Giáo trình Cơ sở khoan (Nghề: Khoan khai thác dầu khí - Cao đẳng) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí

Giáo trình Cơ sở khoan (Nghề: Khoan khai thác dầu khí - Cao đẳng) được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Khái niệm về khoan dầu khí; Quy trình cơ bản thi công giếng khoan; Giàn khoan và các hệ thống chính trên giàn; Khoan định hướng. Mời các bạn cùng tham khảo!

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ



GIÁO TRÌNH MÔN HỌC : CƠ SỞ KHOAN NGHỀ : KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ TRÌNH ĐỘ : CAO ĐẲNG

(Ban hành kèm theo Quyết định số: 211/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022

của Trường Cao Đẳng Dầu Khí)

Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2022

(Lưu hành nội bộ)

Trang 2

LỜI GIỚI THIỆU

Giáo trình CƠ SỞ KHOAN được biên soạn theo chương trình đào tạo của bộ Lao động và Thương binh Xã hội Giáo trình dựa trên sự tham khảo nhiều tài liệu, sách, giáo trình của cùng môn học cũng như các môn liên quan khác dành cho các hệ đào tạo đại học, cao đẳng, đào tạo nghề và trung học chuyên nghiệp trong nước Các kiến thức trong toàn bộ giáo trình có mối liên hệ lôgic chặt chẽ Tuy vậy, giáo trình cũng chỉ là một phần trong nội dung của chuyên ngành đào tạo cho nên người dạy, người học cần tham khảo thêm các giáo trình có liên quan đối với ngành học để việc

sử dụng giáo trình có hiệu quả hơn

Giáo trình “Cơ sở khoan” là tài liệu bắt buộc đối với học viên nghề Khoan Khai Thác dầu khí và nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí hệ Cao đẳng nghề và Trung cấp nghề, ngoài ra, có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho giáo viên và học viên các nghề Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí và Vận hành thiết bị chế biến dầu khí của Trường Khi biên soạn giáo trình, chúng tôi đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới liên quan đến môn học, phù hợp với đối tượng sử dụng và yêu cầu đào tạo của nhà Trường cũng như cố gắng sử dụng thật nhiều hình ảnh minh họa để người học dễ dàng tiếp thu

Nội dung của giáo trình được biên soạn gồm 4 chương:

Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí

Chương 2: Quy trình cơ bản thi công giếng khoan

Chương 3: Giàn khoan và các hệ thống chính trên giàn

Chương 4: Khoan định hướng

Tài liệu này chỉ lưu hành trong nội bộ nhà Trường Trong quá trình biên soạn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được người sử dụng và các đồng nghiệp đóng góp nhằm làm cho giáo trình ngày một hoàn thiện hơn

Trân trọng cảm ơn./

Bà rịa - Vũng Tàu, tháng 3 năm 2022

Tham gia biên soạn

1 Chủ biên: Ks Lê Thùy Dung

2 Ths Phạm Thị Nụ

3 ThS Phạm Hữu Tài

Trang 3

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ KHOAN DẦU KHÍ 14

1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 15

1.1.1 Dầu khí là gì? 15

1.1.2 Đặc điểm dầu khí Việt Nam 18

1.2 GIẾNG KHOAN 18

1.2.1 Định nghĩa 18

1.2.2 Phân loại 18

1.2.3 Các thành phần của một giếng khoan 20

1.2.4 Cấu trúc của giếng khoan 21

1.3 PHƯƠNG PHÁP KHOAN 26

1.3.1 Khái quát về khoan dầu khí 26

1.3.2 Các phương pháp khoan dầu khí 26

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CƠ BẢN THI CÔNG GIẾNG KHOAN 30

2.1 LẬP CHƯƠNG TRÌNH KHOAN 31

2.2 THI CÔNG GIẾNG KHOAN 33

2.2.1 Chọn vị trí khoan 34

2.2.2 Công tác chuẩn bị khoan trường 34

2.3 CHẾ ĐỘ KHOAN 35

2.4 CÔNG NGHỆ KHOAN 35

2.4.1 Khoan lớp mặt 35

2.4.2 Khoan đoạn giếng trung gian 41

2.4.3 Khoan đến mục tiêu 42

2.5 CÔNG NGHỆ CHỐNG ỐNG 42

2.5.1 Mục đích của việc chống ống 42

2.5.2 Các phương pháp chống ống 44

2.5.3 Quy trình chống ống 44

2.5.4 Thao tác chống ống 45

2.6 CÔNG NGHỆ TRÁM XI MĂNG 47

2.6.1 Mục đích của việc trám xi măng 47

2.6.2 Các phương pháp bơm trám xi măng 48

2.6.3 Trám xi măng cột ống chống lửng 51

2.6.4 Trám xi măng đặc biệt 52

Trang 4

CHƯƠNG 3: GIÀN KHOAN VÀ CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN GIÀN

KHOAN 54

3.1 CÁC LOẠI GIÀN KHOAN 55

3.1.1 Giàn khoan đất liền 55

3.1.2 Giàn khoan biển 56

3.2 CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN GIÀN KHOAN 60

3.2.1 Hệ thống nâng hạ 60

3.2.2 Hệ thống quay cần 70

3.2.3 Hệ thống tuần hoàn dung dịch 74

3.2.4 Hệ thống phát lực 75

3.2.5 Hệ thống chuỗi cần khoan và dụng cụ phá hủy đất đá 76

CHƯƠNG 4: KHOAN ĐỊNH HƯỚNG 89

4.1 KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ ỨNG DỤNG 90

4.1.1 Khái niệm 90

4.1.2 Phân loại 90

4.1.3 Ứng dụng 90

4.2 CÁC DẠNG QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN 92

4.2.1 Quỹ đạo chữ J, chữ J kéo dài 93

4.2.2 Quỹ đạo chữ S, chữ S cải biên 97

4.3 THIẾT BỊ KHOAN CHUYÊN DỤNG 100

4.3.1 Các dụng cụ định hướng 100

4.3.2 Bộ khoan cụ (BHA) trong khoan định hướng 104

4.3.3 Các động cơ đáy 106

4.4 KỸ THUẬT LÀM LỆCH HƯỚNG LỖ KHOAN 108

4.4.1 Nguyên lý điểm tựa 108

4.4.2 Nguyên lý con lắc 108

4.4.3 Nguyên lý ổn định 108

4.5 GIẾNG NGANG VÀ ỨNG DỤNG 108

4.5.1 Phân loại 108

4.5.2 Ứng dụng 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

Trang 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1 1: Giếng khoan và các thông số của giếng khoan 20

Hình 1 2: Cấu trúc giếng khoan 21

Hình 1 3: Nguyên lý khoan đập cáp và khoan xoay 28

Hình 2 1: Chương trình khoan giếng thăm dò 32

Hình 2 2: Thao tác tiếp cần 37

Hình 2 3: Thao tác tháo cần 38

Hình 2 4: Các phụ tùng chống ống 39

Hình 2 5: Sơ đồ trám xi măng một tầng 2 nút 49

Hình 2 6: Mupta trám phân tầng 50

Hình 2 7: Sơ đồ trám xi măng ống chống lửng 51

Hình 3 1: Giàn khoan tự hành, bán tự hành và giàn khoan cố định 55

Hình 3 2: Giàn khoan tự nâng 57

Hình 3 3: Giàn khoan bán tiềm thủy 58

Hình 3 4: Tàu khoan 59

Hình 3 5: Giàn khoan chân đế bằng thép 59

Hình 3 6: Tời khoan 60

Hình 3 7: Phanh cơ học 62

Hình 3 8: Tháp khoan 4 chân 63

Hình 3 9: Tháp khoan chữ A 64

Hình 3 10: Sơ đồ móc cáp trong hệ thống ròng rọc 65

Hình 3 11: Cáp khoan 66

Hình 3 12: Ròng rọc tĩnh 67

Hình 3 13: Ròng rọc động 67

Hình 3 14: Elevator 68

Hình 3 15: Các chi tiết trong hệ thống quay cần 71

Hình 3 16: Cần chủ lực (Cần chủ đạo, Kelly) 72

Hình 3 17: Đầu xoay thủy lực 73

Hình 3 18: Hệ thống tuần hoàn dung dịch 74

Hình 3 19: Cấu trúc bộ khoan cụ (cột cần khoan) 77

Hình 3 20: Thành phần cột cần khoan 78

Hình 3 21: Cần khoan và đầu nối 78

Hình 3 22: Cần khoan nặng 80

Hình 3 23: Cần nặng 81

Hình 3 24: Dụng cụ ổn định và các kiểu cánh 82

Hình 3 25: Choòng khoan 3 chóp xoay 85

Hình 4 1: Vị trí địa hình khó tiếp cận 91

Hình 4 2: Một số ứng dụng của khoan định hướng 91

Hình 4 3: Các ứng dụng khác của giếng khoan định hướng 92

Hình 4 4: Các dạng quỹ đạo giếng khoan định hướng 93

Hình 4 5: Quỹ đạo hình chữ J của giếng khoan định hướng 93

Hình 4 6: Thiết kế hình học cho giếng dạng chữ S và chữ S cải biên 98

Hình 4 7: Các dụng cụ định hướng 101

Hình 4 8: Choòng thủy lực 102

Hình 4 9: Các bộ khoan cụ trong khoan định hướng 105

Hình 4 10: Bộ khoan cụ tăng, ổn định và giảm góc nghiêng 106

Trang 6

Hình 4 11: Động cơ đáy 107

Hình 4 12: Các dạng quỹ đạo của giếng ngang 109

Trang 7

DANH MỤC CÁC BẢNGBảng 4 1: Phân loại giếng ngang theo bán kính cong 109

Trang 8

GIÁO TRÌNH MÔN HỌC

1 Tên môn học: Cơ sở khoan

2 Mã môn học: PETD53033

3 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:

3.1 Vị trí: Đây là môn học chuyên môn nghề của chương trình đào tạo nghề khoan

khai thác dầu khí và nghề vận hành thiết bị chế biến dầu khí hệ Cao đẳng Môn học này được bố trí sau khi đã học xong môn địa chất dầu khí và được dạy trước môn học “Cơ sở khai thác”

3.2 Tính chất: Mô đun này trang bị những kiến thức về cấu trúc và quy trình thi

công một giếng khoan dầu khí

4 Mục tiêu môn học :

4.1 Về kiến thức:

A1 Trình bày được các khái niệm, thuật ngữ chuyên nghành của nghành khoan Các thiết bị và dụng cụ, các công việc cần làm khi thi công giếng khoan cũng như các công tác phụ trợ khác

C2 Rèn luyện ý thức tổ chức kỷ luật, thái độ nghiêm túc trong học tập

5 Nội dung của môn học:

Thời gian đào tạo (giờ)

Tổng

số

Trong đó

Lý thuyết

Trang 9

SAEN52001 An toàn vệ sinh lao động 2 30 23 5 2 0

II.

Các môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề

64 1575 443 1052 31 49

II.1. Môn học, mô đun kỹ

AUTM52111 Cơ sở điều khiển quá

II.2.

Môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề

51 1320 323 930 22 45

PETD62036 Nguyên lý phá hủy đất đá 2 30 28 0 2 0PETD53137 Thí nghiệm dung dịch

PETD54143 Hệ thống chống ống và trám xi măng 4 105 14 87 1 3PETD55144 Hệ thống kiểm soát

Trang 10

Tổng cộng 87 2040 623 1312 48 57 5.2 Chương trình chi tiết môn học

Số TT Nội dung tổng quát

Thời gian (giờ)

Tổng

số

Lý thuyết

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiểm tra

LT TH

1 Chương 1: Khái niệm về

khoan dầu khí 3 3 1.1 Các khái niệm cơ bản 1 1

1.3 Các Phương pháp khoan 1 1

2 Chương 2: Quy trình cơ bản

thi công giếng khoan 15 14 1 2.1 Lập chương trình khoan 1 1

2.2 Thi công giếng khoan 3 3

3.2 Các hệ thống trên giàn khoan 16 15 1

4 Chương 4: Khoan định hướng 8 7 1

4.1 Khái niệm, phân loại và ứng

4.2 Các dạng quỹ đạo giếng khoan 1 1

4.3 Thiết bị khoan chuyên dụng 1 1

4.4 Kỹ thuật làm lệch hướng lỗ

Trang 11

Số TT Nội dung tổng quát

Thời gian (giờ)

Tổng

số

Lý thuyết

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

6.2 Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn

6.3 Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, giáo án

6.4 Các điều kiện khác:

7 Nội dung và phương pháp đánh giá:

7.1 Nội dung:

- Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức

- Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng

- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp

+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập

+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học theo quy định

+ Nghiêm túc trong quá trình học tập

- Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Dầu khí như sau:

Điểm đánh giá Trọng số

+ Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2)

Chuẩn đầu ra đánh giá

Số cột

Thời điểm kiểm tra

Thường xuyên Quan sát/

Hỏi đáp Câu hỏi A1 B1

8 Hướng dẫn thực hiện môn học

8.1 Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng HSSV trường Cao đẳng Dầu khí 8.2 Phương pháp giảng dạy, học tập môn học

8.2.1 Đối với người dạy

* Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: nêu vấn đề, hướng

dẫn đọc tài liệu, bài tập tình huống, câu hỏi thảo luận…

* Bài tập: Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập theo nội dung đề ra

* Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra

* Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên trong

nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm

8.2.2 Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau:

- Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư

viện, tài liệu )

Trang 13

- Tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết Nếu người học vắng >30%

số tiết lý thuyết phải học lại môn học mới được tham dự kì thi lần sau

- Tự học và thảo luận nhóm: là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm

- Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ

- Tham dự thi kết thúc môn học

- Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học

9 Tài liệu tham khảo:

[1] Lê Phước Hảo – “Cơ sở khoan và khai thác dầu khí” – Nhà xuất bản đại học

quốc gia TP.HCM (2011)

[2] J.P Nguyen – “ Kỹ thuật khoan dầu khí” – Nhà xuất bản giáo dục (1995).

Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 14

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ KHOAN DẦU KHÍ

❖ GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1

Chương 1 giới thiệu các kiến thức cơ bản về khoan dầu khí để người học có được kiến thức nền tảng cho các chương sau

❖ MỤC TIÊU CHƯƠNG 1

Sau khi học xong chương này, người học có khả năng:

➢ Về kiến thức:

- Trình bày được các khái niệm cơ bản trong khoan dầu khí

- Trình bày được các yếu tố của giếng khoan, cấu trúc giếng khoan

- Mô tả được nguyên lý các phương pháp khoan hiện nay cũng như so sánh được ưu

và nhược điểm của các phương pháp khoan

➢ Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

- Rèn luyện ý thức tổ chức kỷ luật, thái độ nghiêm túc trong học tập

❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƯƠNG 1

- Đối với người dạy:

+ Thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết, thực hành hoặc tích hợp phù hợp với bài học Giáo án được soạn theo bài hoặc buổi dạy

+ Tổ chức giảng dạy: Chia ca, nhóm (phụ thuộc vào số lượng sinh viên/lớp)

- Đối với người học:

+ Chuẩn bị tài liệu, dụng cụ học tập, vở ghi đầy đủ;

+ Hoàn thành các bài thực hành kỹ năng;

+ Tổ chức làm việc nhóm, làm việc độc lập;

+ Tuân thủ quy định an toàn, giờ giấc

❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG 1

❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG 1

- Nội dung:

Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 15

✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến

thức

✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng

✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:

+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp

+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập

+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học

+ Nghiêm túc trong quá trình học tập

- Phương pháp:

✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: vấn đáp, bảng kiểm)

✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: Không

✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: Không

NỘI DUNG CHƯƠNG 1

1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Mũi khoan dầu đầu tiên trên thế giới đã được tiến hành ở biển Caspian (Bacu) năm 1848 Năm 1852, bác sĩ và là nhà địa chất người Canada tên là Abraham Gessner

đã đăng ký một bằng sáng chế sản xuất một chất đốt rẻ tiền và đốt tương đối sạch Năm 1855 nhà hóa học người Mỹ Benjamin Silliman đề nghị sử dụng axit sunfuric làm sạch dầu mỏ để làm chất đốt

Giếng khoan dầu được toàn thế giới biết đến là của Edwin L Drake vào ngày 8-1859 ở Oil Creek, Pennsylvania Drake khoan dầu theo lời yêu cầu của nhà công nghiệp người Mỹ George H Bissel và đã tìm thấy mỏ dầu lớn đầu tiên chỉ ở độ sâu 21,2m

27-Các giếng khoan ở nước Nga được tiến hành vào năm 1864 tại lưu vực sông Kudako vùng Cuban bằng phương pháp khoan đập và vào năm 1871 tại vùng Bacu

Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 16

bằng phương pháp cơ học

Từ đó đến nay ngành công nghiệp dầu khí thế giới không ngừng phát triển và hiện nay có 80 nước trên thế giới đang khai thác dầu khí

Ở Việt Nam, từ khi những nhà địa chất Pháp sơ bộ đề cập đến tìm kiếm dầu mỏ

và khí thiên nhiên cho đến nay cũng đã ngót 100 năm Còn nếu tính từ khi Chính phủ Việt Nam Dân chủ Cộng hòa quyết định thành lập đơn vị địa chất đầu tiên tìm kiếm thăm dò dầu khí đến nay cũng đã hơn nửa thế kỷ Và nếu cho rằng, ngành Dầu khí Việt Nam được hình thành vào năm 1975 khi Chính phủ quyết định thành lập Tổng cục Dầu mỏ và Khí đốt Việt Nam thì ngành Dầu khí Việt Nam cũng đã tồn tại được hơn 40 năm Dòng khí thiên nhiên được khai thác đầu tiên (19-4-1981) tại mỏ Tiền Hải C ở tỉnh Thái Bình Tấn dầu thô đầu tiên (26-6-1986) khai thác từ mỏ Bạch Hổ ở thềm lục địa Nam Việt Nam Đến nay, Việt Nam đã khai thác dầu và khí đốt từ nhiều

mỏ ở cả trên đất liền và thềm lục địa, đưa ngành Dầu khí Việt Nam trở thành một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của đất nước, đưa Việt Nam vào danh sách các nước sản xuất dầu mỏ và khí đốt trên thế giới

Theo Luật Dầu khí thì “Dầu khí” là dầu thô, khí thiên nhiên và hydrocarbon ở thể khí, lỏng, rắn hoặc nửa rắn trong trạng thái tự nhiên, kể cả sulphur và các chất tương tự khác kèm theo hydrocarbon nhưng không kể than, đá phiến sét, bitum hoặc các khoáng sản khác có thể chiết xuất được dầu

Dầu thô, hay còn gọi là dầu mỏ, là một chất lỏng sánh đặc màu nâu hoặc ngả lục,

là một hỗn hợp các phân tử hữu cơ ở thể lỏng đậm đặc, phần lớn là hỗn hợp các hydrocarbon

Trong điều kiện áp suất khí quyển, các thành phần hóa học của dầu mỏ được chia tách bằng phương pháp chưng cất phân đoạn bao gồm: xăng ête, xăng nhẹ, xăng nặng, dầu hỏa nhẹ, dầu hỏa, dầu diesel, dầu bôi trơn và các thành phần khác như hắc ín, nhựa đường…

Phụ thuộc vào tỷ trọng và độ nhớt tương đối mà dầu thô được chia ra dầu nặng, dầu nhẹ khác nhau Phụ thuộc vào hàm lượng lưu huỳnh có trong dầu thô mà chia ra dầu ngọt - chứa 0,5% lưu huỳnh hoặc ít hơn và dầu chua có hàm lượng lưu huỳnh 1-6%

Hiện nay trên thế giới, việc đo sản lượng dầu được sử dụng theo 2 đơn vị là tấn (theo trọng lượng) và thùng (barell) là đơn vị dùng để đo khối lượng dầu thô trong thương mại, giao dịch toàn cầu Thể tích của 1 thùng dầu thô là 158,97 lít Phụ thuộc vào tỷ trọng của dầu ở mỗi mỏ mà quy đổi thùng ra tấn và ngược lại Mỗi tấn dầu dao động trong khoảng khoảng 7-8 thùng, phụ thuộc vào tỷ trọng của dầu

Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 17

Việc xác định công thức tính giá các loại dầu thô hiện nay dựa trên giá các loại dầu thô chuẩn sau đây: Dầu Brent: bao gồm 15 loại dầu mỏ từ các mỏ thuộc hệ thống

mỏ Brent và Ninian trong khu vực lòng chảo Đông Shetland trên biển Bắc Dầu mỏ được đưa vào bờ thông qua trạm Sullom Voe ở Shetlands Dầu mỏ sản xuất ở châu Âu, châu Phi và dầu mỏ khai thác ở phía Tây của khu vực Trung Cận Đông được định giá theo giá của dầu này, nó tạo thành một chuẩn định giá dầu;

Dầu West Texas Intermediate (WTI) được làm chuẩn định giá cho dầu mỏ Bắc Mỹ;

Dầu Dubai được sử dụng làm chuẩn cho khu vực Châu Á - Thái Bình Dương của dầu mỏ Trung Cận Đông;

Dầu Tapis từ Malaysia, được sử dụng làm tham chiếu cho dầu mỏ nhẹ Viễn Đông;

Dầu Minas từ Indonesia, được sử dụng làm tham chiếu cho dầu mỏ nặng Viễn Đông

Giỏ dầu OPEC bao gồm dầu của các mỏ: Arab Light (Arập Xêút, Bonny Light (Nigeria), Fateh (Dubai), Isthmus (Mexico), Minas (Indonesia), Saharan Blend (Algérie) và Tia Juana Light (Venezuela)

Khí thiên nhiên hay khí đốt là toàn bộ hydrocarbon ở thể khí, khai thác từ giếng khoan, bao gồm cả khí ẩm, khí khô, khí đầu giếng khoan và khí còn lại sau khi chiết xuất hydrocarbon lỏng từ khí ẩm

Theo nguồn gốc hình thành khí đốt có thể chia làm 3 loại: Khí tự nhiên, khí đồng hành, khí ngưng tụ

Khí tự nhiên: là các khí chứa trong các mỏ riêng biệt Trong khí, thành phần chủ yếu là khí mêtan (93-99%), còn lại là các khí khác như êtan, propan và một ít butan và các chất khác (N2, S…)

Khí đồng hành: là khí nằm lẫn trong dầu mỏ được hình thành cùng với dầu, thành phần chủ yếu là các khí nặng hơn như propan, butan, pentan

Khí ngưng tụ (condensate) thực chất là dạng trung gian giữa dầu mỏ và khí, bao gồm các hydrocacbon như propan, butan và một số hydrocacbon khác như pentan, hexan

Trong công nghiệp và thương mại người ta dùng khí tự nhiên nén - CNG (Compressed Natural Gas); khí tự nhiên bị lỏng hóa - LNG (Liquefied Natural Gas); Khí dầu (C3+C4) bị lỏng hóa - LPG (Liquefied Petroleum Gas)

Khí tự nhiên và khí đồng hành bao gồm hai phần: Phần hydrocacbon và phần phi

Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 18

hydrocacbon Theo mức độ chứa axit có thể chia ra khí chua và khí ngọt Theo hàm lượng C3+ được phân chia ra khí béo và khí gầy Khí béo là khí có khối lượng riêng lớn hơn 150g/cm3, có thể sản xuất ra khí tự nhiên hóa lỏng - LNG, khí dầu mỏ hóa lỏng- LPG và sản xuất một số hydrocacbon riêng biệt cho công nghệ tổng hợp hóa dầu Khí gầy là khí có khối lượng riêng nhỏ hơn 50g/cm3, làm nhiên liệu cho công nghiệp và đời sống

Theo hàm lượng C2+ được phân chia ra khí khô và khí ẩm Khí khô là khí có hàm lượng C2+ nhỏ hơn 10% Khí ẩm là khí có hàm lượng C2+ lớn hơn 10%

Đơn vị đo sản lượng khí là mét khối (m3), bộ khối (feet3) trong đó 1m3 khí tương đương 35,3 ft3; 1 bộ khối tương đương 0,028m3 Ngoài ra một số đơn vị khác thường dùng trong công nghiệp khí như BCF (1 tỉ ft3 = 28 tr m3) và TCF ( 1.000 BCF tương đương 28 tỉ m3)

1.1.2 Đặc điểm dầu khí Việt Nam

Nhìn chung dầu thô Việt Nam có 4 đặc điểm chính sau:

− Dầu chứa ít lưu huỳnh (0,03 – 0,09% trọng lượng), kim loại nặng (Nikel: 1,05 – 4,9 ppm, Vanadi < 1ppm), hợp chất nito (từ 0,05 – 0,032% trọng lượng)

1.2 GIẾNG KHOAN

1.2.1 Định nghĩa

Giếng khoan là một công trình hình trụ ăn sâu vào trong đất đá nhờ các phương tiện kỹ thuật chuyên dụng (thiết bị và dụng cụ khoan) Giếng khoan có đường kính nhỏ hơn nhiều lần so với chiều sâu của nó

Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 19

- Giếng khoan tìm kiếm: là giếng khoan đầu tiên trong vùng nghiên cứu được tiến hành trên cơ sở thông tin địa chất rất hạn chế, nhằm nghiên cứu cấu trúc địa chất của các khu vực rộng lớn, tìm hiểu các qui luật chung về địa tầng có triển vọng chứa dầu khí

- Giếng khoan thăm dò: được thực hiện trên cơ sở các nghiên cứu về địa chấn hoặc các tài liệu khác nhưng không có các dữ liệu về khoan trong vùng Mục đích của giếng khoan thăm dò là để nghiên cứu cấu trúc sâu và đánh giá triển vọng chứa dầu khí của những vùng có khả năng tích tụ dầu khí, chuẩn bị công tác thăm dò địa chất-địa vật lý chi tiết Trong giếng khoan thăm dò, mẫu chỉ được lấy từng đoạn nhưng vẫn đảm bảo các nhiệm vụ địa chất đặt ra

- Giếng khoan thẩm lượng: nhằm xác định ranh giới của mỏ được phát hiện trong quá trình thăm dò, đánh giá khả năng chứa dầu của các vỉa hoặc tầng sản phẩm, phụ vụ cho kế hoạch phát triển mỏ

- Giếng khai thác: khoan vào những tầng sản phẩm đã biết của mỏ theo sơ đồ bố trí các giếng khai thác để khai thác dầu khí

Các giếng đặc biệt:

- Giếng khoan sửa chữa, phục hồi: khoan sâu hơn, khoan đa nhánh từ một giếng

cũ, hoàn thiện giếng khoan cũ sau một thời gian ngưng sử dụng

- Giếng giải vây (giếng cứu sự cố): nhằm cứu sự cố trong khi khoan như phun trào gây cháy

- Giếng phụ trợ: giếng khoan tháo nước trong khai thác mỏ, khoan khử khí độc, khoang thông gió, đặc biệt trong khai thác dầu khí ta sử dụng các giếng phụ trợ để bơm ép nước hoặc bơm ép khí nhằm mục đích duy trì áp suất vỉa

➢ Phân loại giếng khoan theo hình dạng quĩ đạo của giếng trong không gian:

- Giếng khoan thẳng đứng:  = 0o ( = 2o/100m)

- Giếng khoan xiên: 0o <  < 90o

- Giếng khoan ngang:  = 90o

Trong đó:  (góc nghiêng, góc lệch) - là góc hợp bởi đoạn trục giếng với phương thẳng đứng

Tuy nhiên do nhiều yếu tố (tính dị hướng của đất đá, góc cắm, cấu trúc của bộ khoan cụ, loại choòng, các thông số chế độ khoan ) ảnh hưởng đến hình dạng của quĩ đạo giếng nên trong thực tế không thể thi công giếng thẳng đứng hoặc ngang tuyệt đối Người ta phân biệt các loại giếng ngang theo bán kính cong

Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 20

➢ Đối với giếng khoan biển:

- Giếng ở vùng nước nông: chiều sâu mực nước 50-60m

- Giếng ở vùng nước sâu: mực nước lớn hơn 200m

- Giếng ở vùng nước trung bình: chiều sâu từ 60m – 200m

1.2.3 Các thành phần của một giếng khoan

a Cấu trúc: Giếng khoan được chia làm 4 phần

- Miệng giếng: tiết diện đầu tiên của giếng khoan cắt vỏ Trái đất

- Thành giếng: toàn bộ bề mặt xung quang giếng khoan

- Đáy giếng: tiết diện cuối cùng của giếng khoan

- Trục giếng: trục của thân giếng trong không gian

Hình 1 1: Giếng khoan và các thông số của giếng khoan

b Các thông số giếng khoan:

- Đường kính danh nghĩa: được xác định bằng đường kính ngoài của dụng cụ phá huỷ đất đá, còn đoạn có ống chống chính bằng đường kính trong của ống chống đó

- Chiều sâu giếng khoan: là khoảng cách từ miệng đến đáy giếng đo theo trục giếng Theo qui ước, chiều sâu giếng khoan được tính từ độ cao của sàn khoan Chiều sâu của giếng khoan có thể được biểu diễn theo hai cách:

Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 21

• Chiều sâu theo phương thẳng đứng (TVD – True Vertical Depth): là khoảng cách theo phương thẳng đứng từ miệng giếng đến đáy giếng

• Chiều dài giếng khoan (MD – Measured Depth): là tổng khoảng cách từ miệng giếng đến đáy giếng, tính theo trục giếng khoan

c Vị trí của giếng khoan trong không gian

1.2.4 Cấu trúc của giếng khoan

Hình 1 2: Cấu trúc giếng khoan

a Khái niệm chung:

Cấu trúc giếng khoan chính là hình ảnh của giếng khoan được biểu diễn một cách tượng trưng qua các thành phần chính của nó

Cấu trúc giếng khoan được tạo thành bởi 1 số cột ống chống có chiều dài và đường kính khác nhau, thả lồng vào nhau trong lỗ khoan, kết hợp với những cỡ choòng khoan tương ứng dùng để khoan Tùy thuộc vào mục đích riêng của từng giếng khoan (giếng khoan thăm dò, giếng khoan khai thác) và tùy thuộc vào điều kiện địa chất cụ thể mà riêng từng khu vực mà ta có cấu trúc giếng khoan khác nhau

Cấu trúc giếng khoan bao gồm các thành phần chính sau:

Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 22

Các kỹ sư khoan có khuynh hướng chọn kích thước ống chống và giếng càng bé càng tốt Kinh nghiệm này làm giảm đáng kể giá thành giếng khoan (chi phí dụng cụ, dung dịch khoan, cột ống chống, xi măng trám, nhân công và thời gian thi công) Tuy nhiên, kích thước tối thiểu của giếng phải đảm báo việc lắp đặt an toàn cột ống chống khai thác và các thiết bị lòng giếng, cho phép khai thác với lưu lượng yêu cầu và tiến hành thuận lợi các nghiên cứu cần thiết trong giếng Theo qui ước, đường kính giếng khai thác bé nhất có thể sử dụng được là 4 ½’’

Thông thường, giếng khoan dầu khí có đường kính mở lỗ từ 20" đến 36" và đường kính kết thúc là 5 ⅞’’ hoặc 8 ½’’ tùy thuộc vào số lượng cột ống chống được thiết lập

Trong thực tế khi đề cập đến cấu trúc giếng khoan, người ta chỉ tính số lượng cột ống chống khai thác và cột ống chống kỹ thuật, như:

+ Cấu trúc một cột ống: không có cột ống chống kỹ thuật, chỉ có một cột ống chống khai thác

+ Cấu trúc hai cột ống: gồm một cột ống chống kỹ thuật và một cột ống chống khai thác

+ Cấu trúc ba cột ống: gồm hai cột ống chống kỹ thuật và một cột ống chống khai thác

b Mục đích, yêu cầu và cơ sở lựa chọn cấu trúc giếng

Cấu trúc của giếng khoan trên biển phải đảm bảo các yếu tố sau:

- Ngăn cách hoàn toàn nước biển, giữ ổn định thành và thân giếng khoan để việc kéo thả các bộ dụng cụ khai thác, bộ khoan cụ, sửa chữa được tiến hành bình thường

- Chống được hiện tượng mất dung dịch khoan

- Giếng khoan phải làm việc bình thường khi khoan qua tầng áp suất cao, và tầng sản phẩm có áp suất vỉa nhỏ hơn so với tầng có áp suất cao phía trên

Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 23

- Bảo vệ thành giếng khi có sự cố phun

- Đường kính của cột ống khai thác cũng như các cột ống chống khai thác phải

là cấp đường kính nhỏ nhất, đơn giản và gọn nhẹ nhất trong điều kiện cho phép của cấu trúc giếng

- Cấu trúc giếng phải phù hợp với yêu cầu kỹ thuật, khả năng cung cấp thiết bị, đảm bảo độ bền và an toàn trong suốt quá trình khai thác cũng như sửa chữa giếng sau này

c Các yếu tố xác định cấu trúc giếng khoan

Các yếu tố xác định cấu trúc giếng khoan gồm có: địa chất, công nghệ, kỹ thuật

và kinh tế

➢ Yếu tố địa chất:

Tài liệu chính phải dựa vào để lựa chọn cấu trúc giếng khoan là tài liệu nghiên cứu địa chất, cột địa tầng và đặc điểm khoan trong vùng đó Ngoài ra cần phải biết vị trí các tầng nham thạch cần khoan qua, áp suất và các chất lưu chứa trong đó, những tầng có khả năng gây khó khăn phức tạp trong thi công Điều kiện địa chất được coi là yếu tố cơ bản nhất để lựa chọn cấu trúc các cột ống chống, số lượng các cột ống chống, chiều sâu thả, chiều sâu trám xi măng Cột ống chống có nhiệm vụ đóng các tầng có thể gây khó khăn phức tạp trong quá trình khoan

Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 24

d Chức năng của các cột ống chống:

Ống chống là bộ phận cực kì quan trọng trong công tác thi công giếng khoan Việc sử dụng cột ống chống giúp gia cố thành giếng khoan, cách ly các tầng khác nhau, tạo điều kiện ổn định để khoan tới mục tiêu thiết kế Tuy nhiên ống chống có nhiều loại và chức năng cụ thể lại khác nhau

Sơ đồ ống chống 1 lỗ khoan bao gồm:

- Ống định hướng

- Ống dẫn hướng

- Ống trung gian (hay còn gọi là ống kĩ thuật)

- Ống chống khai thác

1- Ống chống định hướng (conductor casing):

Ống định hướng có tác dụng định hướng ban đầu cho lỗ khoan, ngăn ngừa sự sập

lở đất đá và sự ô nhiễm của dung dịch khoan đối với tầng nước trên mặt, tạo kênh dẫn dung dịch chảy vào máng Đối với các công trình khoan ngoài khơi ống định hướng cũng chính là ống chống đầu tiên đóng vai trò cách nước Đây là cột ống thép thành mỏng có đường kính từ 18" đến 36", đặt ở chiều sâu bé (thường dưới 50m đối với trường hợp khoan biển và khoảng 10m đối với giếng trên đất liền) Nhiệm vụ chủ yếu của cột ống chống này là:

- Chống xói lở lớp đất đá tơi xốp trên bề mặt

- Làm điểm tựa cho hệ thống đầu giếng và các cột ống chống khác

2 - Ống chống bề mặt (Ống chống dẫn hướng) (surface casing):

Có tác dụng ngăn cho thành lỗ khoan ở phần trên không bị sập lở, đóng vai trò 1 trụ rỗng, trên đó có lắp các thiết bị miệng giếng như: đầu ống chống, thiết bị chống phun, treo toàn bộ các cột ống chống tiếp theo và một phần thiết bị khai thác

Cột ống chống dẫn hướng chịu toàn bộ trọng lượng nén của cột ống chống tiếp theo do vậy nó phải được trám xi măng toàn bộ chiều dài và phần nhô lên phải đủ độ bền

Đây là ống chống đầu tiên nhất thiết phải có,chiều sâu thả thông thường từ 70 ÷

400 m, cũng có thể tới 800 ÷ 1000 m tùy theo điều kiện địa chất và chiều sâu giếng khoan với nhiệm vụ:

- Gia cố tầng đất đá mềm dễ sụp lở

- Cách ly tầng nước mặt với dung dịch khoan

- Làm cơ sở để lắp đặt hệ thống đầu giếng cho các cấp ống chống khác và thiết bị đối áp

Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 25

3 - Ống chống trung gian (Ống chống kỹ thuật) (intermediate casing):

Cột ống chống này còn được gọi là ống chống kĩ thuật, và được thả theo yêu cầu của điều kiện đia chất, công tác khoan không thể tiến hành nếu không có nó Các trường hợp bắt buộc phải sử dụng ống chống trung gian có thể tóm tắt như sau:

- Dung dịch khoan không đảm bảo vai trò gia cố thành giếng khoan để tiếp tục khoan an toàn trong điều kiện địa tầng phức tạp (sụp lở thành giếng, sét trương nở, khoan qua tầng mất dung dịch trầm trọng) Việc gia cố thành giếng khoan bằng công tác chống ống khi khoan qua các tầng này là một giả pháp hữu hiệu

- Cách ly tầng chứa có dị thường áp suất tạo điều kiện khoan qua các tầng tiếp theo

- Số lượng các ống chống trung gian phụ thuộc vào điều kiện địa chất của giếng khoan, căn cứ vào đó tính toán chiều sâu trám xi măng hợp lý

Cột ống chống này thường có đường kính từ 7” đến 13⅜” và đặt ở độ sâu 500 – 3000m tùy theo cột địa tầng và các điều kiện địa chất – kỹ thuật của giếng Chức năng của cột ống trung gian là tạo điều kiện bình thường để thi công giếng tiếp tục trong các trường hợp:

- Áp suất dị thường (dương hoặc âm) gây hiện tượng kích hoặc mất dung dịch

- Đất đá dễ sụt lở, tạo hốc trên thành giếng

- Tầng đất sét ngậm nước trương nở làm bó hẹp thành giếng

Đối với giếng khoan sâu, mặc dù không có các nguyên nhân trên, người ta cũng đặt từ một đến hai cột ống trung gian Các cột ống chống bề mặt và ống chống trung gian có tên chung là cột ống chống kỹ thuật để phân biệt với cột ống chống khai thác

4 - Ống chống khai thác (production casing):

Cột ống chống khai thác là cột ống chống cuối cùng được đưa vào giếng khoan Cột ống chống này có tác dụng tạo kênh dẫn dầu và khí từ dưới giếng lên mặt đất, và

để bảo vệ các thiết bị khai thác như bơm sâu, ống ép khí Ngoài ra ống chống này còn cho phép kiểm tra áp suất ,thực hiện công tác tăng cường dòng sản phẩm như nổ thủy lực, xử lý bằng axit, bơm ép vỉa Chỉ không được thả khi biết chắc giếng không có sản phẩm

Cột ống này có đường kính từ 4 ⅟₂” đến 9 ⅝” được dùng để ngăn cách các tầng chứa, các đới sản phẩm hoặc các đối tượng thử khác nhau và bảo vệ các thiết bị khai thác

Các cột ống chống trên đây có thể được chống suốt (từ miệng giếng đến đáy) hoặc chống lửng (treo cột ống chống từ chiều sâu nhất định trên đế cột ống chống

Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 26

trước nhờ thiết bị treo ống, phần gối chồng vào cột trước thường từ 100 – 150m) Thông thường ống 5 – 7” sử dụng cho cột ống chống khai thác lửng và 9⅝” – 16” cho cột ống chống kỹ thuật

Phương pháp chống lửng có ưu điểm là giảm chi phí ống chống, giảm trọng lượng cột ống và tăng đường kính trong từ miệng giếng đến đỉnh của đoạn chống lửng Tuy nhiên phương pháp chống lửng này cũng có các nhược điểm sau:

- Quy trình chống ống và trám xi măng phức tạp hơn

- Cột ống chống trước phải có khả năng chịu được áp suất bóp méo và nổ như cột ống lửng

- Độ bền cột ống chống trước giảm nhanh do bị mài mòn khi khoan

Trong quá trình thiết kế giếng, người ta thường tuân thủ các qui tắc sau:

+ Cấu trúc giếng nên đơn giản (ít cấp đường kính) và gọn nhẹ (đường kính của các đoạn giếng khoan nhỏ)

+ Đường kính ngoài của cột ống chống thường nhỏ hơn khoảng 20% so với dường kính giếng cùng cấp

+ Kích thước dụng cụ phá đá nhỏ hơn 20% so với đường kính trong của cột ống chống trước

* Cột ống chống lửng: Đặc điểm của ống chống lửng có chiều dài tương đối ngắn, chúng đảm nhiệm chức năng của ống chống trung gian hoặc cột ống chống khai thác Cột ống chống lửng cho vào giếng nhờ cột cần khoan và được treo vào cột ống chống trước đó bằng một đầu treo đặc biệt Sử dụng cột ống chống lửng mang lại hiệu quả kinh tế cao tuy nhiên phải đòi hỏi công nghệ phức tạp

1.3 PHƯƠNG PHÁP KHOAN

1.3.1 Khái quát về khoan dầu khí

Khoan là một phương pháp khai đào đặc biệt để tạo nên những giếng khoan mà con người không thể trực tiếp làm việc ở trên đáy giếng khoan Khoan là biện pháp tích cực và có hiệu quả nhất nhằm cung cấp các số liệu chính xác cho địa chất, kiểm tra lại tài liệu địa vật lý, trực tiếp phát hiện và khai thác sản phẩm trong lòng đất

1.3.2 Các phương pháp khoan dầu khí

Dựa theo nguyên lý phá huỷ đất đá, người ta chia thành hai phương pháp khác nhau về bản chất vật lý là: phương pháp khoan cơ học và phương pháp khoan thủy động lực

Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 27

a) Phương pháp khoan cơ học

Đây là phương pháp mà trong đó quá trình phá huỷ đất đá được thực hiện bằng tác động cơ học trực tiếp (nén, cắt, nghiền, mài, nạo) của dụng cụ phá huỷ đất đá ở đáy giếng khoan

Có nhiều loại: khoan đập, khoan xoay,…

➢ Khoan xoay

Có hai loại khoan roto/động cơ treo và khoan bằng động cơ đáy

Khoan roto/động cơ treo: là phương pháp khoan mà chuyển động quay của dụng

cụ phá đá ở đáy giếng được truyền từ bàn roto/động cơ treo sang cần chủ đạo và cột cần khoan

Động cơ đáy: tuỳ theo năng lượng sử dụng và cấu tạo có thể truyền chuyển động quay hoặc xung lượng cho dụng cụ phá đá, còn cột cần khoan thì không quay

Ưu điểm:

- Có khả năng lấy mẫu đất đá để thiết lập cột địa tầng

- Mở vỉa sản phẩm và nghiên cứu thuận lợi

- Có khả năng khoan theo quỹ đạo thiết kế

Nhược điểm:

- Tiêu tốn vật liệu do mài mòn để phá huỷ đất đá

- Mất thời gian trong việc thay thế dụng cụ phá huỷ đất đá, làm tăng chi phí

- Hiệu suất sử dụng năng lượng thấp và giảm theo chiều sâu giếng nếu động cơ đặt trên bề mặt

Do ưu điểm nổi bật về qui trình công nghệ và hiệu quả về kinh tế, nên phương pháp khoan xoay được sử dụng phổ biến trong khoan dầu khí

Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 28

Hình 1 3: Nguyên lý khoan đập cáp và khoan xoay

b) Phương pháp khoan thủy động lực

Phương pháp này phá huỷ hoặc hào tan đất đá ở đáy giếng nhờ sử dụng động năng của dòng nước cao áp Phương pháp khoan này được sử dụng để khoan đất đá mềm, bở rời, có hai dạng chủ yếu sau

- Các tia nước cao áp (20-200 MPa): phá huỷ hoàn toàn đất đá ở đáy giếng và tạo

lỗ, khả năng phá huỷ sẽ tăng nếu thêm vào nước từ 5-15% cát thạch anh

- Các tia nước làm mềm và phá huỷ một phần đất đá ở đáy giếng còn choòng thuỷ lực sẽ tạo thân giếng khoan

Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 29

❖ TÓM TẮT CHƯƠNG 1

Trong chương này, một số nội dung chính được giới thiệu:

- Các khái niệm cơ bản về khoan dầu khí

- Cấu trúc của 1 giếng khoan dầu khí

- Giới thiệu về các phương pháp khoan

❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN CHƯƠNG 1

1 Nêu các thành phần của 1 giếng khoan dầu khí?

2 Trong công nghiệp dầu khí, giếng khoan dầu khí thường được phân loại theo tiêu chí nào?

3 So sánh ưu, nhược điểm của phương pháp khoan Top drive và khoan bằng động

Chương 2: Quy trình cơ bản thi công giếng khoan Trang 30

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CƠ BẢN THI CÔNG GIẾNG KHOAN

❖ GIỚI THIỆU CHƯƠNG 2

Chương 2 giới thiệu các kiến thức cơ bản về quy trình thi công 1 giếng khoan dầu khí, để từ

đó người học có được kiến thức nền tảng cho ngành nghề đào tạo

❖ MỤC TIÊU CHƯƠNG 2

Sau khi học xong chương này, người học có khả năng:

➢ Về kiến thức:

- Trình bày được các chế độ khoan, công nghệ khoan

- Liệt kê được các công đoạn của quy trình cơ bản khi thi công một giếng khoan dầu

khí

➢ Về kỹ năng:

- Lập được quy trình thi công một giếng khoan

➢ Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

- Rèn luyện ý thức tổ chức kỷ luật, thái độ nghiêm túc trong học tập

❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƯƠNG 2

- Đối với người dạy:

+ Thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết, thực hành hoặc tích hợp phù hợp với bài học Giáo án được soạn theo bài hoặc buổi dạy

+ Tổ chức giảng dạy: Chia ca, nhóm (phụ thuộc vào số lượng sinh viên/lớp)

- Đối với người học:

+ Chuẩn bị tài liệu, dụng cụ học tập, vở ghi đầy đủ;

+ Hoàn thành các bài thực hành kỹ năng;

+ Tổ chức làm việc nhóm, làm việc độc lập;

+ Tuân thủ quy định an toàn, giờ giấc

❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG 2

❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG 2

- Nội dung:

Chương 2: Quy trình cơ bản thi công giếng khoan Trang 31

✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến

thức

✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng

✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:

+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp

+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập

+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học

+ Nghiêm túc trong quá trình học tập

- Phương pháp:

✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: vấn đáp, bảng kiểm)

✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: 1 điểm kiểm tra (hình thức: trắc nghiệm, bảng

kiểm)

✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: Không

❖ NỘI DUNG CHƯƠNG 2

2.1 LẬP CHƯƠNG TRÌNH KHOAN

Khoan giếng dầu khí rất tốn kém nên trước khi thi công giếng cần thiết lập qui trình công nghệ và kỹ thuật khoan hoàn chỉnh Các kỹ sư lập kế hoạch khoan phải dự đoán các tình huống có thể xảy ra và đưa ra các biện pháp khắc phục hữu hiệu Trong chương trình khoan cần trình bày chi tiết về qui trình công nghệ , thiết bị và dụng cụ cũng như phương pháp hoàn thiện giếng dự kiến

Khi lập chương trình khoan cần cân nhắc đến các vấn đề sau:

- An toàn cho người và thiết bị

- Chi phí khoan tối thiểu

- Sản lượng khai thác tối đa (nếu thành công)

Chương 2: Quy trình cơ bản thi công giếng khoan Trang 32

Hình 2 1: Chương trình khoan giếng thăm dò Trong các yếu tố nêu trên, an toàn cho người và thiết bị được ưu tiên hàng đầu Nhà thầu khoan phải thực hiện nghiêm túc chương trình khoan dự kiến Bảng dự toán các chi phí cho từng hạng mục trong chương trình khoan cũng được soạn thảo chi tiết Khi thiết kế giếng khoan, các kỹ sư đặc biệt chú ý đến những vấn đề có thể xảy

ra trong quá trình thi công, đặc biệt chú ý đến các thông số:

- Áp suất vỉa

Phân tích áp suất vỉa

Dự đoán áp suất vỡ vỉa Chiều sâu đặt chân đế ống chống Chọn kích thước giếng

Kế hoạch hoàn thiện giếng Chọn dung dịch khoan Chương trình trám xi măng Thiết kế ống chống Thiết kế bộ khoan cụ Chương trình thử giếng Chọn giàn khoan Thu thập số liệu

Dự kiến thời gian khoan

Dự toán giá thành Chọn choòng khoan

Chương 2: Quy trình cơ bản thi công giếng khoan Trang 33

- Áp suất vỡ vỉa

- Tính ổn định của đất đá

- Kích thước giếng (đặc biệt là giếng định hướng và giếng ngang)

Mối quan tâm hàng đầu trong quá trình khoan giếng là kiểm soát áp suất vỉa: dung dịch khoan với tỷ trọng thích hợp tuần hoàn trong giếng làm cân bằng với áp suất vỉa và mang mùn khoan lên bề mặt

Chương trình khoan xác định chiều sâu và đường kính của từng cấp ống chống

dự kiến cũng như trình tự các giai đoạn khoan cần thực hiện Người ta thường sử dụng

từ một đến hai cột ống chống trung gian để đề phòng những vùng tiềm ẩn sự cố hoặc đối với giếng sâu

Giếng khoan được thiết kế có quĩ đạo thẳng đứng, nghiêng hoặc ngang

Chi phí các giếng khoan định hướng hoặc giếng khoan ngang (tính cho 1m khoan) đắt hơn và đòi hỏi những dụng cụ và kỹ thuật đặc biệt so với giếng khoan thẳng đứng Vì vậy, công ty điều hành thường cân nhắc lựa chọn phương án khoan tối

ưu cho từng điều kiện cụ thể

2.2 THI CÔNG GIẾNG KHOAN

Khi thi công giếng khoan, ba qui trình cơ bản cần thực hiện gồm phá hủy đất đá

ở đáy giếng khoan, vận chuyển mùn khoan lên bề mặt và gia cố thành giếng khoan

+ Phá hủy đất đá là tách các phần tử đất đá ở đáy giếng ra khỏi khối nguyên để

tạo lỗ, giúp dụng cụ khoan tiến sâu vào lòng đất

+ Vận chuyển mùn khoan lên bề mặt làm sạch đáy giếng khoan nhờ sử dụng một

trong các phương pháp cơ học (ống múc, ống đựng mùn khoan), thủy lực (tuần hoàn dung dịch khoan) hoặc khí nén

+ Gia cố thành giếng khoan: qui trình này được thực hiện nhờ sử dụng các loại

dung dịch khoan, chống ống và trám xi măng

Thi công giếng khoan bao gồm các công việc từ khi chuẩn bị mặt bằng tới khi hoàn thiện giếng, di chuyển thiết bị đến vị trí khoan khác và có thể chia thành các công đoạn sau:

- Công tác chuẩn bị thi công: làm đường đến giếng khoan, san bãi, xây dựng nền móng, lắp đặt thiết bị khoan, hệ thống năng lượng và nơi ăn ở để thi công giếng

- Công tác chuẩn bị khoan: kiểm tra máy móc, thiết bị và dụng cụ khoan, khoan

mở lỗ

Chương 2: Quy trình cơ bản thi công giếng khoan Trang 34

- Khoan và chống ống, trám xi măng: công việc này là quan trọng nhất trong quá quá trình thi công giếng, nó mang tính chu kỳ, lặp lại sau mỗi hiệp khoan, bao gồm các thao tác thả bộ khoan cụ, khoan, tiếp cần, kéo bộ khoan cụ lên, lấy mẫu hoặc thay thế dụng cụ phá hủy đất đá (nếu cần) Đối với giếng khoan sâu, thời gian nâng thả bộ khoan cụ chiếm phần lớn thời gian một hiệp khoan

- Công tác đặc biệt và kết thúc: đo địa vật lý giếng khoan, lấy mẫu bổ sung, thử vỉa dầu khí, hủy giếng hoặc đưa giếng khoan vào khai thác

- Tháo gỡ, di chuyển thiết bị và dụng cụ khoan đến địa điểm mới

2.2.1 Chọn vị trí khoan

Việc chọn vị trí khoan được dựa chủ yếu vào các yếu tố địa chất (dầu hoặc khí tồn tại ngay bên dưới khoan trường và có khả năng khai khác) Cơ sở này được rút ra

từ các nghiên cứu địa chất

Ngoài các yếu tố địa chất, cần xem xét thêm các yếu tố về luật pháp (quyền được khoan và khai thác dầu khí tại vị trí khoan) và kinh tế (có tiền để mua hoặc thuê quyền được khoan - khai thác và trả chi phí cho công tác khoan) Tất cả các yếu tố này cần được nghiên cứu để chọn lựa vị trí khoan thích hợp nhất

Trong số các yếu tố rủi ro (địa chất, thương mại, kỹ thuật và các rủi ro khác) trong ngành dầu khí thì rủi ro địa chất là chủ yếu nhất Chính vì vậy xác suất trên thế giới là 6/7 giếng khoan thăm dò không tìm thấy dầu Trung bình cứ 8 giếng khoan chỉ một giếng phát hiện mỏ dầu nhỏ (sản lượng khai thác khoảng một triệu thùng/mỏ) Tỷ

lệ các giếng khoan thăm dò tìm thấy mỏ dầu trung bình và lớn (sản lượng khai thác trên 50 triệu thùng/mỏ) là khoảng 1/3500

Trên đất liền vị trí khoan thuận lợi là vị trí dễ tiếp cận, ít gây ảnh hưởng đến môi trường xung quanh, còn ở biển là nơi có thời tiết tiết và mực nước không quá sâu Đối với trường hợp khoan biển, vị trí khoan được xác định chính xác nhờ phương pháp định vị bằng vệ tinh, sau đó đánh dấu bằng phao Vị trí chọn được vẽ trên bản đồ với tọa độ mặt đất Trong công nghiệp dầu khí, người ta sử dụng phép chiếu vả hệ tọa độ phẳng UTM (Univenal Transverse Mercator) để định vị vì nó giảm được sai số tốt hơn

so với phép chiếu Gauss

2.2.2 Công tác chuẩn bị khoan trường

Khoan trường là vị trí mà tại đó giếng sẽ được thi công Sau khi ký hợp đồng khoan giếng, nhà thầu khoan tiếp nhận địa điểm và chuẩn bị tập kết giàn khoan và trang thiết bị Ngoài khơi, các phao nổi được thả để đánh dấu vị trí khoan Đối với vị trí khoan trên đất liền, khoan trường được san lấp và xây dựng các con đường dẫn đến

Chương 2: Quy trình cơ bản thi công giếng khoan Trang 35

khoan trường Sau khi hoàn thiện mặt bằng, bước kế tiếp là chuẩn bị vị trí giếng khoan

và khoan mở lỗ

Đoạn giếng mở lỗ có đường kính lớn nhưng khá nông và được chống ống định hướng Ống chống định hướng có thể được đóng thẳng xuống đất nếu đất mềm Sau đó người ta khoan và chống ống lỗ đặt cần chủ đạo bên cạnh miệng giếng

Có ba loại chế độ khoan:

- Chế độ khoan tối ưu: kết hợp các thông số tối ưu đã tính toán cho từng loại thiết

bị, dụng cụ và loại đất đá Với chế độ khoan tối ưu, tốc độ cơ học luôn cực đại

- Chế độ khoan hợp lý: kết hợp các thông số chế độ khoan cho phép đạt chỉ tiêu cao nhất về năng suất lao động, chất lượng và hiệu quả kinh tế trong điều kiện cụ thể

- Chế độ khoan đặc biệt: cho phép nhận được chỉ tiêu chất lượng cao nhất về một hoặc nhiều chỉ tiêu (nâng cao tỷ lệ và chất lượng mẫu, giảm độ lệch giếng khoan so với thiết kế, giảm thiểu mức độ nhiễm bẩn thành hệ )

Chế độ khoan rôto (hay còn gọi là khoan xoay và khoan tua bin) có ba thông số

cơ bản là:

+ Áp lực chiều trục (tải trọng lên choòng)

+ Vận tốc quay của choòng khoan

+ Lưu lượng và chất lượng nước rửa

Đối với chế độ khoan đập cáp, ba thông số cơ bản là:

+ Tần số đập (số lần đập của dụng cụ trong 1 phút)

+ Chiều cao nâng choòng

+ Trọng lượng choòng (tải trọng đáy)

2.4 CÔNG NGHỆ KHOAN

2.4.1 Khoan lớp mặt

Chương 2: Quy trình cơ bản thi công giếng khoan Trang 36

Giả sử rằng khoảng 100 ft đầu tiên dược khoan và chống ống định hướng 20" (50,8cm) Để khoan đoạn giếng bề mặt, ta chọn choòng 17,5" lắp vào cần nặng và hạ vào lỗ định hướng Cần lắp đủ các cần khoan để hạ choòng khoan tới đáy giếng Sau đó cần chủ đạo được kéo khỏi lỗ dựng cần chủ đạo và lắp vào đầu nối cần khoan phía trên bàn roto Bộ khoan cụ được treo trên bàn roto nhờ các chấu lót cần Khi lắp xong cần chủ đạo, thợ khoan khởi động máy bơm dung dịch, hạ thấp ống lót cần chủ đạo để cài vào lỗ dẫn động trong bàn roto và bắt đầu cho quay bộ khoan cụ

Kế đến, thợ khoan hạ từ từ bộ khoan cụ cho đến khi choòng khoan chạm đáy giếng và bắt đầu khoan Đồng hồ đo tải trọng giúp thợ khoan điều chỉnh đúng tải trọng lên choòng Tải trọng này làm ngập sâu các răng cắt của choòng khoan vào đất đá ở đáy giếng và phá hủy chúng để tạo lỗ

Khi khoan hết hành trình của cần chủ đạo (tức là giếng khoan sâu thêm một đoạn bằng chiều dài của cần chủ đạo thì thợ khoan nối thêm cần khoan để khoan tiếp Thao tác này được gọi là thao tác tiếp cần

a) Tiếp cần

Trước hết, thợ khoan ngắt động cơ bàn roto, nâng bộ khoan cụ lên một đoạn bằng chiều dài cần chủ đạo và tắt bơm dung dịch (H.2.2a) Các thợ phụ đặt các chấu lót và vận hành hai khóa tháo lắp cần ống (gọi là khóa càng cua) Một khóa (khóa tháo) kẹp trên cần chủ đạo và khóa kia (khóa hãm) lắp trên cần khoan Sau đó thợ khoan sử dụng một thiết bị hoạt động bằng khí nén để nới lỏng ren giữa cần chủ đạo và cần khoan (H.2.2b)

Chương 2: Quy trình cơ bản thi công giếng khoan Trang 37

Hình 2 2: Thao tác tiếp cần Các thợ phụ di chuyển khóa và tháo rời cần chủ đạo khỏi cần khoan Một thợ phụ khác dùng khóa hãm giữ cần khoan trong lỗ tiếp cần Lỗ tiếp cần là một lỗ được khoan cạnh bàn rôto có chống ống thép đường kính lớn Người ta đặt một cần khoan vào trong lỗ tiếp cần trước khi nối nó với cần chủ đạo Khi đã lắp khóa hãm, các thợ phụ đẩy cần chủ đạo về phía lỗ tiếp cần và nối với cần khoan đặt trong đó Thợ phụ lắp khóa vặn trên cần chủ đạo và siết đến độ kín cần thiết (H.2.2c) Khi các khóa được dỡ

bỏ, thợ khoan nâng cần chủ đạo với cần khoan đơn vừa nối khỏi lỗ tiếp cần (H.2.2d) Các thợ phụ lắp chúng vào bộ khoan cụ đang treo trên bàn roto và sau đó dùng khóa để siết chặt đầu nối này Cuối cùng các chấu lót được lấy ra, khởi động bơm, thả choòng khoan gần đến đáy và tiếp tục khoan (H.2.2e)

Quy trình này được lặp lại mỗi khi khoan hết hành trình của cần chủ đạo Khi

Chương 2: Quy trình cơ bản thi công giếng khoan Trang 38

giếng khoan còn nông, đất đá mềm, vận tốc cơ học khoan cao nên mỗi ca làm việc của đội khoan cô thể tiếp cần nhiều lần

Khi đã khoan qua hết thành hệ bề mặt mềm, bở rời và dính, lớp cuội sỏi, tầng chứa nước ngọt nằm gần bề mặt (từ vài chục đến vài trăm mét) cần ngừng khoan và kéo bộ khoan cụ vả choòng khoan lên khỏi giếng Lúc này cần sử dụng thao tác tháo cần (ngược với thao tác tiếp cần đã trình bày) để kéo bộ khoan cụ ra khỏi giếng

b) Tháo cần

Hình 2 3: Thao tác tháo cần

Để tháo cần, các chấu lót được đặt vào lỗ bàn rôto, cần chủ đạo được tháo và đặt vào lỗ đặt cần chủ đạo Móc nâng (ngay dưới ròng rọc động) được tháo khỏi đầu xoay thủy lực Như vậy cần chủ đạo, ống lót cần chủ đạo, đầu xoay thủy lực và đoạn ống mềm cao áp được để trong lỗ đặt cần chủ đạo

Ngay bên dưới móc nâng là bộ êlêvatơ (nó chỉ không cần thiết khi choòng đang làm việc ở đáy giếng) êlêvatơ là một bộ các vòng kẹp dùng để nâng hoặc hạ bộ khoan

cụ trong quá trình kéo thả Thợ khoan hạ ròng rọc động và êlêvatơ xuống vị trí cần lắp êlêvatơ vào cần khoan và kéo lên Tiếp đó họ đặt hai khóa tháo và hãm cần vào đúng

vị trí để tháo cần khoan (H.2.3)

Khi đầu cần khoan được nâng đến vị trí sàn phụ, thợ tháp khoan đẩy nó vào giá dựng cần Giá dựng cần là một cấu trúc bằng thép dạng răng lược để dựng cần khoan Sau khi đặt đầu dưới của cần vào sàn dựng cần ngay trên sàn khoan, thợ tháp khoan tháo êlêvatơ khỏi đầu cần Thợ khoan hạ êlêvatơ xuống đến sàn khoan và thợ phụ lắp

Chương 2: Quy trình cơ bản thi công giếng khoan Trang 39

nó vào cần khoan tiếp theo để kéo lên khỏi giếng

Khi giếng khoan còn nông, thời gian tháo cần và đưa choòng khoan ra khỏi giếng

là không quá lâu Tuy nhiên để tiết kiệm thời gian kéo thả, cột cần khoan thường được tháo (lắp) hai hoặc ba cần một tùy theo chiều cao của tháp Ba cần khoan được nối với nhau và tạo nên một cần dựng gọi là cần ba Nếu cần dựng gồm hai cần đơn thì gọi là cần đôi

c) Chống ống

Hình 2 4: Các phụ tùng chống ống Một khi bộ khoan cụ được đưa lên khỏi giếng thì đội chống ống bắt đầu thực hiện công việc của mình Cột ống chống đầu tiên đặt trong đoạn giếng bề mặt được gọi

là cột ống chống bề mặt Cột ống chống bề mặt là cột ống thép có đường kính lớn Quy trình hạ cột ống chống cũng tương tự như hạ cột cần khoan vào giếng, ngoại trừ đường kính ống chống lớn hơn nhiều nên cần các êlêvatơ, khóa tháo lắp và chấu kẹp đặc biệt để thao tác chúng

Tương tự, các thiết bị định tâm và dụng cụ nạo thành giếng thường được lắp bên ngoài cột ống chống trước khi hạ nó vào giếng (H.2.4) Các thiết bị định tâm có cơ cấu thanh nhíp được sử dụng để giữ cho cột ống chống nằm chính giữa giếng Các chổi nạo (chuyển động tịnh tiến hoặc xoay) phá hủy lớp vỏ sét trên thành giếng, nhờ vậy