Một trong những tính chất quan trọng nhất của dung dịch khoan là mật độ của dung dịch. Để đảm bảo mật độ dung dịch hợp lý ta phải điều chỉnh sao cho dung dịch tạo ra cột áp suất thuỷ tĩnh thoả mãn điều kiện:
Pv < PT < Pn.v
Trong đó:
Pv: Áp suất vỉa ở độ sâu (at)
PT: Áp suất tĩnh tạo bởi cột dung dịch Pn.v: Áp suất làm nứt, phá vỡ vỉa (at).
Xác định mật độ dung dịch phù hợp đáp ứng yêu cầu kỹ thuật là công việc phức tạp, phụ thuộc nhiều yếu tố. Ngày nay người ta thường sử dụng công thức thực nghiệm để tính mật độ của dung dịch khoan như sau:
𝑑 = (𝐻 − ℎ𝑟) ∗ 𝑘𝑑𝑡∗𝑘ℎ 𝐻
Trong đó:
d: Tỷ trọng dung dich hợp lý theo tính toán (g/cm3).
H: Độ sâu đang khoan (m).
hr: Độ chênh lệch chiều cao của Roto và mặt nước biển (ta lấy hr = 0m). kdt: Hệ số dị thường áp suất.
kh: Hệ số lấy theo độ sâu.
- H < 1.200 m → kh = 1,1 - 1,5
- 1.200 m < H < 2.500 m → kh = 1,07 - 1,1 - H > 2.500 m → kh = 1,04 - 1,07
Căn cứ vào tính chất của đá, của áp suất vỉa ta chọn tỷ trọng dung dịch hợp lý:
γ= d ± 0,02 g/cm3
Do H = 0 ÷ 470m < 1200m => kh = 1,1 ÷ 1,2 lấy trung bình là 1.15, kr=0m, kdt = 1. Thay số vào ta được tỷ trọng dung dịch hợp lý của giếng khoan A – 1X trong khoảng độ sâu 0 ÷ 470m.
𝑑470 =(𝐻 − ℎ𝑟) ∗ 𝑘𝑑𝑡∗ 𝑘ℎ
𝐻 =
(470 − 0) ∗ 1 ∗ 1.15
470 = 1.15
Tương tự cho các khoảng độ sâu khác trong giếng khoan A – 1X. Dựa vào đó ta có thể tính được thông số γ của dung dịch khoan theo các khoảng độ sâu cho giếng khoan A – 1X. Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 3.5. Bảng giá trị dung dịch khoan theo chiều sâu
Khoảng độ sâu (m) H (m) hr (m) kdt kh γ (g/cm3) 0 ÷ 470 470 0 1 1.1 ÷ 1.2 1.15 ± 0.02 470 ÷ 500 500 0 1.01 1.1 ÷ 1.2 1.162 ± 0.02 500 ÷ 860 860 0 1.02 1.1 ÷ 1.2 1.173 ± 0.02 860 ÷ 2220 2220 0 1.01 1.07 ÷1.1 1.1 ± 0.02 2220 ÷ 2420 2420 0 1 1.07 ÷1.1 1.09 ± 0.02 3.2.4. Xác định áp suất nứt vỉa
Tỷ trọng dung dịch đưa vào sẽ tạo ra cột áp suất thủy tĩnh sao cho áp suất thủy tĩnh này phải nhỏ hơn áp suất nứt vỉa. Do đó ta tính toán áp suất nứt vỉa và áp suất thủy tĩnh do dung dịch đưa vào tạo ra cho các độ sâu theo công thức sau:
Pn.v = 0,083H + 0,66Pv
Trong đó:
- Pn.v: Áp suất nứt vỉa, phá vỡ vỉa (at). - H: Độ sâu xác định áp suất nứt vỉa (m). - Pv: Áp suất vỉa ở độ sâu H (at).
Thay số vào ta được áp suất nứt vỉa và áp suất thủy tỉnh của giếng khoan A – 1X trong khoảng độ sâu 0 ÷ 470m lần lượt là:
𝑃𝑛.𝑣250 = 0.083 ∗ 𝐻 + 0.66 ∗ 𝑃𝑣 = 0.083 ∗ 470 + 0.66 ∗ 48 = 70,69 (𝑎𝑡)
Ta có bảng kết quả áp suất nứt vỉa, áp suất thủy tĩnh cho các khoảng độ sâu trong giếng khoan 1A như sau:
Bảng 3.6. Bảng kết quả áp suất thủy tỉnh và áp suất nứt vỉa theo các khoảng sâu
Độ sâu (m) Áp suất vỉa (at) Áp suất nứt
vỉa (at) Tỷ số Pnv/Pv 470 48 70,69 1,47 500 51,03 75,18 1,473 860 87,75 129,3 1,474 2220 225,1 332,83 1,479 2420 245,1 362,63 1,48
3.2.5. Lựa chọn phương pháp khoan
Có nhiều phương pháp khoan. Với sự phát triển của khoa học, kỹ thuật, công nghệ các phương pháp khoan lạc hậu, kém hiệu quả dần bị loại bỏ dần, đặc biệt là trong lĩnh vực dầu khí do các đặc điểm sau:
- Các giếng khoan dầu khí thường có đường kính rất thay đổi, độ sâu lớn. - Yêu cầu thiết bị nhiều, phức tạp, kích thước và công suất lớn.
- Khoan qua các tầng trầm tích rất sâu với đặc điểm địa chất phức tạp, luôn gặp các dị thường khác nhau về áp suất và nhiệt độ.
- Quá trình xuyên phá đá chủ yếu là dùng choòng có chóp xoay.
Chính vì vậy trong khoan dầu khí hầu như chỉ còn sử dụng hai phương pháp là khoan Roto và khoan Tuabin.
Khoan Roto
Là phương pháp khoan mà chuyển động quay của choòng khoan được thực hiện nhờ động cơ trên mặt đất truyền xuống thông qua bàn xoay Roto và cần khoan.
Ưu điểm:
- Khoan được độ sâu lớn, có thể tăng tốc độ khoan kể cả ở độ sâu lớn.
- Các thông số cơ bản đảm bảo chế độ khoan là tải trọng P lên choòng, tốc độ xoay của choòng n0, lưu lượng Q của dung dịch có thể điều chỉnh hoàn toàn độc lập không phụ thuộc lẫn nhau.
- Có thể khoan trong điều kiện đòi hỏi mật độ dung dịch lớn hơn 1,7 - 1,8 g/cm3. - Khoan trong điều kiện nhiệt độ, áp suất cao (T > 150oC).
Nhược điểm:
- Trong khi khoan cả cột cần khoan phải xoay, uốn, kéo hoặc nén,… nên bề mặt cần khoan dễ bị mài mòn và đứt gãy.
- Do phải xoay toàn bộ cần khoan nên công suất tiêu hao lớn đặc biệt khi chiều sâu tăng.
- Chỉ phù hợp nhất với giếng khoan thẳng đứng.
Ứng dụng:
- Khoan ở độ sâu lớn với yêu cầu tăng tốc độ khoan.
- Khoan qua các tầng sét, sét phiến độ dày lớn, tính dẻo, đàn hồi cao dùng choòng với răng có kích thước lớn, bước răng chắc và lượng dung dịch tăng. - Khoan trong điều kiện nhiệt độ lớn (T > 150oC).
- Khoan với dung dịch có mật độ cao (γ > 1,8 g/cm3) để tránh sập lở, giảm đường kính giếng khi mà không thể khoan bằng phương pháp Tuabin điện.
- Khoan lấy mẫu lõi.
- Khoan với quá trình làm sạch giếng bằng phương pháp thổi khí hay dùng dung dịch lẫn dầu.
Khoan Tuabin
Là phương pháp khoan mà chuyển động quay của choòng được thực hiện nhờ động cơ đáy là Tuabin (Tuabin thuỷ lực) hay động cơ điện.
Khoan bằng Tuabin thuỷ lực
Ưu điểm:
- Cột cần không xoay khi khoan nên không bị mài mòn, không bị xoắn, không bị uốn tránh được đứt gãy cần.
- Có hiệu quả cao, rất phù hợp khi khoan định hướng.
Nhược điểm:
- Đòi hỏi công suất bơm cao để đảm bảo công suất thuỷ lực lớn.
- Không điều chỉnh được các thông số chủ yếu của chế độ khoan một cách độc lập.
- Khi khoan qua các tầng đất đá dẻo đòi hỏi tốc độ vòng quay choòng lớn thì Tuabin thuỷ lực không đáp ứng được. Đặc biệt khi chiều sâu lớn.
- Công tác bảo dưỡng, sửa chữa phức tạp, giá thành cao.
Ứng dụng:
- Khoan giếng không quá sâu với mật độ dung dịch không vượt quá 1,8 g/cm3. - Khoan giếng khoan với nhiệt độ không cao (T < 150oC) tránh làm hỏng các
gioăng đệm kín.
- Khoan giếng khoan định hướng, giếng có nhiều đáy.
- Làm giảm độ lệch giếng khoan trong những điều kiện phức tạp dễ gây lệch giếng.
Khoan bằng động cơ điện
Ưu điểm: Giống như khoan Tuabin thuỷ lực.
Nhược điểm:
- Không khoan được trong điều kiện nhiệt độ cao (T > 140oC) và mật độ dung dịch lớn hơn 1,8 g/cm3.
- Công tác bảo dưỡng, sửa chữa phức tạp, giá thành cao.
Ứng dụng:
- Khoan các giếng với đường kính 190 - 394 mm bằng dung dich có γ ≤ 2,3 g/cm3, nhiệt độ không quá 140oC.
- Có thể sử dụng khoan với phương pháp làm sạch đáy giếng bằng thổi khí hay dung dịch có chứa khí.
Căn cứ vào cấu trúc địa chất, ta chọn khoan Roto là phương pháp khoan phù hợp nhất nhằm đạt hiệu quả cao, chi phí thấp nhất.
3.3. Nghiên cứu địa chất, địa vật lý giếng khoan
Việc xác định các giá trị của các thông số đặc trưng cho tầng chứa như độ rỗng, độ thấm, độ đồng nhất... là rất quan trọng đối với các nhà kỹ sưa địa chất. Việc xác định các giá trị này phải đòi hỏi nghiên cứu các tài liệu địa chất giếng khoan, trong đó công việc lấy mẫu là hết sức cần thiết, nhất là những giếng khoan đang trong giai đoạn tìm kiếm thăm dò. Để làm tốt công việc này, các kỹ sư địa chất phải lập kế hoặc, lấy, mô tả mẫu và bảo quản mẫu một cách cẩn thận, chi tiết.
3.3.1. Nghiên cứu địa chất giếng khoan 3.3.1.1. Phương pháp lấy mẫu 3.3.1.1. Phương pháp lấy mẫu
Phương pháp lấy mẫu được các kỹ sư địa chất quyết định việc lấy mẫu và kích thước mẫu. Các kỹ sư địa chất có thể thu thập được các thông tin từ các loại mẫu. Các loại mẫu chính cần lấy là: Mẫu mùn, mẫu lõi và mẫu sườn.
Mẫu mùn
Mẫu mùn là mẫu được đưa lên trên cùng với dung dịch khoan tuần hoàn trong thời gian thi công giếng khoan, vì vậy việc lấy mẫu rất thuận lợi do mùn khoan đá được đưa lên mặt đất và không bỏ sót một lớp nào dù mỏng. Từ mẫu mùn sẽ cung cấp cho ta nhiều thông tin trực tiếp và quan trọng về tầng đá mà giếng xuyên qua. Mẫu mùn có hạn chế là mẫu nằm trong dung dịch khoan nên dễ bị nhiễm bẩn, không giữ được tính chất nguyên bản của mẫu, trong quá trình đi lên cùng dung dịch tùy theo khối lượng riêng sẽ gây lên sai lệch về độ sâu.
Số lượng mẫu mùn được lấy tùy theo yêu cầu nghiên cứu của các nhà địa chất. Với giếng khoan A – 1X mẫu mùn được lấy theo phương án như sau:
- Độ sâu từ 0 đến 450m không lấy mẫu.
- Độ sâu từ 450m đến 1550m cứ 5m lấy 1 mẫu và miêu tả mẫu vì là tầng có khả năng chứa sản phẩm.
- Độ sâu từ 1550m trở xuống thì cứ 10m lấy 1 mẫu và miêu tả chúng.
Mẫu lấy được phải được bảo quản bằng thiết bị chuyên dụng, việc lấy mẫu có thể được thay đổi trong quá trình khoan dựa trên sự suy xét của kỹ sư địa chất giếng khoan theo dõi lấy mẫu sao cho thích hợp nhất.
Mẫu lõi dùng để xác định độ rỗng và độ thấm của đá, có vai trò quan trọng trong việc đánh giá chất lượng vỉa, xác định được thành phần thạch học, độ bất đồng nhất của đất đá…
Lấy mẫu lõi là công việc rất phức tạp, tốn công, tốn tiền nên số lượng hiệp mẫu phải hạn chế tới mức tối đa. Phương án lấy mẫu phải dựa trên nhiệm vụ địa chất của giếng khoan và được quyết định bởi các nhà địa chất.
Tất cả các mẫu phải được bảo quản một cách cẩn thận không được làm biến dạng mất chất lưu. Ngay từ khi lấy mẫu ra khỏi ống lấy mẫu, mẫu phải được gạt bỏ lớp mùn dung dịch bao quanh và mô tả chi tiết về các đặc điểm màu sắc, đặc điểm thạch học, khe nứt, đặc điểm phân lớp, thành phần phụ, xi măng, biểu hiện dầu khí…sau đó được bọc bằng vải xô và tráng parafin bên ngoài trước khi đặt vào ngăn bảo quản. Trên ngăn đựng mẫu phải ghi rõ các thông tin: tên công ty lấu mẫu, thời gian, độ sâu lấu mẫu….
Ưu điểm của mẫu lõi:
- Mẫu phản ánh đúng thực trạng của đất đá, chất lưu trong vỉa. - Kích thước mẫu đủ lơn để tiến hành các loại phân tích, thí nghiệm. - Cho biết chính xác về chiều sâu tầng trầm tích.
Nhược điểm của mẫu lõi:
- Giá thành cao.
- Tính đại diện hạn chế, nhất là trong các thành hệ bất đồng nhất cao. - Khoan lấy mẫu lõi thường sảy ra sự cố.
- Đối với các tầng nứt nẻ, đất đá bở rời, không lấy mẫu được.
Trong giếng khoan A-1X mẫu lõi chỉ được lấy ở khoảng độ sâu có biểu hiện dầu khí, hoặc dự báo về tầng sinh hoặc tầng chứa theo tài liệu nghiên cứu địa chấn. Cụ thể dự kiến sẽ lấy mẫu lõi trong khoảng độ sâu 500m đến 750m lấy 2 hiệp mỗi hiệp 10m.
Mẫu sườn
Lấy mẫu sườn khá rẻ và không làm ảnh hưởng lớn tới quá trình khoan. Song, do kích thước mẫu nhỏ và nằm trong đới ngấm của dung dịch khoan nên mẫu sườn chủ yếu dùng để xác định thạch học, địa tầng, các thông số khác độ tin cậy không cao. Nên ở giếng khoan A – 1X có thể lấy mẫu sườn trong trường hợp lấy mẫu lõi gặp sự cố.
Mẫu sườn được lấy bằng “súng” bắn đầu chụp, thả bằng dây cáp thả xuống sau khi khoan và đầu chụp thường được bắn vào thành giếng khoan để lấy mẫu ra. Dự kiến lấy 30 mẫu trong khoảng độ sâu từ 470m đến 1550m, và 30 mẫu trong khoảng từ 1550m đến 2420m.
Thử vỉa
Thử vỉa nhằm nghiên cứu đánh giá các tầng chứa, nghiên cứu các chất lưu bão hòa khe hổng của đá chứa khoảng thử vỉa được xác định dựa vào biểu hiện dầu khí khi khoan cho các khoảng độ sâu có triển vọng dầu khí, vào khả năng phát hiện tầng chứa Hydrocacbon thể hiện trên băng đo địa vật lý giếng khoan.
Phương pháp thử vỉa trong giếng khoan A – 1X là thử vỉa DST (drill strem test). Thử vỉa DST dòi hỏi nhân lực, thiết bị khá tốn kém nhưng tầm quan trọng thì vượt xa mẫu lõi. Thử vỉa DST cho phép xác định các tầng sản phẩm, lưu lượng HC, nước vỉa và cả bùn khoan. Ngoài ra còn có thể xác định chỉ số sản phẩm, áp suất vỉa, độ thấm.
3.3.1.2. Bảo quản mẫu
Đối với từng loại mẫu có các cách bảo quản khác nhau:
- Với mẫu vụn do kích thước nhỏ và bị nhiễm bùn khoan nên cần được lấy nước rửa qua, làm khô và bọc lại.
- Với mẫu lõi phải được bảo quản một cách cẩn thận không để mẫu bị biến dạng mất nước đặc biệt các mẫu chứa phải được bọc kín trong giấy bạc và bọc ngoài bằng parafin.
- Các mẫu lấy lên phải để trong các phòng bảo quản thoáng mát, ở ngoài mỗi mẫu cần ghi rõ: tên công ty lấy mẫu, tên giếng, tên tập mẫu, độ sâu lấy mẫu.
3.3.2. Nghiên cứu địa vật lý giếng khoan
Để tiến hành nghiên cứu các thành phần đất đá, các thông số vỉa chứa, chất lưu đánh giá kỹ thuật bơm trám, kỹ thuật khoan, đánh giá về nhiệt độ của địa tầng cần sử dụng các phương pháp địa vật lý. Giếng khoan A-1X là giếng khoan tìm kiếm, bởi vậy phải tiến hành đo địa vật lý giếng khoan, cụ thể phương án đo địa vật lý được thể hiện như sau:
- Từ độ sâu 0m đến 470m: Đo đường kính giếng khoan, đo độ lệch giếng khoan, tỷ lệ đo 1:500.
- Từ độ sâu 470m đến 1550m: Đo đường kính giếng khoan, đo độ lệch giếng khoan, đo carota xạ (Gama, Notron, mật độ), đo carota nhiệt (LLD, SP), đo carota khí, tỷ lệ đo 1:500, 1:200.
- Từ độ sâu 1550m đến 2420m: Đo đường kính giếng khoan, đo độ lệch giếng khoan, đo carota xạ (Gama, Notron, mật độ), đo caroto nhiệt, đo carota khí.
Tên giếng khoan: A-1X Tọa độ giếng khoan : Loại giếng khoan : Tìm kiếm thẳng đứng + 20012’ vĩ độ Bắc Chiều sâu dự kiến : 2420 m + 106038’ kinh độ Đông
3.4. An toàn lao động và bảo vệ môi trường
Trong các ngành công nghiệp đặc biệt là ngành công nghiệp dầu khí, vấn đề an toàn và bảo vệ môi trường phải được coi trọng hàng đầu. Các công tác tìm kiếm thăm dò và khai thác dầu khí bao gồm rất nhiều công đoạn đều gây nguy hiểm, tai nạn và nhất là ô nhiễm môi trường.
Do vậy công tác an toàn và bảo vệ môi trường phải được quán triệt đến từng công đoạn, quá trình tiến hành thăm dò - tìm kiếm và khai thác dầu khí.
Trong các công đoạn nói chung, để đảm bảo cho người và thiết bị cần phải có những quy định, trang thiết bị bảo hộ lao động hữu hiệu nhằm tránh các sự cố đáng tiếc xảy ra, phải có các biện pháp chống phun dầu khí hữu hiệu, có các biện pháp phòng cháy, chữa cháy và nổ nếu có sự cố xảy ra phải đảm bảo cho người và thiết bị trong