Thiết kế kỹ thuật giếng khoan khai thác dầu khí THẦY LÊ VĂN THĂNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ KHOAN DẦU KHÍ ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT NỘI DUNG LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1:ĐẶC ĐIỂM VÙNG NƯỚC VÀ GIẾNG KHOAN THIẾT KẾ 1.1 Vị trí địa lý của vùng mỏ. 1.2 Đặc điểm địa chất mỏ Bạch Hổ 1.3 Lịch sử thăm dò khai thác và tiềm năng vùng mỏ 1.4 Cột địa tầng dự kiến của giếng khoan 1.5 Nhiệm vụ và mục đích của giếng khoan. CHƯƠNG 2:LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN PROFILE,CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN 2.1 Các dạng profile cơ bản của giếng khoan. 2.2 Lựa chọn dạng profile và tính toán profile cho giếng khoan. 2.3 Lựa chọn dụng cụ khoan(bộ khoan cụ:chòong khoan,cần nặng,đầu nối...cho từng khoản khoancông đoạn khoan). CHƯƠNG 3:THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ KHOAN 3.1 Lựa chọn tổ hợp thiết bị khoan. 3.2 Đặc tính kỹ thuật của tổ hợp thiết bị. 3.3 Lựa chọn dụng cụ khoan. CHƯƠNG 4:DUNG DỊCH KHOAN 4.1 Công dụng của dung dịch trong khoan. 4.2 Lựa chọn hệ dung dịch và các thông số chất lượng của chúng cho từng khoản khoan. 4.3 Phương pháp gia công hóa học dung dịch. 4.4 Tính toán thể tích dung dịch và hóa chất phụ gia cho giếng. CHƯƠNG 5:CHẾ ĐỘ KHOAN 5.1 Khái niệm cơ bản về chế độ khoan. 5.2 Lựa chọn phương pháp khoan cho từng khoảng khoan. 5.3 Tính toán chế độ khoan cho từng khoảng khoan. CHƯƠNG 6:CHỐNG ỐNG VÀ TRÁM XI MĂNG 6.1 Chống ống giếng khoan. 6.2 Trám xi măng các cột ống chống. 6.2.1 Lựa chọn phương pháp trám cho từng cột ống chống. 6.2.2 Tính toán trám xi măng cho các cột ống chống. CHƯƠNG 7 KIỂM TOÁN BỀN CỘT CẦN DỤNG CỤ KHOAN 7.1 Kiểm toán bền. 7.2 Phương pháp kiểm toán bền cho từng cột ống. 7.3 Phương pháp kiểm toán bền cho cột ống khai thác.

KHOA DẦU KHÍ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ MÔN KHOAN KHAI THÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ- ĐỊA CHẤT

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ KHOAN DẦU KHÍ

Đề tài: “Thiết kế kỹ thuật giếng khoan khai thác dầu khí số No 1”

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Tiên

Mã số sinh viên:1421011349 Giáo viên hướng dẫn: thầy Lê Văn Thăng

Vũng Tàu, ngày 4 tháng 02 năm 2018

NỘI DUNG

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1:ĐẶC ĐIỂM VÙNG NƯỚC VÀ GIẾNG KHOAN THIẾT KẾ

1.1 Vị trí địa lý của vùng mỏ 1.2 Đặc điểm địa chất mỏ Bạch Hổ

1.3 Lịch sử thăm dò khai thác và tiềm năng vùng mỏ

1.4 Cột địa tầng dự kiến của giếng khoan

1.5 Nhiệm vụ và mục đích của giếng khoan

CHƯƠNG 2:LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN PROFILE,CẤU TRÚC

GIẾNG KHOAN

2.1 Các dạng profile cơ bản của giếng khoan

2.2 Lựa chọn dạng profile và tính toán profile cho giếng khoan

2.3 Lựa chọn dụng cụ khoan(bộ khoan cụ:chòong khoan,cần nặng,đầu

nối cho từng khoản khoan-công đoạn khoan)

CHƯƠNG 3:THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ KHOAN

3.1 Lựa chọn tổ hợp thiết bị khoan

3.3 Lựa chọn dụng cụ khoan

CHƯƠNG 4:DUNG DỊCH KHOAN

4.1 Công dụng của dung dịch trong khoan

4.2 Lựa chọn hệ dung dịch và các thông số chất lượng của chúng

cho từng khoản khoan

4.3 Phương pháp gia công hóa học dung dịch

4.4 Tính toán thể tích dung dịch và hóa chất phụ gia cho giếng

CHƯƠNG 5:CHẾ ĐỘ KHOAN

5.1 Khái niệm cơ bản về chế độ khoan

5.2 Lựa chọn phương pháp khoan cho từng khoảng khoan

5.3 Tính toán chế độ khoan cho từng khoảng khoan

CHƯƠNG 6:CHỐNG ỐNG VÀ TRÁM XI MĂNG

6.1 Chống ống giếng khoan

6.2 Trám xi măng các cột ống chống

6.2.1 Lựa chọn phương pháp trám cho từng cột ống chống

6.2.2 Tính toán trám xi măng cho các cột ống chống

CHƯƠNG 7 KIỂM TOÁN BỀN CỘT CẦN & DỤNG CỤ KHOAN

7.1 Kiểm toán bền

7.2 Phương pháp kiểm toán bền cho từng cột ống

7.3 Phương pháp kiểm toán bền cho cột ống khai thác

LỜI NÓI ĐẦU

Nghành công nghiệp Dầu Khí luôn là một nghành mũi nhọn mang tính chiến lược trong quá trình phát triển nền kinh tế không những ở Việt Nam mà hầu hết các Quốc gia trên thế giới

Để khai thác được dầu và khí thiên nhiên trong lòng đất thì giai đoạn xây dựng một giếng khoan giữ một vai trò hết sức quan trọng,việc thành công hay thất bại đều phụ thuộc vào công nghệ và kỹ thuật thực hiện của giai đoạn này Một trong những công đoạn quan trọng đầu tiên phải kể đến là công tác thiết kế kỹ thuật- thi công giếng,chất lượng của các tài liệu thiết kế và dự toán không những ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của các công trình,mà còn ảnh hưởng đến mức độ kỹ thật-kinh tế của chính quy trình thực hiện và gây ảnh hưởng không nhỏ tới tuổi thọ của các công trình đó.

Trong sự phát triển chung của cuộc cách mạng khoa học và công nghệ,nghành dầu khí nói chung và nghành khoan nói riêng ngày càng phát triển với tốc độ hết sức nhanh Để đáp ứng yêu cầu phát triển chung của nghành,đòi hỏi ngày càng có nhiều cán bộ,kỹ

sư,công nhân kỹ thuật có trình độ chuyên môn và tay nghề cao

Trong quá trình học môn học,sinh viên cần phải thực hiện viết một đồ án môn học về thiết kế kỹ thuật một giếng khoan thăm dò và khai thác dầu khí.Và sau đây là đồ án môn học của em Được sự giảng dạy,hướng dẫn một cách tâm huyết,tận tình,tỷ mỉ, chu đáo của Thầy giáo Lê Văn Thăng đã giúp em nắm vững được kiến thức môn học,cũng như hiểu biếtthêmvề nghành học của mình Và em đã hoàn thành được cái đồ án này Em xin chân thànhcảm ơn Thầy!

Do thời gian làm đồ án hạn chế cũng như công việc học ở trường một cách liên tục, nên

có thể có một số nội dung trình bày của em còn thiếu sót hoặc chưa hợp lý thì mong Thầy lưu ý và bổ sung thêm cho cái đồ án của em được hoàn thiện hơn! Em xin chân thành cảm ơn!

Chương 1: Đặc điểm chung về vùng mỏ và cột địa tầng của giếng khoan

1.1.Vị trí vùng mỏ

1.1.1 Vị trí địa lý

Mỏ Bạch Hổ nằm ở lô số 9 thuộc biển Đông, diện tích mỏ khoảng chừng 10000

km2, cách đất liền khoảng 100km và cách cảng Vũng Tàu khoảng 120km theo đường chim bay Cách khoảng 35km về phía Tây của mỏ Rồng, xa hơn nữa là mỏ Đại Hùng

Trong thời gian chuyển mùa từ tháng 4 - 5, hướng gió chủ yếu theo hướng Tây Nam thổi từ vùng xích đạo Gió này làm tăng độ ẩm không khí, tuy nhiên mưa vẫn ít và không đều Nhiệt độ trung bình từ 25 - 30°C Mùa mưa bắt đầu từ tháng 6 đến hết tháng 9 Vào mùa bày chủ yếu có gió Tây Nam, nhiệt độ trung bình vào khoảng 25 - 32°C Nhiệt độ ban ngày và ban đêm chênh nhau khá lớn Độ ẩm trung bình từ 87 – 89% thời gian này mưa thường xuyên hơn và có kèm theo những cơn giông.

Vào tháng 10, trong thời gian chuyển mùa lần thứ 2 này, gió Tây Nam yếu dần thay bằng gió Đông Bắc, đến cuối tháng như hết mưa.

Hàng năm vào những thời gian chuyển mùa và mùa khô thì điều kiện cho các côngviệc ngoài biển thuận lợi Tuy nhiên, vào mùa này thường có sét và các cơn giông làm ảnh hưởng không tốt tới việc tiến hành các công việc ngoài biển

1.1.3 Điều kiện kinh tế, xã hội và nhân văn

1.1.3.1 Giao thông

Đường quốc lộ 51A dài 130km nối Vũng Tàu với Tp Hồ Chí Minh, đường thủy dài80km nối cảng Vũng Tàu với cảng Sài Gòn Cảng Vũng tàu đủ sức chứa các tàu của Vietsovpetro và các nước khác với tải trọng lớn, rất thuận lợi cho việc vận chuyển phục

vụ cho ngành công nghiệp dầu khí và các ngành kinh tế khác San bay Vũng Tàu có thể tiếp nhận nhiều loại máy bay như AN-25, AN-26 và các loại máy bay MI-8, SU Hiện naysân bay Vũng Tàu có cầu hàng không quốc tế Singapo và đang được cải tạo nâng cấp thành một phi cảng quốc tế thực sự Chính sân bay là đầu mối giao thông quan trọng phục

vụ chuyên chở người và hàng hóa nhẹ, phục vụ cho các giàn khoan ngoài biển và các công việc liên quan đến dịch vụ tìm kiếm ngoài khơi tại vùng biển phía Nam

1.1.3.2 Điện năng

Nguồn năng lượng phục vụ cho công trình và sinh hoạt ở trên bờ được lấy từ đường dây 36kW chạy từ Tp Hồ Chí Minh và nhà máy phát điện Diezel của Tp Vũng Tàu Nguồn năng lượng cung cấp cho các giàn khoan được lấy từ các nhà máy phát điện trên giàn

1.1.3.3 Dân cư

Dân số của tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu vào khoảng hơn 800 ngàn người, trong đó 1/3 dân số sống bằng nghề đánh bắt hải sản, 1/4 dân số sống bằng nghề làn ruộng và nương rẫy, còn lại là dân sống ở thành phố, đó là nguồn nhân lực dồi dào phục vụ cho các ngànhkinh tế mũi nhọn của tỉnh

1.1.3.4 Xã hội

Thành phố Vũng Tàu thuộc tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, sau ngày miền Nam hoàn toàn giải phóng, Vũng Tàu cùng cả nước bước vào một thời kì xây dựng mới Cùng với hoạt động đánh bắt hải sản, hoạt động khoan khai thác dầu khí của XNLD Vietsovpetro

đã góp phần làm cho vùng đất ngày càng phát triển

Từ những năm 1980 đến nay, ngành công nghiệp dầu khí đã trở thành nền kinh tế mũi nhọn của cả nước Hiện nay cơ sở hạ tầng, vật chất kĩ thuật của thành phố không ngừng được đầu tư phát triển Vũng Tàu được xác định là một trọng điểm phía Nam với vùng tam giác trọng điểm Tp Hồ Chí Minh – Biên Hòa – Vũng Tàu Với tốc độ phát triểnkinh tế tương đối cao, ngành công nghệ thông tin ở Vũng Tàu phát triển tương đối nhanh đáp ứng mọi nhu cầu thông tin liên lạc của thành phố

Có thể nói địa lý kinh tế nhân văn Vũng Tàu là cơ sở tốt cho việc phát triển các dịch vụ tìm kiếm, thăm dò và khai thác các mỏ dầu khí ở ngoài khơi Nhưng trong điều kiện đó cũng phải khắc phục không ít khó khăn do mỏ nằm xa đất liền và yếu tố khí hậu thời tiết gây ra.

1.2 Đặc điểm địa chất mỏ Bạch Hổ

1.2.1 Đặc điểm địa tầng - thạch học.

Dựa vào các đặc điểm thạch học, cổ sinh, tài liệu Karota giếng khoan của mỏ Bạch

Hổ, các nhà địa chất đã phân chia gọi tên các phân vị địa tầng theo tên địa phương cho các cấu tạo địa chất vùng mỏ Bạch Hổ Từ trên xuống cột địa tầng tổng hợp của mỏ Bạch

Hổ được mô tả như sau:

1.2.1.1Trầm tích Neogen và Đệ Tứ

* Trầm tích Plioxen - Đệ Tứ (Điện Biển Đông): Trầm tích Biển Đông phủ bất

chỉnh hợp lên trầm tích Mioxen Thành phần thạch học gồm cát, sét và sét bột xen kẽ sỏi

đá màu xám, màu vàng và màu vàng xanh Thường gặp ở đây nhiều mảnh vôi sinh vật biển Lên trên thành phần gồm cát bở rời xen kẽ với sét màu xám sáng và xám xanh với một ít mác nơ, có một số lượng lớn foraminifera Chiều dày của điệp từ 550 – 600 m

* Phụ thống Mioxen trên (Điệp Đồng Nai): Gồm các lớp cát bở rời và cát không

gắn kết màu xanh lẫn xét nhiều màu Chiều dày điệp từ 600 – 650m Bề dày tăng dần ra phía cánh của lớp cấu tạo và phủ dày lên trầm tích Điệp Côn Sơn

* Phụ thống Mioxen trung (Điệp Côn Sơn): Phần dưới của điệp này được cấu tạo

bởi các lớp hạt khô màu xám và xám trắng với sét màu nâu đỏ, trong sét có lớp kẹp than Đây là những đất đá lục nguyên dạng khối, bở rời Thành phần chính là thạch anh chiếm 80%, Fenspat và các đá phun trào, xi măng sét vôi có màu loang lổ, bở rời mềm dẻo Đất

đá này tạo trong điều kiện biển nông, độ muối trung bình, chịu tác động của dòng biển, nơi lắng đọng khá gần của nguồn vật liệu Bề dày của điệp từ 800 – 900m

* Phụ thống Mioxen dưới (Điệp Bạch Hổ): Điệp Bạch Hổ là sự xen kẹp các lớp

cát, sét và sét bột, cát xám sáng, xẫm, sét màu sặc sỡ loang lổ kết dính dẻo (đặc biệt là tầng trên của điệp – tầng sét Rotalia) Đá bột xám, nâu đỏ ở phần dưới của điệp Đây là tầng đá chắn mang tính chất khu vực rất tốt Đá bột kết xám và nâu đỏ Ở dưới của điệp chiều dày lớp kẹp cát kết tăng lên, đây là tầng sản phẩm chứa dầu 23, 24, 25 Căn cứ vàođặc điểm thạch học và cổ sinh người ta chia điệp Bạch Hổ trên – sét chiếm ưu thế, phụ điệp Bạch Hổ dưới là sự xen kẽ cát kết và sét kết, ưu thế cát tăng lên Bề dày của điệp là

600 – 700m

1.2.1.1.Các trầm tích Paleogen

* Tập trầm tích Oligoxen thượng (Điệp Trà Tân): Trầm tích này bao gồm các lớp

dần sang đen về phía dưới Đặc biệt đã phát hiện trong tầng trầm tích này các thân đá phun trào có thành phần thay đổi Độ dày của lớp trầm tích Trà Tân giảm dần ở phần vòmcủa cấu tạo mỏ Bạch Hổ và tăng đột ngột ở phần cấu tạo Trong điệp Trà Tân có các tầng sản phẩm bão hòa dầu là: IB, IA, I, II, IV, V Chiều dày của điệp thay đổi từ 50 – 1400m.

* Tập trầm tích Oligoxen hạ (Điệp Trà Cú): Trầm tích này bao gồm các lớp cát –

sét xen kẽ hạt trung và hạt nhỏ màu nâu xám lẫn với 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 Bề dày của tập lót đáy này biến đổi trong các giếng khoan từ 0 – 170 m, tăng dần theo hướng lún chìm của móng còn ở vòm thì vắng mặt hoàn toàn, Người ta đã nhận được dầu ở tập lót này Ngoài ra còn phát hiện lớp kẹp đá phun trào ở một số giếng khoan Tầng địa chấn phản xạ 11 trung với nóc Điệp Trà Cú Các tầng cát kết chứa dầu công nghiệp (từ trên xuống): VI, VII, VIII, IX, X đã được xac định Đó là các tập cát kết màu xám sáng, độ hạt từ trung bình đến mịn, độ chọn lựa tốt, có độ rỗng biến đổi từ 10 – 20%

1.2.1.2.Đá móng trước Kainozoi

Đá nóng trước Kainozoi chủ yếu kaf các thể xâm nhập granitoit, granit và

granodiorit Thành phần khoáng vật chủ yếu là thạch anh (10 – 30%), Fenspat (50 – 80%), Mica và Amphibol (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 triêu năm) Đá mong có

bề dày phân bố không đều, trung bình từ 3 – 5% Quy luật phân bố độ rỗng rất phức tạp Hiện nay đá móng là nơi cung cấp dầu thô rất quan trọng của mỏ Bạch Hổ Dầu tự phun với lưu lượng lớn từ đá móng là một hiện tượng độc đáo, trên thế giới chỉ gặp ở một số nơi như: Bombay (Ấn Độ), High (Libi) Giếng khoan sâu 900m vào đá móng kết tinh ở

mỏ Bạch Hổ vẫn chưa tìm thấy ranh giới dầu - nước Để giải thích cho hiện tượng trữ dầuthô trong đá móng kết tinh, người ta tiến hành nhiều nghiên cứu và đưa ra kết luận sự hình thành không gian rỗng chứa dầu trong đá móng granitoit ở mỏ Bạch Hổ là do tác động của nhiều yếu tố địa chất khác nhau

1.2.2 Đặc điểm kiến tạo mỏ Bạch Hổ

Địa chất ở dãy Bạch Hổ gồm 3 vòm theo phương á tuyến Nó bị phức tạp bởi hệ thống các đứt gãy phá hủy có biên độ và độ kéo dài giảm dần về phía trên mặt cắt Đặc tính địa lý của khối nâng rất rõ ở phần giữa của mặt cắt Cấu tao của mỏ Bach Hổ là một cấu tạo bất đối xứng, đặc biệt là ở phần vòm Góc dốc vỉa tăng dần từ 8 - 28° ở cánh Tây

và ở cánh Đông là 6 -21° Trục nếp uốn ở phần kề của vòm và dốc dần về phía Bắc với một góc dốc là 4 - 6°, đi ra xa tăng lên 4 - 9°, với mức độ nghiêng của đá là 50 – 200 m/km

Hướng phá hủy kiến tạo chủ yếu là hai hướng á kinh tuyến và đường chéo Các đứt gãy lớn là: Đứt gãy á kinh tuyến số I và II có hình dạng phức tạp, kéo dài trong phạm

vi vòm Trung tâm và vòm Bắc Biên độ cực đại có thể đạt tới 900m ở móng và theo chiềungang của trung tâm Độ nghiêng cực đại bề mặt đứt gãy khoảng 60°

Đứt gãy số I chạy theo cánh phía Tây của nếp uốn, theo móng và tâng phản xạ địa chấn SH-11 có biên độ thay đổi từ 400m ở vòm Nam đến 500m theo chiều ngang của vòm trung tâm và kéo dài trong phạm vi vòm Bắc Ở vòm Bắc đứt gãy I quay theo hướngĐông Bắc

Đứt gãy số II chạy dọc theo sườn Đông của vòm Trung tâm, hướng đứt gãy ở phía Bắc thay đổi về hướng Đống Bắc

Ngoài ra còn rất nhiều đứt gãy nhỏ phát triển trong phạm vi từng vòm với biên độ dịch chuyển ngang từ vài chục tới 200m, dài từ 1 – 2km theo hướng chéo Sự lượn sóng của các nếp uốn và các đứt gãy chéo đã phá hủy khối nâng thành hàng loạt các đơn vị cấutrúc kiến tạo như sau:

1.2.2.1.Vòm Trung tâm

Là phần cao nhất của cấu tạo, đó là những mỗm địa lũy lớn của phần móng Trên

cơ sở hiện nay có được nâng cao hơn so với vòm Bắc và vòm Nam tương ứng của vòm móng là 300 – 500m Phía Bắc được ngăn cách bởi đứt gãy thuận số IX, có phương kinh tuyến và hướng đổ bề mặt quay về phía Bắc Phía Nam được giới hạn bởi đứt gãy số IV

có phương vĩ tuyến và hướng đổ bề mặt về phía Nam Các phá hủy chéo IIIa, IIIb, IV làmchi cánh Đông của vòm bị phá hủy thành một loạt khối hình bậc thang lún ở phía Nam Biên độ phá hủy tăng dần, ở phía Đông đạt tới 900m và tắt hẳn ở vòm

1.2.2.2 Vòm Bắc

Là phần phức tạp nhất của khối nâng Nếp uốn địa phương được thể hiện bởi đứt gãy thuận số I có phương kinh tuyến và các nhánh của nó Hệ thống này chia vòm ra thành 2 cấu trúc riêng biệt Ở phía Tây nếp uốn bị chia cắt thành nhiều khối bởi một loạt đứt gãy thuận: VI, VII, VIII có phương chéo đổ về phía Đông Nam tạo thành dạng địa hào, dạng bậc thang, trong đó mỗi khối phía Nam thấp hơn khối phía Bấc kế cận Theo mặt móng, bẫy cấu tạo của vòm Bắc được khép kín bởi đường đồng mucws4300m Lát cắt Oligoxen - Đệ Tứ được cấu tạo đặc trưng của bề dày trầm tích

1.2.2.3.Vòm Nam

Đây là phần lún chìm sâu nhất của cấu tạo phía Bắc được giới hạn bởi đứt gãy thuận á vĩ tuyến sô IV Các phía khác được giới hạn bởi đường đồng mức 4250m theo mặt móng.

1.2.3 Các điều kiện địa chất có ảnh hưởng đến công tác khoan.

Như trình bày ở các phần trước, điều kiện địa chất của mỏ Bạch Hổ là rất phức tạp

và gây nhiều khó khăn cho công tác khoan như:

- Đất đá mềm, bở rời từ tầng Mioxen trung trở lên có thể gây sập lở thành giếng khoan

- Các đất đá trầm tích nhiều sét trong tầng Mioxen dưới và tầng Oligoxen có thể gây bó hẹp thành giếng khoan do sự trương nở của sét

- Dị thường áp suất cao trong tầng Oligoxen gây bó hẹp thành giếng khoan

và những phức tạp đáng kể khác

- Tầng đá móng có gradien áp suất thấp có thể gây mất dung dịch khoan và

sự thụt cần khoan khi gặp phải các hang hốc

- Các đứt gãy kiến tạo của mỏ có thể gây mất dung dịch khoan và làm lệch hướng lỗ khoan

1.3 Lịch sử thăm dò khai thác và tiềm năng vùng mỏ

1.3.1 Lịch sử thăm dò khai thác

Bồn trũng Cửu Long được các nhà địa chất quan tâm từ trước ngày miền Nam hoàn toàn giải phóng Việc nghiên cứu bồn trũng Cửu Long nói chung và mỏ Bạch Hổ nói riêng đã trải qua các giai đoạn:

- Giai đoạn trước 1975:

Việc tìm kiếm thăm dò dầu khí giai đoạn này được tiến hành bởi các công ty dầu khí tư bản, kết quả cho thấy có nhiều triển vọng dầu khí ở thềm lục địa phía Nam Việt Nam Mỏ Bạch Hỏ được nhiều công ty dầu khí Mobil của Mỹ phát hiện bằng các tài liệu địa chấn, đến năm 1974 thì công ty này khoan giếng thăm dò đầu tiên và tìm thấy sản phẩm trong tâng Mioxen dưới

- Giai đoạn 1975 – 1980

Sau ngày miền Nam hoàn toàn giải phóng chúng ta tiến hành thăm dò lại địa chấn

và khoan thăm dò các giếng tren mỏ

- Giai đoạn 1980 đến nay

Ngày 19/6/1981, xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro được thành lập đnahs dấu bướcphát triển quan trọng trong ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam

Cuối năm 1983, đầu năm 1984 khoan giếng BH5 tại vòm Trung tâm, tìm thấy sản phẩm của tầng Mioxen dưới

Tháng 7/1984 khoan giếng BH4 tại vòm Bắc tìm thấy sản phẩm ở tầng Oligoxen

và Mioxen

Tháng 8/1985 khoan giếng BH3 ở phía Đông vòm Trung tâm, đánh giá sự phát triển của tầng chứa về phía Đông Nam

Năm 1986 XNLD khoan giếng BH10 ở vòm Bắc, sâu 4400m để chính xác hóa cáctài liệu địa chất về mỏ.

Năm 1987 XNLD khoan giếng BH6 ở giữa vòm Trung tâm và vòm Bắc và giếng BH9 ở cánh Đông Bắc của mỏ

Năm 1988 XNLD khoan giếng BH15 ở vòm Nam

Năm 1989 XNLD khoan giếng BBH12 ở cánh Đông, phát hiện dầu ở tầng móng.Năm 1993 XNLD khoan giếng BH7 ở phía Nam để thăm dò vòm Nam

Các giếng khoan đơn lẻ được khoan bằng các giàn khoan di động Ngoài ra trên các giàn khoan khai thác luôn có một giếng khoan thăm dò, và trong quá trình khai thác vẫn tiến hành các nghiên cứu tổng hợp Từ ngày thành lập và đưa vào khai thác, sản lượng không ngừng gia tăng:

Năm 1986 khai thác tấn dầu thô đầu tiên

Năm 1988 khai thác triệu tấn dầu thô đầu tiên

Năm 1993 hoàn thành khai thác tấn dầu thô thứ 20 triệu

Năm 1994 đạt sản lượng khai thác 6,9 triệu tấn dầu

Việc tiến hành khai thác dầu tại mỏ Bạch Hổ dựa trên cơ sở bản “Thiết kế khai thác thử công nghiệp mỏ Bạch Hổ thềm lục địa phía Nam VIệt Nam” của viện nghiên cứu dầu khí Xakhalin, với hệ thống khai thác 7 điểm

Ngày 16/1/1991, sau khi tính toán lại trữ lượng cho các tầng sản phẩm, lập ra dự

án cho đối tượng và cho dự án phân bố giếng tối ưu cho 4 đối tượng khai thác là:

Đối tượng I gồm các tầng 22, 23 và 24 của Mioxen hạ

Đối tượng II gồm các tâng 1, 2, 4 và 5 của Oligoxen thượng

Đối tượng III gồm các tầng 6, 7, 8, 9 và 10 của Oligoxen hạ

và hang hốc khi dầu từ tầng Oligoxen và Mioxen di chuyển xuống

Trong mặt cắt mỏ Bạch Hổ, từ trêtrên xuống dưới ta bắt gặp các phức hệ chứa dầu khí sau:

Phức hệ Bạch Hổ dưới (trầm tích Mioxen hạ)

Phức hệ Trà Tân (trầm tích Oligoxen trên)

Phức hệ Trà Cú (trầm tích Oligoxen dưới)

Phức hệ móng kết tinh

Phức hệ Bạch Hổ dưới là các hạt từ hạt trung đến hạt thô, độ thấm cao, chứa các tầng sản phẩm 23, 24 và 26 Tầng 23 cho sản lượng cao nhất (381m3/ngđ), các tầng còn lại chỉ chứa dầu ở phía Bắc và phần trung tâm phía Nam.

Phức hệ Trà Tân là các điệp cát thầm hạt nhỏ và trung bình, phân bố rộng ở cánh phía Bắc của cấu tạo Nhiều vỉa cát của phức hệ này bị vát nhọn hoặc có dạng thấu kính,

độ thấm kém Phức hệ có các tầng sản phẩm 1, 2, 3, 4 và 5, cho lưu lượng thay đổi từ 0,8 – 110,5 m3/ngđ Đặc trưng của phức hệ là dị thường gradien áp suất vỉa cao, có thể lên đến 0,172 at/m

Phức hệ Trà Cú là các vỉa cát có độ hạt trung bình, đôi chỗ ở cánh Bắc có chứa nứt

nẻ, chứa các tầng sản phẩm 6, 7, 8, 9 và 10 Lưu lượng thu được từ 180,4

Phức hệ móng kết tinh là Granitoit bị phong hóa và nứt nẻ mạnh, độ hang hốc lớn, gặp trong rất nhiều giếng khoan ở vòm Bắc và vòm Trung Tâm Lưu lượng lớn nhấ ở phân đỉnh của vòm Trung tâm có thể đật tới 700 m3/ngđ, còn phần sụt lún của móng lưu lượng thấp, chỉ đạt 4m3/ngđ

1.4 Cột địa tầng dự kiến của giếng khoan

Mặt cắt địa chất giếng thiết kế như hình 1.1

a Ranh giới địa tầng:

- Từ độ sâu 85- 2000 m: Gradien áp suất vỉa là 1,0;

- Từ độ sâu 2000- 3000 m: Gradien áp suất vỉa là 1,1 ;

- Từ độ sâu 3000- 3200 m: Gradien áp suất vỉa là 1,2 ;

- Từ độ sâu 3200- 4500 m: Gradien áp suất vỉa là 1,4;

- Từ độ sâu 4500 m trở xuống: Gradien áp suất vỉa là 0,9

c Áp suất vỡ vỉa:

- Từ độ sâu 85- 1500 m: Gradien áp suất vỡ vỉa là 1,3 ;

- Từ độ sâu 1500- 3000 m: Gradien áp suất vỡ vỉa là 1,60 ;

- Từ độ sâu 3000- 4500 m: Gradien áp suất vỡ vỉa là 2,0 ;

- Từ độ sâu 4500 m trở xuống: Gradien áp suất vỡ vỉa là 2,25

d Nhiệt độ vỉa:

Gradien nhiệt độ của vỉa: 2,50C/100 m

e Độ cứng của đất đá:

- Từ độ sâu 85 – 500m: Đất đá mềm và bở rời, có độ cứng từ I – II;

- Từ độ sâu 500 – 1500m: Đất đá tầng Mioxen trên từ mềm đến trung bình cứng Độ cứng từ II – III;

- Từ độ sâu 1500 – 2000m: Đất đá tầng Mioxen giữa từ mềm đến trung bình cứng Độ cứng từ III – IV;

- Từ độ sâu 2000 – 3000m: Đất đá tầng Mioxen dưới từ trung bình cứng đếncứng Độ cứng từ IV – V;

- Từ độ sâu 3000 – 3800m: Đất đá tầng Oligoxen trên từ cứng đến rất cứng

Hình 1.1: Cột địa tầng dự kiến giếng No1.

1.5.Nhiệm vụ và mục đích của giếng khoan

Giếng được đặt tại giàn Cửu Long – vòm Bắc mỏ Bạch Hổ thuộc lô 09-1

Thiết kế giếng khoan khai thác tại tầng móng

- Chiều sâu thiết kế: Ho = 5500 (tính từ bàn Roto) theo phương thẳng đứng

- Góc bắt vỉa: φ = 90°

Chương 2 : Cấu trúc giếng khoan

2.1.Sự lựa chọn cấu trúc giếng.

2.1.1.Khái niệm về cấu trúc giếng.

Giếng khoan dầu khí được coi như là một công trình xây dựng cơ bản,thi công theo một đề

án được duyệt.Yếu tố cơ bản để lập thiết kế kỹ thuật là chọn lựa và xây dựng giếng khoan.Cấu trúc giếng khoan được tạo bởi một số cột ống chống có đường kính và chiều dài khác nhau thả lồng vào nhau trong lỗ khoan,kết hợp với những cỡ chòong khoan tương ứng dùng để khoan

Vậy cấu trúc giếng khoan bao gồm:

-Cấu trúc của các cột ống chống(số lượng loại, chiều sâu thả, đường kính)

-Chòong khoan sử dụng: (loại chòong ,đường kính)

- Khoảng trám xi măng (chiều cao trám kể từ đế ống chống Hc)

Nếu giếng khoan: ngoài ống định hướng và dẫn hướng chỉ còn lại ống chống khai thác thì gọi là giếng khoan có cấu trúc 1 cột ống Nếu thêm cột ống trung gian thì gọi là cấu trúc 2 cột ống Nếu nhiều ống trung gín thì gọi là cấu trúc nhiều cột ống(3 cột ống, 4 cột ống,…)

2.1.2.Cơ sở lựa chọn cấu trúc cho giếng khoan.

Giếng khoan là một công trình thi công vào bên trong vỏ trái đất có chiều sâu rất

lớn.Do đó để thi công một giếng khoan chúng ta phải chọn cấu trúc giếng sao cho đảm bảo được yêu cầu là thả được cột ống chống khai thác để tiến hành khai thác bình thường Đồng thời ta phải xuất phát từ tài liệu địa chất khu vực thi công giếng khoan(đặc biệt là khi

có các tầng địa chất phức tạp và dị thường áp suất cao) Cụ thể là tính chất cơ lý của các vỉa đất đá như là: độ bở rời,độ cứng,độ trương nở,áp suất vỉa,nhiệt độ vỉa…

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

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

-Chống hiện tượng mất dung dịch khoan

-Giếng khoan phải làm việc bình thường khi khoan qua các tầng có áp suất cao và tầng

-Bảo vệ thành giếng khi có sự cố phun.

-Đường kính của cột ống chống khai thác cũng như các cột ống chống khác phải là cấp đường kính nhỏ nhất,đơn giản và gọn nhẹ nhất trong điều kiện cho phép của cấu trúc giếng -Cấu trúc giếng phải phù hợp với yêu cầu kỹ thuật,khả năng cung cấp thiết bị đảm bảo độbền và an toàn trong suốt quá trình khai thác cũng như sửa chữa giếng sau này Nói tóm lại

nó phải phù hợp với điều kiện địa chất,yếu tố kỹ thuật, công nghệ và thích hợp với khả năng thi công cũng như yếu tố về kinh tế

Căn cứ vào biểu đồ kết hợp áp suất dọc theo cột địa tầng của giếng ST-1P ta có thể chọn cấu trúc ống chống cho giếng khoan như sau:

2.1.3.Lựa chọn cấu trúc giếng No1.

Cấu trúc giếng khoan được xác định bằng :

 số lượng các cột ống chống thả trong giếng

 Đường kính và chiều sâu thả các cột ống chống

 Đường kính choòng khoan tương ứng dùng để thả các cột ống chống

 Chiều cao dâng của vữa xi măng trong khoảng không vành xuyến trong giếng

2.1.3.1.Cột ống chống định hướng.

Dựa vào kinh nghiệm khoan trên mỏ Sư tử trắng,người ta thường sử dụng ống cách nướcloại 50816D (do thi công trên biển nên phải cách nước,điều kiện địa chất phức tạp nên phải dự phòng thi công phức tạp phải thêm cột ống, chiều sâu có thể thay đổi) Tại giếng khoan này ta cũng chọn ống bảo vệ như trên Dùng búa máy để đóng ống xuống đáy biển tới 35m,khoảng cách từ đáy biển lên mặt nước là 60m,từ mặt nước lên bàn rô to là 25m Vậy tổng chiều dài cột ống định hướng là 120m

2.1.3.2.Cột ống dẫn hướng.

Cũng dựa vào kinh nghiệm khoan trên mỏ Sư tử trắng,tại giếng khoan này người ta cũng

sử dụng ống dẫn hướng là ống được chống tới độ sâu khoảng 250m Do ở độ sâu này người

ta đã khoan qua khoan qua lớp đất đá đệ tứ bở rời mới hình thành, có độ gắn kết kém nên thành giếng khoan dễ bị sập lở khi ta thay đổi chế độ khoan để khoan sâu vào vùng đất đá

có độ cứng lớn hơn Ngoài ra,do điều kiện địa chất phức tạp ta phải chống nhiều cột ống nên ta phải chôn ống dẫn hướng có độ sâu đủ lớn để chịu được tải trọng của các cột khác treo lên nó Chính vì thế ,để đảm bảo an toàn cho quá trình khoan người ta phải chống ống dẫn hướng này

2.1.3.3.Cột ống chống trung gian thứ nhất.

Khi khoan qua điệp Biển Đông,áp suất vỡ vỉa tăng dần do thay đổi địa tầng,đất đá bền vững hơn Để tăng tốc độ khoan cơ học,ta phải thay đổi thông số chế độ khoan và một vài thông số của dung dịch khoan (tăng tỷ trọng dung dịch,tăng tải trọng đáy,tăng áp lực bơm rửa) Với các thông số như vậy nếu ta không chống ống sẽ rất dễ xảy ra sập lở thành giếng khoan Dựa vào tài liệu nghiên cứu về cột địa chất tại độ sâu 2000m thì ta tiến hành chống ống tại đây

Trên cơ sở lí luận và tính toán,ta chọn chiều sâu chống ống trung gian thứ nhất là

2000m

2.1.3.4.Cột ống chống trung gian thứ hai.

Từ 2000m đến 3800m độ cứng đất đá tăng lên , áp suất vỉa cũng tăng lên nên taphải thay đổi một vài thông số để tăng tốc độ cơ học như tăng dd , tăng tải trọng đáy , áplực nước mỏ và sự trương nở sét gây hiện tượng sập lở thành giếng khoan và kẹt cầnnên

ta phải tiến hành chống ống trung gian thứ 2 ở độ sâu 3800m và ở đây ta sẽ chống ốnglửng từ độ sâu 1800m dến 3800m

2.1.3.5.Cột ống chống trung gian thứ ba.

Khi ta khoan qua tầng Oligoxen,áp suất vỉa tăng cao,nếu ta giữ nguyên tỷ trọng dung dịch cũ thì sẽ dẫn tới hiện tượng phun dầu khí Do đó,để khoan tiếp ta phải tăng tỷ trọng dung dịch khoan Nhưng nếu tăng dung dịch khoan thì sẽ dẫn đén hiện tượng sạp lở, nứt vỡ,mất dung dịch ở các giai đạn khoan qua phía trên với tỷ trọng dung dịch nhỏ hơn(tầng

áp suất vỉa thấp) Chính vì thế để khoan tiếp vào tầng Oligoxen ta phải tiến hành chống ốngtrung gian thứ ba ở độ sâu 4500m, và ở đây ta sẽ chống ống lửng từ độ sâu 3600m đến 4500m

2.1.3.5.Cột ống chống khai thác.

Từ độ sâu 4500 ÷ 5500m là tầng móng đất đá rắn vững chắc ta sẽ khai thác thân trần

và không cần chống ống và trám xi măng ở đoạn từ 4500 đến 5500m

Do đây là giếng khoan khai thác nên sau khi chống ống trám xi măng ta tiến hành mở vỉa sản phẩm và đưa vào khai thác

Vậy cấu trúc cho giếng khoan khai thác số No1 là cấu trúc 3 cột ống.

Hình:2.1

2.2.Tính toán cấu trúc giếng khoan.

2.2.1 Nguyên tắc tính toán cấu trúc

Đường kính các cột ống chống và choòng được lựa chọn từ nhỏ đến lớn hay tính từdưới lên trên bắt đầu từ cột ống khai thác Cấu trúc được tính toán sao cho đảm bảo quátrình khoan cũng như thả ống chống được thông suốt đến chiều sâu dự kiến

Việc chọn đường kính của ống chống khai thác phải căn cứ vào : Thiết bị khai thác( hoàn thiện giếng) nào sẽ được sử dụng ? Lưu lượng khai thác có thể đạt bao nhiêu? (tuỳtheo lưu lượng mà thay đổi đường kính ống chống khai thác) Có tính tới khả năng khoansâu thêm không? Mức độ tin cậy của việc đánh giá mỏ.và kích thước thiết bị đo

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

Khe hở giữa múp ta ống với thành lỗ khoan, khe hở giữa thân ống với thành lỗ khoan vàkhoảng hở giữa múp ta, 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 đến mức

độ thuận lợi khi thả ống, chiều dày tối thiểu của vành đá xi măng đảm bảo độkín và độbền cơ học đủ lớn ngoài không gian vành xuyên giữa lỗ khoan và thành ống chống

Đường kính của choòng khoan (Dc) được tính theo công thức sau:

Dc = Dm + 2 = Dm + Δ

Trong đó:

DC : Đường kính choòng Dm : Đường kính múp ta ống chống

 : Khe hở giữa múp ta và thành lỗ khoan

Sau khi xác định được đường kính choòng khoan người ta tiến hành xác định đườngkính của ống chống phía trên trước nó Hiệu số giữa đường kính trong của ống chống (dt)

và đường kính choòng khoan thả qua nó không được vượt quá 6 ÷ 8 mm:

Dt = Dc + ( 6 ÷ 8 ) mm Từ đó tính đường kính ngoài Dn=Dt+2b

Trong đó 2b là bề dầy thành ống chống= 9÷12mm

Trên cơ sở tổng kết thực tế các giếng khoan ở Nga, người ta đã chọn được khe hở (

= 2) giữa múp ta với thành lỗ khoan ở bảng dưới đây:(theo GOCT)(bảng 1)

Bảng quy chuẩn tính ∆ theo cấp đường kính ống chống của Gost

(Bảng 1)

Đường kính ống chống (mm) ∆- không lớn hơn(mm)

Như vậy đường kính choòng khoan tương ứng để khoan ống chống trung gian thứ

ba được tính theo công thức sau:

Tương tự tra bảng 2 ta lấy được đường kính múp ta tương ứng với đường kính ống trung gian thứ ba là Dmtg3=196mm tra bảng 1 chọn ∆ = (20÷25) mm

Tương tự tra bảng 2 ta lấy được đường kính múp ta tương ứng với đường kính ống trung gian thứ nhất là Dmtg1=402mm tra bảng 1 chọn ∆ = (45 ÷ 50) mm

Vậy suy ra

Dctg1=402+(45÷50) =447÷452mm

Ta lựa chọn choòng có đường kính ngoài Dctg1= 490 mm

 Ống chống dẫn hướng

Ta xác định đường kính ống chống trung gian thứ nhất dựa vào đường kính choòngkhoan ống chống trung gian thứ hai theo công sức sau:

Dtdh=Dctg1+(6÷8mm)Vậy Dtdh=490+(6÷8)mm =496÷498mm từ đó ta sẽ lựa chọn được đường kính trong của ống chống trung gian thứ nhất là Dtdh=486 mm (theo đường kính tiêu chuẩn)

Từ đó xác định đường kính ngoài ống chống dẫn hướng là Dndh=508 mm

Như vậy đường kính choòng khoan tương ứng để khoan ống chống dẫn hướng đượctính theo công thức sau:

Dcdh=Dmdh+ ΔTương tự ta lấy được đường kính múp ta tương ứng với đường kính ống dẫn hướng là Dmdh=533mm

2.3.Tính toán chiều cao dâng vữa xi măng

Chiều cao dâng vữa xi măng trong khoảng không vành xuyến được tính toán trên

cơ sở điều kiện địa chất và điều kiện kỹ thuật Để tính toán ta dự kiến sử dụng mác thép

D để làm cột ống chống Nếu chúng ta xem cột ống chống có chiều dài là H và chiều caotrám xi măng là Hc(từ đáy lên) thì chiều dài của đoạn ống chống không được trám làH-Hc Ta coi đoạn (H-Hc) Không được trám xi măng là một thanh dầm chịu lực có ngàm

ở hai đầu Đầu trên được cố định bởi đầu ống chống, đầu dưới cố định vàoo vành đá ximăng Nó sẽ bị các lực sau đây tác dụng

- Trọng lượng chính bản thân chúng

- Lực do thay đổi áp suất bên trong Fat

- Lực do thay đổi nhiệt độ bên trong ống Fn

Vậy chiều cao trám xi măng được xác định với điều kiện cột ống chống được giữ ởtrạng thái kéo ở vùng không trám xi măng và phải luôn luôn ở dưới tải trọng cho phép ởmối nối ren.

tb Bề dầy trung bình của cột ống (tb= ) D là đường kính ống chống

Fcf là ứng lực cho phép làm tuột hoặc đứt mối nối của đoạn ống thứ hai từ trên xuống

qtb- Trọng lượng trung bình của 1m ống chống

 Đối với cột ống dẫn hướng

Trong mọi trường hợp chiều cao dâng vữa xi măng bắt buộc phải phải đến miệng giếng tức là phải trám toàn bộ chiều dài cột ống

 Đối với cột ống trung gian thứ nhất

Ta có chiều cao của cột ống chống 2000m ,đường kính ống chống là 377 mm đượclàm bằng thép D được nối bằng ren ngắn và đường kính trong là 353 mm nên bề dày củacột ống là 12 mm Ta tra bẳng đặc tính bền của ống chống (bảng 43) thì với ống có đườngkính ngoài ɸ = 353 mm , bề dày thép tb(tg1) = 12 thì ta có qtb = 111 kg/m và

Fcf =295 T = 295000 kg

Chọn t =27oC , Chọn Pt=180 kg/cm2

Thay vào công thức (5) tính được Fn=32,1.111.27=96203,7 kg

Thay vào công thức (6) tính được Fat=0,191.180.111.=119891,7 kg

Fcf ứng lực cho phép làm tuột hoặc đứt mối nối của đoạn ống thứ hai từ trên xuống sẽ làứng suất kéo ở điểm nối ren => Fcf=295000 kg

Thay vào công thức (4) tính Hc ≥=> Hc ≥ 1289 m

Vậy để đảm bảo điều kiện kỹ thuật thì ta phải trám xi măng cột ống trung gian số 1 từ

0 m đến 2000 m

Tuy nhiên ta sẽ trám toàn bộ cột ống trung gian số 1 => Hc= 2000 m

 Đối với cột ống trung gian thứ hai

Ta có chiều cao của ống chống H=2980 m

Đường kính của ống chống là 273 mm được làm bằng thép có mác thép K được nối bằngren ngắn và đường kính trong là 249,1m Nên bề dầy trung bình của cột ống là 12 mm Tatra bẳng đặc tính bền của ống chống (bảng 43) thì với ống có đường kính ngoài

ɸ = 273 mm , bề dày thép tb = 12 thì ta có qtb = 79,3 kg/m , Fcf = 310 T = 310000kgChọn t =27oC , Chọn Pt=180 KG/cm2

Thay vào công thức tính (5) được Fn=32,1.79,3.27=68729,3 kg

Thay vào công thức tính(6) được Fat = 0,191.180.79,3.= 62024,1 kg

Thay vào công thức tính (4) Hc ≥ => Hc ≥ 719,6 m

Vậy để đảm bảo điều kiện kỹ thuật thì ta phải trám ống xi măng từ 2250 m đến 2980 m.Tuy nhiên ta sẽ trám đến 1200m để đảm bảo điều kiện địa chất, tránh được các sự cốphức tạp

Bảng cấu trúc giếng khoan và chiều sâu trám xi măng giếng

Bảng 4

Loại

ống chống

Chiều sâu thả (m)

Đường kính ống (mm)

Đường kínhchoòng (mm)

Chương 3: Chọn thiết bị và dụng cụ khoan.

3.1 Lựa chọn thiết bị khoan

Giếng No1 thi công trên vùng biển không quá sâu (độ sâu dưới 100m), khoan ở độ sâu

4941m, sử dụng để khai thác dầu Chính vì thế người ta sử dụng giàn cố định để thi công giếng Từ đó, dựa vào các điều kiện công nghệ thực tế của giàn khoan, ta lựa chọn các thiết bị, dụng cụ khoan và phương pháp khoan hợp lý

3.1.1 Giàn cố định

- D=90m

- R=80m

- Mực nước biển: 45÷50m

- Chiều cao tính từ mực nước biển đến bàn roto: 35m

- Chiều sâu khoan tối đa: 6500m

+ Tải trọng trên móc nâng tối đa: 450 tấn

+ Kích thước khung đáy: 10x10m

+ Tốc độ vòng quay tối đa: 350 vòng/phút

- Đầu xoay thủy lực: UB-320: Sức nâng 320 tấn

- Động cơ dẫn động: Diezel ký hiệu B2-450

+ Công suất: 880 kW

+ Chiều sâu khoan lớn nhất: 5500 m

+ Công suất mỗi động cơ là 260 HP

Bảng 3.1: Đặc tính máy bơm khoan

3.2.1 Phân chia khoảng khoan

- Cơ sở phân chia khoảng khoan:

+ Dựa vào điều kiện địa chất, tính chất đất đá, tính công nghệ, kỹ thuật, kinh tế thì ta phải lựa chọn khoảng khoan cho thích hợp

+ Dựa vào yêu cầu kỹ thuật trong công tác khoan

+ Việc phân chia khoảng khoan thích họp sẽ đảm bảo tiến độ thi công, an toàn cho công tác khoan và tính kinh tế cho công trình được tốt hơn

- Phân chia khoảng khoan cho giếng No1:

Bảng 3.3: Khoảng khoan của giếng No1

STT Khoảng khoan theo chiều sâu thẳng

3.2.2 Lựa chọn phương pháp khoan

* Phương pháp khoan bằng động cơ roto

Phương pháp khoan roto là phương pháp khoan mà chuyển động quay của choòng khoan được truyền gián tiếp từ bàn roto qua cột cần khoan tới choòng khoan để phá hủy đất đá

- Ưu điểm:

+ Các thông số chế độ khoan có thể điều chỉnh một cách độc lập và hợp lý đảm bảo

sự làm việc ổn định của chòong trong các điều kiện đất đá khác nhau

+ Công suất bơm của máy bơm dung dịch khoan không cần lớn như phương pháp khoan tua bin

+ Có thể khoan được ở chiều sâu lớn

- Nhược điểm: Trong quá trình khoan, do cột cần khoan quay nên làm việc rất phức tạp

(chịu các ứng suất nén, kéo, uốn, xoắn …), cột cần khoan dễ bị mài mòn do ma sát với thành giếng khoan Công suất quay cột cần khoan lớn, dễ gây ra các sự cố về cần do các ứng suất sinh ra trong quá trình làm việc Đặc biệt khoan rotor không khoan được những giếng có góc nghiêng lớn

* Phương pháp khoan bằng tuabin

- Ưu điểm:

+ Trong khoan tuabin cột cần khoan không quay Do đó trong quá trình làm việc cột cần khoan chịu tải nhẹ hơn Hiện tượng mỏi sinh ra do tải trọng động đặc biệt là ứng suất uốn sẽ có giá rất nhỏ hay bị triệt tiêu dẫn đến sự cố về đứt cần khoan thưa hơn Cho phép khoan ở những độ sâu lớn hơn

+ Cột cần khoan không quay sẽ giảm được sự mài mòn cho các bộ phận của cột cần khoan và các chi tiết quay của thiết bị trên mặt

Sử dụng tuabin khoan để khoan định hướng dễ hơn và năng suất hơn

- Nhược điểm:

+ Đặc tính của tuabin là làm việc với số vòng quay lớn, nên cần phải sử dụng những loại choòng có khả năng chịu được những vòng quay như thế Đối với choòng chóp xoay, chúng làm việc với tải trọng lớn và số vòng quay giảm Do đó loại choòng này không thoả mãn với điều kiện trong khoan tuabin Thời gian làm việc bị rút ngắn do sự mài mòn nhanh nhất là ổ tựa

+ Ở một số đất đá dẻo, đòi hỏi mômen phá đá lớn, rất nhiều các loại tuabin thông thường không đạt được những momen như vậy

+ Vùng làm việc ổn định của số vòng quay ở tuabin hẹp Nếu ra ngoài giới hạn này

có thể dẫn đến tuabin ngừng làm việc

+ Trong khoan tuabin công suất thuỷ lực của máy bơm lớn hơn rất nhiều so với khoan rôto Trong khoan tuabin thiết bị bơm có công suất lớn do đó chiều sâu khoan bị hạn chế

+ Những chỉ tiêu cho việc bảo dưỡng, bảo quản, sửa chữa tuabin đưa đến việc tăng giá thành 1m khoan

+ Khoan tua bin dễ kẹt mút cột cần nhất là khi dung dịch có độ nhớt cao do cột cần khoan không quay

Như vậy ta có thể lựa chọn phương pháp khoan cho từng khoảng khoan khi căn cứ vàocác ưu nhược điểm của các phương pháp khoan kể trên, và điều kiện địa chất, hình dạng thân giếng khoan và kinh nghiệm thi công các giếng khoan trước đó ta lựa chọn phương pháp khoan cho từng khoảng khoan như sau:

- Khoảng khoan từ 0 – 250 m: Đây là khoảng khoan thẳng đứng,đất đá mềm và bở dời,thông thường ở mỏ Bạch Hổ người ta dùng phương pháp khoan roto

- Khoảng khoan từ 250– 2000m: Đây là đoạn tăng góc nghiêng với điểm bắt đầu cắt xiên tại chiều sâu 2500m Ta sử dụng phương pháp khoan tuabin để cắt xiên và tăng góc nghiêng.

- Khoảng khoan từ 2000 – 3000m: Đây là đoạn thuộc đoạn ổn định góc nghiêng, đất

đá trong khoảng này mềm và bở dời Để đảm bảo việc ổn định góc nghiêng theo yêu cầu thiết kế, ta chọn phương pháp khoan roto

- Khoảng khoan từ 3000 – 3800m: Khoảng khoan này vẫn thuộc đoạn ổn định góc nghiêng nhưng do có sự tăng áp suất đột ngột, đất đá mềm và trung bình cứng, ta chọn phương pháp khoan roto Đoạn ổn định góc nghiêng ta chia làm 2 khoảng khoan là do có

sự thay đổi về tính chất cơ lý của đất đá và tỷ trọng dung dịch sử dụng

- Khoảng khoan từ 3800– 4500m: Đây là đoạn giảm góc nghiêng, tại đây đất là đất đátrung bình cứng- cứng nên ta sử dụng phương pháp khoan tuabin để cắt xiên và chống ống được dễ dàng

- Khoảng khoan từ 4500 – 5500m: Đây là đoạn thẳng đứng tiến vào vỉa sản phẩm, ở đây tầng móng đất đá rắn vững chắc, theo kinh nghiệm, ta sử dụng phương pháp khoan roto

Bảng 3.4: Phương pháp khoan cho từng khoản khoan

* Độ cứng và độ mài mòn của đất đá: Các loại choòng khoan lhác nhau có cơ chế phá

huỷ đất đá khác nhau Choòng chóp xoay phá huỷ đất đá theo cơ chế cắt vỡ vỉa và mài mòn, choòng cánh dẹt phá huỷ đất đá theo cơ chế cắt, choòng kim cương phá huỷ đất đá

* Hệ dung dịch khoan: Loại dung dịch khoan và các đặc tính của nó có ảnh hưởng đếntốc độ khoan nhờ khả năng rửa sạch đáy giếng khoan Mặt khác áp suất đáy do cột dung dịch tao ra luôn lớn hơn áp suất thành hệ, điều này làm giảm hiệu quả phá huỷ đất đá của choòng khoan.

* Phương pháp khoan: các phương pháp khoan khác nhau sẽ có các thông số chế độ khoan khác nhau, do đó tuỳ thuộc vào từng phương pháp khoan mà ta lựa chọn choòng khoan cho phù hợp

Khi lựa chọn choòng khoan cần lưu ý những đặc điểm sau:

- Choòng kim cương chịu lực cắt và va đập thấp, do đó khi khoan bằng choòng kim cương phải khoan bằng tải trọng thấp Tiến độ khoan của choòng kim cương lớn làm giảm thời gian kéo thả khi phải thay choòng là một nhân tố tích cực khi sử dụng choòng khoan kim cương

- Đối với choòng PDC: Khi sử dụng phương pháp khoan bằng động cơ đáy nên dùng choòng có số răng nhiều hơn để trung hoà mài mòn tốc độ quay lớn, khi khoan bằng phương pháp khoan roto nên dùng choòng có hệ thống vòi phun nhằm mở đáy giếng và mặt choòng

Với các cơ sở lựa chọn trên và kinh nghiệm khi khoan ở những giếng khoan có điều kiện địa chất tương tự ta chọn choòng khoan cho các khoảng như sau:

Bảng 3.5: Lựa chọn choòng khoan cho các khoảng

Tải trọnglên choòng(KG/cm)

Tải trọngcho phép(T)

Diện tích lỗthoát dungdịch (cm2)

Chiềucao(mm)

Trọnglượng củachoòng(KG)

để tạo phần chính tải trọng tác dụng lên choòng và thỏa mãn những yêu cầu về thủy lực

và độ cứng chống uốn cong Những đoạn tiếp theo đảm bảo chuyển đổi đều độ cứng từ đoạn cần nặng chính đến cần khoan

Tỷ lệ kích thước bộ khoan cụ do API hướng dẫn sử dụng như sau:

- Choòng khoan có đường kính D ≥ 393,7 mm : tỷ lệ đường kính giữa choòng và cần

nặng là 1,6 ÷ 2 Các choòng có đương kính nhỏ hơn có tỷ lệ là 1,25 ÷ 1,6.

- Tỷ lệ đường kính giữa hai cần nặng nối tiếp nhau là 1,1 ÷ 1,5 Tỷ lệ đường kính giữacần nặng và cần khoan là 1,2 ÷ 1,6

Bảng 3.7: Tỷ lệ phù hợp giữa đường kính cần nặng và choòng

Như vậy, dựa vào bảng 3.7 ta có thể lựa chọn đường kính cần ặng cho giếng khoan

No1 như sau:

Bảng 3.8: Lựa chọn cần nặng cho các khoảng khoan

3800 ÷ 4500 243-K 165,1

Chiều dài của những đoạn cần nặng chuyể đổi lcn1, lcn2… có thể lấy bằng chiều dài cảu cần dựng hoặc chiều dài của một cần thường Chiều dài của cần nặng được tính theo côngthức:

(m) (3-1)

Trong đó:

Gc: Tải trọng tác dụng lên choòng, Kg

K: Hệ số tăng tải trọng khi cứu kẹt

α: Góc nghiêng của giếng

qcn: Trọng lượng riêng của một mét cần nặng, kG/m

γd: Trọng lượng riêng của dung dịch khoan, G/cm3

γt: Trọng lượng riêng của thép, G/cm3

K: Hệ số kể đến sự dao động của mặt cắt trung hoà khi tải trọng động làm việc, K= 1,25

Chọn theo quy chuẩn quốc tế: Lấy lcn1 = 28,2 m tương đương với 3 cần nặng dài 9,4 m

Ta chọn đường kính các cần nặng chuyển tiếp tiếp theo: Dcn2, Dcn3,… theo tỉ lệ đường kính giữa hai cần nặng tiếp nhau là từ 1,1 ÷ 1,5 Ta chọn cần nặng chuyển tiếp thứ 2: Dcn2

= 203,2 mm, dcn2 = 71,4 mm, qcn2 = 226,2 kg/m

Chọn lcn2 = 28,2 m tương ứng với 3 cần nặng dài 9,4 m

Tương tự ta tính được chiều dài cần nặng các khoảng khoan tiếp theo

3.3.3 Cần khoan

Xác định đường kính cần khoan được tiến hành đấu tiên khi lựa chọn bộ cần khoan,

Ta có thể lựa chọn cần khoan cho từng khoảng khoan như sau

Bảng lựa chọn cần khoan cho từng khoảng khoan

Bảng 2.8

Khoảng khoan

choòng(mm)

Đường kínhcần nặng (mm) Đường kính cầnkhoan (mm) thépMác dầyBề

định tâm được chọn théo đường kính choòng khoan sử dụng trong từng khoản khoan Số lượng định tâm quá nhiều sẽ dẫn đến momen cản lớn Trong thực tế người ta lắp không quá 3 định tâm cho một bộ khoan cụ Dựa và kinh nghiệm thi công những giếng khoan đãthi công trên vùng mỏ với phương pháp thống kê và so sánh mà người ta lựa chọn đường kính định tâm.

Bảng 3.10: Chỉ dẫn tỉ lệ đường kính choòng và định tâm

Búa là một dụng cụ dùng trong cứu kẹt, nó tạo ra một lực giật mạnh là cho bộ khoan

cụ có thể dịch chuyển khỏi vị trí ban đầu từ đó ta có thể kéo lên được Các loại búa sử dụng là búa hoạt động theo nguyên lý thủy lực Có 3 cấp đường kính là: 196 mm, 180

mm, 120 mm

3.4 Dụng cụ phụ trợ

Dụng cụ phụ trợ là những dụng cụ phục vụ quá trình nâng thả cột cần khoan, nâng tả ống chống, dụng cụ phụ trợ gồm: khóa cấn, khóa ống, vilka, gọng ô, kẹp cần, kẹp ống, đầu nâng, elevator,…

* Hệ thống Palăng: hệ thống palăng biến chuyển động quay của tang tời thành chuyển động tịnh tiến lên xuống của móc nâng và làm giảm tải cho dây cáp

* Các dụng cụ phục vụ cho công tác nâng thả:

- Móc nâng: Được lắp ngay bên dưới ròng rọc động bằng hệ thống chốt có 2 lò xo đồng tâm nhằm mục đích dự trữ một lực kéo để khi tháo cần, sức căng của lò xo sẽ nâng cần ra khỏi vị trí vừa tháo đống thời còn có tác dụng giảm xóc Mỏ móc nâng thường có

cơ cấu chốt an toàn ở miệng, nó tự động đóng kín khi có vật móc ở trong Hai bên có tai

để gắn quang treo

- Quang treo: Là bộ phận liên kết giữa móc nâng và elevator Tiết diện của nó tròn để bắt vào đầu cần có các đường kính 44, 57, 70, 89 và 90 mm

kiểu đường kính khác nhau phù hợp với đường kính cần khoan, ống chống Elevator đượcghép lại với nhau bằng chốt bản lề, hai bên có tai để gắn quang treo và chốt an toàn.

- Chấu lót: Gồm hai mảnh lắp vừa trong bàn roto, phần trên có tiết diện vuông đề nhận chuyển động quay của bàn roto

Ngoài ra, để tháo vặn cần ống chống còn có các loại khóa kiểu càng cua, khóa xích vàthông thường đóng mở các khóa đều sử dụng khí nén, tời khoan đẻ giảm sức lao động và tăng độ an toàn khi làm việc

3.5 Lựa chọn bộ khoan cụ cho các khoảng khoan

Công tác thiết kế bộ dụng cụ khoan phù hợp với các khoảng khoan là một yếu tố quan trọng đảm bảo thi công giếng khoan theo đúng quĩ đạo thiết kế, giảm các phức tạp một cách đáng kể khi khoan, nâng cao hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của giếng khoan

Bằng kinh nghiệm khi khoan các giếng khoan trước đó và số liệu thực tế có thể cung cấp ta chọn bộ khoan cụ cho các khoảng khoan như sau:

Bảng 3.11: Cấu trúc bộ khoan cụ trong khoảng khoan 0 ÷ 250 m

Thành phần bộ khoan cụ Đường kính

(mm)

Chiều dài (m)

Khối lượng (kg)

Bảng 3.12: Cấu trúc bộ khoan cụ trong khoảng khoan 250 ÷ 2000

Thành phần bộ khoan cụ Đường kính(mm) Chiều dài(m) Khối lượng(kg)

Cần nặng xoắn 203,2 9,4 2070

Bảng 3.13: Cấu trúc bộ khoan cụ trong khoảng khoan 2000 ÷ 3000

Thành phần bộ khoan cụ Đường kính(mm) Chiều dài(m) Khối lượng(kg)

Khối lượng(kg)

Khối lượng(kg)

Chương 4: Dung dịch khoan

Việc sử dụng dung dịch khoan tuần hoàn liên tục trong giếng khoan là một tiến bộ kỹ thuật đáng kể Thông số dung dịch rất đa dạng trong việc sử dụng và đóng vai trò hết sức quan trọng Hiệu năng của việc khoan đã tiến triển rất nhiều nhờ tiến bộ kỹ thuật về tính chất hóa lý của các dung dịch khoan Chính vì vậy mà chương này sẽ đề cập đến dung