DỰ báo KHẢ NĂNG SINH cát THEO độ sâu và ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SINH cát CHO GIẾNG x mỏ y

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT VÀ DẦU KHÍ BỘ MƠN KHOAN VÀ KHAI THÁC DẦU KHÍ o0o LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP DỰ BÁO KHẢ NĂNG SINH CÁT THEO ĐỘ SÂU VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SINH CÁT CHO GIẾNG X MỎ Y CBHD: TS TẠ QUỐC DŨNG SVTH: PHAN DƯƠNG PHƯƠNG MSSV: 31002539 Tp Hồ Chí Minh 12/2014 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, nơi sinh ra, dưỡng dục vòng tay yêu thương ấm áp Gia đình ln điểm tựa vững nguồn động viên lớn lao cho vượt qua khó khăn sống Quãng đời sinh viên gắn bó mái trường Đại học Bách Khoa-ĐHQG TPHCM, đặc biệt mái nhà Khoa Kỹ thuật Địa Chất Dầu Khí khoảng thời gian đẹp mà em quên Ở đây, em không tiếp thu kiến thức q báu mà Thầy Cơ bảo cho kinh nghiệm, kỹ cần thiết mà kỹ sư dầu khí cần phải có, tất hành trang vô giá giúp cho em vững bước tương lai sau Giờ hoàn thành luận văn tốt nghiệp chuẩn bị bước sang trang đời, em muốn bày tỏ lòng cảm ơn chân thành sâu sắc đến tất thầy dìu dắt, dạy dỗ, giúp em có ngày hơm Luận văn em khơng thể hồn thành khơng có dìu dắt tận tình thầy hướng dẫn Em xin chân thành cảm ơn thầy TẠ QUỐC DŨNG, dù bận với công việc thầy dành thời gian quý báu để hướng dẫn sinh viên chu đáo Đã có lúc em gặp khó khăn thầy tận tình bảo, cung cấp tài liệu, định hướng giải vấn đề Em muốn bày tỏ lòng biết ơn đến thầy chủ nhiệm PHÙNG ĐẠI KHÁNH đồng hành chúng em năm qua, người luôn lắng nghe, chia niềm vui nỗi buồn sinh viên chúng em Bên cạnh đó, nhân tố ln ln bên cạnh, thúc giục động viên em lúc khó khăn nhất, xin cảm ơn bạn lớp động viên hỗ trợ suốt thời gian qua Nhân đây, em xin kính chúc sức khỏe thành công đến thầy TS.Tạ Quốc Dũng thầy cô Khoa kỹ thuật Địa Chất Dầu Khí Thành phố Hồ Chí Minh ngày 18/12/2014 Sinh viên thực Phan Dương Phương i LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài − Như biết dầu, khí chứa đá trầm tích đá móng nứt nẻ Nhưng giới nói chung chủ yếu chứa đá trầm tích Khi đó, vấn đề sinh cát nan giải Nó gây xâm thực bào mòn nhanh thiết bị khai thác lòng giếng thiết bị bề mặt đồng thời gây thiệt hại to lớn cho nhà đầu tư Tuy nhiên vỉa trầm tích bắt đầu khai thác sinh cát mà tuỳ theo mức độ cố kết thành hệ yếu tố vỉa áp suất, nhiệt độ, chế độ dòng chảy…sẽ tác động trực tiếp đến q trình sinh cát − Chính từ đầu tập trung vào nghiên cứu đánh giá đặc tính vỉa định phương thức hoàn thiện giếng cách thức khai thác mang lại hiệu cao sau Với lý trên, nhận thấy việc phát triển đề tài: “Dự báo khả sinh cát theo độ sâu đánh giá khả sinh cát cho giếng X mỏ Y” cần thiết Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu Luận Văn − Mục đích đề tài dự báo khả sinh cát theo độ sâu giếng X1 mỏ ST và, xác định độ sâu không nên bắn mở vỉa Tính tốn khả sinh cát sau thực bắn mở vỉa khai thác khảo sát ảnh hưởng góc lệch giếng lên khả sinh cát − Đối tượng tính định lượng độ giảm áp tới hạn từ thông số vỉa kết hợp với độ giảm áp thực lấy từ liệu thử vỉa để đồ thị hoá số liệu từ giếng đặc trưng Sau so sánh với tiêu chuẩn tính tốn đến kết luận độ sâu có khả sinh cát − Phạm vi nghiên cứu vỉa dầu đá trầm tích ii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nội dung nghiên cứu Luận văn tập trung nghiên cứu nội dung sau:  Tổng quan sở lý thuyết sinh cát Những tham số gồm có lực liên kết đất đá, hệ số poison, ứng suất trình khai thác dầu khí để tìm thơng số sở cần thiết thu thập cho trình đánh giá hiệu dụng tác dụng lên đất đá  Nghiên cứu độ giảm áp tác động lên trình sinh cát, tìm độ giảm áp tới hạn để so sánh đối chiếu có nên khống chế cát hay khơng, khai thác với chế độ khác  Các phương pháp khống chế cát áp dụng  Tính tốn đường cong tích luỹ TWC để xác định ứng suất giới hạn theo tiêu chuẩn P10 để xác định độ sâu có khả sinh cát Phương pháp nghiên cứu  Hệ thống hố tảng lí thuyết  Dựa vào cơng thức thực nghiệm để tính độ giảm áp tới hạn sinh cát  Dựa vào kết thực nghiệm từ mẫu lỗi thử giếng tiến hành phân tích để sử dụng cho trình đánh giá Cấu trúc Luận Văn Chương 1: Tổng quan chế sinh cát Nội dung chương giới thiệu cách tổng quát, đầy đủ lí thuyết nhiễm bẩn thành hệ, tượng sinh cát, khái niệm, trình sinh cát ảnh hưởng việc sinh cát đến trình khai thác Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính chất học thành hệ Trình bày sở lý thuyết yếu tố ảnh hưởng đến tượng sinh cát, nghiên cứu dạng ứng suất thuộc tính quan trọng khác thành hệ, liên quan đến độ bền học chế phá hủy Sau trình bày phương pháp kiểm sốt cát ứng dụng Chương 3: Dự báo khả sinh cát theo độ sâu đánh giá khả sinh cát iii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Tìm hiểu đặc điểm địa chất mỏ X, dựa vào nguồn liệu thu được từ giếng tìm kiếm, thăm dò Tiến hành đánh giá xây đựng đồ thị phá hủy thành hệ áp dụng cho kiểu hoàn thiện khác Dựa vào đồ thị phá hủy này, ta biết thời điểm điều kiện thành hệ bị phá hủy cát có nguy xâm nhập vào giếng Từ việc xây dựng đồ thị phá hủy ta đề xuất phương pháp hoàn thiện phù hợp cho giếng khai thác mỏ khí X với đặc điểm địa chất tổng hợp từ giếng thăm dò trước Cuối phần kết luận kiến nghị trình bày vấn đề rút từ việc thực đề tài, kết luận kết thu việc áp dụng thực tế vào giếng Qua kiến nghị, đề xuất phương pháp hoàn thiện tốt hơn, hiệu nhằm tăng cường sản lượng khống chế khả sinh cát giếng Tình hình nghiên cứu  Rev / June 1995 Completion Technology for Unconsolidated Formations Sách đề cập rõ nguyên nhân, hậu phương pháp khắc phục tượng sinh cát điển hình phương pháp lèn sỏi ống lọc (Gravel Park) phương pháp nứt vỉa thủy lực kết hợp chèn sỏi (Frack Park)  N.Safiin et al, “Development of small field in Malaysia using cost-efective open hole sandface complete technologies”, SPE paper 144217 Mô tả vỉa dầu chưa cố kết Malaysia kết hợp lắp đặt lưới lọc Muti-layer Stand Alone Sreen thiết bị kiểm sốt dòng vào (inflow control devices) để tăng hiệu khống chế cát  TS Tạ Quốc Dũng, “Nghiên cứu điều kiện sinh cát thiết lập chương trình mơ xuất cát giếng khoan khai thác dầu tầng Mioxen thềm lục địa VN”, báo cáo nghiên cứu khoa học năm 2008 Bài báo này, nêu lên sở lý thuyết nguyên nhân trình sinh cát, đưa mơ hình dự đốn sinh cát, phân tích nguyên nhân sinh cát đề xuất phương pháp khống chế cát cho mỏ RUBY  Phạm Hữu Tài, “Khống chế cát ống lọc khai thác dầu khí”, luận văn tốt nghiệp (LVTN) năm 2006 Trong LVTN giải vấn đề như: tiêu chí lựa chọn ống lọc quy trình tính tốn thơng số ống lọc bao gồm kích thước lỗ mở lưới lọc (screen), độ thấm, tổn thất áp suất qua lưới lọc, độ bền lưới lọc Tổng quan Expendable Sandscreen iv LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP  Trịnh Bá Lợi, “Mơ hình tính áp suất sinh cát cho giếng khai thác dầu khí ứng dụng công tác quản lý mỏ”, LVTN năm 2007 Nêu lên khái niệm tượng sinh cát, xây dựng mơ hình tính tốn áp suất sinh cát cho giếng, đặc điểm tính chất đá, vai trò quan trọng cơng tác dự đốn nguy sinh cát q trình khai thác dầu khí xây dựng mơ hình tính tốn áp suất sinh cát Ý nghĩa thực tiễn Việc dự đoán khả thành hệ bị phá hủy mở đường thành cơng việc kiểm sốt giếng Từ sở này, cơng ty đưa thiết kế HTG tối ưu để nâng cao tính thương mại cho giếng Đồng thời mở rộng phạm vi nghiên cứu giúp tăng cường độ bền thành hệ, phục vụ cho công việc khác v LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC: LỜI CẢM ƠN i PHẦN MỞ ĐẦU ii Tính cấp thiết đề tài ii Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu Luận Văn ii Nội dung nghiên cứu iii Phương pháp nghiên cứu iii Cấu trúc Luận Văn iii Tình hình nghiên cứu iv Ý nghĩa thực tiễn v DANH MỤC HÌNH ẢNH ix DANH MỤC BẢNG xi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG SINH CÁT 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu .1 1.2 Hiện tượng sinh cát 1.3 Nguyên nhân tượng sinh cát [1] 1.3.1 Sự cố kết thành hệ .2 1.3.2 Vật liệu xi măng gắn kết 1.3.3 Sự suy giảm áp suất lỗ rỗng .4 1.3.4 Lưu lượng khai thác 1.3.5 Độ nhớt dòng chất lưu .5 1.3.6 Góc ma sát tập trung ứng suất 1.3.7 Mật độ hình dạng lỗ mở vỉa 1.3.8 Sự xâm nhập nước .8 1.4 Quá trình sinh cát thành hệ [1] 1.5 Ảnh hưởng tượng sinh cát đến trình khai thác [1] 11 1.5.1 Sự tích tụ cát bề mặt .12 1.5.2 Sự tích tụ cát đáy giếng 12 1.5.3 Sự bào mòn thiết bị đáy giếng bề mặt 13 vi LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA THÀNH HỆ 15 2.1 Lý thuyết tính chất học thành hệ 15 2.1.1 Ứng suất 15 2.1.2 Biến dạng 16 2.1.3 Quan hệ ứng suất biến dạng 16 2.2 Hiện tượng phá hủy đá [1] 17 2.2.1 Cường độ kháng nén 18 2.2.2 Cường độ kháng cắt 18 2.2.3 Cường độ kháng kéo 18 2.3 Trạng thái ứng suất thành hệ [1] 19 2.3.1 Ứng suất thẳng đứng σv .19 2.3.2 Ứng suất ngang nhỏ σh 20 2.3.3 Ứng suất ngang lớn σH 22 2.3.4 Ứng suất hiệu dụng 24 2.3.5 Ứng suất xung quanh thành giếng khoan .24 2.4 Mơ hình phân bố ứng suất áp suất xung quanh giếng khoan [1] 24 2.5 Các thí nghiệm xác định giá trị ứng suất 27 2.5.1 Thí nghiệm UCS [2] 27 2.5.2 Thí nghiệm mẫu trục thành dày (Thick Wall Cylinder test) [2] .28 2.6 Các phương pháp kiểm soát cát [1] .30 2.6.1 Bắn mở vỉa tầng sản phẩm 30 2.6.2 Phương pháp kiểm sốt (Choke – size) 32 2.6.3 Phương pháp hoá học 33 2.6.4 Phương pháp sử dụng ống lọc [1] 34 2.6.5 Phương pháp lèn sỏi 38 2.6.6 Phương pháp lèn sỏi - ống lọc (gravel park) [1] .41 2.6.7 Phương pháp nứt vỉa kết hợp chèn sỏi (Frac – Pack) 45 2.6.8 Phương pháp sử dụng thiết bị DESANDER .46 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SINH CÁT VÀ DỰ BÁO KHẢ NĂNG SINH CÁT THEO ĐỘ SÂU 48 vii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 3.1 Đặc điểm địa lý – địa chất mỏ X 48 3.1.1 Đặc điểm địa lí 48 3.1.2 Đăc điểm cấu trúc địa chất mỏ X 49 3.2 Xác định đồ thị Log UCS-TWC dọc độ sâu tập E 54 3.3 Mơ hình tính tốn áp suất sinh cát .58 3.4 Thu thập liệu xử lý liệu 62 3.5 Phân tích độ nhạy 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: 65 Kết luận : .65 Kiến nghị : 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC A 68  Thí nghiệm leak off test [3] .68  Thí nghiệm extended leak off test 69  Thí nghiệm mini fracture 70 PHỤ LỤC B: 72 B.1 Chứng minh công thức (3.10) .72 B.2 Thành lập cơng thức tính áp suất đáy giếng tới hạn cho trường hợp giếng nghiêng theo tiêu chuẩn phá hủy vòng tròn Mohr 73 viii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Xu hướng điển hình xâm nhập cát vào giếng [1] Hình 1.2 Xác định góc ma sát theo phương trình ứng suất cắt đường tròn Morh [1] Hình 1.3 Phân bố đạn kiểu Spiral [1] Hình 1.4 Ảnh hưởng kiểu bắn mở vỉa đến tượng sinh cát [1] Hình 1.5 Cung cát sau bắn mở vỉa [1] .8 Hình 1.6 Tóm lược q trình sinh cát [1] 10 Hình 1.7 Đặc tính phá huỷ cát thành hệ chưa cố kết cố kết [1] 11 Hình 1.8 Đường ống bị bít nhét thiết bị khai thác bị hư hại [1] 11 Hình 1.9 Cát bình tách [1] 13 Hình 1.10 Ống lọc bị phá hủy cát [1] 14 Hình 2.1 Các thành phần ứng suất [1] 15 Hình 2.2 Hai loại biến dạng [1] 16 Hình 2.3 Tiêu chuẩn phá huỷ Mohr-Coulumb vật liệu cứng, dòn [1] 17 Hình 2.4 Các ứng suất phân tố [1] 19 Hình 2.5 Khối lượng riêng theo độ sâu thẳng đứng [2] 20 Hình 2.6 Vòng tròn Mohr chạm vào đường bao phá hủy [3] 23 Hình 2.7 Ứng suất hiệu dụng đá [1] .24 Hình 2.8 Biểu diễn trạng thái ứng suất quanh hố khoan thành không thấm [1] .26 Hình 2.9 Sơ đồ mẫu thí nghiệm UCS [2] 27 Hình 2.10 Mẫu thí nghiệm TWC điển hình [2] 28 Hình 2.11 Thiết bị thí nghiệm TWC [2] 29 Hình 2.12 Ví dụ điểm phá hủy bên bên ngồi TWC [2] 30 Hình 2.13 Quy trình ắn mở vỉa [1] 32 Hình 2.14 Ống lọc Expandable Sand Screen (đã giãn nở) [1] 35 Hình 2.15 Sơ lược trình lèn sỏi [1] 38 Hình 2.16 Phương pháp lèn sỏi giếng có ống chống [1] 39 Hình 2.17 Phương pháp lèn sỏi giếng thân trần [1] 40 Hình 2.18 Chèn sỏi giếng hồn thiện có ống chống [1] .42 Hình 2.19 Một kiểu ống lọc prepack Schlumberger [1] 43 Hình 2.20 Nứt vỉa kết hợp chèn sỏi (mặt cắt nhìn từ xuống) [1] 46 Hình 2.21 Thiết bị desander hoạt động giàn [1] 46 Hình 2.22 Cấu tạo hai loại desander [1] 47 Hình 3.1 Vị trí mỏ X 48 Hình 3.2 Địa tầng trầm tich mỏ X 51 Hình 3.3 TWC xác định dựa số liệu thu từ log siêu âm log mật độ 55 Hình 3.4 Biểu đồ tính lũy UCS TWC 56 Hình 3.5 Biểu đồ phân bố UCS TWC theo độ sâu 57 Hình 3.6 Phương pháp đổi trục tọa độ [1] .58 ix LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chương Qua biểu đồ hình 3.8 thể mối quan hệ vùng áp suất không sinh cát vùng áp suất sinh cát Trục X áp suất vỉa trục Y áp suất đáy giếng, đường màu xanh dương biểu thị điểm mà áp suất vỉa với áp suất đáy giếng (Phần phía đường thể cho trường hợp bơm ép bơm cân bằng, phần phía thể cho q trình giảm áp, khai thác giếng), đường màu đỏ ranh giới khu vực vùng sinh cát vùng không sinh cát đường dự đốn có nguy phá hủy cấu trúc bắt đầu sinh cát Hình 3.8 Kết tính độ giảm áp tới hạn giếng A (ví dụ) Thơng qua biểu đồ này, thấy toàn diện mạo vùng áp suất vỉa an tồn hay khơng an tồn giếng rơi vào trạng thái có nguy sinh cát Đối với giếng A, giả sử áp suất vỉa khoảng 2000 psi để khơng xảy tượng sinh cát áp suất đáy giếng phải lớn khoảng 800 psi Đường phá hủy tùy vào giá trị độ bền đá kiểu hoàn thiện khác khác Độ bền đá thường xác định giá trị Nếu việc khai thác xuất cát việc hạn chế, khắc phục trễ gây tổn thất sức người sức Vì khẳng định rằng, hẩu hết giếng chưa đưa vào khai thác hay giếng khai thác chưa thấy xuất cát mơ hình tính áp suất sinh cát hay cụ thể biểu đồ thể vùng áp suất an tồn góp phần khơng nhỏ cho cơng tác quản lý mỏ 61 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chương 3.4 Thu thập liệu xử lý liệu Từ kết tính tốn phần ta xác định độ sâu không nên thực bắn mở vỉa tầng E, ta giả sử thực công tác bắn mở vỉa độ sâu khoảng 3955m TVD Dựa vào số liệu đo log mật độ, ta xác định ứng suất thẳng đứng đáy giếng Sau xác định ứng suất ngang nhỏ dựa tương quan thực nghiệm nêu phần trên, công thức (2.6) Dựa việc xác định ứng suất thẳng đứng ứng suất ngang nhỏ nhất, ta xác định ứng suất ngang lớn theo công thức (2.15) Từ bước tính tốn sơ bộ, ta bảng số liệu cho việc tính áp suất đáy giếng tới hạn Bảng 3.2 Dữ liệu đầu vào vỉa giếng X1 Giếng X1 Tập cát E Độ sâu (TVD) Áp suất vỉa Góc phương vị 3762.16 m 8000 psi 187 độ Góc nghiêng 28.07 độ Hệ số Poisson 0.3 Ứng suất nén trục 11240.5 psi Ứng suất thẳng đứng 12860.53 psi Ứng suất ngang lớn 11332.59 psi 62 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chương 9804.646 psi Ứng suất ngang nhỏ Áp dụng công thức ta được: 8000 7000 Áp suất đáy giếng (psi) 6000 5000 4000 Unit Slope Vùng không sinh cát 3000 Falure Slope 2000 1000 Vùng0 sinh cát 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Áp suất vỉa (psi) Hình 3.9 Đồ thị vùng sinh cát cho giả thuyết Bảng 3.3 Các giá trị áp suất đáy giếng tới hạn để tránh xãy tượng sinh cát ứng với suy giảm áp suất vỉa Pr(psi) 8000 6093.852 4187.704 1137.867 375.4074 CBHFP(psi) 0 70.42371 375.4074 3.5 Phân tích độ nhạy Ta xác định vùng có nguy sinh cát vùng không sinh cát tương ứng cho vỉa theo góc nghiêng giếng 63 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chương 8000 7000 Áp suất đáy giếng (psi) 6000 10 độ 20 độ 5000 30 độ 40 độ 4000 50 độ 60 độ 3000 70 độ 80 độ 2000 90 độ 1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Áp suất vỉa (psi) Hình 3.10 Ảnh hưởng góc nghiêng đến khả sinh cát giếng Ta thấy giếng có độ nghiêng lớn (giếng xiên, ngang) khả sinh cát cao 64 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: Kết luận : − Luận văn trình bày tổng thể lý thuyết học đá, tảng việc sinh cát phương pháp kiểm soát cát sử dụng giới Ngồi luận văn trình bày phương pháp xác định ứng suất độ bền thành hệ từ thí nghiệm, đo Địa Vật lý giếng khoan tương quan thực nghiệm − Tiếp theo luận văn trình bày mơ hình dự báo sinh cát SAND 3D, đề xuất độ sâu bắn mở vỉa mơ hình dự báo sinh cát cho áp suất đáy giếng khai thác − Luận văn sử dụng mô hình SAND 3D, số liệu log siêu âm kết hợp với tương quan thực nghiệm nghiên cứu để áp dụng dự báo sinh cát theo độ sâu cho lớp E thuộc giếng ST-2P thuộc bồn trũng Cửu Long, Việt Nam Qua xác định độ sâu khơng nên bắn mở vỉa 3940-3948m 3950.7-3952.2m − Dựa vào kết luận việc sử dụng mơ hình SAND 3D, giả sử phương án bắn mở vỉa độ sâu tối ưu (3762.16m), sử dụng mơ hình dự báo áp suất đáy giếng kết hợp với phương pháp xác định ứng suất thành hệ nêu, tác giả tiến hành khảo sát sinh cát sụt giảm áp suất (do trình khai thác), kết cho thấy áp suất vỉa giảm từ 8000psi đến 1138psi có nguy sinh cát áp suất đáy giếng nhỏ 70.5psi, áp suất vỉa giảm độ chênh áp tới hạn nhỏ dần, đồng nghĩa với việc nguy sinh cát cao − Ngoài luận văn khảo sát ảnh hưởng góc lệch giếng sinh cát Kết luận rút giếng có góc lệch lớn khả sinh cát cao − Nhờ số liệu giếng ST-2P kiểm định khả tính tốn phương pháp SAND 3D phù hợp với địa tầng Việt Nam, từ khả áp dụng cho địa tầng tương đương nước ta khả quan Kiến nghị : − Các đồ thị phá hủy mang tính chất tham khảo xác giai đoạn đầu, giai đoạn sau giá trị áp suất vỉa giảm dần theo thời gian, cần theo dõi chế độ khai thác định kỳ để đề phòng hạn chế tượng sinh cát cách kịp thời cho giếng − Ngoài cần xem xét ảnh hưởng yếu tố bắn mở vỉa mật độ lỗ bắn, hình dạng lỗ bắn,… đến khả sinh cát giếng 65 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP − Chương Trong trình hoạt động khai thác, có mối liên quan mật thiết đến độ giảm áp suất vỉa, cần khai thác cách hợp lý, tránh việc giảm áp suất giếng lớn dẫn đến khả thành hệ bị phá hủy, cát chảy vào giếng Cần theo dõi chế độ khai thác định kỳ để đề phòng hạn chế tượng sinh cát cách kịp thời cho giếng 66 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] N H Long, Đánh giá khả sinh cát giếng X1 mỏ ST dự báo khả sinh cát theo độ sâu, Ho Chi Minh, 2013 [2] Colin McPhee, Rick Lemanczyk, Lynne Morgan, "GEOMECHANICAL MODELS METHODS AND PROCEDURES," Scotland, 2007 [3] C McPhee, Geomechnics: Application To Sand Failure Prediction And Wellbore Stability, HELIX RDS, 2005 [4] J Bellarby, Well Completion Design, Oxford: Linacre House, Jordan Hill, 2009 [5] A Khaksar, P.G Taylor, Z Fang, T Kayes, A Salazar, K Rahman, "Rock Strength from Core and Logs: Where We Stand and Ways to Go," SPE, 2009 [6] Khalil Rahman, Abbas Khaksar and Toby Kayes, "An Intergrated Geomechanical and Pasive Sand-Control Approach to Minimizing Sanding Risk From Openhole and Cased-and-Perforated Wells," SPE, 2010 [7] S.M Willson, Z.A Moschovidis, J.R Cameron & I.D Palmer, New Model for Predicting the Rate of Sand Production, Texas: SPE, 2002 [8] I GeoMechanics International, Gmi Wellcheck Technical Reference And User's Manual, Houston, 2004 67 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phụ lục PHỤ LỤC A THÍ NGHIỆM LEAK OFF TEST, EXTENDED LEAK OFF TEST VÀ MINI-FRACTURE  Thí nghiệm leak off test [3] Hình A.1 Thí nghiệm leak off test [3] - Thí nghiệm bắt đầu điểm 0, áp suất bề mặt áp suất khí - Đoạn từ tới 1: bắt đầu bơm dung dịch vào giếng với lưu lương nhỏ, làm áp suất tăng theo đường thẳng - Đoạn từ tới 2: Tới điểm 1,chất lưu bắt dầu vào thành hệ với lưu lượng nhỏ, tốc độ tăng áp suất giảm xuống mắc dù lưu lượng bơm khơng đổi Điểm gọi điểm leak off pressure (LOP) hay fracture initiation pressure (FIP) tức điểm mà dung dịch bắt đầu vào thành hệ Duy trì bơm đến áp suất đạt tới điểm 2, giá trị áp suất cao thí nghiệm Sau đóng bơm - Sau đóng bơm, áp suất giảm xuống điểm Sự giảm nhanh áp suất phản ánh ảnh hưởng ma sát hệ thống bơm ma sát với thành giếng từ bề mặt xuống đáy Đây gọi điểm instantenious shut – in pressure (ISIP) 68 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phụ lục - Sau đạt đến điểm 3, áp suất giảm chậm lại ổn định khoảng từ điểm tới điểm - Trong khoảng tới chất lưu chảy vào vỉa áp suất giảm tuyến tính giá trị ban đầu Tói chu kì thí nghiệm kết thúc  Như với thí nghiệm leak – off test ta xác định áp suất mà chất lưu giếng bắt đầu chảy vào vỉa (LOP) Đó điểm nơi đường tăng áp suất thay đổi (hình vẽ), giá trị thường lớn ứng suất ngang nhỏ khoảng 10 tới 15%  Thí nghiệm extended leak off test Hình A.2 Thí nghiệm extended leak off test - Tương tự LOT ban đầu áp suất miệng giếng áp suất khí trời (điểm 0) sau bơm chất lưu với lưu lượng q - Ban đầu áp suất tăng tuyến tính đến điểm Sau đạt đến điểm 1, tăng áp suất giảm chất lưu vào giếng Như thí nghiệm LOT điểm LOP hay FIP - Duy trì bơm đến áp suất đạt tới điểm Sau đường cong áp suất thay đổi đột ngột Đây điểm bắt đầu xuất khe nứt Áp suất điểm gọi formation breakout pressure (FBP) hay áp suất xuất khe nứt thành hệ 69 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phụ lục - Tiếp tục bơm chất lưu vào giếng với lưu lượng, khe nứt phát triển rộng tới điểm 3.sau ngừng bơm - Ngay ngừng bơm, áp suất giảm nhanh áp suất ảnh hưởng lực ma sát thí nghiệm LOT - Áp suất tiếp tục giảm xuống bắt đầu ổn định điểm Đây điểm mà khe nứt bắt đầu đóng lại gọi điểm fracture closure pressure (FCP) áp suất ứng suất ngang nhỏ σh cần tìm  Như với thí nghiệm ELOT ta xác định đồng thời áp suất chất lưu bắt đầu vào vỉa ứng suất ngang nhỏ thành hệ So với LOT thí nghiệm ELOT xác định ứng suất ngang nhỏ xác tốn nhiều thời gian chi phí  Thí nghiệm mini fracture Hình A.3 Thí nghiệm mini – fracture test [3] - Giai đoạn thí nghiệm mini fracture dùng để kiểm tra hệ thống làm việc, chất lưu bơm vào giếng với lưu lượng nhỏ để đưa áp suất đáy giếng tới giá trị P nhỏ giá trị chất lưu bắt đầu vào vỉa FIP (như thí nghiệm LOT ELOT) sau ngừng bơm để áp suất giảm xuống dần Đường 70 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phụ lục giảm áp giai đoạn thể theo dõi để xem phận hệ thống có hoạt động theo yêu cầu hay chưa - Sau giai đoạn tạo khe nứt thành hệ, chất lưu bơm vào giếng với lưu lượng lớn so vơi giai đoạn Áp suất đáy giếng tăng tuyến tính tới điểm khe nứt bắt đầu xuất gọi điểm fracture initiation fracture (FIP) Do ảnh hưởng lực ma sát chất lưu gần lỗ khoan, áp suất giếng sau xuất khe nứt tiếp tục tăng lên tới giá trị khe nứt mở rộng gọi formation breakdown pressure (FBP) Sau đạt tới giá trị này, chất lưu chảy nhanh vào thành hệ làm cho áp suất đáy giếng giảm xuống lưu lượng bơm không thay đổi Áp suất đáy giếng giảm tới điểm fracture propagation pressure (FPP) điểm mà khe nứt mở rộng hoàn toàn ứng với áp suất thực - Sau giai đoạn tắt bơm, chất lưu ngừng bơm vào giếng Áp suất giảm tới điểm instantenious shut-in pressure (ISIP) ảnh hường ma sát hệ thống phần LOT ELOT Sau đó, áp suất giảm chậm dần tới điểm fracture closured pressure (FCP) điểm mà khe nứt bắt đầu đóng lại Giá trị xác định ứng suất ngang nhỏ FCP   Nhưng số trường hợp giá trị FCP không xác định trình thí nghiệm - Giai đoạn giai đoạn mở lại (reopening), sau áp suất giếng giảm giá trị ban đầu, chất lưu tiếp tục bơm lại với lưu lượng giai đoạn tạo khe nứt Khi áp suất giếng tăng tới giá trị fracture reopening pressure (FRP) tức giá trị khe nứt ban đầu tái mở ra, chất lưu vào thành hệ đường tăng áp suất chậm Giá trị FRP ứng suất ngang nhỏ FRP   Tới giá trị đó, khe nứt mở to chất lưu vào thành hệ nhiêu làm cho áo suất đáy giếng giảm xuống lưu lượng bơm khơng đổi đến giá trị FPP sau tắt bơm đường giảm áp suất giai đoạn Giai đoạn reopening lặp lặp lại số lần tùy vào yêu cầu người thực 71 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phụ lục PHỤ LỤC B: B.1 Chứng minh cơng thức (3.10) Hình B.1 Ứng suất quanh thành giếng Ứng suất tiếp (còn gọi ứng suất vòng) thân thành giếng phụ thuộc vào ứng suất ngang trục lớn 𝜎H miêu tả công thức 𝜎𝜃𝐻 = 𝜎𝐻 − 2𝜎𝐻 cos(2𝜃) Với  góc hợp phương H điểm thành giếng xét Ta lại có ứng suất ngang nhỏ h vng góc với H nên góc hợp điểm thành giếng h 90- Ứng suất tiếp thân thành giếng phụ thuộc vào ứng suất ngang nhỏ nhất: 𝜎𝜃𝐻 = 𝜎ℎ − 2𝜎ℎ cos(180 − 2𝜃) = 𝜎ℎ + 2𝜎ℎ cos(2𝜃) Ứng suất tiếp tổng điểm thân thành giếng có phương hợp với ứng suất ngang lớn góc : 𝜎𝜃 = 𝜎𝜃𝐻 + 𝜎𝜃ℎ = 𝜎𝐻 + 𝜎ℎ − 2(𝜎𝐻 − 𝜎ℎ )cos(2𝜃) 72 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phụ lục Nếu xét thêm ảnh hưởng áp suất lỗ rỗng ứng suất tiếp thành lỗ khoan chịu ảnh hưởng áp suất lỗ rỗng áp suất lỗ rỗng, áp suất lỗ rỗng không thay đổi theo phương 𝜎𝜃 = 𝜎𝜃𝐻 + 𝜎𝜃ℎ = 𝜎𝐻 + 𝜎ℎ − 2(𝜎𝐻 − 𝜎ℎ ) cos(2𝜃) + 𝑝𝑃 Từ ta xác định ứng suất tiếp lớn nhỏ thành giếng: 𝜎𝜃,𝑚𝑎𝑥 = 3𝜎𝐻 − 𝜎ℎ − 𝑃𝑤 ứ𝑛𝑔 𝑣ớ𝑖 𝜃 = 900 𝜎𝜃,𝑚𝑖𝑛 = 3𝜎ℎ − 𝜎𝐻 − 𝑃𝑤 ứ𝑛𝑔 𝑣ớ𝑖 𝜃 = 00 Thế max vào bất phương trình 3.9 ta, chuyển vế đổi dấu để tìm Pw ta cơng thức 3.10 B.2 Thành lập cơng thức tính áp suất đáy giếng tới hạn cho trường hợp giếng nghiêng theo tiêu chuẩn phá hủy vòng tròn Mohr Hình B.2 Đổi trục tọa độ cho giếng nghiêng Ta có công thức chuyển đổi ứng suất ban đầu thành ứng suất theo trục x, y, z giếng: 𝜎𝑥 = (𝜎ℎ cos2 𝜃 + 𝜎𝐻 sin2 𝜃) cos 𝑖 + 𝜎𝑣 sin2 𝑖 𝜎𝑦 = 𝜎ℎ sin2 𝜃 + 𝜎𝐻 cos 𝜃 𝜎𝑧 = (𝜎ℎ cos 𝜃 + 𝜎𝐻 sin2 𝜃) sin2 𝑖 +𝜎𝑣 cos2 𝑖 𝜏𝑥𝑦 = sin 𝜃 cos 𝜃 cos 𝑖 (𝜎𝐻 − 𝜎ℎ ) 73 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phụ lục 𝜏𝑦𝑧 = sin 𝜃 cos 𝜃 sin 𝑖 (𝜎𝐻 − 𝜎ℎ ) 𝜏𝑥𝑦 = sin 𝑖 cos 𝑖 (𝜎ℎ cos2 𝜃 + 𝜎𝐻 sin2 𝜃 − 𝜎𝑣 ) Trong i góc nghiêng giếng so với phương thẳng đứng,  góc theo phương ngang hợp thành giếng phương H Từ ta có tính ứng suất tiếp, ứng suất hướng tâm gây điểm cách tâm giếng khoảng a: 𝜎𝜃 = 𝜎𝑥 +𝜎𝑦 𝜎𝑟 = (1 + 𝑎2 𝜎𝑥 −𝜎𝑦 𝑟 )− 𝑎2 𝑎4 𝑎2 𝑟 𝑟 𝑟2 (1 + ) cos 2𝜃 − 𝜏𝑥𝑦 (1 + ) sin 2𝜃 − 𝑝𝑤 𝜎𝑥 + 𝜎𝑦 𝜎𝑥 − 𝜎𝑦 𝑎2 𝑎4 𝑎2 𝑎2 (1 − ) + (1 + − ) sin 2𝜃 + 𝑝𝑤 2 𝑟 𝑟 𝑟 𝑟 𝜎𝑧𝑧 = 𝜎𝑧 − 𝜐 [2(𝜎𝑥 − 𝜎𝑦 ) 𝑎2 𝑎2 cos 2𝜃 + 4𝜏 𝑥𝑦 sin 2𝜃] 𝑟2 𝑟 Khi xét a thành giếng khoan, a =r ta có: 𝜎𝜃 = 𝜎𝑥 + 𝜎𝑦 − 2(𝜎𝑥 − 𝜎𝑦 ) cos 2𝜃 − 4𝜏𝑥𝑦 sin 2𝜃 − 𝑝𝑤 𝜎𝑟 = 𝑝𝑤 𝜎𝑧𝑧 = 𝜎𝑧 − 2𝜐[(𝜎𝑥 − 𝜎𝑦 ) cos 2𝜃 + 2𝜏𝑥𝑦 sin 2𝜃] 𝜏𝑟𝜃 = 𝜏𝜃𝑧 = 2(𝜏𝑦𝑧 cos 𝜃 − 𝜏𝑥𝑧 sin 𝜃) 𝜏𝑟𝑧 = Trong đó: pw áp suất thành giếng,  hệ số Poisson’s,  giá trị từ 0 đến 90 tương ứng với điểm khác vòng tròn giếng Bởi  hàm , ta xem r nhỏ z , tiêu chuẩn phá hủy Mohr-Coulomb đạt trước tiên vị trí z lớn Vì hai giá trị r rz 0, nên r phải ứng suất Tuy nhiên z  khơng Vì hai ứng suất lại thành giếng phải tính dựa vòng tròn Mohr’s có tâm 1⁄2 (𝜎𝜃 + 𝜎𝑧 ) bán kính {[1⁄2 (𝜎𝜃 − 𝜎𝑧 )] + 𝜏𝜃𝑧 } 1⁄ Vì ta có ứng suất thành giếng gồm: 74 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Phụ lục 𝜎1 = 1⁄2 (𝜎𝜃 + 𝜎𝑧 ) + {[1⁄2 (𝜎𝜃 − 𝜎𝑧 )] + 𝜏𝜃𝑧 } 1⁄ 2 𝜎2 = 1⁄2 (𝜎𝜃 + 𝜎𝑧 ) − {[1⁄2 (𝜎𝜃 − 𝜎𝑧 )] + 𝜏𝜃𝑧 } 1⁄ 𝜎3 = 𝑝𝑤 Nếu xét thêm áp suất lỗ rỗng, ứng suất hiệu dụng thành giếng là: 𝜎1 ′ = 𝜎1 − 𝛼𝑝𝑟𝑒𝑠 𝜎2 ′ = 𝜎2 − 𝛼𝑝𝑟𝑒𝑠 𝜎3 ′ = 𝜎3 − 𝛼𝑝𝑟𝑒𝑠 Pres áp suất vỉa Hình B.3 Vòng tròn phá hủy Mohr Áp suất cân tới hạn (Critical underbalance pressure) : 𝐶𝐷𝑃 = ∆𝑝𝑑𝑑 = 𝑃𝑟𝑒𝑠 − 𝑃𝑤𝑓 Áp suất cân tới hạn xác định điểm giao vòng tròn Mohr đường bao phá hủy : 𝑇𝐶𝐷𝑃 = tan 𝜃 (𝜎 ′ + 𝜎 ′ ) + 2𝑆0 2√(1 + tan2 𝜃) 𝜎 ′ − 𝜎 ′1 + Áp suất đáy giếng tới hạn : 𝑃𝑤𝑐𝑟𝑖𝑡 = 𝑃𝑟𝑒𝑠 − 𝑇𝐶𝐷𝑃 75 ... tài dự báo khả sinh cát theo độ sâu giếng X1 mỏ ST và, x c định độ sâu khơng nên bắn mở vỉa Tính toán khả sinh cát sau thực bắn mở vỉa khai thác khảo sát ảnh hưởng góc lệch giếng lên khả sinh cát. .. thức hoàn thiện giếng cách thức khai thác mang lại hiệu cao sau Với lý trên, nhận th y việc phát triển đề tài: Dự báo khả sinh cát theo độ sâu đánh giá khả sinh cát cho giếng X mỏ Y cần thiết... b y phương pháp kiểm soát cát ứng dụng Chương 3: Dự báo khả sinh cát theo độ sâu đánh giá khả sinh cát iii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Tìm hiểu đặc điểm địa chất mỏ X, dựa vào nguồn liệu thu được từ giếng