Tải bản đầy đủ
I.3 Các nguyên nhân gây mất kiểm soát giếng

I.3 Các nguyên nhân gây mất kiểm soát giếng

Tải bản đầy đủ

với khuynh hướng áp suất thông thường thì được hiểu là dị thường áp suất thấp,
ngược lại là dị thường áp suất cao. Khi khoan các giếng tìm kiếm thăm dò hoặc khai
thác qua những địa tầng dị thường này thường gây khó khăn phức tạp thậm chí mất
kiểm soát giếng hoàn toàn.
a) Dị thường áp suất thấp
 Khái niệm:
Dị thường áp suất thấp là trường hợp áp suất vỉa hay áp suất trong địa tầng đó
nhỏ hơn so với khuynh hướng áp suất thông thường. Khi khoan qua địa tầng này sẽ
xảy ra hiện tượng mất dung dịch. Nếu tốc độ mất dung dịch vượt quá lưu lượng
bơm thì mực dung dịch trong giếng sẽ bị giảm xuống kéo theo áp suất thuỷ tĩnh
giảm. Khi đó tại các tầng có áp suất cao hơn ở bên trên sẽ có hiện tượng mất cân
bằng áp suất, chất lưu từ các tầng này sẽ chảy vào giếng, đồng thời có thể xẩy ra
hiện tượng sập lở thành giếng khoan gây ra nhiều phức tạp trong quá trình xử lý.
Hiện tượng này được mô tả trong hình 1.2;

Hình 1.2 Hiện tượng xâm nhập khi mất dung dịch khoan
 Nguyên nhân:
- Vỉa chứa bị suy kiệt: Khi một lượng lớn chất lưu trong vỉa được khai thác hoặc
bị phân tán vì những biến đổi địa chất sẽ làm sụt giảm áp suất chất lưu trong vỉa và
gây ra hiện tượng dị thường áp suất thấp.
- Nhiệt độ: Trong một vỉa chứa chất lưu hoàn toàn cô lập hay ko có sự liên
thông thủy lực với các vỉa khác. Khi nhiệt độ giảm sẽ làm giảm áp suất trong vỉa
đến một mức dưới bình thường.

- Thẩm thấu: Là trường hợp chất lưu trong một vỉa thẩm thấu qua lớp ngăn
cách, có thể là lớp sét, đá trầm tích hoặc hệ thống vi nứt nẻ trong đá chứa. Khi một
lượng lớn chất lưu thẩm thấu ra ngoài sẽ gây hiện tượng dị thường áp suất thấp tại
vỉa chứa đó.
b) Dị thường áp suất cao
 Khái niệm:
Dị thường áp suất cao là trường hợp áp suất vỉa hay áp suất trong địa tầng đó
cao hơn so với khuynh hướng áp suất thông thường. Trong trường hợp này có sự
liên quan và là sự kết hợp của các yếu tố địa chất, vật lí, địa hóa và quá trình động
học…
 Nguyên nhân:
- Chênh lệch áp suất chất lưu trong vỉa: Đối với vỉa chứa dạng uốn nếp hoặc
dạng vòm , áp suất từ nơi sâu nhất đi lên nơi sâu hơn. Áp suất nơi sâu nhất của vỉa
có thể là bình thường theo chiều sâu. Tuy nhiên chất lỏng trong vỉa lại nhẹ hơn so
với tỷ trọng của nước do đó tạo thành mũ khí, khi khoan vỉa tại chiều sâu nông hơn
nói trên sẽ gặp dị thường áp suất thành hệ nguyên nhân bởi mũ khí;

Hình 1.3 Dị thường áp suất khi khoan vào vỉa chứa mũ khí
- Hiện tượng thủy động: Chất lưu trong vỉa có thể di chuyển trong thành hệ
mang theo áp suất vỉa, khi có sự liên thông thuỷ động giữa các địa tầng thấm, áp
suất vỉa sẽ theo những kênh dẫn di chuyển tới nơi có áp suất thấp hơn nằm bên trên
gây ra dịthường áp suất trong các vỉa này. Có nhiều nguyên nhân khác nhau dẫn tới
sự liên thông thuỷ động như các kênh dẫn theo vết đứt gãy hay thành giếng khoan
có chất lượng trám xi măng kém… Hình 1.4;

Hình 1.4 Dị thường áp suất do yếu tố thủy động
- Do lắng đọng trầm tích: Quá trình lắng đọng các vật liệu trầm tích diễn ra liên
tục theo thời gian làm các lớp sét bị nén dưới trọng lượng của các vật chất bên trên.
Độ rỗng của các lớp sét giảm và nước sẽ thấm qua đó xuống các lớp bên trong nó.
Quá trình lắng đọng vẫn tiếp tục nhưng nước thoát chậm do đó dưới áp suất thành
hệ tại một số vị trí trong tập sét gradient áp suất sẽ tăng;
- Vòm muối: Ở nhiều vùng, trong một tầng dày có một lớp muối xuất hiện. Dưới
tác dụng của tải trọng lớp phủ, vỉa muối biến đổi từ từ và thường có khuynh hướng
đùn lên thành dạng vỉa vòm muối. Vỉa muối là một đới không thấm, biến đổi từ từ
và tạo thành kiểu dòng chảy dẻo. Khi bị dồn nén thì dòng chảy dẻo này sẽ có xu
hướng chọc thủng các thành hệ phía trên làm cho các tầng trên bị ép đồng thời dịch
chuyển chờm sát vào vòm muối lên phía trên. Hydrocacbon sẽ tích tụ vào phần trên
của thân chờm rồi làm áp suất của đới chờm tăng lên vượt quá áp suất của vùng lân;
- Kiến tạo: Là do sự nén ép theo phương ngang của các vỉa dưới mặt đất. Trầm
tích trong môi trường áp suất bình thường nước bị bật ra khỏi sét và chúng bị nén
với áp suất thành hệ tăng. Tuy nhiên, cộng với lực nén ngang sau đó nếu chất lỏng
không thể thoát ra với tốc độ bằng với độ giảm thể tích của lỗ hổng trong đá chứa
thì đó là kết quả của sự tăng áp suất trong lỗ hổng đá chứa so với bình thường;
- Đứt gãy: Các đứt gãy có thể là nguyên nhân của dị thường áp suất cao. Sự
nâng lên hạ xuống của các thành hệ bị đứt gãy có thể mang thành hệ thấm đến bên
chống lại thành hệ không thấm. Nếu các đưt gãy không kín sẽ cho phép chất lỏng từ
một chiều sâu sâu hơn đi lên chiều sâu nông hơn và mang theo áp suất tại đó lên
tầng nó di chuyển đến;
I.3.1.2 Khoan vào tầng khí nông
Khoan vào các túi khí nông là một trong những tình trạng nguy hiểm nhất có thể
xảy ra. Trong trường hợp này khí di chuyển rất nhanh lên bề mặt và không có bất kì

thiết bị cảnh báo nào hữu hiệu ngoài những thông tin địa chất được dự báo trong
phần phương án và thi công khoan trước đó.
I.3.2 Nguyên nhân công nghệ
I.3.2.1 Không điền đầy dung dịch vào trong giếng khi kéo thả cần khoan
Khi cần khoan hoặc cần nặng được kéo ra khỏi giếng khoan, thể tích của dung
dịch bằng với thể tích của thép cũng được đưa ra khỏi giếng, do đó phải điền đầy
dung dịch để giữ cho giếng luôn trong trạng thái đầy. Nếu không điền đầy dung dịch
kịp thời chiều cao của cột áp thủy tĩnh sẽ giảm do đó sẽ làm giảm áp suất thủy tĩnh
tại đáy giếng khoan.
I.3.2.2 Hiệu ứng piston khi kéo thả cần khoan
Khi cột cần khoan được kéo lên khỏi đáy giếng trong các công việc khác nhau
thì ngay tại bên dưới choòng khoan sẽ xẩy ra hiện tượng giảm áp suất, áp suất đáy
giếng có thể giảm một cách đột ngột xuống dưới áp suất vỉa và “hút” chất lưu từ
vỉa đi vào giếng. Hiện tượng giảm áp này được giải thích là khi kéo cần lên khỏi
đáy giếng khoan, dung dịch khoan phải di chuyển từ khoảng không phía trên
choòng khoan và cần nặng xuống bên dưới choòng khoan qua khe hở giữa choòng
khoan và thành giếng khoan. Mà tiết diện khe hở này nhỏ hơn nhiều so với đáy
giếng khoan do đó dung dịch khoan sẽ rất khó khăn để di chuyển xuống phía dưới
choòng khoan ngay lập tức gây ra hiện tượng giảm áp bên dưới choòng khoan, áp
suất thuỷ tĩnh bên dưới choòng khoan giảm xuống và có thể nhỏ hơn áp suất vỉa gây
ra Kick. Hiện tượng giảm áp này xẩy ra lớn nhất khi choòng khoan vừa rời đáy
(Hình 1.5).

Hình 1.5 Hiện tượng piston khi kéo cần

Hiện tượng piston cũng được sinh ra trong quá trình thả cần, khi này áp suất
giếng bên dưới choòng khoan lại tăng lên và áp suất giếng ngay bên trên choòng
khoan lại giảm xuống.
I.3.2.3 Mất tuần hoàn dung dịch
Hiện tượng mất tuần hoàn dung dịch có thể xảy ra tại các thành hệ hang hốc,
các đứt gãy tự nhiên, các tầng dưới áp suất bình thường, khoảng không vành xuyến
bị nút do bộ khoan cụ, áp suất tuần hoàn bị đứt đoạn do dung dịch có độ bền gel
lớn.
I.3.2.4 Tỷ trọng dung dịch không thích hợp
Áp suất thuỷ tĩnh trong giếng khoan lớn hơn hoặc bằng áp suất vỉa là điều kiện
cơ bản để ổn định thành giếng khoan và ngăn ngừa hiện tượng Kick. Áp suất thuỷ
tĩnh được quyết định bởi chiều cao cột dung dịch và tỷ trọng của dung dịch khoan.
Tỷ trọng của dung dịch khoan không đủ sẽ làm cho áp suất thuỷ tĩnh không đủ lớn
để cân bằng với áp suất vỉa và dòng Kick có thể sẽ xuất hiện.
I.3.2.5 Tốc độ khoan quá cao trong các vỉa chứa khí
Khi khoan vào các vỉa chứa khí, khí sẽ xâm nhập vào mùn khoan và cùng với
mùn khoan đi lên bề mặt trong quá trình tuần hoàn. Việc khí chứa trong mùn khoan
liên quan đến các vấn đề như: tổng thể tích khí chứa trong đất đá, độ thấm của vỉa,
tốc độ khoan và thời gian mùn khoan chứa khí nằm trong giếng. Nếu khí trong
giếng khoan mang dị thường áp suất khi tuần hoàn lên phía trên nó sẽ giãn nở. Một
khối lượng nhỏ khí mang áp suất cao xâm nhâp vào giếng khoan cũng có thể làm
giảm một lượng lớn dung dịch được đo tại bề mặt. Hiện tượng đó làm suy giảm cột
áp thủy tĩnh trong giếng khoan nhỏ nhưng hậu quả nó để lại trên bề mặt là rất lớn.
Nếu khoan với tốc độ cao trong thành hệ chứa khí, hàm lượng khí chứa trong
dung dịch cũng sẽ tăng và vấn đề trên sẽ xảy ra. Sự giãn nở một cách nhanh chóng
của khí gần bề mặt làm cho cột áp suất thủy tĩnh giảm, mất dung dịch tuần hoàn về
bể chứa. Khi cột áp suất thủy tĩnh giảm xuống dưới áp suất thành hệ thì hiện tượng
Kick bắt đầu.
I.4 Biện pháp kiểm soát giếng khoan
I.4.1 Các giai đoạn kiểm soát giếng
I.4.1.1 Kiểm soát giếng sơ cấp
 Khái niệm

Kiểm soát sơ cấp là lựa chọn và điều chỉnh tỷ trọng của dung dịch khoan để tạo
ra áp suất thuỷ tĩnh đủ lớn nhằm chống lại sự xâm nhập của chất lưu trong vỉa vào
trong giếng cũng như sự mất dung dịch vào các vỉa yếu trong quá trình khoan. Mục
tiêu của kiểm soát sơ cấp là phòng ngừa các hiện tượng gây khó khăn trong quá
trình khoan, giảm thiểu các rủi ro có thể xuất hiện (Hình 2.4).

Hình 2.5 Kiểm soát sơ cấp
 Nhiệm vụ của quá trình kiểm soát sơ cấp
Kiểm soát sơ cấp phải được tiến hành liên tục ngay từ khi bắt đầu khoan và duy
trì suốt trong quá trình thi công giếng khoan, bao gồm các công việc:
- Tính toán và sử dụng dung dịch khoan với tỷ trọng thích hợp với từng
khoảng khoan khác nhau;
- Giữ đầy dung dịch trong giếng khoan tại mọi thời điểm suốt quá trình thi
công;
- Giám sát thể tích dung dịch trong giếng và trong bể chứa một cách liên tục
trong suốt quá trình khoan;
- Phát hiện và xử lý kịp thời sự thay đổi tỷ trọng, thể tích, lưu lượng của dung
dịch khoan.
I.4.1.2 Kiểm soát giếng thứ cấp
 Khái niệm
Trong quá trình khoan, vì một lí do nào đó mà xảy ra hiện tượng áp suất thuỷ
tĩnh không thể giữ được cao hơn áp suất vỉa và gây ra hiện tượng chất lưu xâm nhập
một cách không mong muốn hay còn gọi là “Kick”, hình 2.6. Khi này kiểm soát sơ
cấp chuyển sang kiểm soát thứ cấp. Kiểm soát thứ cấp là việc sử dụng phương pháp