Nghiên cứu lựa chọn công nghệ giảm góc nghiêng khi khoan các giếng tại bể nam côn sơn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LÊ XUÂN THỊNH NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ GIẢM GĨC NGHIÊNG KHI KHOAN CÁC GIẾNG TẠI BỂ NAM CƠN SƠN Ngành: Kỹ thuật dầu khí Mã số: 60520604 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trần Đình Kiên HÀ NỘI - 2015 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc BÁO CÁO VỀ VIỆC BỔ SUNG, SỬA CHỮA LUẬN VĂN THEO BIÊN BẢN CỦA HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ LUẬN VĂN THẠC SĨ Kính gửi: - Trường Đại học Mỏ - Địa chất; - Phòng Đào tạo Sau đại học Họ tên học viên: Lê Xuân Thịnh Tên đề tài luận văn: Nghiên cứu lựa chọn cơng nghệ giảm góc nghiêng khoan giếng bể Nam Côn Sơn Ngành: Kỹ thuật dầu khí Mã số: 60520604 Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Đình Kiên Sau bảo vệ luận văn thạc sĩ, học viên sửa chữa bổ sung luận văn theo Biên Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ Cụ thể sửa chữa bổ sung nội dung sau đây: Lỗi tả bảng biểu hình vẽ trang sửa chữa; Kết luận kiến nghị chỉnh sửa Hà nội, ngày 31 tháng 10 năm 2015 NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN CAO HỌC PGS.TS Trần Đình Kiên Lê Xuân Thịnh CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ LUẬN VĂN THẠC SĨ PGS.TS Lê Xuân Lân LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực sở nghiên cứu tính tốn chi tiết lý thuyết thực tiễn sản xuất hướng dẫn khoa học PGS.TS Trần Đình Kiên Các số liệu, mơ hình tính tốn kết luận văn trung thực, giải pháp nghiên cứu xuất phát từ thực tiễn kinh nghiệm, chưa cơng bố hình thức Tác giả Lê Xuân Thịnh MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết luận văn Mục đích nhiệm vụ luận văn Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Nội dung đề tài Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn luận văn Cấu trúc luận văn CHƯƠNG 1: ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN, ĐỊA CHẤT TỚI CÔNG TÁC KHOAN 1.1 Điều kiện địa lý tự nhiên 1.1.1 Vị trí địa lý, địa hình Vị trí địa lý Địa hình 1.1.2 Đặc điểm khí hậu, thủy văn Hướng vận tốc gió Chế độ giông bão 1.1.3 Ảnh hưởng yếu tố khí tượng-hải dương học Dòng hải lưu Hướng độ cao sóng 1.2 Đặc điểm địa chất – địa tầng bể Nam Côn Sơn 10 Thành tạo trước Kainozoi 10 Các thành tạo Kainozoi 11 1.3 Khái quát chung địa tầng lô 15 1.3.1 Địa tầng lô 03, 04, 05, 06, 10, 11, 12 (khu vực Đông Bắc) 15 Địa tầng lô 10, 11 15 Địa tầng lô 12 16 Địa tầng lô 05 17 Địa tầng lô 06 18 Địa tầng lô 04 19 Địa tầng lô 03 21 1.3.2 Địa tầng lô 19, 20, 21, 22, 28, 29 (khu vực Tây Nam) 21 Hệ tầng Cau – Dừa 21 Hệ tầng Thông – Mãng Cầu – Nam Côn Sơn – Biển Đông 22 Hệ tầng Biển Đông 22 1.4 Ảnh hưởng đặc điểm địa chất tới công tác khoan 23 Hiện tượng dung dịch 25 Hiện tượng bó hẹp thành giếng khoan 28 Hiện tượng sập lở thành giếng khoan 28 Hiện tượng khí nơng 28 Dị thường áp suất nhiệt độ cao 29 1.5 Nhận xét, đánh giá 30 CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT VỀ KHOAN ĐỊNH HƯỚNG 31 2.1 Khái quát chung khoan định hướng 31 2.1.1 Lý khoan định hướng 31 2.1.2 Các ứng dụng công nghệ khoan định hướng 31 2.2 Mặt cắt giếng khoan định hướng 34 2.3 Các bước tính tốn quĩ đạo giếng khoan định hướng 36 2.3.1 Dạng quỹ đạo hình chữ S- đoạn 36 2.3.2 Dạng quỹ đạo hình chữ S-4 đoạn 39 2.3.3 Dạng quỹ đạo hình chữ S-3 đoạn 40 2.3.4 Dạng quỹ đạo tiếp tuyến( đoạn) 40 2.3.5 Dạng quỹ đạo hình chữ J 41 2.3.6 Các giá trị ban đầu để tính quỹ đạo gồm 41 2.4 Các yêu cầu khoan định hướng 42 CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ KHOAN GIẢM GĨC NGHIÊNG 43 3.1 Thành phần nguyên lý khoan cụ 44 3.1.1 Choòng khoan PDC 44 3.1.2 Thiết bị đại điều chỉnh hướng giếng khoan 46 3.1.3 Định tâm 47 3.1.4 Cần nặng không nhiễm từ 49 3.1.5 Cần nặng 49 3.1.6 Búa khoan 50 3.1.7 Cần khoan nặng 53 3.2 Các phức tạp cố xảy trình khoan cơng đoạn giảm góc nghiêng 53 3.2.1 Các tượng sạt lở giải pháp khắc phục 54 3.2.1.1 Nguyên nhân 55 3.2.1.2 Dấu hiệu nhận biết 55 3.2.1.3 Các biện pháp ngăn ngừa 55 3.2.2 Hiện tượng kẹt mút cần khoan giải pháp phòng ngừa 56 3.2.2.1 Các nguyên nhân gây kẹt cần khoan 56 3.2.2.2 Các biện pháp ngăn ngừa 56 3.2.3 Hiện tượng lệch quỹ đạo giải pháp khắc phục 57 3.2.3.1 Nguyên nhân 57 3.2.3.2 Giải pháp khắc phục 57 3.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến q trình khoan giảm góc 57 3.3.1 Đặc điểm địa chất 57 3.3.2 Yếu tố kĩ thuật 59 3.3.3 Yếu tố công nghệ 59 3.3.4 Chế độ khoan 59 3.3.5 Chất lượng dung dịch 60 3.4 Lựa chọn khoan cụ giảm góc nghiêng 60 3.4.1 Nguyên lý lắc 60 3.4.2 Một số khoan cụ thường dùng 65 3.4.2.1 Góc nghiêng lớn 400 .65 3.4.2.2 Góc nghiêng lớn từ 30-400 69 3.4.2.3 Góc nghiêng lớn từ 15-300 72 3.4.2.4 Góc nghiêng nhỏ 150 75 3.4.3 QUĨ ĐẠO GIẾNG KHOAN THỰC TẾ THI CÔNG KHI ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ GIẢM GÓC NGHIÊNG 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 84 Kết luận 84 Kiến nghị 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT BHA: Bộ dụng cụ khoan DLS: Cường độ tăng giảm góc DC: Cần nặng EOC: Điểm kết thúc cắt xiên HWDP: Cần khoan nặng LWD: Ghi lại khoan KOP: Điểm bắt đầu cắt xiên MWD: Đo khoan MD: Chiều sâu thân giếng NMDC: Cần khơng nhiễm từ PD: Power Drive RPM: Vịng/ phút RSS: Hệ thống chỉnh lái quay SLB: Slumberger TVD: Chiều sâu thẳng đứng WOB: Tải trọng lên choòng X/O: Đầu nối DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Điều kiện địa chất ảnh hưởng tới công tác khoan lô 04, 05, 06 24 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Vị trí bể Nam Côn Sơn Hình 1.2 Vị trí địa lý, địa hình bể Nam Côn Sơn Hình 1.3 Hướng dịng hải lưu mùa gió mùa Đơng Bắc Hình 1.4 Hướng dịng hải lưu mùa gió mùa Tây Nam Hình 1.5 Cột địa tầng tổng hợp bể Nam Côn Sơn 13 Hình 1.6 Cột địa tầng giếng khoan 12-DUA-1X 17 Hình 1.7 Địa tầng qua hai giếng 06-HDB-1X 06-LD-1X 19 Hình 1.8 Cột địa tầng tổng hợp cấu tạo Thiên Ưng – Mãng Cầu 20 Hình 1.9 Địa tầng qua giếng theo hướng Tây Bắc – Đông Nam 27 Hình 2.1 Các giếng khoan từ cơng trình ngồi biển 32 Hình 2.2 Giếng khoan giải cứu 32 Hình 2.3 Duy trì giếng khoan thẳng đứng 32 Hình 2.4 Cắt thân hai 32 Hình 2.5 Tránh vị trí miệng giếng khơng thuận lợi 32 Hình 2.6 Tránh vỉa muối 32 Hình 2.7 Giếng khoan bờ (sơng / hồ / biển) 33 Hình 2.8 Giếng khoan ngang 33 Hình 2.9 Giếng khoan đa đáy 33 Hình 2.10 Quỹ đạo giếng khoan mặt phẳng φ1 = φ 34 Hình 2.11 Quỹ đạo giếng khoan không gian φ1  φ2 34 Hình 2.12: Closure Azimuth (deg) – Góc phương vị 34 Hình 2.13 Các dạng quỹ đạo 35 Hình 2.14: Quỹ đạo hình chữ S- đoạn 36 Hình 2.15: Quỹ đạo chữ S-4 đoạn 39 Hình 2.16 Quỹ đạo hình chữ S-3 đoạn 40 Hình 2.17 Dạng quỹ đạo tiếp tuyến 41 Hình 2.18 Quỹ đạo hình chữ J 41 Hình 3.1 Chng khoan PDC ½’’ Z519 trước sau khoan 45 Hình 3.2 Chng khoan PDC ½’’ MDSi519 46 Hình 3.3 Động góc cong 46 Hình 3.4 Hệ thống chỉnh lái quay 47 Hình 3.5 Chỉnh lái cổ trục 47 Hình 3.6 Các loại định tâm 48 Hình 3.7 Cần nặng khơng nhiễm từ MWD, Wireline 49 Hình 3.8 Búa khoan 53 Hình 3.9 Đất đá cứng mềm khơng đồng 58 Hình 3.10 Mô nguyên lý lắc 61 Hình 3.11 Con lắc làm việc 62 Hình 3.12 Luận điểm khác nguyên lý làm việc lắc 63 Hình 3.13 Bộ khoan cụ giảm góc 64 Hình 3.14 Bộ khoan cụ cường độ giảm góc mạnh từ 2º-2.5º/30m góc nghiêng lớn 40º 67 Hình 3.15 Bộ khoan cụ cường độ giảm góc từ 1.5º -2º/30m góc nghiêng lớn 40º 68 Hình 3.16 Bộ khoan cụ cường độ giảm góc từ 1.5º-2º/30m góc 72 3.4.2.3 Góc nghiêng lớn từ 150-300 Hình 3.18 góc nghiêng giảm từ 1-1.50/30m, hình 3.19 góc nghiêng giảm từ 0.8-1.20/30m lựa chọn tùy theo yêu cầu cường độ giảm góc Một điều thực tế cho thấy góc nghiêng giếng khoan nhỏ cường độ giảm góc giảm theo, khoan cụ khoan giảm góc dần thẳng đứng góc giảm nhỏ Góc nghiêng giếng khoan giảm, lựa chọn tăng thông số chế độ khoan để đạt tốc độ học khoan nhanh 73 Hình 3.18 Bộ khoan cụ cường độ giảm góc từ 1-1.5º /30m góc nghiêng từ 150-300 74 Hình 3.19 Bộ khoan cụ cường độ giảm góc từ 0.8º-1.2º/30m góc nghiêng từ 150-300 75 3.4.2.4 Góc nghiêng nhỏ 150 Khi khoan giảm góc nghiêng thơng thường lựa chọn khoan cụ kết cấu từ hay nhiều định tâm với mục đích định tâm phía xa chng có tác dụng ổn định thân giếng khoan tránh bị xoay góc phương vị, nhiên định tâm phía xa có ảnh hưởng cản trở đến trình giảm góc trường hợp góc nhỏ dần thẳng đứng Do góc nghiêng nhỏ giảm 150 thường lựa chọn khoan cụ định tâm để đảm bảo góc giảm thẳng đứng Hình 3.20 hình 3.21 lựa chọn định tâm Góc gần thẳng đứng tăng thơng số chế độ khoan nhằm tăng tốc độ học khoan 76 Hình 3.20 Bộ khoan cụ cường độ giảm góc nhỏ 1º/30m góc nghiêng từ nhỏ 15º 77 Hình 3.21 Bộ khoan cụ cường độ giảm góc nhỏ 0.8º/30m góc nghiêng từ nhỏ 15º 78 3.4.3 QUĨ ĐẠO GIẾNG KHOAN THỰC TẾ THI CÔNG KHI ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ GIẢM GÓC NGHIÊNG Dưới số quĩ đạo giếng khoan thực tế thi công kết việc áp dụng lựa chọn công nghệ khoan giảm góc nghiêng với khoan cụ rotor thơng số chế độ khoan trình bày phần Qũi đạo cơng đoạn giảm góc nghiêng kết thúc gần xác mục tiêu theo yêu cầu thiêt kế 79 Hình 3.22 Qũi đạo giếng khoan CT3X Cơng đoạn giảm góc nghiêng giếng khoan CT3X hiệp kéo thả góc nghiêng giảm dần từ 260 thẳng đứng Lần lượt khoan cụ thông số chế độ khoan lựa chọn hình 3.18 sau hình 3.20 80 Hình 3.23 Qũi đạo giếng khoan 20DR Cũng tương tự giếng khoan CT3X giếng 20DR hiệp kéo thả góc nghiêng giảm dần từ 240 thẳng đứng Lần lượt khoan cụ thông số chế độ khoan lựa chọn hình 3.18 sau hình 3.20 81 Hình 3.24 Qũi đạo giếng khoan ThT-5X Giếng khoan ThT-5X cơng đoạn giảm góc nhỏ từ 150 thẳng đứng nên thi công công đoạn với khoan cụ thơng số chế độ khoan hình 3.20 82 Hình 3.25 Qũi đạo giếng khoan BH-39 Cơng đoạn giảm góc giếng khoan BH-39 khoảng 1300m từ 21303430m hiệp khoan để đưa góc từ 230 thẳng đứng khoan cụ lựa chọn hình 3.18 sau hình 3.20 83 Hình 3.26 Qũi đạo giếng khoan GT-7P Lựa chọn khoan cụ chế độ khoan hình 3.16 hình 3.20 cho giếng khoan GT-7P, lần kéo thả thay để đưa góc từ 380 thẳng đứng 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Kết luận Đối với điều kiện thi công Nam Cơn Sơn việc khoan giảm góc nghiêng cơng nghệ khoan giảm góc nghiêng khoan xác quĩ đạo so với thiết kế ban đầu, hạn chế hiệp kéo thả thay khoan cụ, từ cho thấy hiệu lớn việc khoan giảm góc nghiêng từ giếng có góc nghiêng lớn giếng có góc nghiêng nhỏ, đem lại lợi ích cao kinh tế Vì vấn đề: “Nghiên cứu lựa chọn cơng nghệ giảm góc nghiêng khoan giếng bể Nam Côn Sơn” kết nghiên cứu mang lại lợi ích to lớn Các khoan cụ dùng việc giảm góc nghiêng gần kết tổng hợp từ lý thuyết đến thực tế, từ nghiên cứu tính tốn áp dụng cụ thể vào điều kiện Nam Côn Sơn Các khoan cụ liên tục áp dụng cho cơng đoạn giảm góc nghiêng giếng khoan khoan cụ rotor Kiến nghị Tiếp tục nghiên cứu lý thuyết, tích lũy kinh nghiệm cơng nghệ để áp dụng khoan cơng đoạn giảm góc nghiêng cho giếng bể Nam Côn Sơn xác hiệu Nghiên cứu, đề xuất việc mua choòng khoan PDC hiệu cho địa tầng khác để đạt tốc độ học tối ưu Đề xuất thiết kế quĩ đạo giếng khoan, bán kính cong cơng đoạn giảm góc nghiêng khơng nên thực tế khoan cho thấy cơng nghệ giảm góc nghiêng cường độ giảm góc giảm góc nghiêng giảm 85 Thiết kế giếng khoan không xoay azimuth công đoạn giảm góc nghiêng, ta dùng cơng nghệ hiệu Hạn chế thiết kế giếng khoan giảm góc khoan địa tầng áp suất cao, phức tạp, sập lở, tỷ trọng lớn dễ gây cố kẹt cần trình khoan 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO Cơng ty liên doanh dầu khí VRJ, Tài liệu thiết bị khoan xiên Lê Phước Hảo( 2002), Cơ sở khoan khai thác dầu khí, NXB ĐHQG Tp Hồ Chí Minh Phịng khoan xiên xí nghiệp Khoan Sửa giếng Vietsopetro, Tài liệu thiết bị khoan xiên Xí nghiệp địa vật lý giếng khoan Vietsopetro, Tài liệu thiết bị đo MWD Blackmax , Operation Motor handbook Baker Hughes INTEQ - New Motor Handbook Baker Hughes INTEQ - New NAVIDRILL Handbook National Oilwell Technology, Motor Handbook Schlumberger, Powerpak Steerable Motor Handbook 10 Schlumberger, Anadrill, Directional Drilling Training Manunal ... công giếng khoan bể Nam Côn Sơn Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: Địa chất, phức tạp cố, quĩ đạo, công nghệ giảm góc nghiêng q trình thi cơng giếng khoan - Phạm vi nghiên cứu: Bộ khoan cụ... 69 3.4.2.3 Góc nghiêng lớn từ 15-300 72 3.4.2.4 Góc nghiêng nhỏ 150 75 3.4.3 QUĨ ĐẠO GIẾNG KHOAN THỰC TẾ THI CÔNG KHI ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ GIẢM GÓC NGHIÊNG 78... cụ chế độ khoan cho cơng đoạn giảm góc nghiêng giếng khoan bể Nam Côn Sơn 2 Phương pháp nghiên cứu Để thực mục đích nội dung nghiên cứu, luận văn sử dụng tổ hợp phương pháp nghiên cứu sau: -