Nghiên cứu tính toán ứng dụng công nghệ khoan bằng ống chống cho giếng thăm dò mỏ tê giác trắng bồn trũng cửu long

Trên cơ sở thống kê các sự cố từ các giếng thăm dò trước đây có liênquan đến thiết bị khoan, cần khoan, các vấn đề phát sinh trong giếng như mấtdung dịch, khí xâm nhập, dị thường áp suất

NGÔ QUANG ANH

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHOAN BẰNG ỐNG CHỐNG CHO GIẾNG THĂM DÒ MỎ

TÊ GIÁC TRẮNG BỒN TRŨNG CỬU LONG

Chuyên ngành : Kỹ thuật khoan-khai thác và Công nghệ dầu khí

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2008

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGÔ QUANG ANH Giới tính : Nam/ Nữ 

Ngày, tháng, năm sinh : 23 – 08 – 1978 Nơi sinh : Hà Nội

Chuyên ngành : Kỹ thuật khoan – khai thác và Công nghệ dầu khí

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2006

1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tính toán ứng dụng công nghệ khoan bằng ống chống cho giếng

thăm dò mỏ Tê Giác Trắng bồn trũng Cửu Long

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ khoan bằng ống chống

- Trình bày cơ sở lý thuyết về công nghệ khoan bằng ống chống

- Nghiên cứu áp dụng công nghệ khoan bằng ống chống cho giếng thăm dò ở mỏ Tê GiácTrắng

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21 - 01 - 2008

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30 – 06 – 2008

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ):

PGS.TS Lê Phước Hảo

TS Lâm Thành Phước

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS Lê Phước Hảo TS Lâm Thành Phước

Em xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô hướng dẫn đã tận tình giúp đỡ vàtruyền đạt kiến thức để em có thể hoàn thành luận văn này.

Đặc biệt, em xin gửi lời cám ơn sâu sắc nhất đến PGS TS Lê Phước Hảo,

TS Lâm Thành Phước – những người đã động viên và giúp đỡ em nhiệt tìnhtrong quá trình làm luận văn

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô trong khoa Địa chất –Dầu khí trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện tốt cho emhọc tập và nghiên cứu trong suốt quá trình học Cao học tại khoa cũng như trongquá trình thực hiện luận văn

Cảm ơn tất cả các bạn học cùng khóa 2006, các cựu học viên khóa 2005,đã nhiệt tình chia sẻ kinh nghiệm cũng như những kiến thức quý báu, giúp tôi cóthể làm tốt công việc của mình

Mặc dù đã cố gắng hoàn thành luận văn với tất cả sự nỗ lực của bản thân,nhưng chắc chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong quýThầy Cô tận tình chỉ bảo

Một lần nữa xin gửi đến tất cả mọi người lời cảm ơn chân thành nhất

TP Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2008

MỞ ĐẦU

Dựa trên điều kiện địa chất từ các giếng đã khoan trước đây và đặcđiểm thiết kế giếng, đề tài nhằm nghiên cứu tính khả thi ứng dụng công nghệkhoan bằng ống chống cho các giếng thăm dò tiếp theo trong mỏ Tê GiácTrắng, bồn trũng Cửu Long

Trên cơ sở thống kê các sự cố từ các giếng thăm dò trước đây có liênquan đến thiết bị khoan, cần khoan, các vấn đề phát sinh trong giếng như mấtdung dịch, khí xâm nhập, dị thường áp suất, vv…, công ty điều hành chungHoàng Long có nhu cầu nghiên cứu áp dụng công nghệ khoan mới, côngnghệ khoan bằng ống chống, trong việc thi công giếng nhằm giải quyếtnhững sự cố đang tồn tại này Ngoài ra việc áp dụng công nghệ khoan bằngống chống còn có khả năng tiết kiệm chi phí cho công ty nói riêng cũng nhưtài nguyên cho quốc gia nói chung, cũng như nâng cao được hệ số an toàntrong thi công nên việc lựa chọn công nghệ này ứng dụng cho các giếngkhoan sắp tới của công ty là rất cấp thiết

· Đối tượng: đối tượng chính là ứng dụng khoan bằng ống chống chođoạn 17 1/2” với ống chống 13 3/8”, trong trường hợp khả thi thìnghiên cứu ứng dụng tiếp cho đến đoạn 12 ¼” với ống chống 95/8”

· Phạm vi nghiên cứu: các địa tầng từ bề mặt đến Miocen trung, độsâu dưới 1000m trong mỏ Tê Giác Trắng.

· Ý nghĩa khoa học: đề tài nhằm nghiên cứu ứng dụng công nghệkhoan mới nhằm tiết kiệm chi phí cho các giếng khoan thăm dòtrong mỏ Tê Giác Trắng cũng như nâng cao khả năng an toàn chocon người và thiết bị trong quá trình thi công khoan

· Thực tiễn đề tài: công nghệ khoan bằng ống chống mà đề tàinghiên cứu đã được ứng dụng thành công ở một số mỏ trong khuvực thềm lục địa Việt Nam và nhiều mỏ khác trên thế giới, thực tếđây là một hướng nghiên cứu mới nhằm mang lại hiệu quả kinh tếcao hơn trong công tác khoan giếng dầu khí Hiện nay trong khuvực mỏ Tê Giác Trắng chưa có giếng khoan nào ứng dụng côngnghệ này nên việc nghiên cứu ứng dụng cũng là một thách thức vàcần hoàn thiện thêm trong tương lai

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn bao gồm các chương với nội dung sau đây:

MỞ ĐẦU – Giới thiệu về mục đích, tính cấp thiết của đề tài, bên cạnh đó

trình bày về đối tượng phạm vi nghiên cứu cũng như ý nghĩa khoa học và thựctiễn của đề tài;

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHOAN BẰNG ỐNG CHỐNG – Giới thiệu chung về hệ thống thiết bị cũng như những ưu điểm

vượt trội của công nghệ này so với khoan thông thường;

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ KHOAN BẰNG ỐNG CHỐNG – Trình bày cơ sở lí thuyết về mặt thiết kế của công nghệ

khoan bằng ống chống;

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHOAN BẰNG ỐNG CHỐNG CHO GIẾNG THĂM DÒ MỎ TÊ GIÁC TRẮNG – Trình bày thực trạng của các giếng thăm dò trong khu vực mỏ, từ

đó đưa ra giải pháp sử dụng công nghệ khoan bằng ống chống dựa trên phântích tính toán các khả năng khoan cũng như tác động về mặt tiết kiệm chi phí;

KẾT LUẬN – Đề xuất sử dụng công nghệ khoan bằng ống chống dựa trên

những phân tích ưu điểm hơn của phương pháp này so với khoan thôngthường;

TÀI LIỆU THAM KHẢO.

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

TÓM TẮT LUẬN VĂN

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC VIẾT TẮT

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHOAN BẰNG ỐNG CHỐNG

1.1 GIỚI THIỆU 01

1.1.1 Giới thiệu chung về công nghệ khoan bằng ống chống 01

1.1.2 Thực tiễn sử dụng 02

1.2 ƯU ĐIỂM CÔNG NGHỆ KHOAN ỐNG CHỐNG 05

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ KHOAN BẰNG ỐNG CHỐNG 2.1 ĐẶC TÍNH THIẾT BỊ 11

2.2 THIẾT KẾ ỐNG CHỐNG 26

2.2.1 Giới thiệu chung 26

2.2.2 Dữ liệu thiết kế 26

2.2.3 Xác định chiều sâu đặt chân đế ống chống 27

2.2.3.1 Yếu tố địa chất 27

2.2.3.2 Yếu tố liên quan đến độ bền đất đá hay ống chống 29

2.2.3.3 Yếu tố khác 29

2.2.4.1 Oáng định hướng 29

2.2.4.2 Oáng chống kỹ thuật 30

2.2.4.3 Cột ống chống khai thác 31

2.3 THỦY LỰC KHOAN 32

2.3.1 Aùp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng 32

2.3.2 Công thức tính toán thủy lực khoan 34

2.3.3 Đánh giá thủy lực khoan 36

2.4 KIỂM SOÁT GIẾNG 39

2.5 CHOÒNG KHOAN 43

2.5.1 Choòng chân đế 43

2.5.2 Choòng khoan thường với bộ khoan cụ có khả năng thu hồi 45

2.5.3 Tính toán khả năng khoan của choòng 46

2.6 YÊU CẦU LỰC XOẮN REN ỐNG CHỐNG 47

2.6.1 Vòng đệm ren 47

2.6.2 Yêu cầu về lực xoắn 48

2.6.2.1 Lực xoắn đối với dạng ren tròn API (chưa có vòng đệm MLT) 49

2.6.2.2 Lực xoắn đối với dạng ren trụ API (chưa có vòng đệm MLT) 49

2.6.2.3 Lực xoắn đối với dạng ren tròn và dạng ren trụ API (có vòng đệm MLT) 49

2.6.2.4 Đánh giá ren ống chống 50

2.6.3 Vỏ bọc ống chống 59

2.6.3.1 Ứng dụng & Ưu điểm 59

2.6.3.2 Đặc điểm thiết kế 59

2.6.4 Thiết bị định tâm ống chống và cân bằng bộ ống chống khoan 60

2.6.4.1 Ứng dụng và Ưu điểm 60

2.6.4.2 Đặc điểm thiết kế 61

2.7 DUNG DỊCH TRONG KHOAN BẰNG ỐNG CHỐNG 63

CHƯƠNG 3:

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHOAN BẰNG ỐNG CHỐNG CHO CÁC GIẾNG THĂM DÒ MỎ TÊ GIÁC TRẮNG

3.1 HIỆN TRẠNG TÌNH HÌNH KHOAN THĂM DÒ MỎ TGT 64

3.1.1 Tổng quan tình hình giếng khoan thăm dò mỏ Tê Giác Trắng 64

3.1.1.1 Dữ liệu giếng 64

3.1.1.2 Giới thiệu chung về chương trình khoan giếng 65

3.1.1.3 Bản đồ khu vực mỏ 67

3.1.1.4 Dự kiến thời gian thi công 68

3.1.1.5 Biểu đồ giếng khoan 69

3.1.1.6 Chương trình dung dịch 70

3.1.1.7 Chương trình choòng khoan sử dụng & thủy lực 71

3.1.1.8 Chương trình bộ khoan cụ 72

3.1.1.9 Chương trình ống chống 74

3.1.1.10 Chương trình trám xi măng 75

3.1.1.11 Bộ đối áp / Đầu giếng/ Aùp suất thử ống chống 76

3.1.2 Sự cố trong quá trình khoan giếng thăm dò mỏ Tê Giác Trắng 77

3.2 NGHIÊN CỨU TÍNH ỨNG DỤNG KHOAN BẰNG ỐNG CHỐNG CHO CÁC GIẾNG THĂM DÒ MỎ TÊ GIÁC TRẮNG 79

3.2.1 Khảo sát thị trường 79

3.2.2 Thu thập thông tin – Đề xuất từ các công ty dịch vụ 81

3.2.2.1 Phân tích đề xuất cho phương pháp khoan bằng ống chống sử dụng bộ khoan cụ có thể thu hồi 82

3.2.2.2 Phân tích đề xuất cho phương pháp khoan công nghệ khoan bằng ống chống sử dụng choòng ống chống 82

3.2.3 Nghiên cứu, đánh giá độ cứng đất đá khu vực mỏ 90

3.2.4 Tính toán thủy lực 104

3.2.5 So sánh đánh giá hiệu quả kinh tế 109

3.2.6 Đánh giá công nghệ sau khi khoan 115

KẾT LUẬN 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC VIẾT TẮT

BHA: Bottom Hole Assembly (Bộ khoan cụ)

BOP: Blow-out Preventer (Bộ đối áp)

DS2, DS3: Drill Shoe2, 3 (Choòng chân đế)

DLA: Drill lock Assembly (Bộ khóa cần)

GPM: Gallon per minute (Lưu lượng bơm)

ID: Inside Diameter (Đường kính trong)

MLT Ring: Multi Lobe Torque Ring (Vòng đệm ren chịu tải cao)

MSL: Mean Sea Level (Mực nước biển)

NPT: Non Production Time (Thời gian không sản xuất)

OD: Outside Diameter (Đường kính ngoài)

PDC: Polycrystalline Diamond Compact (Choòng kim cương nhân tạo)ROP: Rate of Penetration (Tốc độ khoan)

RT: Rotary Table (Bàn khoan xoay)

TC: Tungsten Carbide

TSP: Thermal Stabillity (Choòng bền nhiệt)

WOB: Weight on Bit (Tải trọng lên choòng)

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 So sánh ưu điểm của khoan bằng ống chống so với

khoan thơng thường 3

Hình 1.2 Biểu đồ so sánh khoan ống chống và khoan thơng thường của CONOCOPHILIPS 3

Hình 1.3 Biểu đồ so sánh khoan ống chống và khoan thơng thường của SANTOS 4

Hình 1.4 Biểu đồ so sánh tốc độ khoan giữa khoan ống chống và khoan thơng thường 4

Hình 1.5 So sánh thiết bị giữa hai phương pháp khoan bằng ống chống 6

Hình 1.6 Hiệu ứng ảnh hưởng đến thành giếng bởi dung dịch khoan 8

Hình 2.1 Khóa nâng ống đơn cần 10

Hình 2.2 Hệ thống truyền động 11

Hình 2.3 Đặc tính kỹ thuật hệ thống truyền động 12

Hình 2.4 Hệ thống cột ống chống khoan 13

Hình 2.5 Đặc tính kỹ thuật đầu nối ống chống 14

Hình2.6 Thiết bịtrongbộkhoancụ 16

Hình 2.7 Cần khoan doa 17

Hình 2.8 Cấu trúc bên trong cần khoa doa 17

Hình 2.9 Đặc tính kỹ thuật cần khoan doa 18

Hình 2.10 Đặc tính kỹ thuật đoạn ống nối khóa cần 19

Hình 2.11 Đặc tính kỹ thuật định tâm 20

Hình 2.12 Đặc tính kỹ thuật vòng bọc 21

Hình 2.13 Đặc tính kỹ thuật van nổi bơm trám xi măng 22

Hình 2.14 Đặc tính kỹ thuật đầu xoay thủy lực 23

Hình 2.15 Biểu đồ xác định chiều sâu đặt ống chống 28

Hình 2.16 Vị trí đặt vòi phun 37

Hình 2.17 So sánh thủy lực vòi phun theo lưu lượng bơm 38

Hình 2.18 So sánh thủy lực vòi phun theo lưu lượng và góc lệch vòi phun 39

Hình 2.19 Hệ thống van đối áp 41

Hình 2.20 Cấu trúc choòng chân đế loại 2 (DS2) 45

Hình 2.21 Cấu trúc chi tiết bộ phận 45

Hình 2.22 Cấu trúc choòng chân đế loại 3 (DS3) 46

Hình 2.23 Choòng TSP 47

Hình 2.24 Choòng PDC 47

Hình 2.25 Vòng đệm ren ống chống MLT 49

Hình 2.26 Biểu đồ số vòng quay tới hạn theo độ bẻ góc 52

Hình 2.27 Biểu đồ số vòng quay thiết kế theo ứng suất cong 53

Hình 2.28 Vòng bọc 61

Hình 2.29 Oáng bọc 61

Hình 2.30 Định tâm 62

Hình 2.31 Định vị 62

Hình 3.1 Bản đồ khu vực mỏ 67

Hình 3.2 Biểu đồ cấu trúc giếng 69

Hình 3.3 Choòng chân đế DS2 84

Hình 3.4 Choòng chân đế DS3 85

Hình 3.5 Choòng chân đế DS3 6 cánh 85

Hình 3.6 Cánh choòng đẩy ra bằng piston 85

Hình 3.7 Mô tả quá trình kích hoạt choòng DS3 86

Hình 3.8 Tổng hợp choòng sử dụng 92

Hình 3.9 Biểu đồ xác định thông số choòng theo đoạn khoan 93

Hình 3.10 Biểu đồ xác định độ cứng dựa trên thông số đo log từ giếng tiền lệ trước đây trong khu vực 94

Hình 3.12 Biểu đồ áp suất vỉa theo độ sâu 98

Hình 3.13 Biểu đồ nhiệt độ vỉa theo độ sâu 99

Hình 3.14 Đo lường khả năng khoan với choòng chân đế DS1 100

Hình 3.15 Đo lường khả năng khoan với choòng chân đế DS2 101

Hình 3.16 Đo lường khả năng khoan với choòng chân đế DS3 102

Hình 3.17 Đo lường khả năng khoan với đất đá rất cứng 103

Hình 3.18 Mô hình tính toán lực xoắn và trượt 109

Hình 3.19 Thông số đánh giá sau khi khoan 116

Hình 4.1 Hiệu quả của khoan ống chống trong cấu trúc giếng 119

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 So sánh hai phương pháp khoan bằng ống chống 5

Bảng 2.1 Tính toán thủy lực vòi phun 37

Bảng 2.2 Bảng theo dõi thông số giếng 41

Bảng 2.3 Phân loại độ cứng đất đá 47

Bảng 2.4 Tiêu chuẩn lực xoắn ren ống chống dạng tròn ngắn 53

Bảng 2.5 Tiêu chuẩn lực xoắn ren ống chống dạng tròn dài 55

Bảng 2.6 Tiêu chuẩn lực xoắn ren ống chống dạng trụ 57

Bảng 2.6 Tiêu chuẩn kỹ thuật định tâm 62

Bảng 3.1 Bảng dự kiến thời gian thi công giếng 68

Bảng 3.2 Chương trình dung dịch của giếng 70

Bảng 3.3 Chương trình sử dụng choòng 71

Bảng 3.4 Bộ khoan cụ đoạn 36” 72

Bảng 3.5 Bộ khoan cụ đoạn 26” 72

Bảng 3.6 Bộ khoan cụ đoạn 17 1/2” 73

Bảng 3.7 Bộ khoan cụ đoạn 12 1/4” 73

Bảng 3.8 Chương trình ống chống của giếng 74

Bảng 3.9 Chương trình trám xi măng của giếng 75

Bảng 3.10 Chương trình trám xi măng 76

Bảng 3.11 Đánh giá tỷ lệ sự cố sau khi hoàn thành giếng 78

Bảng 3.12 Bảng chào giá dịch vụ khoan bằng ống chống 82

Bảng 3.13 Bảng chào giá choòng DS2 86

Bảng 3.14 Bảng chào giá choòng DS3 87

Bảng 3.15 Bảng chào giá cần dẫn động cho choòng DS2- DS3 87

Bảng 3.16 Bảng tính giá bồi thường 88

Bảng 3.17 Thu thập các dữ liệu, thông số liên quan đến kỹ thuật công nghệ

khoan bằng ống chống từ Việt Nam và các nước trong khu vực 89

Bảng 3.18 Tính toán thủy lực (chưa tối ưu) 107

Bảng 3.19 Tính toán thủy lực (tối ưu) 108

Bảng 3.20 Tổng hợp đánh giá hiệu quả kinh tế 111

Bảng 3.21 So sánh chi phí (1) 112

Bảng 3.22 So sánh chi phí (2) 113

Bảng 3.22 So sánh chi phí (3) 114

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ KHOAN BẰNG

ỐNG CHỐNG

1.1 GIỚI THIỆU

1.1.1 Giới thiệu chung về công nghệ khoan bằng ống chống

Công nghệ khoan bằng ống chống là công nghệ sử dụng ống chống cóchức năng như cần khoan trong thi công khoan thông thường Công nghệ nàyloại bỏ bớt được công đoạn kéo thả cần khoan, tiết kiệm chi phí và an toàn hơn

so với khoan thông thường Công nghệ này có thể cắt giảm thời gian thi côngkhoảng 20%, tránh xảy ra các sự cố ngoài chương trình, tiết kiệm chi phí vậnhành và chi phí nhân công, giảm thiểu nguồn vốn đđầu tư thông qua việc thúcđđẩy dự án phát triển mỏ đđược nhanh hơn Công nghệ này cũng giúp cho cáccông ty dầu khí giữ đđược từng mét khoan được do ống chống luôn ở ngay sauchoòng khoan sau khi dừng khoan

Đối với các công ty dầu khí, công nghệ khoan bằng ống chống cónhững ưu điểm như khoan và chống ống đồng thời; giảm thời gian thi công vàchi phí giếng khoan; nâng cao hệ số an toàn và khả năng kiểm soát giếng;hạn chế các sự cố trong thi công; nâng cao hiệu suất sử dụng giàn, vòng quayhồi vốn nhanh hơn

Đối với các công ty dịch vụ khoan, công nghệ khoan bằng ống chốngcó những ưu điểm như loại bỏ nhu cầu sử dụng và các vấn đề liên quan đếncần khoan, cần nặng; giảm thời gian di chuyển thiết bị ra giàn; giảm bớt nhân

1.1.2 Thực tiễn sử dụng

Công nghệ khoan bằng ống chống đã có khá nhiều các công ty dầu khísử dụng trên thế giới mặc dù khá mới mẻ và chưa có nhiều nghiên cứu hoànthiện như phương pháp khoan thông thường Tuy nhiên có thể thấy rằng côngnghệ này đã cho thấy được tính hiệu quả kinh tế cao trong việc thi công giếngkhoan, giúp cho các công ty dầu khí tiết kiệm được chi phí (Hình 1.1)

Một số công ty đã áp dụng thành công trong thi công bằng công nghệnày như CONOCO PHILIP khoan mẻ 11 đoạn với ống chống 13 3/8” thànhcơng với cơng nghệ khoan bằng ống chống của Weatherford choòng chân đếDS2 Một số so sánh cho thấy thời gian khơng sản xuất của các giếng khoanbằng ống chống giảm đáng kể so với khoan thơng thường (Hình 1.2) SANTOSkhoan lần đầu tiên với cơng nghệ khoan bằng ống chống thành cơng, tiết kiệm21.5 hr khoan (Hình 1.3)

Ngồi ra, cịn khá nhiều cơng ty khác đã áp dụng hiệu quả cơng nghệ này

và hầu như đều cho thấy tốc độ khoan tăng lên rõ rệt hơn so với khoan thơngthường (Hình 1.4)

Hình 1.1 So sánh ưu điểm của khoan bằng ống chống so với khoan

Đánh giá vỉa &

Thả ống chống

Đánh giá vỉa & Thả ống chống Kiểm soát giếng

Di chuyển giàn

Hình 1.3 Biểu đồ so sánh khoan ống chống và khoan thông thường của

Drill 26" hole Run and cement 30:

Wellheads, Riser, Bops

Cement 13 3/8"

Dw C 13 3/8" Csg

Wellheads,Riser, Bops

Run and cement 20"

1.2 ƯU ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ KHOAN BẰNG ỐNG CHỐNG

Công nghệ khoan bằng ống chống thông thường có hai phương phápđều có thể áp dụng

Phương pháp thứ nhất là phương pháp khoan bằng choòng chân đế, sửdụng choòng chân đế được thiết kế đặc biệt để làm choòng khoan Choòngchân đế có khả năng phá hủy được bằng choòng PDC thông thường khi muốnkhoan tiếp mà không cần kéo cả cột ống chống lên

Phương pháp thứ hai là phương pháp khoan bằng ống chống có gắn bộkhoan cụ có khả năng thu hồi Bộ khoan cụ này có thiết kế như bộ khoan cụthông thường, được gắn vào đoạn ống chống gần cuối phía dưới cột ốngchống Phương pháp này giúp cho giếng có thể khoan định hướng, đo log, lấymẫu, trám xi măng như khi khoan thông thường mặc dù đang áp dụng khoanbằng ống chống

Một số so sánh giữa hai phương pháp theo như dưới đây (Bảng 1.1;Hình 1.5)

Bảng 1.1 So sánh hai phương pháp khoan bằng ống chống [20]

Giá thành thấp Không kiểm soát

chỉnh xiên được Có khả năngchỉnh hướng Giá thành caoVận hành dễ dàng Chỉ đo log được khi

giếng trần Đo MWD/LWD Phức tạp trong vậnhànhKhông cần chỉnh sửa

Có thể trám xi măng

ngay khi đến độ sâu thiết

kế

Không trám ximăng ngay đượckhi đến độ sâuthiết kế

Hình 1.5 So sánh thiết bị giữa hai phương pháp khoan bằng ống

Oáng chống Bộ khoan cụ lắp vào

bên trong ống chống- khoan bằng bộ khoan cụ

Cần nổi

Choòng chân đế Oáng chống

thống khoan bằng ống chống với thiết bị thu hồi bộ khoan cụ được sử dụngcho hơn 200 giếng và khoan hơn 750,000 mét khoan, bao gồm cả giếng khoanthẳng đứng và giếng khoan định hướng với các cấp ống chống từ 4 ½” đến

13 3/8”

Sử dụng phương pháp khoan bằng ống chống với bộ khoan cụ thu hồilà sự lựa chọn hợp lý cho các giếng khoan định hướng do khả năng thu hồiđược bộ khoan cụ có giá thành cao, trong trường hợp bị hư hỏng thì khả năngthay thế bộ khoan cụ được nhanh chóng, khi cần tiếp tục thì khả năng khoancác tầng tiếp theo được liên tục và tiết kiệm chi phí

Một trong những lợi điểm đáng kể của công nghệ khoan bằng ốngchống là khả năng nâng cao hiệu suất khoan khi phải khoan qua các địa tầngcó sự thay đổi áp suất Thông thường các giếng khi khoan qua những địa tầngnày đều phải chống ống chống lửng, tốn thời gian kéo thả và bơm trám ximăng, do đó mà công nghệ này đã giúp cải thiện đáng kể hiệu suất khoan khigặp phải những vấn đề như vậy xảy ra trong giếng

Bên cạnh đó, khả năng cắt giảm được hiện tượng mất dung dịch trongkhi khoan qua các thành hệ có khả năng khai thác sau này cũng là một ưuđiểm của công nghệ khoan bằng ống chống, giúp giảm bớt sự nhiễm bẩnthành hệ và nâng cao khả năng thu hồi sau này

Một lợi điểm nữa là khoan bằng ống chống giảm bớt đi được thời giankéo thả thiết bị của một lần kéo cần lên và thả ống chống xuống như trongkhoan thông thường Đây là một lợi điểm ưu thế khi mà giá thành thuê giànngày càng cao trên thị trường, việc tiết kiệm chi phí thuê giàn là rất cần thiết

Hiện tượng mất dung dịch và những ảnh hưởng của nó được giảm thiểutrong khoan bằng ống chống Trong một số trường hợp giếng khoan gặp phảitầng đất đá áp suất cao ngay sau khi khoan qua tầng đất đá áp suất yếu, trongtrường hợp này thì việc cân bằng giữa kiểm soát giếng và tránh mất dungdịch là một điều khá khó khăn Việc khoảng không vành xuyến giữa ốngchống và thành giếng khoan nhỏ hơn so với khoan thông thường giúp choviệc kiểm soát giếng được dễ dàng hơn và không gặp trở ngại nhiều.

Hình 1.6 Hiệu ứng ảnh hưởng đến thành giếng bởi dung dịch khoan [13]

Người kỹ sư khoan thường lập kế hoạch khoan để hạn chế và ngănchặn các sự cố của giếng xảy ra trong quá trình khoan cũng như lập dự toánđể kiểm soát chi phí khoan Trong khoan thông thường, việc khoan doa giếngtrước khi thả ống chống được coi là cần thiết, nhưng thực sự thao tác nàythường gây tăng chi phí giếng khoan do tốn thêm thời gian đợi doa cần Trongkhoan bằng ống chống, thao tác này hoàn toàn không có và tiết kiệm đượcmột khoản chi phí đáng kể

Tỷ trọng dd (ppg) Casing Drillpipe

10.1 10.9 – 11.0

Ngoài ra khi khoan qua một số tầng áp suất dị thường, thông thườngphải trám ống chống lửng để đảm bảo an toàn cho giếng, điều đó không cầnthiết khi khoan bằng ống chống để đạt được độ sâu thiết kế.

Những lợi điểm trên của khoan bằng ống chống giúp cho công táckhoan giếng trở nên kinh tế hơn, ít gặp phải những vấn đề được coi là rủi ronhư trong khoan thông thường

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ KHOAN

BẰNG ỐNG CHỐNG

Các giếng khoan thực hiện bởi công nghệ khoan bằng ống chống là tươngđối mới và chưa có nhiều công ty thực hiện trong khu vực các mỏ dầu khí tại bồntrũng Cửu Long Tuy nhiên cơ sở lý thuyết để thực hiện công nghệ này cũng bắtnguồn từ cơ sở lý thuyết kỹ thuật khoan thông thường Các bước tiến hành cũngcần nghiên cứu và lập kế hoạch giếng khoan trước khi thực hiện Tùy thuộc vàomục tiêu của giếng khoan (thăm dò, thẩm lượng, hay khai thác) và điều kiện địachất cụ thể mà cấu trúc giếng khoan sẽ khác nhau

Thông thường các giếng (hoặc đoạn giếng) thực hiện bởi công nghệkhoan bằng ống chống có các bước nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết theo cácnội dung như nghiên cứu đặc tính kỹ thuật thiết bị; thiết kế ống chống; đầu nốiống chống; chương trình choòng khoan, dung dịch, trám xi măng; chương trìnhkhoan xiên (nếu có kế hoạch); thủy lực giếng; kiểm soát giếng; phân tích lựcxoắn và lực trượt; đánh giá lực uốn và vỏ bọc ống chống

Tác giả tập trung trình bày ngắn gọn những vấn đề chính của phần cơ sởlý thuyết bao gồm đặc tính kỹ thuật thiết bị, thiết kế ống, thủy lực khoan, kiểmsoát giếng Các vấn đề còn lại có nội dung tương đối giống với khoan thôngthường, trên cơ sở đó, xin được phép không trình bày thêm để luận văn đượcngắn gọn và mạch lạc

2.1 ĐẶC TÍNH THIẾT BỊ

Hệ thống khoan bằng ống chống thiết kế các thành phần bề mặt và tronglòng giếng sao cho có khả năng sử dụng ống chống thông thường trên thị trườngđể làm cột ống khoan, do đó mà giếng được khoan và chống ống liên tục, kịpthời

Oáng chống được xoay từ trên bề mặt thông qua đầu xoay thủy lực trongtoàn bộ quá trình khoan (Hình 2.14) Dung dịch được tuần hoàn xuống từ bêntrong ống chống và ra ngoài đi lên trong khoảng không vành xuyến giữa ống cộtống chống và thành giếng khoan

Oáng chống sử dụng trong công nghệ này là loại ống chống cùng kíchthước, trọng lượng, mác thép với loại ống chống thông thường Đầu nối ốngchống có thể phải thay đổi do chúng cần gia cố thêm để cung cấp đủ lực xoắn,độ chịu tải mỏi và khả năng để dung dịch có thể đi qua được dễ dàng (Hình2.5) Ngoài ra, cột ống chống còn được bảo vệ thêm bằng vòng bọc bên ngoàiđể hạn chế khả năng gây mài mòn cho ống chống (Hình 2.12)

Mỗi đoạn ống chống khi tiếp ống sẽ được kéo lên bởi khóa nâng thủy lực(Hình 2.1), khóa nâng này được lắp đặt vào hệ thống truyền động (Hình 2.2)được lắp đặt ngay bên dưới đầu xoay thủy lực Hệ thống truyền động này sẽ chịutải toàn bộ cột ống chống khi thao tác lắp đặt, tạo lực kết nối ống, tạo lực xoayống, bơm dung dịch tuần hoàn trong khi khoan mà không cần phải kết nối renvào đầu nối ống chống Hệ thống truyền động này được gắn vào bên trong ốngđối với ống chống có đường kính lớn và gắn kết bên ngoài ống đối với ống

chống có đường kính nhỏ (Hình 2.3) Hệ thống này nhằm đưa ống chống vào vịtrí chuẩn trước khi bắt đầu xoay ống tiến hành khoan mà không cần tạo ren vàođầu nối ống chống gây hư hỏng ren Sử dụng hệ thống truyền động giúp cho việctiếp ống nhanh chóng thuận tiện như khi tiếp cần trong khoan thông thường,giảm tối thiểu các hoạt động trên sàn và nâng cao độ an toàn cho giàn.

Khóa nâng ống đơn cần

Hệ thống truyền động

Hình 2.2 Hệ thống truyền động [13]

HYDRAULIC ACTUATOR API 6 5/8” REG RH CONNECTION

STABBING GUIDE CUP PACKER TRIP & TORQUE GRAPPLE

LENGTH 10’

Hình 2.3 Đặc tính kỹ thuật hệ thống truyền động [13]

Cột ống chống khoan bao gồm ống chống, vòng nối ống chống, định tâm,ống bọc và choòng chân đế Các thiết bị này cùng với việc tính toán lực xoắn,lực mài mòn, tính mỏi của vật liệu sẽ đảm bảo cho việc khoan bằng ống chốngđến được mục tiêu thiết kế (Hình 2.4)

ACTUATOR ASSEMBLY

SPECIFICATIONS

• API 6 5/8” Reg RH Connection

• 500 Ton API 8C Load Rating

• Hydraulic Activated Open

• Hydraulic Activated Close

• Hydraulic Source 7GPM, 2000PSI

•API 6 5/8” Reg RH Connection

•350 Ton API 8C Load Rating

• API 6 5/8” Reg RH Connection

• 290 Ton API 7G Load Rating 7”, 7 5/8”,

Spear Head and Cup Packers Sizes

- Casing Weight Specific

7”, 7 5/8”, 8 5/8”, 9 5/8”, 10 3/4”, 11 3/4”,

13 3/8”

• Patent Pending

Đầu xoay thủy lực

Cần dẫn động

Vòng nối

Định tâm

Choòng chân đế

Giúp nâng cao lực xoắn

Định tâm ống chống và chống mài mòn

Hình 2.5 Đặc tính kỹ thuật đầu nối ống chống [19]

Các đoạn giếng khoan bằng ống chống trong những thành hệ mềm đượckhoan bằng những thiết bị không thu hồi được (non-retrievable drilling tools).Khi khoan vào những thành hệ cứng hơn thì cần phải thay thế cấu trúc phá hủyđất đá trước khi có thể đạt đến độ sâu thiết kế cũng như để kiểm soát sự dẫnhướng cho giếng

Do đó việc sử dụng bộ khoan cụ có khả năng thu hồi (retrievable BHA)nhằm cung cấp những giải pháp linh hoạt hơn khi gặp phải vấn đề này (Hình2.6) Bộ khoan cụ có thể thay thế linh hoạt tùy theo điều kiện giếng thay đổi

cũng như khi địa tầng thay đổi Việc kiểm soát dẫn hướng của giếng được ápdụng thông qua bộ định tâm được lắp đặt trong bộ khoan cụ ngay phía dưới chânđế của cột ống chống khoan (Hình 2.11) Bộ định tâm này giúp cho hình dạng lỗkhoan tương đối ổn định, sau đó lỗ khoan sẽ được khoan doa rộng ra bởi choòngdoa lắp ngay phía trên của bộ định tâm, choòng doa này có tác dụng mở rộngđường kính giếng sao cho cột ống chống có thể lọt qua dễ dàng (Hình 2.7; 2.8;2.9).

Quy trình khoan xiên khi khoan bằng ống chống cũng tương tự như khoanthông thường Bộ khoan cụ có thể lắp đặt các thiết bị khoan thông thường, chỉ cósự khác biệt là đường kính của bộ khoan cụ phải nhỏ hơn đường kính trong củaống chống để có thể thả lọt qua ống chống khi lắp đặt, cũng như để khoan pháqua đoạn ống chống đã trám xi măng trước đó Cả hai thiết bị động cơ đáy chỉnhxiên thủy lực và động cơ đáy chỉnh xiên xoay đều có thể sử dụng được vớiphương pháp khoan bằng ống chống

Góc mở của giếng có thể đạt được phụ thuộc vào kích thước của ốngchống sử dụng Độ mở góc lớn nhất phụ thuộc vào giới hạn mỏi của ống chống.Độ mở góc này được thực hiện với bộ khoan cụ có khả năng thu hồi

Một số thiết bị lòng giếng khác có thể được lắp đặt thêm vào bộ khoan cụtheo yêu cầu sử dụng Trong giếng thẳng đứng, bộ định tâm được lắp đặt trongbộ khoan cụ (Hình 2.11), còn trong giếng khoan định hướng thì lắp đặt động cơđáy chỉnh xiên, thiết bị đo trong khi khoan, đo log trong khi khoan, cần nặngkhông nhiễm từ như giếng khoan thông thường

Bộ khoan cụ được thiết kế để kéo thả được với cáp khoan, việc kéo thảđược thực hiện bên trong ống chống do đó hạn chế được việc làm hư hỏng thànhgiếng và an toàn hơn so với khoan thông thường Trong khi kéo thả bộ khoan cụthì giếng vẫn tuần hoàn được, điều này cho phép giếng có thể khoan sâu hơn sovới khoan thông thường mà không phải lo ngại nhiều về việc kiểm soát giếngtrong khi kéo cần lên như trong khoan thông thường (Hình 2.6).

Bộ khoan cụ được gắn vào ống chống tại một vị trí gần cuối chân đế ốngchống bởi bộ khóa cần (Dril-Lock Assembly) Bộ khóa cần dùng để kết nối cácthiết bị khoan thông thường vào ống chống khoan bằng đầu nối xoay, đồng thờihỗ trợ kéo thả các thiết bị này vào và ra khỏi ống chống (Hình 2.10)

Hình 2.6 Thiết bị trong bộ khoan cụ ï [13]

Động cơ đáy, chỉnh xiên, đo log Bộ khóa cần

Vòng bọc

Bộ khóa cần

Hình 2.7 Caàn khoan doa [17]

Hình 2.9 Đặc tính kỹ thuật cần khoan doa [17]

Hình 2.10 Đặc tính kỹ thuật đoạn ống nối khóa cần [12]

Hình 2.11 Đặc tính kỹ thuật định tâm [14]

Hình 2.12 Đặc tính kỹ thuật vòng bọc [15]