Thiết kế thi công giếng khoan khai thác Dầu khí KTN5X mỏ Kình Ngư Trắng Nam

Mục lục LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MỎ KÌNH NGƯ TRẮNG NAM VÀ GIẾNG KTN5X 3 1.1 Vị trí địa lý và địa chất vùng Mỏ Kình Ngư Trắng Nam 3 1.1.1 Vị trí địa lý. 3 1.1.2.Đặc điểm khí hậu gió mùa tại vùng mỏ. 3 1.2. Cấu tạo địa chất vùng mỏ 4 1.2.1. Trầm tích Neogen và Đệ Tứ 5 1.2.2. Trầm tích PaleogenKỷ Kainozoi : 6 1.2.3.Đá móng trước Kainozoi . 7 1.3. Sơ lược về Giếng KTN5X. 8 1.3.1. Vị trí và mục đích của giếng 8 1.3.2. Cột địa tầng và ranh giới giữa các tầng 9 1.3.3. Nhiệt độ và áp suất vỉa (theo phương thẳng đứng ) 10 1.3.3.1. Nhiệt độ vỉa của giếng KTN5X 10 1.3.3.2. Áp suất vỉa của giếng KTN5X. 10 1.4.Một số đặc điểm điểm địa chất và phức tạp có thể gặp trong quá trình khoan 11 CHƯƠNG II : LỰA CHỌN PROFILE VÀ TÍNH TOÁN CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN 12 2.1. Lựa chọn và tính toán profile giếng khoan. 12 2.1.1. Mục đích, yêu cầu tính toán profile giếng khoan. 12 2.1.2. Cơ sở lựa chọn profile giếng khoan. 12 2.1.3. Các dạng profin giếng khoan định hướng. 13 2.1.4. Lựa chọn và tính toán Profile 17 2.2. Lựa chọn và tính toán cấu trúc giếng khoan. 20 2.2.1 Cơ sở lựa chọn cấu trúc giếng. 20 2.2.2. Lựa chọn cấu trúc cho giếng KTN5X. 22 2.2.3. Tính toán cấu trúc giếng khoan 24 2.2.4. Lựa chọn ống chống. 28 CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP KHOAN, THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ KHOAN 30 3.1. Lựa chọn phương pháp khoan 30 3.1.1. Phương pháp khoan bằng công nghệ Top Drive kết hợp với thiết bị lái chỉnh RSS. 30 3.1.1.1. Đặc điểm của hệ thống lái chỉnh xiên RSS. 30 3.1.1.2. Đặc điểm của phương pháp khoan bằng động cơ Top Drive 33 3.1.2. Phân chia khoảng khoan và cơ sở phân chia. 34 3.1.2.1. Cơ sở phân chia khoảng khoan 34 3.1.2.2. Phân chia khoảng khoan. 35 3.1.3. Lựa chọn phương pháp khoan cho từng khoảng khoan 35 3.2. Lựa chọn thiết bị khoan. 36 3.2.1. Yêu cầu đối với thiết bị khoan 36 3.2.2. Tháp khoan và các thiết bị nâng thả. 37 3.2.2.1. Tháp khoan 37 3.2.2.2. Tời khoan 39 3.2.2.3. Động cơ Top Driver. 41 3.2.2.4. Bàn roto. 42 3.2.2.5 Máy bơm khoan. 43 3.2.2.6 Thiết bị đối áp. 44 3.3 Lựa chọn dụng cụ khoan 44 3.3.1. Mục đích và yêu cầu. 44 3.3.2. Lựa chọn choòng khoan. 45 3.3.2.1. Cơ sở lựa choòng khoan. 45 3.3.2.2. Lựa chọn choòng khoan cho giếng KTN5X 47 3.3.3. Lựa chọn bộ khoan cụ. 48 3.3.3.1.Lựa chọn cần khoan. 48 3.3.3.2. Lựa chọn cần nặng. 50 3.2.4. Định tâm và đầu nối. 51 3.3 Lựa chọn bộ khoan cụ cho từng khoảng khoan. 55 CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ KHOAN 64 4.1. Mục đích lựa chọn thông số chế độ khoan. 64 4.2 Tính toán thông số chế độ khoan. 65 4.2.1. Tính toán lưu lượng nước rửa Q. 65 4.2.2. Tính toán tải trọng tác dụng lên choòng khoan 68 4.2.3. Xác định tốc độ vòng quay n. 71 CHƯƠNG 5: DUNG DỊCH KHOAN 75 5.1.Chức năng của dung dịch khoan 75 5.2. Lựa chọn hệ dung dịch cho giếng KTN5X. 77 5.2.1. Cơ sở lựa chọn dung dịch khoan. 77 5.2.2. Lựa chọn hệ dung dịch cho từng khoảng khoan 77 5.3.Tính toán các thông số của dung dịch khoan cho giếng KTN3X 77 5.3.1. Phương pháp tính toán 77 5.3.2. Tính toán và lựa chọn khối lượng riêng của dung dịch cho từng khoảng khoan: 80 5.4.Điều chế và gia công hóa học dung dịch khoan. 82 5.4.1.Mục đích. 82 5.4.2. Yêu cầu khi gia công hoá học dung dịch khoan. 83 5.4.3.Nguyên tắc gia công. 83 5.4.4. Các vật liệu, hoá phẩm chính sử dụng trong công tác gia công dung dịch. 84 5.5.Tính toán thể tích dung dịch tiêu hao cho từng khoảng khoan. 87 CHƯƠNG 6: CHỐNG ỐNG VÀ TRÁM XI MĂNG 89 6.1. Chống ống giếng khoan. 89 6.1.1. Công tác chuẩn bị chống ống 89 6.1.2. Trang bị cho ống chống 90 6.1.3. Thả ống chống. 95 6.2. Mục đích và yêu cầu của quá trình trám xi măng. 95 6.2.1. Mục đích của quá trình trám xi măng. 95 6.2.2. Yêu cầu của việc trám xi măng. 96 6.3. Xi măng và vữa xi măng. 96 6.4. Lựa chọn phương pháp bơm trám. 97 6.4.1. Các phương pháp bơm trám. 97 6.4.1.1. phương pháp trám một tầng hai nút. 97 6.4.1.2. phương pháp trám phân tầng. 98 6.4.1.3. Trám xi măng cho ống chống lửng. 99 6.4.2. Lựa chọn phương pháp trám cho từng khoảng khoan. 100 6.5. Tính toán trám xi măng cho từng khoảng khoan. 101 6.5.1. Phương pháp tính toán: 101 6.5.2. Tính toán trám xi măng cho các cột ống chống: 104 6.6. Các biện pháp nâng cao chất lượng trám xi măng. 107 6.7. Kiểm tra chất lượng trám xi măng 108 6.6.1. Kiểm tra chiều cao dâng vữa xi măng 108 6.7.2 Kiểm tra độ đồng đều của vành đá xi măng. 108 6.7.3 Kiểm tra độ kín giữa giếng khoan và thành hệ. 109 CHƯƠNG 7: KIỂM TOÁN THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ KHOAN 111 7.1. Tính toán bền cho các cột ống chống. 111 7.1.1. Phương pháp lựa chọn ống chống. 111 7.1.2 Lựa chọn các cột ống chống. 112 7.1.3 Phương pháp kiểm toán. 114 7.1.4 Kiểm toán độ bền cho các cột ống chống 121 7.2 Kiểm toán độ bền cột cần khoan 123 7.2.1 Kiểm toán độ bền cột cần khoan trong quá trình kéo 124 7.2.2 Kiểm toán độ bền cột cần khoan trong quá trình khoan. 126 7.2.2.1. Kiểm toán độ bền tĩnh phần trên cột cần khoan: 127 7.2.2.2. Kiểm toán độ bền phần dưới cột cần khoan 130 CHƯƠNG 8: PHỨC TẠP SỰ CỐ TRONG KHOAN VÀ CÔNG TÁC AN TOÀN LAO ĐỘNG 134 8.1. Những hiện tượng phức tạp trong khoan thường gặp 134 8.1.1. Hiện tượng sập lở đất đá ở thành lỗ khoan. 134 8.1.1.1. Những dấu hiệu của sập lở đất đá ở thành lỗ khoan. 134 8.1.1.2. Nguyên nhân gây hiện tượng sập lở đất đá ở thành lỗ khoan. 134 8.1.1.3. Các biện pháp phòng ngừa. 135 8.1.2. Hiện tượng mất dung dịch. 135 8.1.2.1. Các nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng mất dung dịch khoan. 135 8.1.2.2. Nghiên cứu vùng mất dung dịch. 136 8.1.2.3. Các biện pháp phòng chống mất dung dịch. 136 8.1.3. Hiện tượng dầu, khí xâm nhập từ vỉa vào giếng. 136 8.1.3.1. Dấu hiệu và nguyên nhân xuất hiện dầu khí phun trào. 136 8.1.3.2. Bản chất của hiện tượng phun dầu, khí. 137 8.1.3.3. Các biện pháp phòng chống. 137 8.2. Những sự cố thường gặp trong công tác khoan. 138 8.2.1. Hiện tượng kẹt mút bộ cần khoan. 138 8.2.1.1. Các nguyên nhân gây ra hiện tượng kẹt mút bộ cần khoan. 138 8.2.1.2. Các biện pháp phòng tránh. 138 8.2.1.3. Các biện pháp cứu chữa. 138 8.2.2. Sự cố đứt và tuột cần khoan. 139 8.2.2.1. Nguyên nhân của sự cố đứt tuột cần khoan. 139 8.2.2.2. Dụng cụ cứu chữa đối với cần khoan. 139 8.2.3. Sự cố rơi các dụng cụ khoan xuống đáy giếng khoan. 140 8.2.3.1. Nguyên nhân. 140 8.2.3.2. Các biện pháp giải quyết vật rơi xuống lỗ khoan. 141 8.2.4. Sự cố về choòng khoan. 141 8.2.4.1. Dấu hiệu nhận biết 141 8.2.4.2. Nguyên nhân. 141 8.2.4.3. Biện pháp phòng ngừa và cứu chữa 142 8.3. Công tác an toàn lao động và vệ sinh môi trường. 142 8.3.1. Công tác an toàn lao động. 143 8.3.1.1. Kỹ thuật an toàn trong công tác khoan. 143 8.3.1.2.. Các yêu cầu và biện pháp cơ bản của kỹ thuật phòng cháy chữa cháy và an toàn lao động. 143 8.3.2. Nhiệm vụ và biện pháp đầu tiên của đơn vị khoan khi có báo động cháy. 144 8.3.4. Vệ sinh môi trường trong khi thi công giếng khoan. 145 CHƯƠNG 9: TỔ CHỨC THI CÔNG VÀ TÍNH TOÁN KINH TẾ 148 9.1 Tổ chức thi công. 148 9.1.1. Tổ chức thi công của đội khoan. 149 9.1.2. Tổ chức thi công của kíp khoan. 149 KẾT LUẬN. 150 TÀI LIỆU THAM KHẢO 151

Mục lục

Danh mục hình vẽ

LỜI MỞ ĐẦU

Dầu khí là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của nước ta hiện nay,nó không chỉmang lại nguồn ngoại tệ lớn cho quốc gia mà còn là nguồn năng lượng quan trọng nhất hiệnnay cho sự phát triển kinh tế Với điều kiện tự nhiên của Việt Nam đã cho thấy phần nào lợithế và tiềm năng phát triển của ngành này trong tương lai khi trữ lượng khai thác ước tínhcủa Việt Nam đứng thứ 4 về dầu mỏ và thứ 7 về khí đốt trong Đông Nam Á (Theo Tạp chíTài chính) Với sự phát triển lớn mạnh không ngừng của nó, nhà nước đang có nhiều kếhoạch thúc đẩy sự phát triển, ưu tiên nhiều về vốn và nhân lực phục vụ ngành này Việt Namđược xếp thứ ba trong khu vực Đông Nam Á và thứ 31trên thế giới về sản lượng dầu thô vàkhí đốt Với sự phát triển lớn mạnh không ngừng của ngành này, nhà nước đang có nhiều kếhoạch thúc đẩy sự phát triển, ưu tiên nhiều về vốn và nhân lực phục vụ ngành dầu khí

Hiện nay ở nước ta, công tác tìm kiếm – thăm dò và khai tác dầu khí được triển khaimạnh mẽ và rộng khắp trên toàn bộ vùng biển,thềm lục đia của đất nước bao gồm cả cácvùng nước sâu xa bờ,tích cực mở rộng địa bàn,tăng cường hoạt động tìm kiếm – thăm dòdầu khí ra nước ngoài

Để khai thác dầu và khí tự nhiên trong lòng đất thì công đoạn xây dựng giếng khoangiữ một vai trò hết sức quan trọng,việc thành công hay thất bại đều phụ thuộc vào côngnghệ 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 ảnhhưởng trực tiếp đến chất lượng các giai đoạn xây dựng giếng khoan, mà còn ảnh hưởng đếntrực tiếp đến chi phí xây dựng, tuổi thọ của bản thân công trình đó

Sau thời gian thực tập sản xuất tại xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro và Công ty điềuhành thăm dò và khai thác Dầu khí trong nước (PVEP POC).Em đã chọn đề tài tốt nghiệp

“Thiết kế thi công giếng khoan khai thác Dầu khí KTN-5X mỏ Kình Ngư Trắng Nam ".Với kiến thức chuyên môn còn nhiều hạn chế cũng như thời gian tiếp xúc với công tácngoài 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 bầy tỏ lòng cảm ơn đến các thầy,cô giáo trong bộ môn Khoan - Khai thác, đặcbiệt là thầy Th.S Trần Hữu Kiên đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này!

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 6 năm 2017Sinh viên thực hiện

Nguyễn Trọng Doanh

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MỎ KÌNH NGƯ TRẮNG NAMVÀ

về phía Đông thì tiếp giáp với bể Côn Sơn

Mỏ có toạ độ là : 09° 51' 42.353" độ vĩ Bắc

108° 23' 37.102”độ kinh Đông

Hình 1.1 vị trí mỏ Kình Ngư Trắng Nam1.1.2.Đặc điểm khí hậu- gió mùa tại vùng mỏ

Do mỏ Kình Ngư Trắng nằm trong bể Cửu Long nên khí hậu tại đây có tính chất nhiệtđới gió mùa,một năm có hai mùa rõ rệt đó là mùa khô và mùa mưa

Mùa khô kéo dài từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau.Giai đoạn này chủ yếu là gió mùaĐông Bắc với sức gió thay đổi từ cấp 5,cấp 6,tháng 12 đến cấp 7,cấp 8 khi đó sóng biển cóthể cao tới 8m Mùa này lượng mưa rất nhỏ,trung bình tháng không quá 1mm,độ ẩm khôngkhí khoảng 65% , nhiệt độ ban ngày từ 24-30°C về chiều và đêm giảm xuống còn 22-24°C.Thời điểm chuyển giao mùa (tháng4, 5) gió mùa chuyển hướng Tây Nam, lúc này độ

ẩm không khí tăng lên đáng kể có thể tới 85% và nhiệt độ dao động từ 26-30°C

Mùa Mưa kéo dài từ tháng 6 tới tháng 10,giai đoạn này gió mùa Đông Nam hoạt độngmạnh,nhiệt độ dao động trong khoảng từ 26-32°C, lượng mưa tăng lên đạt từ 260mm-270mm,độ ẩm không khí trung bình là 87-89% Đây là mùa bão biển, 7/10 cơn bão trongnăm tập trung vào thời gian này.Khi có bão gió có thể đạt tới vận tốc 60m/s và sóng biển cóthể cao tới 10m

Tại mỏ mức nước biển dao động từ 50-70m và có dòng chảy qua Dòng chảy phụthuộc vào chế độ gió mùa và chế độ thuỷ chiều : lưu tốc từ 82-87 m/s ở độ sâu 20m vàgiảm tới 25m/s ở đáy biển Chế độ thuỷ nhiệt trong cả vùng thềm lục địa thay đổi theo mùa

và theo độ sâu, trung bình dao động từ 24,9-29.6°C, độ mặn nướcbiển từ 33-35g/l

Việc thi công giếng khoan ở ngoài biển với độ sâu trên 50m là hết sức phức tạp, điềukiện thời tiết khí hậu cũng thay đổi nên ảnh hưởng lớn tới quá trình thi công đặc biệt là ảnhhưởng của chế độ chảy của dòng biển phụ, chế độ thuỷ chiều, sóng và gió biển Đặc biệt làkhi có bão gây cản trở rất nhiều cho công tác khoan, vận chuyển, tiếp cận của tàu và máybay, liên lạc giữa giàn khoan và đất liền Tuy nhiên mặt thuận lợi là thời tiết nơi đây tươngđối tốt không khắc nghiệt, biển có độ sâu tương đối nên thuận lợi cho việc vận chuyển bằngđường biển, đặc biệt và vận chuyển các trang thiết bị cồng kềnh có trọng tải lớn

1.2 Cấu tạo địa chất vùng mỏ

Theo trình tự nghiên cứu bắt đầu từ các phương pháp đo địa vật lý, chủ yếu là phươngpháp địa chấn, các phép đo địa vật lý trong lỗ khoan, sau đó đến các phương pháp phân tíchlấy mẫu đất đá thu được,người ta xác định được khá rõ ràng các thành hệ của mỏ Kình NgưTrắng Nam Từ trên xuống dưới cột địa tần tổng hợp của mỏ được xác định như sau :

1.2.1 Trầm tích Neogen và Đệ Tứ

• Trầm tích Poliocen – Đệ tứ (Điệp Biển Đông) :

Điệp Biển Đông, Tập A hình thành chủ yếu là cát kết bở rời dày xen kẹp với những lớpsét kết mỏng và bột kết thứ yếu, những vệt đá vôi và dolomite thứ yếu Những khoáng vậtnày có kích thước hạt từ tốt đến thô, độ chọn lọc từ nghèo tới trung bình Chúng được giảithích là đã được lắng đọng trong vùng biển nông tới môi trường gần bờ Chiều dày của Điệpnày là khoảng 650m.

Dưới điệp Biển Đông là các trầm tích của thống Mioxen thuộc hệ Neogen Thống nàyđược chia làm ba phụ thống :

• Phụ thống Miocen thượng ( điệp Đồng Nai ) :

Hệ tầng Đồng Nai,Tập BIII nằm phủ bất chỉnh hợp với tập BII và gồm chủ yếu là cátkết hạt mịn tới thô nằm xen kẹp với sét kết và bột kết thứ yếu, với một số dải đá vôi, đá than

ở phần trên, với độ mài mòn từ trung bình đến tốt.Cũng có thể gặp những vỉa sét và két dàygần 20m và những vỉa cuội mỏng Chiều dày của điệp tăng dần từ giữa ra hai bên cánh bềdày đoạn khoan qua ở điệp này khoảng 475m

• Phụ thống Miocen trung ( điệp Côn Sơn ) :

Hệ tầng Côn Sơn , tập BII nằm phủ bất chỉnh hợp với tập BI và bao gồm chủ yếu cátkết hạt mịn tới thô xen kẹp với sét kết và bột kết thứ yếu, với một vài dải đá vôi ở phần trên.Tập BII được chia thành tập BII.1 và BII.2

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

Sét kết: có màu xám trung bình, xám xanh lá cây tới xám xanh dương và màu xámoliu Khối ô vuông, thi thoảng thấy dạng khối bán ô vuông Độ cứng từ rất cứng đến trungbình Không có cacbon

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

• Phụ thống Miocen hạ ( Điệp Bạch Hổ ) :

Hệ tầng Bạch Hổ, tập BI ,Cụ thể, tập này được phân chia thành hệ tầng Bạch Hổ hạ

-(BI.1) và hệ tầng Bạch Hổ thượng - (BI.2)

Hệ tầng Bạch Hổ hạ - (BI.1) gồm chủ yếu là những tập cát kết xen kẹp với sét kết, bộtkết Cát kết: có màu xám sáng đến xám trung bình, màu xám xanh, thi thoảng là màu xámtối, trắng mờ, trong suốt tới mờ Kích thước hạt từ mịn tới trung bình, đôi khi hạt thô tới rấtthô Độ mài tròn từ gần sắc cạnh đến gần tròn, độ chọn lọc trung bình Thường mất thạchanh, hợp nhất với matrix có sét Khoáng vật dạng dải mica, dải Pyrit, dạng dải với phổ biếnkhoáng vật cacbon Sét kết: có màu xám trung bình, màu xám xanh lá cây tới xám xanh datrời và màu xám oliu Khối ô vuông, đôi khi gần có dạng khối vuông Độ cứng từ tốt tớitrung bình Không có cacbon Có bột và cát

Tập BI được phân bố rộng rãi trên toàn bể Cửu Long và đặc trưng cho sự kết thúc hiệntượng biển tiến Tập này cũng đặc trưng cho quá trình trầm tích kéo dài từ kết thúc tiền rifttới post-rift sớm Biểu hiện dầu tốt

1.2.2 Trầm tích Paleogen-Kỷ Kainozoi :

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

• Thống Oligocen thượng (điệp Trà Tân ) :

Hệ tầng Trà Tân thượng, được phát hiện ở tất cả giếng và được phân bố rộng rãi trongkênh Amethyst chủ yếu là đá phiến sét và sét chứa Cacbon xen kẹp với cát kết thứ yếu vàbột kết dạng dài

Đá phiến sét Cacbon: chủ yếu có màu xám tối đến xám đen, thi thoảng có màu nâuđen, khối ô vuông, gần phẳng, dễ tách, độ cứng từ trung bình tới cứng, không chứa đá vôi.Cát kết: có màu xám sáng đến trung bình, đôi khi có màu xám tối, trắng đục, trongsuốt đến mờ Kích thước hạt rất mịn đến mịn, thi thoảng có hạt kích thước trung bình Độmài tròn gần sắc cạnh đến gần tròn, độ chọn lọc trung bình tới tốt Thạch anh thường bị mất,hoặc được hợp nhất với đá matrix có nguồn gốc từ sét Dải mica, dải pirit, dải khoáng vậtcacbon

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

• Thống Oligoxen hạ (điệp Trà Cú ) :

Trầm tích này bao gồm các lớp cát – sét xen kẽ hạt trung và hạt nhỏ màu nâu xám lẫnvới bột kết màu nâu đỏ bị nén chặt nhiều và nứt nẻ Ở đáy của Điệp gặp sỏi kết và các mảnh

đá móng tạo thành tập lót đáy của lớp phủ trầm tích Đá được thành tạo ở điều kiện biểnnông ,ven bờ hoặc sông hồ Thành phần vụn gồm thạch anh, Fenspat, Granite, đá phun trào

và đá biến chất Người ta đã nhận được dầu ở tập lót này

• Các đá cơ sở ( Vỏ phong hoá ) :

Đây là nền cơ sở cho các tập đá Oligoxen dưới phát triển trên mặt móng Nó được hìnhthành trong điều kiện lục địa dưới sự phá huỷ cơ học của địa hình Đá này nằm trực tiếp trên

đá móng do sự tái trầm tích mảnh vụn của đá móng có kich thước khác nhau, tập cơ sở pháttriển không đều, có nhiều vị trí lún chìm của móng và hoàn toàn vắng mặt ở phần vòm.Thành phần gồm : cuội kết hạt thô, đôi khi gặp đá phun trào.giữa tập cơ sở và tầngmóng không có tầng chắn nên chúng tạo thành một đối tượng đồng nhất

1.2.3.Đá móng trước Kainozoi

Đá móng trước Kainozoi chủ yếu là các thể xâm nhập granitoit, granit và granodiorit.Thành phần khoáng vật chủ yếu là thạch anh (10 – 30%), Fenspat (50 – 80%), Mica vàAmphibol (từ hiếm tới 8,9%) và các khoáng vật phụ khác Tuổi của đá móng là Jura muộn

và Kreta sớm (tuổi tương đối là từ 107 - 108 triệu năm) Đá móng có bề dày phân bố khôngđều và không liên tục trên các địa hình Bề dày lớp phong hoá có thể lên tới 160m Kết quảphân tích không gian rỗng trong đá móng cho thấy độ rỗng trong đá phân bố không đều,trung bình từ 3- 5% Quy luật phân bố độ rỗng rất phức tạp Khi tiến hành khoan thăm dò đãthấy dầu đã được tìm thấy trong tầng đá móng, dầu tự phun với lưu lượng lớn từ đá móng làmột hiện tượng độc đáo, trên thế giới chỉ gặp ở một số nơi như: Bombay (Ấn Độ), High(Libi) Để giải thích cho hiện tượng trữ dầu thô trong đá móng kết tinh, người ta tiến hànhnhiều nghiên cứu và đưu ra kết luận sự hình thành không gian rỗng chứa dầu trong đá mónggranitoit là do tác động của nhiều yếu tố địa chất khác nhau

Bảng 1.1 địa tầng và danh giới giữa các tầng của mỏ Kình Ngư Trắng Nam

Tập

ABIIIBIIBI.2BI.1CC30D

E Upper

E Lower –Arkose sand

E Lower – Basal sand

1.3 Sơ lược về Giếng 09-2/09 KTN-5X.

1.3.1 Vị trí và mục đích của giếng

Giếng khoan 09-2/09 KTN-5X nằm ở phía đông bắc của mỏ Kình Ngư Trắng Nam,

thuộc lô 09-2/09 của bể Cửu Long-Việt Nam Đây là giếng Khoan thẩm lượng thuộc dự án

của PVEP POC được thực hiện bởi Giàn PVD VI của công ty PV Drilling Dàn PVD VI là

giàn tự nâng là giàn khoan có công nghệ hiện đại bậc nhất trên thế giới hiện nay, được đóng

theo thiết kế loại B của nhà thầu đóng giàn Keppel FELS (Singapore), là thiết kế chuẩn của

các giàn khoan tự nâng hiện đại hiện nay với độ sâu đáy biển lớn nhất - xấp xỉ 122m

Giàn khoan PV Drilling VI có khả năng thi công giếng khoan có độ sâu đến 9.000m và

cùng lúc có thể có đến hơn 120 người cùng tham gia làm việc trực tiếp

Vị trí của giếng có toạ độ : 09° 51' 42.353" độ vĩ Bắc

108° 23' 37.102” độ kinh Đông

Giếng 09-2/09 KTN-5X là giếng thẩm lượng đánh giá tiềm năng dầu khí vùng đông

bắc mở Kình Ngư Trắng Nam và khai thác dầu khí ở tầng đá móng

- Độ sâu dự kiến của giếng là khoảng 3461.5m

- Khoan tại khu vực có độ sâu mực nước biển là khoảng 58m

1.3.2 Cột địa tầng và ranh giới giữa các tầng

Hình 1.2 Cột địa tầng và ranh giới giữa các tầng của Giếng 09-2/09 KTN-5X

1.3.3 Nhiệt độ và áp suất vỉa (theo phương thẳng đứng )

1.3.3.1 Nhiệt độ vỉa của giếng KTN-5X

Nhiệt độ vỉa của giếng 09-2/09 KTN-5X được dự đoán dựa trên các dữ liệu có được ởcác giếng lân cận đã khoan trước đó như KTN-1X,2X theo đó thì Gradient nhiệt độ vỉa củagiếng KTN-3X sẽ từ 2,65-2.8°C/100m và được dự đoán là không có bất thường

Nhiệt độ tại chiều sâu dự kiến của giếng được dự đoán là khoảng từ 115°C đến 125°C

ở 3425m

Hình.1.3.Nhiệt độ vỉa của giếng KTN-3X theo phương thẳng đứng

1.3.3.2 Áp suất vỉa của giếng KTN-3X.

Cũng dựa trên những số liệu thu được từ các giếng lân cận như KTN-1X,2Xthì ta thuđược áp suất vỉa của giếng KTN-3X là ít có dị thường Gradient áp suất vỉa của giếng KTN-3X được dự đoán như sau :

 Áp suất vỉa :

- Từ 94,5 ÷ 750m : Gradient áp suất vỉa là khoảng: 1÷ 1.06

- Từ 750 ÷ 2096m : Gradient áp suất vỉa : 1,1 ÷ 1,13

- từ 2096 ÷ 3446,5m : Gradient áp suất vỉa : 1,2 ÷ 1,23

- từ 3446,5 ÷ 3461,5m : Gradient áp suất vỉa : 0,89 ÷ 0,94

Theo các kết quả thu được từ việc khoan lấy mẫu cũng như các số liệu thu được ở cácgiếng lân cận thì khôg có nguy hiểm từ các tích tụ khí nông

Áp suất vỉa lớn nhất được dự đoán là 9.0 ppg tại độ sâu khoảng 3000m dọc theo quỹđạo dự kiến của giếng

 Áp suất vỡ vỉa

- Từ độ sâu 94,5 ÷ 750 m :Gradient áp suất vỡ vỉa là 1,3

- Từ 750 ÷ 2096 m : Gradient áp suất vỡ vỉa là 1,45 ÷ 1,5

- Từ 2096 ÷ 3446,5 m : Gradient áp suất vỡ vỉa là 1,65 ÷ 1,73

- Từ 3446,5 ÷ 3461,5 m : Gradien áp suất vỡ vỉa là : 1,55 ÷ 1,6

1.4.Một số đặc điểm điểm địa chất và phức tạp có thể gặp trong quá trình khoan

Bảng.1.2.Một số phức tạp có thể gặp khi khoan giếgn KTN-3X.

3410– TD

CHƯƠNG II : LỰA CHỌN PROFILE VÀ TÍNH TOÁN CẤU TRÚC

GIẾNG KHOAN

2.1 Lựa chọn và tính toán profile giếng khoan.

2.1.1 Mục đích, yêu cầu tính toán profile giếng khoan

Do yêu cầu công tác khoan trên biển mỗi giàn cố định có một quỹ giếng từ 16-18giếng Vì vậy để đảm bảo hiệu quả kinh tế cao, hệ số thu hồi cao và các giếng không vachạm với nhau nhau trong khi khoan thì ta phải chọn profile của giếng khoan được thiết kếsao cho phải phù hợp với các điều kiện ở trên giàn Để đạt được mục đích mà chúng ta đề raprofile phù hợp của giếng khoan phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Giảm tối đa chi phí về thời gian thi công, vật tư, nhân lực, giá thành về thiết kế trong quátrình khoan

- Do giếng khoan trên biển nên lựa chọn cấu trúc giếng phải ngăn cách hoàn toàn nướcbiển,giữ ổn định thành và thân giếng khoan để việc kéo thả bộ dụng cụ, sửa chữa được tiếnhành bình thường

- Giếng phải làm việc khi khoan qua qua các tầng dị thường, mất ổn định

- Đạt độ sâu, khoảng dịch đáy để tiếp cận tầng sản phẩm theo yêu cầu

- Thân giếng khoan phải đảm chất lượng, ổn định trong quá trình gia cố

- Đảm bảo an toàn trong suốt quá trình khoan và chống ống Giảm thiểu tối đa khả năng xảy

ra sự cố

- Lợi dụng được thiết bị, công nghệ và kĩ thuật hiện có

- Cấu trúc giếng phải phù hợp với yêu cầu kĩ thuật , khả năng cung cấp thiết bị, đảm bảo độbền và an toàn trong suốt quá trình khoan,khai thác và công tác sửa chữa sau này

2.1.2 Cơ sở lựa chọn profile giếng khoan

Việc chọn profin giếng khoan thường dựa vào rất nhiều yếu tố nhưng thông thường tathường dựa vào các yếu tố sau:

- Cột địa tầng: cột địa tầng được thể hiện đầy đủ ở trên đây Cột địa tầng cũng thể hiện đượcđầy đủ các yếu tố địa chất của giếng khoan mà chúng ta thi công.

- Chiều sâu của giếng khoan: chiều sâu của giếng khoan lớn là 3425 m

- Khoảng dời đáy: là khoảng cách tính theo phương nằm ngang từ miệng giếng khoan tới đáygiếng khoan khi chiếu profin giếng lên mặt phẳng nằm ngang Ở đây khoảng dịch đáy đangthi công là 2438 m

- Hướng cắt của thân giếng khoan với các khe nứt trong vỉa sản phẩm sao cho đạt được lưulượng khai thác tốt nhất ( gần 90° )

2.1.3 Các dạng profin giếng khoan định hướng

Trong công tác khoan dầu khí hiện nay, người ta thường sử dụng 5 dạng profile cơ bảnsau đây:

Trong công tác khoan dầu khí hiện nay, người ta thường sử dụng 5 dạng profin cơ bảnsau đây:

Dạng quỹ đạo tiếp tuyến đảm bảo khoảng lệch ngang cực đại của thân giếng so vớiphương thẳng đứng trong trường hợp góc nghiêng của thân giếng nhỏ nhất

Dạng quỹ đạo tiếp tuyến được sử dụng cho các giếng khoan nghiêng định hướng vớikhoảng lệch đáy lớn hơn so với phương thẳng đứng, cũng như khi khoan qua nhóm giếng cóchiều sâu cắt xiên lớn, có hiệu quả khi bộ khoan đáy làm việc ổn định của các đoạn xiên củaquỹ đạo Dạng mặt cắt này nên dùng cho giếng khoan định hướng vào vỉa có độ lệch lớn,khi lỗ khoan có độ sâu trung bình

Cấu trúc giếng khoan gồm 3 đoạn: đoạn trên (1) là đoạn thẳng đứng, đoạn giữa (2)đoạn cong đều tăng góc lệch, đoạn (3) là đoạn nghiêng

Hình 2.1a: Dạng quỹ đạo tiếp tuyến.

Dạng quỹ đạo hình chữ S:

Dạng chữ S này hay sử dụng trong các trường hợp vỉa sản phẩm có bề dày lớn, khi mởvỉa thân giếng thẳng đứng Quỹ đạo tiến hành đơn giản, thuận lợi trong thiết kế và thi công,đạt độ dịch đáy đủ lớn thuận lợi trong khi khoan mở vỉa đưa giếng vào khai thác Dạngprofin này dùng để khoan các giếng có khoan nghiêng có chiều sâu lớn

Dạng quỹ đạo hình chữ S- 5 đoạn.

Dạng profin này gồm 5 đoạn Đoạn thẳng đứng bên trên (1), đoạn tăng góc lệch (2),đoạn ổn định góc lệch (3), đoạn giảm góc lệch (4), đoạn thẳng đứng bên dưới (5) Dạngprofin này được dùng để khoan trong các giếng nghiêng có chiều sâu lớn Nên sử dụng mặtcắt này khi đoạn dưới của giếng khoan cắt qua nhiều tầng sản phẩm, mà việc khai thácchúng tiến hành từ dưới lên

Hình 2.1b Dạng quỹ đạo hình chữ S-5 đoạn.

Dạng quỹ đạo hình chữ S-4 đoạn

Profin này gồm 4 đoạn, chỉ khác profin dạng chữ S-5 đoạn ở chỗ là không có đoạn ổnđịnh góc nghiêng (3) Dùng profin dạng này để khoan những giếng khoan đến 2500m

Hình 2.1c Dạng quỹ đạo hình chữ S-4 đoạn

Dạng quỹ đạo hình chữ S-3 đoạn

Dạng quỹ đạo này gồm đoạn thẳng đứng phía trên, đoạn tạo góc nghiêng, đoạn giảmgóc nghiêng với cường độ lệch nhỏ

Mắt cắt này chỉ áp dụng ở những giếng có độ giảm tự nhiên của góc cong không lớn, ởnhững giếng khoan sâu mà ổn định góc nghiêng nhỏ.

Hình 2.1d Dạng quỹ đạo hình chữ S-3 đoạn

Dạng quỹ đạo hình chữ J.

Dạng quỹ đạo sử dụng có hiệu quả ở các mỏ dầu khí có bộ khoan cụ đáy làm việctrong trạng thái ổn định ở các khoảng ổn định góc nghiêng của quỹ đạo

Sử dụng khoan đoạn thân giếng nằm trong vỉa sản phẩm với góc nghiêng cực đại đến

90o có thể sử dụng cho các giếng khoan ngang và các giếng khoan có chiều dày hiệu dụngcủa các vỉa sản phẩm mỏng hoặc các giếng cần tăng chiều dày hiệu dụng

Profin dạng này gồm hai đoạn: đoạn (1) thẳng đứng, đoạn (2) uốn cong với góc lệchtăng dần

Người ta khoan theo dạng mặt cắt này như thế trong trường hợp giếng khoan cần phảicắm vào vỉa với một góc đã định trước

Trong những năm gần đây sử dụng động cơ đáy cùng với hệ thống điều khiển MWD(Measurement while drilling) rất phổ biến, nên dạng profin chữ J được ứng dụng nhiềutrong thi công các giếng khoan dầu khí ở Việt Nam và thế giới

Hình 2.1e Dạng quỹ đạo hình chữ J2.1.4 Lựa chọn và tính toán Profile

Từ những phân tích trên đây kết hợp với yếu tố địa chất vùng mỏ ta có thể thấy lựachọn profile dạng tiếp tuyến cho giếng 09-2/09 KTN-5X là phù hợp nhất và có thể đáp ứngđược các yêu cầu đã đề ra

Đặc điểm profile giếng này được chia làm 3 đoạn như sau :

- Đoạn thẳng đứng phía trên

- Đoạn tạo góc nghiêng

- Đoạn ổn định góc nghiêng

Các thông số thiết kế của Giếng 09-2/09-KTN-5X :

- Chiều sâu thiết kế giếng khoan : H0 = 3461,5 m

- Khoảng dịch đáy : S = 2438 m

- Chiều sâu đoạn thằng đứng phía trên : H1 = 780 m

- Cường độ cong đoạn tăng góc nghiêng : i2 = 2°/30m

- Góc phương vị của giếng : α = 23°39’

Ta có hình vẽ Profile giếng như sau :

Hình.2.1f Quỹ đạo giếng KTN-5X

Dựa vào hình vẽ ta có :

Bán kính cong đoạn tăng góc nghiêng :

R2= = = 859,44m H2 = R2.Sinθ

Mà : H2 + H3 = H , H = H0 – H1 = 3461,5 – 780 = 2681,5 (m) H3 = H – H2 = H – R2.Sinθ

Tương tự ta có :

S2 = R2(1 – cosθ) , mà S2 + S3 = S nên S3 = S – R2(1 - cosθ) Ngoài ra ta thấy :

Bảng 2.1 Các thông số profile của giếng 09-2/09-KTN-5X

Tăng Góc nghiêng H2 = 623,6 l2 = 697,75 S2 = 268,2

Ổn định góc nghiêng H3 = 2057,9 l3 = 2990,5 S3 = 2169,8

2.2 Lựa chọn và tính toán cấu trúc giếng khoan.

Khi khoan một giếng khoan dầu khí, chúng ta không thể khoan xuyên suốt qua tất cảcác thành hệ từ bề mặt (đối với công tác khoan trên đất liền) hay từ đáy biển (đối với côngtác khoan xa bờ) đến độ sâu mục tiêu với chỉ một lần khoan duy nhất do điều kiện khôngcho phép của áp suất thành hệ hay do các yêu cầu về ô nhiễm môi trường tại nơi đặt giếngkhoan Vì vậy công tác khoan sẽ được chia thành nhiều đoạn nhỏ cho đến khi đạt được độsâu mục tiêu, mỗi đoạn sẽ được cách ly với thành hệ khoan qua bằng một ống thép được đạtvào trong giếng khoan, được gọi là ống chống Sau đó giếng sẽ được trám xi măng để lắpđầy khoảng không vành xuyến giữa ống chống và thành hệ, đồng thời giúp cố định ốngchống, liên kết ống chống với thành hệ

Cấu trúc của giếng khoan bao gồm:

- Tập hợp các cột ống chống (số lượng, loại, chiều sâu thả, đường kính,…)

- Choòng khoan sử dụ

- ng ( loại choòng, đường kính,…)

- Khoảng trám xi măng ( chiều cao trám tính từ chân đế ống chống)

2.2.1 Cơ sở lựa chọn cấu trúc giếng

Để có một cấu trúc giếng đảm bảo những yêu cầu trên thì cơ sở lựa chọn cấu trúcgiếng phải được lựa chọn dựa trên các yếu tố sau:

Yếu tố địa chất.

Được xem là yếu tố cơ bản nhất để xác định cấu trúc các cột ống chống, số lượng cáccột ống, chiều sâu thả, chiều sâu trám xi măng Các yếu tố như: tính chất cơ lý, độ ổn địnhcủa đất đá khoan qua, nhiệt độ, áp suất vỉa, áp suất rạn nứt vỉa, nhiệt độ của các tầng trầmtích…Những yếu tố đó có thể tạo điều kiện thuận lợi hoặc gây cản trở cho công tác thi cônggiếng Do đó cần phải phân tích đặc điểm cột địa tầng để dự đoán được những khó khăn

phức tạp khi khoan, đồng thời đưa ra những quyết định cho việc lựa chọn cấu trúc giếngkhoan.

Bên cạnh việc phân tích tính chất cơ lý, độ ổn định của đất đá thành lỗ khoan người

ta còn phải quan tâm tới áp suất của vỉa (Pv) và áp suất nứt vỉa(Pn) để lựa chọn dung dịchkhoan phù hợp không gây sập nở thành giếng, gây phun hoặc mất nước rửa Có ý nghĩa

Trong đó: H là chiều sâu giếng khoan (m)

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

Pv ,Ptt ,Pn: lần lượt là áp suất vỉa , thủy tĩnh, nứt vỉa (at)

Khi lựa chọn cấu trúc giếng khoan ta phải dựa vào biểu đồ γv ,γd ,γn

mà còn kéo theo một loạt các phụ thuộc khác như : thời gian thi công, giá thành của choòng,dung dịch, xi măng trám tăng lên.

2.2.2 Lựa chọn cấu trúc cho giếng 09-2/09-KTN-5X

Để có được một giếng khoan với cấu trúc hợp lý thì việc thiết kế cấu trúc của nó phảituân thủ theo các yêu cầu sau :

- Cấu trúc giếng khoan được thiết kế phù hợp với điều kiện địa chất

- Đạt được độ sâu thiết kế

- Mở được tầng chứa dầu khí và cho phép tổ hợp các phương pháp nghiên cứu trong giếng

- Đáp ứng được quy phạm của ngành dầu khí

- Đảm bảo điều kiện tốt nhất để dầu khí xâm nhập vào giếng

- Đơn giản, gọn nhẹ, dễ thi công

- Phải đảm bảo làm việc bình thường khi khoan qua các tầng có dị thường về áp suất, nhiệt

đó kết hợp với các giếng đã khoan lân cận đã khoan trước đó thì ta cần chống ống địnhhướng đến chiều sâu 160m

Tiếp theo là ống chống dẫn hướng Ống chống này có tác dụng dẫn hướng cho giếngkhoan, giữ ổn định chân thành giếng ở phần trên khỏi sập lở, bảo vệ tầng nước trên mặtkhông bị nhiễm bản bởi dung dịch khoan Đồng thời ống này có vai trò quan trọng là mộttrụ rỗng trên đó có lắp các thiết bị miệng 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 do chịu toàn bộ trọng lượng nén của các cột ống tiếp theo do đó,

nó phải được trám xi măng toàn bộ chiều dài và phần nhô lên mặt phải đủ bền

Theo như tài liệu địa chất thu được thì đoạn tiếp theo ta sẽ khoan qua trầm tích plioxen– pleixtoxen ( điệp Biển Đông ) Địa tầng đoạn này có đặc điểm chủ yếu từ cát với cátdăm,độ gắn kết kém, xốp rất dễ gây nên các hiện tượng như mất dung dịch hay sập lở cát do

đó để đảm bảo tránh những sự cố xảy ra khi khoan qua đoạn này người ta quyết định chốngcột ông dẫn hướng đến chiều sau 750m

Tiếp theo là khoan qua tầng Mioxen cụ thể là :

+ Khoan qua phụ thống Mioxen thượng ( điệp Đồng Nai) có đặc điểm gồm đất đá mềm kém

ổn định, có cát xen kẽ với lớp sét mỏng do vậy khi khoan qua đoạn này rất dễ xảy ra hiệntượng kẹt mút cột cần do sự mất ổn định của đất đá hai bên thành hệ

+ Khoan qua phụ thống Mioxen giữa ( điệp Côn Sơn ) đặc điểm của đất đá tại tầng này chủyếu là tạo từ cát, cát dăm và bột kết, phần còn lại là các vỉa sét, sét vôi mỏng và đá vôi do đórất dễ gây sập lở và mất ổn định thành giếng khoan

+ Khoan qua phụ thống Mioxen hạ ( điệp Bạch Hổ ) ,đất đá ở tầng này chủ yếu là các tập sétdày do đó khi khoan qua tầng này sẽ gặp các hiện tượng bó hẹp thành giếng khoan do sựtrương nở của sét

Để khắc phục các phức tạp có thể xảy ra khi khoan qua địa tầng đó ta cần chống mộtcột ống trung gian đến chiều sâu 2096 m

Tiếp theo là khoan qua tầng Mioxen hạ đến tầng Oligoxen là tầng có dị thường áp suấtcao, với thành phần thạch học chủ yếu là các khoáng chất sét rất dễ gây ra sự cố kẹt độ dụng

cụ do sập lở đất đá hai bên thành, hoặc kẹt cần do chênh lệch áp giữa áp suất vỉa và áp suấttrong giếng, ta không thể tiếp tục dung dung dịch khoan ở tầng Mioxen cho đoạn này được

Do đó ta cần chống một cột ống đến chiều sâu 3446,5 m nhằm đảm bảo một số yêu cầutrong quá trình khoan

Khi khoan qua tầng Oligoxen sang đến tầng móng ta thấy thành phần đất đá tại tầngmóng là đá granit nứt nẻ, song đất đá tại đây cứng và ổn định nên ta tiến hành khoan qua vàkhông chống ống đoạn này nhằm khai thác giếng thân trần

Từ những phân tích phía trên ta thấy cấu trúc giếng khoan 09-2/09- KTN-5X gồm 4cột ống, bao gồm : Cột ông định hướng, cột ống dẫn hướng, cột ống trung gian và cột ốngkhai thác

2.2.3 Tính toán cấu trúc giếng khoan

Nguyên tắc tính toán cấu trúc giếng khoan là bắt đầu từ đường kính của ống chốngkhai thác theo thứ tự từ dưới lên Cấu trúc được tính toán sao cho đảm bảo quá trình khoancũng như thả ống chống được thông suốt tới chiều sâu dự kiến.

Việc lựa chọn đường kính ống chống khai thác phải căn cứ vào:

- Thiết bị khai thác nào sẽ được sử dụng

- Lưu lượng khai thác có thể đạt là bao nhiêu

- Có tính đến khả năng khoan sâu thêm không

- Mức độ tin cậy của việc đánh giá mỏ

Chọn đường kính choòng khoan chủ yếu dựa vào các yếu tố sau:

+ Khe hở giữa mupta với thành lỗ khoan, khe hởi giữa thân ống chống với thành lỗ khoan.+ Khoảng hở giữa mupta, thân ống với thành lỗ khoan để trám xi măng đảm bảo chất lượngcách ly vỉa Sự cân nhắc lựa chọn khe hở này rất quan trọng vì chúng ảnh hưởng tới mức độthuận lợi khi thả ống, chiều sâu tối thiểu của vành đá xi măng đảm bảo độ kín,và độ bền cơhọc đủ lớn ngoài không gian vành xuyến giữa lỗ khoan và thành ống chống

Công thức tính đường kính choòng khoan:

Trong đó : Dc: Đường kính chòong khoan cho cột ống chống tiếp theo (mm)

Dt : Đường kính trong của ống chống (mm)

(6÷8): Đó là hiệu giữa đường kính trong bé nhất của cột ống chống và đường kínhchoòng khoan được sử dụng trong đó

Dựa vào số lệu tính toán ta chọn đường kính choòng và đường kính ống chống theokích thước gần nhất

Bảng 2.2 a.Bảng quy chuẩn tính ∆

theo cấp đường kính ống chống theo tiêu chuẩn của Nga.

Đường kính ống chống

(mm)

∆

- không lớn hơn(mm)

(mm)

Chiều dài(mm)

Bảng 0.2.c Đường kính chuẩn của choòng khoan và ống chống tương ứng.

Đường kính

choong khoan

(mm)

Đường kính ống theotiêu chuẩn API(mm)

Đường kính ống chốngtheo tiêu chuẩn GOST

Giếng khoan 09-2/09-KTN-5X được thiết kế để khai thác dầu trong tầng móng của

mỏ Kình Ngư Trắng Nam Do đặc điểm địa tầng của tầng móng là đất đá bền vững do vậy takhông chống ống đoạn khoan trong tầng này, kết hợp với những yêu cầu về lựa chọnchoòng khoan và đường kính ống khai thác đã nêu ở trên ta quyết định chọn choòng khoanđoạn thân trần là Dctt = 215,9 (mm)

Từ đó ta tính được đường kính đoạn ống khai thác là :

Bảng 2.2.d Tổng hợp thống số cấu trúc giếng 09-2/09-KTN-5X.

Tên ống chống Đường kính ống

chống (mm)

Đường kínhchoòng khoan(mm)

Chiều sâu theo thân

giếng(m)

Chọn mác thép và bề dày cho các cột ống chống rồi từ đó kiểm toán lại,ống chống dưtheo áp suất bên trong, áp suất dư bên ngoài và tải trọng cho phép đạt độ bóp méo Mặt khácđảm bảo về độ bền kéo ở đoạn trên cùng, ngăn cản sự mài mòn ở đoạn dưới cùng Do đóchúng phải có bề dày lớn

Chọn lựa các cột ống chống

Bảng 2.2.e Bảng thống số ống chống giếng 09-2/09-KTN-5X

Chiều sâu thả (m) Chiều

dàiđoạnống(m)

Trọnglượngđoạn ống(T)

Hình 2.2.cấu trúc các cột ống của giếng 09-2/09-KTN-3X

CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP KHOAN, THIẾT BỊ VÀ

DỤNG CỤ KHOAN

3.1 Lựa chọn phương pháp khoan

Trong công tác khoan thăm dò, tìm kiếm và khai thác dầu khí chủ yếu dùng phươngpháp khoan xoay Căn cứ vào vị trí đặt động cơ mà người ta chia phương pháp khoan xoaylàm 2 loại :

Phương pháp khoan Roto : Động cơ được đặt ở trên mặt và truyền chuyển động cho

choòng khoan thông qua cột cần khoan

Phương pháp khaon bằng động cơ đáy : Động cơ được đặt chìm trong giếng khoan

bên trên choòng khoan và truyền chuyển động quay trực tiếp cho choòng Động cơ chìm cóthể là tuốc bin khoan hoặc động cơ điện

Với sự phát triển của khoa học kĩ thuật thì hiện nay để thi công một giếng khoan người

ta thường sử dụng phương pháp Top Drive hoặc sử dụng phương pháp khoan roto ( TopDrive) kết hợp với thiết bị lái chỉnh xiên RSS (Rotary Steerable System) Ngoài ra còn cóthể sử một số phương pháp khác như : Khoan bằng Roto, động cơ đáy….Song chủ yếu vẫn

sử dụng phương pháp Khoan Top Drive và khoan bằng công nghệ Top Drive kết hợp vớithiết bị lái chỉnh xiên RSS

3.1.1 Phương pháp khoan bằng công nghệ Top Drive kết hợp với thiết bị lái chỉnh RSS

3.1.1.1 Đặc điểm của hệ thống lái chỉnh xiên RSS.

Hệ thống lái chỉnh xiên có xoay( RSS ) có khả năng ngăn ngừa sự chệch thân giếngkhoan khỏi phương thằng đứng và có thể khôi phục lại trạng thái thẳng đứng của giếng.Hệthống khoan điều khiển dễ dàng khi thi công các giếng phức tạp, hiện nay các nhà dịch vụthường đưa ra các dịch vụ cho phép khoan với quỹ đạo hợp lý đi vào vỉa nhằm đạt hiệu quảcao khi khai thác, thiết bị đảm bảo kiểm soát hoàn toàn phương dịch chuyển, có thể khoanbằng choòng lệch tâm cũng như khoan trong các điều kiện phức tạp Chúng đảm bảo giếngkhoan có chất lượng cao, tống thoát mùn khoan hiệu quản nhờ hệ thống quay lên tục, làmgiảm nguy cơ kẹt bộ dụng cụ khoan và tạo điều kiện thuận lợi để gia tang tốc độ cơ họckhoan

Hệ thống lái chỉnh xiên cho phép người kỹ sư kiểm soát một cách chủ động việc khoanlái chỉnh Góc nghiêng giữa trục của dụng cụ và trục của bộ phận tạo góc nghiêng được duy

trì bằng những piston thủy lực dưới sự điều khiển của các cảm biến, hoặc được duy trì bằngkhớp cầu, vòng tròn không đồng tâm

Người ta thường cài đặt các chế độ hoạt động cho dụng cụ ở trên bề mặt, tuy nhiên đểđiều chỉnh góc nghiêng, hướng đi của dụng cụ người ta sử dụng tín hiệu dạng xung đưaxuống, dụng cụ có thể thay đổi góc lệch ngay tại lòng giếng bằng các thao tác điều chỉnh đó.Đối với giếng khoan khai thác dầu khí, người ta thường cố gắng thiết kế sao cho đoạn thângiếng tiếp xúc với vỉa sản phẩm là lớn nhất để tiến hành khai thác hiệu quả hơn Đáp ứngyêu cầu trên đòi hỏi cường độ cong và chiều sâu cắt xiên phải lớn

Hình 3.1 Quỹ đạo giếng khoan do động cơ đáy thực hiện (màu xám) và quỹ đạo

giếng khoan do động cơ lái chỉnh xiên làm việc (màu đen)Khác với các thiết bị dẫn hướng khác, hệ thống lái chỉnh xiên được tích hợp hệ thống đo, khảo sát nhằm truyền các dữ liệu về góc phương vị, gócnghiêng, mặt

Với thế hệ lái chỉnh xiên mới ứng dụng kết hợp công nghệ giữa Push-thebit và the-bit, cho phép làm việc với chiều sâu cắt xiên lớn hơn động cơ lái chỉnh xiên thôngthường Ngoài việc tiếp cận tầng sản phẩm với chiều dài lớn, nó còn giúp tránh được nhữngkhoảng thời gian ngừng khoan nhằm tiết kiệm chi phí giá thành Quỹ đạo giếng của công

Point-nghệ kết hợp Push-the-bit và Point-the-bit mượt hơn hẳn quỹ đạo của động cơ trục vít.Ngoài ra công nghệ làm lệch này còn cho phép :

+ Đo góc lệch và góc phương vị trong thời gian thực tế trực tiếp gần choòng

+ Đo trực tiếp mức độ rung và tải trọng lên bộ khoan cụ

+ Đo trực tiếp tốc độ quay của choòng khoan

+ Đo tia gamma trực tiếp gần choòng để kịp thời nắm bắt các thông số của giếng vàđịa tầng khu vực khoan qua

Cấu tạo chung và nguyên tắc điều chỉnh hướng của hệ thống RSS

Hình 3.2 Cấu tạo chung hệ thống lái chỉnh xiên RSS

Nguyên tắc điều chỉnh Point-the-bit

Hay còn được gọi kỹ thuật lấy hướng choòng khoan bằng cách làmlệch trục khuỷu nối Thiết bị này sử dụng trục khuỷu được điều chỉnhbằng vòng lệch tâm (Geo-pilot) hoặc bằng Piston thủy lực (Revolution).Thiết bị của các công ty hoạt động theo nguyên tắc Point-the-bit:

Những ưu điểm và nhược điểm của công nghệ RSS

• Ưu điểm:

Do được tích hợp với các thiết bị điện tử nên hệ thống lái chỉnh xiên (RSS) cho phépcác kỹ sư khoan theo dõi và điều chỉnh hướng khoan một cách liên tục nên có các ưu việtsau:

Cho phép khoan có cường độ góc cong lớn, thích hợp cho các giếng vươn xa, có độ rờiđáy lớn - Chất lượng giếng tốt hơn, mượt hơn Giúp giảm khả năng kẹt cần, dễ dàng lắp đặtống chống

Toàn bộ cột cần khoan quay trong khi làm việc giúp tránh khả năng kẹt mút cột cần và

bộ khoan cụ

Ít xảy ra sai số

Có thể sử dụng trong các giếng có quỹ đạo phức tạp dạng 3D các kỹ sư khoan điểuchỉnh hướng dễ hơn mà không cần phải đi điều chỉnh lại bộ khoan cụ Như vậy năng suấtkhoan cao hơn Thời gian khoan được rút ngắn Nâng cao tốc độ cơ học khoan

• Nhược điểm:

Do có tích hợp các thiết bị điện tử phức tạp nên hệ thống lái chỉnh xiên khi bị hỏng rấtkhó sửa chữa và thay thế Khoảng nhiệt độ làm việc phụ thuộc vào thiết kế của nhà cungcấp dịch vụ

Giá thành cao hơn hẳn do phải đi thuê từ nước ngoài

3.1.1.2 Đặc điểm của phương pháp khoan bằng động cơ Top Drive

Phương pháp khoan bằng động cơ Top drive hoạt động dựa trên nguyên lý tương tựnhư phương pháp khoan roto, chuyển động quay được tryền tới choòng khoan thông qua cộtcần khoan để phá hủy đất đá Top drive là thiết bị ngoài việc là động cơ làm quay choòngkhoan thông qua cột cần khoan nó còn thực hiện chức năng như đầu xoay thủy lực thôngthường

Ưu điểm của phương pháp khoan bằng Top drive

+ Không phải sử dụng cần chủ đạo nên có thể thao tác lắp bộ khoan cụ ở mọi độ cao.+ Cho phép giảm thời gian tiếp cần do có thể tiếp cần dựng (ba cần đơn) trong quátrình khoan.

+ Khắc phục sự cố kẹt bộ dụng cụ hiệu quả hơn so với khoan Roto vì động cơ TopDrive có khả năng vừa quay vừa kéo bộ dụng cụ

+ Lấy mẫu khoan dài

Nhược điểm của phương pháp khoan bằng Top drive.

+ Tiếp cần sát đáy dễ xẩy ra sự cố kẹt nhất là ở các tầng sập lở

+ Phải lắp đặt một hệ thống dẫn hướng trong tháp để khử mô men cản

+ Phải gia cố kết cấu tháp do có lực xoắn phụ

+ Phải có các ống mềm hoặc có cáp tải điện phụ trong tháp khoan

+ Tăng đáng kể khối lượng trên cao

+ Tăng giá thành thiết bị và nhất là phải chăm sóc bảo dưỡng nhiều hơn so với hệthống bàn Roto

Qua những phân tích phía trên việc ta nên sử dụng phương pháp Top Drive kết hợpvới thiết bị lái chỉnh xiên RSS cho giếng 09 – 2/09 – KTN – 5X

3.1.2 Phân chia khoảng khoan và cơ sở phân chia

3.1.2.1 Cơ sở phân chia khoảng khoan

Ta biết rằng khoảng khoan là tất cả các địa tầng liền kề nhau mà đất đá ở tầng đó cótính chất cơ – lý tương đồng ,có đặc điểm chất lưu, áp suất vỉa, áp suất vỡ vỉa hay dị thường

về áp suất,… thay đổi trong khoảng đủ nhỏ để ta có thể sử dụng cùng một chế độ khoan (n,

Q, dung dịch khoan, Gc ) để khoan qua Việc phân chia khoảng khoan phụ thuộc vào các yếu

tố cơ bản sau :

- Tính chất cơ – lý của đất đá ta khoan qua

- Độ sâu và hình dạng của thân giếng khoan

3.1.2.2 Phân chia khoảng khoan.

Bảng 3.1 bảng phân chia khoảng khoan của giếng 09-2/09-KTN-5X

STT Theo chiều sâu thằng đứng

Kết hợp với những phân tích tại mục 2.2.2ở phía trên cũng như theo kinh nghiệm

khoan các giếng lân cận giếng KTN-5X trước đó ta có :

+ Từ 94,5 ÷ 160m : là khoảng khoan ống chống định hướng,tính chất đất đá ở khu vực nàytương đối đồng nhất và ổn định

+ Từ 160÷ 750m : là khoảng khoan ống chống dẫn hướng đất đá ở khu vực này đất đá khátương đồng thành phần chủ yếu từ cát và cát dăm có độ liên kết kém, xốp ngoài ra còn cócuội xen lẫn các lớp mỏng sét, sét vôi

+ Từ 750 ÷ 2096m : đoạn này là đoạn cát xiên sau khi chống ống dẫn hướng

+ Từ 2096 ÷ 3446,5m : đoạn này là đoạn ổn định góc nghiêng , chuyển từ tầng Mioxen hạsang tần Oligoxen, đất đá ở đây chủ yếu có thành phần từ sét Ta có thể điều chỉnh thông sốdung dịch phù hợp đển khoan đến nóc tầng móng Sau đó ta tiến hành chống ống và chuẩn

bị để khoan công đoạn cuối vào tầng móng

+ Từ 3446,5 ÷ 3461,5 m : đoạn này là khoan trong tầng móng , trong khoảng này đất đá đồngnhất, do yêu cầu thiết kế nên khoan đến đây ta dừng lại – thân giếng đoạn này dùng để khaithác nên ta phải dùng thông số chế độ khoan khác với các đoạn phía trên

3.1.3 Lựa chọn phương pháp khoan cho từng khoảng khoan

Theo các tài liệu, những phân tích ở trên kết hợp với kinh nghiệm khoan các giếng lâncận trước đó ta có :

- Khoảng khoan từ 94,5 ÷ 160m : Đoạn này tiến hành khoan mở lỗ , đất đá mềm, bở rời,đường kính lỗ khoan lớn đòi hỏi momen quay choòng lớn do đó ta chọn phương pháp khoanbằng động cơ Top Drive

- Khoảng khoan từ 160 ÷ 750m : Đất đá mềm bở rời, độ cứng từ I – II theo độ khoan nên cầnmomen quay choòng đủ lớn do đó ta dung phương pháp khoan bằng động cơ Top Drive.

- Khoảng khoan từ 750 ÷ 2096m: Là đoạn ta tiến hành cắt xiên đòi hỏi tăng góc nghiêng nên

ta sử dụng phương pháp khoan bằng động cơ Top Driver kết hợp thiết bị chỉnh xiên AuToTrak

- Khoảng khoan từ 2096 ÷ 3446,5m : Là đoạn ổn định góc nghiêng của thân giếng, đất đácứng, mềm xen kẽ do đó ta sử dụng phương pháp khoan bằng động cơ Top Driver kết hợpthiết bị chỉnh xiên AuTo Trak

- khoảng khoan từ 3446,5 ÷ 3461,5m : Đây là khoảng khoan trong tầng đất đá móng có độcứng lớn đòi momen nhỏ và số vòng quay lớn thích hợp với khoan bằng động cơ đáy Tuynhiên đây là tầng đá móng nứt nẻ, với áp suát vỉa nhỏ gây tổn thất thuỷ lực rất lớn đồng thờinhiệt độ vỉa tương đối cao Do đó ta chọn phương pháp khoan bằng động cơ Top Drive đểkhoan cho đoạn này

bảng 3.2 Lựa chọn phương pháp khoan cho từng khoảng khoan

Khoảng khoan (m)

Phương pháp khoan

94,5 ÷ 160 Động cơ Top Drive

160 ÷750 Động cơ Top Drive

750 ÷2096 Động cơ Top Drive kết hợp thiết bị AuTo Trak

2096 ÷ 3446,5 Động cơ Top Drive kết hợp thiết bị AuTo Trak3446,5 ÷3461,5 Động cơ Top Drive

3.2 Lựa chọn thiết bị khoan.

3.2.1 Yêu cầu đối với thiết bị khoan

Do yêu cầu công tác khoan trên biển cũng như việc thiết kế xây dựng giàn khoan khaithác sau này Để đảm bảo hiệu ủa kinh tế cao, hệ số thu hồi sản phẩm lớn nhất, đồng thời đểcác giếng khoan không trùng, chạm nhau khi thực hiện công tác khoan người ta phải thicông giếng với dạng profile phù hợp với điều kiện kĩ thuật và công nghệ của giàn khoannhư :

- Yếu tố công nghệ: phương pháp khoan, chiều sâu tiến hành,

- Yếu tố kỹ thuật: các thiết bị hiện đang được dùng phổ biến, phù hợp với trình độ của cán bộnhân viên làm việc

- Yếu tố kinh tế: giảm tối đa chi phí về thời gian,nguyên vật liệu cho quá trình khoan

- Phù hợp với điều kiện khoan khắc nhiệt ngoài biển.

3.2.2 Tháp khoan và các thiết bị nâng thả

3.2.2.1 Tháp khoan

Chức năng, nhiệm vụ của tháp khoan

Chịu toàn bộ tải trọng tĩnh và tải trọng động trong quá trình tời khoan thực hiện côngtác kéo thả cột cần khoan hoặc ống chống

Treo giữ một phần trọng lượng của cột cần khoan khi khoan ở chế độ giảm tải

Làm chỗ dựa tàm thời cho các cần dựng trong quá trình chuẩn bị thả cần, các thiết bịkhoan, thiết bị khai thác và thả các thiết bị đo vào giếng,

Yêu cầu kỹ thuật đối với tháp khoan

Đảm bảo độ bền và làm việc ổn định với tải trọng lớn khi thực hiện công tác thả hoặccứu chữa sự cố trong quá trình khoan

Có chiều cao hợp lý để giảm thời gian kéo thả cột cần khoan, ống chống

Phải có trọng lượng và kích thước nhỏ gọn, có kết cấu đơn giản để tạo điều kiện thuậnlợi cho quá trình xây lắp cũng như công tác kéo thả trong quá trình khoan

Khi chọn tháp khoan thì ta phải chọn theo hai dạng tiêu chuẩn là tải trọng thẳng đứng

và chiều cao của tháp khoan Hai tiêu chuẩn này phụ thuộc vào chiều sâu của giếng

Trong quá trình làm việc có 2 loại tati trọng tác dụng lên tháp :

+ Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên móc nâng của cột cần khoan,hay ống chống

+ Tải trọng theo phương ngang của cần dựng và của gió

Các tải trọng này được tính toán sao cho nhỏ hơn tải trọng làm việc của tháp Chính vìvậy khi chọn tháp để thi công một giếng khoan cụ thể ta phải tính được tải trọng tối đa củacột cần hay ống chống tác dụng lên móc nâng

• Tải trọng cực đại tác dụng lên móc nâng:

Qmax: là tải trọng lớn nhất của cột ống đặt lên móc nâng.

Q : trọng lượng của bộ khoan cụ hoặc ống chống tác dụng lên móc nâng ở điều kiệnkhông khí

Theo bảng trên thì trọng lượng của cột ống khai thácφ

=245mm được thả tới chiều sâu

m là lớn nhất => Q= 305,497 T

Thay số vào ta được: Qm= 333,4 T Đây là cơ sở để chọn chiều cao tháp khoan

Dựa vào tình hình thực tế, để thực hiện quá trình khoan giếng 09-2/09-KTN-5X Công

ty điều hành chung sử dụng giàn khoan PVDrilling đã sử dụng giàn PVD VI Với các thông

số kỹ thuật của tháp khoan như sau: