THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH CHỐNG ỐNG CHO GIẾNG KHOAN THĂM DÒ SYT – 1X LÔ M2 Ở MIANMAR

Trong những năm gần đây, nhu cầu năng lượng trên toàn thế giới tăng lên rất nhiều. Dầu khí là một nguồn năng lượng hết sức quan trọng vì thế nó đã gây nên những biến động mạnh mẽ về giá cả, thậm chí còn gây nên những bất ổn chính trị. Ở Việt Nam, với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, đặc biệt là từ khi Việt Nam ra nhập WTO thì nhu cầu năng lượng là rất cần thiết. Vì vậy một trong những giải pháp quan trọng là đẩy mạnh công tác thăm dò và khai thác dầu khí đáp ứng nhu cầu năng lượng cho đất nước và xuất khẩu. Trong các biện pháp nâng cao hiệu quả thực hiện công tác khoan dầu khí thì việc hoàn thiện cơ sở khoa học thiết kế và dự toán xây dựng giếng có vai trò quan trọng nhất. Thiết kế giếng khoan là một mắt xích quan trọng trong dây chuyền khoa học sản xuất. Các giếng khoan dầu và khí là những công trình mang tính đặc thù. Các công trình này thường thi công trong điều kiện địa líkỹ thuật và môi trường làm việc hết sức phức tạp, giá thành công trình dao động từ vài triệu đô đến hàng chục triệu đô la Mỹ. Chính vì vậy, quá trình thi công xây dựng giếng không thể không thực hiện một cách cụ thể, chi tiết và chuyên môn hóa cao các công việc của từng giai đoạn. Một phần quan trọng trong quá trình hoàn thiện giếng là tính toán, lựa chọn ống chống. Qua quá trình học tập, nghiên cứu, thực tập tại công ty PVEP Overseas và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Ths. Nguyễn Văn Thành, em đã lựa chọn đề tài: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH CHỐNG ỐNG CHO GIẾNG KHOAN THĂM DÒ SYT – 1X LÔ M2 Ở MIANMAR làm đồ án tốt nghiệp. Đồ án tốt nghiệp là công trình nghiên cứu khoa học được xây dựng dựa trên quá trình học tập, nghiên cứu tại trường kết hợp với thực tế sản xuất nhằm giúp cho sinh viên nắm vững kiến thức đã học. Với mức độ tài liệu và thời gian nghiên cứu hoàn thành đồ án có hạn,cũng như kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, nên sẽ không tránh khỏi có những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý, bổ sung của các thầy cô, các nhà chuyên môn và các bạn cùng đọc. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Khoan khai thác dầu khí, các bạn cùng lớp và đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Thành đã giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện cho em hoàn thành bản đồ án này. Nhân đây em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các cán bộ, công nhân viên trong công ty PVEP Overseas đã giúp đỡ thu thập tài liệu để em hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này.

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, nhu cầu năng lượng trên toàn thế giới tăng lên rất nhiều Dầu khí là một nguồn năng lượng hết sức quan trọng vì thế nó đã gây nên những biến động mạnh mẽ về giá cả, thậm chí còn gây nên những bất ổn chính trị Ở Việt Nam, với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, đặc biệt là từ khi Việt Nam ra nhập WTO thì nhu cầu năng lượng là rất cần thiết Vì vậy một trong nhữnggiải pháp quan trọng là đẩy mạnh công tác thăm dò và khai thác dầu khí đáp ứng nhu cầu năng lượng cho đất nước và xuất khẩu Trong các biện pháp nâng cao hiệuquả thực hiện công tác khoan dầu khí thì việc hoàn thiện cơ sở khoa học thiết kế vàdự toán xây dựng giếng có vai trò quan trọng nhất Thiết kế giếng khoan là một mắt xích quan trọng trong dây chuyền khoa học sản xuất Các giếng khoan dầu và khí là những công trình mang tính đặc thù Các công trình này thường thi công trong điều kiện địa lí-kỹ thuật và môi trường làm việc hết sức phức tạp, giá thành công trình dao động từ vài triệu đô đến hàng chục triệu đô la Mỹ Chính vì vậy, quá trình thi công xây dựng giếng không thể không thực hiện một cách cụ thể, chi tiết và chuyên môn hóa cao các công việc của từng giai đoạn Một phần quan trọngtrong quá trình hoàn thiện giếng là tính toán, lựa chọn ống chống Qua quá trình học tập, nghiên cứu, thực tập tại công ty PVEP Overseas và đặc biệt là sự giúp đỡ

tận tình của thầy giáo Ths Nguyễn Văn Thành, em đã lựa chọn đề tài: THIẾT KẾCHƯƠNG TRÌNH CHỐNG ỐNG CHO GIẾNG KHOAN THĂM DÒ SYT – 1X LÔ M2 Ở MIANMAR làm đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp là công trình

nghiên cứu khoa học được xây dựng dựa trên quá trình học tập, nghiên cứu tại trường kết hợp với thực tế sản xuất nhằm giúp cho sinh viên nắm vững kiến thức đã học Với mức độ tài liệu và thời gian nghiên cứu hoàn thành đồ án có hạn,cũng như kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, nên sẽ không tránh khỏi có những thiếusót Em rất mong nhận được sự góp ý, bổ sung của các thầy cô, các nhà chuyên

môn và các bạn cùng đọc Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Khoan - khai thác dầu khí, các bạn cùng lớp và đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Thành đã giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện cho em hoàn thành bản đồ án này Nhân đây em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các cán bộ, công nhân viên trong công ty PVEP Overseas đã giúp đỡ thu thập tài liệu để em hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này.

Em xin chân thành cảm ơn!

Lô M2 nằm ở phía Tây của Vịnh Martaban, ngoài khơi Liên bang Myanmar và có diệntích 9652 km2 , khoảng 300 km về phía Tây Nam của thành phố Yangon Cấu tạo có tiềmnăng dầu khí là Diamond nằm ở góc Đông Nam với độ sâu nước từ 20 tới 50m Giếngthăm dò Shwe Yee Theik -1X được thiết kế để khoan vào cấu tạo triển vọng này tronggiai đoạn thăm dò đầu tiên.

Giếng SYT-1X nằm phía đông của lô M2 và được thiết kế để đánh giá khả năng chứaHydrocacbon trong cả hai mục tiêu, mục tiêu chính là rạn san hô ở tầng Miocene giữa vàmục tiêu thứ hai là tầng Miocene giữa và vỉa cát kết ở tầng Oligocene Như chương trìnhđịa chất đề ra, giếng khoan sẽ khoan qua Pinch-out (Ruby) ở tầng Miocene giữa, đỉnh củacarbonate reef (Diamond) và đỉnh của đá cát kết Sein ở tầng Oligocene lần lượt tại độ sâu1289m, 1510m và 1758m.

Hình 1: Vị trí lô M2

1.2 Đặc điểm địa tầng và cột địa tầng lô M2 và giếng SYT – 1X1.2.1 Đặc điểm địa tầng lô M2, Mianmar

- Đệ tứ: Chiều dày thay đổi từ 10 m cho tới 250 m Thành phần thạch học chủ yếu

là bùn kết xen kẽ bột, cát, sạn hạt thô bở rời Trầm tích của hệ tầng được thành tạochủ yếu trong môi trường biển nông.

- Plioxen: Trầm tích trẻ Plioxen tăng dần từ Đông sang Tây, chiều dày thay đổi từ

200 m cho tới 2500 m Ở phía Tây, tại giếng khoan SP-1X trầm tích Plioxen cóchiều dày 1266m, tại giếng khoan A7-1 trầm tích Plioxen có chiều dày đến2233m Thành phần thạch học chủ yếu là bùn kết xen kẽ cát kết hạt mịn gắn kếtyếu Trầm tích của hệ tầng được thành tạo chủ yếu trong môi trường châu thổ cửasông Ở phía Đông chiều dày trầm tích của hệ tầng bắt gặp trong giếng khoanSYT-1X là 700m, thành phần thạch học gồm cát kết xen kẹp sét kết.

- Mioxen: Gồm chủ yếu các tập sét kết, xen kẹp cát - bột kết mỏng, ở phía Đông

bắt gặp trầm tích chủ yếu là đá vôi xen kẹp cát kết và Marl…, ở phía Tây chủ yếubao gồm sét kết, bột kết với một số ít lớp kẹp cát mỏng Chiều dầy trầm tích củahệ tầng khoảng 0-2500 m Trầm tích này được hình thành trong môi trường biểnkhơi gần bờ đến biển nông

- Oligoxen: Gồm chủ yếu đá vôi màu trắng, trắng xám xen kẽ sét - bột kết rất mỏng

được thành tạo trong môi trường ven bờ tới biển nông và vật liệu trầm tích núi lửa.Chiều dầy trầm tích của hệ tầng khoảng 200 m ở phía Đông cho tới 1000 m ở phíaTây Lô Trầm tích khu vực phía Đông nơi giếng khoan SYT-1X gặp gồm sét kết,cát kết, đá vôi và tuff Trong giếng SP-1X ở khu vực phía Tây, tầng này báo gồmchủ yếu là carbonat và tuff núi lửa với một ít xen kẹp cát, sét

- Eoxen: Tầng này mới chỉ được khoan qua một phần nhỏ trên cùng ở giếng SP-1X

(dày 472m từ 2548mMD tới 3020mMD) Ở đây, phần trên của Eoxen bao gồmchủ yếu sét kết màu đen-xám xen kẹp một số tập cát kết, thành tạo trong môitrường biển

1.2.2 Cột địa tầng Lô M2, Mianmar

DolomiteLimestoneShale, Claystones, Siltstones

Chủ yếu bột-sét kêt, xen lẫn lớpmỏng cát kết

Chủ yếu bột kết, sét kêt, xenlẫn lớp mỏng cát kết Đôi khicó đá vôi mỏng

Chủ yếu sét, bột kết xen lẫnlớp mỏng cát kết Ở phầndưới là đá vôi màu trắng,trắng xám

Chủ yếu đá vôi màu trắng,trắng xám và trầm tích núilửa màu xám rắn chắc, nứtnẻ.

Chủ yếu sét kết màu xám,đen xen lẫn cát kết hạt mịn

Hình 1.1: Cột địa tầng Lô M2, Mianmar

1.2.3 Đặc điểm địa chất của giếng SYT-1X

- Thời kì Pleistocene (đáy biển – 370mTVDss): chủ yếu là cát kết, bùn kết và sét.- Pliocene (370 – 758mTVDss): chủ yếu bao gồm đất đá không được nèn chặt, từrất mềm đến rắn, gồm cát, cát kết, cát xen lẫn với bùn và bùn kết.

- Tầng Miocene trên (758 – 953mTVDss): gồm đá vôi màu tráng xám, bột sét kết,xen lẫn với lớp mỏng cát kết.

- Tầng Miocene giữa (953 – 1758mTVDss): chủ yếu là đá vôi màu trắng xám, từcác hạt mịn đến bùn kết, sét kết, xen lẫn với lớp mỏng cát kết.

- Oligocene (1758 – 1830mTVDss): chủ yếu là sét kết màu xám, xen lẫn với cát kết hạt mịn.

1.2.4 Dự đoán nhiệt độ giếng khoan

0102030405060708090100

1.2.5 Dự đoán áp suất vỉa và áp suất vỡ vỉa

Hình 1.3: Dự đoán áp suất vỉa và áp suất vỡ vỉa

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN

Cấu trúc giếng khoan được tạo thành bởi một số cột ống chống có đường kính và chiều dài khác nhau trong lỗ khoan, kết hợp với những cỡ choong khoan tương ứng dùng để khoan.

2.1 Mục đích, yêu cầu của giếng khoan

Trong tất cả các trường hợp, cấu trúc giếng khoan phải đảm bảo được khả năng thi công đến chiều sâu thiết kế và đạt tiêu chí kinh tế, kĩ thuật như thiết kế đặtra Căn cứ vào mục đích giếng khoan, điều kiện địa chất khoan qua mà cấu trúc giếng khoan được chọn phải đảm bảo các yếu tố sau:

- Ngăn cách hoàn toàn nước biển, giữ ổn định cho thành giếng khỏi bị sập lở, việc kéo thả bộ dụng cụ khoan, các thiết bị khai thác phải bình thường.- Cách ly các tầng sản phẩm với nhau và cách ly giữa những tần sản phẩm với

đất đá xung quanh đảm bảo cho dòng sản phẩm từ vỉa lên miệng giếng không bị hao hụt, không gây ô nhiễm các tầng đất đã khác.

- Bảo vệ giếng khi có hiện tượng phun

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

- Cấu trúc giếng phải phù hợp phải yêu cầu kỹ thuật, khả năng cung cấp thiết bị của công ty đảm bảo độ bền trong suất quá trình khoan, khai thác cũng như sửa giếng sau này.

- Hạn chế tối đa các phức tạp, sự cố trong quá trình khoan và bảo đảm tinh nguyên trạng của vỉa sản phẩm.

- Tận dụng tối đa điều kiện kĩ thuật, công nghệ hiện có, đặc biệt tận dụng các yếu tố địa chất có lợi như tính chất cơ lí của đất đá, góc nghiêng vỉa để quátrình thi công đơn giản, thuận lợi và kinh tế nhất.

- Đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị trên giàn khoan và các khu vực lân cận liên quan.

- Giảm tối đa chi phí về thời gian cũng như chi phí thiết bị, vật tư trong quá trình thi công giếng.

2.2 Cấu trúc giếng khoan

Cấu trúc giếng khoan được xác định bằng:

 Số lượng các cột ống chống trong giếng khoan

 Đường kính choong khoan tương ứng dùng khoan để thả các cột ống chống. Chiều cao dâng của vữa xi măng trong khoảng không gian vành xuyến ống chống.

Việc lựa chọn cấu trúc giếng khoan phù hợp phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản sau:mục đích giếng khoan và phương pháp khoan, điều kiện địa chất khoan qua, chiềusâu vỉa sản phẩm, số lượng vỉa sản phẩm, phương pháp mở vỉa sản phẩm, khảnăng thiết bị kĩ thuật và thực trạng công nghệ.

Trong tất cả các trường hợp, cấu trúc giếng khoan phải đảm bảo được khảnăng thi công đến chiều sâu thiết kế và đạt được các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật nhưthiết kế đặt ra.

Với mục đích giảm thiểu thời gian thi công và tạo điều kiện tốt cho công tác khoannhằm phòng ngừa các phức tạp và sự cố trong quá trình khoan nên khi thiết kế cấutrúc giếng cần chú ý đến:

 Chiều sâu đối tượng khai thác (vỉa sản phẩm), sản lượng của chúng và tínhthấm, chứa của vỉa.

 Tính chất cơ lí và trạng thái gắn kết của đất đá, trong trường hợp thân giếnghở, cần tính tới các phức tạp địa chất có thể xảy ra các hiện tượng như bó,kệt cần khoan, sập lở, hang hốc, phun trào

 Áp suất vỉa và áp suất lỗ hổng, cũng như áp suất phá vỡ vỉa của đất đákhoan qua

 Nhiệt độ đất đá theo chiều sâu thân giếng.

Nói chung, khi lựa chọn cấu trúc giếng thì ác đặc tính của các chỉ tiêu đã liệt kêở trên phụ thuộc nhiều vào các thông số kĩ thuạt và công nghệ thi công, xâydựng giếng khoan, cũng như đặc điểm và tính chất phức tạp của điều kiện địachất.

Có thể nhận xét rằng một số yếu tố chủ quan ở mức độ này hay ở mức độ kháccó thể trở thành yếu tố khách quan, trong trừng hợp này số lượng các yếu tốchủ quan ảnh hưởng đến quá trình thiết kế có thể là giới hạn đáng kể, nhưng

cũng có thể không có và việc lựa chọn cấu trúc giếng khoan chỉ là việc xácđịnh chính xác chiều sâu thả các cột ống chống mà thôi.

Phụ thuộc vào các yêu cầu đối với giếng khoan (các yếu tố chủ quan) vàđặc điểm địa chất vùng mỏ (các yếu tố khách quan) thiết kế cấu trúc giếng cóthể đạt hiệu quả rất tốt nhưng cũng có thể đạt hiệu quả rất kém.

Hình 2.1: Cấu trúc giếng khoan2.2.1 Các loại cột ống chống

2.2.1.1 Ống chống định hướng

Ống chống định hướng là ống đầu tiên được sử dụng do đó nó có đường kính lớn nhất,Chiều sâu thả có thể thay đổi từ 10 ft đến khoảng 300 ft Đường kính ngoài của ốngchống định hướng thay đổi từ 16 inches đến 36 inches Chức năng của ống chống định

hướng đó là ngăn ngừa sự rửa sói ( washout) gần bề mặt, thường là những vỉa không ổnđịnh và sự ô nhiễm của dung dich khoan đối với tầng trên mặt Tạo kênh dẫn cho dungdịch chảy vào máng Bảo vệ không cho dụng dịch xới sập nền khoan và móng thiết bị.Phương pháp thi công:

Ống được đưa vào giếng khoan qua một cái hố hình chữ nhật sau đó đổ bê tông khoảng không ngoài ống và thành hố đã đào Quá trình này đươc thực hiện đối với những ống có chiều sâu nhỏ ( 4÷6 m) Đối với những ống có chiều thả lớn hơn đến 30m thì có thể dùng búa máy để đóng hoặc có thể khoan rồi thả xuống Chiều sâu phụ thuộc vào chiều dày tầng phủ Nếu khoan ngoài biển thì ống bảo vệ cũng chính là ống chống đầu tiên đóng vaitrò là ống cách nước.

2.2.1.2 Ống chống dẫn hướng

Ống chống này có tác dụng dẫn hứơng cho giếng khoan, giữ ổn định chân thànhgiếng ở phần trên khỏi sập lở, bảo vệ tầng nước phần trên không bị nhiễm bẩn bởidunh dịch khoan Đồng thời nó đóng vai trò là trụ rỗng trên đó có đănt các thiết bịmiệng giếng như: đầu ống chống, thiết bị chống phun treo toàn bộ các cột ống chốngtiếp theo và một phần thiết bị khai thác Đường kính ngoài của ống chống này thườngdao động trong khoảng từ 20 inches đến 13-3/8 inches.

Cột dẫn hướng chịu toàn bộ trọng lượng nén của các cột ống chống tiếp theo dovậy nó phải được trám xi măng toàn bộ chiều dài và phần nhô lên mặt phải đủ bền.Đây là cột ống chống đầu tiên nhất thiết phải có Chiều sâu thả thông thường từ70÷400 m Cũng có thể tới 800÷ 1000 m tuỳ theo điều kiện địa chất và chiều sâugiếng khoan.

2.2.1.3 Ống chống trung gian

Ống chống trung gian được sử dụng để cách li những tầng có vấn đề giữa chiều sâu củaống chống bề mặt và ống chống khai thác Những loại vấn đề có thể gặp trong khoảngnày có thể là : sét không ổn định, vùng mất dung dịch, vùng dị thường áp suất và nhữngvùng muối nén ép ( squeezing salts) Số lượng cột ống chống trung gian được sử dụngphụ thuộc vào những vấn đề trên mà gặp phải trong quá trình khoan Đường kính của ốngchống có thể thay đổi từ 9-5/8’’ đến 13-3/8’’ và chiều sâu thả từ 3000 đến 10000 ft.

2.2.1.4 Ống chống khai thác

Ống chống khai thác thường được thả qua tầng sản phẩm, hoặc được thả phía trên tầngsản phẩm Mục đích của thả ống chống khai thác đó là cách li những vỉa sản phẩm vàcung cấp cho sự khai thác có chọn lọc trong những vùng có nhiều tầng chứa sản phẩm.

2.2.1.5 Ống chống lửng

Ống chống này có độ dài tương đối ngắn, chúng được thả với chiều dài từ đáy lỗkhoan đến độ cao từ 50 ÷ 100 m ở bên trong cột ống chống trước đó Chúng đảmnhiệm chức năng của cột ống chống trung gian hoặc ống chống khai thác Cột ốngchống lửng được đưa vào giếng khoan nhờ cột cần khoan và được treo vào cột ốngchống trước đó nhờ một đầu nối đặc biệt dựa vào nó hoặc tuỳ theo chiều dài của cộtống chống lửng Trong trường hợp cột ống chống lửng đảm nhiệm vai trò của cột ốngchống khai thác, cột ống chống này cũng có thể được khoan từ mặt đất rồi mới thảxuống Trong trường hợp cột ống phía trên đó không chịu được áp suất bên trong thìcột ống chống lửng sau khi trám xi măng được kéo dài lên đến mặt đất.

a: Ống chống lửng b: Ống lửng bảo vệ c: Ống thay thế d: Ống chuyển tiếp

Hình 2.2: Ống chống lửng

Ưu điểm của cột ống chống lửng là tiết kiệm được ống, công tác thả ống nhanh hơn do chiều dài ngắn

Nếu giếng khoan ngoài ống định hướng và dẫn hướng chỉ còn lại ống chống khai thác thì gọi là giếng khoan có cấu trúc 1 cột ống Nếu thêm cột ống chống trung gian thì gọi là cấu trúc 2 cột ống Nếu nhiều ống chống trung gian thì gọi là cấu trúc nhiều cột ống.Cấu trúc một cột ống có lợi cả về kinh tế và kỹ thuật Tuy nhiên cấu trúc giếng lại phụ thuộc vào nhiều điều kiện khác nhau như: mục đích yêu cầu của giếng khoan, chiều sâu, đường kính ống khai thác, địa chất v.v….

2.2.2 Lựa chọn số lượng và chiều sâu đặt ống chống

2.2.2.1 Lựa chọn số lượng cột ống chống

Căn cứ vào điều kiện địa chất của giếng khoan ta chọn cấu trúc như sau:

+ Cột ống chống định hướng: Ống chống này có tác dụng định hướng ban đầu cho lỗkhoan, ngăn chặn sự sập lở của đất đá và sự ô nhiễm của dung dịch khoan đối với tầngnước trên mặt Tạo kênh dẫn cho dung dịch chảy vào máng.

+ Cột ống dẫn hướng: Ống chống này có tác dụng dẫn hứơng cho giếng khoan, giữ ổnđịnh chân thành giếng ở phần trên khỏi sập lở, bảo vệ tầng nước phần trên không bịnhiễm bẩn bởi dunh dịch khoan Đồng thời nó đóng vai trò là trụ rỗng trên đó có đănt cácthiết bị miệng giếng như: đầu ống chống, thiết bị chống phun treo toàn bộ các cột ốngchống tiếp theo và một phần thiết bị khai thác.

+ Cột ống chống khai thác: Ống chống khai thác thường được thả qua tầng sản phẩm,hoặc được thả phía trên tầng sản phẩm Mục đích của thả ống chống khai thác đó là cáchli những vỉa sản phẩm và cung cấp cho sự khai thác có chọn lọc trong những vùng cónhiều tầng chứa sản phẩm.

2.2.2.2 Chiều sâu đặt chân ống chống

Chọn chiều sâu thả ống chống là bước quan trọng nhất trong thiết kế ống chống Việc lựachọn chiều sâu thả ống thì phụ thuộc chủ yếu vào những thông số như áp suất vỉa, áp suấtnứt vỡ vỉa, trọng lượng riêng của dung dịch, dữ liệu từ các giếng lân cận trong vùng Ta lựa chọn chiều sâu đặt ống chống như sau:

- Với cột ống chống định hướng 508mm là cột ống chống đầu tiên trong giếng khoan, nó được đặt trong tầng plioxen với đất đá bở rời Chiều sâu đặt chân ống chống này là 580m.

- Chân ống chống dẫn hướng 340mm có thể được đặt ở độ sâu 1530m nhưng do chiều sâu giếng khoan lớn, đất đá bên trên kém ổn định, nếu không được chống ống sớm hơn thì sẽ sảy ra hiện tượng bong chóc lớp vỏ sét ở thành giếng và sập lở thành gây sự cố phức tạp trong quá trình khoan Vì vậy phải chống ống với độ sâu nhỏ hơn, chân ống chống dẫn hướng sẽ được đặt ở độ sâu là 1500m ở tầng Mioxengiữa Đất đá vùng này tương đối vững chắcđảm bảo được an toàn cho chân ống chống.

- Chân ống chống khai thác 245mm được đặt ở độ sâu 1950m Cột ống này tạo kênh dẫn lấy dầu khí lên.

2.2.3.Tính toán và lựa chọn đường kính các cột ống chống

Đường kính các cột ống chống và choòng khoan được lựa chọn từ nhỏ đến lớn;hay nói một cách khác là từ dưới lên trên bắt đầu từ cột ống chống khai thác Khi kết thúcvới thân giếng trần, lựa chọn đường kính ống chống và choòng khoan được bắt đầu từđoạn thân giếng trần Đường kính các cột ống khai thác phụ thuộc vào phương pháp hoànthiện giếng, điều kiện khai thác và yêu cầu của phía đặt hàng cho công tác khoan Đối vớiđiều này cần tính toán đến thể loại sản phẩm, sản lượng mong muốn, áp suất vỉa, các giảipháp thực hiện công việc nghiên cứu địa vật lý giếng khoan, sửa chữa giếng và cứu sự cố;kích cỡ cần khoan và thiết bị khác thực hiện trong cột ống chống khi tiến hành công đoạnkhoan giếng.

Hiện nay việc lựa chọn đường kính ống chống và đường kính choong khoanđược thực hiện theo hình sau:

2.1.Sơ đồ lựa chọn đường kính ống và choong khoan+ Bảng 2.1: Đường kính ống chống và khe hở nhỏ nhất

Đường kính ống chống(mm)

Khe hở nhỏ nhất của vành xuyến(mm)

Đường kính ống chống theotiêu chuẩn GOST

(mm)

Ống chống này được lựa chọn với đường kính 9-5/8’’ và sử dụng chòong khoan tươngứng để khoan với đường kính 12-1/4”.

Ống chống khai thác có đường kính ngoài là 9-5/8’’ (244,5 mm) Đường kính này đượclựa chọn nhằm thỏa mãn yêu cầu khai thác với lưu lượng theo thiết kế.

- Theo bảng 2.3, lựa chọn đường kính mufta của ống chống này là Dmfta= 270 mm.- Theo bảng 2.1: ta chọn ∆= 30mm.

Ta có công thức tính đường kính choong khoan là: Dc= Dmfta + ∆ = 270 + 30 = 300 mm

- Theo bảng 2.2, Ta chọn đường kính choong khoan cho ống chống khai thác là:Dchòong= 311,1 mm

Đường kính mufta của ống chống dẫn hướng theo bảng 2.3 là: 365 mmDm.dh = 365 mm

Đường kính choong khoan dùng để khoan qua ống chống này được xác định theo côngthức:

Dc.dh= Dm.tg + ∆

Theo bảng 2.1 ta chọn: ∆= 45 mm

Đường kính choong khoan là: Dc.dh = 365 + 45 = 410 mm

Theo bảng 2.2, ta chọn đường kính choong khoan cho ống chống dẫn hướng là: 445,5mmVậy đường kính choong khoan của ống chống dẫn hướng là:

Dc.dh = 445,5 mm.

+ Theo bảng 2.3, Ta chọn đường kính mufta của ống chống định hướng là:Dm.đh = 533 mm

Đường kínhchoong (mm)

Chiều dài(m)Ống chống định

Ống chống dẫnhướng

Ống chống khai

2.2.4 Lựa chọn chiều cao dâng vữa xi măng

Chiều cao dâng vữa xi măng được xác định từ những điều kiện địa chất đặc biệtcủa vùng mỏ Đối với giếng này, chiều cao trám xi măng được xác định như sau:

- Cột ống chống định hướng: Cột ống chống có tác dụng chống lại sự sập lở của đấtđá và sự ô nhiễm của dung dịch khoan đối với tầng nước trên mặt Cột ống địnhhướng được trám toàn bộ xi măng.

- Cột ống chống dẫn hướng: Do chịu toàn bộ trọng lượng của cột ống tiếp theo nêncột ống này được trám toàn bộ xi măng Dỉnh trám xi măng là đáy biển có chiêusâu là 62,5m.

- Cột ống chống khai thác: Cột ống chống được trám từ chiều sâu 530m đến chiềusâu 1950m.

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN TRẮC DIỆN CÁC CỘT ỐNG CHỐNGCỦA GIẾNG SYT-1X

3.1 Cơ sở và phương pháp tính toán thiết kế ống chống3.1.1 Cơ sở tính toán thiết kế ống chống

Tính toán ống chống được thực hiện khi thiết kế giếng khoan với mục đích lựa chọn chiều dày thành ống, nhóm độ bền vật liệu( mác thép), các dạng đầu nối, tỉ trọng dung dịch, loại ống, hệ số dự phòng( hệ số an toàn), độ bền Khi tính toán cần tính đến các điều kiện phức tạp địa chất, công nghệ và điều kiện môi trường làm việc.

Tính toán bền cột ống chống tức là tính toán chiều dài từng đoạn ống chống, bề mặt thành ống, mác thép bảo đảm độ bền của cột ống chống dưới tác dụng của các tải trọng trong suốt quá trình giếng làm việc Khi tính toán ta cần tính đến các điều kiện phứctạp địa chất, công nghệ cũng như đảm bảo giá thành với sự tiêu hao vật liệu( thép) ít nhất.

 Tính toán ống chống dựa trên điều kiện xấu nhất có thể xảy ra tại khu vực lô M2. Ống chống bề mặt (13-3/8’’) thiết kế chịu được: Áp suất nổ khi khí xâm nhập và

di chuyển lên bề mặt và áp suất bóp méo khi mất toàn bộ dung dịch trong ống. Ống khai thác (9-3/8’’) thiết kế chịu được: áp suất nổ trong các trường hợp, khí

xâm nhập và di chuyển lên trên bề mặt, ống khai thác bị hở và áp suất bóp méo trong trường hợp cột ống bị mất toàn bộ dung dịch.

Các điều kiện trình bay như sau:

Tính toán lựa chọn chiều dày thành ống δ và nhóm bền vật liệu (mác thép) Mt của ốngchống khi đã biết đường kính ống Doc, chiều dài ống chống Loc đã biết giá trị áp suấtdư ngoài, áp suất dư trong Hệ số dự phong ( an toàn) quy định thảo mãn điều kiệnsau:

[P]đn≥Σ lt qa ;[P]oc≥Σ lt qa ;Pkr≥Σ Pdn[n1];Poc≥Σ Pdt[n2];Trong đó:

[P]đn: Lực kéo cho phép mà tại giá trị này đầu nối ống chống bị biến dạng (Tấn)qa: Trọng lượng 1m chiều dài của đoạn ống chống có cùng chiều dài và mac thép.lt: Chiều dài của đoạn ống chống có cùng chiều dài và mác thép, (m)

[P]oc: Lực kéo cho phép mà tại giá trị này thân ống chống bị biến dạng (Tấn)

Pkr: Giá trị áp suất tới hạn cho phép xác định theo áp suất dư ngoài và phụ thuộc vàomác thép, chiều dày thành ống,(Mpa).

Pn: áp suất ngoài, (Mpa).Pt: Áp suất trong, (Mpa).

Poc: Áp suất dư trong cho phép mà tại giá trị này ống chống đạt tới hạn bền của vậtliệu, (Mpa).

n1: Hệ số dự phòng đối với áp suất dư ngoài; n1= 1,125.

n2: Hệ số dự phòng đối với áp suất dư trong tương ứng với giá trị giới hạn bền của vậtliệu; n2=1,1.

Các điều kiện trên sử dụng để lựa chọn loại ống chống với chiều dày thành ống δsản suất từ vật liệu có độ bền Mt Có hai cách cơ bản lựa chọn như sau: Cấu trúc ống lựachọn từ các ống có chiều dày thành ống nhỏ nhất và trung bình được chế tạo từ vật liệucó độ bền (mác thép) cao hoặc ngược lại từ ống có độ bền thấp hơn chiều dày thành ốnglớn.

Bằng cách này hay cách khác, việc tính toán hay lựa chọn giải pháp tối ưu đều quyvề tính toán giá trị δ và Mt Mặt khác, δ và Mt tối ưu mà tiêu chuẩn có thể chấp nhận đượcgiá thành ống chống và khối lượng thép chế tạo.

3.1.2 Tính toán ứng lực tới hạn bóp méo của ống chống

3.1.2.1 Áp suất dư ngoái cột ống chống

Ứng lực bóp méo ống chống là lực do các yếu tố bên ngoài tác dụng lên ống chống (ápsuất vỉa hoặc sự thay đổi áp suất của cột chất lưu trong và ngoài ống chống).

Đặc điểm của ứng lực này là:

 Phụ thuộc vào trị số của áp suất vỉa

 Phụ thuộc vào sự thay đổi áp suất của cột chất lưu trong và ngoài ống chống. Phụ thuộc vào cấu trúc địa chất của cột địa tầng giếng khoan.

Tại một chiều sâu bất kì nào đó khi gặp áp suất ngoài lớp hơn áp suất trong sẽ tạo ápsuất dư ngoài tác dụng lên ống chống Nếu áp suất này lớn hơn giới hạn bóp méo chophép của ống chống thì ống chống sẽ bị phá hủy.

Giá trị áp suất này ở bất kì thời điểm nào dọc theo ống cũng được tính theo công thức:Pdn= Pn- Pt

Trong đó:

Pdn: áp suất dư ngoài, Mpa.Pn: áp suất ngoài, Mpa.Pt: áp suất trong, Mpa

Hình 3.1: Áp suất dư ngoài cột ống

Áp suất ngoài là áp suất tác dụng lên bề mặt ngoài của cột ống chống Nó có nguồn gốc từ áp suất vỉa hoặc sự thay đổi áp suất chất lưu trong và ngoài ống chống Do đó, khi áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch tăng theo chiều sâu thì áp suất ngoài sẽ đạt giá trị lớn nhất ở đáy giếng và bằng không ở miệng giếng.

Hiện tượng bóp méo ống chống suất hiện nếu trong ống không có dung dịch (trongtrường hợp này áp suất bóp méo chính bằng áp suất dư ngoài).

Những trường hợp điển hình:

- Khi mất tuần hoàn dung dịch (có thể ở chân đế ống chống hoặc bất kì chiềusâu nào của đoạn giếng đặt ống chống tiếp theo).

- Thử độ kín bằng cách hạ mực chất lỏng.

- Ở cuối quá trình khai thác, mực chất lỏng trong giếng hạ thấp, khi đó tạo những điểm mà bên trong ống chống không có chất lưu sẽ chịu áp suất bóp méo chính là áp suất ngoài.

Hình 3.2: Các trường hợp gây ra ứng lực bóp méo ống

3.1.2.2 Kiểm tra bền cho ống chống theo áp suất dư trong ống chống đạt độ bền bóp méothỏa mãn điều kiện

Có nhiều trường hợp làm xuất hiện áp suất dư ngoài cột ống chống, tùy thuộc vào từng ống chống cụ thể mà áp suất dư này có thể suất hiện và được tính toán như sau:

a Trường hợp sau khi chống ống tiến hành khoan với dung dịch có trọng lượng riêngnhẹ hơn

Pdn= Hx10(ɣna−¿ɣnh), kG/cm2

Trong đó:

ɣna: Trọng lượng riêng của dung dịch nặng đã khoan trước đó, G/cm3.ɣnh: Trọng lượng riêng của dung dịch nhẹ khoan đoạn tiếp theo.Hx: Chiều sâu tính toán, m

b Áp suất dư ngoài do cột vữa xi măng bên ngoài ống chống gây ra trong quá trình đông cứng

Pdn= 0,1.(ɣxm- ɣep).(Hx- h), kG/cm2

Trong đó:

ɣxm: Trọng lượng riêng của vữa xi măng, G/cm3.ɣep: Trọng lượng riêng của dung dịch ép, G/cm3.h: Chiều cao của cốc xi măng Chọn h = 20m.c Trường hợp mất dung dịch

Trong trường hợp áp lực vỉa thấp có thể làm cho cột dung dịch bên trong ống chống bị hạ xuống Khi đó áp suất dư ngoài cột ống chống được tính theo công thức:

ɣd: Trọng lượng riêng của chất lưu bên trong cột ống, G/cm3.

Như vậy, trong tất cả các trường hợp thì áp suất dư ngoài cột ống luôn đạt giá trị cực đại tại đáy của cột ống chống Vì vậy, khi kiểm toán ống chống theo áp suất bóp méo ta chỉ cần tính thông qua áp suất dư ngoài cột ống tại phần đáy của cột ống chống đó.

3.1.3 Ứng lực gây nổ ống

3.1.3.1 Áp suất dư trong cột ống

Tại một chiều sâu bất kì nào đó khi áp suất trong lớn hơn áp suất ngoài sẽ tạo áp suất dư trong tác dụng lên ống chống Nếu áp suất này lớn hơn giới hạn nổ cho phép của

ống chống thì ống sẽ bị phá hủy Giá trị áp suất này ở bất kì thời điểm nào dọc theo ống cũng được tính theo công thức:

Pdt= Pt- Pn

Trong đó:

Pdt: Áp suất dư trong, Mpa.Pt: Áp suất trongMpa.Pn: Áp suất ngoài, Mpa.

Hình 3.3: Áp suất dư trong

Áp suất trong là áp suất tác dụng lên thành trong của ống chống Nguồn gốc sinh ra áp suất trong chủ yếu là do áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch bên trong cột ống chốnggây ra (thường là trọng lượng dung dịch khoan tuần hoàn trong miệng giếng), áp suất do chất lưu vỉa xâm nhập vào giếng (thường giả sử là khí) khi khoan đặt đoạn ống chông tiếp theo (hình vẽ)

Áp suất nổ có thể xảy ra trong các trường hợp sau: - Trong quá trình bơm ép thử kín ống chống.- Kết thúc quá trình bơm trám

- Rò rỉ khí ở ống nâng

- Khi giếng khoan có hiện tượng phun và các thiết bị đối áp được đóng lại- Tròn quá trình khoan có sử dụng dung dịch nặng mà khoảng khoan trước

đó sử dụng dung dịch nặng.

Hình 3.4: Áp suất dư trong khi có hiện tượng khí xâm nhập

3.1.3.2 Kiểm tra bền cho ống chống theo áp suất dư trong của cột ốngỐng chống đạt độ bền nổ khi thỏa mãn điều kiện:

Trong đó:

ɣna: Trọng lượng riêng của dung dịch nặng đã khoan trước đó, G/cm3.ɣnh: Trọng lượng riêng của dung dịch nhẹ khoan đoạn tiếp theo, G/cm3.Hx: Chiều sâu tính toán, m

Trường hợp này, Pdt đạt giá trị cực đại tại đáy ống chống.b Áp suất dư trong cực đại xuất hiện trong quá trình bơm trám

Pdt= 0,1.(ɣxm- ɣd).(Hx- h) + (0,02.H + 16) + Pd , kG/cm2

Trong đó:

ɣxm: Trọng lượng riêng của vữa xi măng, G/cm3.ɣd: Trọng lượng riêng của dung dịch, G/cm3.h: Chiều cao của cốc xi măng Chọn h = 20m.H: Chiều sâu thân giếng, m

Pd: Áp suất dư sinh ra để đánh thủng nút trám dưới, Pd= 20atTrong trường hợp này, Pdt đạt cực đại tại đáy ống chống

c.Trường hợp phải đóng giếng khi có hiện tượng phun

Trong trường hợp này, áp suất dư trong đạt giá trị cực đại tại miệng giếng khoan và đượctính theo công thức:

Pdt= 0,1H.(Kv - ɣt), kG/cm2.trong đó:

Kv: Gradien áp suất của vỉa sản phẩm, psi

H: Chiều sâu của vỉa có suất hiện dầu khí phun, m

ɣt: Trọng lượng riêng của chất lưu trong ống chống, G/cm3.

3.1.4 Mối quan hệ giữa áp suất bóp méo và áp suất gây nổ ống chống

Áp suất tới hạn trong làm nổ ống được xác định bằng công thức của Barlov sau đây:

Hệ số an toàn đối với áp suất trong làm nổ ống được gọi là n2 và được tính như sau:

Pdt: Áp suất dư trong cột ống.

-Nếu áp suất ngoài lớn hơn áp suất trong ống chống thì sinh ra ứng lực bóp méo cho phépthì ống chống sẽ bị phá hủy do bóp méo.

- Nếu áp suất ngoài nhỏ hơn áp suất trong ống chống thì sinh ra ứng lực gây nổ ống, nếu ứng lực này lớn hơn ứng lực gây nổ ống cho phép thì ống sẽ bị phá hủy do nổ ống.

n2: Hệ số dự phòng đối với áp suất dư tương ứng với giá trị giớ hạn bền của vật liệu n2=1-Áp suất giới hạn cho phép được xác định theo công thức Sarkisov:

Do vật liệu lựa chọn của ống phụ thuộc chủ yếu vào các lực nói trên Tính bền cột ống chống có nghĩa là tính chiều dài từng đoạn ống, bề dày thành ống, mác thép, đảm bảođộ bền làm việc của ống chống trong suốt quá trình làm việc của giếng khoan Đồng thời đảm bảo giá thành hạ nhất đối với sự tiêu hao vật liệu thép ống tối thiểu.

3.1.5 Tính toán độ bền kéo của ống chống

Nói chung đối với ống chống thì độ bền kéo ở mối nối bao giờ cũng thấp hơn ở thân ống, đặc biệt ở đầu nối ren Vì vậy để tính độ bền kéo của ống chống người ta chỉ tính độ bền cho mối nối ren.

Ứng suất kéo tác dụng lên ống chống có những đặc điểm sau:

- Ứng suất kéo có giá trị nhỏ nhất ở phần dưới cùng của cột ống chống và tăng theo chiều dài, đạt giá trị lớn nhất ở phần trên cùng.

- Vì do ứng suất kéo phân bố đều lên cột ống chống nên tiết diện của cột ống chống nào nhỏ hơn thì ứng suất lớn nhất và ngược lại tiết diện của cột ống chống nào lớn hơn thì ứng suất nhỏ nhất (căn cứ vào đặc điểm này để ta bố trí, chọn mác thép tiết diện thép cho phù hợp).

Do đó nếu cột ống chống được tạo thành bằng một loại mác thép thì độ dày của ống chống thì độ dày ống luôn tăng dần từ dưới lên trên Nếu cột ống chống tạo thành bằng các loại mác thép khác nhau thì chất lượng mác thép cũng tăng dần từ dưới lên trên.

Hình 3.5: Tải trọng kéo tác dụng lên ống chống

Các ống quy chuẩn của nga thì ứng lực làm đứt hoặc tuột mối ren được tính theo công thức sau:

Pđm=

π Dtb b σcc

1+Dtb