THIẾT KẾ THI CÔNG GIẾNG KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ 1203B MỎ BẠCH HỔ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN HƯNG NGHIỆP LỚP: KHOAN - KHAI THÁC K53 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ THI CƠNG GIẾNG KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ 1203B MỎ BẠCH HỔ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS NGUYỄN THẾ VINH GIÁO VIÊN CHẤM ThS HỒ QUỐC HOA VŨNG TÀU, 10-2012 MỤC LỤC α LỜI NĨI ĐẦU Ngành cơng nghiệp dầu khí ln ngành mũi nhọn mang tính chất chiến lược trình phát triển kinh tế khơng Việt Nam mà hầu hết Quốc gia giới Ngành dầu khí Việt Nam vươn lên đứng vị trí thứ nước xuất dầu khu vực Đơng Nam Á Để khai thác dầu khí tự nhiên lòng đất giai đoạn xây dựng giếng khoan giữ vai trò quan trọng, việc thành công hay thất bại phụ thuộc vào công nghệ kỹ thuật thực công đoạn Một công đoạn qui trình thiết kế thi cơng giếng khoan Chất lượng tài liệu thiết kế dự tốn khơng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng giai đoạn xây dựng giếng khoan, mà ảnh hưởng đến mức độ kinh tế qui trình thực ảnh hưởng khơng đến tuổi thọ thân cơng trình Trong khn khổ đồ án tốt nghiệp chuyên ngành khoan khai thác dầu khí, tài liệu trình bày ”Thiết kế thi cơng giếng khoan số 1203b khai thác dầu khí mỏ Bạch Hổ” Mặc dù cố gắng thực tốt đồ án, đồ án không tránh khỏi nhiều thiếu sót Rất mong nhận góp ý tất thầy giáo bạn Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn đến thầy giáo môn Khoan - Khai thác, đặc biệt thầy Nguyễn Thế Vinh tận tình giúp đỡ tơi q trình làm đồ án Xin chân thành cảm ơn! Vũng Tàu, tháng 11 năm 2012 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hưng Nghiệp CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MỎ BẠCH HỔ VÀ GIẾNG THIẾT KẾ 1.1 Vị trí địa lý mỏ Bạch Hổ Mỏ Bạch Hổ nằm lô số thuộc trũng Cửu Long thềm lục địa Việt Nam, cách bờ 100 km cảng Vũng Tàu 120 km Độ sâu vùng mỏ vào khoảng 50 m, nằm gần mỏ Bạch Hổ mỏ Rồng cách 35 km phía Nam Địa hình Vũng Tàu nói chung phẳng có nhiều cảng, cập tàu trọng tải lớn Có núi khơng cao : Núi Lớn núi Nhỏ đủ để xây dựng trạm thông tin liên lạc hải đăng biển Trong khu vược hoạt động LDDK Việt Xô, theo quan sát nhiều năm độ động đất không độ richter Khí hậu nhiệt đới gió mùa, mùa hè mưa, mùa đơng khơ Từ tháng 11 đến tháng chủ yếu có gió mùa đơng bắc, gió thổi mạnh vào tháng 12 tháng qut định hướng sóng biển Nhiệt độ khơng khí ban ngày 24oC÷27oC, đêm sáng 22oC ÷ 24oC Mưa vào thời kỳ gió mùa đơng bắc (0,7 mm vào hai tháng khơ nhất), độ ẩm khơng khí thấp 65% Trong thời gian chuyển mùa (tháng tháng 5) có di chuyển khối khơng khí lạnh từ phía bắc xuống phía nam Hướng gió chủ yếu hương tây nam thổi từ vùng xích đạo Gió tây nam làm tăng độ ẩm khơng khí Tuy nhiên mưa khơng đều, nhiệt độ khơng khí từ 25oC ÷ 30oC, chênh lệch nhiệt độ ngày đêm không đáng kể Vào mùa mưa, mưa trở nên thương xuyên to hơn, kéo dài vài ngày có kèm theo giơng tố Độ ẩm khơng khí vào thời kỳ 85% - 89% Vào tháng 10 thời kỳ chuyển gió mùa lần gió tây nam yếu dần thay gió đơng bắc Nhiệt độ khơng khí hạ thấp 24oC ÷ 30oC, vào cuối tháng hết mưa Các dòng chảy biển tuân theo chế độ gió mùa thủy chiều Nhiệt độ nước biển thềm lục địa thay đổi từ 14,9 oC ÷ 29,6oC Độ mặn nước biển thay đổi từ 33 mg/l ÷ 35 mg/l Bão thường tập chung từ tháng đến tháng 12 (chiếm 70% ) Trong bão mạnh chiều cao sóng biển đạt tới 10m Do vào mùa đơng số lượng ngày thuận lợi để tiến hành công tác biển tương đối Vào mùa gió tây nam tháng chuyển tiếp mùa điều kiện làm việc biển tương đối thuận tiện Tuy nhiên vào thời kỳ này, có mưa thường hay có sấm chớp gió giật kèm theo làm ảnh hưởng đến cơng tác ngồi khơi Nhìn chung kinh tế Vũng Tàu mang tính chất dịch vụ Ở Vũng Tàu ngành thủy sản du lịch phát triển mạnh Nên thành phần dân cư tương đối phức tạp Dân số khoảng 170.000 người, trình độ dân trí tương đối cao Nguồn điện phục vụ cho ngành kinh tế sinh hoạt nối với nguồn điện quốc gia Hiện có cảng dầu khí, cảng thương mại Rất thuận lợi cho viêc giao dịch thương mại dịch vụ cho cơng tác thăm dò khai thác dầu khí Các sở sân cảng, đương bộ… Đang nâng cấp tu chỉnh ngày đại Từ điểm kết luận thành phố Vũng Tàu nơi có nhiều điều kiện tốt cho cơng tác tìm kiếm, thăm dò khai thác dầu khí phát triển ngành kinh tế khác 1.2 Đặc điểm địa chất 1.2.1 Đặc điểm địa chất khu vực mỏ Bạch Hổ 1.2.1.1 Đá móng trước kainozoi Đá móng trước kainozoi chủ yếu thể xâm nhập granitoit, granit, granodionit Granit có mầu xám, xám phớt hồng, rạng khối hạt trung Một số mẫu chịu ảnh hưởng biến đổi thứ sinh, bị vò nát Thành phần khống vật chủ yếu: Thạch anh (10% ÷ 30%), Fenspat (50% ÷ 80%), Mica Amphibon ( từ đến 8,9%), khoáng vật phụ khác Tuổi đá móng Jura muộn Kareta sớm (tuổi tuyệt đối khoảng 108 ÷ 178 triệu năm) Đá móng có bề mặt phong hóa khơng đều, khơng liên tục cổ địa hình Bề dày lớp phong hóa lên tới 160 m Kết nghiên cứu khơng gian rỗng đá móng Bạch Hổ cho thấy độ rỗng độ nướt nẻ phân bố khơng trung bình 3% ÷ 5%, quy luật phân bố độ rỗng phức tạp Đây nơi cung cấp sản lượng dầu thô quan trọng mỏ Bạch Hổ (chiếm 80% trữ lượng), đá móng bị phong hóa đới nứt nẻ nơi chứa dầu khí mỏ 1.2.1.2 Các thành tạo kainozoi mỏ Bạch Hổ a Trầm tích Paleogen: - Trầm tích oligoxen hạ - điệp Trà Cú: Trầm tích điệp gồm lớp xen kẽ cát kết hạt trung, hạt nhỏ, mầu nâu sáng lẫn bột kết mầu nâu đỏ, bị nén chặt nhiều nứt nẻ Ở đáy điệp gồm sỏi kết mảnh đá móng tạo thành tập lót đáy lớp phủ trầm tích Bề dày tập lót đáy biến đổi từ m ÷ 170 m tăng dần theo hướng lún chìm móng vòm vắng mặt hồn tồn Đã nhận dòng dầu tập lót đáy Ngồi phát lớp kẹp đá phun trào số giếng khoan Các tầng cát kết chứa dầu cơng nghiệp tạp cát kết mầu xám sáng, độ hạt từ trung bình đến mịn Độ chọn lựa tốt, độ rỗng biến đổi từ 10%÷20% - Trần tích Oligoxen thượng – điệp Trà Tân: Danh giới tầng trầm tích Oligoxen thượng Mioxen hạ xác định rõ dễ dàng tài liệu địa chấn Trầm tích bao gồm lớp cát kết hạt mịn đến hạt trung, mầu xám sáng xen kẽ với tập dày sét kết mầu nâu chuyển dần sang đen phía Đặc biệt phát tầng trầm tích phần đá phun trào có thành phần thay đổi Chúng gồm có tuff, bazalt, andesit… Có chiều dày từ vài mét đến 20 m – 30 m Các lớp cát kết chứa dầu khí khơng khơng liên tục Chiều dày trầm tích biến đổi từ 50 m ÷ 1400 m cánh Trầm tích Oligoxen thượng chia thành phần theo đặc trưng thạch học chúng Phần từ tầng phản xạ đến tầng phản xạ 10 chủ yếu sét kết Đây tầng sinh dầu tầng chắn mỏ Bạch Hổ trũng Cửu Long Phần từ tầng phản xạ 10 đến tầng phản xạ 11 tập xen kẽ cát kết, sét kết đá phun trào b Trầm tích Neogen: Trầm tích bao gồm đầy đủ phân vị địa tầng Mioxen Plioxen Trầm tích Mioxen chia thành trầm tích Mioxen hạ – điệp Bạch Hổ, trầm tích Mioxen trung – điệp Cơn Sơn, trầm tích Mioxen thượng – điêp Đồng Nai - Trầm tích Mioxen hạ - điệp Bạch Hổ: Trầm tích Mioxen hạ xen kẽ lớp cát kết, sét kết bột kết Cát kết mầu xám sáng Sét kết mầu sặc sỡ loang lổ kết dính dẻo đặc biệt phần điệp tầng sét Rotalia dày trung bình khỏa 200 m Đây tầng chắn mang tính chất khu vực tốt Đá bột kết mầu xám, nâu đỏ Ở phần điệp chiều dày lớp kẹp cát kết tăng dần lên, liên quan đến phần tầng sảm phẩm chứa dầu Căn vào đặc điểm thạch học cổ sinh người ta chia điệp Bạch Hổ làm phụ điệp : Phụ điệp Bạch Hổ phụ điệp Bạch Hổ Phụ điệp Bạch Hổ sét chiếm ưu thế, phụ điệp Bạch Hổ xen kẽ cát kết sét kết, ưu cát kết tăng lên - Trầm tích Mioxentrung – điệp Đồng Nai: Gồm lớp cát bở rời màu xanh lẫn sét kết nhiều màu chiều dày điệp từ 600 m đến 650 m c Các trầm tích Plioxen – Đệ Tứ - điệp Biển Đơng: Trầm tích điệp chủ yếu bất chỉnh hợp trầm tích Mioxen Thành phần thạch học chủ yếu cát, bột, xen kẽ sỏi mầu xám, xám vàng, xám sáng Thường gặp mảnh vôi sinh vật biển Lên thành phần gồm cát bở rời xen kẽ với cát mầu xám sáng, xám xanh với macnơ Chiều dày điệp từ 550 m ÷ 600 m 1.2.2 Đặc điểm kiếm tạo Cấu tạo mỏ Bạch Hổ nếp uốn lồi, có vòm nhỏ kéo dài theo phương kinh tuyến, phức tạp hệ thống phá hủy đứt gẫy có biên độ độ kéo dài giảm dần phía Các cấu trúc tương phản biểu thị mặt tầng móng trầm tích Mioxen hạ, đặc tính tích lũy thấy rõ phần mặt cắt Nếp lồi có kết cấu bất đối xứng phần vòm, góc dốc vỉa tăng theo độ sâu từ ÷ 280 cánh tây, 60 ÷ 120 cánh đông trục nếp uốn Phần kế vòm thấp dần phía bắc có góc dốc 10 tăng dần đến 90 xa, phía Nam sụt xuống thoải hơn, góc dốc Phá hủy kiến tạo chủ yếu theo hai hướng kinh tuyến đường chéo Các đứt gẫy là: - Đứt gãy số 1: Chạy theo hướng kinh tuyến cánh tây lên vòm Bắc quay hướng Đông Bắc Độ dịch chuyển hướng Nam khoảng 500 m, vòm trung tâm khoảng 400 m, vòm bắc khoảng 260 m, độ nghiêng mặt trượt khoảng 60 Trong phạm vi vòm Bắc kéo dài theo đứt gãy thuận gần song song với biên độ từ 100 m ÷ 200 m - Đứt gãy số 2: Chạy theo sườn đơng vòm trung tâm, phía Bắc qua theo hướng Đông Bắc độ dịch chuyển ngang tới 900 m, độ nghiêng gần 60 Đây hai đứt gãy thuận tạo thành cấu trúc địa hào tạo thành cấu trúc đặc trưng mỏ Ngoài nhiều đứt gãy phát triển phạm vi tầng vòm với độ dịch ngang từ vài chục đến 200 m từ km ÷ km Theo hướng chéo lượn sóng nếp uốn nếp đứt gãy chéo phá hủy đơn vị kiến tạo, vòm trung tâm vòm cao kiên tạo Gồm mỏm địa lý móng cao vòm Bắc từ 25 m ÷ 30 m vòm Nam 950 m phía Bắc phía Nam ngăn cách đứt gãy thuận số số có phương vĩ tuyến - Vòm Bắc: Có cấu trúc phức tạp khối nâng, bị chia cắt hàng loạt đứt gãy, quan trọng đứt gãy số phân nhánh Vòm chia thành hai khối có cấu trúc riêng biệt Phía Tây có nếp uốn hẹp dạng lưỡi trai nối với phần lún chìm kiến tạo cánh phía Đơng vòm nếp uốn chia cắt thành khối loạt đứt gãy thuận có phương chéo nằm theo hướng Tây Nam tạo thành địa hào dạng bậc thang Trong khối phía Nam lại lún khối phía Bắc kế cận Theo mặt móng bẫy cấu tạo, vòm bắc khép kín đường thẳng sâu 4300 m Lát cắt Oligoxen Đệ Tứ phần có tồn chiều dày trầm tích - Vòm Nam: Là phần lún chìm sâu kiến tạo, phía Bắc cấu tạo đứt gãy thuận vĩ tuyến số 4, phía khác đường thẳng sâu 4300 m theo mặt móng Hệ thống phá hủy kiến tạo rõ nét mặt tầng móng Oligoxen hạ Số lượng biên độ kéo dài liên tục chúng giảm dần tứ lên khơng có kể tứ Oligoxen Với đặc điểm kiến tạo gây khó khăn cho cơng tác thi công giếng gặp phải đứt gãy kiến tạo, gây dung dịch, kẹt cột cần khoan, ảnh hưởng tới góc profin giếng khoan… 1.2.3 Đặc điểm địa chất giếng thiết kế Mặt cắt địa chất giếng thiết kế hình 1.1 a Ranh giới địa tầng: - Từ 85- 700 m trầm tích Đệ Tứ Neogen; - Từ 700- 1280 m trầm tích Mioxen trên; - Từ 1280- 2170 m trầm tích Mioxen trung; - Từ 2170- 2980 m trầm tích Mioxen dưới; - Từ 2980- 3190 m tầng Oligoxen; - Từ 3190m trở xuống tầng móng b Áp suất vỉa: - Từ độ sâu 85- 2170 m: Gradien áp suất vỉa 1; - Từ độ sâu 2170- 2980 m: Gradien áp suất vỉa 1,06; - Từ độ sâu 2980- 3190 m: Gradien áp suất vỉa 1,22 ÷ 1,28; - Từ độ sâu 3120 m trở xuống: Gradien áp suất vỉa 0,8 ÷ 0,9 c Áp suất vỡ vỉa: - Từ độ sâu 85- 700 m: Gradien áp suất vỡ vỉa 1,3; - Từ độ sâu 700- 2980 m: Gradien áp suất vỡ vỉa 1,55 ÷ 1,60; - Từ độ sâu 2980- 3190 m: Gradien áp suất vỡ vỉa 1,62 ÷ 1,65; - Từ độ sâu 3190 m trở xuống: Gradien áp suất vỡ vỉa 1,5 ÷ 1,6 d Nhiệt độ vỉa: Gradien nhiệt độ vỉa: 2,50C/100 m e Độ cứng đất đá: - Từ độ sâu 85 ÷ 2170 m: Đất đá mềm bở rời, có độ cứng từ I ÷ II theo độ khoan; - Từ độ sâu 2170 ÷ 2980 m: Đất đá tầng Mioxen hạ mềm trung bình cứng Độ cứng từ III ÷ IV theo độ khoan; - Từ độ sâu 2980 ÷ 3190 m: Đất đá tầng Oligoxen trung bình cứng đến cứng Độ cứng từ V ÷ VIII theo độ khoan; Đ ộ Cứng Chiều Sâ u Cột Đ Þa TÇng 1.2 1.4 1.6 1.8 200 1.3 400 Mềm bở rời 600 700 800 1000 Côn Sơn 1600 B¹ch Hỉ 1280 1400 2400 1.55-1.60 1800 TB.cøng MÒm-TB.Cøng -cøng 2000 2170 2600 2800 2980 P3 Oligoxen Mioxen Plioxen đ ệ tứ Đ ồng Nai N1+B.Đ ông Tuổi Gradien áp suất vỉ a áp suất vỡ vØ a 1.06 1.22-1.28 1.62-1.65 3190 Cøng-RÊt cøng MZ MZ 3800 4000 4200 4400 4600 4800 4941 0.8-0.9 Hình 1.1: Mặt cắt địa chất giếng 1203b 1.5-1.6 - Từ độ sâu 3190 m trở xuống dưới: Đất đá móng kết tinh từ cứng đến cứng Độ cứng từ VIII ÷ IX theo độ khoan Đất đá ổn định bền vững f Hệ số mở rộng thành M: - Từ độ sâu 85 - 2170 m: Hệ số mở rộng thành giếng M = 1,3; - Từ độ sâu 2170 - 2980 m: Hệ số mở rộng thành giếng M = 1,2; - Từ độ sâu 2980 - 3190 m: Hệ số mở rộng thành giếng M = 1,1; - Từ độ sâu 3190 m trở xuống: Hệ số mở rộng thành giếng M = 1,05 1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới công tác khoan Như trình bày phần trước, điều kiện địa chất mỏ Bạch Hổ phức tạp gây nhiều khó khăn cho cơng tác khoan như: - Đất đá mềm, bở rời từ tầng Mioxen trung (Điệp Côn Sơn) trở lên gây sập lở thành giếng khoan; - Các đất đá trầm tích nhiều sét tầng Mioxen tầng Oligoxen gây bó hẹp thành giếng khoan trương nở sét; - Dị thường áp suất cao tầng Oligoxen gây bó hẹp thành giếng khoan phức tạp đáng kể khác; - Tầng đá móng có gradien áp suất thấp gây dung dịch khoan thụt cần khoan gặp phải hang hốc; - Các đứt gãy kiến tạo mỏ gây dung dịch khoan làm lệch hướng lỗ khoan D: Đường kính ngồi cần khoan D = 12,7 m; d: Đường kính cần khoan d = 10,7 m; Thay số liệu vào công thức ta được: F= Π (12,7 − 10,7 ) = 36,7 cm2 Thay giá trị Qk F vào công thức ta được: σk = 196,97 = 5,367T / cm = 5367G / cm 36,7 Thay giá trị σc σk vào công thức ta được: K= 10500 = 1,96 ≥ 1,4 5367 Vậy cột cần khoan đạt bền trình kéo 7.2.2 Kiểm tốn cần khoan q trình khoan Trong q trình khoan, cột cần khoan phải chịu tải trọng bao gồm: Kéo, nén, uốn xoắn Trong tồn hai tiết diện nguy hiểm phần cột cần phần cột cần 7.2.2.1 Kiểm toán độ bền phần cần khoan Trong cơng tác khoan thăm dò khoan khai thác dầu khí, người ta thực việc khoan giảm tải (chỉ phần tải trọng cột cần khoan tác dụng lên đáy) nên trình khoan, phần cột cần phải chịu tải trọng kéo tải trọng xoắn Phần cột cần khoan gọi đạt bền thoả mãn điều kiện: σ K = c ≥ 1,4 (7.21) σΣ đó: K: Hệ số an toàn; σc = 105kG/mm2 = 10500 kG/cm2; σΣ: Ứng suất tương đương, ứng suất tính theo công thức: σ Σ = σ k + 4τ (7.22) σk: Ứng suất kéo phần cột cần Ứng suất tính theo cơng thức: σk = Qk F (7.23) Qk: Trọng lượng cột cần khoan tác dụng lên móc nâng khoan Q k tính theo cơng thức: 94 Qk = [Qđ + (L - lđ).q - Gc].(1- γd ) γ (7.24) Ta có thơng số: Qđ = 30,526 T; L = 5032 m; lđ = 310 m; q = 33 kG/m = 0,033 T/m; γ d = 1,05 T/m3; γ = 7,85 T/m3; Gc: Tải trọng đáy Gc = 22 T; Thay thơng số vào cơng thức ta tính được: Qk = [30,526 + (5032 - 310).0,033 - 22].(1- 1,05 ) = 116 T 7,85 Tiết diện ngang cần khoan: F = 36,7 cm2; Thay giá trị Qk F vào công thức ta được: σk = 116 = 3,17T / cm = 3170kG / cm 36,7 τ: Ứng suất xoắn tác dụng lên phần cột cần khoan τ tính theo công thức: τ= Mx wx (7.25) wx: Mô men chống xoắn cần khoan: wx = Π 12,7 − 10,7 Π D4 − d = = 199,5 cm3 16 12,7 16 D Mx: Mô men xoắn Mx tính theo cơng thức: Mx = 71620 N kt + N c n (7.26) n: Tốc độ quay động cơ: n = 70 v/p; Nkt: Công suất để quay cột cần không tải: Nkt = c.γ d.Dc2.n1,7.L c: Hệ số phụ thuộc vào độ cong giếng c = 18,8.10-5; γ d: Trọng lượng riêng dung dịch khoan γ d = 1,05 T/m3; Dc: Đường kính chng khoan Dc = 0,1651 m; L: Chiều dài cột cần L = 5032 m; Thay thông số vào công thức ta được: Nkt = 18,8.10-5 1,05 0,16512 701,7 5032 = 37,1 Kw 95 (7.27) Nc: Công suất tiêu thụ choòng: Nc = 46,4.10-4.K.Gc.Dc.n K: Hệ số mòn choòng: K = 0,1; Gc: Tải trọng đáy Gc = 22 T; Thay thống số vào công thức ta được: Nc = 46,4.10-4 0,1 22 0,1651 70 = 0,12 Kw Vậy ta tính mơ men xoắn: Mx = 71620 (7.28) 37,1 + 0,12 = 38081,4 kG.cm 70 Thay Mx wx vào công thức ta được: τ= 38081,4 = 190,9kG / cm 199,5 Thay giá trị τ σk vào cơng thức ta có: σ Σ = 3170 + 4.190,9 = 3192,9kG / cm Thay giá trị σΣ σc vào công thức ta được: K= 10500 = 3,4 > 1,4 3192,9 Vậy phần cột cần khoan đạt bền 7.2.2.2 Kiểm toán độ bền phần cột cần Trong trình khoan, tiết diện nguy hiểm cần khoan phần cột cần nằm sát với dụng cụ đáy Tại tiết diện này, cần khoan chịu tải trọng uốn tải trọng xoắn Sau ta kiểm toán bền cho cần khoan tiết diện này: - Ứng suất uốn tác dụng lên phần cần khoan tính theo cơng thức: σ u = 2000 f I l wu (7.29) đó: f: Độ võng cung uốn f tính theo cơng thức: f = 1,1.Dlk − D (7.30) Dlk: Đường kính lỗ khoan: Dlk = M.Dc = 1,05.165,1=173,4 mm; D: Đường kính ngồi cần khoan: D = 127 mm; Vậy: f = 1,1.173,4 − 127 = 31,87mm = 3,187cm I: Mơ men qn tính tiết diện cần khoan I tính theo cơng thức: 96 Π ( D − d ) 64 I= Thay D = 12,7cm d = 10,7cm vào công thức ta được: Π (12,7 − 10,7 ) = 633,5cm 64 I= l: Độ dài nửa cung uốn Độ dài tính theo cơng thức: l= 10 0,2.I ω 0,5.Z + 0,25.Z + ω q' (7.31) đó: Z: Khoảng cách từ điểm trung hồ đến tiết diện tính tốn, với tải trọng đáy 22 T thì: Z = 132 m; ω: Vận tốc góc: ω= 2.Π.n 2.Π 70 = = 7,33 rad/s 60 60 q': Trọng lượng 1cm cần khoan q' = 0,33 kG/cm Thay thơng số tìm vào công thức (7.31) ta được: l= 10 0,2.633,5.7,332 0,5.132 + 0,25.132 + = 4,85 cm 7,33 0,33 wu: Mô men chống uốn wu xác định theo công thức: wu = Π.( D − d ) Π.(12,7 − 10,7 ) = = 99,77 cm3 32.D 32.12,7 Thay giá trị f, I, l wu vào cơng thức tính tốn ứng suất uốn phần cần khoan ta được: σ u = 2000 3,178.633,5 = 1720,6 kG/cm2 4,852.99,77 - Ứng suất xoắn tác dụng lên phần cột cần khoan τ tính theo cơng thức: τ= Mx wx wx = 199,5cm3; Mx: Mơ men xoắn Mx tính theo công thức: Mx = 71620 N kt + N c n n: Tốc độ quay động n = 70 v/p; 97 Nkt: Công suất để quay cột cần khơng tải tính từ tiết diện tính tốn đến chng khoan: Nkt = c.γ d.Dc2.n1,7.L c = 18,8.10-5; γ d = 1,05 T/m3; Dc = 0,1651 m; L: Chiều dài cần khoan từ chng đến tiết diện tính tốn: L=310 m; Thay thông số vào công thức ta được: Nkt = 18,8.10-5 1,05 0,16512 701,7 310 = 2,3 Kw Cơng suất tiêu thụ chng tính phần trước: Nc = 0,12 Kw Vậy ta tính mô men xoắn theo công thức Mx = 71620 2,3 + 0,12 = 2476 kG.cm 70 Thay Mx wx vào công thức (7.25) ta được: τ= 2476 = 12,41 kG/cm2 199,5 - Ứng suất tương đương tác dụng lên phần cần khoan tính theo công thức: σ Σ = σ u + 4τ Thay thông số σu τ vào ta σ Σ = 1720,6 + 4.12,412 = 1720,8 kG/cm2 - Hệ số an toàn phần là: σ 10500 K= c = = 6,1 > 1,4 σ Σ 1720,8 Vậy phần cần khoan đạt bền q trình thi cơng giếng khoan 7.3 Kiểm tốn tổ hợp thiết bị khoan 7.3.1 Kiểm toán thiết bị nâng thả Để kiểm toán thiết bị nâng thả ta kiểm tra tải trọng lớn mà thiết bị phải chịu suốt trình khoan chống ống từ so sánh với đặc tính kĩ thuật thiết bị: - Cột ống chống có trọng lượng lớn cột ống trung gian 340 với trọng lượng: Q340 =206,47 T Tải trọng tác dụng lên móc nâng cột ống 340: γd Qm = Q340 (1) γ γ d: Trọng lượng riêng dung dịch khoan γ d = 1,12 T/m3; 98 γ : Trọng lượng riêng thép chế tạo cần khoan γ = 7,85 T/m3; Thay thông số vào công thức ta được: Qm = 206,4 (1- 1,12 ) = 177 Tấn 7.85 - Tải trọng cực đại tác dụng lên móc nâng mà tháp chịu Q max=450 T> 177 T móc mâng đủ bền làm việc trình chống ống 7.3.2 Tháp khoan Tải trọng cực đại tác dụng lên móc nâng mà tháp khoan chịu Qmax = 450 T > 196,97 T tải trọng tác dụng lên móc nâng kéo cột cần khoan Vậy tháp khoan đủ bền trình làm việc 7.3.4 Tời khoan Tải trọng cực đại Qmax = 450T > 196,97T tải trọng tác dụng lên móc nâng kéo cột cần khoan Vậy tời khoan chọn đáp ứng tải trọng q trình nâng thả CHƯƠNG PHỊNG CHỐNG PHỨC TẠP VÀ CỨU CHỮA SỰ CỐ 8.1 Sập lở đất đá biện pháp phòng ngừa chúng Đất đá thành giếng khoan bị sập lở ổn định Theo quan điểm học, ổn định đất đá bị ứng suất thành giếng khoan vượt giới hạn đàn hồi Điều sảy hai trường hợp: - Trường hợp phổ biến ứng suất thành giếng khoan khơng thay đổi nhiều, độ bền đất đá bị giảm xuống tác dụng dung dịch, làm cho đất đá bị ổn định sập lở vào giếng khoan Đất đá bở rời dễ bị dung dịch tác dụng Nước tự ngấm vào vỉa, làm cho chúng trương nở, phân rã gây sập lở; - Trường hợp thứ hai: Khi áp lực nén đất đá (do lực kiến tạo) lớn nhiều so với áp lực dung dịch Sự chênh lệch áp lực đất đá giếng khoan có nguy gây sập lở, nguy tăng chế độ khoan bất hợp lý Trong nhiều trường hợp hai nguyên nhân tác dụng đồng thời làm sập lở thành giếng khoan Khi tổ chức tiến hành khoan vùng bị sập lở, cần phải tính đến điều kiện sau: - Tất loại đất sét, diệp thạch sét phải dự tính khơng ổn định; - Khi mở vỉa có áp lực bất thường (áp lực vỉa lớn áp lực thuỷ tĩnh cột dung dịch có độ cao độ sâu vách vỉa) khoan vào vùng phá huỷ kiến tạo với góc cắm đất đá lớn khó giữ ổn định cho thành giếng khoan; 99 - Lựa chọn điều chỉnh chế độ khoan qua tầng không ổn định tạo khả ngăn ngừa sập lở tốt a Hiện tượng sập lở thành giếng khoan thể qua dấu hiệu sau: - Áp lực máy bơm tăng lên đột ngột; - Dung dịch đưa từ giếng khoan lên chứa nhiều vụn đất đá; - Trong khoan kéo thả cần khoan bị mắc; - Thả dụng cụ không đến đáy giếng khoan b Các biện pháp ngăn ngừa: - Các đoạn sập lở thiết kế kỹ thuật địa chất Trước khoan vào đoạn sập lở cần phải áp dụng biện pháp ngăn ngừa Biện pháp hiệu làm nặng dung dịch sét tăng cường chất lượng gia cơng hố học; - Có thể khoan qua vùng sập lở với dung dịch sét gia cơng hố học có độ thải nước trọng lượng riêng đảm bảo cho áp lực dung dịch cao áp lực vỉa; - Khoan lỗ khoan với đường kính nhỏ Người ta chứng minh giảm đường kính giếng khoan mức độ sập lở giảm xuống; - Dùng choòng khoan cỡ đường kính để khoan từ chân cột ống trước đến chân cột ống sau; - Tốc độ dung dịch lên ngồi cần khoan phải khơng nhỏ 1,5m/s; - Thả cột cần khoan xuống đáy êm, không giật cục Tránh thay đổi trọng lượng riêng dung dịch sét khoảng lớn Trước kéo cần khoan lên cần phải bù dung dịch vào giếng khoan; - Không để cần khoan nằm yên giếng khoan thời gian dài để tránh tượng bó cột cần 8.2 Hiện tượng dung dịch khoan 8.2.1 Các nguyên nhân chủ yếu gây tượng dung dịch - Áp lực cột dung dịch lớn áp lực vỉa (chênh áp lớn gây dung dịch nặng, tâng thấm tầng đất đá nứt nẻ); - Do đặc tính tầng dung dịch: + Các tầng dung dịch tầng chứa dầu - khí - nước có độ rỗng độ thấm lớn, tầng khai thác có áp lực vỉa giảm xuống; + Tầng đất đá bị vò nhàu, huỷ hoại chuyển động kiến tạo, hang động các- tơ đặc biệt tầng móng dễ bị dung dịch 8.2.2 Nghiên cứu vùng dung dịch Để chống dung dịch có hiệu có biện pháp ngăn ngừa cho giếng khoan sâu, cần phải nghiên cứu tổng hợp sau khoan vào tầng dung dịch Công tác nghiên cứu tổng hợp bao gồm: 100 - Nghiên cứu thuỷ động để tìm hiểu cường độ dung dịch; - Xác định ranh giới hút nước tầng, tồn dòng chảy từ vỉa sang vỉa khác giếng khoan; - Xác định đường kính thực giếng khoan vùng dung dịch 8.2.3 Các biện pháp phòng chống dung dịch Để khắc phục tượng dung dịch có cường độ khác hoàn toàn, người ta dùng phương pháp chủ yếu sau: - Giảm chênh lệch áp lực giếng khoan vỉa cách thay đổi thông số dung dịch; - Đối với vùng có nguy dung dịch cao tầng móng cho thêm chất độn vào dung dịch (vỏ trấu, xơ dừa chất dạng sợi); - Dự trữ đầy đủ lượng dung dịch cần thiết kịp thời sảy tượng dung dịch 8.3 Hiện tượng kẹt mút cần khoan 8.3.1 Các nguyên nhân gây kẹt cần khoan Hiện tượng kẹt cần khoan xảy nguyên nhân sau: - Bộ cần khoan bị kẹt trương nở sét; - Hiện tượng kẹt chênh áp: Hiện tượng xảy mạnh mẽ đoạn thân giếng nghiêng cột cần khoan dựa vào thành giếng chênh lệch áp lực cột dung dịch áp lực vỉa tạo lực dư ép cần khoan vào thành giếng Ngồi lực dư cột cần khoan tạo nên dẫn tới kẹt cần bám dính mà khơng dạo cột cần; - Hiện tượng kẹt sập lở thành giếng khoan làm chôn vùi dụng cụ; - Để cột cần khoan nằm yên giếng với thời gian dài làm mùn khoan lắng xuống; - Các thông số dung dịch tốc độ bơm rửa không đủ để đưa mùn khoan lên 8.3.2 Các biện pháp phòng tránh - Dùng dung dịch sét có chất lượng cao, tạo lớp vỏ sét mỏng chặt sít thành giếng khoan; - Bảo đảm tốc độ lên dòng dung dịch dưa mùn khoan lên bề mặt Trước kéo cần lên phải rửa chng khoan điều chỉnh thơng số dung dịch cho phù hợp với yêu cầu thiết kế; - Thường xun doa lại đoạn có khả hình thành lớp vỏ sét dày; - Trong trường hợp bắt buộc phải dừng khoan ÷ 5phút lại dạo dụng cụ lên xuống cho quay cột cần khoan 8.3.3 Các biện pháp cứu kẹt 101 Dùng hệ thống tời kéo quay bàn roto với lực kéo lớn Nếu khơng giải phóng dụng cụ cách xác định điểm kẹt dựa vào lập kế hoạch sửa chữa Điểm kẹt xác định theo công thức: 1,05.I E.F L= P2 −P1 (8.1) đó: L: Độ dài phần tự điểm kẹt; 1,05: Hệ số tồn khố nối; E: Mơ đun đàn hồi thép E = 2.106 kG/cm2; P1: Lực kéo lần thứ nhất; P2: Lực kéo lần thứ hai; I: Độ giãn cần khoan sau hai lần kéo - Nếu sử dụng thiết bị lắc đập để cứu kẹt trước hết phải tháo đoạn cần tự cách quay trái cần trạng thái không nén lực dây đạn nổ; - Cần phải đặt khố an tồn phía cần nặng điểm nguy hiểm bị kẹt Bộ khố an tồn cho phép tháo nhanh chóng; - Trước thả thiết bị lắc đập phải kiểm tra vỏ ren khoá máy; - Khi nối thiết bị lắc đập với phận bị kẹt tiến hành đập 12 ÷ 15 phút tình trạng căng cần Lực đập lực kéo suốt trình thực phải nhau; - Nếu sau ÷ chu kỳ lắc đập khơng có kết dừng lại 10 ÷ 15 phút tiếp tục chu kỳ lắc đập với lực kéo lực đập lớn Lực đập phần dụng cụ 12 ÷ 15 T, sau chu kỳ tăng từ ÷ T Lực kéo cực đại khơng q 15 ÷ 20 T (khơng kể trọng lượng dụng cụ đặt phía thiết bị lắc đập; - Nếu phận bị kẹt giải phóng phần xác định điểm giải phóng để kéo lên, sau tiếp tục quy trình để giải phóng nốt phần lại 8.4 Đứt tuột cần khoan Trong q trình khoan sử dụng phương pháp khoan quay nên cần khoan cần phải đặc biệt ý Chọn cột cần khoan phù hợp với khoảng khoan đảm bảo đủ độ bền Chọn cần gia mốc lắp nóng thành phận xưởng Kiểm tra thuỷ lực siêu âm trước đưa cần vào sử dụng Một số dụng cụ để cứu chữa đứt gãy cột cần khoan: 8.4.1 Metric Dùng để tạo ren trái phía cần khoan tháo phần cột cần khoan 8.4.2 Cơlơcơn 102 Tạo ren trái phía ngồi cột cần khoan để tháo phần Ngồi số dụng cụ cứu chữa cố như: dao cắt, choòng mài, ống chụp… 8.5 Sự xuất dầu- khí phun trào 8.5.1 Dấu hiệu báo trước xuất dầu khí phun trào - Dấu hiệu trực tiếp: tăng thể tích dung dịch bể chứa, tăng dòng chảy chảy dung dịch lên từ giếng khoan không tăng lưu lượng máy bơm; - Dấu hiệu gián tiếp: tăng tốc độ học khoan, thay đổi số dung dịch khoan, thay đổi áp suất bơm, thay đổi thông số chế độ khoan 8.5.2 Nguyên nhân điều kiện xuất dầu khí phun - Có sai sót việc xác định áp suất vỉa, thi công giếng kiểm tra không đủ thông số vỉa trình khảo sát mỏ; - Giảm áp suất thuỷ tĩnh vỉa; - Sử dụng dung dịch có trọng lượng riêng nhỏ trọng lượng riêng dung dịch thiết kế; - Khơng bơm rót dung dịch vào giếng kéo cần vỉa mở Giếng khoan dừng lâu mở tầng sản phẩm không bơm rửa; - Tăng hàm lượng khí dung dịch q trình khoan; - Khơng áp dụng biện pháp dóng kín miệng giếng có dấu hiệu xuất dầu khí 8.5.3 Các biện pháp phòng chống - Sử dụng dung dịch có trọng lượng riêng với trọng lượng riêng thiết kế - Luôn theo dõi thông số dung dịch, thấy tượng phải điều chỉnh lại thông số dung dịch, phải tăng trọng lượng riêng, độ nhớt ứng suất cắt tĩnh - Thường xuyên kiểm tra lại mặt bích thiết bị chống phun - Khi kéo thả cần phải thường xuyên rót dung dịch vào giếng - Khi thấy xuất dầu khí phải nhanh chóng đóng đối áp làm kín miệng giếng - Lúc kéo thả, thấy xuất dầu khí phải dừng kéo thả đóng kín miệng giếng 103 CHƯƠNG DỰ TỐN 9.1 Dự tốn chi phí thời gian thi cơng 9.1.1 Tổ chức sản xuất Tổng số công nhân viên giàn ca sản suất lớn nhất: 90 người Cơ cấu tổ chức ca sản xuất giàn khoan Tam Đảo: Mỗi ca sản xuất giàn khoan kéo dài 14 ngày tổ chức sau: - Một giàn trưởng (hoặc giàn phó quyền giàn trưởng); - Một thuyền trưởng; - Đội khoan bao gồm: đốc công (1 người Việt Nam người Nga), bốn kíp trưởng tám phụ khoan Đội khoan chia thành hai kíp khoan, kíp khoan làm việc 12 ngày nhiệm vụ thành viên đội sau: + Đốc công khoan: Chịu trách nhiệm đạo việc thi cơng giếng khoan; + Kíp trưởng: Thực cơng tác khoan kéo thả khoan cụ; + Công nhân khoan: Gồm thợ làm việc cao, phụ trách dung dịch hai thợ sàn khoan thực công tác tháo vặn cần, dọn dẹp sàn khoan, sơn… - Cùng làm việc với đội khoan có đội khác như: Đội khí phụ trách máy móc giàn, đội địa vật lý, đội bơm trám, đội thuỷ thủ,… để thực công tác phụ trợ cho công tác khoan giàn 9.1.2 Tổ chức đạo sản xuất cung cấp vật tư Căn vào định mức kinh tế kỹ thuật xí nghiệp Vietsovpetro, lịch thi cơng giếng khoan 1203b xây dựng sau: 9.1.2.1 Tổng thời gian thi công giếng khoan 125 ngày đêm, bao gồm - Thời gian di chuyển giàn khoan đến vị trí cần khoan: ngày đêm - Thời gian chuẩn bị công tác khoan: 2,5 ngày đêm - Thời gian khoan chống ống: 109 ngày đêm - Thời gian gọi dòng thử vỉa: 12,5 ngày đêm 9.1.2.2 Tổng thời gian khoan chống ống bao gồm - Thời gian khoan chống ống 508: ngày đêm - Thời gian khoan chống ống 340: 33,5 ngày đêm - Thời gian khoan chống ống 245: 23 ngày đêm - Thời gian khoan chống ống 194: 12,5 ngày đêm - Thời gian khoan mở vỉa: 32 ngày đêm Như tao có biểu đồ lịch thi cơng giếng khoan sau: 104 Ng.đ 1000 2000 3000 a 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130 250m b 4000 5000 2170m c 2980m d 6000 3190m e 5040m f Chiều sâu (m) a: Thời gian chuẩn bị công tác khoan b: Thời gian chống ống chống 508 c: Thời gian chống ống chống 340 d: Thời gian chống ống chống 245 e: Thời gian chống ống chống lửng 194 f: Thời gian gọi dòng thử vỉa Hình 9.1: Lịch thi cơng giếng khoan 1203b 9.2 Dự tốn kinh phí thi cơng 105 Tổng chi phí cho việc thi công giếng khoan 1203b bao gồm: - Chi phí khấu hao tài sản cố định giàn khoan (T1): + Khấu hao tài sản cố định ngày = 30.000 USD + Khấu hao tài sản cố định thời gian thi công = 125 x 30.000 = 3750000 USD Vậy T1 = 3.750.000 USD - Tổng chi phí vật tư, nhiên liệu cho giếng khoan: T2 = 1.500.000 USD - Chi phí dịch vụ sản xuất (T 3): Chi phí chiếm khoảng 10% tổng chi phí vật tư nhiên liệu: T3 = 10% x T2 = 150.000 USD - Chi phí dịch vụ vận tải tơ (T 4): Chi phí chiếm khoảng 3% chi phí vật tư nhiên liệu: T4 = 3% x T2 = 45.000 USD - Chi phí dịch vụ vận tải biển: Chi phí chiếm khoảng 30% tổng chi phí vật tư nhiên liệu (T5): T5 = 30% x T2 = 450.000 USD - Chi phí cho thiết kế, giám sát điều hành: T6 = 500.000 USD - Tiền lương cho cán công nhân viên giàn khoan: + Tiền lương trung bình cho cán công nhân viên giàn khoan (bao gồm: tiền lương, tiền cơng tác ngồi biển, tiền bảo hiểm xã hội, tiền phụ cấp làm thêm, …) tháng vào khoảng 800 USD + Tiền phải trả tính trung bình cho cán công nhân viên thời gian thi công giếng khoan (125 ngày = khoảng tháng): x 800 = 3.200USD + Tổng chi phí tiền lương T7 = Số nhân công x 3.200 T7 = 180 x 3200 = 576.000 USD Như vậy, tổng chi phí phải bỏ thi cơng giếng khoan 1203b là: T = T1 + T2 + … +T7 = 6.971.000 USD 106 KẾT LUẬN Giếng khoan 1203b thi cơng vùng mỏ có số giếng khoan trước Vì nhà địa chất tổng kết đặc trưng trầm tích thạch học, điều kiện áp suất, nhiệt độ vỉa, tính chất chất lưu, tính chất lý đất đá dự đốn cố xảy trình khoan Dựa vào tài liệu thống kê giếng khoan trước vùng mỏ kết hợp với tính tốn người ta đưa số liệu kỹ thuật tối ưu cho việc thiết kế giếng khoan 1203b Giếng khoan 1203b giếng khoan khai thác, khoan xiên tầng móng có nhiệt độ giếng, áp suất vỉa cao, chiều dài thân giếng lớn Do đòi hỏi thiết bị khoan phải có cơng suất lớn, trình độ kiến thức đội khoan cao để đảm bảo thi công tốt nhất, công tác an toàn phải cao, hạn chế tối đa tai nạng xảy cố q trình thi cơng giếng khoan Đồ án đưa cách chi tiết phương án thi công giếng khoan mỏ Bạch Hổ Dựa vào tài liệu thực tế vùng mỏ giếng khoan trước kết hợp với giáo trình chuyên mơn học trường tơi hồn thành đồ án Do thời gian kiến thức có hạn với nỗ lực, cố gắng thân, với hướng dẫn bảo tận tình thầy giáo Nguyễn Thế Vinh góp ý bảo thầy, giáo môn khoan khai thác bạn lớp em hoàn thành đồ án “Thiết kế thi cơng giếng khoan số 1203b khai thác dầu khí mỏ Bạch Hổ” Tuy nhiên, đồ án không tránh khỏi thiếu sót Rất mong thầy giáo, giáo, toàn thể bạn đưa ý kiến đóng góp để đồ án thêm hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! Vũng Tàu, tháng 11 năm 2012 Người thực Nguyễn Hưng Nghiệp 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TSKH Trần Xuân Đào, Thiết kế công nghệ khoan giếng dầu khí, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2007 [2] J.P Nguyễn, Năm 1995, Kỹ thuật khoan dầu khí, Nhà xuất giáo dục [3] GVC Lê Văn Thăng, Thiết kế công nghệ khoan dầu khí, Hà nội 2007 [4] GVC Lê Văn Thăng, Công nghệ khoan định hướng, Hà nội 2007 [5] PGS.TS Trần Đình Kiên, Bài giảng Dung dịch khoan vữa trám, Hà Nội 2002 [6] XNLD Vietsovpetro, Cấu trúc địa chất mỏ Bạch Hổ, Hà Nội 2002 [7] Viện NCKH TK dầu khí biển XNLD Vietsovpetro, Phương án kỹ thuật xây dựng giếng khoan tìm kiếm thăm dò, Năm 1997 [8] Viện NCKH TK dầu khí biển XNLD Vietsovpetro, Công nghệ bơm trám xi măng giếng khoan dầu khí, Năm 2006 108 ... thân cơng trình Trong khn khổ đồ án tốt nghiệp chuyên ngành khoan khai thác dầu khí, tài liệu trình bày Thi t kế thi cơng giếng khoan số 1203b khai thác dầu khí mỏ Bạch Hổ Mặc dù cố gắng thực... thuật giai đoạn khai thác; - Khoan gia cố giếng thực thi t bị kỹ thuật công nghệ có; - Chi phí thấp cho xây dựng giếng; - An toàn khoan gia cố giếng; - Thi t bị khai thác lòng giếng làm việc với... phận khai thác đưa để việc thi t kế giếng khoan xác dựa vào kinh nghiệm khoan giếng khoan mỏ Bạch Hổ, ta chọn profin giếng khoan sau: - Chiều sâu thẳng đứng giếng khoan (tính từ bàn roto): H0=4941