Tải bản đầy đủ
LỰA CHỌN PROFILE VÀ TÍNH TOÁN CẤU TRÚC GIẾNG

LỰA CHỌN PROFILE VÀ TÍNH TOÁN CẤU TRÚC GIẾNG

Tải bản đầy đủ

10

-

Cột địa tầng: cột địa tầng được thể hiện đầy đủ ở trên đây. Cột địa tầng cũng thể
hiện được đầy đủ các yếu tố địa chất của giếng khoan mà chúng ta thi công.

-

Chiều sâu của giếng khoan: chiều sâu của giếng khoan lớn là 4785 m.

-

Khoảng dời đáy: là khoảng cách tính theo phương nằm ngang từ miệng giếng khoan
tới đáy giếng khoan khi chiếu profin giếng lên mặt phẳng nằm ngang. Ở đây khoảng
dịch đáy đang thi công là 538 m.
Hướng cắt của thân giếng khoan với các khe nứt trong vỉa sản phẩm sao cho
đạt được lưu lượng khai thác tốt nhất
2.2. Lựa chọn, tính toán Profile giếng 126 – BK15
2.2.1. Mục đích và yêu cầu lựa chọn Profin giếng khoan 126 – BK15
Căn cứ vào mục đích, yêu cầu của giếng ta thấy:
- Giếng được thiết kế khai thác dầu trong tầng oligoxen dị thường áp suất cao
cho nên phần thân giếng trong vỉa sản phẩm được lựa chọn là thẳng đứng;
- Tỷ lệ giữa chiều sâu giếng và khoảng dịch đáy khá lớn (xấp xỉ 9 lần) cho
nên góc nghiêng của giếng không lớn, khoảng dịch đáy nhỏ.
Qua phân tích và dựa vào các dạng profile giếng khoan cơ bản cũng như kinh
nghiệm thiết kế, thi công các giếng lân cận cho thấy profile dạng quỹ đạo tiếp tuyến
phù hợp nhất đối với giếng 126 – BK15. Từ trên xuống profile gồm các thành phần
sau (hình 2.1):
-

Đoạn thẳng đứng phía trên (l1).
Đoạn cắt xiên (l2).
Đoạn giữ ổn định góc xiên (l3).

.

MSSV 1221010220

Page 10

11

Hình 2.1: Hình dạng profile được lựa chọn cho giếng 126-BK15
2.2.2. Tính toán Profile giếng
Để tính toán profile giếng khoan cần phải lựa chọn một số thông số ban đầu,
các thông số này được thể hiện trong bảng 2.1 dưới đây :
Bảng 2.1. Bảng thông số ban đầu của giếng khoan 126 – BK15
ST
T
1
2
3
4
5
6
7

Thông số
Chiều sâu thẳng đứng của giếng khoan
Chiều sâu đoan thẳng đứng phía trên
Góc tiếp cận vỉa sản phẩm
Khoảng dịch đáy
Góc phương vị của giếng
Đoạn tăng góc nghiêng
R2, θ, H2, H3, l2, l3.

Ký hiệu

Giá trị

H0
H1
φ
S
β
Δi2
-

4785m
3089m
900
538m
1370
70/100m
?

Căn cứ vào các thông số ban đầu của giếng khoan 126 – BK15 chúng ta đi
tính toán profile của giếng như sau:

* Bán kính cong:
MSSV 1221010220

Page 11

12

R2 =

180 180.10
=
= 819
π .i2 3,14.0,7
m

Để đảm bảo khả năng đi qua tự do của bộ khoan cụ trong ống chống trong quá
trình khoan thì R2 > Rmin (bán kính cong cực tiểu cho phép giới hạn làm việc của bộ
khoan cụ).
Ta có công thức:
Rmin =

167.L2t
Dc − d t − k + f ,m

(2.1)

trong đó:
Lt : tổng chiều dài của tuabin và choòng khoan: Lt = 9,2 + 0,52 = 9,72 m
Dc : đường kính choòng khoan: Dc = 311,1 mm.
dt : đường kính tuabin, dt = 244,4 mm.
k : khe hở giữa tuabin và thành giếng khoan, k = 5 ÷ 8 mm.
f = 0,13.10 6.Qt .

L2t
E.I t

f : độ uốn của tuabin,
trong đó :
It : momen quán tính của tuabin, It = 0,049.dt4 = 17482,4 cm4.
Qt: khối lượng 1 cm chiều dài tuabin, Qt = 1,987 kg.
E: modun đàn hồi của thép, E = 2,1.106 kG/cm2.
Ta tính được f = 6,65 mm.
Thay vào công thức (2.1) ta được :
Rmin = 230,84 m.
Ta có: R2 > Rmin ( Thỏa mãn yêu cầu )
*Góc nghiêng cực đại của giếng:
Ta có :
θ = arccos

R2 ( R2 − S ) + H H 2 + S 2 − 2 SR2
( R2 − S ) 2 + H 2

(2.2)

Trong đó:
R2 = 819m.
H = H0 – H1 = 4785 – 3089 = 1696m.
Thay R0 và H vào (2.2) ta có: θ = 19,04°.
Ta xác định các thông số còn lại:
*Đoạn thẳng đứng (H1)
H1 = l1 = 3089m.
*Đoạn cắt xiên tăng góc nghiêng thân giếng khoan:
MSSV 1221010220

Page 12

13

Ta có :
Chiều sâu thẳng đứng : H2 = R2.sin θ = 819.sin19,040 = 267m.
Khoảng dịch đáy : S2 = R2.(1- cos θ) = 819.(1 – cos19,040) = 45m.
=

2.π .R2 .θ
=
360
0,01745.819.19,04 = 272m.

Chiều dài thân lỗ khoan : l2
*Đoạn ổn định góc nghiêng thân giếng khoan:
Ta có
H3 = H0 – (H1 + H2)= 4785 – (3089 + 267) = 1429 m
=

H3
1429
=
=
cos θ cos19, 040 1512 m.

Chiều dài thân lỗ khoan: l3
Khoảng dịch đáy : S3 = H3.tg θ = 1429.tan19,040 = 493 m.
Vậy ta có:

∑S = S
∑l = l

1

2

+ S 3 = 45 + 493 = 538

m.

+ l 2 + l 3 = 3089 + 272 + 1512 = 4873

∑H = H

1

m.

+ H 2 + H 3 = 3089 + 267 + 1429 = 4785

m.

Bảng 2.2. Profile của giếng khoan 126 – BK15
Các đoạn profile

Chiều sâu thẳng
đứng (m)

Chiều dài
thân giếng
(m)

Khoảng dịch
đáy (m)

Đoạn thẳng đứng

3089

3089

0

Đoạn tăng góc nghiêng

267

272

45

Đoạn ổn định góc nghiêng

1429

1512

493



4785

4873

538

MSSV 1221010220

Page 13

14

Hình 2.2 : Profile giếng khoan 126-BK15

MSSV 1221010220

Page 14

15

2.3. Lựa chọn, tính toán cấu trúc giếng khoan 126 – BK15
2.3.1. Mục đích và cơ sở lựa chọn cấu trúc giếng
a. Mục đích
Cấu trúc của giếng khoan trên biển phải đảm bảo các yếu tố sau:
- Ngăn cách hoàn toàn nước biển, giữ ổn định thành giếng khoan để việc kéo
thả các bộ dụng cụ khai thác, sửa chữa được tiến hành bình thường;
- Bảo vệ giếng khi có sự cố phun;
- Đường kính của cột ông 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.
b. Cơ sở lựa chọn cấu trúc giếng
Giếng khoan khai thác dầu khí, không chỉ đơn thuần là công trình khoa học,
nó còn mang ý nghĩa thương mại rất lớn. Mỗi giếng khoan hoàn thành phải tốn kém
đến hàng triệu có khi hàng chục USD. Tuy vậy, bên cạnh khía cạnh kinh tế ta không
thể bỏ qua những yêu cầu bắt buộc về mặt kỹ thuật.
Với điều kiện thực tế giếng được tiến hành thi công trong mỏ Bạch Hổ, để có
một cấu trúc giếng khoan thiết kế phù hợp phải dựa vào các yếu tố sau:
* Yếu tố địa chất.
Được xem là yếu tố cơ bản nhất để xác định cấu trúc các cột ống chống. Các
yếu tố như: tính chất cơ lý, độ ổn định của đất đá khoan qua, nhiệt độ, áp suất vỉa,
áp suất rạn nứt vỉa, nhiệt độ của các tầng trầm tích….Những yếu tố đó có thể tạo
điều kiện thuận lợi hoặc gây cản trở cho công tác thi công giếng. Do đó cần phải
phân tích đặc điểm cột địa tầng để dự đoán được những khó khăn phức tạp khi
khoan, đồng thời đưa ra những quyết định cho việc lựa chọn cấu trúc giếng khoan.
Cụ thể điều kiện địa chất giếng khoan 126 – BK15.
- Từ độ sâu 86÷2251m: Đất đá mềm bở rời, gradien áp suất vỉa ít thay đổi, tầng
này cho tốc độ cơ học khoan cao, nhưng có thể có hiện tượng bó hẹp sập lở thành
giếng, lắng đọng mùn khoan lớn;
- Từ 2251÷3066 m: Đất đá có độ cứng từ trung bình đến cứng, gradien áp suất
vỉa tăng nhưng chậm, có chứa xen kẽ các tập sét dễ gây mất ổn định thành giếng
khoan như trương nở, tạo mút và co thắt giếng;
MSSV 1221010220

Page 15

16

- Từ 3066÷4510m: Đây là tầng Oligoxen thượng và trung của hệ tầng Trà cú,
Trà tân. Gradien áp suất vỉa dị thường cao dễ xảy ra hiện tượng mất dung dịch, mất
ổn định thành giếng khoan. Ở tầng này chứa dầu công nghiệp. Và giếng đang khai
thác nằm trong phần này
- Từ độ sâu 4510 m trở xuống dưới: Đất đá móng kết tinh từ cứng đến rấ t cứng.
Đất đá ổn định và bền vững
* Yếu tố kĩ thuật và công nghệ
Việc lựa chọn cấu trúc giếng khoan còn phụ khả năng cung ứng ống chống và
các trang thiết bị phục vụ cho quá trình khoan và chống ống. Đối với giếng khoan
126 – BK15 thì đó là khả năng cung ứng về trang thiết bị, vật tư để thực công tác
khoan và chống ống với chiều sâu giếng khoan là 4785 và độ dịch đáy là 538 m.
* Yếu tố kinh tế.
Một cấu trúc giếng khoan được chọn phải tiết kiệm ống chống tối đa đồng thời
phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đã đề ra, giảm tối đa thời gian thi công….điều
này có nghĩa với việc giảm giá thành giếng khoan.
Cấu trúc ống chống phải đảm bảo 2 yếu tố:

- Đơn giản: ít cột ống chống nhất.
- Gọn nhẹ: đường kính ống chống nhỏ nhất cho phép.
Xuất phát từ mục đích của giếng khoan được đặt ra,vừa đảm các yêu cầu kỹ
thuật cho phép, giếng khoan càng đơn giản về mặt cấu trúc càng có lợi về mặt kinh
tế. Thông thường giá trị ống chống chiếm khoảng 15-20% giá thành công trình, cá
biệt có thể lên tới 40-50%. Như vậy đường kính ống chống, số lượng ống chống
không những ảnh hưởng tới giá thành mà còn kéo theo một loạt các phụ thuộc khác
như : thời gian thi công, giá thành của choòng, dung dịch, xi măng trám tăng lên.
2.3.2. Lựa chọn cấu trúc cho giếng khoan 126 – BK15
Căn cứ vào yêu cầu, mục đích, điều kiện địa chất cụ thể ở trên ta có thể lựa chọn
cấu trúc giếng 126 – BK15 như sau:
* Cột ống chống định hướng
Ống chống định hướng có tác dụng định hướng ban đầu cho lỗ khoan, ngăn cản
sự sập lở của đất đá và sự ô nhiễm của dung dịch khoan với tầng nước trên mặt, tạo
kênh dẫn cho dung dịch chảy vào máng, bảo vệ không cho dung dịch xới sập nền
khoan và móng thiết bị.

MSSV 1221010220

Page 16

17

Đối với giếng khoan 126 – BK15 trên biển nên ống chống này là ống chống
đầu tiên đóng vai trò cách nước. Dựa vào kinh nghiệm khoan của các giếng ở mỏ
Bạch Hổ ta sử dụng ống cách nước loại Φ720mm. Thi công bằng phương pháp búa
máy đóng xuống độ sâu 120m.
* Cột ống chống dẫn hướng
Đây là cột ống nhất thiết phải có nhằm:
- Ngăn ngừa thành lỗ khoan phía trên không bị sập lở,đóng kín những tầng
khí nông;
- Đóng vai trò một trụ rỗng trên đó lắp các thiết bị miệng giếng: Đầu ống
chống,thiết bị chống phun, các cột ống chống tiếp theo;
Theo kinh nghiệm thì lớp đất đá đệ tứ bở rời mới hình thành, có độ gắn kết kém nên
thành giếng khoan dễ sập lở khi ta thay đổi chế độ khoan. Vì vậy chiều sâu thường
chọn của cột ống này tới chiều sâu 250m, trám xi măng toàn bộ chiều dài cột ống.
* Cột ống chống trung gian
- Ống trung gian thứ nhất : Do khoan qua tầng biển Đông đất đá là cát sét từ mềm
đến trung bình, có hiện tượng mất dung dịch nhẹ nên ta tiến hành chống ống chống
trung gian đến chiều sâu 3066 m, trám xi măng toàn bộ chiều dài cột ống.
- Ống trung gian thứ hai : Cột ống này có mục đích ngăn cách tầng nham thạch
Oligoxen trong quá trình khoan qua tầng đất đá này, chống sập lở, bó hẹp thành
giếng khoan. Do đây là nơi có dị thường áp suất vỉa cao. Ống chống này được
chống đến độ sâu 4122 m và trám xi măng 1 phần từ độ sâu 2866 ÷ 4122 m.
* Cột ống chống khai thác
Đây là cột ống cuối cùng được thả xuống giếng khoan, ống chống này ngoài
mục đích khai thác còn góp phần gia cố thành giếng khoan trong tầng áp suất cao
Oligoxen, bảo đảm an toàn cho quá trình khai thác sau này. Ống chống lửng sẽ
được đặt ở độ sâu 4582 m.Phần đầu của ống chống này được đặt lồng vào trọng cột
ống trước đó tại vị trí 3922 m. Cột ống chống này sẽ đượ trám xi măng toàn phần.
Do đất đá ở tầng đá móng phong hóa có tính chất cứng và ổn định nên ta tiến
hành khoan tiếp ở độ sâu từ 4582 ÷ 4873 m mà không chống đoạn này nhằm khai
thác giếng thân trần.
2.3.3. Tính toán cấu trúc giếng
Nguyên tắc tính toán cấu trúc của giếng khoan bắt đầu từ đường kính của
ống khai thác cho đến cột ống chống trên cùng theo thứ tự từ dưới lên. Cấu trúc

MSSV 1221010220

Page 17

18

giếng khoan được tính toán làm sao cho quá trình khoan cũng như thả ống chống
đến chiều sâu dự kiến được thông suốt.
Chọn đường kính ống chống khai thác chủ yếu dựa vào lưu lượng khai thác
của giếng.
Chọn đường kính của choòng khoan chủ yếu dựa vào đường kính mupta của
ống chống (Dm) và khoảng hở để trám xi măng giữa mupta và thành giếng khoan (
δ)
Đường kính của choòng khoan (Dc) được tính theo công thức sau:
Dc = Dm + 2. δ = Dm + Δ

(2.3)
Sau khi xác định được đường kính choòng khoan người ta tiến hành xác định
đường kính của ống chống phía trên trước nó. Hiệu số giữa đường kính trong của
ống chống (dtg) và đường kính choòng khoan thả qua nó không được vượt quá 6 ÷ 8
mm:
dtg = Dc + ( 6 ÷ 8 ) mm
(2.4)
Dựa vào các số liệu tính toán ta lựa chọn đường kính choòng và đường kính
ống theo kích thước gần nhất theo bảng 2.3 và 2.4 sau:
Bảng2.3. Bảng qui chuẩn tính ∆ theo cấp đường kính ống chống của Goct
Đường kính ống chống (mm)
114, 127
140, 146
168, 178, 194
219, 245
273, 299
324, 340, 351
377, 407, 426

∆- không lớn hơn (mm)
10 – 15
15 – 20
20 – 25
25 – 30
30 – 35
35 – 45
45 – 50

Bảng 2.4. Bảng kích thước ống chống và đường kính Mufta tương ứng
Đường kính ống
chống(mm)
114
127
140
146
168
178
194
219
MSSV 1221010220

Mufta
Đường kính (mm)
127
142
154
166
188
196
216
245
Page 18

Chiều dài (mm)
159
165
171
177
184
184
190
197

19

245
270
197
273
299
203
299
324
203
324
351
203
340
365
203
351
376
229
377
402
229
407
432
228
426
451
229
508
533
228
Tính toán đường kính choòng khoan, đường kính ống chống
Đoạn giếng thân trần
Đường kính choòng khoan được sử dụng ở đoạn này là choòng có đường kính
165,1 mm = 6 ½’’ . (độ sâu 4582 - 4873 m).
Ống chống khai thác
Đường kính ống chống khai thác:
Đường kính trong của ống này là:
Ta có: Dt.kt = 165,1 + (6 ÷ 8) = 171,1 ÷ 173,1 mm.
Tra bảng tiêu chuẩn ta chọn được đường kính ống chống khai thác là:
Dkt = 178 mm.
Tra bảng 2.4 ta có: Dm.kt = 196 mm.
Đường kính choòng dùng để khoan đoạn ống chống này là:
Dc.kt = Dm.kt + (20 ÷ 25) = 216 ÷ 221 mm.
Tra bảng tiêu chuẩn choòng ta chọn Dc.kt = 215,9 mm = 8 ½’’.
Ống chống trung gian thứ hai
Đường kính ống chống trung gian thứ 2:
Đường kính trong ống này là:
Ta có: Dt.tg2 = Dc.kt + (6 ÷ 8) = 221,9 ÷ 223,9 mm.
Tra bảng tiêu chuẩn ta chọn được đường kính ống chống trung gian thứ hai là :
Dtg2 = 245 mm.
Tra bảng 2.4 ta có Dm.tg2 = 270 mm.
Đường kính choòng dùng để khoan đoạn ống chống này là:
Dc.tg2 = Dm.tg2 + (25 ÷ 30) = 295 ÷ 300 mm.
Tra bảng tiêu chuẩn choòng ta chọn Dc.tg2 =311,1 mm = 12 ¼’’.
MSSV 1221010220

Page 19

20

Ống chống trung gian thứ nhất
Đường kính ống chống trung gian thứ nhất:
Đường kính trong ống này là:
Ta có: Dt.tg1 = Dc.tg2 + (6 ÷ 8) = 317,1 ÷ 319,1 mm.
Tra bảng tiêu chuẩn ta chọn được đường kính ống chống trung gian thứ nhất là:
Dtg1 = 340 mm.
Tra bảng 2.4 ta có Dm.tg1 = 365 mm.
Đường kính choòng dùng để khoan đoạn ống chống này là:
Dc.tg1 = Dm.tg1 + (35 ÷ 45) = 400 ÷ 410 mm.
Tra bảng tiêu chuẩn choòng ta chọn Dc.tg1 = 444,5 mm = 17 ½’’.
Ống chống dẫn hướng
Đường kính ống dẫn hướng:
Đường kính trong của ống này là:
Ta có: Dt.dh = Dc.tg1 + (6 ÷ 8) = 450,5 ÷ 452,5 mm.
Tra bảng tiêu chuẩn ta chọn được đường kính ống dẫn hướng là:
Ddh = 508 mm.
Tra bảng 2.4 ta có Dm.dh = 533 mm.
Đường kính choòng khoan dùng để khoan đoạn ống chống này là:
Dc.dh = Dm.dh + (45 ÷ 50) = 578 ÷ 583 mm.
Tra bảng tiêu chuẩn choòng ta chọn Dc.dh = 660,4 mm = 26’’.
Ống định hướng
Chọn loại ống chống định hướng có đường kính là Dđh =720mm. Ống này được
đóng xuống biển tới độ sâu 120m bằng thiết bị chuyên dụng khi xây lắp giàn.
Kết quả tính toán cấu trúc giếng được trình bày trong bảng 2.5
Bảng 2.5 Kết quả tính toán ống chống giếng khoan 126– BK15

Đường kính
ống chống
(mm)

Đường kính
choòng
khoan(mm)

Định hướng

720

Dẫn hướng

508

Tên ống chống

MSSV 1221010220

Chiều sâu đặt
ống chống (m)
Từ

Đến

Chiều cao
trám xi măng
(m)

Đóng búa máy

0

120

//

660,4

0

250

250

Page 20