CÁC NGUYÊN TẮC KIỂM SOÁT GIẾNG
Kiểm soát sơ cấp
Duy trì bằng cách điều chỉnh áp suất do cột dung dịch khoan sinh ra trong giếng lớn hơn áp suất của các vỉa khoan qua
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Kiểm soát thứ cấp
Khi kiểm soát sơ cấp không còn tác dụng
Mục đích ngăn chặn dòng chảy của chất lưu vào giếng khoan
Cho phép tuần hoàn dòng chất lưu lên bề mặt và xả ra ngoài an toàn.
Bước đầu tiên đóng khoảng không vành xuyến tại bề mặt bằng các van BOP ngăn chặn dòng chất lưu tiếp tục xâm nhập
Bước tiếp theo, tuần hoàn dung dịch nặng đưa dòng xâm nhập lên và thay thế dung dịch khoan.
Dung dịch nặng hơn ngăn chặn dòng chất lưu tiếp tục xâm nhập vào giếng khi khoan tiếp
Giếng trở lại quá trình kiểm soát sơ cấp CÁC NGUYÊN TẮC KIỂM SOÁT GIẾNG
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Kiểm soát thứ cấp
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Kiểm soát sơ cấp không thành công do
Áp suất vỉa của tầng khoan qua cao hơn so với dự đoán
Áp suất do cột dung dịch tạo ra giảm xuống bởi một số lý do nào đó
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Kiểm soát sơ cấp không thành công do
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Trọng lượng riêng của dung dịch có thể bị giảm do
Loại bỏ pha rắn
Pha loãng quá nhiều (bằng cách thêm pha lỏng)
Dung dịch nhiễm khí
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Loại bỏ pha rắn
Mùn khoan phải được loại bỏ trên bề mặt.
Nếu các thiết bị loại bỏ không phù hợp, vật liệu làm nặng cũng bị loại bỏ
Pha loãng
Nếu dung dịch cần được xử lý để cải thiện một số tính chất
Pha loãng dung dịch bằng pha lỏng để giảm tỷ lệ pha rắn.
Pha chế không chính xác sẽ dẫn đến tỷ trọng của dung dịch giảm quá mức.
Dung dịch bị nhiễm khí
Khí từ vỉa xâm nhiễm dần vào dung dịch Tỷ trọng dung dịch đo tại bề mặt có thể giảm rất nhiều.
Lượng khí trong dung dịch khoan cần được theo dõi liên tục bởi kỹ sư log dung dịch
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Chiều cao cột dung dịch giảm do
Kéo cột cần
Giảm áp do kéo cần
Mất tuần hoàn
Kéo cột cần
Khi cần khoan được kéo ra khỏi giếng, chiều cao cột dung dịch sẽ giảm. Do đó, giếng phải được bù một thể tích dung dịch tương đương thể tích cần khoan được kéo ra.
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Giảm áp do kéo cần
Quá trình chất lưu từ vỉa bị hút vào giếng khi cần khoan đang được kéo ra khỏi giếng.
Xảy ra khi choòng khoan bị bó bởi các vật liệu khoan Tạo ra một vùng áp suất thấp dưới choòng và các chất lưu vỉa sẽ bị hút vào giếng khoan. (Hiệu ứng đối lập được gọi là tăng áp khi thả cần).
Giá trị giảm áp do kéo cần sẽ tăng khi:
Dung dịch khoan bám dính vào cần khoan;
Tốc độ kéo cần khoan;
Sử dụng dung dịch khoan có độ bền gel và độ nhớt cao;
Khoảng hở giữa thân giếng và cột cần khoan nhỏ;
Chiều dày vỏ sét lớn;
Mùn khoan tại choòng không được làm sạch hiệu quả.
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Mất tuần hoàn
Khi khoan qua các vỉa nứt nẻ hoặc có độ thấm rất cao
Sử dụng dung dịch khoan có tỷ trọng quá lớn và vượt quá gradient áp suất nứt vỉa
Khi áp suất giếng bị giảm, chất lưu từ vỉa áp suất cao sẽ có thể xâm nhập vào giếng.
Tổn hao dung dịch khoan vào vỉa có thể được giảm thiểu bằng cách:
Sử dụng dung dịch có tỷ trọng thấp nhất có thể;
Giảm tổn hao áp suất trong hệ thống tuần hoàn từ đó giảm ECD của dung dịch;
Tránh hiện tượng tăng áp khi thả cần khoan vào giếng;
Tránh để khoảng hở giữa thân giếng khoan và cột cần khoan quá nhỏ.
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Khó phát hiện hiện tượng mất dung dịch trong quá trình kéo thả
Sử dụng một thùng chứa dự trữ có đường kính nhỏ và vạch chia tỷ lệ chiều cao để kiểm soát lượng dung dịch được dùng để bù cho giếng hoặc lượng dung dịch trở về từ giếng tương ứng với khi cần khoan được kéo hoặc thả vào giếng.
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
CÁC DẤU HIỆU XUẤT HIỆN CHẤT LƯU XÂM NHẬP
Các dấu hiệu chính
Lưu lượng tuần hoàn tăng;
Thể tích dung dịch trong bể chứa tăng;
Có dòng chảy về từ giếng khi ngừng bơm;
Bù dung dịch cho giếng không đúng trong quá trình kéo cần.
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Lưu lượng tuần hoàn tăng
Khi máy bơm tuần hoàn Qout = Qin
Qout > Qin Có thể chất lưu xâm nhập
Thể tích dung dịch trong bể chứa tăng
Khi máy bơm tuần hoàn Qout = Qin Mực dung dịch trong bể không đổi
Mực dung dịch trong bể tăng Có thể có chất lưu xâm nhập (thể tích tăng bằng thể tích xâm nhập
CÁC DẤU HIỆU XUẤT HIỆN CHẤT LƯU XÂM NHẬP
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Có dòng về từ giếng khi ngừng bơm
Máy bơm không hoạt động không được có dòng về từ giếng.
Nếu ta tắt các máy bơm mà giếng tiếp tục chảy có chất lưu xâm nhập
Ngoài ra có 2 cách giải thích khác cho hiện tượng này:
Dung dịch bị giãn nở khi chúng nóng lên. Sự giãn nở này dẫn đến kết quả là một lượng nhỏ dòng về khi các máy bơm dừng lại
Nếu một lượng nhỏ dung dịch nặng vô tình được bơm vào cần khoan và dung dịch khoan trong khoảng không vành xuyến sẽ được thay thế bởi hiệu ứng bình thông nhau
Bù dung dịch cho giếng không đúng trong quá trình kéo thả
Giếng cần được bù dung dịch khi kéo cần khoan lên khỏi giếng.
Thể tích bù > tính toán có thể chất lưu xâm nhập CÁC DẤU HIỆU XUẤT HIỆN CHẤT LƯU XÂM NHẬP
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Các dấu hiệu phụ
Tốc độ khoan tăng đột ngột;
Dung dịch khoan nhiễm khí;
Thay đổi áp suất bơm.
CÁC DẤU HIỆU XUẤT HIỆN CHẤT LƯU XÂM NHẬP
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Tốc độ khoan tăng đột ngột
Tốc độ khoan tăng đột ngột có thể khoan vào một vỉa áp suất cao hơn
Khoan vào một vỉa có độ rỗng lớn hơn.
Cũng có thể chỉ đơn giản là do sự thay đổi khi khoan từ vỉa này sang một vỉa khác.
Dung dịch khoan nhiễm khí
Khi khí từ các vỉa khoan qua đi vào dung dịch
Không thể ngăn chặn khí đi vào cột dung dịch nhưng (dấu hiệu cảnh báo sớm về khả năng có dòng xâm nhập)
Dung dịch nhiễm khí có thể xảy ra là do:
Khoan vào vỉa chứa khí;
Sự giảm áp do kéo cần;
Dòng chất lưu xâm nhập do sự chênh lệch áp suất âm (áp suất vỉa lớn hơn áp suất giếng).
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Thay đổi áp suất bơm
Chất lưu xâm nhập vào giếng thường có độ nhớt thấp hơn và mật độ thấp hơn (nói chung) áp suất bơm cần thiết để tuần hoàn chất lưu vỉa thấp. Điều này sẽ làm giảm dần áp suất bơm để tuần hoàn dung dịch khoan trong hệ thống
Dung dịch trong khoảng không vành xuyến trở nên nhẹ hơn dung dịch trong cần khoan cũng sẽ có xu hướng giảm và tốc độ bơm (hành trình trên phút) sẽ tăng lên
Tuy nhiên, hiệu ứng này có thể do các vấn đề phức tạp khác trong công tác khoan gây ra (ví dụ như hiện tượng rửa trôi trong cần khoan hoặc gãy cần)
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Phòng ngừa trong khi khoan
Trong quá trình khoan, luôn phải theo dõi các dấu hiệu được mô tả ở trên
Nếu một trong những dấu hiệu đó xuất hiện thì phải ngừng tuần hoàn
Xác định có phải chất lưu xâm nhập hay không.
Qui trình để thực hiện kiểm tra dòng chảy từ giếng như sau:
Kéo cột cần lên cho đến khi gặp đầu nối đầu tiên ở sàn khoan
Tắt máy bơm.
Đặt chấu chèn để hỗ trợ cần khoan.
Quan sát đường ống dẫn và kiểm tra dòng chảy từ vành xuyến.
Nếu dung dịch vẫn chảy thì phải đóng BOP lại. Nếu dung dịch không chảy thì tiếp tục tiến hành công tác khoan và kiểm tra thêm các dấu hiệu của chất lưu xâm nhập.
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Phòng ngừa trong quá trình kéo thả
Trước khi kéo cần khoan ra khỏi giếng, thực hiện các biện pháp phòng ngừa sau:
Tuần hoàn dung dịch từ đáy giếng lên để đảm bảo không có dòng xâm nhập vào giếng.
Thực hiện kiểm tra dòng chảy từ giếng.
Bơm nút dung dịch nặng vào trong cột cần giúp ngăn ngừa cần khoan bị kéo lên trong khi dung dịch vẫn ở trong cần khi các đầu nối được tháo ra. Dung dịch vẫn nằm trong cần khó tính toán thể tích chiếm chỗ của cần khoan.
Theo dõi chặt chẽ thể tích dung dịch để bổ sung vào giếng
Khi xem xét các trường hợp nêu trên, nên chú ý đến trình tự các công tác và để tránh hiểu sai các dấu hiệu.
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Qui trình kiểm tra dòng chất lưu xâm nhập
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
KIỂM SOÁT THỨ CẤP
Thực hiện khi kiểm soát sơ cấp đã bị thất bại,
Ngừng tất cả các công việc khoan hay kéo thả đưa giếng trở lại quá trình kiểm soát sơ cấp.
Đóng các van BOP, bịt kín khoảng không vành xuyến ở bề mặt.
Thông thường chỉ đóng đối áp vạn năng, các đối ấp ngàm ở dưới cũng được sử dụng khi cần thiết.
Khi đóng giếng áp suất trong cần khoan và vành xuyến phải được theo dõi cẩn thận.
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
THIẾT BỊ PHÕNG CHỐNG PHUN BOP (Blowout Preventer)
Thiết bị chống phun được sử dụng để đóng giếng, gồm 2 loại:
Đối áp vạn năng
Đối áp ngàm
Thành phần chính là bộ phận làm kín bằng cao su có dạng hình tròn
Bộ phận làm kín này có thể được ép sát vào cần khoan bởi một piston thủy lực.
Bộ phận làm kín sẽ đóng giếng tại bất kỳ kích thước hoặc hình dạng cần khoan nào. Cần khoan có thể quay chậm hoặc di chuyển lên xuống khi đóng giếng,
Đối áp vạn năng
Đối áp ngàm
Đối áp ngàm gồm bộ phận làm kín và má đối áp được đặt đối diện nhau và sử dụng piston thủy lực để đẩy hai má đối áp vào giữa.
Đối áp ngàm được chia làm 3 loại
Đối áp má đặc: Đóng giếng hoàn toàn khi không có cần khoan trong giếng
Đối áp ôm cần: Đóng giếng theo một kích cỡ cần khoan
Đối áp cắt cần: Được sử dụng để cắt cần khoan trong trường hợp khẩn cấp. Một đối áp ôm cần sẽ được lắp đặt ở dưới đối áp cắt cần
Qui trình đóng giếng
Phát hiện chất lưu xâm nhập trong khi khoan:
Kéo cột cần khoan cho đến khi gặp đầu nối đầu tiên ở sàn khoan.
Dừng bơm dung dịch.
Đóng đối áp vạn năng.
Đọc áp suất đóng cần khoan, áp suất đóng vành xuyến và mực dung dịch tăng trong bể chứa.
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Qui trình đóng giếng
Trước khi đóng đối áp vạn năng, mở van tiết lưu để ngăn chặn hiệu ứng tăng áp lên đoạn giếng thân trần.
Từ từ đóng đóng van tiết lưu khi đã đóng đối áp vạn năng.
Khi giếng đã đóng, chờ một thời gian để áp suất trong cần khoan ổn định
Khi phát hiện chất lưu xâm nhập trong quá trình kéo thả:
Đặt đầu nối cần lên trên chấu chèn.
Lắp đặt van an toàn (mở) ở phía trên cùng của cột cần khoan.
Đóng van an toàn và đối áp vạn năng.
Lắp cần chủ đạo.
Mở van an toàn.
Đọc áp suất đóng giếng và mực dung dịch tăng trong bể chứa.
Thời gian kể từ khi phát hiện ra chất lưu xâm nhập đến khi đóng giếng nên thực hiện trong khoảng 2 phút.
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
QUI TRÌNH DẬP GIẾNG NÓI CHUNG
Không có cột cần khoan trong giếng
Phương pháp thể tích
Sử dụng sự giãn nở của khí để duy trì áp lực dưới đáy giếng lớn hơn áp suất vỉa
Áp suất được điều chỉnh bằng cách xả van tiết lưu với một lượng nhỏ duy trì áp suất đáy giếng không đổi trong khi cho các bọt khí di chuyển lên đến bề mặt
Khi khí đến bề mặt
Khí được xả dần trong khi dung dịch được bơm từ từ vào giếng
Khi khí đã đi ra khỏi giếng, tuần hoàn dung dịch nặng hơn nhờ một ống được đẩy qua BOP
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Có cột cần khoan trong giếng
Nếu chất lưu xâm nhập khi kéo thả thả cột cần tới đáy qua BOP đã đóng dưới sức nặng của cột cần
Có hai phương pháp dập giếng khi cột cần khoan ở tại đáy giếng
Phương pháp tuần hoàn một lần
Phương pháp thợ khoan
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Phương pháp tuần hoàn một lần
Tuần hoàn dòng chất lưu ra và tuần hoàn dòng dung dịch nặng vào
Dòng xâm nhập được tuần hoàn ra ngoài bằng dung dịch dập giếng
Dung dịch dập giếng được bơm với tốc độ không đổi
Điều khiển để không làm giảm áp suất đáy giếng
Những ưu điểm của phương pháp này là:
Dung dịch nặng thường đi vào vành xuyến trước khi dòng xâm nhập lên tới bề mặt nên áp suất vành xuyến được giữ ở mức thấp. Do đó, sẽ có ít nguy cơ vỡ vỉa tại chân đế ống chống.
Áp suất vành xuyến tối đa sẽ chỉ tác dụng lên đầu giếng trong một thời gian ngắn;
Duy trì áp suất suất đáy giếng dễ dàng hơn bằng cách điều chỉnh van tiết lưu.
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Phương pháp tuần hoàn một lần
Khi phát hiện có dòng xâm nhập, phải đóng giếng ngay lập tức.
Khi áp suất đã ổn định ghi lại Pdp, Pann
Bơm dung dịch dập giếng.
Tại thời điểm dung dịch nặng đến choòng khoan, Áp suất ống đứng bằng tổn hao áp suất do tuần hoàn dung dịch nặng hơn
k
c2 c1
m
P P
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Giai đoạn I (Thay thế dung dịch nặng vào cần khoan)
Giai đoạn II (Bơm dung dịch nặng vào vành xuyến cho đến khi dòng xâm nhập lên tới van tiết lưu)
Giai đoạn III (Toàn bộ dòng xâm nhập được loại bỏ khỏi vành xuyến)
Giai đoạn IV (Giai đoạn toàn bộ dòng xâm nhập được thải ra và dung dịch nặng lên tới bề mặt)
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Sơ đồ lắp đặp cụm BOP đề xuất bởi API
BOP trên mặt dùng cho các giếng có áp suất cao 10.000 đến 15.000 psi
15M - 13 5/8" - RS*RRA**G**
trong đó
15M- Áp suất uất làm việc = 15.000 psi 13 5/8"- Đường kính trong
RS*RRA**G** là thứ tự các thành phần từ dưới lên như sau:
G- Đầu quay
A- Đối áp vạn năng R- Đối áp ngàm đơn S- Đầu nối chữ thập Rd- Đối áp ngàm đôi Rt- Đối áp ngàm 3
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN
Sơ đồ lắp đặp cụm BOP đề xuất bởi API
BOP đáy biển dùng cho các giếng có áp suất cao 10.000 đến 15.000 psi
CH- Các đầu nối điều khiển từ xa được liên kết đầu giếng hoặc các thiết bị đối áp với các thành phần khác
CL- Các đầu nối được điều khiển từ xa để nối ống bao với cụm thiết bị đối áp.
KIỂM SOÁT ÁP SUẤT GIẾNG TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN