CÔNG NGHỆ KHOAN DẦU KHÍ

 Giếng dầu khí  Là công trình hình trụ, chiều dài lớn, tiết diện bé  Không thể vào bên trong để thao tác, phải tiến hành từ trên mặt  Là phương tiện thăm dò chắc chắn nhất  Là phươn

1

CÔNG NGHỆ KHOAN DẦU KHÍ

TS Nguyễn Thế Vinh nguyenthevinh@humg.edu.vn

8 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả khoan

9 Gia cố thành giếng khoan

10 Thực hiện giếng thăm dò

11 Thực hiện giếng phát triển

12 Kiểm soát áp suất giếng trong quá trình khoan

13 Khoan định hướng

14 Khoan ngang và khoan đa đáy

16 Khoan kiểm soát áp suất

NỘI DUNG

 Giếng dầu khí

 Là công trình hình trụ, chiều dài lớn, tiết diện bé

 Không thể vào bên trong để thao tác, phải tiến hành từ trên mặt

 Là phương tiện thăm dò chắc chắn nhất

 Là phương tiện khai thác duy nhất

 Các thông số của giếng gồm

 Đường kính giếng D

 Chiều sâu giếng H

 Chiều dài giếng L

 Giếng thực tế có thể gồm các quĩ đạo: thẳng

đứng, cong, xiên, ngang

 Tập hợp các phần này trên hình chiếu

đứng gọi là trắc diện (profile)

 Số lượng giếng thẳng đứng ít (thường là

giếng thăm dò, thẩm lượng)

 Giếng cong xiên được thực hiện bằng kỹ

thuật khoan định hướng

 Các giếng dầu khí bao gồm:

 Các loại hình giếng dầu khí

 Giếng tìm kiếm: Xem xét khả năng về dầu khí

 Giếng thăm dò: Phát hiện tích tụ, đánh giá sơ bộ khả năng công nghiệp

 Giếng thẩm lượng: Đánh giá chính xác khả năng công nghiệp, loại bỏ tích

tụ không có giá trị

 Giếng khai thác: Điều khiển dòng chảy từ đáy lên miệng

 Giếng tác động vào vỉa: Duy trì áp suất vỉa bằng bơm ép hơi và nước, ngoài ra có thể ép các tác nhân nhiệt hoặc hóa chất

 Giếng kỹ thuật: Quan trắc tốc độ thấm, hướng thấm, mức độ liên thông thủy lực, sự dịch chuyển mặt tiếp xúc giữa các pha, khắc phục cứu chữa

sự cố

MỘT SỐ KHÁI NIỆM

 Xây dựng giếng

 Quá trình phá hủy

 Quá trình vận chuyển đất đá phá hủy

 Quá trình gia cố thành giếng

MỘT SỐ KHÁI NIỆM

Tiếp cần trong quá trình khoan

MỘT SỐ KHÁI NIỆM

Kéo cần ra khỏi lỗ khoan

 Các quá trình cơ bản khi xây dựng giếng

 Mô men quay M (tốc độ quay n): 80  200 v/ph

 Được truyền từ trên mặt

 Đáy giếng phải được làm

 Quá trình gia cố thành giếng

CÁC CÔNG VIỆC VÀ YÊU CẦU THỰC HIỆN MỘT GIẾNG KHOAN DẦU KHÍ

 Lựa chọn vị trí giếng khoan và khảo sát địa chất công trình tại vị trí giếng

 Lựa chọn thuê giàn phù hợp với điều kiện giếng khoan

 Thiết kế chương trình khoan

 Lập kế hoạch khoan

CÁC CÔNG VIỆC VÀ YÊU CẦU THỰC HIỆN MỘT GIẾNG KHOAN DẦU KHÍ

 Chọn vị trí khoan

Dùng các phương pháp khoa học gián tiếp trên nguyên tắc các loại đá

có tính chất khác nhau và sử dụng các dụng cụ đo có độ nhạy cao để xác định các tính chất này Các tính chất được sử dụng bao gồm:

 Trên biển: Thực hiện cả 3 phương pháp cùng lúc

 Lựa chọn vị trí giếng khoan và khảo sát địa chất công trình tại vị trí giếng

 Khảo sát địa chất công trình tại vị trí giếng (Site Survey & Soil Boring)

Diện tích khảo sát tùy thuộc vào số lượng và vị đặt giếng khoan

CÁC CÔNG VIỆC VÀ YÊU CẦU THỰC HIỆN MỘT GIẾNG KHOAN DẦU KHÍ

 Lựa chọn thuê giàn phù hợp với điều kiện giếng khoan

 Loại giàn: Semi-submersible, jakup

 Chiều sâu khoan tối đa của giàn,

 Các thông số kỹ thuật của giàn,

 Giá thuê giàn

CÁC CÔNG VIỆC VÀ YÊU CẦU THỰC HIỆN MỘT GIẾNG KHOAN DẦU KHÍ

 Thiết kế chương trình khoan

 Lựa chọn và thiết kế Quỹ đạo giếng (profin)

 Lựa chọn cấu trúc giếng, vật liệu ống chống

 Lựa chọn dung dịch khoan cho từng công đoạn khoan

 Lựa chọn choòng khoan

 Lựa chọn phương pháp khoan

 Lựa chọn bộ khoan cụ (BHA) cho từng khoảng khoan

 Lựa chọn chương trình bơm trám xi măng: đặc tính của vữa xi măng và chế độ bơm trám

 Chương trình đo địa vật lý giếng khoan (logging) trong từng công đoạn khoan theo yêu cầu địa chất

 Chương trình thử vỉa (DST) theo yêu cầu địa chất

 Chương trình treo hoặc hủy giếng (đối với giếng thăm dò, thẩm lượng), chương trình hoàn thiện giếng (giếng khai thác)

CÁC CÔNG VIỆC VÀ YÊU CẦU THỰC HIỆN MỘT GIẾNG KHOAN DẦU KHÍ

 Lập kế hoạch khoan

 Lập dự toán chi phí xây dựng giếng và thời gian thi công

 Lựa chọn thời gian phù hợp để tiến hành thi công khoan

 Lựa chọn nhà thầu khoan (thường đi kèm gói thầu thuê giàn)

 Kế hoạch di chuyển giàn vào vị trí giếng khoan và kế hoạch rời giàn sau khi kết thúc giếng

 Lập tổ giám sát, điều hành trong quá trình khoan

 Thi công giếng khoan phải theo sát chương trình khoan đã được thiết kế

và theo sự điều hành của chủ mỏ

 Công tác hậu cần: Có kế hoạch mua sắm vật tư trước khi khoan và trong quá trình khoan Mọi vật tư phải được chuẩn bị sẵn sàng cung cấp khi có yêu cầu từ giàn khoan

 Tháp khoan và hệ thống nâng thả

CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA TỔ HỢP THIẾT BỊ KHOAN

 Đầu xoay di động (Top drive)

CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA TỔ HỢP THIẾT BỊ KHOAN

 Máy bơm khoan: Bơm piston

 2 xi lanh tác dụng kép

 3 xi lanh tác dụng đơn

8

7 6 10 11 12 13 14 6a

5

4

6a

2 1- Bể chứa dung dịch; 2- Chõ bơm;

3- Đường ống hút; 4,4a- Van hút 5- Piston; 6,6a- Van đẩy; 7 Ra tio cao áp;

8- Bình điều hoà; 9- Xi lanh; 10- Trục piston;

11- Con trượt; 12- Thanh truyền;

13- Tay quay; 14- Trục truyền

1- Thân 2- Buồng khí nén 3- Van 4- Màng

 Sàn rung

 Máy tách cát (xoáy lốc thủy lực)

CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA TỔ HỢP THIẾT BỊ KHOAN

 Cụm thiết bị động lực

Cung cấp năng lượng cho các cụm thiết bị khác hoạt động Yêu cầu có đặc tính mềm

 Động cơ Diezen

 Động cơ điện xoay chiều

 Động cơ Diezen-Điện 1 chiều

CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA TỔ HỢP THIẾT BỊ KHOAN

GIÀN KHOAN VÀ KHAI THÁC

“GIÀN”: CHỈ HỆ THỐNG KHUNG GIẰNG

 Trên đất liền: Trên có lắp các thiết bị thi công

 Trên biển: Ngoài thiết bị thi công còn:

 Nhà ở, kho tàng

 Phòng thí nghiệm

 Sân bay, cầu cảng

 Giàn trong dầu khí có 3 loại

 Giàn khoan

 Giàn khai thác

 Giàn khoan khai thác

 Các Giàn trên đất liền

 Công suất nâng > 50T, Giàn được lắp ráp trên nền móng

 Công suất < 50T, khối thiết bị được lắp giáp trên sàn rơ-moóc

1- Ròng rọc tĩnh 2- Tay với

3- Cáp khoan 4- Sàn trên cao 5- Ròng rọc động 6- Đầu quay di động 7- Trụ tháp

8- Cần khoan 9- Nhà giao ca 10- Thiết bị chống phun 11- Bể nước

12- Khay dẫn cáp điện 13- Cụm thiết bị động lực 14- Thùng nhiên liệu 15- Buồng điều khiển điện 16- Máy bơm khoan

17- Thùng chứa hóa phẩm 18- Bể chứa dung dịch khoan 19- Bể chứa dung dịch sau tuần hoàn 20- Thiết bị tách khí khỏi dung dịch

21- Sàn rung 22- Cụm phân dòng 23- Giá trượt cần 24- Giá để cần 25- Bộ tích điện

GIÀN KHOAN VÀ KHAI THÁC

 Công suất nâng > 50T, Giàn được lắp ráp trên nền móng với các sàn có cao độ khác nhau

 Sàn mức cao (3 – 4,5m): Lắp khối tháp-tời; bàn rôto

 Sàn mức trung bình: Lắp khối động cơ

 Mức thấp (trực tiếp trên mặt đất

GIÀN KHOAN VÀ KHAI THÁC

 Các Giàn trên biển, hồ: Kết cấu phụ thuộc mục đích khoan, chiều sâu nước biển, khí tượng thủy văn, khoảng xa bờ

 Theo khả năng cơ động, mức độ gắn kết với đáy biển, theo công suất Giàn được phân thành 3 loại:

 Liên kết cứng với đáy biển:

Giàn cố định, đảo khoan

 Liên kết tạm thời: Giàn

chìm

 Không liên kết với đáy

biển: Giàn nổi

GIÀN KHOAN VÀ KHAI THÁC

 Liên kết cứng với đáy biển:

 đảo khoan

GIÀN KHOAN VÀ KHAI THÁC

 Liên kết cứng với đáy biển:

 Giàn cố định:

 Chế tạo từ thép hoặc bê tông

 Được xây lắp ở vùng biển sâu < 100m

 Giàn có sức chịu tải lớn có thể thực hiện 10 – 30 giếng

GIÀN KHOAN VÀ KHAI THÁC

 Liên kết tạm thời: Giàn chìm có tính cơ động cao, chỉ có mục đích khoan

 Khi không hoạt động, thân Giàn nổi trên mặt nước, di chuyển nhờ tàu kéo

 Khi ở vị trí khoan, chân đế được đánh chìm tựa trên đáy biển

 Để đánh chìm và kéo lên, Giàn có phao và cơ cấu tự nâng

 Có 3 kiểu Giàn chìm:

 Xà lan nhà sàn

GIÀN KHOAN VÀ KHAI THÁC

 Giàn chìm:

 Giàn có phao hình trụ

• Xây dựng các giếng ở vùng có mực nước biển 20 – 60 m

• Được lai dắt bằng tàu kéo

GIÀN KHOAN VÀ KHAI THÁC

• Chân đế có hai loại: ống thép hoặc thanh giằng

• Được lai dắt bằng tàu kéo

GIÀN KHOAN VÀ KHAI THÁC

 Không liên kết với đáy biển: Giàn nổi, thuộc loại Giàn khoan – khai thác

 Khi làm việc không có bộ phận tiếp xúc với đáy biển

 Gồm có:

 Tàu khoan và xà lan dạng tầu

• Hình dạng như tàu khách hoặc tầu hàng

• Khi làm việc nổi hoàn toàn

GIÀN KHOAN VÀ KHAI THÁC

 Giàn bán chìm

• Khi làm việc một phần chìm,

một phần nổi trên mặt nước

• Khi di chuyển nổi hoàn toàn

GIÀN KHOAN VÀ KHAI THÁC

 Kiểm soát sự ổn định các giàn nổi khi vận hành

 Giàn nổi chịu nhiều tác động của sóng gió dễ mất ổn định đặc biệt là tàu khoan

GIÀN KHOAN VÀ KHAI THÁC

 Định vị động: Chiều sâu nước

biển > 300m phải định vị động

nhờ thiết bị đẩy và thiết bị định

vị âm thanh Khi đó dao động

của Giàn bằng cỡ 5% chiều

sâu của biển

GIÀN KHOAN VÀ KHAI THÁC

 Kiểm soát dao động theo phương

thẳng đứng và ngang

GIÀN KHOAN VÀ KHAI THÁC

DỤNG CỤ KHOAN

• A: ổ đỡ trơn,

• E: Vòi phun nối thêm,

• R: Hàn tăng cường,

• Y: Răng gắn dạng chóp,

• C: Vòi phun trung tâm,

• G: bảo vệ tăng cường,

• S: Răng thép tiêu chuẩn,

5: Choòng có răng nhọn để khoan đất đá mềm đến hơi mềm,

1: Loại có độ cứng thấp, 7: Mảnh bảo vệ trên đường kính

và các ổ lăn trơn, G: Có bảo vệ tăng cường (chống mòn đường kính ngoài)

 Là bộ phận liên kết giữa choòng khoan với các thiết bị trên mặt, trong quá trình đi xuống (quá trình khoan) nó chịu hàng loạt các ứng suất: kéo, nén, rung lắc, xoắn, ma sát, áp suất vỉa, áp suất tuần hoàn dung dịch…

 Cột cần khoan phải đủ ổn định để làm việc trong môi

trường phức tạp đồng thời có nhiệm vụ:

 Cung cấp tải trọng cho choòng

 Cho phép điều chỉnh hướng lỗ khoan

 Giúp giữ đúng đường kính lỗ khoan

 Cần chủ đạo (khoan roto),

Cần chủ đạo theo API có 2 loại tiêu chuẩn

 Chiều dài tổng thể 40ft, chiều dài làm việc 37ft

 Chiều dài tổng thể 54ft, chiều dài làm việc 51ft

DỤNG CỤ KHOAN

DỤNG CỤ KHOAN

 Đầu cần được chồn dày

 Chồn bên trong

 Chồn bên ngoài

 Chồn cả trong và ngoài

DỤNG CỤ KHOAN

 Đầu nối cần (tool joints)

DỤNG CỤ KHOAN

 Giữ cần khoan luôn ở

trạng thái kéo để giảm

hoặc tạo lỗ khoan hình

chía khoá của cần nặng

 Tăng hoặc giảm góc trong

khoan định hướng

 Giữ hướng trong đoạn lỗ

khoan thẳng

DỤNG CỤ KHOAN

 Bộ doa (Roller reamers): Hoạt động như định tâm, giữ ổn định ĐK lỗ khoan

 Đầu nối chống rung

 Đầu nối chuyển tiếp

 Búa thuỷ lực

DỤNG CỤ KHOAN

CHẾ ĐỘ KHOAN

Tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng đến chỉ tiêu khoan Các yếu tố đó thường gọi là thông số chế độ khoan, bao gồm:

 Áp lực đáy( tải trọng lên choòng), P

 Tốc độ quay của choòng, n

 Lưu lượng nước rửa, Q

 Chất lượng nước rửa (tỷ trọng, độ nhớt, độ thải nước,ứng suất cắt tĩnh )

Chế độ khoan nào đạt được các chỉ tiêu cao nhất về khối lượng và chất

lượng thì gọi là chế độ khoan hợp lý (hoặc chế độ khoan tối ưu) Trong thực tế thường phải khoan lấy mẫu, khoan trong điều kiện địa chất phức tạp (sập lở, mất nước ) hoặc khoan mở lỗ, khoan xẻ nhánh Chế độ khoan dùng trong các

trường hợp đó gọi là chế độ khoan đặc biệt

Xuất phát từ yêu cầu cơ bản là phải khoan lỗ khoan với thời gian ngắn nhất, chất lượng cao và tiết kiệm vật tư Trước khi chọn chế độ khoan cần phải:

 Nghiên cứu cẩn thận các điều kiện địa chất (địa tầng, kiến tạo) của vùng sẽ khoan và tính chất cơ lý của đất đá

 Dự kiến các đoạn có thể xẩy ra hiện tượng phức tạp (sập lở, mất nước, phun ) và xác định áp lực của vỉa khai thác

 Nghiên cứu khả năng cong tự nhiên của giếng khoan, các biện pháp phòng cong đã áp dụng, hiệu quả của các phương pháp đó

 Tuỳ theo điều kiện địa chất chọn

 Chọn nước rửa, xác định các thông số của nó để khoan các tầng khác nhau

 Chọn phương pháp khoan cho từng đoạn

 Chọn loại choòng để khoan các tầng

 Nguyên tắc thiết kế thông số chế độ khoan

CHẾ ĐỘ KHOAN

 Nguyên tắc thiết kế thông số chế độ khoan

 Nếu khoan ở vùng mà trước đây chưa có khoan sâu thì phải dựa vào kết quả khoan ở các vùng có điều kiện địa chất tương tự mà xác định các yếu tố nói trên

 Tuỳ theo phương pháp khoan, tính chất đất đá, chất lượng nước rửa, kiểu choòng khoan đã chọn mà xác định P, Q và n Khi đó dù phương pháp khoan nào cũng cần thoả mãn các yêu cầu sau:

 Tận dụng tốt nhất khả năng của bộ máy khoan

 Chọn nước rửa có tỷ trọng, độ nhớt và ứng suất cắt tĩnh bé nhất nếu có thể

 Lưu lượng nước rửa phải đủ rửa sạch đáy lỗ khoan và đưa mùn khoan lên mặt đất

CHẾ ĐỘ KHOAN

m CH

trình phá hủy trong vùng này mang

đặc trưng của quá trình phá hủy mỏi

 - Vùng III: là vùng phá hủy thể tích

hiệu quả (m=1, 1)

Tốc độ cơ học là hàm số của tải trọng chiều trục

 Ảnh hưởng của tải trọng chiều trục

CHẾ ĐỘ KHOAN

 Ảnh hưởng của tốc độ vòng quay

 Ảnh hưởng của các thông số thủy lực

CHẾ ĐỘ KHOAN

Các thông số chế độ khoan sử dụng tại bể trầm tích Cửu Long

DUNG DỊCH KHOAN

 Đáy giếng phải được làm sạch liên tục dung dịch khoan

 Dung dịch khoan là chất lỏng có cấu trúc (khi đứng yên ở thể rắn, di chuyển ở thể lỏng Các thông số tính chất của dung dịch bao gồm:

 Dung dịch khoan gồm 2 pha

 Pha liên tục là chất lỏng: nước hoặc dầu

 Pha phân tán (chất tạo cấu trúc): sét, polime

 Dung dịch khoan có nhiệm vụ:

 Làm sạch đáy lỗ khoan

 Vận chuyển mùn khoan

 Làm mát, bôi trơn mũi khoan

 Giữ ổn định tạm thời thành lỗ khoan

 Cân bằng áp lực trên thành lỗ khoan

 Cung cấp năng lượng cho động cơ đáy

 Giữ mùn khoan không bị lắng khi bơm ngừng chạy

DUNG DỊCH KHOAN

pwl = zd2

DUNG DỊCH KHOAN

 Các loại dung dịch khoan

 Hệ dung dịch độ nhớt cao (Hi-Vis): Được sử dụng để khoan các giếng

kiểm tra (Pilot hole) và các công đoạn khoan 36”, 26” Sử dụng nước biển bơm bổ trợ dung dịch có độ nhớt cao Hi-Vis

 Hệ dung dịch nước biển/CMC/Bentonite: Là hệ dung dịch phân ly không

ức chế, được điều chế chủ yếu từ nước biển, sét bentonite và CMC hoặc tinh bột biến tính Hệ dung dịch này được sử dụng để khoan qua các vỉa cát bở rời, gắn kết yếu hoặc những lát cắt và các lớp đất đá ít sét hoặc không có sét

 Hệ dung dịch Gel/KCl/PHPA: Thành phần chính của hệ dung dịch này là

sét benonite hoạt hóa, muối KCl và Polyacrylamide thủy phân từng phần (PHPA) Được sử dụng khoan qua địa tầng Pliocene – Miocene có các tập sét hoạt tính cao Khả năng ức chế sét và bôi trơn kém

 Một số hệ dung dịch đang sử dụng phổ biến ở Việt Nam

DUNG DỊCH KHOAN

 Hệ dung dịch KCl/PHPA/Polymer: Là hệ dung dịch phân ly ức chế được sử

dụng phổ biến ở Việt Nam và thế giới Thành phần chính của hệ gồm muối KCl và Polyacrylamide thủy phân từng phần (PHPA) Khả năng ức chế sét tốt

 Hệ dung dịch Glycol/KCl/PHPA: Tác nhân ức chế chính của hệ dung dịch

này là Glycol và các Polymer Polyacrylamide thủy phân từng phần (PHPA) cùng với tác nhân ức chế là muối KCl Đây cũng là hệ dung dịch được sử

dụng tương đối phổ biến tại các chiều sâu khác nhau của các giếng khoan, với nhiều tên gọi thương mại như Anco 1000, Anco 2000, HF-Plus, Glydrill, Quadrill…

 Hệ dung dịch gốc dầu tổng hợp: Phù hợp trong điều kiện nhiệt độ cao áp

suất cao

 Một số hệ dung dịch đang sử dụng phổ biến ở Việt Nam

DUNG DỊCH KHOAN

CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KHOAN

Hiệu quả của quá trình khoan giếng được đánh giá qua những chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật về khối lượng và chất lượng

 Các chỉ tiêu cơ bản về chất lượng

 Các chỉ tiêu về chất lượng bao gồm:

 Bảo đảm độ thẳng đứng hoặc hướng đã định của lỗ khoan,

 Không làm ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của tầng sản phẩm,

 Phải đạt đến tầng sản phẩm cuối cùng của giếng khoan ở chiều sâu thiết kế