Nghiên cứu lựa chọn chòong khoan và đề xuất chế độ khoan hợp lý trong tầng đá móng mỏ sư tử vàng bồn trũng cửu long

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN ĐỨC MINH CHÂU NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CHNG KHOAN VÀ ĐỀ XUẤT CHẾ ĐỘ CƠNG NGHỆ KHOAN HỢP LÝ TRONG TẦNG ĐÁ MÓNG MỎ SƯ TỬ VÀNG – BỒN TRŨNG CỬU LONG Chuyên ngành : KỸ THUẬT KHOAN-KHAI THÁC VÀ CƠNG NGHỆ DẦU KHÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2009 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày ….tháng 12 năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trần Đức Minh Châu Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 27/03/1982 Nơi sinh: Tp.HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật Khoan, Khai thác Công nghệ MSHV: 03706705 Dầu khí I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CHNG KHOAN VÀ ĐỀ XUẤT CHẾ ĐỘ CƠNG NGHỆ KHOAN HỢP LÝ TRONG TẦNG ĐÁ MÓNG MỎ SƯ TỬ VÀNG – BỒN TRŨNG CỬU LONG II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1- Đánh giá thực trạng làm việc choòng hệ thống hóa phức tạp, cố xảy thi cơng thân giếng 8-1/2” tầng đá móng mỏ Sư Tử Vàng 2- Nghiên cứu sở lý thuyết liên quan đến chế độ làm việc choòng nhằm phòng tránh phức tạp, cố nâng cao hiệu suất làm việc choòng 3- Nghiên cứu lựa chọn chng khoan đề xuất chế độ cơng nghệ khoan hợp lý tầng đá móng mỏ Sư Tử Vàng III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/2/2009 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/11/2009 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: 1- Tiến sĩ Lê Phước Hảo, Trưởng ban QLDA Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam 2- Tiến sĩ Mai Cao Lân, Trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh CN BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN QL CHUYÊN NGÀNH PGS.TS Lê Phước Hảo TS Mai Cao Lân Nội dung đề cương luận văn Hội đồng chun ngành thơng qua Ngày… tháng……năm TRƯỞNG PHỊNG ĐT-SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH i LỜI CẢM ƠN Luận văn hồn thành mơn Khoan & khai thác dầu khí, khoa Kỹ thuật địa chất & dầu khí trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, hướng dẫn khoa học của: PGS – TS Lê Phước Hảo: Trưởng Ban quản lý dự án trường Đại học Dầu khí Việt Nam TS Mai Cao Lân: Bộ mơn Khoan & khai thác dầu khí, khoa Kỹ thuật Địa chất & dầu khí, trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh Tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, động viên tạo điều kiện Thầy, Cô khoa Kỹ thuật địa chất & dầu khí, đặc biệt Thầy Ths Đỗ Quang Khánh Thầy TS Vũ Văn Ái mơn Khoan & khai thác dầu khí, trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh tận tình hướng dẫn, cung cấp lời khuyên bổ ích để tác giả hồn thành luận văn Trong q trình làm luận văn, tác giả cịn nhận giúp đỡ nhiệt tình đồng nghiệp công ty liên doanh điều hành chung Cửu Long với chuyên gia, kỹ sư thuộc công ty Baker Hughes - Hughes Christensen, Smith Bit, Halliburton DBS, ReedHycalog Schlumberger Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc trước hỗ trợ quý báu Con xin cảm ơn ba mẹ sinh nuôi dưỡng đến ngày hôm Tp HCM, ngày … tháng…năm 2009 Tác giả TRẦN ĐỨC MINH CHÂU ii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Tất nghiên cứu thời điểm chứng minh trữ lượng dầu khí Việt Nam chủ yếu nằm tầng đá móng nứt nẻ, địa tầng có độ bền nén độ mài mòn cao Để tối ưu hóa sản lượng khai thác dầu đá móng, hầu hết cấu trúc giếng khoan tầng đá móng nứt nẻ thiết kế khoan thân giếng 8-1/2” chng khoan chóp xoay cắm tầng móng đến tầng chứa mục tiêu với góc nghiêng lớn, gần nằm ngang có thân vươn xa nhằm mục đích cắt ngang qua nhiều đứt gãy (cấu trúc dầu, khí chính) tốt Điều dẫn đến nhiều nguy phát sinh q trình thi cơng giếng, đặc biệt tỷ lệ chng khoan bị rụng chóp cao (phải nhiều thời gian để nghiền nát tuần hoàn làm đáy giếng khoan) hiệu suất khoan thấp (tốc độ khoan chậm) dẫn đến chi phí thi cơng giếng cao… Mỏ Sư Tử Vàng phát dầu khí với trữ lượng thương mại cao, có tập vỉa chứa dầu chủ yếu nằm tầng đá móng nứt nẻ, khoan thăm dị, thử vỉa đưa vào khai thác 10 giếng Tỷ lệ cố rụng chóp xoay q trình khoan ghi nhận với tỷ lệ cao (hầu xảy lần giếng) Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu lựa chọn choòng khoan đề xuất chế độ cơng nghệ khoan hợp lý tầng đá móng mỏ Sư Tử Vàng Đối tượng nghiên cứu choòng khoan chóp xoay cắm thiết bị định hướng Phạm vi nghiên cứu thân giếng đường kính 8-1/2” tầng đá móng mỏ Sư Tử Vàng Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết nguyên lý làm việc, chế phá hủy độ mài mịn chng khoan chóp xoay, đặc biệt tầng đá móng nứt nẻ iii Nghiên cứu nguyên lý hoạt động thiết bị định hướng chỉnh góc nghiêng khác thiết bị hỗ trợ nhằm tránh cố choòng, nâng cao hiệu suất khoan giảm giá thành khoan Sử dụng phương pháp tập hợp thống kê thông tin thực tế kết sử dụng choòng khoan kết hợp với xử lý phần mềm chuyên ngành so sánh với nghiên cứu lý thuyết để đưa đề xuất lựa chọn chng thơng số chế độ khoan hợp lý cho mỏ Sư Tử Vàng Các luận điểm bảo vệ Hệ thống hóa cố xảy thực tế thi công liên quan đến choòng khoan hiệu suất khoan Nghiên cứu lựa chọn chng khoan đề xuất chế độ cơng nghệ khoan hợp lý tầng đá móng mỏ Sư Tử Vàng Ý nghĩa khoa học thực tiễn Luận văn đưa phương pháp nghiên cứu cần thiết để lựa chọn chng hợp lý cho tầng móng mỏ Sư Tử Vàng sở phân tích kết sử dụng chng thực tế Đề xuất chế độ cơng nghệ khoan hợp lý tầng đá móng mỏ Sư Tử Vàng theo hướng phòng chống cố nhằm nâng cao hiệu suất khoan, góp phần giảm giá thành khoan thi công giếng sau mỏ Sư Tử Vàng vùng mỏ khác có điều kiện địa chất tương tự Tài liệu sở luận văn Luận văn xây dựng sở tham khảo: Giáo trình giảng “Nguyên lý phá hủy” Thầy TS Vũ Văn Ái, môn Khoan & khai thác dầu khí, khoa kỹ thuật Địa chất & dầu khí, trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh Các tài liệu địa chất, địa vật lý báo cáo thi công giếng khoan tầng đá móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Vàng Các báo, tạp chí chun ngành cơng nghệ khoan đá móng Việt Nam giới Tài liệu cơng nghệ chế tạo chng khoan chóp xoay cơng ty Baker Hughes Christensen iv Hướng dẫn sử dụng phần mềm Rocky để phân tích tính tốn độ bền nén đất đá Cấu trúc luận văn Luận văn gồm nội dung sau: Phần mở đầu: trình bày tính cấp thiết đề tài, mục đích-đối tượng-phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học-thực tiễn tài liệu sở luận văn Chương – Tổng quan mỏ Sư Tử Vàng: giới thiệu tổng quan mỏ Sư Tử Vàng, nghiên cứu đặc điểm địa chất tầng đá móng tóm tắt thực trạng cơng tác sử dụng chng khoan chóp xoay cắm thực tế khoan tầng móng mỏ Sư Tử Vàng Chương – Cơ sở lý thuyết: trình bày hệ thống sở lý thuyết chế tạo đánh giá chng khoan chóp xoay áp dụng khoan đá móng, loại thiết bị định hướng phân loại hư hỏng choòng khoan chóp xoay cắm theo IADC… Chương – Các giải pháp nâng cao hiệu khoan thân 8-1/2” tầng đá móng mỏ Sư Tử Vàng: phân tích chi tiết cố khó khăn gặp phải thực tế thi công thân giếng khoan đường kính 8-1/2”, đặc biệt liên quan đến chng khoan dụng cụ đáy; đề xuất quy trình lựa chng khoan dụng cụ đáy hợp lý nhằm nâng cao hiệu suất khoan Phần kết luận kiến nghị: tóm lược kết phân tích đạt đưa kiến nghị nhằm mở rộng phạm vi áp dụng đề tài nghiên cứu luận văn v DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Bản đồ kiến tạo khu vực (Hồng Đình Tiến, 1999) Hình 1.2 Bản đồ tầng móng bể Cửu Long Hình 1.3 Bản đồ vị trí lơ 15-1 Hình 2.1 Ngun lí khoan đập – tách chng chóp xoay Hình 2.2 Ngun lí khoan đập vỡ chng chóp xoay cắm áp dụng khoan đá móng Hình 2.3 Mẫu hạt cắt mùn khoan q trình khoan tầng móng mỏ Sư Tử Vàng giếng khoan SV-8PI choòng chóp xoay cắm Hình 2.4 Cơ chế phá hủy đất đá chng chóp xoay theo Maurer Hình 2.5 Cấu tạo chng chóp xoay Hình 2.6 Phân loại hạt cắt theo dạng hình học Hình 2.7 Cấu trúc hạt cắt tungsten carbide Hình 2.8 Góc đặt trục chóp xoay chng chóp xoay cắm Hình 2.9 Góc chóp xoay chng chóp xoay cắm Hình 2.10 Độ cao cắm Hình 2.11 Độ sâu cắt hiệu dụng Hình 2.12 Phân tích thành phần lực tải trọng lên chng Hình 2.13 Sơ đồ phân bố lực tác dụng lên trục xoay ma sát Hình 2.14 Sơ đồ phân bố lực tác dụng lên trục xoay chống ma sát Hình 2.15 Cấu tạo vịng đệm làm kín kim loại Hình 2.16 Độ lệch trục chóp xoay Hình 2.17 So sánh kết khoan chng có khơng có độ lệch trục Hình 2.18 Hiện tượng thủng chóp xoay chng chóp xoay cắm Hình 2.19 Hiện tượng vỡ chng chóp xoay cắm Hình 2.20 Hiện tượng mẻ chng chóp xoay cắm Hình 2.21 Quy trình lựa chọn chng khoan Hình 2.22 Quy trình tính tốn độ bền nén UCS Hình 2.23 Nguyên tắc hoạt động PowerDrive Hình 2.24 Động đáy đầu nối cong truyền thống vi Hình 2.25 Các cố thường gặp khoan với động đáy Hình 2.26 Các điểm kẹt tải trọng quỹ đạo giếng khoan Hình 2.27 Cấu tạo phận tạo lượng Hình 2.28 Ngun lí hoạt động thiết bị tạo rung Ag-itator Hình 2.29 Cấu tạo hệ thống tạo lượng & hệ thống van Hình 2.30 Biến thiên xung áp suất theo thời gian Hình 2.31 Cấu tạo thiết bị tạo rung (Shock tool) Hình 3.1 Sơ đồ phân bố giếng thăm dị mỏ Sư Tử Vàng Hình 3.2 UCS mảng trung tâm mỏ Sư Tử Vàng giếng A Hình 3.3 UCS mảng phía Nam mỏ Sư Tử Vàng giếng C Hình 3.4 UCS mảng phía Nam mỏ Sư Tử Vàng giếng D Hình 3.5 UCS mảng phía Bắc mỏ Sư Tử Vàng giếng B Hình 3.6 UCS mảng phía Bắc mỏ Sư Tử Vàng giếng F Hình 3.7: Diện tích cắm tiếp xúc với đáy giếng khoan Hình 3.8 Kết mơ tính tốn thiết kế cân lượng & cân lực chng khoan Halliburton DBS Hình 3.9 Phân bố giếng khai thác mỏ Sư Tử Vàng (SV-7P, 8PI 9PI) Hình 3.10 Chng khoan GF45 cơng ty Smith giếng SV-8PI Hình 3.11 Chng khoan GF45 cơng ty Smith giếng SV-9PI Hình 3.12 Chng khoan SEB2685D3P cơng ty Halliburton DBS Hình 3.13 Chng khoan MXL-DS55DX2 cơng ty Hughes Christensen Hình 3.14 Chng khoan GF65 Smith giếng khoan SV-8PI Hình 3.15 Chng khoan GF65 Smith giếng khoan SV-9PI Hình 3.16 Chng khoan MXL-DS68DX2 cơng ty Hughes Christensen Hình 3.17 Đồ thị so sánh tốc độ khoan PowerDrive Exceed động đáy giếng SV-7P Hình 3.18 Chi tiết thiết kế khoan cụ có PowerDrive X5 lần thả giếng SV-8PI (khơng có động Vortex) Hình 3.19 Đánh giá độ mài mòn cánh đệm PowerDrive X5 lần thả giếng SV-8PI (khơng có động Vortex) vii Hình 3.20 Chi tiết thiết kế khoan cụ có PowerDrive X5 lần thả thứ hai giếng SV-8PI (có động Vortex) Hình 3.21 Tổng hợp phân tích đánh giá hiệu suất khoan giếng SV-8PI Hình 3.22 So sánh tốc độ khoan PowerDrive X5-Vortex động đáy giếng SV-8PI Hình 3.23 Đánh giá độ mài mòn cánh đệm PowerDrive X5 lần thả giếng SV-9PI (có động Vortex) Hình 3.24 So sánh tốc độ khoan PowerDrive Exceed với PowerDrive động đáy giếng SV-7P, 8PI 9PI Hình 3.25 So sanh thời gian tiêu hao để tuần hoàn PowerDrive Exceed với PowerDrive X5 động đáy giếng SV-7P, 8PI 9PI Hình 3.26 So sánh thời gian thi cơng cho 1.000m khoan PowerDrive Exceed với PowerDrive X5 động đáy giếng SV-7P, 8PI 9PI Hình 3.27 So sánh chất lượng thành giếng khoan PowerDrive Exceed với PowerDrive X5 động đáy giếng SV-7P, 8PI, 9PI Hình 3.28 Tổng hợp phân tích đánh giá hiệu suất khoan giếng SV-9PI Hình 3.29 Chi tiết khoan cụ trước sử dụng thiết bị tạo rung AG-itator giếng khoan SV-7P Hình 3.30 Chi tiết khoan cụ sử dụng thiết bị tạo rung AG-itator giếng khoan SV-7P Hình 3.31 Đánh giá hiệu sử dụng thiết bị tạo rung AG-itator giếng khoan SV-7P Hình 3.32 Đường tin cậy chng khoan chóp xoay cắm dựa giới hạn tổng số vòng xoay thi cơng mỏ Sư Tử Vàng Hình 3.33 Tải trọng lên chng tối đa thiết kế chương trình giếng SV-7P Hình 3.34 Tải trọng lên chng tối đa thực tế thi công (bộ khoan cụ số 7) giếng SV-7P Hình 3.35 Tải trọng lên chng tối đa thực tế thi công (bộ khoan cụ số 8) giếng SV-7P viii DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Phân loại nhóm đất đá trầm tích dầu khí theo tính mài mịn Bảng 1.2 Tổng quan thực trạng sử dụng chng khoan chóp xoay cắm khoan tầng móng mỏ Sư Tử Vàng Bảng 2.1 Phân loại tính chất cắm theo hàm lượng Cobalt Bảng 2.2 So sánh tính chất hạt cắt chế tạo cắm theo hàm lượng Cobalt Bảng 3.1 Báo cáo sử dụng choòng khoan giếng SV-7P Bảng 3.2 Báo cáo sử dụng choòng khoan giếng SV-8PI Bảng 3.3 Hiệu suất sử dụng choòng khoan giếng SV-9PI Bảng 3.4 Thơng số kỹ thuật loại chng khoan chóp xoay cắm sử dụng tầng đá móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Vàng Bảng 3.5 Giá thành mét khoan choòng GF45 sử dụng động đáy giếng khoan SV-7P Bảng 3.6 Giá thành mét khoan choòng GF45 sử dụng PowerDrive X5 giếng khoan SV-8PI Bảng 3.7 Giá thành mét khoan choòng MXL-DS68DX2 sử dụng PowerDrive X5 kết hợp với động Vortex giếng khoan SV-8PI Bảng 3.8 Giá thành mét khoan choòng GF45 sử dụng PowerDrive Exceed kết hợp với động Vortex giếng SV-9PI Bảng 3.9 Tổng hợp số liệu giá thành mét khoan mỏ Sư Tử Vàng Bảng 3.10 Thông số kỹ thuật động đáy A700GT Schlumberger ix Hình 3.31: Đánh giá hiệu sử dụng thiết bị tạo rung AG-itator giếng khoan SV-7P [3] 82 3.5 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CHNG KHOAN VÀ ĐỀ XUẤT CHẾ ĐỘ CƠNG NGHỆ KHOAN HỢP LÝ 3.5.1 Lựa chọn choòng khoan Rõ ràng khơng có quy định tổ chức kiểm tra nghiêm ngặt phân loại chng khoan chóp xoay cắm theo tiêu chuNn IADC Việc phân loại cịn mang nặng tính định tính, phụ thuộc vào thân cơng ty sản xuất chng khoan Do đó, việc tối ưu hóa lựa chọn bắt buộc phải thực dựa nguyên tắc “thử & sai” hệ thống liệu tương tự (offset data) Dựa kết phân tích đánh giá hiệu sử dụng choòng khoan, nhằm mục tiêu nâng cao hiệu suất khoan đá móng (giá thành mét khoan thấp nhất) giảm thiểu đến mức thấp nguy bị rụng chóp xoay, tác giả có đề nghị lựa chọn chng khoan chóp xoay cắm cơng ty Cửu Long JOC cho tầng đá móng nứt nẻ mỏ Sư Tử Vàng sau: Từ tầng móng, lần kéo-thả đầu tiên, sử dụng chng khoan có cấp phân loại IADC 6.2.7 chng khoan GF45 công ty Smith lựa chọn tối ưu Tuy nhiên, sản phNm địi hỏi phải có cải tiến chất lượng cắm tăng thêm số lượng hạt cắt hàng để tránh tượng “thủng chóp xoay” Ở cấp phân loại IADC 6.3.7, chng khoan MXL-DS55DX2 khơng phù hợp để sử dụng mỏ Sư Tử Vàng có số lượng cắm q Chng khoan SEB2685D3P cơng ty Halliburton DBS yêu cầu thay sử dụng vật liệu chế tạo thuộc hàng loại với hàng Ở cấp phân loại IADC 6.4.7, hai sản phNm GF65 công ty Smith MXL-DS68DX2 cơng ty Hughes Christesen có độ bền cao, hoạt động ổn định có số lượng hạt cắt nhiều Một vấn đề quan trọng khác liên quan đến chng khoan chóp xoay cắm tầng đá móng nứt nẻ thời điểm định kéo chng để tránh tượng rụng chóp xoay Cho đến nay, hai thông số “moment xoắn” (torque) “áp suất cần đứng” (stand pipe pressure) kết hợp với vận tốc học khoan ROP quan sát suốt trình khoan sử dụng để định Cụ thể định thực ROP giảm giá trị thông số 83 biến động liên tục theo xu hướng tăng Kỹ thuật phân tích MSE (mechanic specific energy) áp dụng có hiệu phân tích hiệu suất khoan tầng đá trầm tích, đặc biệt choòng khoan PDC với đặc điểm thiết kế DOC – depth of cut control (khống chế mức độ cắt hạt cắt PDC) Vẫn chưa thể dựa vào biến thiên MSE để định dừng khoan kéo chng Bên cạnh đó, dựa vào thống kê tất lần kéo-thả chng khoan để tìm giới hạn thực tế tổng số vòng xoay (total krev) khoan (reliable curve), xác định làm ngưỡng tới hạn để định kéo choòng khoan thời gian khoan kéo dài qua lâu (do giới hạn độ bền ổ bi giữ chóp xoay) (theo hình 3.35) Từ đó, xác định thời gian tối đa khoan tối đa choòng hiệu số [(giới hạn tổng số vòng xoay choòng khoan) /(tốc độ xoay chng đáy giếng q trình khoan)] Hình 3.32: Đường tin cậy chng khoan chóp xoay cắm dựa giới hạn tổng số vòng xoay thi công mỏ Sư Tử Vàng [3] 84 Đường tin cậy thực cách thống kê kết tất lần kéo-thả sử dụng chng nghĩa thay đổi theo cơng ty (do có địa tầng khác nhau) xác có nhiều lần sử dụng Tuy nhiên, thời gian giữ choòng khoan đáy giếng khoan cần phải xem xét rút ngắn phát chng khoan qua đứt gãy lớn vận tốc khoan tăng nhanh cách đột ngột, choòng đập mạnh vào đáy giếng khoan dẫn đến hư hỏng hệ thống cắt trục xoay, ổ bi Do đó, sau khoan qua đứt gãy, choòng khoan cần phải theo dõi chặt chẽ định kéo choòng phải đưa vận tốc khoan giảm thấp moment xoắn áp suất cần đứng tăng (hai giá trị thường tăng trường hợp xảy cố rụng chóp, chóp bị rụng xuống đáy giếng khoan, làm tăng ma sát bít nhét, cản trở dung dịch khoan tuần hồn khỏi vịi phun) 3.5.2 Lựa chọn thiết bị khoan định hướng thông số chế độ khoan a Lựa chọn thiết bị khoan định hướng Do hạn chế độ bền vật liệu chế tạo miếng đệm đNy (còn yếu so với độ bền nén mài mịn q cao tầng đá móng nứt nẻ) mà thiết bị khoan định hướng PowerDrive X5 phải tiếp tục nghiên cứu, thử nghiệm cải tiến Cho nên, lựa chọn lại động đáy truyền thống PowerDrive Exceed N hư đề cập chương 2, yếu tố quan trọng quy trình lựa chọn chng khoan tính kinh tế, mà xác đề cập đến việc lựa chọn theo chi phí thiết bị riêng lẻ lựa chọn sở chi phí tổng cho tồn q trình khoan Thực tế chi phí riêng lẻ cho thiết bị khoan nhỏ so sánh với chi phí ngày sản xuất (tiền thuê giàn tất dịch vụ phụ trợ giàn) Do đó, chi phí phải trả cho việc thuê vận hành thiết bị khoan định hướng PowerDrive Exceed cao nhiều so với động đáy truyền thống, PowerDrive Exceed trở thành lựa chọn ưu tiên thiết kế nguyên nhân sau: - Chất lượng giếng khoan tốt - Vận tốc học khoan tăng gần 22% (so sánh giếng SV-9PI giếng SV-7P) 38% (so sánh giếng SV-9PI giếng SV-8PI) 85 - Rút ngắn thời gian thi công giếng SV-9PI gần ngày so với giếng SV7P SV-8PI dù giếng thiết kế khoan sâu - Giảm 42% thời gian tạm dừng khoan, thực tuần hồn giếng để chỉnh góc Động đáy Vortex khuyến cáo lặp đặt chung với PowerDrive Exceed để cung cấp trì tốc độ vịng xoay chng khoan khoảng 200 vịng/phút b Xác lập thơng số chế độ khoan thích hợp Trong q trình khoan đá móng, thơng số chế độ khoan động đáy truyền thống xác định sau: - Lưu lượng bơm: trình khoan thân giếng 8-1/2” đá móng, piston bơm sử dụng cấp đường kính 6”, có chiều dài dịch chuyển xylanh 12” Tất bơm vận hành với hiệu suất tính tốn 95%, đạt lưu lượng bơm tối đa 450-500gpm, tính tốn theo cơng thức sau: Thể tích bơm đNy bơm chu trình piston (stroke) = 0.000243 x (6” x 6”) x 12” x 95% = 0.0997 bbls/stroke = 4.2 gal/stroke Tốc độ bơm vận hành 70 spm (stroke per minute) Suy lưu lượng bơm bơm = 293 gpm (gallon per minute) Trên giàn khoan, hệ thống bơm, thường có máy bơm, vận hành dự trữ Do đó, lưu lượng bơm q trình khoan thường dao động từ 450500gpm Đồng thời việc xem xét lựa chọn cấp đường kính piston cho bơm cịn xuất phát từ giới hạn tối đa hệ thống áp suất cần đứng giàn (Galvestonkey giàn khoan cũ kỹ lạc hậu) 4000psi (trong thiết kế, đạt 90% giá trị tối đa) Khoảng giá trị lưu lượng bơm từ 450-500gpm xác định hợp lí thi công thỏa mãn điều kiện giới hạn hệ thống khả làm đáy giếng - Tốc độ xoay: bao gồm tốc độ xoay Top-drive tốc độ xoay động đáy Theo giới hạn sử dụng thiết bị, hệ số an toàn vận hành xác định 20%, nghĩa sử dụng 80% giới hạn thiết bị, cụ thể: Tốc độ xoay Top-drive khoảng 80 vịng/phút (theo thơng tin nhà sản xuất) 86 Tốc độ xoay động đáy = a x lưu lượng dung dịch qua động Trong đó, a hệ số xác định theo bảng tra tương ứng với loại động nhà sản xuất cung cấp Ví dụ, q trình khoan tầng móng mỏ Sư Tử Vàng, động đáy A700 GT (great torque - chịu moment xoắn cao) sử dụng, có hệ số a = 0.42/gal (bảng 3.10) Từ đó, tương ứng với lưu lượng bơm dao động từ 450 – 500gpm, tốc độ quay động đáy A700GT nằm khoảng 189210 rpm Bảng 3.10: Thông số kỹ thuật động đáy A700GT Schlumberger Trong thực tế thi cơng, tốc độ xoay chng khoan giữ cố định khoảng 200 vòng/phút hai giai đoạn khoan “xoay” “trượt” Từ đó, xác định thời gian khoan tối đa choòng khoan lần kéo-thả, ví dụ chng Smith GFF45 khoảng 30 (tương ứng với độ tin cậy 80%, có giới hạn tổng số vịng xoay 360.000 vòng) 87 Tốc độ vòng xoay cao khả truyền dẫn tải trọng lên chng hiệu Tuy nhiên làm choòng khoan nhanh mịn hơn, đặc biệt tầng đá móng có độ mài mòn lớn, dẫn đến nguy cao bị rụng chóp xoay mà lớp vỏ ngồi chóp xoay bị thủng, bi giữ chóp xoay bị rơi ngồi - Tải trọng lên chng: thực tế, ngun lí tối ưu hóa thiết kế khoan cụ tính tốn thơng số học khoan khoan đá móng chng chóp xoay cắm (nguyên lí phá hủy chủ yếu đập – tách, đòi hỏi tải trọng lên choòng lớn), tốc độ vòng xoay giữ thấp tốt (bảo đảm tải trọng lên choòng truyền dẫn xuống đáy giếng tốt, hạn chế ma sát trượt dọc thành hệ), tải trọng lên choòng tăng lớn tốt (phụ thuộc vào giói hạn động đáy, cụ thể giới hạn chịu tải ổ bi, có quy trình tính tốn xác định chương 2) Đối với động đáy, giá trị giới hạn tải trọng lên choòng tối đa, cụ thể loại động A700 công ty Schlumberger 31.700 (lb) + Theo hình 3.33, với thiết kế vịi phun đường kính 12/32” lắp chng khoan (cho tổn thấp áp suất qua choòng 1462psi), lực nén ép thủy lực dọc trục tác dụng lên ổ bi (th) 33.900 (lb), giá trị giới hạn lớn tải trọng lên chng đạt nằm khoảng 65.600 (lb) + Theo hình 3.34, khoan cụ thứ (khơng sử dụng AG-itator), đường kính hệ thống vòi phun tăng lên 14/32”, giúp giảm tổn thấp áp suất choòng 860psi, lực nén ép thủy lực dọc trục th 22.100 (lb) dẫn đến giá trị giới hạn lớn tải trọng lên chng đạt khoảng 53.800 (lb) + Theo hình 3.35, khoan cụ thứ (có sử dụng AG-itator), đường kính hệ thống vịi phun giữ nguyên 14/32”, tổn thấp áp suất choòng 860psi, lực nén ép thủy lực dọc trục th 21.400 (lb) dẫn đến giá trị giới hạn lớn tải trọng lên chng đạt khoảng 53.100 (lb) Trong khoan, khoảng giá trị tải trọng lên choòng áp dụng thường nằm khoảng 40.000-50.000 (lb) (bằng khoảng 75% - 80% giá trị tới hạn) Đây mức giá trị đủ để phá hủ đá tầng móng mỏ Sư Tử Vàng bảo đảm độ bền tuổi thọ ổ bi động đáy 88 Đối với PowerDrive Exceed, tải trọng lên chng tối đa cơng ty Schlumberger khuyến cáo 50.000 (lb) (khơng phải thực tính tốn động đáy) Hình 3.33: Tải trọng lên chng tối đa thiết kế chương trình khoan giếng SV-7P [5] 89 Hình 3.34: Tải trọng lên chng tối đa thực tế thi công (bộ khoan cụ số 7) giếng SV-7P [5] 90 Hình 3.35: Tải trọng lên chng tối đa thực tế thi cơng (bộ khoan cụ số 8) giếng SV-7P [5] 91 KẾT LUẬN & KIẾN NGHN KẾT LUẬN Luận văn giải toán đặt đề xuất giải pháp giúp nâng cao hiệu suất khoan tầng đá móng mỏ Sư Tử Vàng, chủ yếu xoay quanh hai đối tượng chng khoan thiết bị định hướng - Đối với vấn đề lựa chọn chng khoan: xây dựng quy trình đánh giá lựa chọn choòng khoan giúp cho kỹ sư khoan cơng ty Cửu Long JOC trao đổi u cầu cơng ty chng khoan cải tiến sản phNm phù hợp với yêu cầu thiết kế giếng vùng mỏ riêng biệt Đồng thời, quy trình đánh giá lựa chọn chng khoan xây dựng sở đối chiếu so sánh với độ bền nén UCS vùng mỏ Điều bổ ích cho việc chia sẻ thơng tin, trao đổi, đánh giá, so sánh học tập kinh nghiệm kỹ sư khoan công ty khác (tương ứng với vùng mỏ khác nhau), đặc biệt giai đoạn thiết kế giếng thăm dò Lúc này, hệ thống sở liệu tương tự (offset data) lựa chọn sở hệ thống giếng khoan có điều kiện địa chất thành phần thạch học độ bền nén UCS độ mài mòn Áp dụng cho cơng tác thi cơng thân giếng khoan đường kính 8-1/2” tầng đá móng nứt nẻ thuộc mỏ Sư Tử Vàng, tác giả kiến nghị sử dụng hệ thống choòng khoan sau: Từ tầng móng đến điểm kết thúc đoạn thân giếng khoan tăng góc (trước bắt đầu đoạn thân giếng có góc nghiêng lớn nằm ngang): chng khoan chóp xoay cắm (IADC 6.2.7) công ty Smith GF45YOD1RDPD Tuy nhiên cần hạn chế chiều dài đoạn thân giếng khoan lần kéo-thả loại choòng từ 400-400m khoan để tránh tượng “thủng chóp xoay” Thời gian khoan hiệp khoan rút ngắn choòng khoan qua đứt gãy lớn (với dấu hiệu tốc độ khoan tăng cao đột ngột) Trong trường hợp khoan qua đứt gãy lớn, cần theo dõi chặt chẽ biến thiên thông số vận tốc khoan, moment xoắn ap suất cần đứng khoảng 10m khoan đầu tiên, phát xu hướng vận tốc khoan giảm moment áp suất cần 92 đứng tăng (khoảng từ 30-50%) cần định dừng khoan kéo chng Trong đoạn thân giếng khoan có góc nghiêng lớn nằm ngang, kiến nghị sử dụng choòng khoan chóp xoay cắm (IADC 6.4.7), GF65YOD1RDPD công ty Smith MXL-DS68DX2 công ty Hughes Christensen - Đối với vấn đề thiết bị khoan định hướng: việc đối chiếu, so sánh hiệu hoạt động thực tế, tác giả kiến nghị sử dụng kết hợp động đáy với thiết bị AG-itator tăng khả truyền tải trọng lên choòng Đối với thân giếng thiết kế với góc nghiêng lớn nằm ngang, tác giả kiến nghị sử dụng kết hợp thiết bị PowerDrive Exceed động Vortex - Đối với vấn đề chế độ công nghệ khoan, với điều kiện hạn chế thiết bị định hướng thiết bị giàn, kết hợp với kết thực tiễn thu từ phương pháp “thử sai”, tầng đá móng mỏ Sư Tử Vàng, tác giả kiến nghị sau: Tải trọng lên choòng: từ 30-45klbs Tốc độ quay choòng: 180-200vòng/phút Lưu lượng nước rửa: 450-500gpm KIẾN NGHN Cần nhanh chóng xây dựng tiêu chuNn chung cho quy trình đánh giá lựa chọn chng khoan phù hợp với thực tiễn khoan đá móng Việt Nam (có thể phân chia theo bồn trũng, mang tính khu vực) Mạnh dạn thực việc mở cửa, trao đổi thông tin kinh nghiệm thi công giếng khoan, đặc tính đất đá để xây dựng hệ thống sở liệu tương tự đầy đủ cho công tác thiết kế khoan đá móng Tiếp tục thực việc nghiên cứu tìm cách áp dụng kỹ thuật tính tốn phân tích MSE vào hoạt động khoan đá móng với mục tiêu xây dựng sở lý luận vững để định dừng khoan kéo chng lúc, tránh tượng rụng chóp xoay 93 Nghiên cứu đánh giá khả ứng dụng kỹ thuật khoan Turbine choòng khoan kim cương tự nhiên đính (impregnated bit – loại bỏ hồn tồn khả rụng chóp khoan) vào thiết kế giếng khoan khai thác tầng đá móng nứt nẻ Nghiên cứu áp dụng thiết bị đo “Data bit” công ty Hughes Christensen cung cấp với khả ghi nhận rung động (vibration) xảy chng Điều có ích choòng khoan qua đứt gãy lớn, biết độ lớn lực va đập dọc trục (do vận tốc học khoan tăng cao đột ngột) ảnh hưởng đến hệ thống cắm choòng 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO Vũ Văn Ái, Bài giảng “Nguyên lý phá hủy”, trường đại học Bách Khoa, Tp Hồ Chí Minh, 2004 Tài liệu minh giải Địa chất – Địa vật lí, CLJOC Tran Duc Minh Chau, Han Kyung Nam, Dang Anh Tuan, Cuu Long JOC: “Drilling Efficiency & Solution for 8-1/2” basement section in CLJOC-Su Tu Vang field”, PVN Technical Forum, HCM, September 2009 Tran Duc Minh Chau, Le Phuoc Hao, Mai Cao Lan: “Breaking Challenge In Drilling Long Basement Horizontal Section by Combination of Mud Motor & AG-itator/Shock Tool”, Bach Khoa Ho Chi Minh University 11th Technical Forum, October 2009 Schlumberger: “End of well report SV-7P, SV-8PI, SV-9PI, SV-10P”, 2009 Hughes Christensen: “Rock Strength Study in Su Tu Vang Field”, CLJOC, 2009 Mike Bugni, Paul Hudson, Torsak S., Schlumberger: “Cuu Long RSS-vorteX Basement Study”, 2009 NOV-Andergauge: “AG-itator Ed-ucator”, 2007 Schlumberger: “PowerPak Steerable Motor Handbook”, 2004 10 Hughes Christensen: “Tricone Tech Training Manual”, 2003 11 Hughes Christensen, IADC Dull Grading System For Roller Bits 12 S.L Chen, Jim Dahlem, “Development and Field Application of Roller Cone Bits with Balanced Cutting Structure”, SPE 71393, presented at the 2001 SPE/ATCE Anuual Meeting held in New Orland, Louisiana on September 30 – October 3, 2001 13 Neal J Adams: “Drilling Engineering”, Tulsa, Oklahoma, 1995 14 Website: http://www.tungstenalloy.com/downloads/Carbide_Properties.pdf 15 Website: http://www.tungstenalloy.com/downloads/Grade_Comparisons.pdf 95 LÝ LNCH TRÍCH NGANG Họ tên học viên : TRẦN ĐỨC MINH CHÂU Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 27-03-1982 Địa liên lạc : 230/10 Vĩnh Viễn, Phường 4, Quận 10, Tp.HCM Nơi sinh : TP HCM Quá trình đào tạo: Năm Cơ sở đào tạo Bằng cấp / Chuyên môn 2006 ĐH Bách Khoa TPHCM Kỹ sư địa chất dầu khí, chuyên ngành khoan khai thác dầu khí 2006 Cơng ty PVD Logging Chứng giao nhận hàng nguy hiểm – độc hại 2008 Công ty Halliburton Chứng phần mềm Halliburton Landmark 2008 Công ty Petroskill Chứng kỹ thuật khoan dầu khí ứng dụng 2009 Cơng ty NEXT Chứng thiết kế chuỗi cần khoan 96 ... thuật Khoan, Khai thác Công nghệ MSHV: 03706705 Dầu khí I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CHNG KHOAN VÀ ĐỀ XUẤT CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ KHOAN HỢP LÝ TRONG TẦNG ĐÁ MÓNG MỎ SƯ TỬ VÀNG – BỒN TRŨNG CỬU LONG. .. nghiên cứu cần thiết để lựa chọn chng hợp lý cho tầng móng mỏ Sư Tử Vàng sở phân tích kết sử dụng chng thực tế Đề xuất chế độ cơng nghệ khoan hợp lý tầng đá móng mỏ Sư Tử Vàng theo hướng phòng... đích nghiên cứu lựa chọn choòng khoan đề xuất chế độ cơng nghệ khoan hợp lý tầng đá móng mỏ Sư Tử Vàng Đối tượng nghiên cứu choòng khoan chóp xoay cắm thiết bị định hướng Phạm vi nghiên cứu thân