Tải bản đầy đủ
II.5 Thể tích xâm nhập cho phép Kick tolerance

II.5 Thể tích xâm nhập cho phép Kick tolerance

Tải bản đầy đủ

Dung dịch

10 ppg

Gradient nứt vỡ vỉa

0.72 psi/ft

Áp suất nứt vỡ vỉa tại chân đế

= 0.72 x 5 000 ft = 3 600 psi

Khoảng không DC/OH

0.0291 bbl/ft (800 ft cần nặng)

Khoảng không DP/OH

0.0459 bbl/ft

MAASP

(0.72 – 0.52) x 5 000 ft = 1 000 psi

SIDPP giả định

= 500

Dòng khí

0.12 psi/ft

Áp suất vỉa

= 500 + (10 000 ft x 10 x 0.052) = 5 700
psi

Bước 1:

(1000 – 500) ÷ (0.52 – 0.12)
1250 ft (bao gồm cần nặng và 450 ft cột ống)
Cần nặng = 23.28 thùng
Khoảng không cột ống = 450 ft x 0..459 = 20.655 bbls
Tổng chiều dài 1250 ft

Bước 2:

Tổng thể tích 43.935 bbls

1250 ft chuyển đổi sang thể tích dưới chân đế
1250 x 0.0459 = 57.375 bbls

Bước 3:

Chuyển đổi thể tích tới điều kiện dưới giếng
(3600 x 57.375) ÷ 5700 = 36.236 bbls

Thể tích xâm nhập cho phép là nhỏ hơn so với thể tích đã tính toán ở bước 1) và 2)
Vậy thể tích xâm nhập cho phép = 36.236 bbls.

B. Tài liệu mạng
 Trạng thái/tính chất khí trong giếng
Khí là chất lưu có thể nén ép cao. Thể tích của chúng phụ thuộc vào nhiệt độ và
áp suất. Để hiểu về tính chất của khí, ta tính toán bên ngoài giếng trong suất quá
trình ngừng hoạt động. Chúng ta cần sử dụng định luật khí lí tưởng:
PV/T = constant

Giả sử có 2 ống đầy dung dịch. Một ống mở tiếp xúc khí quyển và một ống
đóng. Giả sử có hai lượng khí bằng nhau được bơm vào hai ống. Trường hợp ống
mở như hình 1 và ống đóng như hình 2
Trong trường hợp ống mở, khi khí đạt tới bề mặt, thể tích của chúng có thể được
tính theo định luật khí lí tưởng:

Hình 1 Trạng thái khí trong ống mở

V2 = 253 bbls
Khi khí được bơm vào trong ống đóng, chúng sẽ di chuyển lên trên ống với áp
suất không đổi, mặc dù thể tích được quan sát giảm không đáng kể. Khi chúng đạt
tới miệng giếng, áp suất của chúng sẽ nằm phía trên áp suất thủy tĩnh của dung dịch.
Trong trường hợp này áp suất đáy giếng (BHP) sẽ là áp suất thủy tĩnh ban đầu cộng
với áp suất khí. Trường hợp này được minh họa như hình 1

Hình 2 Trạng thái khí trong ống đóng
Trong giếng thực nếu giãn nở khí được ngăn ngừa được thể hiện trong ví dụ ống
đóng sau đó giếng sẽ nứt vỡ khi khí đạt tới bề mặt.
Vì vậy khi bắt gặp hiện tượng xâm nhập trong giếng, giãn nở khí phải được diễn
ra để làm giảm áp suất giếng khoan. Đó là phương pháp dập giếng cơ bản. Trên giàn
khoan, giãn nở khí được đưa ra ngoài trong việc kiểm soát đường điều tiết trên bề
mặt. Thể tích xâm nhập cho phép được dựa vào việc xâm nhập khí, khí được tuần
hoàn ra ngoài giếng bằng kiểm soát vận tốc nhằm giảm áp suất và bảo toàn thể tích
giãn nở tới bề mặt để dễ dàng điều khiển.
 Thể tích xâm nhập cho phép KICK TOLERANCES
1. Định nghĩa
Với mục đích thực tiễn, thể tích xâm nhập cho phép có thể được định nghĩa là
kích thước xâm nhập lớn nhất có thể chấp nhận được mà không tạo nứt nẻ chân đế
ống chống trước đó. Thể tích xâm nhập cho phép cũng được định nghĩa là giới hạn
áp suất lỗ rỗng tối đa cho phép tại độ sâu thực hoặc trọng lượng dung dịch tối đa có
thể chấp nhận được mà không tạo nứt nẻ chân đế ống chống trước đó. Bảng 1 đưa ra
giá trị thể tích xâm nhập cho phép đặc trưng từ các công ty khác nhau. Giá trị lớn
nhất trong áp dụng cho giếng thăm dò, giá trị thấp nhất cho giếng phát triển.
Thể tích xâm nhập cho phép phụ thuộc vào kích thước xâm nhập tối đa, áp suất
vỉa tối đa tại chiều sâu thực và trọng lượng dung dịch tối đa, không tạo nứt nẻ điểm
yếu nhất trên giếng thân trần, thường là chân đế ống chống phía trước. Yếu tố khác
ảnh hưởng đến thể tích cho phép chất lưu xâm nhập bao gồm khối lượng riêng của
chất lưu xâm nhập và nhiệt độ tuần hoàn.

Bảng 1 Gía trị đặc trưng của thể tích xâm nhập cho phép từ các công ty khác
nhau
Kích thước giếng (inch)

Thể tích xâm nhập (thùng)

6”

10 - 25

8.5”

25 - 50

12 ¼”

50 - 100

17.5”

100 - 150

23”

250

 Thành phần thể tích chất lưu xâm nhập
Các thành phần quan trọng của thế tích xâm nhập cho phép là:


Áp suất lỗ rỗng từ chiều sâu thực.
Trọng lượng dung dịch tối đa được sử dụng.
Gradient nứt vỡ tại dòng chân đế ống chống.
Kiểu thể tích dòng chảy có thể được tuần hoàn an toàn ra ngoài.
Kiểu giếng: thăm dò hay phát triển.
Khi tính toán thể tích xâm nhập cho phép

Sau thử nghiệm rò và trước khi khoan thẳng, thể tích xâm nhập cho phép nên
được tính tại khoảng cách thông qua phần giếng được khoan tại trọng lượng dung
dịch dự kiến. Nếu các yếu tố như trọng lượng dung dịch hay hình dạng cột cần
khoan thay đổi, sau đó thể tích xâm nhập cho phép phải được tính toán lại. Khi
khoan vào trong vùng áp suất quá cao với độ tăng áp suất lỗ rỗng nhanh chóng, và
tăng trọng lượng dung dịch để bù lại, thể tích xâm nhập cho phép (giới hạn bởi độ
bền thành hệ tại chân đế ống chống trước đó) sẽ được giảm nhanh chóng. Điều này
được thể hiện ở ví dụ 3.3
 Cách tính thể tích xâm nhập cho phép
Với mục đích của thiết kế và giám sát giếng với tiềm ần hiện tượng xâm nhập,
thể tích xâm nhập cho phép được tính trong điều kiện :
-

Thể tích xâm nhập có thể được tuần hoàn ra ngoài mà không nứt nẻ chân đế
ống chống trước đó.
- Trọng lượng dung dịch thêm vào lớn hơn trong lượng dung dịch lưu thông.
- Thể tích xâm nhập cho phép khi khoan: Đây là áp suất lỗ rỗng tối đa có thể
chấp nhận được mà không cần vượt quá trọng lượng tối đa dung dịch cho
phép.
• Thể tích xâm nhập cho phép tuần hoàn

Từ hình 3.5 cho thấy khi điểm cao nhất của bọt khí đạt tới chân đế ống chống
trong khi đang được tuần hoàn theo phương pháp Kỹ sư, áp suất của chân ống
chống tính bởi:
Px = Pf – Pg – (TD – H – CSD) x

(3)

Tại đó :
Pf

= áp suất vỉa tại chiều sâu thẳng đứng, psi

Pg

= áp suất bọt khí = H x G

H

= chiều cao bọt khí tại chân ống chống, ft

G

= gradient khí = 0.05 tới 0.15 psi/ft

TD = tổng chiều sâu thẳng đứng, ft
CSD = chiều sâu ống chống, ft
= trọng lượng dung dịch tối đa phần giếng khoan tiếp theo, ppg

Hình 3.5 Tuần hoàn dòng khí bằng phương pháp Kỹ sư
Biến đổi phương trình trên theo H và thay P x bằng gradient nứt vỡ vỉa tại chân
ống chống (FG) ta được:
H=

(4)

Tại đó:
FG = gradient nứt vỡ vỉa tại chân ống chống, ppg

Pf

= áp suất lỗ rỗng, psi

Trong giếng thẳng đứng và gần thẳng đứng FBG (gradient phá vỡ vỉa) luôn lớn
hơn FG (gradient nứt vỡ vỉa). Trong giếng có độ dốc cao FBG luôn nhỏ hơn FG. Để
tuần hoàn thể tích xâm nhập cho phép, nó được đề xuất để giảm giá trị ghi chép
trong suốt thử nghiệm rò ở giếng thẳng đứng dưới 100 psi và để sử dụng giá trị kết
quả xấp xỉ với giá trị của FG.
Thể tích dòng chảy tại chân ống chống là :
V1 = H x Ca (bbl)

(5)

Tại đó Ca = khoảng không giữa cột ống và giếng, bbl/ft
Ở điều kiện đáy giếng, thể tích của dòng chảy V2 tính bởi :
P2V2 = P1V1
(ảnh hưởng của T và Z lúc này là không đáng kể)
V2 =

(6)

Tại đó:
P1 = áp suất nứt vỡ vỉa tại chân ống chống, psi
P2 = Pf, psi
Giá trị V2 là tuần hoàn thể tích xâm nhập cho phép, thùng.
• Trọng lượng dung dịch thêm vào
Áp suất đóng giếng tối đa cho phép của cột cần khoan (DPSIP) cho bởi :
DPSIP = (FG – m) x CSD x 0.052

(7)

Giới hạn trọng lượng dung dịch thêm vào :
Thể tích xâm nhập cho phép = (FG – m) (8)
Ví dụ 1: Tuần hoàn thể tích xâm nhập cho phép.
Tính toán thể tích xâm nhập cho phép với các thông số giếng như sau :
Ống chống 9 5/8”

= 14,500 ft

Chiều sâu thực

= 17000 ft

FG tại chân ống 9 5/8”

= 16 ppg

Gradient nhiệt độ

= 0.02 F0/ft

Trọng lượng riêng dung dịch tối đa tại đoạn giếng tiếp theo

= 14.5 ppg

Áp suất vỉa tối đa tại đoạn giếng tiếp theo

= 14 ppg

Giả sử ống chống 8 ½” tại đoạn giếng tiếp theo và cột cần khoan 5” từ bề
mặt tới chiều sâu thực.
Ta có :
H=
H=
H = 2045 ft
Thể tích chân ống chống = H x khoảng không giữa giếng/cột cần khoan
Khoảng không = = 0.2577 ft3/ft
5.62 thùng/ft = 0.0459 thùng/ft.
V1 = 0.0459 (bbl/ft) x 2405 (ft)
V1 = 110.4 thùng (thể tích bọt khí tại
chân ống chống)
Áp dụng định luật Boyle :
P1V1 = P2V2
16 x 14500 x 0.052 x 110.4 = 14 x
17000 x 0.052 x V2
V2 = 107.8 thùng
Ảnh hưởng nhiệt độ
T = nhiệt độ bề mặt + gradient nhiệt độ + 460
Chú ý hằng số 460 được đề cập để chuyển đổi độ Rankin, phải được hoàn thành
trước khi định luật khí thực có thể được sử dụng.
T1 (tại chân ống chống) = 60 + 0.02(Fo/ft) x 14500 (ft) + 460 = 810 R
T2 (tại chiều sâu thực) = 60 + 0.02 x 17000 + 460 = 860 R

V2 = 115 thùng (được so sánh với 107.8 thùng mà không ảnh hưởng nhiệt độ)

Nếu FG = 15.2 ppg, khi đó : H = 1482.87 ft,
V1 = 68 thùng
V2 = 63 thùng (không ảnh hưởng nhiệt độ)
V2 = 67 thùng (ảnh hưởng nhiệt độ)
 Ảnh hưởng của FG tới thể tích xâm nhập cho phép
Các ví dụ trước cho thấy rõ ảnh hưởng của gradient nứt vỡ trong thể tích chất
lưu xâm nhập. Nếu một giếng được lên kế hoạch với thể tích xâm nhập cho phép 50
thùng dựa vào ước tính gradient nứt vỡ 15 ppg, và nếu trong khi khoan giếng
gradient nứt vỡ thực được tìm ra khác với giá trị thiết kế, hai kế hoạch có thể được
xem xét:
1. Nếu FG thực lớn hơn giá trị thiết kế, thì phần giếng khoan dưới chân ống
chống có thể được khoan thêm so với kế hoạch nếu muốn. Nói cách khác,
giếng thực sự bền hơn giếng kế hoạch.
2. Nếu FG thực nhỏ hơn giá trị thiết kế, thì ngược lại trên là đúng.Phần giếng
khoan phía dưới có thể không được khoan tới chiều sâu dự định. Phần này
có thể được khoan đến chiều sâu nông hơn với áp suất lỗ rỗng nhỏ hơn hoặc
một nút trám xi măng được đặt tại chân đế ống chống để gia cố chân ống
chống. Thao tác cuối cùng được thực hiện bởi người đã tìm thành công tại
vùng có FG nhỏ hơn 15 ppg.
Ví dụ 2: Thể tích xâm nhập cho giếng HPHT
Dữ liệu này đề cập tới giếng có áp suất cao, nhiệt độ cao. Cột ống 13 3/8”
không được kỳ vọng để thấy vỉa HPHT, nhưng áp suất vỉa tại chiều sâu thực
(12.25”) được kỳ vọng cao.
Chân ống chống 13 3/8”

= 10,008 ft RKB

Chiều sâu thực TD (12 ¼”)

= 14,190 ft RKB

Gradient nứt vỡ tại chân ống chống 13 3/8”

16 ppg

Chú ý: FG được xác định từ giếng khoan vùng ranh giới , giếng thực sự bị rò
Gradient nhiệt độ

0.02o F/ft

Trọng lượng dung dịch dự định tại chiều sâu thực dưới chân 15.5 ppg
ống chống
Áp suất vỉa lớn nhất tại chiều sâu thực

14 ppg (= 10268
psi)

Gradient khí

0.15 psi/ft

RKB tới MSL

85 ft

Tính thể tích xâm nhập cho phép tại chiều sâu thực giếng, với :
1) Thể tích xâm nhập tối đa
2) Tăng trọng lượng dung dịch thêm vào
3) Áp suất lỗ rỗng lớn nhất nếu thể tích xâm nhập thiết kế tối đa là 100 thùng
Trả lời
1) Trước tiên, giải thích áp suất nứt vỡ tại chân ống chống theo đơn vị psi:
FP = 16 x 0.052 x 10008 = 8326 psi
Tại đó FP là áp suất nứt vỡ theo psi.
Khi giếng có áp suất cao và nhiệt độ cao, bổ sung hệ số an toàn 100 psi để giảm
FP từ 8326 psi xuống 8226 psi, hoặc gradient nứt vỡ 15.8 ppg. Đó là vì thí nghiệm
rò thực được sử dụng để xác định giá trị áp suất nứt vỡ, mà lớn hơn gradient nứt vỡ.
Sử dụng công thức (4) để tính H :
H=
= 2025 ft
Khoảng không giữa 5”DP và giếng 12 ¼” = 0.1215 thùng/ft
V1 = 0.1212 x 2025
= 246 bbls
Tại điều kiện đáy giếng
V2 = 246 x 8226/10268
= 197 bbls
Do đó kích thước xâm nhập tối đa của thể tích xâm nhập cho phép tại chiều sâu
thực giếng là 197 thùng.
2) Trọng lượng dung dịch thêm vào
DPSIP = (FG – m) x CSD x 0.052
= (15.8 – 15.5) x 10008 x 0.052
= 156 psi
Hoặc 15.8 – 15.5 = 0.3 ppg trọng lượng dung dịch thêm vào.
Chú ý : Những tính toán này không ảnh hưởng của ECD.
3) Thể tích xâm nhập cho phép khoan

Vì thế với ví dụ trên nếu kích thước xâm nhập tối đa 100 thùng được duy trì sau
đó áp suất lỗ rỗng cho phép tối đa tại chiều sâu thực được tính toán như sau:
H = 100/0.1215
= 823 ft
Phân tích từ phương trình (4) và sử dụng trọng lượng dung dịch 15.5 ppg ta
được:
823 =
Pf = 11056 psi
=
= 15.1 ppg
Thể tích xâm nhập cho phép khoan = giá trị lớn nhất Pf – giá trị ước tính Pf
= 15.1 – 14 = 1.1 ppg
 Thể tích xâm nhập cho phép trong khi khoan
Trong giếng thăm dò, giá trị áp suất lỗ rỗng và trọng lượng dung dịch được thay
đổi liên tục, nên tính toán lại thể tích xâm nhập cho phép như giếng được khoan.
Sử dụng dữ liệu từ ví dụ trước, bảng áp suất lỗ rỗng và giá trị trọng lượng dung
dịch được thay đổi cùng với tính toán thể tích xâm nhập cho phép đưa ra dưới đây:
Ước tính
TVD
(ft)

Thể tích xâm nhập cho phép

Trọng lượng
dung dịch

Áp suất lỗ
rỗng

Kích thước xâm
nhập

(ppg)

(ppg)

(bbl)

Trọng lượng
dung dịch
thêm vào
(ppg)

12000

12.4

11

799

3.4

13000

12.4

12

525

3.4

13500

15.1

13

330

0.7

14190

15.5

14

197

0.3

 Biểu đồ thể tích xâm nhập cho phép
Với mục đích thiết lập kế hoạc, nó rất hữu ích để xây dựng biểu đồ thể tích xâm
nhập cho phép như hình 3.6. Trong hình này, thể tích xâm nhập được thể hiện trên
trục x (điểm 2), và SIDP được vẽ trên trục y. Điểm 1 là giá trị lớn nhất SIDP được
tính bởi phương trình (7). Điểm 2 là thể tích xâm nhập cho phép lớn nhất thu được

từ phương trình (3) với áp suất đóng cần khoan đầu tiên bằng 0. Đường thẳng nối
các điểm 1 và 2 được gọi là: biểu đồ thể tích xâm nhập cho phép. Nếu có ảnh hưởng
của nhiệt độ và độ nén khí thì đồ thị thu được là đường cong.
Tất cả các điểm
phía trên và bên phải
biểu hiện trong điều
kiện phun trào và mất
tuần hoàn. Vùng phía
dưới biểu hiện điều
kiện an toàn và đưa ra
thể tích xâm nhập cho
phép cho bất kì tổ hợp
nào của kích thước xâm
nhập và áp suất đóng
cột cần khoan.

Hình 3.6 Biểu đồ thể tích xâm nhập cho phép

Chú ý thể tích xâm nhập cho phép phụ thuộc vào giá trị trọng lượng dung dịch
và áp suất lỗ rỗng. Do đó đường cong phải được cập mỗi khi các giá trị này thay
đổi.
Ví dụ 3. Biểu đồ thể tích xâm nhập cho phép
Xây dựng biểu đồ thể tích xâm nhập cho phép từ giếng cho bởi ví dụ 2 tại chiều
sâu 13500 ft và 14190 ft.
Trả lời:
1. Thể tích xâm nhập lớn nhất = 330 thùng tại 13500 ft và 197 thùng tại 1419 ft
(điểm 2).
2. SIDP lớn nhất = 364 psi tại 13500 ft và 156 psi tại 14190 ft (điểm 1)
3. Đường nối điểm 1 và 2 đưa ra biểu đồ thể tích xâm nhập cho phép.
4. Từ hình 3.6, bảng dưới đây có thể xây dựng kích thước xâm nhập, cho phép
mà không nứt chân ống chống.

Chiều sâu giếng =
13500 ft

Thể tích xâm nhập (bbl)

SIDP lớn nhất (psi)

50

310

100

255

150

197

200

143

Chiều sâu giếng =