luận án tiến sĩ kỹ thuật nghiên cứu hoàn thiện chế độ công nghệ khoan các giếng có độ dời đáy lớn ở thềm lục địa nam việt nam

27 602 0
luận án tiến sĩ kỹ thuật nghiên cứu hoàn thiện chế độ công nghệ khoan các giếng có độ dời đáy lớn ở thềm lục địa nam việt nam

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT Nguyễn Thế Vinh NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CHẾ ĐỘ CƠNG NGHỆ KHOAN CÁC GIẾNG CĨ ĐỘ DỜI ĐÁY LỚN Ở THỀM LỤC ĐỊA NAM VIỆT NAM Chuyên ngành: Khoan hồn thiện giếng dầu khí Mã số: 62.53.50.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2012 Cơng trình hồn thành tại: Bộ mơn Khoan - Khai thác, Khoa Dầu khí, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Xuân Lân TSKH Trần Xuân Đào Phản biện 1: PGS.TS Trƣơng Biên Hội Công nghệ Khoan - Khai thác Việt Nam Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Sỹ Ngọc Trường Đại học Giao thông Vận tải Phản biện 3: TS Nguyễn Xn Hịa Tập đồn Dầu khí Quốc gia Việt Nam Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Đông Ngạc - Từ Liêm Hà Nội vào hồi ngày tháng năm 2012 Có thể tìm hiểu luận án Thư viện Quốc gia Hà Nội Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, hoạt động khoan đẩy mạnh hầu hết bể trầm tích Việt Nam Theo kế hoạch phát triển Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam, từ năm 2015, năm dự kiến khoan thêm 65 đến 75 giếng, bao gồm giếng tìm kiếm, thăm dị khai thác Phần lớn giếng thăm dò, khai thác thềm lục địa Nam Việt Nam giếng định hướng Khi độ sâu giếng tăng, nghĩa với góc nghiêng độ dời đáy giếng gia tăng Hệ động lực học trình khoan dễ ổn định làm giảm hiệu công tác khoan Để nâng cao hiệu công tác khoan, cần phải nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tới trình khoan Các nghiên cứu trước nghiên cứu đơn lẻ vấn đề nên chưa đánh giá ảnh hưởng đồng thời tất yếu tố đến hệ động lực học q trình khoan Do đó, nghiên cứu, đánh giá tác động đồng thời nhiều yếu tố để lựa chọn thông số chế độ khoan tối ưu cần thiết Mục đích nghiên cứu luận án Nghiên cứu trạng thái hệ động lực học q trình khoan thi cơng giếng định hướng mỏ dầu khí thềm lục địa Nam Việt Nam, đặc biệt mỏ Bạch Hổ mỏ Rồng Đây sở để hoàn thiện thông số chế độ khoan nhằm nâng cao hiệu cơng tác khoan giếng có độ dời đáy lớn thềm lục địa Nam Việt Nam Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: Hệ động lực học trình khoan thi cơng giếng xiên định hướng có độ dời đáy lớn để thăm dị khai thác dầu khí thềm lục địa Nam Việt Nam - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu yếu tố điều khiển trình hệ động lực học trình khoan làm việc, cụ thể thông số chế độ khoan bao gồm tải trọng chiều trục, tốc độ vòng quay lưu lượng bơm khoan đoạn thân giếng nghiêng Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến hiệu công tác khoan; - Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết Tai biến (Catastrof), lý thuyết Ánh xạ, lý thuyết Năng lượng học riêng để đánh giá trạng thái, hiệu làm việc hệ động lực học trình khoan giếng có độ dời đáy lớn mỏ Bạch Hổ mỏ Rồng, đồng thời lựa chọn thông số chế độ khoan tối ưu khoan đoạn thân giếng Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp thư mục: Thu thập, thống kê, phân tích số liệu thực tế thông số chế độ khoan qua mét khoan thi công giếng có độ dời đáy lớn mỏ Bạch Hổ mỏ Rồng; - Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết cho phép đánh giá trạng thái hiệu làm việc hệ động lực học q trình khoan cho phép lựa chọn thơng số chế độ khoan tối ưu; - Ứng dụng công nghệ thông tin: Sử dụng phần mềm tin học khảo sát, đánh giá phân tích số liệu Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu, đánh giá hệ động lực học trình khoan quan điểm bền động học lý thuyết Tai biến lý thuyết Ánh xạ cho phép đánh giá ảnh hưởng đồng thời tất yếu tố tác động đến trạng thái làm việc hệ động lực học trình khoan Khắc phục nhược điểm nghiên cứu trước đây, dừng lại mức độ đánh giá ảnh hưởng riêng biệt yếu tố - Ý nghĩa thực tiễn: Lựa chọn thông số chế độ khoan tối ưu quan điểm Bền động học Năng lượng học riêng tối thiểu cho phép hệ động lực học trình khoan làm việc ổn định, tiêu hao lượng nhỏ nhất, tuổi thọ thiết bị cao nhất, tăng tối đa tốc độ học khoan giảm giá thành thi công khoan Điểm luận án - Nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời tất yếu tố địa chất, công nghệ, kỹ thuật đến q trình khoan; - Lựa chọn thơng số chế độ khoan dựa chất động lực học lượng tiêu hao nhỏ để phá hủy đá Luận điểm bảo vệ - Đá móng mỏ Bạch Hổ mỏ Rồng thuộc thềm lục địa Nam Việt Nam đối tượng phức tạp trình khoan Hệ động lực học trình khoan đá móng giếng có độ dời đáy lớn làm việc trạng thái ổn định, hiệu khoan không cao; - Lựa chọn thông số chế độ khoan tối ưu quan điểm bền động học lượng học riêng tối thiểu thông qua xử lý tổng hợp số liệu khoan thực tế tăng ổn định thông số chế độ khoan đáy, tăng tốc độ học giảm giá thành mét khoan Cơ sở tài liệu luận án Luận án xây dựng sở: Các tài liệu thi công giếng khoan khai thác dầu khí mỏ Bạch Hổ mỏ Rồng thuộc LD Việt-Nga VietsovPetro; Các báo cáo tổng kết hoạt động thăm dị, khai thác dầu khí thềm lục địa Nam Việt Nam Tập đoàn dầu khí Quốc gia Việt Nam; Các báo cơng trình nghiên cứu khoa học tác giả nước nước ngồi đăng tạp chí chuyên ngành 10 Khối lƣợng cấu trúc luận án Luận án gồm phần mở đầu, chương nội dung nghiên cứu phần kết luận, kiến nghị Toàn nội dung trình bày 126 trang, có 15 bảng 67 đồ thị, hình vẽ CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆU QUẢ CÔNG TÁC KHOAN 1.1 Các tiêu đánh giá hiệu công tác khoan Hiệu công tác khoan đánh giá qua hai nhóm tiêu nhóm tiêu chất lượng nhóm tiêu số lượng 1.1.1 Chỉ tiêu chất lƣợng Các tiêu chất lượng bao gồm [6]: - Sai số vị trí khơng gian thân giếng khoan so với thiết kế; - Tỷ lệ chất lượng mẫu đá: đường kính, tính nguyên dạng cấu trúc, tính chất lý, thành phần khống vật; - Khả thực nghiên cứu cần thiết giếng khoan; - Mức độ ô nhiễm tầng sản phẩm lỏng, khí; 1.1.2 Chỉ tiêu số lƣợng 1.1.2.1 Các tiêu tốc độ Các tiêu tốc độ bao gồm [6]: a- Tốc độ học vCH: Là tốc độ tiến đáy lỗ khoan phá hủy đá b- Tốc độ hiệp vH: Đặc trưng cho mức độ tiến sâu lỗ khoan thời gian hiệp c- Tốc độ kỹ thuật vKT: Biểu thị hiệu sử dụng thời gian sản xuất tháng thiết bị d- Tốc độ thương mại vTM: Là hiệu q trình làm việc, đo chiều sâu trung bình tháng thiết bị cho giếng khoan e- Tốc độ chu trình vCT: Cho thấy chiều sâu trung bình cho tháng máy tính cho tồn chu trình khoan Các tiêu tốc độ có mối liên hệ mật thiết với tương quan sau: vCH > vH > vKT > vTM > vCT Sự tăng tốc độ làm tăng tốc độ sau 1.1.2.2 Chỉ tiêu giá thành Chỉ tiêu giá thành tính thơng qua giá mét khoan [6]: C  CK C  XL , đ/m (1.14) L đó, CXL- Chi phí cho cơng tác san nền, đường, bãi khoan, móng máy, xây lắp, chuẩn bị di chuyển, tháo dỡ, đ; CK- Chi phí chung cho khoan túy, gia cố thành giếng, tiêu hao mũi khoan, dung dịch khoan, tiêu hao cho công tác phụ trợ 1.1.2.3 Năng lƣợng tiêu hao để phá hủy đất đá đáy a- Năng lượng học riêng (Eb, MPa): Là lượng tiêu tốn để phá vỡ thể tích đất đá đó, tỷ số tốc độ tiêu tốn lượng tốc độ xuống choòng, xác định sau [19, 34]:  0, 04G 4,8nM x  E b  0,35    D2 D vCH   (1.17) đó, G- Tải trọng chiều trục, kN; D- Đường kính chng, cm; nTốc độ vịng quay, v/ph; Mx- Mơ men xoắn, N.m; b- Hiệu làm việc chng: Tính hiệu làm việc choòng xác định sau[19]: ef  c 1 Eb (1.18) đó: c- Độ bền nén không cân đất đá, Pa Nếu ef gần giá trị lượng học riêng tiêu tốn choòng giảm, hiệu làm việc choòng cao 1.2 Các yếu tố ảnh hƣởng tới tiêu đánh giá công tác khoan Gồm: Nhóm yếu tố khơng điều khiển tính chất đất đá điều kiện đáy; Nhóm yếu tố điều khiển yếu tố thay đổi tức thời, bao gồm [8]: tải trọng chiều trục, tốc độ vòng quay, thủy lực, số lượng tính chất tác nhân làm sạch, thơng số đặc tính mũi khoan Ngồi ra, ổn định hệ động lực học q trình khoan có ảnh hưởng đáng kể đến tiêu đánh giá hiệu khoan 1.2.1 Ảnh hƣởng tải trọng chiều trục Trong điều kiện thí nghiệm, bề mặt phá hủy làm tuyệt đối, tốc độ học hàm số tải trọng chiều trục [7]: vCH  G m (1.20) 1.2.2 Ảnh hƣởng tốc độ vòng quay Tốc độ học tăng theo tỷ lệ giảm dần tốc độ vòng quay tăng [7]: vCH  1n mo , mo1 (1.21) 1.2.3 Ảnh hƣởng đồng thời tải trọng chiều trục tốc độ vòng quay Mối quan hệ tốc độ học với tải trọng chiều trục tốc độ vòng quay thể qua phương trình [7]: vCH  3G m n mo , m=12; mo=0,41 (1.24) 1.2.4 Ảnh hƣởng thông số thủy lực a Ảnh hưởng lưu lượng bơm: Quan hệ tốc độ học lưu lượng bơm sau: Q vCH  (1.25) ab đó, Q- Lưu lượng bơm, m3/h; a, b hai số phụ thuộc vào tính chất lý đất đá, tải trọng chiều trục, tốc độ vòng quay loại cấu trúc mũi khoan b- Ảnh hưởng dòng dung dịch khỏi choòng: Tăng vJ (ngay giữ Q không đổi) làm tăng vCH Tuy nhiên, tăng vJ lớn vCH tăng không đáng kể dẫn đến tổn thất áp lực lớn choòng Hiệu tăng vJ khoảng 70100m/s c- Ảnh hưởng phối hợp Q vJ: Tốc độ học tăng với tích QvJ2 1.2.5 Ảnh hƣởng chất lƣợng dung dịch Tất thông số: trọng lượng riêng, độ nhớt, độ thải nước, hàm lượng pha rắn dung dịch có ảnh hưởng khác tới tốc độ học 1.2.6 Ảnh hƣởng tính chất lý đất đá Độ cứng đất đá tỷ lệ nghịch với tốc độ học: vCH   (1.33) đó,  độ cứng đất đá điều kiện đáy, Pa Tính mài mịn đất đá ảnh hưởng tới tuổi thọ chi tiết dụng cụ khoan, đặc biệt tuổi thọ mũi khoan Độ bền nén đất đá liên quan trực tiếp đến độ ổn định thành lỗ khoan 1.2.7 Ảnh hƣởng ổn định động học hệ động lực học trình khoan 1.2.7.1 Ảnh hƣởng dao động Hệ động lực học q trình khoan có dạng dao động [25], là: dao động dọc trục, dao động ngang, dao động xoắn a- Dao động dọc trục: Dao động dọc trục xuất thay đổi tải trọng chiều trục, thay đổi áp suất dung dịch tương tác mũi khoan với đất đá đáy Nó làm giảm thời gian tiếp xúc mũi khoan với đáy, làm giảm tốc độ học b- Dao động ngang: Dao động ngang xuất gây nên chuyển động xoáy dụng cụ khoan Chuyển động xoáy làm đường kính lỗ khoan bị mở rộng làm giảm tốc độ học c- Dao động xoắn: Là kết tượng dính-trượt Dao động xoắn gây tượng mỏi vật liệu, mòn choòng thành phần dụng cụ khoan, giảm hiệu khoan Các dạng dao động xuất đồng thời cộng hưởng làm tăng ảnh hưởng bất lợi dạng dao động 1.2.7.2 Các yếu tố gây ổn định hệ động lực học trình khoan Các nhân tố bao gồm: thơng số chế độ khoan (điển hình thơng số G n), phương pháp khoan, thiết bị mặt thiết bị đáy, mơi trường làm việc dụng cụ khoan, hình dạng lỗ khoan 1.3 Kết luận Tốc độ học tiêu hàng đầu việc đánh giá hiệu công tác khoan Việc tăng tốc độ học làm giảm giá thành làm tăng tất tốc độ khác Tuy nhiên, ảnh hưởng nhiều yếu tố nên tiêu tổng hợp giá thành mét khoan Trong khoan dầu khí, tiêu trình làm việc mũi khoan quan trọng, tuổi thọ tiến độ mũi khoan định hầu hết tiêu khác Ổn định động học hệ động lực học trình khoan có tác động lớn hiệu công tác khoan Các thông số chế độ khoan yếu tố điều chỉnh tức thời ảnh hưởng đến hầu hết tiêu khoan Chính vậy, việc lựa chọn hợp lý thơng số chế độ khoan mang tính định đến hiệu công tác khoan CHƢƠNG HOẠT ĐỘNG KHOAN TẠI THỀM LỤC ĐỊA NAM VIỆT NAM 2.1 Địa tầng đối tƣợng khai thác dầu khí Tồn phát dầu khí Việt Nam thuộc bể trầm tích Đệ Tam Bể Cửu Long bể trầm tích có tiềm dầu khí lớn nhất, đó, có mỏ dầu khai thác Bạch Hổ, Rồng, Rạng Đông, Hồng Ngọc, Sư Tử Đen nhiều mỏ khác Bạch Hổ mỏ dầu có quy mô lớn phát đầu tiên, mang đặc trưng dầu tầng móng granit nứt nẻ bể Cửu Long nói riêng giới nói chung [10] Lịch sử TKTD dầu khí bể Cửu Long gắn liền với lịch sử TKTD dầu khí thềm lục địa Nam Việt Nam Trong đó, mỏ Bạch Hổ thể đặc trưng chung Bể 2.1.1 Địa tầng mỏ Bạch Hổ Lát cắt địa chất mỏ Bạch Hổ gồm móng kết tinh trước Kainozoi trầm tích lục nguyên Chiều dày tổng cộng mở theo chiều thẳng đứng đá móng 1990m, tầng đá trầm tích 4740m Móng gồm đá macma granitoid kết tinh đai mạch diaba bazan-andesite poocfia, hay cịn gọi chung đá móng Độ cứng đá móng nằm khoảng 20-30MPa, phân loại độ cứng theo thang tiêu chuẩn GOST-122-88-66 đá móng có độ cứng cấp VII [9] Lát cắt trầm tích gồm đá tuổi Paleogen (Oligocen), Neogen (Miocen, Pliocen) Đệ tứ, chúng chia nhỏ thành điệp với tên gọi địa phương 2.1.2 Các đối tƣợng khai thác dầu khí mỏ Bạch Hổ Đối tượng chứa dầu mỏ móng nứt nẻ, hang hốc trước Kainozoi Trong trầm tích Oligocen dưới, Oligocen Miocen thân dầu có độ sản phẩm khác nhau, trữ lượng nhỏ, cấu tạo phức tạp Bề dày toàn tầng chứa dầu 2150m mở từ móng đến Miocen, phát 126 thân dầu Các thân dầu trầm tích có trữ lượng nhỏ, chiều cao thay đổi khoảng 15800m Thân dầu móng có chiều cao ước đốn tới 1800m 2.2 Q trình phát triển Trước giải phóng miền Nam, thềm lục địa phía Nam Việt Nam, hoạt động TKTD dầu khí tiến hành cơng ty dầu khí nước ngồi Mobil, Pecten, Union Texas nứt nẻ bể Cửu Long nói riêng giới nói chung Hầu hết khoảng khoan đá móng mỏ Bạch Hổ mỏ Rồng khoan choòng 215,9mm 165,1mm Thân giếng tạo loại chng có độ dời đáy lớn CHƢƠNG ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐỘNG HỌC CỦA HỆ ĐỘNG LỰC HỌC Q TRÌNH KHOAN BẰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC 3.1 Đặc điểm làm việc hệ động lực học trình khoan Trong trình phá huỷ đất đá, chng khoan ln chịu tác động tổ hợp lực tương tác cộng hưởng triệt tiêu lẫn Giếng khoan vỉa hệ thống khép kín, chng khoan làm việc mơi trường vỉa Để phá hủy đất đá, choòng khoan truyền lượng thông qua thông số chế độ khoan Có thể thấy chng khoan ln làm việc môi trường động phức tạp Một số câu hỏi đặt ra: Choòng làm việc trạng thái động lực học (ổn định hay không ổn định)? Trên quan điểm bền động học, trạng thái ổn định hệ thống Vỉa-Giếng (hệ động lực học trình khoan) có bền hay khơng? 3.2 Nghiên cứu trạng thái làm việc hệ động lực học trình khoan 3.2.1 Các lý thuyết áp dụng a- Lý thuyết Tai biến (Castatrof): Được hiểu biến đổi không đồng tức thời, xuất trạng thái đột biến qua phản ánh hệ thống nghiên cứu thay đổi đặn điều kiện ngoại biên Giả sử rằng, mơ hình hóa hệ động lực học mơ dạng phương trình vi phân: dx = df(x,c1 ,c2 cn ) dt (3.1) Trong đó, f hàm biến đổi trạng thái x tham số điều khiển c1, c2 cn Xác định điểm đột biến hay điểm tới hạn nếu:  d 2f   df     0;     dx u  dx u (3.2) Đây điều kiện đảm bảo cho hoạt động hệ động lực học tương ứng trạng thái ổn định b- Lý thuyết Ánh xạ: Giá trị hiệu ứng phi tuyến giải thích sở phân tích Hàm phân nhánh lý thuyết Ánh xạ: x n 1  rx n (1  x n ) (3.3) đó, r- Tham số điều khiển; xn- Tương quan số biết thứ n với số trước Các tính chất động lực học hàm phân nhánh đóng vai trị quan trọng nghiên cứu tổng quát trình phi tuyến 3.2.2 Đánh giá ổn định động học hệ động lực học trình khoan a- Ứng dụng lý thuyết Tai biến: Quá trình phá hủy đất đá chng phản ánh thơng qua phương trình: dvCH  c1vCH  c2 vCH  c3 dt (3.4) đó, t- Thời gian để khoan mét; c1, c2, c3- Các tham số điều khiển, đặc trưng cho tương tác điều kiện địa chất, môi trường dung dịch, cấu trúc dụng cụ khoan, hình dạng chiều dài thân giếng, thông số chế độ công nghệ khoan Các tham số c1, c2, c3 xác định thông qua xử lý số liệu khoan thực tế bao gồm tốc độ học tương ứng với thông số chế độ khoan theo mét khoan khoan giếng có độ dời đáy lớn mỏ Bạch Hổ mỏ Rồng - Nếu  (=c22-4c1c3)>0 ổn định động học hệ động lực học trình khoan bảo đảm; - Khi 

Ngày đăng: 15/07/2014, 00:12

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan