Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu hoàn thiện cấu trúc bộ dụng cụ khoan định hướng cho mỏ Bạch Hổ
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ- ĐỊA CHẤT NGUYỄN VĂN GIÁP NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CẤU TRÚC BỘ DỤNG CỤ KHOAN ĐỊNH HƯỚNG CHO MỎ BẠCH HỔ Chuyên ngành: Khoan và hoàn thiện giếng dầu khí Mã số : 62.53.50.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2009 Công trình được hoàn thành tại Bộ môn Khoan- Khai thác, Khoa Dầu khí, Trường Đại học Mỏ- Địa chất. Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Trần Đình Kiên, Trường Đại học Mỏ- Địa chất. 2. TSKH. Trần Xuân Đào, XNLD Vietsovpetro. Phản biện 1: PGS.TS. Nghiêm Hữu Hạnh. Phản biện 2: PGS.TS. Lê Phước Hảo. Phản biện 3: PGS.TS. Nguyễn Sỹ Ngọc. Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Nhà nước họp tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Đông Ngạc - Từ Liêm - Hà Nội, vào hồi …. giờ …., ngày …. tháng …. năm 2009. Có thể tìm hiểu luận án tại Thư viện Quốc gia, Hà Nội hoặc Thư viện Trường Đại học Mỏ- Địa chất, Hà Nội. DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 1.Nguyễn Văn Giáp, Nguyễn Thế Vinh (2001), “Phương pháp tính toán và lựa chọn bộ dụng cụ đáy sử dụng trong khoan định hướng”, Tuyển tập các công trình khoa học Đại học Mỏ- Địa chất, (34), tr.158- 160. 2.Nguyễn Văn Giáp (2004), “Ảnh hưởng của vị trí định tâm tới lực sườn tại choòng khoan”, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ- Địa chất, (6),tr.1-2. 3.Nguyễn Văn Giáp (2006), Nghiên cứu cơ chế làm việc của bộ dụng cụ khoan trong giếng khoan xiên và ứng dụng trong việc thiết kế cấu trúc bộ dụng cụ khoan để khoan các giếng khoan xiên, Báo cáo đề tài NCKH&CN cấp Bộ, mã số B2004-36-69. 4.Nguyễn Văn Thịnh, Nguyễn Văn Giáp (2006), “Nghiên cứu xây dựng mối quan hệ giữa cường độ cong α của giếng khoan với tỷ số giữa lực sườn và tải trọng đáy (F s /F a )”, Tuyển tập các công trình khoa học, chuyên đề kỷ niệm 40 năm thành lập Bộ môn Khoan- Khai thác, tr.4- 8. 5.Nguyễn Văn Giáp (2006), “Nghiên cứu các phương pháp điều chỉnh góc nghiêng của thân giếng khoan trong khoan dầu khí”, Tuyển tập các công trình khoa học, chuyên đề kỷ niệm 40 năm thành lập Bộ môn Khoan- Khai thác, tr.11-14. 6.Nguyễn Mạnh Tuấn, Nguyễn Văn Giáp (2006), “Nghiên cứu ảnh hưởng của đường kính định tâm tới hướng đi của choòng khoan”, Tuyển tập các công trình khoa học, chuyên đề kỷ niệm 40 năm thành lập Bộ môn Khoan- Khai thác, tr.15-18. 7.Nguyễn Văn Giáp, Trần Đình Kiên, Trần Xuân Đào (2006), “Nghiên cứu và đánh giá trạng thái động học của choòng khoan trong khoan xiên định hướng”, Tuyển tập báo cáo hội nghị Khoa học- Công nghệ 30 năm Dầu khí Việt Nam: Cơ hội mới, thách thức mới”, 1, tr.762-772. 8.Nguyễn Văn Giáp (2008), “Quy luật thay đổi góc phương vị khi sử dụng phương pháp khoan roto ở mỏ Bạch Hổ”, Tạp chí KHKT Mỏ- Địa chất, (24), tr.4-8. 9.Nguyễn Văn Giáp(2009), Nghiên cứu sự lệch góc phương vị trong khoan xiên định hướng bằng phương pháp khoan roto tại vùng mỏ Bạch hổ, Báo cáo đề tài NCKH&CN cấp Bộ, mã số B2007- 02-37 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong hơn 2 thập kỷ qua, ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam đã không ngừng phát triển và từng bước khẳng định vị thế của mình trên trường quốc tế. Hiện nay hàng loạt các mỏ như Bạch Hổ, Rồng, Đại Hùng, Sư Tử Đen, Sư Tử Trắng, Sư Tử Vàng, Cá Ngừ Vàng, Rồng Đôi, Hải Sư, Lan Tây, Lan Đỏ, Hải Thạch, Nguyệt Thạch, Thiên Nga, Cá Chò, Phi Mã… đã lần lượt đi vào khai thác dầu khí hoặc đã được phát hiện có tiềm năng dầu khí. Các mỏ dầu khí này phân bố theo dọc thềm lục địa Việt Nam, do đó công tác phát triển mỏ phải triển khai trong môi trường biển và hầu hết các giếng đều là giếng khoan xiên với mục đích đạt được độ rời đáy cần thiết. Thực tế khi xây dựng các giếng khoan xiên định hướng ở mỏ Bạch Hổ cho thấy: các công đoạn cắt góc, lái chỉnh hướng đi của choòng không những mất rất nhiều thời gian mà còn phải thường xuyên đối mặt với những phức tạp, sự cố. Trong rất nhiều trường hợp khi gặp sự cố phức tạp đã phải bỏ lại toàn bộ thiết bị đo và động cơ đáy ở đáy giếng. Không những thế mà quỹ đạo thân giếng và vị trí đáy giếng bị sai lệch nhiều so với thiết kế, ảnh hưởng đến mạng lưới các giếng khai thác. Sự sai lệch về quỹ đạo thân giếng không những làm cản trở quá trình thi công mà còn làm giảm chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của giếng. Với sự phức tạp của địa tầng bồn trũng Cửu Long, khi khoan qua “tập sét Bạch Hổ” trương nở (Oligocen) hoặc các đới mất dung dịch trầm trọng thì việc sử dụng động cơ đáy cho việc cắt góc, lái chỉnh hướng đi của choòng là hết sức phức tạp mà hiệu quả không cao. Khi khoan bằng động cơ đáy, do bộ cần khoan không quay nên dễ bị sự cố kẹt cần khoan hoặc khi khoan trong đới mất tuần hoàn dung dịch thì việc truyền tín hiệu của thiết bị đo MWD bị vô hiệu hóa, động cơ đáy không thể hoạt động nhất là khi trong dung dịch khoan có sử dụng các chất bít nhét chống mất dung dịch. Đây 2 chính là những nguyên nhân hạn chế hiệu quả khi sử dụng phương pháp khoan bằng động cơ đáy trong quá trình cắt góc, lái chỉnh hướng đi của choòng. Vì vậy, việc nghiên cứu hoàn thiện cấu trúc bộ dụng cụ khoan định hướng trong phương pháp khoan roto để lái chỉnh quỹ đạo thân giếng trong khoan xiên định hướng có tính cấp thiết và có tính thực tiễn, nhằm đưa ra nhiều lựa chọn cho công tác khoan xiên định hướng không những đối với mỏ Bạch Hổ mà còn đối với các mỏ khác có đặc điểm địa chất tương tự. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Mục đích nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu, tính toán và hoàn thiện cấu trúc bộ dụng cụ đáy sử dụng trong khoan định hướng bằng phương pháp khoan roto cho mỏ Bạch Hổ nhằm đơn giản hóa công nghệ và thiết bị của quy trình lái chỉnh quỹ đạo thân giếng, đưa ra được nhiều lựa chọn cho công tác khoan xiên định hướng mà vẫn đảm bảo được quỹ đạo thân giếng theo thiết kế với hiệu quả kinh tế kỹ thuật tốt nhất. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: quy trình công nghệ lái chỉnh quỹ đạo thân giếng, cụ thể là cấu trúc bộ dụng cụ đáy sử dụng trong khoan xiên định hướng bằng phương pháp khoan roto. Phạm vi nghiên cứu: hoàn thiện cấu trúc bộ dụng cụ đáy trong khoan xiên định hướng bằng phương pháp khoan roto bao gồm: kích thước choòng, định tâm, cần nặng cũng như cấu trúc, thứ tự lắp đặt phù hợp với đặc thù của địa tầng và quỹ đạo hiện thời của thân giếng cũng như mục đích lái chỉnh thân giếng. Nghiên cứu hoàn thiện cấu trúc bộ dụng đáy cho 2 địa tầng: trầm tích Miocen và Oligocen; cho 2 loại bộ dụng cụ đáy: 1 định tâm và 2 định tâm; cho 2 đường kính choòng: 311,2mm và 215,9mm; với các góc nghiêng của thân giếng: α= 10 0 , α= 20 0 , α= 30 0 và α= 40 0 . 3 4. Nội dung nghiên cứu Phân tích, đánh giá định tính và định lượng về hướng đi của choòng khoan thông qua số liệu thực tế của gần 200 giếng khoan ở mỏ Bạch Hổ, nhằm xác định quy luật thay đổi hướng đi của choòng. Trên cơ sở đó, tác giả nghiên cứu cơ chế hình thành cũng như bản chất thành phần lực làm thay đổi hướng đi của choòng. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng và đánh giá mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố tới hướng đi của choòng nhằm định hướng cho nghiên cứu và xác định các yếu tố cần hoàn thiện. Sử dụng phần mềm thương mại Landmark làm công cụ để tính toán hoàn thiện cấu trúc bộ dụng cụ đáy thông qua hệ số điều chỉnh đặc trưng của mỏ Bạch Hổ. Hệ số điều chỉnh đặc trưng được xây dựng từ thực nghiệm nhằm nâng cao mức độ chính xác và tin cậy của phần mềm thương mại Landmark khi ứng dụng vào mỏ Bạch Hổ. Lập cơ sở dữ liệu ở dạng bảng tra cứu về cấu trúc bộ dụng cụ đáy cho các trường hợp cụ thể khác nhau, cho các mục đích lái chỉnh khác nhau nhằm tạo điều kiện thuận lợi nhất cho công tác thiết kế và lắp ráp ngoài khoan trường. 5. Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau: - Thu thập, thống kê và phân tích tài liệu thức tế; - Nguyên lý cần bằng lực trong môi trường tĩnh và động; - Ứng dụng phần mềm thương mại Landmark với phương pháp đối chứng thực nghiệm. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học: - Tìm ra quy luật hướng đi của choòng; - Tìm ra cơ sở lý thuyết về cơ chế hình thành lực làm thay đổi hướng đi của choòng; 4 - Xây dựng hệ số điều chỉnh đặc trưng khi ứng dụng phần mềm thương mại Landmark vào điều kiện cụ thể của mỏ Bạch hổ; - Trên nguyên tắc tính toán cho mỏ Bạch Hổ, có thể tính toán cho các mỏ khác và khi sử dụng những phần mềm thương mại khác. Ý nghĩa thực tiễn: - Đã giải quyết được những vấn đề đặt ra từ thực tiễn sản xuất; - Kết quả nghiên cứu phù hợp với thực tế sản xuất và dễ sử dụng; - Kết quả nghiên cứu có thể dùng làm tài liệu giảng dạy và tài liệu tham khảo cho sinh viên đại học và học viên cao học thuộc các ngành Mỏ và Dầu khí. 7. Luận điểm bảo vệ - Quy luật thay đổi góc phương vị khi góc nghiêng thân giếng thay đổi; - Cơ chế hình thành lực làm thay đổi góc phương vị của thân giếng; - Hệ số điều chỉnh đặc trưng khu vực khi ứng dụng phần mềm thương mại Landmark để tính toán hoàn thiện cấu trúc bộ dụng cụ đáy. 8. Bố cục của luận án Luận án gồm lời mở đầu, 4 chương, kết luận và 15 phụ lục kèm theo. Chương 1- Tổng quan về bộ dụng cụ đáy trong khoan định hướng bằng phương pháp khoan roto Chương 2- Quy luật hướng đi của choòng và cơ chế hình thành lực làm thay đổi hướng đi của choòng Chương 3- Các yếu tố ảnh hưởng tới hướng đi của choòng Chương 4- Tính toán hoàn thiện cấu trúc bộ dụng cụ đáy 5 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BỘ DỤNG CỤ ĐÁY TRONG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHOAN ROTO 1.1. Cấu trúc bộ dụng cụ đáy Bộ dụng cụ đáy là một khái niệm tương đối, có thể hiểu đó là phần dưới của bộ dụng cụ khoan, phần có ảnh hưởng mang tính quyết định tới hướng đi của choòng. Chiều dài của bộ dụng cụ đáy được xác định trên cơ sở mặc định là khoảng cách từ choòng tới điểm tiếp xúc đầu tiên giữa cần nặng với thành giếng khoan. Như vậy thành phần chính của bộ dụng cụ đáy bao gồm: choòng khoan, định tâm và cần nặng; ngoài ra còn một số bộ phận được lắp trên bộ dụng cụ đáy với các mục đích kỹ thuật khác nhau. 1.2. Những công trình nghiên cứu trên thế giới 1.2.1. Những nghiên cứu về điều khiển góc nghiêng Các tác giả đều thống nhất về nguyên nhân làm thay đổi góc nghiêng của thân giếng là do sự hình thành lực sườn F s . Sơ đồ lực tác dụng lên choòng trên mặt phẳng được biểu diễn trên hình 1.2 bao gồm: - Tải trọng đáy F a do trọng lượng bản thân của một phần bộ dụng cụ khoan tạo nên; Hình 1.2. Sơ đồ lực tác dụng lên choòng khoan 1- Cần nặng; 2- Định tâm ; 3- Choòng khoan L 0 F t F a F u F s F g Z X 3 2 1 6 - Thành phần lực F g là hình chiếu theo phương OX của phần trọng lượng cần nặng có chiều dài L, có chiều hướng xuống dưới và luôn có xu hướng làm giảm góc nghiêng thân giếng; - Lực uốn F u được hình thành do mô men uốn tại định tâm gần choòng, có phương trùng với phương của F g còn chiều phụ thuộc vào chiều uốn của đoạn cần nặng đầu tiên có chiều dài L. - Tổng hợp và ta được lực sườn ; = + ; - Tổng hợp + ta được lực tổng ; = + . 1.2.2. Những nghiên cứu về điều khiển góc phương vị Các tác giả cho rằng sự thay đổi chủ yếu là do thành phần nằm ngang theo phương OY của lực uốn tại choòng, thành phần này có giá trị khá nhỏ. Chưa có công trình nào công bố về cơ chế hình thành lực làm thay đổi góc phương vị và công thức tính toán. 1.3. Những công trình nghiên cứu ở Việt Nam Những công trình đã công bố ở Việt Nam còn ít và chưa đầy đủ. Các nghiên cứu chủ yếu về lĩnh vực sử dụng động cơ đáy. Trong những công trình đã công bố, các tác giả có đưa ra một số phương pháp lựa chọn bộ dụng cụ đáy nhưng chủ yếu là điều chỉnh góc nghiêng. Chưa có công bố nào nghiên cứu một cách đầy đủ về điều chỉnh góc phương vị cũng như cơ sở khoa học của nó. Ở Xí nghiệp Liên doanh Dầu khí Vietsovpetro từ ngày thành lập đến nay đã khoan gần 300 giếng khoan xiên định hướng với những thành công đáng trân trọng; đã đạt được góc nghiêng của thân giếng là 93 0 và khoảng rời đáy lớn hơn 2000m. Trang thiết bị cũng đã từng bước được hiện đại hóa như đã đưa vào sử dụng động cơ đáy, hệ thống đo trong quá trình khoan MWD, các phần mềm thương mại chuyên dụng như Drilling Offices, Landmark…; nhưng cho đến nay vẫn chưa có được một công trình nào nghiên cứu một cách tổng thể và chuyên sâu về lĩnh vực khoan xiên định hướng. Việc tính toán thiết kế và lắp ráp bộ dụng cụ đáy cũng như thao tác thi công ngoài 7 hiện trường được thực hiện trên cơ sở kinh nghiệm đúc kết từ thực tiễn của các kỹ sư và chuyên gia. 1.4. Những tồn tại và những vấn đề cần tập trung nghiên cứu Mặc dù đã đạt được rất nhiều những kết quả đáng trân trọng, nhưng từ thực tế cho thấy vẫn còn một số tồn tại và những vấn đề cần tập trung nghiên cứu và giải quyết như sau: Tính theo phần mềm Landmark thì sự lệch của thân giếng theo góc phương vị là nhỏ, nhưng trên thực tế thì khá lớn, đôi khi lớn hơn cả sự lệch theo góc nghiêng; hiện nay vẫn chưa có cơ sở lý thuyết đầy đủ về sự lệch góc phương vị. Việc tính toán thiết kế bộ dụng cụ đáy chủ yếu là dựa vào kinh nghiệm thực tế của các chuyên gia cho từng vùng mỏ nhất định; mặc dù đã có sử dụng phần mềm thương mại Landmark nhưng cũng mới chỉ dừng lại ở mức độ tham khảo và định hướng cho những quyết định mà thôi. Trên cơ sở đánh giá tổng quan về các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực khoan xiên định hướng trên thế giới và trong nước, cụ thể là công tác khoan xiên định hướng ở Xí nghiệp Liên doanh Dầu khí Vietsovpetrro; với đề tài luận án: “ Nghiên cứu hoàn thiện cấu trúc bộ dụng cụ khoan định hướng cho mỏ Bạch Hổ”, tác giả định hướng các nghiên cứu của mình theo các hướng chính sau: - Tìm ra quy luật hướng đi của choòng; - Nghiên cứu cơ chế và những nguyên nhân làm thay đổi hướng đi của choòng; - Xác định những thông số cấu trúc của bộ dụng cụ đáy cần hoàn thiện; - Nghiên cứu tính toán hệ số điều chỉnh đặc trưng khi ứng dụng phần mềm thương mại Landmark cho điều kiện mỏ Bạch Hổ; - Tính toán hoàn thiện cấu trúc bộ dụng cụ đáy. . Nghiên cứu hoàn thiện cấu trúc bộ dụng cụ khoan định hướng cho mỏ Bạch Hổ , tác giả định hướng các nghiên cứu của mình theo các hướng chính sau: - Tìm ra quy luật hướng đi của cho ng; - Nghiên cứu. thân giếng, cụ thể là cấu trúc bộ dụng cụ đáy sử dụng trong khoan xiên định hướng bằng phương pháp khoan roto. Phạm vi nghiên cứu: hoàn thiện cấu trúc bộ dụng cụ đáy trong khoan xiên định hướng bằng. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ- ĐỊA CHẤT NGUYỄN VĂN GIÁP NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CẤU TRÚC BỘ DỤNG CỤ KHOAN ĐỊNH HƯỚNG CHO MỎ BẠCH HỔ Chuyên ngành: Khoan và hoàn thiện giếng