MỤC LỤC MỤC LỤC 1 MỤC LỤC 1 3 MỤC LỤC 1 1 3 ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT DIF Drill-in Fluids – dung dịch mở vỉa sản phẩm DDK Dung dịch khoan FLT Flow Loop Test – thí nghiệm xử lý axít phục hồi độ thấm UCS Unconfined Compressive Strength – độ bền nén biểu kiến NTU Nephelometic Turbidity Unit – chỉ số độ đục CN Công nghệ ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ Bảng 1.2 − Thông số độ thấm và độ rỗng tầng Miocene hạ mỏ Sư Tử Đen Error: Reference source not found Bảng 4.1 − Thành phần của hoá chất xử lý mùn khoan MudSOLV Error: Reference source not found MỤC LỤC 1 MỤC LỤC 1 1 MỤC LỤC 1 3 1 MỤC LỤC 1 1 3 1 ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Công tác khoan và khai thác các giếng trong tầng cát kết Miocene thuộc bồn trũng Cửu Long đã được tiến hành từ nhiều năm nay với kết quả không như mong muốn. Các công ty dầu khí đã áp dụng nhiều giải pháp kỹ thuật trong thiết kế cũng như thi công nhằm tăng sản lượng khai thác. Tuy nhiên, thực tế tại nhiều giếng khi thi công khoan cho biểu hiện dầu khí khá tốt, nhưng khi thử vỉa lại không cho dòng dầu như thiết kế. Một trong những nguyên nhân chính dẫn đến thực tế này là do việc áp dụng công nghệ khoan mở vỉa chưa phù hợp làm cho tầng chứa bị nhiễm bẩn, hạn chế sự lưu thông của dòng sản phẩm vào giếng. Với mọi nỗ lực thi công khoan và hoàn thiện các giếng Miocene hạ thành công, ngồi việc áp dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật khác, việc nghiên cứu lựa chọn hệ dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm phù hợp nhất với đặc tính thấm chứa riêng biệt là rất quan trọng, mang tính chất quyết định đến sản lượng của mỏ. Luận điểm này đã được minh chứng thực tế ở nhiều giếng khoan thuộc vùng nghiên cứu. Với những lý do trên, việc phát triển đề tài: “Nghiên cứu, lựa chọn giải pháp mở vỉa và hoàn thiện giếng trong tầng Mioxen hạ, mỏ Sư Tử Đen” là rất cấp thiết. 2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu Hiện nay, các công nghệ khoan và hoàn thiện giếng tiên tiến đã và đang được áp dụng rộng rãi. Ở bồn trũng Cửu Long nói chung và mỏ Sư Tử Đen nói riêng, những nghiên cứu đánh giá đã khẳng định những giếng khoan ngang khai thác trong tầng Miocene hạ phải được thiết kế sử dụng công nghệ hoàn thiện ống lọc cát là hợp lý hơn cả. Khả năng khai thác của các giếng này phụ thuộc vào nhiều yếu tố; tuy nhiên, yếu tố quyết định chính là việc thiết kế được hệ dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm phù hợp, vừa hạn chế đến mức thấp nhất nhiễm bẩn thành hệ, vừa cho phép gọi dòng dễ dàng để đưa ra lưu lượng khai thác lớn nhất. ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI 2 Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm và tham khảo các tài liệu, tác giả sẽ đề xuất phương pháp nghiên cứu hoàn thiện thành công các giếng khoan khai thác tầng Miocene hạ sử dụng ống lọc cát cho mỏ Sư Tử Đen. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Với phạm vi là những giếng khoan khai thác trong tầng Miocene hạ sử dụng ống lọc cát nhằm tăng khả năng khai thác, hạn chế nguy cơ khai thác sản phẩm lẫn cát ở mỏ Sư Tử Đen, đối tượng nghiên cứu của đề tài là: • Các hệ dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm thường được sử dụng để tìm ra hệ dung dịch khoan phù hợp cho công nghệ hoàn thiện ống lọc cát • Các loại vật liệu gia cố CaCO3 có sẵn trên thị trường trong và ngồi nước để tìm ra loại có kích cỡ hạt phù hợp nhất với đặc tính thấm chứa của vỉa chứa Miocene hạ mỏ Sư Tử Đen 4. Nội dung nghiên cứu Luận văn sẽ tập trung nghiên cứu các nội dung sau: • Nghiên cứu lý thuyết nhiễm bẩn thành hệ • Tổng quan về công nghệ khoan mở vỉa sản phẩm và thực trạng khoan mở vỉa sản phẩm tầng Miocene hạ Bồn trũng Cửu Long • Nghiên cứu đặc tính thấm chứa của tầng sản phẩm để tìm ra bán kính trung bình của kênh dẫn và tính tốn kích cỡ cần thiết của vật liệu gia cố CaCO 3 • Thí nghiệm minh chứng sự phân bố độ hạt vật liệu gia cố CaCO 3 phù hợp nhất và thí nghiệm rửa trôi lớp vỏ bùn bằng axit • Hoàn thiện đơn pha chế dung dịch mở vỉa sản phẩm cho tầng Miocene hạ mỏ Sư Tử Đen 5. Phương pháp nghiên cứu 5.1 Nghiên cứu lý thuyết • Nghiên cứu lý thuyết nhằm làm sáng tỏ các cơ chế nhiễm bẩn khi có sự tiếp xúc của dung dịch khoan với các thành hệ đất đá trong tầng chứa dầu khí. • Nghiên cứu đặc tính thấm chứa của tầng sản phẩm để tìm ra bán kính trung bình của kênh dẫn ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI 3 • Nghiên cứu tính tốn tìm ra loại và kích cỡ cần thiết của vật liệu gia cố cưỡng bức khi mở vỉa sản phẩm 5.2 Nghiên cứu thực nghiệm Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về mở vỉa và hoàn thiện giếng có liên quan đến đối tượng khai thác ở vùng nghiên cứu để tiến hành các thí nghiệm minh giải từ đó phân tích lựa chọn đơn pha chế hệ dung dịch mở vỉa có kích cỡ và loại vật liệu gia cố phù hợp nhất với đặc tính thấm chứa của tầng chứa Miocene hạ mỏ Sư Tử Đen. 6. Tài liệu cơ sở của luận văn Luận văn được xây dựng trên cơ sở các tài liệu địa chất, tài liệu thi công khoan cũng như những nghiên cứu lựa chọn và thực tế sử dụng dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm ở vùng nghiên cứu. Đề tài được triển khai trên cơ sở những kiến thức từ hội thảo, các bài báo, tạp chí chuyên ngành khoan có liên quan đến mở vỉa sản phẩm trong và ngồi nước. Trong quá trình thực hiện Luận văn, tác giả còn tham khảo nhiều tài liệu về dung dịch khoan của các công ty chuyên về dung dịch khoan trên thế giới như M-I Drilling Fluids, Schlumberger, Halliburton/ Baroid Drilling Fluids / Baker Hughes Inteq. 7. Luận điểm mới của luận văn Đưa ra phương pháp nghiên cứu lựa chọn hệ dung dịch khoan với đơn pha chế phù hợp để mở vỉa một tầng chứa với đặc tính thấm chứa riêng như Miocene hạ ở mỏ Sư Tử Đen, đồng thời chứng tỏ tính hiệu quả của việc nghiên cứu này 8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn • Đã đưa ra được phương pháp nghiên cứu cần thiết để lựa chọn hệ dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm cho một khu vực tầng chứa Miocene hạ hoặc Oligocene bất kỳ với đặc tính thấm chứa riêng. • Đề xuất đơn pha chế dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm phù hợp với tầng chứa Miocene hạ khu vực mỏ Sư Tử Đen khi sử dụng ống lọc cát. • Hoàn thiện thành công một giếng công nghiệp tầng Miocene hạ mỏ Sư Tử Đen có sử dụng ống lọc cát. ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI 4 9. Cấu trúc và khối lượng của Luận văn Luận văn gồm phần mở đầu, 4 chương, phần kết luận và kiến nghị, phụ lục và danh mục tài liệu tham khảo. Toàn bộ nội dung của Luận văn được trình bày dự kiến khoảng 70-100 trang trên khổ giấy A4, phông chữ Times New Roman, cỡ 13, khoảng cách 1.5 dòng như theo quy định. Luận văn sẽ được hoàn thành tại Trường Đại học Mỏ Địa chất Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của: 1. PSG. TS Cao Ngọc Lâm, nguyên Giảng viên khoa Khoan và Khai thác – Dầu khí, Trường Đại học Mỏ Địa chất Hà Nội. 2. PSG. TS Hoàng Dung, nguyên Giảng viên khoa Khoan và Khai thác – Dầu khí, Trường Đại học Mỏ Địa chất Hà Nội (Phản biện). Trong quá trình làm luận văn, tác giả cũng nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của tập thể các giảng viên, cán bộ của khoa Khoan và Khai thác – Dầu khí, Trường Đại học Mỏ Địa chất Hà Nội cũng như các Công ty Cửu Long JOC, PV Drilling, và Schlumberber. ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI 5 CHƯƠNG I TỔNG QUAN KHOAN MỞ VỈA TẦNG MIOCENE HẠ BỂ CỬU LONG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI 6 1.1. Đặc điểm địa chất vùng nghiên cứu Bồn trũng Cửu Long nằm ở thềm lục địa phía nam Việt Nam, được phân chia làm nhiều Lô, chứa hầu hết những mỏ dầu khí lớn như mỏ Bạch Hổ, Rạng Đông, Rồng, Sư Tử Đen, Sư Tử Vàng, Sư Tử Trắng, Cá Ngừ Vàng, Tê Giác Trắng, … Trong bể Cửu Long, Lô 15−1 chiếm diện tích khoảng 4,600 km 2 , nằm ở khu vực phía Bắc, dọc theo bờ biển Bà Rịa – Vũng Tàu và Phan Thiết. Công tác thăm dò dầu khí tại Lô 15−1 được tiến hành từ năm 1998 với giếng khoan đầu tiên vào Quý 3 năm 2000. Từ đó tới nay nhiều mỏ dầu quan trọng như Sư Tử Đen, Sư Tử Vàng, Sư Tử Trắng và gần đây là Sư Tử Nâu đã được phát hiện. Phần móng nứt nẻ được cấu tạo bởi các đá xâm nhập bao gồm granit, granodiorit, tonalit, granosyenit, diorit và gabbrodiorit. Các loại đá phun trào cũng có mặt trong thành phần của không chỉ đá móng mà cả trầm tích biến chất. Từ nóc móng, cột địa tầng tổng hợp của bồn trũng Cửu Long bao gồm các thành tạo đất đá được mô tả từ già đến trẻ như sau: Điệp Trà Cú, thường được gọi là “Tập F và E”, có tuổi Eocene bao gồm các đá cát kết và cuội kết màu hồng xen lẫn bột kết; Điệp Trà Tân, thường được gọi là “Tập D và C”, là các đá có tuổi Oligocene, bao gồm các đá phiến màu đen và bột kết với một vài lớp cát kết. Đây là tầng sinh rất tốt trong khu vực, đồng thời là tầng chắn trên móng kết tinh nứt nẻ; Điệp Bạch Hổ (Miocene hạ) được gọi là “Tập BI”, là các đá có tuổi Miocene sớm, gồm các phiến sét màu nâu, xám xanh xen lẫn các tập cát kết và bột kết. Các đá phiến sét này là tầng chắn rất tốt mang tính khu vực. Các tập cát kết tuy có độ rỗng lớn nhưng không phân bố liên tục nhưng sản lượng khai thác hàng năm từ các tập này là không nhỏ. Dựa vào tài liệu thạch học, cổ sinh, địa vật lý, điệp Bạch Hổ được chia thành hai phụ điệp sau: Phụ điệp Bạch Hổ dưới; bao gồm các lớp trầm tích cát kết xen lẫn sét kết và bột kết. Càng lên phía trên, các hạt càng thô. Cát kết thạch anh màu xám trắng, cỡ hạt từ nhỏ đến trung bình, được gắn kết chủ yếu bằng xi măng sét, kaolinit lẫn carbonat. Cát kết thuộc tầng này có độ dày từ 10 − 16 m. Chúng phân bố chủ yếu từ phần trung tâm chạy về phía Bắc của cấu trúc Sư Tử Đen, ở độ sâu khoảng 1760 đến 1800 m; Phụ điệp Bạch ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI 7 Hổ trên; gồm các lớp sét dẻo, dính và rất dễ trương nở khi gặp nước, xen lẫn một vài các tập cát kết mỏng và dấu vết than và glauconit. Đây là tầng chắn của tầng chứa Miocene hạ bồn trũng Cửu Long. Điệp Côn Sơn (Miocene giữa) được gọi là “Tập BII”; chủ yếu gồm các lớp cát kết hạt thô xen kẹp boat kết có tuổi Miocene trung. Điệp Đồng Nai (Miocene trên): các đất đá thuộc điệp Đồng Nai thường được gọi là “Tập BIII”, chủ yếu là các tập cát có độ hạt trung bình, rất giàu glauconite, có tuổi Miocene muộn. Tương tự điệp Côn Sơn, điệp Đồng Nai cũng không thấy các dấu hiệu dầu khí. Điệp Biển Đông; bao gồm các trầm tích “Tập A” với thành phần chủ yếu là cát hạt mịn rất giàu sinh vật biển và glaunonite màu vàng. ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI [...]... cát Do vậy, việc nghiên cức cơ chế nhiễm bẩn, áp dụng công nghệ khoan mở vỉa và hoàn thiện giếng tối ưu, và đặc biệt là việc nghiên cứu lựa chọn đơn pha chế dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm một cách phù hợp có ý nghĩa rất quan trọng, mang tính chất quyết định đến sản lượng mỏ, góp phần mang lại hiệu quả kinh tế cao 2.2 Các cơ chế nhiễm bẩn thành hệ Trong quá trình khoan và hoàn thiện giếng, quá trình... khoan và hoàn thiện cũng như đơn pha chế dung dịch mở vỉa phù hợp ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI 11 1.2.3 Đánh giá những hạn chế của công nghệ khoan và các hệ dung dịch sử dụng Như đã trình bày sơ bộ ở trên, công nghệ khoan và hoàn thiện giếng áp dụng cho tầng Miocene hạ trong những năm đầu ở khu vực bể Cửu Long còn khá đơn giản và chưa hiệu quả Phương pháp khoan, chống ống, bơm trám xi măng và bắn mở vỉa Đặc... phẩm không chỉ phụ ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI 10 thuộc vào cơ chế nhiễm bẩn mà còn phụ thuộc vào loại thành hệ và quan trọng hơn tất cả là công nghệ khoan và hoàn thiện giếng trong tầng sản phẩm đó Bồn trũng Cửu Long có ba tầng sản phẩm chính; Miocene hạ, Oligocene và tầng móng granite phong hóa nứt nẻ Tầng Miocene hạ chủ yếu là cát, cát kết và các tập sét xen kẹp Các tập sét trong tầng Miocene hạ có tính... Miocene hạ cho thấy độ rỗng và thấm khá cao, là tầng chứa dầu khí tốt 1.2 Thực trạng khoan mở vỉa sản phẩm tầng Miocene hạ bồn trũng Cửu Long 1.2.1 Công nghệ khoan, hoàn thiện giếng khai thác ở vùng nghiên cứu Trên thế giới, công nghệ khoan và hoàn thiện các giếng khai thác trong tầng cát kết rất phong phú và đa dạng Do tác hại mài mòn của hiện tượng sinh cát, ngày nay, hầu hết những giếng khoan mới đều được... khoan và hoàn thiện giếng không sử dụng vữa trám, dung dịch và lớp vỏ bùn phải được thiết kế sao cho có thể thay thế và phá hủy dễ dàng mà không cần các biện pháp làm sạch Dung dịch khoan mở vỉa được chọn nhằm hạn chế đến mức thấp nhất sự nhiễm bẩn Đối với loại giếng khoan khai thác trong tầng cát kết nói chung, các hệ dung dịch khoan mở vỉa có thể chia làm hai nhóm chính: Nhóm dung dịch khoan mở vỉa. .. ống lọc cát và chèn sỏi (sandscreen and gravel pack); Công nghệ sử dụng ống lọc cát giãn nở Trong vùng nghiên cứu, thực tế hầu hết các giếng khoan khai thác tầng Miocene hạ trước đây được khoan và hoàn thiện theo kiểu nhóm 1 tức không kiểm soát cát Hai phương pháp thường được sử dụng là: Khoan, chống ống, bơm trám xi măng và bắn mở vỉa Tầng sản phẩm sau khi khoan qua, được chống ống suốt và bơm trám... dịch khoan mở vỉa sản phẩm hoàn toàn dựa trên nguyên tắc hạn chế tối đa sự nhiễm bẩn theo hai cơ chế này ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI 31 CHƯƠNG III ỐNG LỌC CÁT VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN MỞ VỈA SẢN PHẨM ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI 32 3.1 Cơ sở lựa chọn kiểu giếng sử dụng ống lọc cát Như chúng ta biết, ngày nay, giá dầu ngày càng tăng đồng nghĩa với việc tăng giá thành khoan và hoàn thiện giếng Đặc biệt,... nhiễm bẩn Giếng bị nhiễm E O R Hình 2.1 − Mô phỏng đới nhiễm bẩn E Giếng E quanh vùng cận thành giếng như mô phỏng trong hình dưới đây: bẩn Ở trạnh thái tự nhiên, khi chưa chịu sự tác động của quá trình mở vỉa, đất đá và các chất lưu vỉa đều nằm ở trạng thái cân bằng, tức các thông số vỉa có giá trị ổn định Khi khoan mở vỉa, choòng khoan tiếp xúc với đất đá và làm vỡ thế cân bằng vỉa ban đầu và có xu... chua nhẹ 0 đến -2 Giếng lệch Giếng nứt nẻ tự nhiên hoặc có hạt chèn nhỏ Giếng có độ nứt nẻ lớn trong vỉa có độ thấm thấp -0.5 đến -3 -3 đến -5 -5 đến -6.5 Hệ số Skin thay đổi trong khoảng rộng như vậy là do tính phức tạp tự nhiên của bồn trũng Cửu Long với nhiều đối tượng khai thác khác nhau, đồng thời một phần là do công tác khoan mở vỉa và hoàn thiện giếng chưa được chú trọng và nghiên cứu đúng mức... mới Trong suốt quá trình mở vỉa, dung dịch khoan và pha rắn trong dung dịch có điều kiện tương tác qua lại với đất đá và chất lưu vỉa thuộc vùng cận thành và đáy giếng khoan Do quá trình tương tác này, khu vực xung quanh thành giếng diễn ra một quá trình làm thay đổi trạng thái cơ lý hóa thành hệ, và vì thế làm giảm tính thấm lọc khu vực lân cận thành giếng khoan ảnh hưởng đến khả năng khai thác của giếng . của mỏ. Luận điểm này đã được minh chứng thực tế ở nhiều giếng khoan thuộc vùng nghiên cứu. Với những lý do trên, việc phát triển đề tài: Nghiên cứu, lựa chọn giải pháp mở vỉa và hoàn thiện giếng. và hoàn thiện giếng trong tầng Mioxen hạ, mỏ Sư Tử Đen là rất cấp thiết. 2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu Hiện nay, các công nghệ khoan và hoàn thiện giếng tiên tiến đã và đang được áp dụng. dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm phù hợp với tầng chứa Miocene hạ khu vực mỏ Sư Tử Đen khi sử dụng ống lọc cát. • Hoàn thiện thành công một giếng công nghiệp tầng Miocene hạ mỏ Sư Tử Đen có sử dụng