Tải bản đầy đủ
Hình 1.2: Cột địa tầng dự kiến của giếng khoan N0 1208

Hình 1.2: Cột địa tầng dự kiến của giếng khoan N0 1208

Tải bản đầy đủ

CHƯƠNG II
LỰA CHỌN THIẾT KẾ PROFILE VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẤU
TRÚC GIẾNG KHOAN N0 1208
2.1. Mục đích, yêu cầu xây dựng profile giếng khoan.
2.1.1. Mục đích xây dựng profile giếng khoan.

- Đảm bảo hiệu quả kinh tế cao.
- Số lượng ống chống ít nhất.
- Ít xảy ra sự cố khi cắt xiên và đảm bảo khoan và chống ống thông suốt.
- Hệ số thu hồi sản phẩm của vỉa là lớn nhất.
- Để các giếng khoan không trùng nhau khi thực hiện công tác khoan.
2.1.2. Yêu cầu xây dựng profile giếng khoan.

- Giảm tối đa chi phí về thời gian thi công và thiết bị trong quá trình thi
công.
- Đạt độ sâu, khoảng dịch đáy và góc để tiếp cận vỉa sản phẩm theo yêu
cầu đã đề ra.
- Thân giếng đảm bảo khoan nhanh, đảm bảo chất lượng và có độ cong ít
nhất.
- Đảm bảo quá trình khoan và chống ống an toàn với dạng profile giếng
khoan đã lựa chọn.
2.2. Lựa chọn profile cho giếng khoan N0 1208.
2.2.1. Các dạng profile cơ bản thường sử dụng trong khoan dầu khí.

Thực tế khoan dầu khí hiện nay đang sử dụng 5 dạng profile sau:

15

Hình 2-1: Các dạng profile thường sử dụng trong khoan dầu khí

*Dạng quĩ đạo tiếp tuyến (hình 2-1a): Dạng quĩ đạo tiếp tuyến đảm bảo
khoảng lệch ngang cực đại của thân giếng so với phương thẳng đứng trong
trường hợp góc nghiêng của thân giếng khoan nhỏ nhất. Dạng quĩ đạo này được
sử dụng cho các giếng khoan xiên định hướng với khoảng lệch đáy giếng lớn so
với phương thẳng đứng, cũng như khoan nhóm giếng có chiều sâu cắt xiên lớn.
*Dạng quĩ đạo hình chữ J (hình 2-1b): Sử dụng có hiệu quả ở các mỏ
dầu khi bộ khoan cụ đáy làm việc trong trạng thái ổn định ở các khoảng ổn định
góc nghiêng của quĩ đạo giếng. Mặt khác dạng quĩ đạo còn được sử dụng khoan
đoạn thân giếng nằm trong vỉa sản phẩm với góc nghiêng cực đại tới 900, có thể
sử dụng cho các giếng khoan ngang và các giếng mà chiều dày hiệu dụng của
vỉa sản phẩm mỏng hoặc các giếng cần tăng chiều dày hiệu dụng.
*Dạng quĩ đạo hình chữ S (hình 2-1c, 1d, 1e): Được sử dụng trong
trường hợp khi mở vỉa sản phẩm thân giếng phải thẳng đứng và cũng như khi
thiết kế giếng khoan sâu (chiều sâu thẳng đứng gần bằng 5000m).
2.2.2. Lựa chọn dạng profile cho giếng khoan N0 1208.

Căn cứ vào điều kiện địa chất, yêu cầu về hệ số thu hồi sản phẩm của vỉa
cao nhất và với khoảng lệch đáy lớn 680m so với chiều sâu của giếng ta chọn
profile giếng khoan dạng quĩ đạo tiếp tuyến để khoan cho giếng N0 1208.
Dạng quĩ đạo tiếp tuyến có 3 đoạn: đoạn thứ nhất thẳng đứng có chiều sâu
H1, đoạn thứ hai thực hiện cắt xiên có chiều sâu H2, đoạn thứ ba ổn định góc
nghiêng đến chiều sâu thiết kế giếng 3000m. Cường độ tăng góc nghiêng dự tính
là i=1,810/30m.
2.3. Tính toán thiết kế profile cho giếng khoan N0 1208.
2.3.1. Các thông số để tính toán profile:

- Chiều sâu thiết kế giếng theo phương thẳng đứng H0=3000m.
- Khoảng lệch đáy giếng theo phương nằm ngang S=680m.
16

- Chiều sâu bắt đầu cắt xiên H1=2020m.
- Cường độ tăng góc nghiêng là i=1,810/30m.
2.3.2. Xác định các thông số của profile giếng khoan.

- Bán kính cong R2.
- Góc cong của giếng khoan α.
- Độ sâu đoạn cắt xiên H2.
- Độ sâu đoạn ổn định góc nghiêng H3.
- Khoảng dịch đáy đoạn cắt xiên S2.
- Khoảng dịch đáy đoạn ổn định góc nghiêng S3.
- Chiều dài thân giếng L.
*Xác định bán kính cong đoạn tăng góc nghiêng R.

Áp dụng phương trình R2=57.32×

1
i

Ta được R2=57.32 × = 950.05m. => R2=950.05m.
Để giếng khoan có thể thi công được thì cần đảm bảo điều kiện:
R ≥ R (thông thường R ≥ 1.1× R).
- Tính R:
R=

(2-1)

Trong đó:
- l: Độ dài của động cơ đáy đến choòng (m), l = 0.35m.
- D: Đường kính choòng (m), D= 0.3111m.
- d: đường kính động cơ đáy (mm), d = 0.2032m.
- k: Khe hở nhỏ nhất giữa động cơ đáy và thành giếng khoan (mm),
k = 5÷ 8mm.
- f: độ uốn của động cơ đáy.
17

f= 0.13×10×q× , cm

(2-2)

Với:
- q: Khối lượng 1 của động cơ đáy (kg), q = 37.1 kg/cm
- E: Mô đun đàn hồi của thép (kG/ cm), E = 2.1×10 kG/cm.
- I: Mô men quán tính tiết diện ngang của động cơ dáy (cm).
I = 0.049×d = 0.049×20.32 = 8354 cm .
Thay số vào công thức (2-2) ta có: f = 3.68×10cm = 3.368×10m.
Từ đó, thay số vào công thức (2-1) ta có:
R = 206.2m.
Vậy R thiết kế thỏa mãn điều kiện khi khoan bằng động cơ đáy hiện có.
*Xác định góc lệch của giếng khoan α.
α = arccos

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

Trong đó R2=950.05m, S=680m, H=H0-H1=3000–2020 = 980m thay vào
công thức trên ta được cosα=0.5912 => α= 530 75’.
*Xác định các thông số còn lại:
- Độ sâu đoạn cắt xiên H2.
H2=R2×sinα =950.05×sin53.750= 766m.
- Độ sâu đoạn ổn định góc nghiêng H3.
H3=H0-(H1+H2) =3000-(2020+766) = 214m.
- Khoảng dịch đáy đoạn cắt xiên S2.
S2=R2×(1-cosα)=950.05×(1- cos53.750)=388.27m.
- Khoảng dịch đáy đoạn ổn định góc nghiêng S3.
S3=H3×tgα= 214×tg53.750= 291.86 m.
- Chiều dài thân giếng đoạn tăng góc nghiêng l2.
18

l2=0.01745×R2×α= 0.01745×950.05×53.750 = 891.08 m.
- Chiều dài thân giếng đoạn ổn định góc nghiêng l3.

l3=

H3
cos α

= = 361.9 m.

- Tổng chiều dài thân giếng khoan:
L=l1+l2+l3= 2020+891.08+361.9= 3272.98 m.

19

Bảng 2-1: Các thông số profile của giếng khoan N0 1208.
Tên đoạn

Độ sâu

Chiều dài thân

Khoảng dịch

(m)

(m)

đáy (m)

Thẳng đứng

2020

2020

0

Tăng góc nghiêng

766

891.08

388.27

Ổn định góc nghiêng

214

361.9

291.73

Tổng

3000

3272.98

680

Qua kết quả tính toán cho thấy các thông số đều hợp lí nên frofile được thiết
kế như trình bày ở hình 2.2.

Hình 2 - 2: Cấu trúc profile giếng khoan N0 1208.

2.4. Thiết kế cấu trúc giếng khoan.
2.4.1. Cơ sở thiết kế cấu trúc giếng khoan.

Việc lựa chọn cấu trúc giếng khoan phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản sau:
2.4.1.1. Yếu tố địa chất.

Điều kiện địa chất của giếng khoan là một nhân tố có ý nghĩa quyết định
cho việc lựa chọn cấu trúc cho giếng khoan đó. Những yếu tố như tính chất cơ lý
của đất đá khoan qua, nhiệt độ và áp suất của các tầng trầm tích. Những yếu tố
này có thể tạo điều kiện thuận lợi hoặc gây khó khăn cho công tác khoan. Do đó
cần phân tích cột địa tầng để từ đó dự đoán những khó khăn phức tạp khi khoan,
đồng thời đưa ra quyết định lựa chọn cấu trúc giếng khoan.
Một số yếu tố về điều kiện địa chất của giếng N0 1208 có ảnh hưởng tới
việc lựa chọn cấu trúc cho giếng khoan:
- Từ độ sâu 85m đến 1750m: địa tầng khoan qua chủ yếu là cát bở rời, hạt
thô (đôi chỗ cát kết), sỏi với các lớp bột kết và sét phiến mỏng, với độ cứng từ
mềm đến trung bình, Gradien áp suất vỉa nhỏ. Trong khoảng khoan này cho tốc
độ khoan cơ học cao, tuy nhiên dễ xảy ra hiện tượng sập lở thành giếng khoan.
20

Trong khoảng khoan này phải chống ống để đảm bảo cho quá trình thi công
khoảng khoan tiếp theo được an toàn.
- Từ độ sâu khoảng 1750m đến 2020m: Chủ yếu là các lớp sét mềm, dẻo,
màu xám, nâu đỏ, xám xanh, xám sẫm, phân lớp mỏng, gắn kết trung bình. Cát
kết màu xám sáng, hạt nhỏ đến trung bình, độ gắn kết yếu, các lớp bột màu xám
xanh, xám sáng, gắn kết yếu, gradien áp suất thấp dễ xảy ra hiện tượng sập lở
thành giếng, kẹt cần khoan và mất dung dịch nhẹ. Do đó để công tác khoan tiếp
được an toàn ta cần chống ống cho đoạn khoan này.
- Từ độ sâu 2020m đến 2800m: Chủ yếu là các lớp sét kết màu xám, xám
sẫm, xám đen, nâu sẫm ít nâu đỏ, phân lớp mỏng đến trung bình, cứng, dòn. Các
lớp cát kết màu xám sáng, hạt trung đôi khi hạt lớn, độ gắn kết trung bình, xi
măng gắn kết sét-carbonat, sét - caolin. Trong cát kết đôi khi gặp cuội sỏi granit,
ngoài ra còn gặp các lớp bột kết màu xám, xám sáng, nâu sẫm gắn kết trung
bình, gradien áp suất cao có thể xẩy ra hiện tượng sập lở hoặc kẹt cần. Vì vậy
trong khoảng khoan này cần phải chống ống để công tác khoan được an toàn.
- Từ độ sâu 2800m đến 3000m: Chủ yếu là đá kết tinh màu xám, xám tối,
xám xanh, rắn chắc, có nhiều chỗ phong hóa nứt nẻ và thường được lấp đầy bởi
Caolinit và Canxit, đất đá có độ cứng cao, dễ xẩy ra hiện tượng mất dung dịch.
Vì vậy trong khoảng này không phải chống ống, chất lượng dung dịch khoan
phải tốt.
2.4.1.2. Yếu tố kỹ thuật và công nghệ.

Việc lựa chọn cấu trúc giếng khoan còn phụ thuộc vào khả năng cung ứng
ống chống và các trang thiết bị phục vụ cho quá trình khoan và chống ống.
Giếng khoan N0 1208 được thi công bởi giàn khoan được trang bị đầy đủ các
trang thiết bị hiện đại, có khả năng đáp ứng được mọi yêu cầu trong quá trình thi
công.
2.4.1.3. Yếu tố kinh tế.

Cấu trúc giếng khoan được xem là hợp lý phải tiết kiệm ống chống tối đa
đồng thời phải đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật - công nghệ, điều kiện địa chất
của giếng khoan để giá thành giếng khoan là thấp nhất.
2.4.1.4.Yếu tố khai thác.

Đây là giếng khoan khai thác dầu khí do đó khí lựa chọn cấu trúc giếng
khoan cũng cần chú ý đến yếu tố lưu lượng khai thác. Cột ống chống khai thác
phải đảm bảo khai thác được lưu lượng thiết kế.

21

2.5. Tính toán thiết kế cấu trúc giếng khoan.
2.5.1. Các cột ống chống, chiều sâu thả và chiều sâu trám ximăng được lựa chọn.
2.5.1.1. Cột ống chống định hướng φ762mm

Ống này 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 đối 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. Nó là ống chống đầu tiên đóng vai trò ống cách
nước, đồng thời cũng là ống dẫn hướng có tác dụng dẫn hướng cho giếng khoan
và trên đó có lắp các thiết bị miệng giếng như: đầu ống chống, thiết bị chống
phun, treo các cột ống chống tiếp theo và một phần của thiết bị khai thác.
Với mục đích và yêu cầu như trên, dựa vào cột địa tầng của giếng khoan
ta khoan vào sâu trong đất đá khoảng 35m bằng choòng có đường kính
660.4mm và được mở rộng thành bằng thiết bị mở rộng thành giếng có đường
kính 914.4mm, chống ống 762mm và trám ximăng đến đáy biển.
Vậy ống chống định hướng ta chọn có chiều dài 120m, đường kính ống
định hướng được sử dụng là 762mm, có bề dày 25.4mm.
2.5.1.2. Cột ống chống dẫn hướng φ508mm

Do 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 ta
thường chọn chiều sâu của cột ống này là 250m, đường kính ống chống được
tính toán là 508mm.
2.5.1.3. Cột ống chống trung gian φ340mm

Ống này có tác dụng bảo vệ giếng khoan từ chân đế ống chống dẫn hướng
đến tầng đất đá ổn định, chống lại sự sập lở của tầng Mioxen muộn. Căn cứ theo
cột địa tầng thì từ 250 - 900m là đất đá mềm, bở rời dễ sập lở nên cần phải
chống ống để tiếp tục khoan đến chiều sâu thiết kế. Ống này được thả từ miệng
giếng đến chiều sâu 900m và ta chọn chiều cao trám ximăng từ chân đế ống
chống đến đáy biển nhằm cách ly toàn bộ các tập đất đá bên trên, gia cố cho
giếng khoan bền vững và đảm bảo bền cho ống chống.
2.5.1.4. Cột ống chống khai thác φ245mm

Do khoảng độ sâu từ 900 - 2760m thì gradien áp suất thủy tĩnh thay đổi
không đáng kể vì vậy ta có thể tiến hành khoan liên tục. Ống này được thả từ
trên mặt đến nóc của tầng Móng nhằm cách ly toàn bộ các vỉa sản phẩm trên của
giếng với phần Móng, vì trong giai đoạn khoan tiếp theo khoan vào tầng Móng
đất đá có cấu trúc rất bền vững, ổn định do đó không cần chống ống, chiều dài
22

ống chống là 2760m, để có thể cách ly tốt các tầng sản phẩm với nhau và để
đảm bảo bền cho ống chống ta trám xi măng vượt qua đế ống chống trước đó
200m. Đoạn thân giếng khoan vào móng ta để thân trần chiều sâu từ 2760m đến
3273 m.
2.5.2. Tính toán cấu trúc giếng khoan.

Nguyên tắc của việc tính toán đường kính ống chống và đường kính
choòng là bắt đầu từ đường kính của ống chống khai thác để tính toán đường
kính của các choòng khoan và các ống chống phía ngoài. Việc tính toán phải
đảm bảo cho quá trình khoan cũng như quá trình thả các ống chống được tiến
hành thuận lợi. 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 giữa mupta và thành giếng
khoan (∆).
* Công thức tính toán đường kính choòng khoan:
Dc= Dm + 2.∆

(3-3)

Trong đó: - Dc: là đường kính choòng khoan.
- Dm: là đường kính mupta ống chống.
- ∆: là khoảng hở cho phép giữa đầu nối ống chống và
thành giếng khoan.
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 và đường kính choòng khoan thả qua nó không được vượt
quá 6 ÷ 8 mm.
* Công thức tính đường kính trong ống chống:
Dt = Dc + (6 ÷ 8).

(3-4)

Trong đó: - Dt: là đường kính trong của ống chống.
- Dc: là đường kính của choòng khoan để khoan cấp đường kính tiếp
theo.
Dựa vào các số liệu tính toán ta lựa chọn đường kính choòng theo kích
thước gần nhất.
Đường kính choòng và ống chống ta tra bảng 2.2.
23

Bảng 2.2: Qui chuẩn tính ∆ theo cấp đường kính ống chống c ủa GOCT.
Đường kính ngoài của ống chống ∆ - không lớn hơn (mm)
(mm)
114, 127
10 ÷ 15
140, 146
15 ÷ 20
168, 178, 194
20 ÷ 25
219, 245
25 ÷ 30
273,299
30 ÷ 35
324, 340, 351
35 ÷ 45
377, 407, 426
45 ÷ 50
Bảng 2.3: Kích thước ống chống và đường kính Mupta tương ứng
Đường kính ngoài của Mupta
ống chống (mm)
Đường kính (mm)
114
127
127
142
140
154
146
166
168
188
178
196
194
216
219
245
245
270
273
299
299
324
324
351
340
365
351
376
377
402
407
432
426
451
508
533

24

Chiều dài (mm)
159
165
171
177
184
184
190
197
197
203
203
203
203
229
229
228
229
228

Bảng 2.4: Đường kính chuẩn của choòng khoan và ống chống tương ứng
Đường kính
choòng khoan

Đường kính ống theo
tiêu chuẩn API
(mm)

(mm)

Đường kính ống chống
theo tiêu chuẩn Nga
(mm)

914,4

762

720

660,4

508

-

490

-

426

444,5

340

-

393,9

-

324

311,1

244,5

-

295,7

-

244,5

215,9

194

193,7

165,1

-

140

Căn cứ vào lưu lượng khai thác và đặc tính cấu tạo tầng sản phẩm là đá móng.
Do đó giếng N0 1208 được thiết kế hoàn thiện theo dạng thân trần. Đường kính
choòng khoan mở vỉa sản phẩm có đường kính Ф215,9mm với đoạn mở vỉa sản
phẩm được khoan từ chiều sâu 2760m đến 3000m.
* Tính ống chống khai thác
- Theo công thức (2.4) ta có đường kính trong của ống chống khai thác:
dkt = 215, 9 + (6 ÷ 8mm) = 221,9 ÷ 223,9mm. Căn cứ vào đường kính ống theo
tiêu chuẩn API ở bảng 2.4 ta có: dkt = 245 mm. Tra bảng (2.3) được: Dm(kt) = 270
mm.
- Đường kính choòng cho đoạn khoan ống chống khai thác:
Theo công thức (2.3) được: Dc(kt) = Dm(kt) + ∆ = 270 + 25 ÷ 30 = 295 ÷ 300 mm.
Theo qui chuẩn choòng ta được Dc(kt) = 311,1 mm (12’’1/4).
là kinh tế nhất mà vẫn đảm bảo quy chuẩn khe hở cần thiết.
* Tính ống chống trung gian

25