Cơ sở khoan dầu khí

CƠ SỞ KHOAN DẦU KHÍ Trình bày: TS. VŨ VĂN ÁI Bộ môn Khoan – Khai thác Dầu khí Khoa Kỹ thuật Địa chất và Dầu khí Đại học Bách Khoa TP. HCM GEOPET NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH Nội dung khối kiến thức tổng quan về công nghệ khoan dầu khí. 1. Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí: khái niệm, lịch sử, cơ sở khoan, các nguyên lý cơ bản 2. Thiết kế và cấu trúc giếng khoan, công nghệ khoan 3. Thiết bị, dụng cụ khoan. 4. Sự cố trong công tác khoan và các phương pháp xử lý 5. Đo đạc trong quá trình khoan và lấy mẫu 6. Hoàn tất giếng – Gọi dòng 7. Dung dịch khoan và Xi măng Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí 2 GEOPET 1 NỘI DUNG BUỔI HỌC 1. Lịch sử khoan dầu khí 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan 3. Các loại giàn khoan 4. Các quá trình cơ bản khi khoan 5. Tổ chức và nhân sự Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí 3 GEOPET MỤC TIÊU Sau khi học xong chương này, học viên sẽ: Có các khái niệm cơ bản về quá trình phát triển của công nghệ khoan dầu khí, các loại giàn khoan và các phương pháp khoan, Có thể mô tả các quá trình cơ bản trong thi công giếng khoan và hệ thống tổ chức nhân sự phục vụ công tác khoan.

Trang 1

Giới thiệu

CƠ SỞ KHOAN DẦU KHÍ

Bộ môn Khoan – Khai thác Dầu khí Khoa Kỹ thuật Địa chất và Dầu khí Đại học Bách Khoa TP HCM

GEOPET

2

GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí

NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH

Nội dung khối kiến thức tổng quan về công nghệ khoan

dầu khí.

1 Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí: khái niệm, lịch sử, cơ sở

khoan, các nguyên lý cơ bản

2 Thiết kế và cấu trúc giếng khoan, công nghệ khoan

3 Thiết bị, dụng cụ khoan

4 Sự cố trong công tác khoan và các phương pháp xử lý

5 Đo đạc trong quá trình khoan và lấy mẫu

6 Hoàn tất giếng – Gọi dòng

7 Dung dịch khoan và Xi măng

Trang 2

NỘI DUNG BUỔI HỌC

1 Lịch sử khoan dầu khí

4 Các quá trình cơ bản khi khoan

5 Tổ chức và nhân sự

3 Các loại giàn khoan

2 Giếng khoan và các phương pháp khoan

MỤC TIÊU

Sau khi học xong chương này, học viên sẽ:

Có các khái niệm cơ bản về quá trình phát triển của công

nghệ khoan dầu khí, các loại giàn khoan và các phương

pháp khoan,

Có thể mô tả các quá trình cơ bản trong thi công giếng

khoan và hệ thống tổ chức nhân sự phục vụ công tác

khoan.

Trang 3

Dầu và khí đã được tìm thấy và sử dụng từ hàng ngàn

năm trước đây.

6000 năm trước CN, asphalt đã được con người sử dụng

làm chất chống thấm nước cho thuyền và sưởi ấm.

3000 năm trước CN, người Ai Cập đã sử dụng asphalt

trong xây dựng kim tự tháp, bôi trơn trục bánh xe, phụ gia

trong kỹ thuật ướp xác và trong điều chế thuốc.

500 năm trước CN, người Trung Quốc đã dùng khí thiên

nhiên để nấu nướng.

1 Lịch sử khoan dầu khí

Trang 4

LỊCH SỬ KHOAN DẦU KHÍ

Trước thế kỷ 19, dầu khí được thu gom qua các mỏ lộ

thiên hoặc những khu vực xuất hiện rò rỉ trên mặt đất.

Nhu cầu sử dụng dầu khí tăng rất cao vào giữa thế kỉ 19

đã thúc đẩy sự phát triển của kỹ thuật và thiết bị khoan

dầu khí

Giếng khoan dầu khí đầu tiên được ghi nhận trong lịch sử

là giếng khoan của “Đại tá” Drake ở Pennsylvania vào

năm 1859, sâu chưa tới 50m.

GIẾNG KHOAN DẦU ĐẦU TIÊN

Giếng khoan của “Đại tá” Drake tại Titusville, Pennsylvania năm 1859 đánh dấu sự khởi đầu của công nghiệp dầu khí.

Trang 5

Các giếng khoan dầu khí đầu tiên

Giếng của Philips

4000 bbl/d, tháng 10, 1861 Giếng của Woodford

1500 bbl/d, tháng 7, 1862

10

Trang 6

NHỮNG CẢI TIẾN VỀ CÔNG NGHỆ KHOAN

Các giếng khoan dầu khí đầu tiên được thực hiện bằng

phương pháp khoan đập cáp (cable-tool).

1863: George Leschot (Pháp) phát minh phương pháp

khoan rôto để khoan nham thạch rắn Phương pháp này

sau đó trở nên phổ biến trong khoan dầu khí.

1864: kỹ sư Floren (Pháp) hoàn thiện phương pháp tuần

hoàn dung dịch trong giếng khoan.

1866: Mỹ cấp bằng sáng chế cho thiết bị khoan rôto (bằng

choòng hai cánh) dùng để khoan nước.

1899: kỹ sư Devi (Mỹ) phát minh phương pháp khoan bi

để khoan nham thạch rắn.

1901: phương pháp khoan rôto có tuần hoàn dung dịch

được sử dụng lần đầu tiên.

1903: trám giếng khoan bằng xi măng lần đầu tiên được

thực hiện ở California.

1922: các kỹ sư Nga phát minh phương pháp khoan

tuabin.

Trang 7

1930, giếng khoan định hướng đầu tiên thành công ở

California, Mỹ, khoan từ tháp trong đất liền tới mục tiêu

dưới biển.

1940: động cơ đáy vận hành bằng điện được áp dụng

Giữa thế kỷ 20 đến nay, công nghệ khoan dầu khí đã có

những phát triển vượt bậc, ví dụ:

Công nghệ khoan ngang,

Công nghệ khoan giếng đường kính nhỏ,

Công nghệ khoan dưới cân bằng…

14

LỊCH SỬ KHOAN DẦU KHÍ TẠI VIỆT NAM

Theo thống kê, đồng bằng sông Hồng ở cuối thập kỷ 50 và

ở thềm lục địa Nam Việt Nam từ thập kỷ 60 đến nay đã có

hơn 200 giếng khoan thăm dò (1200 m đến 5250 m), trong

Trang 8

LỊCH SỬ KHOAN DẦU KHÍ TẠI VIỆT NAM

Các phát hiện dầu khí tại Đại Hùng (10/1994), Lan Tây,

Lan Đỏ (2005) thuộc bể Nam Côn Sơn.

Các phát hiện dầu khí tại Bunga Kekwa (7/1997) thuộc

Giếng khoan sâu nhất

Giếng khoan sâu nhất được thực hiện bởi các nhà khoa

học Nga tại bán đảo Kola, Siberia Giếng khoan phục

vụ mục đích nghiên cứu địa chất, sâu 12.262 m và

khoan từ năm 1970 đến 1994.

Giếng khoan dài nhất

Tháng 5 năm 2008, Maersk Oil Qatar đã khoan giếng

BD-04A sâu 12.290 m (40.320 ft) tại Qatar.

Trang 9

MỘT SỐ KỈ LỤC

Giếng khoan ngang dài nhất

Giếng khoan BD-04A của Maersk Oil Qatar hiện cũng

giữ kỉ lục giếng có đoạn ngang dài nhất, dài 10,903 m

(35,770 ft) Toàn bộ đoạn ngang được thực hiện trong

vỉa sản phẩm có bề dày chỉ 6,1 m (20 ft).

18

NHỮNG KHU VỰC KHOAN ĐẶC BIỆT

Những khu vực khoan đặc biệt bao gồm:

Vùng cực

Vùng nước sâu và siêu sâu (hơn 1000 m nước)

Trang 10

2.1 Định nghĩa giếng khoan

2.2 Các yếu tố và thông số của giếng khoan

2.3 Phân loại giếng khoan

2.4 Các phương pháp khoan

Trang 11

ĐỊNH NGHĨA GIẾNG KHOAN

Định nghĩa

Giếng khoan là công trình nhân tạo hình trụ thi công

vào lòng đất theo các hướng thẳng đứng, xiên, cong,

ngang,… để đạt một mục đích nào đó.

Đặc điểm của giếng khoan dầu khí

Nhiệm vụ, mục đích, đối tượng thăm dò, khai thác

CÁC YẾU TỐ CỦA GIẾNG KHOAN

Các yếu tố của giếng khoan bao gồm:

1 Miệng giếng: tiết diện đầu tiên của giếng

khoan cắt vào vỏ trái đất, được tính ngay

từ đầu giếng hay sàn khoan tùy theo mục

Trang 12

CÁC THÔNG SỐ CỦA GIẾNG KHOAN

Đường kính giếng

Đường kính thân lỗ khoan do choòng tạo ra

Đường kính giếng khoan sau khi chống ống

Chiều sâu giếng

Chiều sâu theo phương thẳng đứng (Total Vertical Depth)

Chiều sâu đo được hay chiều dài giếng khoan (Measured Depth)

2 Giếng khoan và các phương pháp khoan

CÁC THÔNG SỐ CỦA GIẾNG KHOAN

Vị trí thân giếng khoan trong không gian được xác định:

Góc nghiêng θ: góc hợp bởi

đoạn trục giếng khoan với

phương thẳng đứng

Góc phương vị α: góc hợp

bởi phương bắc địa từ

và hình chiếu của đoạn

trục giếng khoan trên

mặt phẳng nằm ngang

(cùng chiều kim đồng hồ)

Trang 13

CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN

Được biểu diễn một cách tượng trưng qua các thành phần

chính của giếng khoan.

26

Các thành phần chính

Đường kính và loại choòng dùng thi công các đoạn giếng khoan.

Chiều sâu và đường kính của các đoạn giếng khoan.

Số lượng, chiều dài, đường kính và độ dày của các cột ống chống.

Phương pháp trám xi măng và chiều cao dâng vữa xi măng.

Trang 14

Các cột ống chống

1. Ống định hướng (conductor)

2. Ống chống bề mặt (surface casing)

3. Ống chống trung gian (intermediate casing)

4. Ống chống khai thác (production casing)

Quy tắc thiết kế

Cấu trúc giếng 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 đường kính giếng cùng cấp

Kích thước dụng cụ phá đá nhỏ hơn khoảng 10-20% so với đường

kính trong của cột ống chống trước, không nhỏ hơn 6/32”

6 1/8 (2 7/8 hoặc 3 ½)

Đường kính choòng khoan và ống chống (inches)

8 ½ (7)

7 7/8 (5 ½) Khai thác

12 ¼ (9 5/8)

17 ½ (13 3/8) Trung gian 1

Giếng thân nhỏ Giếng thông thường

Loại ống chống

Trang 15

Bảo vệ cột ống chống khỏi bị rỉ do các chất ăn mòn trong thành hệ

30

PHÂN LOẠI GIẾNG KHOAN

Theo mục đích sử dụng

Giếng tìm kiếm (wildcat)

Giếng thăm dò (exploration)

Giếng thẩm lượng (appraisal)

Giếng khai thác (production, developing) Cấu trúc giếng khai thác

phải đảm bảo tuổi thọ lâu dài theo đời sống của mỏ

Giếng đặc biệt bao gồm:

o Giếng khoan phục hồi, sửa chữa (reentry, workover)

o Giếng khoan giải vây (relief)

Trang 16

Theo độ sâu mực nước

Ở vùng nước nông: mức nước dưới 60 m, hệ thống đầu giếng

được đặt ngay dưới sàn khoan

Ở vùng nước trung bình: mức nước từ 60 m đến 200 m, hệ thống

đầu giếng được đặt ở đáy biển

Ở vùng nước sâu: mức nước lớn hơn 200 m, hệ thống đầu giếng

được đặt ở đáy biển

Ở vùng nước siêu sâu: mức nước lớn hơn 1000 m.

Video

Thiết bị khoan nước sâu

Theo hình dạng của quĩ đạo giếng trong không gian

Giếng khoan thẳng đứng: θ = 0o

Giếng khoan xiên (định hướng): 00< θ < 90o

Giếng khoan ngang: θ = 900

Giếng ngang vươn xa

Theo đường kính

Giếng đường kính lớn

Giếng thông thường

Giếng thân nhỏ

Trang 17

CÁC PHƯƠNG PHÁP KHOAN

Các phương pháp khoan dầu khí bao gồm:

Khoan đập cáp, đập cần: theo kiểu phá hủy đáy của choòng.

Khoan xoay: theo kiểu phá hủy đáy của choòng.

Khoan xoay bằng hệ thống bàn rôto

Khoan xoay bằng topdrive

Khoan xoay bằng động cơ: điện, thủy lực

Khoan thổi khí (xoay, đập): theo phương pháp làm sạch đáy.

Khoan thủy động lực, cơ học: theo phương pháp truyền năng lượng đáy.

Khoan đặc biệt:

Tia thủy lực (bột mài)

Tia lửa điện

Quá trình phá hủy đất đá được thực hiện bằng

tác động cơ học thông qua việc nâng thả bộ

dụng cụ phá đá ở đáy giếng

Không sử dụng dung dịch khoan mà dùng gàu

múc mảnh cắt xen kẽ với quá trình khoan

Chỉ khoan được những giếng nông, hiệu suất

sử dụng năng lượng rất thấp

Hiện nay vẫn được dùng để khoan các giếng

đặt thuốc nổ (trong khảo sát địa chấn) và

khoan giếng nước

Trang 18

CÁC PHƯƠNG PHÁP KHOAN

Khoan xoay

Đất đá đáy giếng bị phá hủy dưới

tác động xoay của choòng khoan

gắn ở đầu chuỗi cần khoan Chuyển

động của choòng được thực hiện

bằng cách:

• Truyền từ thiết bị bề mặt thông qua

chuỗi cần khoan: khoan bằng bàn

rôto, khoan bằng topdrive.

• Truyền từ động cơ: điện, rãnh xoắn,

Trang 19

Dòng khí nén cao áp được dùng để đưa mùn khoan lên bề mặt.

Chỉ ứng dụng ở khu vực đất đá có liên kết tốt và không thấm

Khoan thủy động lực

Phá hủy hoặc hòa tan đất đá ở đáy giếng nhờ sử dụng động năng

của dòng nước cao áp

Sử dụng hiệu quả để khoan đất đá mềm, bở rời

Đang nghiên cứu sử dụng cho tầng đất đá cứng, kiên cố

38

3 CÁC LOẠI GIÀN KHOAN

3 Các loại giàn khoan

Trang 20

CÁC LOẠI GIÀN KHOAN

Giàn khoan được chia thành hai loại:

Giàn khoan đất liền

Giàn khoan biển

Ngoài ra, giàn khoan còn được phân loại theo:

Chiều sâu khoan được: nhẹ, trung bình, sâu và siêu sâu

• Thiết bị khoan nhẹ: dưới 650 mã lực, khoan tối đa 2000 m.

• Thiết bị khoan trung bình: 650 - 1300 mã lực, khoan tối đa 4000 m.

• Thiết bị khoan sâu: 1300 - 2000 mã lực, khoan tối đa 7000 m.

• Thiết bị khoan siêu sâu: khoảng 3000 mã lực, khoan tối đa 9000 m.

Tải trọng nâng: công suất tời khoan

Tính cơ động: cố định, tự hành, bán tự hành

GIÀN KHOAN TRÊN ĐẤT LIỀN

Các giàn khoan nhẹ (khoan tối đa 2000m) được gắn trực tiếp trên xe

tải cỡ lớn và dễ dàng di chuyển từ nơi này đến nơi khác

Các giàn khoan trung bình và sâu thường gắn trên rơ móc chuyên

dụng hoặc xe lăn khổng lồ Các thiết bị

khoan này có thể di chuyển nguyên bộ

ở cự ly ngắn Khi cần di chuyển xa,

thiết bị được tháo rời từng phần

Trang 21

GIÀN KHOAN TRÊN ĐẤT LIỀN

chuyển trên các xe tải có

rơ-móc chuyên dụng và được

lắp ráp lại tại khoan trường

42

CÁC LOẠI GIÀN KHOAN BIỂN

Ở biển, tùy thuộc độ sâu mực nước mà người ta sử dụng các loại giàn

khoan khác nhau:

Xà lan khoan (badge)

Giàn tự nâng (jack-up)

Giàn bán tiềm thủy (semi-submersible)

Tàu khoan (drill-ship)

Trên giàn khoan biển di động, thiết bị đầu giếng và thiết bị chống phun

được lắp ngay dưới sàn khoan (nếu mực nước biển nhỏ hơn 60 m)

hoặc dưới đáy biển (nếu mực nước biển lớn hơn 60 m)

Đối với mực nước biển dưới 100 m, người ta có thể dùng các giàn

khoan biển cố định

Trang 22

CÁC LOẠI GIÀN KHOAN BIỂN DI ĐỘNG

Xà lan có đáy bằng, sử dụng tại các vùng sông nước nội

địa, mặt nước yên tĩnh và nông (khoảng 3 - 5 m)

Xà lan được làm ngập và nằm trực tiếp lên đáy.

Giếng khoan được thực hiện từ sàn xà lan.

Trang 23

khoan ở vùng nước sâu 20 – 120 m.

Tại vị trí khoan, các chân thép được hạ

xuống đáy biển Nước được bơm vào

các boong xà lan làm cắm sâu các

chân thép vào đáy biển, giúp ổn định

giàn khoan trong quá trình làm việc

Các thiết bị đặt trên giàn thường nhô ra

bên ngoài và trượt được để có thể tiến

hành khoan ngoài phạm vi của sàn

khoan

46

GIÀN BÁN TIỀM THỦY

Cấu tạo từ hai hoặc nhiều khoang chứa

nước dưới các chân đế, giúp giàn nổi lưng

chừng, tạo thế ổn định giàn tốt nhất

Nhờ hệ thống máy tính điện tử, hệ thống

kiểm soát dằn được tự động giữ độ cao

nhúng chìm giàn thích hợp và ổn định giàn

Các giàn khoan bán tiềm thủy có thể được

sử dụng để khoan thăm dò và khai thác

trong vùng biển có mực nước sâu từ 60

-1200 m

Trang 24

TÀU KHOAN

Có tính cơ động cao nhất và thường

được sử dụng cho các giếng khoan

tìm kiếm, thăm dò xa đất liền

Có thể vận hành trong vùng biển có

chiều sâu mức nước từ 30 - 2000 m

đôi khi đến 2800 m

Hệ thống định vị động học có khả

năng hiệu chỉnh tự động vị trí thiết bị

khoan nhờ các động cơ đẩy dọc

(propellers) và đẩy ngang (thrusters)

gắn dưới tàu Các động cơ này được

kích hoạt và điều khiển bằng máy tính

GIÀN KHOAN BIỂN CỐ ĐỊNH

Giàn khoan và khai thác cố định chế tạo lần đầu tiên vào năm 1937

Đa số giàn khoan cố định có cấu trúc chân đế bằng thép, một số giàn

khoan thế hệ mới có chân đế bằng bê tông cốt thép

Các chân đế của giàn khoan được cắm vững chắc xuống đáy biển

Từ một giàn khoan cố định có thể khoan 16 - 32 giếng, hoặc 40 giếng

đối với một số giàn đặc biệt

Trang 25

CÁC LOẠI GIÀN KHOAN BIỂN KHÁC

Công nghệ hiện nay cho phép khoan

và khai thác ở vùng biển sâu hơn 300

m với các thiết bị sau đây:

Tháp chằng cáp (Guyed Towers) sử dụng

khung thép nhẹ với các cáp neo xuyên

tâm giữ cho tháp đứng thẳng

Giàn nổi có chân đế căng (Tension Leg

Platforms), nối với đáy biển bằng các

chân thép ở trạng thái căng

50

CẤU TRÚC GIÀN KHOAN

1 Giá xếp cần – Pipe Racks

2 Dốc tiếp khoan – Ramp

3 Tháp khoan – Derrick

4 Chuồng khỉ – Monkey board

5 Ròng rọc đỉnh – Crown block

6 Cáp khoan – Drill line

7 Khối ròng rọc động & móc treo –

Block & hook

8 Quang treo /đầu nâng – Links &

3 4

5 6

7 8

9 10 11

Tiêu đề	Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí
Tác giả	Nhóm tác giả
Trường học	Đại học Bách Khoa TP. HCM
Chuyên ngành	Kỹ thuật địa chất và dầu khí
Thể loại	Báo cáo tổng hợp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	37
Dung lượng	2,3 MB