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.1 Tính toán, phân tích và đánh giá mô hình thực nghiệm của Larsen và Rubiandini áp dụng vào giếng X mỏ Y ngoài khơi Việt Nam
Ở chương này, mô hình Larsen và Rubiandini được áp dụng vào giếng X mỏ Y trên thềm lục địa Việt Nam để dự đoán vận tốc dòng chảy dung dịch tối thiểu để nâng mùn khoan một các hiệu quả. Ngoài ra, dựa vào kết quả nhận được, ta có thể quan sát được tác động của những thông số khoan lên quá trình vận chuyển mùn khoan và sự khác biệt giữa hai mô hình này.
Những hình sau đây mô tả hình dạng và cấu trúc thân giếng của giếng X mỏ Y.
Hình 4.1 - Profile giếng khoan ngang ở thềm lục địa Việt Nam
WELL FIELD STRUCTURE
Magnetic Parameters
Model: Dip:
Mag Dec:
Date:
FS:
Surface Location Lat:
Lon:
Northing:
Easting:
Grid Conv:
Scale Fact:
Miscellaneous Slot:
Plan:
TVD Ref:
Srvy Date:
Well 611H Rong RC6
IGRF 2005 4.287°
-0.321°
August 29, 2015 41332.5 nT
Offshore Vietnam - VSP, UTM, Meters N9 30 43.364
E107 48 33.627
1051898.75 m 698588.77 m
+0.29910112°
1.0000881504
Slot D1 611H_New
RKB (43.70 m above MSL) August 29, 2015
0
400
800
1200
1600
2000
0
400
800
1200
1600
2000
0 400 800 1200
0 400 800 1200
Vertical Section (m ) Azim = 232.78°, Scal e = 1(cm ):100(m ) Ori gin = 0 N/-S, 0 E/-W
TVD Scale = 1(cm):100(m)
Ti e-In
611H_New Target 611H H22A1
Target 611H H22A2
Target 611H A22A3
Chỉ số phân chia địa tầng
Khoảng (m) Loại đất đá
Mô tả tiêu chuẩn đất đá: tên gọi đầy đủ; dấu hiệu nhận biết (cấu trúc, kết cấu, thành phần
khoáng vật…) Từ
(trên)
Đến (dưới)
Tên gọi
Tỉ lệ
%
N2 + Q 86.7 562
cát sét
60 40
Các hạt cát thô đến mịn (chủ yếu thành phần thạch anh), xen lẫn các lớp sét, bột giàu hóa
thạch.
N13
562 1299
cát sét
65 35
Thành phần tương tự như trên, có sự tăng nhẹ tỉ lệ cát
N12 1299 1820
cát sét
60 40
Thành phần tương tự như trên, có sự giảm nhẹ tỉ lệ cát
N11
1820 2715
sa thạch
sét kết
40 60
Thành phần sét kết chiếm chủ yếu, xen lẫn cát kết (thạch anh) và bột kết.
Bảng 4.1 – Cấu tạo cột địa tầng địa chất giếng khoan
Từ hình 4.2, các thông số sau được chọn lọc và sử dụng để dự đoán vận tốc vận chuyển tới hạn của dung dịch trong quá trình khoan:
Dhole=8.5 (inch) Dpipe=5.5 (inch)
Dung dịch khoan: ρm=1.16 – 1.26 g/cm3 ± 0.02
Tốc độ khoan cơ học - ROP = 40 m/h hoặc 131.23 ft/hr PV=15 (cp) – ALAP
YP=25 (lbf/100ft2)
Dcutt=0.1 mm = 0.004 (inch) RPM = 120 vòng/ phút SPP= 220atm
Để chứng minh sự ảnh hưởng của các thông số chính trong quá trình làm sạch mùn
khoan, chương trình Matlab được sử dụng để dựng đồ thị mô tả vận tốc dòng chảy tối thiểu bằng việc thay đổi giá trị của từng thông số khoan, được thể hiện trong bảng 4.2.
Tốc độ khoan cơ học - ROP (ft/h) 65.6 131.2 196.9
Tỷ trọng dung dịch(ppg) 9.51 10.35 10.68
Kích thước hạt mùn (inch) 0.004 0.02 0.04
Lưu biến dung dịch (YP=PV) 15/25 20/30 25/35
Tốc độ vòng quay cột cần khoan - RPM
(vòng/phút) 100 120 140
Bảng 4.2 – Giá trị các thông số tác động lên quá trình vận chuyển mùn khoan Sử dụng phương trình dưới đây để tính lưu lượng dòng chảy:
𝑨 =𝝅
𝟒[(𝑫𝒉𝒐𝒍𝒆∗ 𝟎. 𝟎𝟐𝟓𝟒)𝟐− (𝑫𝒑𝒊𝒑𝒆 ∗ 𝟎. 𝟎𝟐𝟓𝟒)𝟐](m2) (4.1)
𝑸 = 𝑽 ∗ 𝑨 (4.2)
Sử dụng mô hình Larsen dự đoán tốc độ dòng chảy yêu cầu với trọng lượng dung dịch khoan là biến số chính:
Tỷ trọng dung dịch
(ppg) 9.51 10.35 10.68
Bảng 4.3 – Trọng lượng dung dịch khoan là biến số chính
Hình 4.3 – Tương quan giữa góc nghiêng và tốc độ dòng chảy với trọng lượng
Tỷ trọng dung dịch (ppg)
Lưu lượng dòng chảy (l/sec)
Lưu lượng dòng chảy (l/sec)
Lưu lượng dòng chảy (l/sec)
55o 75o 90o
9.51 46 48 46,5
10.35 45 47 45
10.68 44 46 44
Bảng 4.4 – Lưu lượng dòng chảy tại từng góc nghiêng khác nhau với trọng lượng dung dịch là biến số chính
Qua bảng thống kê trên, có thể thấy rằng trọng lượng dung dịch càng lớn thì vận tốc dòng chảy yêu cầu để nâng mùn khoan càng giảm. Góc nghiêng từ 65o đến 80o yêu cầu phải có tốc độ dòng chảy cao nhất để vận chuyển mùn khoan.
Sử dụng mô hình Rubiandini dự đoán tốc độ dòng chảy yêu cầu với trọng lượng dung dịch khoan là biến số chính:
Hình 4.4 – Tương quan giữa góc nghiêng và tốc độ dòng chảy với trọng lượng dung dịch là biến số chính theo mô hình Rubiandini
Tỷ trọng dung dịch (ppg)
Lưu lượng dòng chảy (l/sec) Lưu lượng dòng chảy (l/sec) Đoạn giếng đứng (0o) Đoạn giếng ngang (45o-90o)
10.35 44 66
10.68 43 65
Bảng 4.5 - Lưu lượng dòng chảy tại từng góc nghiêng khác nhau với trọng lượng dung dịch là biến số chính
Từ bảng 4.5 xác định rằng việc tăng trọng lượng dung dịch có lợi cho việc vận chuyển mùn khoan vì tốc độ dòng chảy yêu cầu giảm.
Tỷ trọng dung dịch (ppg) 9.51 10.35 10.68
Lưu lượng dòng chảy (l/s) với α = 75o
Mô hình Larsen 48 47 46
Mô hình Rubiandini 67 66 65
Giá trị theo GTN 39-41 39-41 39-41
Bảng 4.6 – So sánh kết quả nhận được từ mô hình của Larsen và Rubiandini tại góc nghiêng 75o
Sử dụng mô hình Larsen dự đoán tốc độ dòng chảy yêu cầu với tốc độ khoan cơ học là biến số chính:
ROP (ft/h) 65.6 131.2 196.9
Bảng 4.7 – Tốc độ khoan cơ học (ROP) là biến số chính
Hình 4.5 – Tương quan giữa góc nghiêng và tốc độ dòng chảy với tốc độ khoan cơ học là biến số chính theo mô hình Larsen
ROP (ft/hr)
Lưu lượng dòng chảy (l/sec)
Lưu lượng dòng chảy (l/sec)
Lưu lượng dòng chảy (l/sec)
55o 75o 90o
65.6 43 46 44
131.2 45 47 45
196.9 45.5 48 46
Bảng 4.8 – Lưu lượng dòng chảy tại từng góc nghiêng khác nhau với tốc độ khoan cơ học là biến số chính
Từ bảng 4.8 có thể thấy việc tăng tốc độ khoan cơ học làm tăng lưu lượng dòng chảy cần thiết để vận chuyển mùn khoan và lưu lượng dòng chảy đạt đỉnh tại góc nghiêng 75o. Tuy nhiên với tốc độ 131.2 (ft/h) và 196.9 (ft/h) thì hai đường biểu diễn trên đồ thị gần như sát nhau.
Sử dụng mô hình Rubiandini dự đoán tốc độ dòng chảy yêu cầu với tốc độ
khoan cơ học là biến số chính:
Hình 4.6 – Tương quan giữa góc nghiêng và tốc độ dòng chảy với tốc độ khoan cơ học là biến số chính theo mô hình Rubiandini
ROP (ft/hr)
Lưu lượng dòng chảy (l/sec) Lưu lượng dòng chảy (l/sec) Đoạn giếng đứng (0o) Đoạn giếng ngang (45o-90o)
65.6 42 62
131.2 44 65
196.9 45 67
Bảng 4.9 - Lưu lượng dòng chảy tại từng góc nghiêng khác nhau với tốc độ khoan cơ học là biến số chính
Từ bảng 4.9 có thể thấy việc tăng tốc độ khoan cơ học làm tăng lưu lượng dòng chảy yêu cầu để vận chuyển mùn khoan.
ROP (ft/h) 65.6 131.2 196.9
Lưu lượng dòng chảy (l/s) với α Mô hình Larsen 46 47 48
= 75o
Mô hình Rubiandini 62 65 67
Giá trị theo GTN 39-41 39-41 39-41 Bảng 4.10 - So sánh kết quả nhận được từ mô hình của Larsen và Rubiandini tại
góc nghiêng 75o
Sử dụng mô hình Larsen dự đoán tốc độ dòng chảy yêu cầu với thông số lưu biến dung dịch là biến số chính:
Mud Rheology
(PV/YP) 15/25 20/30 25/35
Bảng 4.11 – Lưu biến dung dịch là biến số chính
Hình 4.7 - Tương quan giữa góc nghiêng và tốc độ dòng chảy với thông số lưu biến dung dịch là biến số chính theo mô hình Larsen
Lưu biến dung dịch (PV/YP)
Lưu lượng dòng chảy (l/sec)
Lưu lượng dòng chảy (l/sec)
Lưu lượng dòng chảy (l/sec)
55o 75o 90o
15/25 45 47 45
25/25 49 52 49
Bảng 4.12 - Lưu lượng dòng chảy tại từng góc nghiêng khác nhau với tính lưu biến của dung dịch là biến số chính
Bảng trên mô tả thông số lưu biến dung dịch có tác động đáng kể đối với quá trình vận chuyển mùn khoan. Thông số lưu biến dung dịch tăng dẫn đến lưu lượng dòng chảy yêu cầu tăng theo, vì vậy có thể nói rằng thông số lưu biến thấp thì việc vận chuyển mùn khoan sẽ hiệu quả hơn.
Sử dụng mô hình Rubiandini dự đoán tốc độ dòng chảy yêu cầu với thông số lưu biến dung dịch là biến số chính:
Hình 4.8 - Tương quan giữa góc nghiêng và tốc độ dòng chảy với thông số lưu biến dung dịch là biến số chính theo mô hình Rubiandini
Lưu biến dung dịch (PV/YP)
Lưu lượng dòng chảy (l/sec) Lưu lượng dòng chảy (l/sec) Đoạn giếng đứng (0o) Đoạn giếng ngang (45o-90o)
15/25 45 66
25/25 46 69
Bảng 4.13 - Lưu lượng dòng chảy tại từng góc nghiêng khác nhau với tính lưu biến của dung dịch là biến số chính
Như đã nói trước đây, mô hình dự đoán giá trị thông số lưu biến dung dịch lớn dẫn đến lưu lượng ( tốc độ ) dòng chảy yêu cầu tăng lên. Cả hai mô hình của Larsen và Rubiandini đều thể hiện xu hướng này. Ngoài ra còn có thể quan sát thấy lưu lượng dòng chảy dự báo có khoảng cách chênh lệch lớn so với thực tế.
Lưu biến dung dịch (PV/YP) 15/25 25/25 35/25 Lưu lượng dòng chảy (l/s) với α =
75o
Mô hình Larsen 47 52 56
Mô hình Rubiandini 66 69 73 Giá trị theo GTN 39-41 39-41 39-41 Bảng 4.14 - So sánh kết quả nhận được từ mô hình của Larsen và Rubiandini tại
góc nghiêng 75o
Sử dụng mô hình Larsen dự đoán tốc độ dòng chảy yêu cầu với kích thước hạt mùn khoan là biến số chính:
Kích thước hạt mùn
(inch) 0.004 0.02 0.04
Bảng 4.15 – Kích thước hạt mùn là biến số chính
Hình 4.9 - Tương quan giữa góc nghiêng và tốc độ dòng chảy với kích thước hạt mùn khoan là biến số chính theo mô hình Larsen
Kích thước hạt mùn (inch)
Lưu lượng dòng chảy (l/sec)
Lưu lượng dòng chảy (l/sec)
Lưu lượng dòng chảy (l/sec)
55o 75o 90o
0.004 45 47 45
0.02 44 46 45
0.04 44 46 44
Bảng 4.16 - Lưu lượng dòng chảy tại từng góc nghiêng khác nhau với kích thước hạt mùn là biến số chính
Bảng trên mô tả kích thước hạt mùn càng nhỏ thì càng khó vận chuyển và yêu cầu phải có tốc độ dòng chảy cao hơn, tuy nhiên thay đổi này là không đáng kể. Lưu lượng dòng chảy đạt giá trị lớn nhất tại khoảng góc nghiêng từ 60o - 80o.
Sử dụng mô hình Rubiandini dự đoán tốc độ dòng chảy yêu cầu với RPM là biến số chính:
RPM (vòng/phút) 100 120 140
Bảng 4.17 – Số vòng quay của cột cần khoan
Hình 4.10 - Tương quan giữa góc nghiêng và tốc độ dòng chảy với thông số RPM là biến số chính theo mô hình Rubiandini
RPM (vòng/phút)
Lưu lượng dòng chảy (l/sec) Lưu lượng dòng chảy (l/sec) Đoạn giếng đứng (0o) Đoạn giếng ngang (45o-90o)
100 45 67
120 45 66
140 45 65
Bảng 4.18 - Lưu lượng dòng chảy tại từng góc nghiêng khác nhau với số vòng quay của cột cần khoan là biến số chính
Bằng việc tăng tốc độ quay của cột cần khoan (RPM) thì tốc độ dòng chảy cần thiết để vận chuyển mùn khoan sẽ giảm.
Trong mô hình của Larsen, thông số số vòng quay của cột cần khoan (RPM) không được xem xét đến; và trong mô hình của Rubiandini, kích thước hạt mùn là tham số nhưng không có hệ số hiệu chỉnh như trong mô hình của Larsen. Do đó, có thể loại trừ việc so sánh ảnh hưởng của những thông số trên trong hai mô hình.
Dựa trên việc quan sát và phân tích được liệt kê ở trên, xu hướng chung cho các
giá trị lưu lượng dòng chảy có thể được tóm gọn như sau:
- Mô hình của Larsen yêu cầu lưu lượng dòng chảy khi so sánh với thực tế có sự chênh lệch không lớn. Sự chênh lệch giữa giá trị lưu lượng dòng chảy theo mô hình thực nghiệm và trong thực tế, dựa trên dữ liệu giếng khoan cho trước, có thể được quan sát rõ ràng trong các trường hợp giá trị tốc độ khoan cơ học ROP cao, kích thước hạt mùn nhỏ, và giá trị lưu biến dung dịch cao.
- Mô hình của Rubiandini cho phần giếng đứng cho lưu lượng dòng chảy gần tương ứng với thực tế trong hầu hết các trường hợp thay đổi thông số khoan. Sự chênh lệch giữa thực tế và giá trị lưu lượng dòng chảy theo mô hình thực nghiệm là tương đối nhỏ.
- Mô hình của Rubiandini cho đoạn giếng khoan xiên đến ngang yêu cầu lưu lượng dòng chảy cao hơn đáng kể so với thông số thực tế. Các yếu tố như tỉ trọng dung dịch, lưu biến dung dịch, tốc độ khoan cơ học (ROP), số vòng quay cột cần khoan (RPM) có tác động đáng kể đến việc tính toán tốc độ dòng chảy tối thiểu để làm sạch giếng khoan ở các giá trị góc nghiêng khác nhau.
Ưu diểm và khuyết điểm của các mô hình của Larsen và Rubiandini Mô hình của Larsen:
Ưu điểm của việc sử dụng mô hình của Larsen là khả năng dự đoán vận tốc dòng chảy cần thiết để vận chuyển chuyển mùn khoan ở các góc nghiêng khác nhau. Đặc biệt, phương pháp này có lợi khi nó cho thấy tốc độ dòng chảy cao hơn trong khoảng giữa 65o và 75o. Larsen đã phát triển các hệ số hiệu chỉnh cho góc nghiêng, kích thước hạt mùn và tỉ trọng dung dịch.
Tuy nhiên, mô hình của Larsen không áp dụng cho giếng khoan thẳng đứng, vì mô hình được thiết kế cho các giếng có góc nghiêng từ 55o đến 90o. Một nhược điểm khác của mô hình của Larsen là trong các thí nghiệm, thông số RPM đã bị bỏ qua không được đề cập trong mô hình. Ngoài ra, Larsen không coi đường kính cần khoan là một biến số trong các thí nghiệm của mình và do đó, không thể xác định liệu đường kính ống khoan có ảnh hưởng gì đến việc vận chuyển mùn khoan hay không. Cuối cùng, các thiết lập thực nghiệm của Larsen nên được bổ sung thêm một vài biến số phụ như rung động của cột cần khoan để sát với giếng khoan thực tế hơn.
Mô hình của Rubiandini:
Bằng việc sử dụng mô hình của Rubiandini, có thể tính được tốc độ dòng chảy tối
thiểu cho cả đoạn giếng khoan đứng và ngang vì mô hình được phát triển cho các góc nghiêng từ 0o đến 90o. Ưu điểm chính của mô hình Rubiandini so với mô hình của Larsen là Rubiandini, trong nghiên cứu của mình đã áp dụng thông số RPM vào để khảo sát.
Như đã đề cập trong hình (5.8) và bảng (5.16), việc tăng tốc độ quay của cần khoan (RPM) thì tốc độ dòng chảy cần thiết để vận chuyển mùn khoan sẽ giảm và do đó cải thiện hiệu suất vận chuyển mùn khoan.
Các biểu đồ được trình bày ở trên đã cho thấy tốc độ dòng chảy không đổi ở khoảng góc nghiêng từ 45o đến 90o. Điều này hoàn toàn không hợp lý khi tốc độ dòng chảy hầu như không thay đổi trong khoảng góc nghiêng lớn như vậy. Ngoài ra, việc bỏ qua hệ số hiệu chỉnh của kích thước hạt mùn cũng là một thiếu sót trong mô hình của Rubiandini.
Cuối cùng, tương tự như mô hình của Larsen, đường kính cần khoan và sự rung động của cột cần khoan nên được xem xét như những biến số có thể ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển mùn khoan.