dịch cho từng khoảng khoan giếng MT-1X

3.3 Tính toán các thông số dung dịch cho giếng MT-1X

3.3.1 Tính toán trọng lượng riêng dung dịch khoan (

 Áp suất thủy tĩnh do cột dung dịch gây ra được xác định theo công thức:

Pdd= dd.H/10 (3-1)

Trong đó: H là chiều sâu theo phương thẳng đứng đến vị trí tính toán (m)

dd : trong lượng riêng của dung dịch (G/cm3)

Pdd: Áp suất do cột dung dịch gây ra ở chiều sâu H (at)

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

Pv< Pdd<Pvv (3-2)

Mà Pdd=a.Pv (3-3)

Trong đó: Pv: Áp suất vỉa tại độ sâu tính toán

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

a: hệ số áp suất dư lên thành giếng khoan, a phụ thuộc vào độ sâu Theo kinh nghiệm ta có:

H: là chiều sâu thẳng đứng tính từ sàn khoan đến vị trí tính toán

b : là chiều sâu miệng giếng đến mặt biển b=45m

K : gradient áp suất vỉa

Thay công thức (3-1),(3-4) vào công thức (3-3) ta được công thức tính trọng lượng riêng của dung dịch:

dd = Trọng lượng riêng của dung dịch sẽ được điều chỉnh theo điều kiện thực tế trong quá trình khoan cho phù hợp

3.3.2 Tính toán trọng lượng riêng và lựa chọn các thông số cơ bản của dung dịch cho từng khoảng khoan

Trong quá trình khoan hệ dung dịch luôn được thay đổi để phù hợp với điều kiện khoan Căn cứ vào tài liệu địa chất dự kiến và kinh nghiệm thi công các giếng khoan trước đó thì đối với giếng MT-1X ta chia các khoảng khoan và tương ứng là các hệ dung dịch:

Khoảng khoan 0-400m:

Để đảm bảo yếu tố kinh tế và dựa vào kinh nghiệm các giếng khoan đã khoan trước đó

ta sử dụng nước biển để khoan và tuần hoàn giếng Trọng lượng riêng của nước biển được sử dụng là dd =1,03G/cm3 Khi khoan được một cần dựng ta phải gia cố và làm sạch giếng bằng dung dịch bentonit dd = 1,1G/cm3 có độ nhớt biểu kiến cao (100s) Khoảng khoan 400m-1300m:

Tính toán tương tụ cho những khoảng khoan còn lại ta được kết quả như bảng

3.4 Các thông số khác của dung dịch khoan

Độ nhớt, ứng suất cắt tĩnh , độ thải nước, chiều dày vỏ mùn,…được lựa chọn dựa vào điều kiện địa chất cũng như kinh nghiệm khoan ở các giếng khoan đã thi công

 Lựa chọn độ nhớt cho dung dịch (T)

Bản chất của độ nhớt dung dịch khoan là đại lượng đặc trưng cho sức cản thủy lực Nếu độ nhớt lớn sẽ làm tăng tổn thất áp lực của máy bơm, giảm tốc độ khoan, khó tách cát,khí ra khỏi dung dịch

Nếu độ nhớt thấp làm cho thành giếng khoan bị xói lở khi tuần hoàn dung dịch, khó tải mùn khoan hoặc làm cho các chất làm nặng dễ bị lắng khi ngưng tuần hoàn

Vậy độ nhớt thích hợp là độ nhớt đảm bảo hai yêu cầu trên

Căn cứ vào sự phân tích kết hợp với kinh nghiệm ở vùng mỏ ta chọn dộ nhớt dung dịch cho các khoảng khoan ở bảng

 Lựa chọn ứng suất trượt tĩnh

Ứng suất trượt tĩnh là ứng suất nhỏ nhất cần thiết để phá vỡ cấu trúc dung dịch, được đặc trưng bởi lực tối thiểu cần thiết tác dụng lên một đơn vị bề mặt dung dịch

Theo tiêu chuẩn GOCT: ứng lực trượt tĩnh được biểu thị CHC 1/10( mg/cm2)

Theo API: GEL0,GEL10 (Lb/1000ft2)

Ứng lực trượt tĩnh của dung dịch là khả năng giữ cấu trúc của dung dịch ở trạng thái đứng yên, là đại lượng đặc trưng cho độ bền cấu trúc, tính xúc biến của dung dịch Vai trò của thông số này là đảm bảo cho sự chống lắng đọng mùn khoan khi ngưng tuần hoàn

Theo kinh nghiệm ta chọn độ thải nước cho các khoảng khoan được trình bày ở bảng

Theo kinh nghiệm ta chọn độ dày vỏ mùn cho các khoảng khoan được trình bày ở bảng

 Lựa chọn đọ PH của dung dịch

Độ PH của dung dịch hợp lý có tác dụng:

Ổn định dung dịch khoan nếu ở môi trường kiềm

Không gây ăn mòn bộ dụng cụ khoan

Tạo điều kiện cho sét phân tán và nâng cao hiệu quả gia công hóa học dung dịch

B (cm3/30ph) (mG/cm

2) K (mm)

PH

400 ÷ l300 1,10 ÷ 0,02 40 – 50 5 – 6 5 – 10 8 – 15 1,5 9 0,5

3.5 Gia công hóa học dung dịch

3.5.1 Mục đích và nguyên tắc gia công hóa học dung dịch khoan

Mục đích của gia công hóa học dung dịch khoan để tạo ra các hệ dung dịch có thông số phù hợp với các yêu cầu thiết kế- thi công giếng khoan Xuất phát từ đặc điểm địa chất khá phức tạp của mặt cắt giếng khoan, những khó khăn phức tạp có thể xảy ra trong quá trình thi công giếng khoan, quá trình này phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Đảm bảo độ bền vững lâu dài các tập sét Argilit thuộc địa tầng Mioxen và Oligoxen đồng thời đảm bảo chất lượng khoan mở vỉa sản phẩm và ngăn ngừa quá rình hủy hóa sét và hạn chế sự phân tán

- Bôi trơn tốt 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 ngoài khơi;

- Đảm bảo cho quá trình mở vỉa tốt colectơ không bị nhiễm bẩn;

- Phải chọn các hệ dung dịch có khả năng dễ chuyển đổi vì hạn chế về diện tích

bề mặt;

 Quá trình thi công hóa học được chia làm 2 giai đoạn:

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

- Gia công bổ sung để giữ nguyên hoặc cần thay đổi các thông số dung dịch trong quá trình khoan.Giai đoạn này được tiến hành liên tục trong quá trình khoan để tách mùn khoan, dầu, khí hoặc nước từ vỉa xâm nhập và trong dung dịch đi lên Ta chỉ xét giai đoạn đầu tiên của quá trình gia công hóa học dung dịch khoan