Đồ án môn học: Lựa chọn lưu lượng bơm hợp lý cho đoạn khoan đường kính 1214 giếng X bể Cửu Long

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM KHOA DẦU KHÍ  ĐỒ ÁN MÔN HỌC KHOAN ĐỀ TÀI: LỰA CHỌN LƯU LƯỢNG BƠM HỢP LÝ CHO ĐOẠN KHOAN ĐƯỜNG KÍNH 12-1/4” GIẾNG X BỂ CỬU LONG SINH VIÊN THỰC HIỆN: Phan Thanh Nhân MSSV: 04PET110013 Cao Lê Công Luận MSSV: 04PET110010 Lớp: K4KKT Khóa: 2014-2019 Người hướng dẫn: Ths Nguyễn Hữu Trường Bà Rịa, Tháng 12/2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM KHOA DẦU KHÍ  ĐỒ ÁN MÔN HỌC KHOAN ĐỀ TÀI: LỰA CHỌN LƯU LƯỢNG BƠM HỢP LÝ CHO ĐOẠN KHOAN ĐƯỜNG KÍNH 12-1/4” GIẾNG X BỂ CỬU LONG SINH VIÊN THỰC HIỆN: Phan Thanh Nhân MSSV: 04PET110013 Cao Lê Cơng Luận MSSV: 04PET110010 Lớp: K4KKT Khóa: 2014-2019 Người hướng dẫn: Ths Nguyễn Hữu Trường Bà Rịa, Tháng 12/2017 ĐỒ ÁN ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM Người hướng dẫn chính: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị) Người hướng dẫn phụ (nếu có): (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị) Người chấm phản biện: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị) Đồ án bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM ĐỒ ÁN MƠN HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM Ngày tháng năm … TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA DẦU KHÍ ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên SV: Phan Thanh Nhân MSSV: 04PET110013 Cao Lê Cơng Luận MSSV: 04PET110010 Ngành: Kỹ thuật dầu khí Lớp: K4KKT Tên đồ án môn học: Lựa chọn lưu lượng bơm hợp lý cho đoạn khoan đường kính 12-1/4” giếng X, bể Cửu Long Nhiệm vụ (Nội dung số liệu ban đầu): Việc lựa chọn tính tốn lưu lưu lượng bơm tối ưu cho đoạn khoan qua có ý nghĩa định tới hiệu khoan, tác giả tối ưu lưu lượng cho khoảng khoan cho khoan thân giếng đường kính 12-1/4'' Số liệu ban đầu: Chương trình khoan giếng phát triển khai thác X bể Cửu Long Nội dung đồ án: Chương 1: Cơ sở lý thuyết thủy lực khoan thiết kế giếng khoan Chương 2: Thông tin chung giếng khoan X Chương 3: Thiết kế tối ưu thủy lực khoan cho khoan đường kính 12-1/4” giếng X, bể Cửu Long Ngày giao đồ án môn học: 22/9/2017 Ngày hồn thành đồ án mơn học: 22/11/2017 Họ tên người hướng dẫn: Ths Nguyễn Hữu Trường Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày….tháng….năm… HIỆU TRƯỞNG TRƯỞNG PHÒNG ĐÀO TẠO NGƯỜI HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghĩ rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) LỜI CAM KẾT Chúng xin cam đoan kết nghiên cứu trình bày đồ án hồn tồn trung thực, khơng vi phạm điều luật sở hữu trí tuệ phát luật Việt Nam Nếu sai, chúng tơi hồn tồn chịu trách nhiệm trước pháp luật ĐẠI DIỆN TÁC GIẢ ĐỒ ÁN (Ký, ghi rõ họ tên) Phan Thanh Nhân i TĨM TẮT ĐỒ ÁN MƠN HỌC Đồ án chia làm chương với 60 trang nội dung Chương phần tổng quan lý thuyết thủy lực khoan dùng thiết kế giếng khoan Chương cung cấp thông tin giúp xác định áp suất vỉa áp suất vỡ vỉa, mơ hình lưu biến cơng thức giúp tính tốn tổn hao áp suất hệ thống tuần hồn giếng khoan Có hai tiêu chí tối ưu hóa thủy lực tối đa cơng suất thủy lực chng khoan tối đa lực va đập thủy lực Dựa vào tiêu chí ta chọn giá trị lưu lượng với kích thước vòi phun tối ưu Chương cung cấp thông tin tổng quan giếng khoan X vị trí mục đích giếng khoan, áp suất vỉa vỡ vỉa dự đoán, cấu trúc giếng với chương trình dung dịch khoan chương trình chng khoan kỹ sư thiết kế cho việc khoan giếng X Chương phần kết thực tính tốn tối ưu thủy lực cho đoạn khoan 12-1/4” giếng khoan X ii LỜI CẢM ƠN Với đề tài “Lựa chọn lưu lượng bơm hợp lý cho đoạn khoan 12-1/4” giếng X bể Cửu Long” đồ án nhận dẫn nhiệt tình tâm huyết từ thầy Nguyễn Hữu Trường, quý thầy cô mơn Khoan – Khai thác Dầu Khí, trường Đại học Dầu khí Việt Nam Trong q trình thực đồ án, thời gian ngắn, kinh nghiệm thực tế hạn chế, nên khơng thể tránh khỏi sai sót Kính mong q thầy bạn sinh viên góp ý để đồ án hồn thiện Nhóm tác giả xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Hữu Trường, thầy Nguyễn Văn Hùng thầy mơn Khoan – Khai thác Dầu khí, khoa Dầu Khí, trường Đại học Dầu khí Việt Nam giúp đỡ, hỗ trợ tạo điều kiện thuận lợi cho sinh viên thời gian thực đồ án Xin chân thành cảm ơn! Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 11 năm 2017 Đại diện nhóm tác giả Phan Thanh Nhân iii MỤC LỤC LỜI CAM KẾT i MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ix PHẦN MỞ ĐẦU xi CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ THỦY LỰC KHOAN TRONG THIẾT KẾ GIẾNG KHOAN 1 Tỷ trọng dung dịch khoan Áp suất vỉa áp suất vỉa 2.1 Áp suất vỉa 2.2 Áp suất nứt vỉa Các mơ hình lưu biến 3.1 Giới thiệu mơ hình lưu biến 3.2 Chế độ dòng chảy 12 Tổn hao áp suất 15 4.1 Chất lưu Newton 18 4.2 Chất lưu dẻo Bingham 19 4.3 Chất lưu Power Law 19 4.4 Mơ hình tính tổn hao áp suất tổng quát 20 Sụt áp qua choòng 21 Công suất vận chuyển mùn khoan dung dịch khoan 22 Tối ưu hóa thủy lực dung dịch khoan 25 7.1 Các tiêu chí tối ưu hóa thủy lực 25 7.2 Phương pháp tối ưu hóa đồ thị 28 Tính tốn tỷ trọng tuần hoàn tương đương (ECD) 30 iv CHƯƠNG 2: THÔNG TIN VỀ GIẾNG KHOAN X, BỂ CỬU LONG 32 Vị trí giếng khoan 32 Mục đích giếng khoan 32 Đặc điểm địa chất 32 Áp suất vỉa vỡ vỉa dự đoán 35 Nhiệt độ dự đoán 35 Cấu trúc giếng khoan X 37 Chương trình dung dịch khoan thiết kế giếng khoan X 38 7.1 Đoạn khoan 36” chống ống định hướng 38 7.2 Đoạn khoan 16” chống ống trung gian 39 7.3 Đoạn khoan 12 1/4” 40 7.4 Đoạn khoan 1/2 vào tầng sản phẩm 41 Chương trình chng khoan thiết kế cho giếng khoan X 41 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TỐI ƯU THỦY LỰC KHOAN CHO ĐOẠN KHOAN GIẾNG ĐƯỜNG KÍNH 12 ¼ INCHS GIẾNG X, BỂ CỬU LONG 43 Các thông tin, liệu cho đoạn khoan 12 1/4" giếng X, bể Cửu Long 43 1.1 Thông tin khoan cụ 43 1.2 Thông tin chi tiết dung dịch khoan thông số mùn khoan 43 1.3 Thông số bơm sử dụng giàn 44 Tính tốn tổn thất áp suất 44 2.1 Tính lưu lượng bơm tối đa lưu lượng bơm tối thiểu 44 2.2 Tính tổn thất áp suất kết nối bề mặt 44 2.3 Tính tổn thất áp suất cột cần khoan 45 2.4 Tính tổn thất áp suất khoảng khơng vành xuyến 46 2.5 Tổn thất áp suất tool motor 49 Tối ưu hóa với tiêu chí tối đa cơng suất thủy lực chng khoan 49 3.1 Lưu lượng vận hành bơm tối ưu 49 3.2 Tổng diện tích chng tối ưu 51 3.3 Công suất thủy lực tối đa choòng 52 Tối ưu hóa với tiêu chí tối đa thủy lực va đập 52 v 2.3 Tính tổn thất áp suất cột cần khoan Việc xác định chế độ dòng chảy cột cần khoan quan trọng việc tính tổn thất áp suất Việc tính tổn thất áp suất cột cần khoan thực cho độ sâu khác từ lúc bắt đầu khoan lỗ 12-1/4” đến lúc đạt độ sâu thiết kế Cụ thể trọng đồ án bắt đầu thực tính độ sâu 1800mMD đến 2100mMD, 2400mMD, 2700mMD, 3000mMD, 3300mMD 3600mMD Để xác định chế độ dòng chảy cột cần khoan độ sâu 1800mMD trước hết cần tính tốn vận tốc trung bình vận tốc tới hạn dòng chảy ống Vận tốc trung bình dòng chảy cần khoan tính theo công thức (12): v= Với: q 2,448d2 v: Vận tốc trung bình dòng chảy, ft/s q: Lưu lượng dòng chảy, gpm d: Đường kính ống,in Vận tốc tới hạn dòng chảy cần khoan tính theo cơng thức: vc = Với: 97PV + 97√PV + 8,2ρd2 YP 60ρd vc: Vận tốc tới hạn dòng chảy, ft/s PV: Độ nhớt dẻo dung dịch, cP ρ: Trọng lượng riêng dung dịch, ppg d: Đường kính ống, in YP: Ứng suất trượt, lb/100ft2 Nếu v > vc dòng dung dịch dòng chảy rối, tổn thất áp suất ống tính cơng thức: ρ0,75 v1,75 PV 0,25 ∆pf = ∆L 1800d1,25 Nếu v < vc dòng dung dịch chảy tầng, tổn thất áp suất ống tính cơng thức sau: ∆pf = ( vPV YP ) ∆L + 1500d2 225d 45 2.3.1 Tổn thất áp suất cần khoan Với thông số khoan cụ cho Bảng 11, ta tính chiều dài thành phần khác khoan cụ trừ cần khoan 260,94m Từ công thức với thông tin dung dịch khoan khoan cụ Vận tốc trung bình vận tốc tới hạn dòng dung dịch chảy cần khoan có giá trị bằng: 600 v= = 10,73 ft/s 2,448 × 4,782 97 × 14 + 97 × √142 + 8,2 × 11 × 4,782 × 22 vc = = 6,98 ft/s 60 × 11 × 4,78 Với v > vc, dòng chảy dung dịch cần khoan dòng chảy rối Tổn thất áp suất cần khoan tính bằng: 110,75 × 10,731,75 × 140,25 ∆pdp = × (5049,66) = 295,01 psi 1800 × 4,781,25 2.3.2 Tổn thất áp suất cần khoan thành dày Với cách tính tương tự cần khoan Vận tốc trung bình, vận tốc tới hạn dòng chảy cần khoan thành dày bằng: v = 15,32 ft/s vc = 7,08 ft/s Với v > vc, dòng chảy cần khoan thành dày dòng chảy rối, ta có giá trị áp suất tổn thất cần khoan thành dày là: Δphwdp = 63,64 psi 2.3.3 Tổn thất áp suất cần nặng Tương tự, ta có vận tốc trung bình, vận tốc tới hạn dòng chảy cần nặng bằng: v = 31,04 ft/s vc = 7,32 ft/s Với v > vc, dòng chảy cần nặng dòng chảy rối, ta có giá trị áp suất tổn thất cần nặng là: Δpdc = 181,59 psi 2.4 Tính tổn thất áp suất khoảng không vành xuyến Việc xác định chế độ dòng chảy khoảng khơng vành xuyến quan trọng việc tính tổn thất áp suất Để xác định chế độ dòng chảy khoảng khơng vành xuyến cần tính vận tốc trung bình vận tốc tới hạn dung dịch Vận tốc trung bình dòng chảy khoảng khơng vành xuyến tính biểu thức (14): 46 v= Với: q 2,448 × (d22 − d12 ) d1: Đường kính ngồi ống khoan, in d2: Đường kính ống chống lỗ khoan, in Vận tốc tới hạn dòng chảy khoảng khơng vành xuyến tính phương trình: 97PV + 97√PV + 6,2ρ(d2 − d1 )2 YP vc = 60ρ(d2 − d1 ) Nếu v > vc dòng chảy dung dịch vành xuyến dòng chảy rối Tổn thất áp suất tính cơng thức: ρ0,75 v1,75 PV 0,25 ∆pf = ∆L 1396(d2 − d1 )1,25 Nếu v < vc, dòng dung dịch vành xuyến chảy tầng Tổn thất áp suất tính cơng thức: vPV YP ) ∆L ∆pf = ( + 1000(d2 − d1 )2 200(d2 − d1 ) 2.4.1 Tính tổn thất áp suất khoảng không vành xuyến đoạn chống ống Với độ sâu 1800mMD, độ dài cần khoan tính 1539,06m So với độ sâu đặt chân đế ống chống 13 3/8” độ sâu 1604mMD độ dài cần khoan có giá trị nhỏ 67,94m Vận tốc dung dịch trung bình vận tốc tới hạn khoảng không vành xuyến quanh cần khoan: v = 1,63 ft/s vc = 5,96 ft/s Dòng dung dịch khoảng khơng vành xuyến quanh cần khoan dòng chảy tầng v < vc Tổn thất áp suất đoạn là: Δpa1 = 71,10 psi Vận tốc dung dịch trung bình vận tốc tới hạn khoảng khơng vành xuyến quanh cần khoan thành dày là: v = 1,88 ft/s vc = 5,98 ft/s Dòng dung dịch khoảng không vành xuyến quanh cần khoan thành dày dòng chảy tầng v < vc Tổn thất áp suất đoạn là: Δpa2 = 3,4 psi 47 Hình 20-Mơ hình phác thảo giếng X độ sâu 1800mMD 2.4.2 Tính tổn thất áp suất khoảng khơng vành xuyến đoạn thân trần Vận tốc trung bình vận tốc tới hạn khoản không vành xuyến quanh cần khoan thành dày: v = 1,96 ft/s vc = 5,98 ft/s Do v < vc, dòng dung dịch đoạn chảy tầng Tổn thất áp suất quanh cần khoan thành dày là: Δpa3 = 3,84 psi Vận tốc trung bình vận tốc tới hạn dòng dung dịch khoảng khơng vành xuyến quanh cần nặng là: v = 2,99 ft/s vc = 6,23 ft/s Do v < vc, nên dòng chảy dung dịch đoạn dòng chảy tầng Tổn thất áp suất quanh cần nặng đoạn giếng thân trần là: 48 Δpa4 = 7,5 psi 2.5 Tổn thất áp suất tool motor Trong cột cần khoan cần khoan, cần khoan thành dày cần nặng có tool motor Tổn thất áp suất thiết bị chiếm phần lớn áp suất mát Δpd nên bỏ qua Theo tài liệu từ chương trình khoan giếng X, tổn thất áp suất tool có giá trị 1300 psi [8] Tối ưu hóa với tiêu chí tối đa cơng suất thủy lực chng khoan Điều kiện để tối đa cơng suất thủy lực chng khoan xuất phát từ Kendal Goins cơng suất thủy lực chng khoan tối đa áp suất mát có giá trị 𝑚+1 lần áp suất tối đa bơm Kendal Goins theo lý thuyết m có giá trị 1,75 Do đó, giá trị tối ưu áp suất mát tiêu chí tối đa cơng suất thủy lực chng khoan có giá trị bằng: ∆pdopt = pmax 5000 = = 1818,18 psi m + 1,75 + Kendal Goins nói thêm rằng, với tiêu chí tối đa cơng suất thủy lực chng tổng sụt áp qua chng áp suất mát với áp suất tối đa bơm Do đó, giá trị tối ưu áp suất tổn thất chng có giá trị: ∆pbopt = pmax − ∆pdopt = 5000 − 1818,18 = 3181,82 psi Để giữ giá trị sụt áp qua choòng tối ưu đồ án này, bơm phải vận hành lưu lượng tối ưu đến độ sâu mục tiêu 3600mMD 3.1 Lưu lượng vận hành bơm tối ưu Việc tính tốn tổn thất áp suất độ sâu theo bước tương tự tính độ sâu 1800 mMD Bảng cho kết áp suất mát theo độ sâu tăng dần Bảng 13-Tổng áp suất mát độ sâu khác Độ sâu mMD 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 Δps Δpdp Δphwdp Δpdc Δpa Δptool Δpd 48,56 48,56 48,56 48,56 48,56 48,56 48,56 295,01 402,50 409,99 467,49 524,99 582,49 639,99 63,64 63,64 63,64 63,64 63,64 63,64 63,64 181,59 181,59 181,59 181,59 181,59 181,59 181,59 95,78 112,07 128,36 144,66 160,96 177,25 193,58 1300 1300 1300 1300 1300 1300 1300 1984,48 2108,26 2132,04 2205,84 2279,64 2353,43 2427,26 49 Tổng áp suất mát tăng theo độ sâu giếng, để khoan điều kiện tối ưu, bơm phải làm việc lưu lượng tối ưu độ sâu khác giếng đạt độ sâu mục tiêu 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 200 400 600 800 1000 Hình 21-Đồ thị áp suất mát lưu lượng Giá trị lưu lượng tối ưu độ sâu thu cách kẻ đường cong y = c × qm (m=1,75; hệ số c thay đổi theo trường hợp) qua điểm thể tổng áp suất mát với lưu lượng 600 gpm tính Các đường cong cắt đường tối ưu thủy lực, điểm cắt cho biết giá trị lưu lượng bơm tối ưu Kết lưu lượng bơm tối ưu cho bảng sau: Bảng 14-Lưu lượng bơm tối ưu theo độ sâu Độ sâu (mMD) 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 qopt(gpm) 570,71 551,32 547,80 537,25 527,24 517,73 508,67 50 580 570 560 550 540 530 520 510 500 1600 2100 2600 3100 3600 4100 Hình 22-Biểu đồ lưu lượng bơm theo độ sâu Từ đồ thị thấy khoan sâu lưu lượng tối ưu cần giảm dần để trì giá trị pd /pmax số Cụ thể tiêu chí tối đa cơng suất thủy lực chng khoan pd /pmax = = 36% m+1 3.2 Tổng diện tích chng tối ưu Tổng diện tích vòi phun kích cỡ vòi phun tối ưu tính phương trình đây: ATopt = 0.00912 Với: qopt ρ √ cd △ pbopt ATopt : tổng diện tích vòi phun tối ưu, in2 qopt : lưu lượng bơm tối ưu, gpm Cd : hệ s ố xả (giá trị đề xuất 0,95) ρ : khối lượng riêng dung dịch, ppg △pbopt : sụt áp qua choòng tối ưu, psi Đường kính vòi phun tối ưu tính phương trình với giả sử vòi phun chng có diện tích dNopt = √ 4ATopt 3π 51 Với: dNopt : đường kính vòi phun tối ưu, in ATopt : Tổng diện tích vòi phun tối ưu, in2 Với kết lưu lượng bơm tối ưu tính từ bảng 14 Tổng diện tích vòi phun tối ưu đường kính vòi phun tối ưu cho độ sâu tính cho bảng sau: Bảng 15-Tổng diện tích đường kính tối ưu vòi phun theo độ sâu Độ sâu (mMD) 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3.3 ATopt (in2) 0,263 0,254 0,252 0,248 0,243 0,239 0,234 qopt (gpm) 570,71 551,32 547,80 537,25 527,24 517,73 508,67 dNopt (in) 0,334 0,328 0,327 0,324 0,321 0,318 0,315 Công suất thủy lực tối đa chng Sử dụng tiêu chí tối đa cơng suất thủy lực chng, cơng suất thủy lực tối đa chng tính phương trình sau: PHbopt = Δpbopt × qopt 1714 Kết tính tốn cơng suất thủy lực tối đa theo độ sâu cho bảng sau: Bảng 16-Công suất thủy lực tối đa theo độ sâu Độ sâu (mMD) 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 qopt (gpm) 570,71 551,32 547,80 537,25 527,24 517,73 508,67 ATopt (in2) 0,263 0,254 0,252 0,248 0,243 0,239 0,234 dNopt (in) 0,334 0,328 0,327 0,324 0,321 0,318 0,315 PHbopt 1849,11 1786,27 1774,86 1740,69 1708,26 1677,45 1648,10 Tối ưu hóa với tiêu chí tối đa thủy lực va đập Điều kiện để tối đa lực va đập thủy lực xuất phát từ Kendal Goins lực phun va đập tối đa tổng áp suất mát cho phương trình Δpdopt = 2pmax m+2 52 Kendal Goins (1960) giá trị theo lý thuyết m 1,75 Do giá trị tối ưu tổn thất áp suất mát sử dụng tiêu chí tối đa lực va đập thủy lực đồ án có giá trị bằng: Δpdopt = 2pmax × 5000 = = 2666,67 psi m + 1.75 + Từ xác định giá trị tối ưu sụt áp qua choòng bằng: Δpbopt = pmax −△ pdopt = 5000 − 2666,67 = 2333,33 psi 4.1 Lưu lượng vận hành bơm tối ưu Với bước tương tự trình bày tiêu chí tối đa cơng suất thủy lực chng khoan, đồ thị tối ưu hóa sử dụng phương pháp tối đa lực phun va đập thủy lực trình bày qua hình 23 Giá trị lưu lượng tối ưu độ sâu thu cách kẻ đường kẻ đường cong y = c × qm (m=1,75; hệ số c thay đổi theo trường hợp) qua điểm thể tổn thất áp suất mát với lưu lượng 600 gpm tính Các đường cong cắt đường tối ưu thủy lực, điểm cắt cho biết giá trị lưu lượng bơm tối ưu Kết lưu lượng bơm tối ưu cho bảng sau: Bảng 17-Lưu lượng tối ưu theo độ sâu Độ sâu (mMD) 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 qopt(gpm) 710,34 686,20 681,82 668,69 656,23 644,39 633,12 53 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 200 400 600 800 1000 3600 4100 Hình 23-Đồ thị áp suất mát lưu lượng 720 710 700 690 680 670 660 650 640 630 620 1600 2100 2600 3100 Hình 24-Biểu đồ lưu lượng tối ưu theo độ sâu Từ đồ thị thấy khoan sâu lưu lượng tối ưu cần giảm dần để trì giá trị pd /pmax số Cụ thể tiêu chí tối đa lực phun va đập thủy lực chng khoan pd /pmax = m+2 = 53% 54 4.2 Tổng diện tích chng tối ưu Với kết tính lưu lượng tối ưu bảng 17 cách tính tương tự tiêu chí tối đa công suất thủy lực Ta xác định tổng diện tích vòi phun, đường kính vòi phun tối ưu cho bảng sau: Bảng 18-Tổng diện tích vòi phun tối ưu theo chiều sâu Độ sâu (mMD) 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 ATopt (in2) 0,327 0,316 0,314 0,308 0,302 0,297 0,292 qopt (gpm) 710,34 686,20 681,82 668,69 656,23 644,39 633,12 dNopt (in) 0,373 0,366 0,365 0,362 0,358 0,355 0,352 4.3 Lực phun va đập tối đa choòng Lực phun va đập thủy lực tối đa cho phương trình sau: Fj = 0.01823Cd qopt √⍴Δpbopt Với: Fj: lực va đập thủy lực, lbf Cd : hệ số xả vòi phun, giá trị đề xuất 0,95 qopt : lưu lượng bơm tối ưu, gpm ⍴: trọng lượng riêng dung dịch, ppg △pbopt : sụt áp qua chng tối ưu, psi Kết tính tốn lực phun va đập thủy lực tối đa theo độ sâu trình bày bảng sau: Bảng 19-Lực va đập tối đa theo độ sâu Độ sâu (mMD) 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 qopt (gpm) 710,34 686,20 681,82 668,69 656,23 644,39 633,12 ATopt (in2) 0,327 0,316 0,314 0,308 0,302 0,297 0,292 dNopt (in) 0,373 0,366 0,365 0,362 0,358 0,355 0,352 Fjopt 1977,98 1910,76 1898,56 1862,00 1827,31 1794,35 1762,96 55 Hiệu suất nâng tải hạt mùn khoan Để kiểm nghiệm xem trình vận chuyển hạt mùn khoan lên bề mặt đạt hiệu nào, người ta dựa vào hệ số vận chuyển mùn khoan F t Hệ số cho biết hiệu suất nâng mùn khoan loại dung dịch định Hệ số dương mùn khoan vận chuyển lên bề mặt với hiệu suất định Hệ số âm xảy tượng tích tụ mùn khoan đáy lỗ khoan khoảng không vành xuyến Ft = − vsl va Với: Ft: hiệu suất nâng tải hạt mùn khoan vsl: vận tốc trượt hạt mùn (bằng 1/2 vận tốc vành xuyến tối thiểu cần thiết), ft/s va: vận tốc dung dịch khoan khoảng không vành xuyến, ft/s va = Với: q 2.448(d2 − d1 ) q: lưu lượng bơm, ppg d2: đường kính lỗ khoan, in d1: đường kính ngồi ống khoan, in Kết tính tốn hiệu suất nâng mùn khoan lưu lượng tối ưu hai tiêu chí tối đa cơng suất thủy lực tối đa lực va đập thủy lực trình bày bảng 20 sau đây: Bảng 20-Hiệu suất nâng tải hạt mùn khoan Tiêu chí tối ưu Tối đa công suất thủy lực Tối đa va đập thủy lực Độ sâu (mMD) 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 qopt(gpm) va (ft/s) 570,71 551,32 547,80 537,25 527,24 517,73 508,67 710,34 686,20 681,82 668,69 656,23 644,39 633,12 2,32 2,27 2,26 2,23 2,20 2,17 2,14 2,55 2,52 2,51 2,50 2,48 2,46 2,44 vsl (ft/s) 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 Ft 0,568 0,553 0,550 0,541 0,532 0,524 0,515 0,653 0,641 0,638 0,631 0,624 0,617 0,611 56 Tiêu chí tối đa cơng suất thủy lực 0.58 0.57 0.56 0.55 0.54 0.53 0.52 0.51 500 510 520 530 540 550 560 570 580 Hình 25-Biểu đồ hiệu suất nâng hạt mùn khoan theo lưu lượng Với chiều sâu khoan tăng, lưu lượng bơm tối ưu giảm dẫn đến hiệu suất nâng tải mùn khoan giảm không đáng kể giữ giá trị dương (> 0,51) đảm bảo hạt mùn khoan tuần hoàn lên bề mặt tốt Tiêu chí tối đa lực va đập thủy lực 0.66 0.655 0.65 0.645 0.64 0.635 0.63 0.625 0.62 0.615 0.61 0.605 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 Hình 26-Biểu đồ hiệu suất nâng hạt mùn khoan theo lưu lượng Với chiều sâu khoan tăng, lưu lượng bơm tối ưu giảm dẫn đến hiệu suất nâng tải mùn khoan giảm không đáng kể giữ giá trị dương (>0,61) đảm bảo hạt mùn khoan tuần hoàn lên bề mặt tốt 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Khoan giai đoạn tốn nhiều vốn việc thăm dò khai thác dầu khí Do cần phải chặt chẽ thông số thiết kế để tối thiểu chi phí khoan Cơ sở để nghiên cứu tối ưu hóa đồ án liệu khoan cụ tính chất dung dịch khoan sử dụng, cấu trúc giếng … lấy từ chương trình khoan giếng X thuộc bể Cửu Long, từ thực tính tốn tổn thất áp suất hệ thống tuần hoàn Trong phạm vi đồ án sử dụng kỹ thuật tối ưu hóa dựa tiêu chí tối đa cơng suất thủy lực chng khoan tối đa lực va đập thủy lực Sau kết luận đồ án này: Lưu lượng bơm tối đa tối thiểu cần thiết cho đoạn khoan 12-1/4” xác định 926,246 gpm 495,038 gpm Theo độ sâu khoan tăng cần giảm lưu lượng bơm để trì giá trị Δpd/pmax giá trị thích hợp tùy theo tiêu chí tối ưu sử dụng Cụ thể 36% tiêu chí tối đa cơng suất thủy lực 53% tiêu chí tối đa lực va đập thủy lực Với giá trị lưu lượng tối ưu xác định, hiệu suất nâng tải hạt mùn khoan có giá trị dương lớn 0,51 Điều đảm bảo hạt mùn khoan nâng tải lên bề mặt tốt KIẾN NGHỊ Hệ số mũ m dòng chảy đồ án lấy theo lý thuyết tối ưu 1,75 dẫn đến có khác kết so với thực tế giàn khoan Vì hệ số mũ dòng chảy nên lấy trực tiếp từ việc vận hành bơm trực tiếp ngồi giàn khoan Do phần mềm tính tốn tối ưu thủy lực khoan đắt tiền điều kiện không cho phép nên chưa thể so sánh kết tính tốn Nếu có hội chúng tơi hy vọng kiểm tra lại kết phần mềm 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] R H, Well Engineering and Construction, 2000 [2] G B, Applied Drilling Circulation Systems, 2011 [3] B A,T, Applied Drilling Engineering, Society of Petroleum Engineers, 1991 [4] W C a B G.H, Carrying capacity of drilling muds, 1958 [5] N J Adams, Drilling Engineering: A complete Well Planning Approach, Pennen Well Pulishing Company, 1958 [6] H A & G W C Kendall, Design and Operation of Jet Bit Programs for Maximum Hydraulic Horsepower, Impact Force or Jet Velocity, Texas: Society of Petroleum Engineers, 1960 [7] L W Lake, Petroleum Engineering Handbook Volume II: Drilling Engineering, Society of Petroleum Engineers, 2006 [8] C L JOC, Drilling program for X well, 2013 [9] D D W a M A B., Turbulent Flow of Non-Newtonian Systems, 1959 [10] M Swaco, M-I Swaco Engineering Drilling Fluid Manual, 2006 59 ... HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM KHOA DẦU KHÍ  ĐỒ ÁN MÔN HỌC KHOAN ĐỀ TÀI: LỰA CHỌN LƯU LƯỢNG BƠM HỢP LÝ CHO ĐOẠN KHOAN ĐƯỜNG KÍNH 12-1/4” GIẾNG X BỂ CỬU LONG SINH VIÊN THỰC HIỆN: Phan Thanh Nhân... thủy lực khoan thiết kế giếng khoan Chương 2: Thông tin chung giếng khoan X Chương 3: Thiết kế tối ưu thủy lực khoan cho khoan đường kính 12-1/4” giếng X, bể Cửu Long Ngày giao đồ án mơn học: 22/9/2017... khoan X ii LỜI CẢM ƠN Với đề tài Lựa chọn lưu lượng bơm hợp lý cho đoạn khoan 12-1/4” giếng X bể Cửu Long đồ án nhận dẫn nhiệt tình tâm huyết từ thầy Nguyễn Hữu Trường, quý thầy cô mơn Khoan