Tính toán và đánh giá trạng thái động học bộ khoan cụ đường kính nhỏ trong đá móng nứt nẻ tại vùng biển Việt Nam

Việc phát hiện thân dầu trong tầng đá móng nứt nẻ đã mở ra kỷ nguyên mới trong công tác tìm kiếm, thăm dò và khai thác dầu khí ở Việt Nam, đánh dấu một bước ngoặt trong việc nhận định và đánh giá mới về tiềm năng dầu khí ở thềm lụa địa phía Nam, thay đổi cách nhìn nhận và xác định chiến lược thăm dò dầu khí ở khu vực. Kể từ khi phát hiện ra dầu trong đá móng, công tác khoan tập trung vào đối tượng tầng đá móng. Để nâng cao hiệu quả công tác khoan, cần phải nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình khoan. Các nghiên cứu trước đây chỉ nghiên cứu đơn lẻ một vấn đề nên chưa đánh giá được ảnh hưởng đồng thời của tất cả các yếu tố đến hệ động lực học quá trình khoan. Do đó, nghiên cứu, đánh giá tác động của các nhân tố tới hệ thống động học bộ khoan cụ đường kính nhỏ trong đá móng nứt nẻ ở vùng biển Việt Nam để định hướng các giải pháp công nghệ trong việc lắp ráp bộ dụng cụ khoan phù hợp.

Đồ án mơn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam MỤC LỤC Danh mục ký hiệu Danh mục hình ảnh Danh mục bảng biểu Danh mục phương trình MỞ ĐẦU CHƯƠNG I 12 KHÁI QUÁT VỀ HOẠT ĐỘNG KHOAN TẠI MỎ BẠCH HỔ 12 1.1 Giới thiệu chung mỏ Bạch Hổ 12 1.1.1 Ðịa tầng mỏ Bạch Hổ 12 1.1.2 Lịch sử phát tổ chức khai thác dầu mỏ Bạch Hổ 13 Những mỏ dầu khí móng nứt nẻ tiếp tục phát 13 1.1.3 1.2 Các đối tượng khai thác dầu khí mỏ Bạch Hổ 14 Cơng nghệ khoan tầng đá móng nứt nẻ mỏ Bạch Hổ 15 CHƯƠNG II 17 NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ĐỘNG HỌC BỘ DỤNG CỤ KHOAN ĐƯỜNG KÍNH NHỎ TRONG MĨNG NỨT NẺ MỎ BẠCH HỔ 17 2.1 Sự tác động hệ động lực học trình khoan 17 2.1.1 Những dao động ảnh hưởng lên khoan cụ 17 2.1.2 Các yếu tố gây ổn định hệ động lực học trình khoan 18 2.2 Nghiên cứu trạng thái làm việc hệ động lực học trình khoan 18 2.2.1 Lý thuyết Tai Biến (Catastrophe Theory): 18 2.2.2 Bảy tai biến 19 2.2.3 Ứng dụng lý thuyết Tai Biến để đánh giá ổn định động học hệ động lực học trình khoan 20 CHƯƠNG III .25 MỘT SỐ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ NÂNG CAO HIỆU QUẢ THI CƠNG KHOAN ĐƯỜNG KÍNH NHỎ TRONG THÂN DẦU ĐÁ MÓNG NỨT NẺ MỎ BẠCH HỔ 25 3.1 Hồn thiện khoan cụ đường kính nhỏ 25 3.1.1 Nhóm Tính chất lý đá móng nứt nẻ mỏ Bạch Hổ 25 Lớp: KKT-01 Đồ án môn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam 3.1.2 Giải pháp triệt tiêu dao động dọc trục khoan cụ 26 3.1.3 Tính tốn lựa chọn kiểu loại chng khoan 27 3.2 Tính tốn, lựa chọn thông số công nghệ, chế độ khoan tối ưu 29 3.2.1 Các cách tiếp cận xây dựng mơ hình tính tốn 30 3.2.2 Xây dựng mơ hình tính tốn thơng số công nghệ, chế độ khoan tối ưu 31 PHỤ LỤC .37 A Đặc điểm choòng .37 KẾT LUẬN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 Nhóm 5 Lớp: KKT-01 Đồ án mơn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam Danh mục ký hiệu Ký hiệu Chú giải GOST Tiêu chuẩn Nga BH JVPC VCH df dt dx f c1,…,cn u dVch Vch t h G N Q Ɵ W D0 C CB CDR ttr R Ø Bạch Hổ Công ty dầu khí Việt – Nhật Vận tốc học Đạo hàm hàm f Đạo hàm theo thời gian Đạo hàm theo biến x Hàm biến đổi trạng thái Tham số điều khiển Giá trị thời gian Đạo hàm theo vận tốc học Vận tốc học Thời gian khoan Số mét khoan Tải trọng lên choòng Tốc độ quay choòng khoan Lưu lượng bơm Các yếu tố ảnh hưởng đất đá, chủng loại choòng … Độ mòn choòng khoan Độ mòn ổ bi Giá thành mét khoan Giá thành chng khoan Chi phí cho giàn khoan Thời gian phụ trợ (kéo thả, tiếp cần …) Hệ số tương quan Đường kính Nhóm Đơn vị m/h h m Tấn Vòng/phút Lít/giây h mm Lớp: KKT-01 Đồ án mơn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam Danh mục hình ảnh Số hiệu hình ảnh Tên hình ảnh Trang 1-1 Mặt cắt địa chấn dọc khối nâng Trung tâm mỏ Rồng Bạch Hổ 12 1-2 Động thái khai thác mỏ Bạch Hổ giai đoạn 1986-2008 13 1-3 Mơ hình cấu trúc 3D móng mỏ Bạch Hổ 14 1-4 Mẫu đá Granit nứt nẻ nghiên cứu kính hiển vi 15 1-5 Chng khoan 4½” STX30DX 15 2-1 Quan hệ vận tốc học chng ½” theo chiều sâu 22 2-2 Quan hệ vận tốc học choòng ½” theo chiều sâu 23 3-1 Cấu tạo thiết bị giảm xóc 26 3-2 Chng khoan IADC code 627 (trái) IADC code 647 (phải) 28 3-3 Bố trí lại chng để chống lặp lại 29 3-4 Phủ phần hợp kim bên hơng chng khoan 29 3-5 Biểu đồ mô tả giá trị vận tốc khoan học thực tế tính tốn 36 Nhóm Lớp: KKT-01 Đồ án mơn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam Danh mục bảng biểu Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1-1 Số giếng khoan đá móng mỏ Bạch Hổ 16 1-2 Các tiêu kinh tế kỹ thuật choòng khoan sử dụng khoan đá móng nứt nẻ 16 1-3 Các loại chng khoan chế độ khoan thường dùng cho đá móng nứt nẻ 16 2-1 Bảy loại tai biến Thom 20 2-2 Bảng số liệu khoan giếng khoan GK112 mỏ Bạch Hổ 22 3-1 Đặc tính kỹ thuật thiết bị giảm xóc 26 3-2 Số liệu khoan thực tế 32 3-3 Số liệu tính tốn hệ số 34 Danh mục phương trình Số phương trình Tên phương trình Trang 2.1 Mơ mơ hình hóa hệ động lực dạng phương trình vi phân 18 2.3 Giá trị vận tốc khoan Vch phụ thuộc yếu tố tải trọng chiều trục, tốc độ vòng quay, lưu lượng bơm,… 20 2.5 Phương trình q trình phá hủy đất đá chng chịu nhiều yếu tố tác động 20 Nhóm Lớp: KKT-01 Đồ án mơn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam MỞ ĐẦU Việc phát thân dầu tầng đá móng nứt nẻ mở kỷ nguyên cơng tác tìm kiếm, thăm dò khai thác dầu khí Việt Nam, đánh dấu bước ngoặt việc nhận định đánh giá tiềm dầu khí thềm lụa địa phía Nam, thay đổi cách nhìn nhận xác định chiến lược thăm dò dầu khí khu vực Kể từ phát dầu đá móng, cơng tác khoan tập trung vào đối tượng tầng đá móng Tính cấp thiết đề tài Bể Cửu Long bể trầm tích có tiềm chứa dầu khí thềm lục địa Việt Nam nói chung thềm lục địa Nam Việt Nam nói riêng Mỏ Bạch Hổ thuộc bể trầm tích Cửu Long mỏ có quy mơ lớn nhất, diện tích trữ lượng, đặc trưng cho dầu tầng móng granitoid nứt nẻ bể Cửu Long nói riêng giới nói chung Do đồ án nhóm chủ yếu nghiên cứu tập trung vào mỏ Bạch Hổ Do cấu trúc địa tầng mỏ Bạch Hổ phức tạp, với diện tầng trầm tích Oligocene có áp suất vỉa dị thường cao nên để khoan đối tượng móng cần phải có cấp ống chống 7” cách ly địa tầng Oligocene này, từ sử dụng chng khoan với cấp đường kính 6½” Sau thời gian dài khai thác, giếng khoan vào đối tượng móng bị ngập nước, sản lượng khai thác thấp không hiệu Do việc khoan giếng không khả thi hiệu kinh tế, nên để đảm bảo sản lượng khai thác nâng cao hệ số thu hồi dầu, cần tận dụng thân giếng có (giếng khơng hoạt động hay hoạt động hiệu quả) để khoan cắt thân, cho phép mở rộng khu vực chưa có giếng khoan vùng bị tách biệt mực nước dâng lên không đồng q trình khai thác Do thi cơng cấu trúc giếng khoan cũ, cần sử dụng choòng khoan đường kính nhỏ đến 4½” để khoan vào đối tượng móng Khi độ sâu giếng tăng, đồng nghĩa với góc nghiêng độ dời đáy giếng tăng không kiểm sốt được, hiệu suất làm việc chng khoan bị ảnh hưởng hiệu Hệ thống động học q trình khoan khoan đá móng nứt nẻ với chng khoan đường kính nhỏ 114,3 – 165,1 mm thường xuyên rơi vào trạng thái ổn định tính bền động học Các tiêu kinh tế kỹ thuật choòng khoan thấp Để nâng cao hiệu công tác khoan, cần phải nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tới trình khoan Các nghiên cứu trước nghiên cứu đơn lẻ vấn đề nên chưa đánh giá ảnh hưởng đồng thời tất yếu tố đến hệ động lực học q trình khoan Do đó, nghiên cứu, đánh giá tác động nhân tố tới hệ thống động học khoan cụ đường kính nhỏ đá móng nứt nẻ vùng biển Việt Nam để định hướng giải pháp công nghệ việc lắp ráp dụng cụ khoan phù hợp Nhóm Lớp: KKT-01 Đồ án mơn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu đánh giá trạng thái động học hệ thống trình khoan, cho phép khẳng định hệ thống động học trình khoan với chng khoan đường kính nhỏ thường xun rơi vào trạng thái ổn định tính bền động học khoan đá móng nứt nẻ mỏ dầu khí thềm lục địa Nam Việt Nam, đặc biệt mỏ Bạch Hổ Đây sở để nghiên cứu, hoàn thiện dụng cụ khoan đường kính nhỏ, từ nâng cao hiệu suất làm việc chng đá móng, giảm độ mài mòn chng khoan, góp phần nâng cao hiệu cơng tác khoan đường kính nhỏ đá móng nứt nẻ mỏ Bạch Hổ Xây dựng mơ hình vận tốc học khoan cho loại chng khoan đường kính 4½” 6½” Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thư mục: Thu thập, thống kê, phân tích số liệu thực tế thông số chế độ khoan qua mét khoan thi công giếng mỏ Bạch Hổ; - Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết Tai Biến – Catastrophe để nghiên cứu, khảo sát, đánh giá hệ thống công nghệ khoan sở phân tích số liệu thực tế giếng khoan mỏ Bạch Hổ để xác định trạng thái động học, xác định thời điểm hiệu chỉnh tham số công nghệ hay thay đổi kỹ thuật – cơng nghệ cho phù hợp Thực tính tốn so sánh theo mơ hình Lancaster để lựa chọn độ bền (độ chịu mài mòn) vật liệu choòng khoan; - Ứng dụng công nghệ thông tin: Sử dụng phần mềm tin học khảo sát, đánh giá phân tích số liệu Ý nghĩa thực tiễn Nghiên cứu, đánh giá hệ động lực học dụng cụ khoan đường kính nhỏ cho phép lựa chọn thơng số chế độ khoan tối ưu, chọn thể loại kiểu choòng khoan phù hợp với điều kiện đất đá khoan qua với độ cứng cao độ mài mòn lớn Cho phép hệ động lực học trình khoan làm việc ổn định, tiêu hao lượng nhỏ nhất, tuổi thọ thiết bị cao nhất, tăng tối đa tốc độ học khoan giảm giá thành thi công Xây dựng mơ hình vận tốc khoan cho chng khoan đường kính nhỏ Luận điểm bảo vệ - Đá móng mỏ Bạch Hổ thuộc thềm lục địa Nam Việt Nam đối tượng phức tạp trình khoan chng khoan đường kính nhỏ Hệ động lực học q trình khoan khoan đá móng nứt nẻ với chng khoan đường kính nhỏ từ 114,3 – 165,1 mm thường xuyên rơi vào trạng thái ổn định tính bền động học Trạng thái thể rõ qua kết khoan quỹ đạo thực tế thân giếng Nhóm 10 Lớp: KKT-01 Đồ án mơn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam sai lệch với thiết kế khơng kiểm sốt được, gián tiếp ảnh hưởng xấu đến hiệu suất phá hủy đất đá choòng khoan.Các tiêu kinh tế kỹ thuật choòng khoan thấp, thời gian khoan dài chi phí khoan cao - Lựa chọn loại choòng khoan phù hợp với loại đất đá khoan; tính tốn thơng số cơng nghệ, chế độ khoan hợp lý cho trình phá hủy đất đá choòng khoan giải pháp nâng cao hiệu suất làm việc chng đá móng, giảm độ mài mòn chng khoan, góp phần nâng cao hiệu cơng tác khoan đường kính nhỏ đá móng nứt nẻ mỏ Bạch Hổ Cơ sở tài liệu đồ án Đồ án xây dựng sở: Các tài liệu thi cơng giếng khoan khai thác dầu khí mỏ Bạch Hổ thuộc Liên doanh Việt – Nga Vietsovpetro; Các báo cáo tổng kết hoạt động thăm dò, khai thác dầu khí thềm lục địa Nam Việt Nam Tập đồn dầu khí Quốc gia Việt Nam; Các báo cơng trình nghiên cứu khoa học tác giả nước nước ngồi đăng tạp chí chun ngành Bố cục đồ án Đồ án gồm lời mở đầu, chương, kết luận kiến nghị Chương – Khái quát hoạt động khoan mỏ Bạch Hổ; Chương – Nghiên cứu trạng thái động học dụng cụ khoan đường kính nhỏ đá móng nứt nẻ mỏ Bạch Hổ; Chương – Một số giải pháp công nghệ nâng cao hiệu thi công khoan đường kính nhỏ thân dầu đá móng nứt nẻ mỏ Bạch Hổ Do kiến thức nhiều hạn chế nên đồ án khơng khỏi nhiều khiếm khuyết, nhóm thực đồ án mong nhận góp ý bảo thầy cô giáo bạn bè Nhóm 11 Lớp: KKT-01 Đồ án mơn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam CHƯƠNG I KHÁI QUÁT VỀ HOẠT ĐỘNG KHOAN TẠI MỎ BẠCH HỔ 1.1 Giới thiệu chung mỏ Bạch Hổ Mỏ Bạch Hổ nằm trung tâm bể Cửu Long, mỏ lớn Việt Nam đứng vào hàng thứ mỏ phát khu vực vành đai Tây Bắc cung Thái Bình Dương (bao gồm: Nhật Bản, Trung Quốc nước Asean), đứng sau mỏ Đại Khánh Trung Quốc (phát năm 1959) mỏ Minas Indonesia (phát năm 1944) 1.1.1 Ðịa tầng mỏ Bạch Hổ Lát cắt địa chất mỏ Bạch Hổ (Hình 1-1) gồm móng kết tinh trước Kainozoi trầm tích lục nguyên Chiều dày tổng cộng mở theo chiều thẳng đứng đá móng 1990m, tầng đá trầm tích 4740m Hình 1-1 Mặt cắt địa chấn dọc khối nâng Trung tâm mỏ Rồng Bạch Hổ [8] Móng gồm đá macma granitoid kết tinh đai mạch diaba bazanandesite poocfia, hay gọi chung đá móng Ðộ cứng đá móng nằm khoảng 210 ×105 Pa đến 220 ×105 Pa ( theo nghiên cứu Trường Đại học Dầu khí Quốc Gia Nga Gubkin – RSUOG Viện Dầu khí Việt Nam) [11] Lát cắt trầm tích gồm đá tuổi Paleogen (Oligocen), Neogen (MiocenPliocen) Ðệ tứ, chúng chia nhỏ thành điệp với tên gọi địa phương Nhóm 12 Lớp: KKT-01 Đồ án mơn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam 1.1.2 Lịch sử phát tổ chức khai thác dầu mỏ Bạch Hổ Biểu dầu đá móng mỏ Bạch Hổ ghi nhận giếng BH-1 kết thử vỉa khơng cho dòng Giếng khoan BH-6 khoan sâu vào móng 23m đến chiều sâu 3533m vào ngày 05/5/1987 thử vỉa với tầng Oligocen cho lưu lượng 477 t/ng Mặc dù có nghi vấn giếng BH-6 xem giếng phát dòng dầu có lưu lượng cơng nghiệp tầng chứa đá móng thềm lục địa Việt Nam Dầu đá móng nứt nẻ khẳng định có lưu lượng cơng nghiệp quay lại thử vỉa móng giếng BH-1 đưa vào khai thác ngày 6/9/1988 Lịch sử khai thác dầu khí mỏ Bạch Hổ giai đoạn 1986 – 2008 thể biểu đồ (Hình 1-2) Hình 1-2 Động thái khai thác mỏ Bạch Hổ giai đoạn 1986-2008 [8] Những mỏ dầu khí móng nứt nẻ tiếp tục phát Tiếp nối sau Vietsovpetro, áp dụng giải pháp công nghệ kinh nghiệm Vietsovpetro khai thác dầu đá móng, có cải tiến hoàn thiện cho phù hợp với đặc điểm mơ hình địa chất, đặc tính chất lưu vỉa mỏ, công ty dầu Petronas (PCV), JVPC, Cửu long JOC, Hoàng Long – Hoàn Vũ JOC, VRJ phát tổ chức khai thác có hiệu mỏ Rạng Đông, Sư Tử Đen, Sư Tử Vàng, Sư Tử Nâu, Cá Ngừ Vàng, Ruby, Nam Rồng – Đồi Mồi, Hải Sư Đen… Hiện nay, tổng sản lượng dầu khai thác từ mỏ dầu đá móng nứt nẻ chiếm phần lớn tổng sản lượng dầu khai thác Petrovietnam Nhóm 13 Lớp: KKT-01 Đồ án mơn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam nhiều yếu tố trầm tích, loại chng, áp suất vỉa, điều kiện nhiệt độ, thông số khoan tính chất lưu biến dung dịch khoan quan trọng Tóm lại, tốc độ khoan học phụ thuộc nhiều vào yếu tố điều khiển yếu tố không điều khiển Trong thực tế, thời gian khoan thường chiếm gần 1/3 thời gian xây dựng giếng Do việc tối ưu thơng số khoan qua việc xây dựng mơ hình tính tốn đóng vai trò quan trọng việc giảm chi phí khoan 3.2.1 Các cách tiếp cận xây dựng mơ hình tính tốn Do phức tạp chế tác động đến tốc độ khoan, người ta thường sử dụng số liệu thực nghiệm, kết phân nhóm theo khoảng chiều sâu, theo địa tầng tướng đá, loại choòng khoan phương pháp khoan… để thiết kế xây dựng giếng khoan Tuy nhiên, cách tiếp cận phương pháp thực nghiệm phải thực nhiều phương án khác với tham số điều khiển cố định, phải thay đổi điều kiện ngoại biên cách tích cực thực nghiệm khảo sát giếng chuẩn giếng thông số dẫn đến việc giải đầy đủ [11] Cách tiếp cận thứ hai dựa số liệu thu thập việc xử lý liệu thơng tin ban đầu, phân nhóm liệu cho loại choòng khoan, loại đất đá tương ứng, chiều sâu khoan Các số liệu xử lý, tính tốn thơng qua hàm tiêu chuẩn tối ưu để xác định giá trị G, n, Q, T xây dựng định mức tiêu hao choòng khoan, khả khoan chng Với cách tiếp cận này, thơng tin thu thập từ nhiều số liệu khảo sát phương pháp thống kê sử dụng để loại trừ số liệu khơng tin cậy hay sai sót sở tiêu chuẩn thống kê qua kiểm tra tính đồng số liệu, đánh giá xác tính tốn thơng số cơng nghệ chế độ khoan Việc phân tích xử lý lượng lớn thông tin phức tạp nhiều thời gian phương tiện xử lý đại không sử dụng Cách tiếp cận thứ ba dựa mơ hình tốn học quy trình quan điểm phân tích tiêu chuẩn tối ưu Sau xây dựng mơ hình, việc lựa chọn chng khoan thông số khoan thông qua việc tối ưu hóa mơ hình Ở đây, nhóm tác giả sử dụng cách tiếp cận thứ ba để xác định thông số công nghệ, chế độ khoan tối ưu Nhóm 30 Lớp: KKT-01 Đồ án mơn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam 3.2.2 Xây dựng mơ hình tính tốn thơng số cơng nghệ, chế độ khoan tối ưu Mơ hình xây dựng dựa hệ phương trình gồm: phương trình vận tốc học, phương trình mòn răng, phương trình mòn ổ bi phương trình giá thành mét khoan (3.9) Trong đó: h: số mét khoan t: thời gian khoan G: tải trọng lên choòng N: tốc độ quay cần khoan Q: lưu lượng bơm : yếu tố ảnh hưởng đất đá, chủng loại chng khoan; tính chất dung dịch, đặc tính khoan cụ đáy… W: độ mòn chng khoan D0: độ mòn ổ bi C: giá thành mét khoan CB: giá thành chng khoan CDR: chi phí cho giàn khoan (máy móc thiết bị, nhân cơng, dịch vụ…) ttr: thời gian phụ trợ (kéo thả, bơm rửa, tiếp cần, khoan doa …) Trong mơ hình tính tốn này, phương trình vận tốc học có tầm quan trọng tính phức tạp hàng đầu Phương trình vận tốc học phải thể mối liên hệ ảnh hưởng tham số điều khiển (các thơng số cơng nghệ tải trọng lên chng WOB, tốc độ quay RPM, lưu lượng bơm…) tham số khơng điều khiển (các tính chất lý đất đá: độ cứng, độ mài mòn…) lên tốc độ phá hủy đất đá chng khoan Trong thơng số trên, ba thơng số quan trọng tải Nhóm 31 Lớp: KKT-01 Đồ án mơn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam trọng lên chng, tốc độ quay chng khoan thơng số liên quan tới thủy lực khoan Giả sử ta có mơ hình tốn học sau biểu diễn vận tốc học khoan [11]: V = a×G2 + b×Q2 + c×N2 + d×G×Q×N + k (3.10) Trong đó: V: vận tốc học khoan (m/s) G: tải trọng lên choòng (kg) N: tốc độ quay cần khoan (vòng/giây) Q: lưu lượng bơm (m3/s) a, b, c, d, k: hệ số Phương trình vận tốc học biến thiên theo dạng parabol, vận tốc học khoan theo dạng bậc hai có giá trị vận tốc học khoan tăng dần đạt giá trị tải trọng lên choòng, tốc độ quay choòng, lưu lượng bơm giảm xuống Xác định hệ số a, b, c, d, k phương trình vận tốc khoan học cách thiết lập hệ phương trình sau (với X1= G2, X2= Q2, X3= N2, X4= G×N×Q, Y=V) (3.11) Để xác định hệ số a, b, c, d k, nhóm tác giả sử dụng 52 nhóm số liệu từ bảng sau: Bảng 3-2: Số liệu khoan thực tế [9] STT Nhóm N (vòng/giây) (1) 1.25 1.166666667 1.166666667 1.133333333 1.133333333 1.083333333 Q (m3/s) (2) 0.04 0.038 0.037 0.037 0.034 0.034 0.035 32 G (kg) (3) 2000 6000 8500 10500 9500 10500 10500 V(m/s) (4) 0.010305958 0.009470899 0.00671024 0.007727273 0.00537037 0.003095238 0.004738562 Lớp: KKT-01 Đồ án mơn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 Nhóm (1) 1.083333333 1.083333333 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1.083333333 (2) 0.036 0.036 0.033 0.033 0.042 0.043 0.033 0.033 0.033 0.041 0.041 0.039 0.04 0.036 0.035 0.035 0.034 0.022 0.026 0.026 0.024 0.026 0.026 0.024 0.024 0.024 0.025 0.025 0.021 0.021 0.021 0.021 0.019 0.019 0.017 0.019 0.019 0.017 0.017 0.009 0.007 0.01 0.01 33 (3) 10500 10500 7000 7000 7000 7000 7000 7000 6000 6000 6000 8500 5500 5500 6000 8000 8000 7000 7000 5500 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 8000 8000 8000 5000 5000 5000 8000 8000 9000 9000 6500 6500 6500 7500 (4) 0.001382368 0.001794872 0.00337963 0.003055556 0.000582011 0.00078177 0.003009259 0.001375 0.001125 0.001176471 0.001186869 0.002777778 0.002015873 0.001372549 0.001984127 0.001262626 0.00188172 0.000416667 0.000912698 0.001755051 0.001203704 0.001041667 0.001736111 0.001388889 0.000701058 0.000763889 0.000868056 0.000702614 0.001388889 0.001164021 0.000805556 0.000730994 0.00125 0.000847953 0.000730159 0.000462963 0.000509259 0.000694444 0.000399306 0.000416667 0.000952381 0.001604938 0.001190476 Lớp: KKT-01 Đồ án môn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam STT 51 52 (1) 1.083333333 1.083333333 (2) 0.01 0.01 (3) 7500 7500 (4) 0.001701389 0.001180556 Bảng 3-3: Số liệu tính tốn hệ số STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 Nhóm X1=G (1) 4000000 36000000 72250000 110250000 90250000 110250000 110250000 110250000 110250000 49000000 49000000 49000000 49000000 49000000 49000000 36000000 36000000 36000000 72250000 30250000 30250000 36000000 64000000 64000000 49000000 49000000 30250000 36000000 36000000 36000000 36000000 36000000 36000000 36000000 36000000 36000000 X2=Q2 (2) 0.0016 0.001444 0.001369 0.001369 0.001156 0.001156 0.001225 0.001296 0.001296 0.001089 0.001089 0.001764 0.001849 0.001089 0.001089 0.001089 0.001681 0.001681 0.001521 0.0016 0.001296 0.001225 0.001225 0.001156 0.000484 0.000676 0.000676 0.000576 0.000676 0.000676 0.000576 0.000576 0.000576 0.000625 0.000625 0.000441 X3=N2 (3) X4=GNQ (4) 1.5625 1.361111111 1.361111111 1.284444444 1.284444444 1.173611111 1.173611111 1.173611111 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 80 285 366.9166667 453.25 366.0666667 404.6 398.125 409.5 409.5 231 231 294 301 231 231 198 246 246 331.5 220 198 210 280 272 154 182 143 144 156 156 144 144 144 150 150 126 34 V(m/s) (thực tế) (5) 0.010305958 0.009470899 0.00671024 0.007727273 0.00537037 0.003095238 0.004738562 0.001382368 0.001794872 0.00337963 0.003055556 0.000582011 0.00078177 0.003009259 0.001375 0.001125 0.001176471 0.001186869 0.002777778 0.002015873 0.001372549 0.001984127 0.001262626 0.00188172 0.000416667 0.000912698 0.001755051 0.001203704 0.001041667 0.001736111 0.001388889 0.000701058 0.000763889 0.000868056 0.000702614 0.001388889 Lớp: KKT-01 Đồ án môn học 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam (1) 64000000 64000000 64000000 25000000 25000000 25000000 64000000 64000000 81000000 81000000 42250000 42250000 42250000 56250000 56250000 56250000 (2) 0.000441 0.000441 0.000441 0.000361 0.000361 0.000289 0.000361 0.000361 0.000289 0.000289 0.000081 0.000049 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 (3) 1 1 1 1 1 1 1.173611111 1.173611111 1.173611111 (4) 168 168 168 95 95 85 152 152 153 153 58.5 45.5 65 81.25 81.25 81.25 (5) 0.001164021 0.000805556 0.000730994 0.00125 0.000847953 0.000730159 0.000462963 0.000509259 0.000694444 0.000399306 0.000416667 0.000952381 0.001604938 0.001190476 0.001701389 0.001180556 Sử dụng 52 nhóm số liệu trên, nhóm tác giả tính tốn theo tốn bình phương tối thiểu đưa kết sau: a= -2.73673×10-11 b= 0.309982973 c= 0.001367499 d= 8.86414×10-6 k= 0.000126001 Từ đó, phương trình (3.10) trở thành: V= -2.73673×10-11G2 + 0.309982973Q2 + 0.001367499 N2 + 8.86414×10-6 GQN+ 0.000126001 (3.12) Để đánh giá độ tin cậy mơ hình toán học, cần thiết phải sử dụng hệ số tương quan R Hệ số tương quan đo lường mức độ tuyến tính hai biến mà vận tốc khoan học thực tế vận tốc khoan học lý thuyết Khi R gần mối quan hệ tuyến tính hai biến chặt, ngược lại R gần mối quan hệ tuyến tính lỏng lẻo Theo [11], việc xây dựng mơ hình tính tốn giá trị vận tốc khoan học, mơ hình có độ tin cậy cao R ≥ 64% Sau xây dựng phương trình vận tốc học khoan, chúng tơi tính hệ số tương quan R từ tập hợp gồm 52 nhóm số liệu Hệ số tương quan R tính sau: Nhóm 35 Lớp: KKT-01 Đồ án mơn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam n R  (V i 1 n  (V i 1  Vi ) n  V )   (V pi  Vi ) pi pi ×100% = 88.35 % (3.13) i 1 Giá trị cao so với tiêu chuẩn giá trị kỳ vọng nhóm tác giả (R=64%) Hình 3-5 Biểu đồ mơ tả giá trị vận tốc khoan học thực tế tính tốn Từ biểu đồ phân bố vận tốc học thực tế lý thuyết, số liệu sát với Độ lệch giá trị thực tế lý thuyết khơng cao mơ hình tốn học mơ tả xác vận tốc khoan học Vì vậy, khẳng định mơ hình đáp ứng yêu cầu đề xây dựng vận tốc học khoan qua tầng đá móng mỏ Bạch Hổ Nhóm 36 Lớp: KKT-01 Đồ án mơn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam PHỤ LỤC A Đặc điểm choòng TT Đặc điểm IADC code 627 IADC code 647 Loại choòng Răng đính Răng đính Độ cứng địa tầng khoan qua Sét/đá vơi mềm đến trung bình Địa tầng cứng đến cứng Cấu tạo ổ lăn (ổ đỡ) choòng Ổ bạc, chống mài mòn Ổ bạc, chống mài mòn Nhóm 37 Lớp: KKT-01 Đồ án mơn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam KẾT LUẬN Bằng lý thuyết Tai Biến (Catastrophe Theory) xây dựng mô hình tính tốn cơng nghệ, chế độ khoan tối ưu cho phép nghiên cứu đánh giá trạng thái động học hệ thống trình khoan Những kết cho phép khoanh vùng khoảng chiều sâu, mà hệ động lực học thể bộc lộ nhược điểm quy trình cơng nghệ Qua đó, nhà thiết kế làm sở để hồn thiện đưa giải pháp cơng nghệ tối ưu cho quy trình cơng nghệ nhằm đảm bảo hệ động lực học trình khoan làm việc cách phù hợp hoàn hảo mơi trường cụ thể Hệ động lực học q trình khoan khoan đá móng mỏ Bạch Hổ ln làm việc trạng thái cưỡng bức, hiệu làm việc choòng khoan thấp quỹ đạo thân giếng thiết kế phương vị giếng khoan không ổn định Độ mài mòn đá móng cao, lựa chọn choòng khoan phải quan tâm đến yếu tố nhằm giảm thiểu hỏng hóc vật liệu chế tạo chng chưa phù hợp với đá móng Dựa vào mơ hình tốn học quy trình quan điểm phân tích tiêu chuẩn tối ưu tốn thống kê, kết hợp với phần mềm máy tính chuyên dụng để thiết kế thông số công nghệ, chế độ khoan tối ưu cho khoảng khoan loại choòng khoan khác KIẾN NGHỊ - Kết nghiên cứu đồ án cho phép ứng dụng vào công tác thiết kế thi công giếng khoan mỏ Bạch Hổ, đồng thời áp dụng cho vùng mỏ khác có điều kiện địa chất tương tự - Ngồi ra, nhóm phát triển “lập trình phần mềm tự động dự đốn tốc độ khoan” để có điều chỉnh kịp thời nhằm tối ưu hóa hiệu suất khoan Nhóm 38 Lớp: KKT-01 Đồ án môn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Anh Hughes Christensen Company IADC dull grading system for roller bits 1996 R.G Compton, A Okninski Catastrophe Theory Polish Scientific Publishers 1992 V.I.Arnold Catastrophe theory Springer 1990 V S Afrajmovich, V I Arnold, et al Bifurcation Theory And Catastrophe Theory ISBN 3-540-65379-1 Gilmore, Robert.1993 Catastrophe Theory for Scientists and Engineers New York: Dover, 1993 Alexander Woodcock, Monte Davis.1978 Catastrophe Theory E.P.Dutton, New York Wolfgang Wildgen Catastrophe Theoretic Semantics John Benjamins Publishing Company Amsterdam/Philadelphia 1982 Tài liệu tiếng Việt Ngơ Thường San Tìm kiếm, phát khai thác có hiệu mỏ dầu Bạch Hổ Petrotimes 10/01/2015 Vietsovpetro 2015 Số liệu khoan giếng khoan GK112 mỏ Bạch Hổ 10 TS Nguyễn Thế Vinh (2012) Nghiên cứu hoàn thiện chế độ cơng nghệ khoan giếng có độ dời đáy lớn thềm lục địa Nam Việt Nam Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội, tr.13 – 15 11 ThS Nguyễn Văn Khương, TSKH Trần Xuân Đào, KS Nguyễn Thành Trường, TS Nguyễn Thế Vinh (2015) Một số giải pháp công nghệ nâng cao hiệu thi công khoan đường kính nhỏ thân dầu đá móng nứt nẻ mỏ Bạch Hổ Tạp chí Dầu khí số 1/2015, Hà Nội, tr.25 - 31 12 Nguyễn Văn Khương, Trần Xuân Đào, Nguyễn Thành Trường (2014) Nghiên cứu, đánh giá trạng thái động học dụng cụ khoan đường kính nhỏ móng nứt nẻ mỏ Bạch Hổ Tạp chí Dầu khí 2014; 11: trang 18 - 22 13 Trần Xuân Đào, Nguyễn Đức Du, Nguyễn Thế Vinh (2003) Công nghệ khoan đa đáy, giải pháp khả thi giai đoạn phát triển mỏ XNLD Vietsovpetro Tạp chí Dầu khí số 8-2003, Hà Nội, tr 27-32 14 Nguyễn Thế Vinh, Lê Xuân Lân, Trần Xuân Đào (2005) Nghiên cứu đánh giá trạng thái động học hệ thống cơng nghệ khoan dầu khí Tuyển tập báo cáo hội Nhóm 39 Lớp: KKT-01 Đồ án mơn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam nghị Khoa học - Cơng nghệ (30 năm Dầu khí Việt Nam - Cơ hội mới, Thách thức mới), Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, tr 773-782 15 Trần Xuân Đào, Nguyễn Thế Vinh (2006) Xác định thông số chế độ khoan tối ưu cách tiếp cận quan điểm bền động học trình khoan đá móng nứt nẻ mỏ Bạch Hổ Tạp chí Dầu khí số 5/2006, Hà Nội, tr 10-14 16 Nguyễn Thế Vinh, Hồ Quốc Hoa, Đỗ Thành Sỹ (2006) Đánh giá trạng thái làm việc hệ động học khoan sở hàm phân nhánh Tuyển tập công trình khoa học (chuyên đề kỷ niệm 40 năm thành lập môn Khoan - Khai thác), trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội, tr 23-26 Nhóm 40 Lớp: KKT-01 Đồ án môn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam TÍNH TỐN VÀ ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI ĐỘNG HỌC BỘ KHOAN CỤ ĐƯỜNG KÍNH NHỎ TRONG ĐÁ MĨNG NỨT NẺ TẠI VÙNG BIỂN VIỆT NAM Tóm tắt Chương 1: Khái quát hoạt động khoan mỏ Bạch Hổ - Mỏ Bạch Hổ mỏ dầu đá móng lớn Việt Nam Lát cắt địa chất mỏ Bạch Hổ gồm móng kết tinh trước Kainozoi trầm tích lục ngun Móng gồm đá macma granitoid kết tinh đai mạch diaba bazan-andesite poocfia, hay gọi chung đá móng, lát cắt trầm tích gồm đá tuổi Paleogen (Oligocen), Neogen (MiocenPliocen) Ðệ Tứ - Kể từ phát dầu đá móng thềm lục địa Việt Nam, công tác khoan tập trung vào đối tượng tầng đá móng Việc khoan tầng đá móng chng khoan với đường kính nhỏ 6½” - 4½”, thời gian khoan kéo dài đặc tính đất đá móng cứng, nứt nẻ, gây nhiều vấn đề thi cơng khoan Do đó, cần phải có nghiên cứu chuyên sâu nhằm đánh giá trạng thái động học thực tế dụng cụ khoan, sở để đề xuất giải pháp công nghệ phù hợp Chương : Nghiên cứu trạng thái động học dụng cụ khoan đường kính nhỏ đá móng nứt nẻ mỏ Bạch Hổ - Do cấu trúc địa tầng mỏ Bạch Hổ phức tạp áp suất vỉa dị thường cao nên để khoan đối tượng móng cần phải có cấp ống chống 7” để cách ly địa tầng, từ phải sử dụng chng khoan với cấp đường kính 6½”và 4½” để khoan vào đối tượng móng Việc nghiên cứu trạng thái động học dụng cụ khoan đường kính nhỏ (dưới 7”) tầng đá móng nứt nẻ giúp nâng cao hiệu công tác khoan - Bằng việc nghiên cứu lý thuyết Tai Biến (Catastrophe Theory) để ứng dụng việc đánh giá trạng thái động học hệ thống trình khoan, cho phép kết luận hệ thống động học trình khoan đá móng nứt nẻ với chng khoan đường Nhóm 41 Lớp: KKT-01 Đồ án mơn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam kính nhỏ 114,3 – 165,1mm không ổn định (cụ thể giếng khoan GK112, mỏ Bạch Hổ) Chương : Một số giải pháp công nghệ nâng cao hiệu thi công khoan đường kính nhỏ thân dầu đá móng nứt nẻ mỏ Bạch Hổ - Giải pháp thứ hoàn thiện khoan cụ đường kính nhỏ bao gồm giải pháp gắn thêm thiết bị giảm xóc đặc chủng (shock sub) để triệt tiêu hay hấp thụ phần dao động dọc trục giải pháp tính tốn lựa chọn kiểu, loại chng khoan phù hợp với tính chất tầng đá móng mỏ Bạch Hổ - Giải pháp thứ hai tính tốn, lựa chọn thơng số công nghệ, chế độ khoan tối ưu việc sử dụng số liệu khoan thực tế vào việc thiết lập mơ hình tính tốn dựa hệ phương trình gồm phương trình vận tốc học khoan, phương trình mòn răng, phương trình mòn ổ bi phương trình giá thành mét khoan Trong tập trung vào việc thiết lập mơ hình tính tốn phương trình vận tốc học khoan Nhóm 42 Lớp: KKT-01 Đồ án mơn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam CALCULATION AND EVALUATION OF THE DYNAMIC STABILITY OF BOTTOM HOLE ASSEMBLY FOR SLIM HOLE DRILLING SECTION IN THE FRACTURED BASEMENT AT COASTAL REGION OF VIETNAM Summary Chapter 1: Overview about drilling operations at White Tiger field - White Tiger is the largest basement rocks oil field in Viet Nam The geologycal cross sections of White Tiger involve crystalline basement rocks before Cenozoic era, and terrigenous sediments The basement rocks include granitic magma crystallized simultaneously with the diabase dyke and basalt – andesite porphyry, known as basement rocks Besides, the sections of sediment involve Paleogen (Oligocene), Neogen (Miocene, Pliocene) and Quarternary rocks - Since discover oil in continental shelf of Viet Nam, the drilling work concentrates on the object of basement layer In Vietsopetro – the owner of White Tiger field, using small diameter bits 6½” - 4½” drill into basement layer The basic parameters of basement rocks: harden, fracture inside cause problems while drilling Therefore, we need to study carefully on dynamic stability of bottom hole assembly, then develope technology, optimize the drilling business Chapter 2: Study on dynamic stability of bottom hole assembly for slim hole drilling section in the fractured basement of White Tiger field - Due to the complicated stratigraphic structure of White Tiger field with the presence of high abnormal pressure, drilling in the fractured basement a 7” casing will be needed to isolate zones, then 6½” and 4½” drill bits will be used to drill into the basement Results of study on dynamic stability of bottom hole assembly with outside diameter less than 7” while drilling in fractured basement will help to enhance the efficiency of the drilling operation in the fractured basement - By studying Catastrophe theory to apply into evaluating the dynamic stability of the drilling process, allow to give a conclusion that the dynamic system of drilling Nhóm 43 Lớp: KKT-01 Đồ án môn học Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam process in the fractured basement with 114,3 – 165,1 mm drill bits (small diameter) is unstable Chapter 3: Some technological solutions to enhance efficiency of slim hole drilling operation in White Tiger fractured basement - The first solution is perfecting the small diameter drilling assembly which includes attaching a shock sub in order to annul or partly absorb axial vibration and selecting, calculating the model and type of drill bit which is appropriate to properties of basement in White Tiger field - The second solution is selecting, calculating technological parameters and optimal drilling regime by applying practical data into setting up a mathematical model which is based on system of equations: rate of penetration equation, cutter wearing equation, ball-bearing wearing equation and drilling cost per foot equation The authors concentrated on setting up a mathematical model based on rate of penetration equation only Nhóm 44 Lớp: KKT-01 ... đó, nghiên cứu, đánh giá tác động nhân tố tới hệ thống động học khoan cụ đường kính nhỏ đá móng nứt nẻ vùng biển Việt Nam để định hướng giải pháp công nghệ việc lắp ráp dụng cụ khoan phù hợp Nhóm... khoan đường kính nhỏ Luận điểm bảo vệ - Đá móng mỏ Bạch Hổ thuộc thềm lục địa Nam Việt Nam đối tượng phức tạp q trình khoan chng khoan đường kính nhỏ Hệ động lực học q trình khoan khoan đá móng nứt. .. thống động học trình khoan khoan đá móng nứt nẻ với chng khoan đường kính nhỏ 114,3 – 165,1 mm thường xuyên rơi vào trạng thái ổn định tính bền động học Các tiêu kinh tế kỹ thuật choòng khoan