Bài viết trình bày một số kết quả nghiên cứu về lựa chọn choòng khoan hợp lý để thi công các giếng khoan tại khu vực vịnh Bắc Bộ. Với đặc tính đất đá tầng Oligoxen khu mỏ là mềm xen kẹp các lớp đất đá cứng và có độ mài mòn cao thì sử dụng kết hợp giữa choòng PDC và choòng TCI mang lại hiệu quả khoan tốt, tuổi thọ choòng cao.
Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 59, Kỳ (2018) 85-91 85 Nghiên cứu lựa chọn chng để thi cơng giếng khoan khu vực bể Sông Hồng Nguyễn Trần Tuân 1,*, Lý Ngọc Long 2, Nguyễn Anh Phương 2 Khoa Dầu khí, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam Tổng cơng ty Thăm dò Khai thác Dầu khí (PVEP), Việt Nam THƠNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Q trình: Nhận 15/6/2017 Chấp nhận 20/7/2017 Đăng online 28/2/2018 Trong phạm vi báo, tác giả trình bày số kết nghiên cứu lựa chọn choòng khoan hợp lý để thi công giếng khoan khu vực vịnh Bắc Bộ Với đặc tính đất đá tầng Oligoxen khu mỏ mềm xen kẹp lớp đất đá cứng có độ mài mòn cao sử dụng kết hợp giữa choòng PDC choòng TCI mang lại hiệu khoan tốt, tuổi thọ choòng cao Việc lựa chọn choòng FuseTek, choòng Kymera, choòng StingBlade để khoan vào vùng đất đá có đặc tính khác khu mỏ kết tổng hợp lý thuyết phá hủy đá truyền thống giữa choòng PDC, choòng TCI choòng kim cương thấm nhiễm Ứng dụng choòng FuseTek, Kymera, StingBlade vào thi công giếng khoan Bể Sông Hồng đã nâng cao tốc độ học khoan, tuổi thọ choòng khoảng khoan dài Do đó nâng cao hiệu thi công khoan giảm chi phí giếng khoan Từ khóa: Chng khoan Cơng nghệ khoan Vịnh Bắc Bộ © 2018 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất quyền bảo đảm Mở đầu Bể Sông Hồng (Vịnh Bá c Bọ ) là đó i tượng hứa hẹ n và rá t nhiè u tiè m nang đẻ tìm kié m và phá t hiẹ n dà u khí, nhien nó cũ ng tò n tạ i nhiè u rủ i ro và thá ch thức tìm kié m tham dò khu vực nà y Xuất phát từ sở địa chất có nhiều tiềm với nhu cầu lớn dầu khí để phát triển kinh tế khu vực phía Bắc Việt Nam, khu vực bao gồm tồn Châu thổ Sơng Hồng, biển nơng lơ 102, 103, phía Tây Nam Lơ 106 Tây Bắc Lô 107 đặc biệt ý cơng tác tìm kiếm thăm _ *Tác giả liên hệ E-mail: nguyentrantuan@humg.edu.vn dò Sau thời kỳ hoạt động khẩn trương nhà thầu nước gồm Total, Idemitsu, Anzoil/M&P vào năm từ 1989-1995, diện tích hợp đồng PSC lại lô 102&106 - Petronas/ATIP/SPC/PVEP, 103&107 PVEP/Petronas, lô MVHN-02 - Quad Energy lô 101-100/04 - Santos Do nhà thầu nước rút lui hết hạn hợp đồng tiềm dầu khí khu vực ẩn số lớn, bên cạnh mỏ khí Tiền Hải bước vào thời kỳ khai thác suy giảm nhanh nhu cầu dầu khí để phát triển kinh tế địa phương quốc gia ngày tăng, PVN/PVEP tiếp tục đẩy mạnh công tác tìm kiếm, thăm dò đất liền lẫn khu vực Vịnh Bắc Bộ (Petrovietnam Exploration Production Corporation, 2014) 86 Nguyễn Trần Tuân nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 85-91 Hoạ t đọ ng khoan cá c gié ng khoan tham dò , thả m lượng dà u khí là mọ t những khó khan gạ p phả i, vì địa chá t vù ng nà y rá t phức tạ p, đá t đá cứng mè m xen kẹ p ở cá c tà ng Oligoxen, Mioxen, đá t đá rá t cứng ở tà ng mó ng, nhiè u đứt gã y, xuá t hiẹ n khí nong, khí H2S, khí CO2, cá c vù ng có dị thường á p suá t, nhiẹ t đọ cao Do đó , đẻ thi cong những gié ng khoan nà y đò i hỏ i bọ phạ n thi cong khoan phả i có trình đọ cao và sử dụng cong nghẹ hợp lý đẻ vượt qua những khó khan, nang cao hiẻ u quả và rú t ngá n thời gian thi cong khoan Mọ t những yếu tố then chốt cà n được nghien cứu và cả i tié n đó là choò ng khoan Việc nghiên cứu, lựa chọn chng khoan vào thơng tin địa chất như: Cấu trúc địa tầng, tính chất lý đất đá điều kiện cụ thể vù ng địa chá t Hiệu khoan thể việc lựa chọn loại choòng phù hợp với loại đất đá khoan qua thông số chế độ công nghệ hợp lý Hiệu làm việc choòng khoan yếu tố định tới giá thành mét khoan Dựa vào số liệu địa chất vùng khoan qua, thơng số kỹ thuật loại chng khoan mà lựa chọn loại choòng phù hợp để đạt hiệu khoan cao Trên sở tổng hợp, phân tích tài liệu vè địa chá t, tà i liệu báo cáo tổng kết sử dụng chòong khoan khu vực Vịnh Bá c Bọ , nhó m tá c giả đề xuất giải pháp lựa chọn sử dụng choòng khoan hợp lý Đặc điểm địa chất, thạch học cấu tạo dầu khí vịnh Bắc Bộ Vịnh Bá c Bọ là vù ng có địa chá t rá t phức tạ p, nhiè u đứt gã y, xuá t hiẹ n khí nong, khí H2S, khí CO2, cá c vù ng có dị thường á p suá t, nhiẹ t đọ cao… Đá t đá cứng mè m xen kẹ p ở cá c tà ng Mioxene, Oligoxen và đá t đá rá t cứng, đọ mà i mò n rá t cao ở tà ng mó ng cũ ng là mọ t những khó khan viẹ c thi cong khoan Tuy nhien, mõ i mọ t vù ng Vịnh Bá c Bọ lạ i có đạ c điẻ m địa chá t, thạ ch họ c khá c Đẻ hiẻ u rõ được địa chá t, đạ c tính thạ ch họ c đất đá củ a gié ng chuả n bị khoan cà n nghien cứu kỹ địa chá t củ a từng vù ng, đó i tượng địa chá t thi cong và địa chá t củ a cá c gié ng đã khoan vù ng lan cạ n đẻ đưa sở thié t ké gié ng khoan, phương á n thi cong, lựa chọn cong nghẹ tó i ưu đẻ đả m bả o thi cong khoan an toà n, nhanh và tié t kiẹ m chi phí Đạ c tính đá t đá cấu tạo dầu khí vịnh Bắc Bộ theo từng vù ng địa chất giếng khoan thể khái quát Hình Hình (Petrovietnam Exploration Production Corporation, 2014) Hình Đặc tính đất đá theo vùng địa chất Nguyễn Trần Tuân nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 85-91 87 Hình Đặc tính đất đá theo vùng địa chất giếng đã khoan Trên sở thực tiễn giếng khoan khoan khu vực, theo PVEP đá nh giá và phan tích đặc tính đọ cứng đất đá sau (Petrovietnam Exploration Production Corporation, 2014): - Vù ng và phà n phía bá c củ a vù ng 2: Đá nhanh chó ng thay đỏ i đọ cứng theo chiè u sau củ a gié ng khoan - Vù ng 2: Đá từ đọ sau 2000m chuyẻ n sang đọ cứng trung bình và cứng - Vù ng 3: Đá có đọ cứng trung bình và cứng ở khoả ng đọ sau 3500m - Vù ng 4: Tương tự vù ng hoạ c vù ng có lớp đá rá t cứng ở phà n mó ng - Tuổi thọ dài - Khoan với đủ đường kính yeu cà u - Khoan được đú ng theo yeu cà u quỹ đạ o gié ng khoan - Giá thành vừa phải 3.2 Choòng khoan FuseTek kết hợp ưu điểm choòng PDC choòng thấm nhiễm Choò ng khoan FuseTek là loạ i choò ng ké t hợp giữa choò ng PDC và choò ng kim cương thá m nhiẽ m củ a nhà thà u choò ng NOV cung cá p đẻ khoan và o đá mó ng ở Vịnh Bá c bọ bà ng cá ch Nghiên cứu lựa chọn chng khoan nhằm tối ưu hóa thời gian thi công khoan 3.1 Yêu cầu đặt việc lựa chọn choòng khoan Choòng khoan là mọ t dụng cụ yếu đẻ thực hiẹ n cong tá c thi cong khoan Viẹ c lựa chọ n tó t choò ng khoan giú p cả i thiẹ n tó c đọ khoan, giả m cong tá c ké o thả đẻ thay choò ng, doa dạ o gié ng khoan, cứu kẹ t gié ng khoan… Do đó tié t kiẹ m được thời gian thi cong khoan cũ ng chi phí cho gié ng khoan Một choòng khoan lý tưởng cần có thơng số sau (Warren, Armagost, 1986): - Tốc độ khoan cao Hình Chng FuseTek 88 Nguyễn Trần Tuân nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 85-91 gia có them phà n kim cương thá m nhiẽ m len cá c cá nh củ a choòng PDC (Warren, T.M., Armagost, 1986) Cơ ché khoan phá huỷ đá t đá choò ng FuseTek theo hai giai đoạ n 3.2.1 Giai đoạn choòng khoan PDC (phần chính) - Đá t đá chủ yé u được phá vỡ bởi cá c rang củ a choò ng PDC theo ché cá t, tó c đọ khoan nhanh - Mọ t phà n củ a đá t đá được cá c rang choò ng thã m nhiẽ m phá vớ đá t đá theo ché mà i (mọ t só rang PDC được bó trí lù i thá p và o (rang mà u đỏ ) đẻ lọ phà n kim cương thá m nhiẽ m tham gia và o quá trình phá vỡ đá t đá ) 3.2.2 Giai đoạn khoan kiểu choòng khoan kim cương thấm nhiễm (phần phụ), xảy choòng PDC bị mòn từ 1/3 hoặc nửa - Chỉ mọ t ít đá t đá được phá vỡ theo ché cá t củ a choò ng PDC (mọ t só rang PDC được bó trí lù i thá p và o vã n cò n nguyen (rang mà u đỏ ) lú c nà y sẽ tham gia và o đẻ trì quá trình cá t đá t đá tạ m chá p nhạ n được) - Đá t đá chủ yé u theo ché mà i củ a cá c vạ t chá t kim cương thá m nhiẽ m 3.2.3 Phân tích nhận xét Hình Mặt cắt ngang cánh choòng FuseTek - Với viẹ c gia có them phà n kim cương thá m nhiẽ m là m tang tuỏ i thọ củ a rang choò ng PDC vì phà n kim cương thá m nhiẽ m thường mè m bè mạ t kim cương củ a rang choò ng PDC, đó ché mò n xả y ra, vạ t chá t nà o mè m sẽ bị mò n trước Ben canh đó , tié t diẹ n ma sá t với đá t đá củ a choò ng FuseTek cũ ng nhiè u nen ché mò n choò ng cũ ng xả y chạ m - Khi cá c rang choò ng PDC bị mò n 1/3 hoạ c mọ t nửa, ché phá huỷ đá t đá chủ yé u là ở phà n kim cương thá m nhiẽ m đó cũ ng là m tang được thời gian sử dụ ng choò ng khoan - Choò ng FuseTek khong có cá c bọ phạ n xoay nen giả m nguy bị rụ ng chó p xoay cá c choò ng TCI (đạ c biẹ t rá t dẽ xả y với cá c choò ng đường kính nhỏ khoan và o cuó i cá p đường kính củ a gié ng khoan là đó i tượng đá mó ng) - Với những phan tích tren, choò ng FuseTek rá t thích hợp đẻ khoan tà ng đá t đá cứng và có đọ mà i mò n cao ở tà ng đá mó ng Vịnh Bá c Bọ 3.3 Choòng khoan Kymera lưỡng tính kết hợp ưu điểm choòng PDC chng TCI Hình Hình ảnh nhìn từ dưới lên choòng FuseTek Choò ng Kymera củ a nhà thà u choò ng Baker Huger là kiẻ u choò ng lưỡng tính, ké t hợp giữa choò ng PDC có lưỡi cá t có định và TCI có cá c chó p xoay, đó nó thừa hưởng và ké t hợp được ưu điẻ m củ a hai loạ i choò ng nà y là khả nang khoan Nguyễn Trần Tuân nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 85-91 mạ nh mẽ , tó c đọ cao củ a choò ng PDC và sự trơn tru, mượt mà , ít chịu mo men xoá n củ a choò ng TCI (Warren, T.M., Armagost, 1986) - Khi gạ p đá t đá mè m, cá c rang choò ng tren cá c lưỡi cá t có định PDC sẽ phá t huy tá c dụ ng theo ché cá t đẻ phá huỷ đá t đá rá t nhanh - Khi gạ p đá t đá cứng, cá c rang đính tren choò ng chó p xoay sẽ á n đạ p đẻ phá huỷ đá t đá - Cá c rang đính tren chó p xoay cũ ng á n dạ p là m đá t đá rạ n nứt tạ o tiè n đè cho cá c rang tren cá c lưỡi cá t có định PDC phá huỷ đá t đá được dẽ dà ng - Choò ng PDC có lưới cá t có định đó có thẻ chõ ng đỡ được tả i trọ ng len choò ng tó t là m giả m nguy rụ ng chó p xoay 89 - Tuy nhien choò ng có bọ phạ n chó p xoay nen nguy bị hỏ ng, rụ ng chó p xoay cao Cá nh choò ng PDC cũ ng mỏ ng và yé u Phan tích và so sá nh ké t quả thực nghiẹ m thực té cá c thong só là m viẹ c củ a choò ng là tả i trọ ng len choò ng (WOB), ứng suá t xoá n (torque) củ a choò ng lưỡng tính Kymera với cá c choò ng TCI và PDC Trong đó : 260 Hybrid 633: Só liẹ u tren biẻ u đò củ a 260 choò ng lưỡng tính Kymera mà u xanh lá cay gò m cá nh, chó p xoay và đường kính rang là 19mm; 260 PDC 506: Só liẹ u tren biẻ u đò củ a 260 choò ng PDC mà u xanh da trời với cá nh và đường kính rang là 16mm; 220 RC: Só liẹ u tren biẻ u đò củ a 220 choò ng TCI mà u tím Hình Chng Kymera Hình Thơng số làm việc chng khoan 90 Nguyễn Trần Tn nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 85-91 Phan tích và nhạ n xé t: - Khi tăng tả i trọ ng len choò ng (WOB) thì mo men xoắn (torque) sẽ tang len - Choòng PDC tăng mô men xoắn len rá t nhanh và rá t cao tang tả i trọ ng len choò ng, bien đọ mo men xoá n cũ ng rá t rọ ng Do ché khoan củ a choò ng PDC là khoan cá t - Choò ng TCI có mo men xoá n rá t thá p, ché khoan củ a choò ng TCI là khoan á n dạ p và có cá c chó p xoay là m giả m ma sá t Tuy nhien với ché nà y thì choò ng khoan chạ m gạ p sé t, hiẹ n tượng choò ng bị dính sé t - Choò ng lưỡng tính Kymera khoan bà ng cả hai ché là cá t và á n dạ p nen có mo men xoá n tang đè u tang tả i trọ ng, bien đọ mo men xoá n cũ ng rá t bé , đó choò ng khoan rá t ỏ n định - Với những đạ c tính tren, choò ng Kymera rá t phù hợp đẻ khoan và o vù ng đá t đá cứng và xen kẹ p là tà ng Oligoxen ở Vịnh Bá c Bọ 3.4 Choòng khoan StingBlade kết hợp nguyên lý phá hủy chòong PDC choòng TCI Choò ng Stingblade củ a nhà thà u Smith là loạ i choò ng PDC có lưỡi cá t có định, nhien tren cá c lưỡi cá t choò ng được bó trí cả rang đụ c củ a choò ng TCI cù ng với rang cá t củ a choò ng PDC (Warren, T.M., Armagost, 1986) - Hai loạ i rang được đạ t ở cá c vị trí tương đò ng tren cù ng mọ t cá nh củ a choò ng khoan - Rang kiẻ u PDC phá vỡ đá t đá theo ché đọ cá t, rang đụ c (Stinger) phá vỡ đá t đá theo ché đọ á n dạ p - Tả i trọ ng đè len cá c rang đụ c (Stinger) là m phá vỡ cá c đá t đá cứng hiẹ u quả - Cá c rang đụ c có đọ khá ng né n cao đạ t cù ng vị trí với cá c rang cá t là m giả m sự phá huỷ , mà i mò n cho cá c rang cá t - Rang đụ c cũ ng tạ o ché là m rạ n nứt cá c lớp đá t đá , tạ o tiè n đè cho rang cá t phá vỡ đá t đá dẽ - Do choò ng khong có bọ phạ n xoay nen rá t chá c chá n, cứng vững - Với những đạ c tính tren, choò ng StingBlade rá t phù hợp đẻ khoan và o vù ng đá t đá cứng và xen kẹ p là tà ng Oligoxen ở Vịnh Bá c Bọ Kết luận kiến nghị Với đạ c tính đá t đá tà ng Oligoxen ở vù ng Vịnh Bá c Bọ là mè m xen kẹ p cá c lớp đá t đá cứng và có đọ mà i mò n cao thì sử dụ ng choò ng ké t hợp giữa Hình Chng StingBlade Nguyễn Trần Tuân nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 85-91 choò ng PDC và choò ng TCI mang lạ i hiẹ u quả khoan tó t, tuỏ i thọ choò ng cao Trong đó choò ng Kymera và choò ng StingBlade là hai loạ i choò ng ké t hợp được đạ c tính đó và có thà nh tích nỏ i trọ i thi công Tuy nhien chú ng vã n có những ưu nhược điẻ m là : Đó i với choò ng Kymera, ké t hợp giữa cá nh choò ng PDC và chó p xoay củ a TCI nen tó c đọ choò ng rá t tó t, nhien tiè m ả n nhiè u rủ i ro vì choò ng có cá c chó p xoay nhỏ , cá c cá nh choòng PDC mỏ ng nen rá t dẽ bị rụ ng chó p xoay và vỡ chó p Đó i với choò ng Stingblade thì tó c đọ khoan chạ m hơn, cá c rang được gá n tren cá nh và khuon củ a chò ong PDC nen rá t vững chã i, đó đọ ỏ n định cao, tuỏ i thọ choò ng lớn Vạ y khoan qua vù ng đá t đá Oligoxen ở Vịnh Bá c Bọ nen can nhá c viẹ c sử dụ ng choò ng Kymera hoạ c Stingblade Cà n xem xé t đạ c tính từng choò ng đẻ lựa chọ n Khi cà n khoan khoả ng khoan ngá n, cà n tó c đọ cao và khoan định hướng thì nen dù ng choò ng Kymera, cà n khoan với khoả ng khoan dà i và tó c đọ vừa phả i thì nen dù ng choòng StingBlade Với đạ c tính đá t đá tà ng mó ng Cacbonnat củ a Vịnh Bá c Bọ là rá t cứng và đọ mà i mò n cao thì sử dụ ng choò ng ké t hợp đạ c tính củ a choò ng PDC và choò ng kim cương thá m nhiẽ m là rá t hiẹ u quả 91 Vì vạ y choò ng FuseTec là lựa chọ n só mọ t Viẹ c lựa chọ n và ứng dụ ng choò ng FuseTec, Kymera, StingBlade và o thi cong cá c gié ng khoan Vịnh Bá c Bọ đã nang cao được tó c đọ khoan, tuỏ i thọ choò ng Do đó nang cao được hiẹ u quả thi cong khoan và giả m chi phí gié ng khoan Tuy nhien cà n có sự nghien cứu nữa đẻ tié p tụ c cả i thiẹ n, đỏ i mới đẻ đạ t đươc ké t quả cao nhá t thi công khoan Tài liệu tham khảo Kalinin, A G., Gandzumian, R A., Messern, A G., 2007 Cẩm nang kỹ sư công nghệ khoan giếng sâu, Trương biên nnk biên dịch Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Petrovietnam Exploration Production Corporation, 2014 Drill bit final well report, Performance report of HRD-1X-ST for PVEP Teale, R., 1965 The Concept of Specific Energy in Rock Drilling, International Journal of Mechanical and Mining Science, Pergamon Press, Vol 2, 57-73 Warren, T M., Armagost, W K., 1986 Laboratory Drilling Performance of PDC Bits Paper 15617 SPE Annual Meeting ABSTRACT Study on the selection of bits for drilling wells in the Song Hong Basin Tuan Tran Nguyen 1, Long Ngoc Ly 2, Phuong Anh Nguyen Faculty of Oil and Gas, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam Petrovietnam Exploration Production Corporation (PVEP), Vietnam Within the paper, the author presents some research results on the appropriate drilling options to optimize the time of construction of wells in the Gulf of Bac Bo.With the Oligocene’s soil elements of softness, hard terracing and high abrasion, the combination of PDC and TCI provides good drilling performance and high lifespan The selection of the FuseTek, Kymera, and StingBlade for drilling into rocky areas with different characteristics in the reservoir was the result of a combination of traditional rock breaking theory between the PDC, TCI and diamond permeability Application of FuseTek, Kymera, StingBlade for the construction of wells at Northern Red River has improved drilling speed, longer lifting and drilling times This will improve the efficiency of drilling and reduce the cost of drilling wells ... ch Nghiên cứu lựa chọn chng khoan nhằm tối ưu hóa thời gian thi công khoan 3.1 Yêu cầu đặt việc lựa chọn choòng khoan Choòng khoan là mọ t dụng cụ yếu đẻ thực hiẹ n cong tá c thi cong khoan. .. địa chá t Hiệu khoan thể việc lựa chọn loại choòng phù hợp với loại đất đá khoan qua thông số chế độ công nghệ hợp lý Hiệu làm việc choòng khoan yếu tố định tới giá thành mét khoan Dựa vào số... và rú t ngá n thời gian thi cong khoan Mọ t những yếu tố then chốt cà n được nghien cứu và cả i tié n đó là choò ng khoan Việc nghiên cứu, lựa chọn chng khoan vào thơng tin địa chất