Tải bản đầy đủ
CHƯƠNG II : LỰA CHỌN PROFILE VÀ TÍNH TOÁN CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN

CHƯƠNG II : LỰA CHỌN PROFILE VÀ TÍNH TOÁN CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN

Tải bản đầy đủ

-

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 3425 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 2438 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 ( gần 90° ).
2.1.3. Các dạng profin giếng khoan định hướng.
Trong công tác khoan dầu khí hiện nay, người ta thường sử dụng 5 dạng profile cơ bản
sau đây:
Trong công tác khoan dầu khí hiện nay, người ta thường sử dụng 5 dạng profin cơ bản
sau đây:
 Dạng quỹ đạo tiếp tuyến .
Dạng quỹ 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 nhỏ nhất.
Dạng quỹ đạo tiếp tuyến được sử dụng cho các giếng khoan nghiêng định hướng với
khoảng lệch đáy lớn hơn so với phương thẳng đứng, cũng như khi khoan qua nhóm giếng có
chiều sâu cắt xiên lớn, có hiệu quả khi bộ khoan đáy làm việc ổn định của các đoạn xiên của
quỹ đạo. Dạng mặt cắt này nên dùng cho giếng khoan định hướng vào vỉa có độ lệch lớn,
khi lỗ khoan có độ sâu trung bình.
Cấu trúc giếng khoan gồm 3 đoạn: đoạn trên (1) là đoạn thẳng đứng, đoạn giữa (2)
đoạn cong đều tăng góc lệch, đoạn (3) là đoạn nghiêng.

14

Hình 2.1a: Dạng quỹ đạo tiếp tuyến.
 Dạng quỹ đạo hình chữ S:
Dạng chữ S này hay sử dụng trong các trường hợp vỉa sản phẩm có bề dày lớn, khi mở
vỉa thân giếng thẳng đứng. Quỹ đạo tiến hành đơn giản, thuận lợi trong thiết kế và thi công,
đạt độ dịch đáy đủ lớn thuận lợi trong khi khoan mở vỉa đưa giếng vào khai thác. Dạng
profin này dùng để khoan các giếng có khoan nghiêng có chiều sâu lớn.
Dạng quỹ đạo hình chữ S- 5 đoạn.
Dạng profin này gồm 5 đoạn. Đoạn thẳng đứng bên trên (1), đoạn tăng góc lệch (2),
đoạn ổn định góc lệch (3), đoạn giảm góc lệch (4), đoạn thẳng đứng bên dưới (5). Dạng
profin này được dùng để khoan trong các giếng nghiêng có chiều sâu lớn. Nên sử dụng mặt
cắt này khi đoạn dưới của giếng khoan cắt qua nhiều tầng sản phẩm, mà việc khai thác
chúng tiến hành từ dưới lên.

15

Hình 2.1b. Dạng quỹ đạo hình chữ S-5 đoạn.
Dạng quỹ đạo hình chữ S-4 đoạn.
Profin này gồm 4 đoạn, chỉ khác profin dạng chữ S-5 đoạn ở chỗ là không có đoạn ổn
định góc nghiêng (3). Dùng profin dạng này để khoan những giếng khoan đến 2500m.

Hình 2.1c. Dạng quỹ đạo hình chữ S-4 đoạn.
Dạng quỹ đạo hình chữ S-3 đoạn.
Dạng quỹ đạo này gồm đoạn thẳng đứng phía trên, đoạn tạo góc nghiêng, đoạn giảm
góc nghiêng với cường độ lệch nhỏ.

16

Mắt cắt này chỉ áp dụng ở những giếng có độ giảm tự nhiên của góc cong không lớn, ở
những giếng khoan sâu mà ổn định góc nghiêng nhỏ.

Hình 2.1d. Dạng quỹ đạo hình chữ S-3 đoạn
 Dạng quỹ đạo hình chữ J.
Dạng quỹ đạo sử dụng có hiệu quả ở các mỏ dầu khí có bộ khoan cụ đáy làm việc
trong trạng thái ổn định ở các khoảng ổn định góc nghiêng của quỹ đạo .
Sử dụng khoan đoạn thân giếng nằm trong vỉa sản phẩm với góc nghiêng cực đại đến
90o có thể sử dụng cho các giếng khoan ngang và các giếng khoan có chiều dày hiệu dụng
của các vỉa sản phẩm mỏng hoặc các giếng cần tăng chiều dày hiệu dụng.
Profin dạng này gồm hai đoạn: đoạn (1) thẳng đứng, đoạn (2) uốn cong với góc lệch
tăng dần.
Người ta khoan theo dạng mặt cắt này như thế trong trường hợp giếng khoan cần phải
cắm vào vỉa với một góc đã định trước.
Trong những năm gần đây sử dụng động cơ đáy cùng với hệ thống điều khiển MWD
(Measurement while drilling) rất phổ biến, nên dạng profin chữ J được ứng dụng nhiều
trong thi công các giếng khoan dầu khí ở Việt Nam và thế giới.

17

Hình 2.1e. Dạng quỹ đạo hình chữ J
2.1.4. Lựa chọn và tính toán Profile
Từ những phân tích trên đây kết hợp với yếu tố địa chất vùng mỏ ta có thể thấy lựa
chọn profile dạng tiếp tuyến cho giếng 09-2/09 KTN-5X là phù hợp nhất và có thể đáp ứng
được các yêu cầu đã đề ra.
Đặc điểm profile giếng này được chia làm 3 đoạn như sau :

- Đoạn thẳng đứng phía trên.
- Đoạn tạo góc nghiêng.
- Đoạn ổn định góc nghiêng.
Các thông số thiết kế của Giếng 09-2/09-KTN-5X :

- Chiều sâu thiết kế giếng khoan : H0 = 3461,5 m
- Khoảng dịch đáy : S = 2438 m
- Chiều sâu đoạn thằng đứng phía trên : H1 = 780 m
- Cường độ cong đoạn tăng góc nghiêng : i2 = 2°/30m.
- Góc phương vị của giếng : α = 23°39’.
Ta có hình vẽ Profile giếng như sau :

18

Hình.2.1f. Quỹ đạo giếng KTN-5X
Dựa vào hình vẽ ta có :
Bán kính cong đoạn tăng góc nghiêng :
R2= = = 859,44m
H2 = R2.Sinθ .
Mà : H2 + H3 = H , H = H0 – H1 = 3461,5 – 780 = 2681,5 (m).
H3 = H – H2 = H – R2.Sinθ.
Tương tự ta có :
S2 = R2(1 – cosθ) , mà S2 + S3 = S nên S3 = S – R2(1 - cosθ)
Ngoài ra ta thấy :
19

tgθ= = (*)
Giải phương trình (*) ta được giá trị góc nghiêng lớn nhất :
θ = arccos .
Thay số vào biểu thức trên ta thu được giá trị góc nghiêng lớn nhất θ = 46°31’.
Sau khi có θ thay vào các biểu thức phía trên ta được :

Chiều sâu đoạn tăng góc nghiêng là :
H2 = R2sinθ = 859,44.sin46°31’ = 623,6 (m)
Từ đó ta có chiều sâu đoạn ổn định góc nghiêng là :
H3 = H – H2 = 2681,5 – 623,6 = 2057,9 (m).

Khi đó ta có khoảng dịch đáy ứng với đoạn ổn định góc nghiêng là :
S3 = H3 . tgθ = 2057,9 . tg 46°31’ = 2169,8 (m)

Khoảng dịch đáy ở đoạn tang góc nghiêng là :
S2 = R2( 1 - cosθ ) = 268,2 (m).
Từ hình vẽ ta có :

Chiều dài thân giếng đoạn thẳng đứng là :
l1 = H1 = 780 (m)

Chiều dài thân giếng đoạn tăng góc nghiêng là :
l2 = R2.= 697,75 (m).

Chiều dài thân giếng đoạn ổn định góc nghiêng là :
l3 = = 2990,5 (m )
Khi đó ta có bảng thông số profile của giếng như sau :

20

Bảng 2.1. Các thông số profile của giếng 09-2/09-KTN-5X
Tên Đoạn

Chiều Sâu

ChiềuDài Thân

Khoảng Dịch Đáy

Thẳng Đứng

H1 = 780

l1 = 780

S1 = 0

Tăng Góc nghiêng

H2 = 623,6

l2 = 697,75

S2 = 268,2

Ổn định góc nghiêng

H3 = 2057,9

l3 = 2990,5

S3 = 2169,8

Tổng

H0 = 3461,5

l = 4468,25

S = 2438

2.2. Lựa chọn và tính toán cấu trúc giếng khoan.
Khi khoan một giếng khoan dầu khí, chúng ta không thể khoan xuyên suốt qua tất cả
các thành hệ từ bề mặt (đối với công tác khoan trên đất liền) hay từ đáy biển (đối với công
tác khoan xa bờ) đến độ sâu mục tiêu với chỉ một lần khoan duy nhất do điều kiện không
cho phép của áp suất thành hệ hay do các yêu cầu về ô nhiễm môi trường tại nơi đặt giếng
khoan. Vì vậy công tác khoan sẽ được chia thành nhiều đoạn nhỏ cho đến khi đạt được độ
sâu mục tiêu, mỗi đoạn sẽ được cách ly với thành hệ khoan qua bằng một ống thép được đạt
vào trong giếng khoan, được gọi là ống chống. Sau đó giếng sẽ được trám xi măng để lắp
đầy khoảng không vành xuyến giữa ống chống và thành hệ, đồng thời giúp cố định ống
chống, liên kết ống chống với thành hệ.
Cấu trúc của giếng khoan bao gồm:

- Tập hợp các cột ống chống (số lượng, loại, chiều sâu thả, đường kính,…).
- Choòng khoan sử dụ
- ng ( loại choòng, đường kính,…).
- Khoảng trám xi măng ( chiều cao trám tính từ chân đế ống chống).
2.2.1 Cơ sở lựa chọn cấu trúc giếng.
Để có một cấu trúc giếng đảm bảo những yêu cầu trên thì cơ sở lựa chọn cấu trúc
giếng phải được lựa chọn dựa trên 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, số lượng các
cột ống, chiều sâu thả, chiều sâu trám xi măng. 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
21

phức tạp khi khoan, đồng thời đưa ra những quyết định cho việc lựa chọn cấu trúc giếng
khoan.
Bên cạnh việc phân tích tính chất cơ lý, độ ổn định của đất đá thành lỗ khoan người
ta còn phải quan tâm tới áp suất của vỉa (P v) và áp suất nứt vỉa(P n) để lựa chọn dung dịch
khoan phù hợp không gây sập nở thành giếng, gây phun hoặc mất nước rửa. Có ý nghĩa
là đảm bảo bất đẳng thức:
Pv
Suy ra: γd=

10 Pv
H

Trong đó: H là chiều sâu giếng khoan (m)
γd là trọng lượng riêng của dung dịch (G/cm3)
Pv ,Ptt ,Pn: lần lượt là áp suất vỉa , thủy tĩnh, nứt vỉa (at)
Khi lựa chọn cấu trúc giếng khoan ta phải dựa vào biểu đồ γv ,γd ,γn.
Từ biểu thức đó ta có thể lựa chọn : γv <γd <γn.
 Yếu tố kỹ thuật.
Yếu tố đề cập tới khả năng cung cấp vật liệu ống chống, các thiết bị bề mặt bảo đảm
cho quá trình thả ống và trám xi măng.
 Yếu tố công nghệ.
Yếu tố này là trình độ thi công của cán bộ công nhân khoan đảm bảo cho thời gian thi
công là ngắn nhất có thể.
 Yếu tố kinh tế.
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
22

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.
2.2.2. Lựa chọn cấu trúc cho giếng 09-2/09-KTN-5X.
Để có được một giếng khoan với cấu trúc hợp lý thì việc thiết kế cấu trúc của nó phải
tuân thủ theo các yêu cầu sau :

-

Cấu trúc giếng khoan được thiết kế phù hợp với điều kiện địa chất.

-

Đạt được độ sâu thiết kế.

-

Mở được tầng chứa dầu khí và cho phép tổ hợp các phương pháp nghiên cứu trong giếng.

-

Đáp ứng được quy phạm của ngành dầu khí.

-

Đảm bảo điều kiện tốt nhất để dầu khí xâm nhập vào giếng.

-

Đơn giản, gọn nhẹ, dễ thi công.

-

Phải đảm bảo làm việc bình thường khi khoan qua các tầng có dị thường về áp suất, nhiệt
độ, các tầng đất đá kém ổn định.

-

Cấu trúc của giếng phải phù hợp điều kiện kỹ thuật, công nghệ hiện có để đảm bảo tuổi thọ
của giếng,…
Để định hướng ban đầu cho lỗ khoan, tránh 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 nước biển tràn vào giếng và ngăn không cho dung dịch xâm nhập làm sập
nền khoan vs móng các thiết bị. Theo kết quả thu được thì tại mỏ Kình Ngư Trắng Nam
chiều sâu mực nước biển là 58m ,khoảng cách từ bàn roto đến mặt nước biển là 36,5m. Do
đó kết hợp với các giếng đã khoan lân cận đã khoan trước đó thì ta cần chống ống định
hướng đến chiều sâu 160m.
Tiếp theo là ống chống dẫn hướng. Ống chống này có tác dụng dẫn hướng cho giếng
khoan, giữ ổn định chân thành giếng ở phần trên khỏi sập lở, bảo vệ tầng nước trên mặt
không bị nhiễm bản bởi dung dịch khoan. Đồng thời ống này có vai trò quan trọng là một
trụ rỗng trên đó có lắp các thiết bị miệng như: đầu ống chống, thiết bị chống phun treo toàn
bộ các cột ống chống tiếp theo và một phần thiết bị khai thác.
Cột ống dẫn hướng do chịu toàn bộ trọng lượng nén của các cột ống tiếp theo do đó,
nó phải được trám xi măng toàn bộ chiều dài và phần nhô lên mặt phải đủ bền.

23

Theo như tài liệu địa chất thu được thì đoạn tiếp theo ta sẽ khoan qua trầm tích plioxen
– pleixtoxen ( điệp Biển Đông ). Địa tầng đoạn này có đặc điểm chủ yếu từ cát với cát
dăm,độ gắn kết kém, xốp rất dễ gây nên các hiện tượng như mất dung dịch hay sập lở cát do
đó để đảm bảo tránh những sự cố xảy ra khi khoan qua đoạn này người ta quyết định chống
cột ông dẫn hướng đến chiều sau 750m.
Tiếp theo là khoan qua tầng Mioxen cụ thể là :
+ Khoan qua phụ thống Mioxen thượng ( điệp Đồng Nai) có đặc điểm gồm đất đá mềm kém
ổn định, có cát xen kẽ với lớp sét mỏng do vậy khi khoan qua đoạn này rất dễ xảy ra hiện
tượng kẹt mút cột cần do sự mất ổn định của đất đá hai bên thành hệ.
+ Khoan qua phụ thống Mioxen giữa ( điệp Côn Sơn ) đặc điểm của đất đá tại tầng này chủ
yếu là tạo từ cát, cát dăm và bột kết, phần còn lại là các vỉa sét, sét vôi mỏng và đá vôi do đó
rất dễ gây sập lở và mất ổn định thành giếng khoan.
+ Khoan qua phụ thống Mioxen hạ ( điệp Bạch Hổ ) ,đất đá ở tầng này chủ yếu là các tập sét
dày do đó khi khoan qua tầng này sẽ gặp các hiện tượng bó hẹp thành giếng khoan do sự
trương nở của sét.
Để khắc phục các phức tạp có thể xảy ra khi khoan qua địa tầng đó ta cần chống một
cột ống trung gian đến chiều sâu 2096 m.
Tiếp theo là khoan qua tầng Mioxen hạ đến tầng Oligoxen là tầng có dị thường áp suất
cao, với thành phần thạch học chủ yếu là các khoáng chất sét rất dễ gây ra sự cố kẹt độ dụng
cụ do sập lở đất đá hai bên thành, hoặc kẹt cần do chênh lệch áp giữa áp suất vỉa và áp suất
trong giếng, ta không thể tiếp tục dung dung dịch khoan ở tầng Mioxen cho đoạn này được.
Do đó ta cần chống một cột ống đến chiều sâu 3446,5 m nhằm đảm bảo một số yêu cầu
trong quá trình khoan.
Khi khoan qua tầng Oligoxen sang đến tầng móng ta thấy thành phần đất đá tại tầng
móng là đá granit nứt nẻ, song đất đá tại đây cứng và ổn định nên ta tiến hành khoan qua và
không chống ống đoạn này nhằm khai thác giếng thân trần.
Từ những phân tích phía trên ta thấy cấu trúc giếng khoan 09-2/09- KTN-5X gồm 4
cột ống, bao gồm : Cột ông định hướng, cột ống dẫn hướng, cột ống trung gian và cột ống
khai thác.
2.2.3. Tính toán cấu trúc giếng khoan

24