CHƯƠNG IV: CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG CÁC MÔ HÌNH NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN CHUYỂN MÙN KHOAN CHO GIẾNG KHOAN NGANG X, MỎ Y, THỀM LỤC CHUYỂN MÙN KHOAN CHO GIẾNG KHOAN NGANG X, MỎ Y, THỀM LỤC
IV.2.3 Ứng dụng phần mềm Solidworks Simulation và Ansys để lập mô hình
Sau đây là mô hình mô phỏng một đoạn giếng ngang được dựng bằng phần mềm Solidworks Simulation để quan sát ứng xử của dòng chảy trong giếng với các thông số thực nghiệm đã nêu ở phần trước và quan sát tác động của mô hình thiết bị lên dòng chảy đó để tối ưu hóa thủy lực khoan.
Hình 4.18 – Mô hình mô phỏng dựng bằng Solidworks stimulation.
Hình 4.19 – Mô hình đoạn giếng ngang được mô phỏng bằng phần mềm mô phỏng Ansys.
Với mô hình này ta có thể dễ dàng quan sát và thay đổi các thông số ảnh hưởng đến dòng chảy chất lỏng trong khoảng không vành xuyến từ đó cải thiện được thiết kế tối ưu cho mô hình thiết bị này. Các đường màu biểu thị cho dòng chảy dung dịch trong giếng, tốc độ dòng chảy sẽ tăng từ mức tối thiểu (màu xanh lá) đến mức tối đa (màu đỏ) sau khi chảy qua các rãnh của mô hình mẫu và ổn định (màu vàng) có vận tốc dòng chảy cao hơn so với ban đầu. Tuy nhiên theo hình 4.20, xuất hiện những đường tròn xanh lá do dòng chảy bị cản trở, điều này có nghĩa là cần phải cải thiện thiết kế của thiết bị.
Hình 4.20 – Mô hình dòng chảy qua nguyên mẫu thiết bị
Hình 4.21 – Mô hình thân giếng ngang – Chuyển động của dòng chảy dung dịch 1 – trước 2 - trong 3 – sau khi chảy qua các mô hình thiết bị mẫu
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Với kết quả nghiên cứu về các mô hình thực nghiệm trên, để nâng cao hiệu quả vận chuyển mùn khoan cho giếng thân ngang, tác giả có một số kết luận và kiến nghị như sau:
1. Kết luận:
a. Sử dụng mô hình thực nghiệm để dự đoán tốc độ dòng chảy chính xác hơn
Dựa trên kết quả mô hình hóa quá trình vận chuyển mùn khoan bằng mô hình Larsen và Rubiandini qua các chương trình tính dựa theo Matlab có thể kết luận rằng dự đoán tốc độ dòng chảy cần thiết của Rubiandini luôn cao hơn so với Larsen trong mọi trường hợp. Ngoài ra, tốc độ dòng chảy cần thiết theo mô hình của Larsen và Rubiandini là cao hơn so với thực tế tại đoạn giếng từ 55o đến 90o. Các thông số như tỷ trọng, tính lưu biến của dung dịch, tốc độ quay của cột cần khoan, tốc độ khoan cơ học và kích thước hạt mùn có tác động đáng kể đến tốc độ dòng chảy cần thiết để vận chuyển mùn khoan và làm sạch giếng một cách hiệu quả. Cần tiếp tục nghiên cứu về ảnh hưởng của những yếu tố trên và thêm những yếu tố bổ sung, hoàn thiện chương trình, thuật toán mô phỏng các mô hình thực nghiệm để tăng thêm sự chính xác cho các mô hình mô phỏng.
b. Mô hình mô phỏng các thiết bị mới để tăng cường quá trình làm sạch mùn khoan
Trong nhiều năm các biện pháp hóa học được ứng dụng sâu rộng để nâng cao hiệu quả vận chuyển mùn khoan và làm sạch giếng, bao gồm cả việc thêm những chất phụ gia đặc biệt. Nhưng những biện pháp này không thực sự hiệu quả trong việc ngăn ngừa sự hình thành những ổ lắng đọng mùn khoan, nó ảnh hưởng đến đặc tính của dung dịch khoan, đặc biệt là khi khoan giếng có nhiệt độ cao và áp suất cao, có thể dẫn đến những sự cố trong quá trình khoan. Ứng dụng những thiết bị tác động trực tiếp vào cơ chế cơ học dòng chảy có thể là một hướng thay thế hữu hiệu. Nó có một số ưu thế so với các phương pháp hóa học là không tác động trực tiếp đến tính chất của dung dịch khoan và có cơ chế vận hành đơn giản.
Cụ thể với trường hợp nghiên cứu giếng khoan X, mỏ Y thềm lục địa Việt Nam như đã được đề cập ở chương IV có thể thấy tốc độ dòng chảy theo GTN (thiết kế giếng) là chưa đủ để loại bỏ mùn khoan một cách hiệu quả. Trong cả hai mô hình thực nghiệm thì cả hai đều mới tiến hành trong phòng thì nghiệm, các yếu tố tác động tới phương trình cuối cùng khác nhau nên đưa ra các kết quả khác nhau. Nhưng nhìn chung cả hai mô hình đều chỉ ra rằng tốc độ dòng chảy hiện tại đều nhỏ hơn tốc độ tối thiểu yêu cầu. Với chế
độ khoan hiện tại thì khả năng loại bỏ mùn khoan ra khỏi giếng là chưa tốt, mặc dù hoạt động khoan vẫn diễn ra bình thường nhưng có nguy cơ dẫn đến các sự cố nghiêm trọng hơn, đặc biệt là khoan giếng có góc nghiêng lớn và qua địa tầng phức tạp. Từ đó tác giả nghiên cứu các thiết bị có trên thị trường đồng thời mô phỏng nguyên lý hoạt động của những thiết bị này để nâng cao hiệu quả trong vấn đề làm sạch giếng cũng như có định hướng phát triển riêng những nguyên mẫu thiết bị có nguyên tắc làm việc tương tự nhằm tự chủ trong công nghệ.
2. Kiến nghị
Do thời gian nghiên cứu hạn chế, nội dung luận văn chưa đi sâu chi tiết mà chỉ mới đề cập được ở mức độ phân tích, so sánh và đánh giá 2 mô hình Larsen và Rubiandini với điều kiện thực tế trên một giếng, dự định sẽ tiếp tục thực hiện trên nhiều giếng để đưa ra được nhận định chính xác hơn, đồng thời hoàn thiện hơn nữa chế độ khoan, tối ưu dung dịch…, tiến hành thì nghiệm với các điều kiện sát với thực tế khoan trường của việt nam để cho các kết quả chính xác hơn; ứng dụng các thiết kế mới của cần khoan và cần nối dài để từ đó mô phỏng với mô hình đơn giản để đề xuất lựa chọn, thiết kế cho cột cần khoan trong các giếng khoan ngang, chưa chi tiết hóa được mô hình giếng khoan hoàn chỉnh và cập nhật đầy đủ các thông số ảnh hưởng đến việc vận chuyển mùn khoan. Để nâng cao hiệu quả trong công tác khoan vận chuyển mùn khoan cần phải có những nghiên cứu sâu hơn, đồng bộ hơn nhằm giải quyết những tồn đọng như xem xét đầy đủ các thông số ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển mùn khoan áp dụng vào 2 mô hình nói trên, cải tiến mô hình chi tiết hoàn chỉnh của thiết bị và lòng giếng có đầy đủ các thông số khoan và thiết kế của bộ khoan cụ để có thể quan sát được vận tốc dòng chảy dung dịch trong giếng và đồng thời đánh giá đầy đủ tác động của dòng chảy dung dịch đối với quá trình vận chuyển mùn khoan. Ngoài ra, luận văn cũng chỉ tập trung về vấn đề kỹ thuật - công nghệ, chưa giải quyết được vấn đề so sánh tổng kết về hiệu quả kinh tế sau khi kết thúc giếng.
Tài liệu tham khảo
1 Robert F. Mitchell and Stefan Z. Miska. "Fundamental of drilling engineering." Society of Petroleum Engineers. SPE Textbook series vol. 12, 2011.
2 Larsen T. I., Pilehvari A. A. and Azar J. J. "Development of a new cuttings transport model for high angle wellbore including horizontal wells." Society of Petroleum Engineers (1997): SPE-25872-PA.
3 Rudi Rubiandini R.S. "Equation for mud estimating minimum rate for cuttings transport in an inclined until horizontal well." Society of Petroleum Engineers (1999): SPE-57541-MS.
4 Boulet J.G., Shepherd J.A., Batham J. an Elliott L.R. "Improved hole cleaning and reduce rotary torque by new external profile on drilling equipment." Society of Petroleum Engineers (2000): SPE-59143-MS.
5 Okrajni S.S and Azar J.J. "The effect of mud rheology on annular hole cleaning in directional wells." Society of Petroleum Engineers (1986): SPE-14178- PA.
6 Lockett T.J., Richardson S.M. and Worraker W.J. "The importance of rotation effects for efficient cuttings removal during drilling." Society of Petroleum Enginners (1993): SPE-25768-MS.
7 Li J. and Luft B. "Overview of solids transport studies and applications in Oil and Gas industry - Enperimental work." Society of Petroleum Engineers (2014):
SPE-171285-MS.
8 Mengjiao Y. et al. "A new approach to improve cuttings transport in horizontal and inclined wells." Sosiety of Petroleum Engineers (2004): SPE-90529- MS.
9 Nazari T., Hareland G. and Azar J.J. "Review of cuttings transport in directional well drilling." Society of Petroleum Engineers (2010): SPE 132372.
10 Mingqin Duan, Stefan Miska, Mengjiao Yu, Nicholas Takach, Ramadan Ahmed and Claudia Zettner "Critical conditions for Effective Sand-Size-Solids Transport in Horizontal and High-Angle Wells." Society of Petroleum Engineers (2009): SPE 106707.
11 Clark R.K. and Bickham K.L. "A Mechanistic model for Cuttings transport."
12 Roozbeh Ranjbar. "Cuttings transport in inclined and horizontal wellbore."
Master's Thesis. Stavanger: University of Stavanger, 2010.
13 Girmaa Jiimaa. "Cuttings transport models and parametric studies in vertical and deviated wells." Master's thesis. Stavanger: University of Stavanger, 2013.
14 Airatovich X. I. "Cuttings transportation modelling in inclined and horizontal drilling." PhD's dissertation. Russian Federation: Ufa state petroleum technological University, 2008.
15 Đặng Đức Thiên "Nghiên cứu dòng chất lưu trong giếng để nâng cao hiệu quả vận chuyển mùn khoan." Luận văn Tiến sĩ. Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam, 2012.