Đang tải... (xem toàn văn)
Trên thế giới hiện có nhiều mô hình tốc độ khoan tiêu biểu như BOURGOYNE và YOUNG, Agosasvili, Aleksandrov, Ageev, Galle Wood, Simonov, Vorojbitov hay mô hình của Vietsovpetro. Các mô hình này đều phản ánh một phần của các thông số ảnh hưởng dựa trên các phương trình thực nghiệm. Nghiên cứu các giải pháp tối ưu trong số các mô hình là ưu tiên hàng đầu cho nghiên cứu này.
Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học lần thứ 21, Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội, 14/11/2014 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ KHÁC NHAU TỚI TỐC ĐỘ CƠ HỌC KHOAN Nguyễn Thế Vinh, Nguyễn Trần Tuân, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Nguyễn Hữu Trường, Trường Đại học Sejong, Seoul, South Korea Nguyễn Xuân Thảo, Viện công nghệ khoan Tóm tắt: Bài báo trình bày yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ học khoan tải trọng lên choòng, độ mòn choòng, tốc độ quay, chênh lệch áp suất, lực tương tác Mô hình tốc độ học khoan Bourgoyne Young lựa chọn để nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố kể đến tốc độ học khoan trình khoan Các yếu tố quan trọng chiều sâu, áp lực vỉa, trọng lượng riêng tuần hoàn tương đương, tốc độ quay, độ mòn choòng, lực tương tác thủy lực thu thập từ báo cáo số liệu trường Để nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố khác tới tốc độ học khoan, phương pháp phân tích hồi qui đa biến sử dụng Mô hình tốc độ học khoan xây dựng phương pháp thống kê với hỗ trợ phần mềm Minitab 16 Đặt vấn đề Trong trình khoan có nhiều yếu tố ảnh hưởng ảnh hưởng tới tốc độ học khoan Các yếu tố khách quan, chủ quan bao gồm tất yếu tố địa chất, kỹ thuật, công nghệ yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ học khoan cách riêng biệt đồng thời Việc nghiên cứu mức độ ảnh hưởng yếu tố khác tới tốc độ học khoan giúp cho việc lựa chọn thông số chế độ khoan (yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ học) tối ưu để đạt tốc độ học khoan cao Cho đến có nhiều mô hình tốc độ học khoan nhiều tác giả khác Gulizade, Pheodorov, Brevdo, Simson, Bulatov, Gabuzov, Bozurev, Orlov, Agosasvili, Aleksandrov, Ageev, Galle Wood, Simonov, Vorojbitov, Bourgoyne Young [1,2] Các mô hình cho phép xác định ảnh hưởng yếu tố khác tới tốc độ học khoan Phần báo sử dụng mô hình tốc độ học khoan Bourgoyne Young để nghiên cứu ảnh hưởng yếu tốc khác tới tốc độ học khoan Mô hình tốc độ học khoan BOURGOYNE YOUNG Nhóm tác giả lựa chọn mô hình tốc độ học khoan BOURGOYNE YOUNG [3,4] để phân tích yếu tố ảnh hưởng (Xj) tới tốc độ học khoan, mô hình phản ánh tất yếu tố ảnh hưởng tới trình khoan, bao gồm yếu tố địa chất, kỹ thuật công nghệ Mô hình có dạng sau: , (1) đó: ROP- Tốc độ học khoan; EXP(z)- Hàm số mũ ; a1- Hệ số kể đến ảnh hưởng độ cứng đất đá đến tốc độ học; aj (j = 8)- Các hệ số kể đến ảnh hưởng yếu tố khác đến tốc độ học khoan biểu diễn phương trình cụ thể sau Ảnh hưởng độ cứng đất đá Hệ số a1 việc đặc trưng cho hưởng độ cứng đất đá tốc độ học khoan kể đến ảnh hưởng hàm hượng mùn khoan, hàm lượng cát dung dịch tuần hoàn tới tốc độ học khoan Các yếu tố khác chất lượng dung dịch, hiệu 195 thiết bị khoan, kinh nghiệm vận hành khoan, hiệu dịch vụ nhà thầu phụ xét đến sau Ảnh hưởng độ cứng đất đá (f1) tới tốc độ học khoan biểu diễn phương trình (2) (2) Ảnh hưởng độ nén đất đá thành hệ Ảnh hưởng độ nén đất đá thành hệ đến tốc độ học khoan biểu diễn phương trình (3) thông qua hệ số a2 Khi chiều sâu khoan tăng lên, ứng suất thẳng đứng v đất đá tăng mật độ đất đá tăng lên theo chiều sâu giếng khoan trình khoan, độ rỗng đất đá giảm, tăng mức độ chặt xít đất đá, làm cho tốc độ học khoan giảm theo hàm số mũ, (3) Ảnh hưởng áp suất thành hệ Phương trình (4) biểu diễn ảnh hưởng áp suất thành hệ tới tốc độ học khoan đáy giếng khoan thông qua hệ số a3 Trong trường hợp khoan vào thành hệ có dị thường áp suất dương (áp suất thành hệ lớn 9,0 ppg), tốc độ học khoan có xu hướng tăng lên Ngược lại, khoan vào thành hệ có dị thường áp suất âm (áp suất thành hệ nhỏ 9,0 ppg), tốc độ học khoan có xu hướng giảm theo hàm số mũ, (4) Ảnh hưởng chênh áp suất áp suất thành hệ áp suất thuỷ tĩnh Phương trình (5) mô tả ảnh hưởng chênh áp suất áp suất tuần hoàn tương đương (ECD) áp suất thành hệ giếng khoan tới tốc độ học khoan thông qua hệ số a4 Trong trình khoan, xảy tượng chênh áp suất áp suất cột dung dịch tuần hoàn tương đương áp suất thành hệ tăng lên đáy giếng khoan, chênh áp suất dương làm giảm tốc độ học khoan theo theo hàm số mũ Tại thời điểm chênh áp suất đáy giếng khoan đạt giá trị 0, dẫn tới ảnh hưởng chênh áp thời điểm tới tốc độ học khoan lúc (5) Ảnh hưởng đường kính tải trọng lên choòng Tải trọng lên choòng (WOB) đường kính choòng khoan ảnh hưởng đến tốc độ học khoan theo phương trình (6) thông qua hệ số a5 Giả thiết tốc độ học khoan tăng tỷ lệ thuận với việc tăng tải trọng lên choòng ngược lại Trong (w/db)t tải trọng lên choòng giới hạn mũi khoan nằm khoảng từ 0,6 tới 2,0 (6) Ảnh hưởng tốc độ vòng quay Phương trình (7) diễn tả ảnh hưởng tốc độ vòng quay tới tốc độ học khoan thông qua hệ số a6, giả thiết tốc độ học khoan tỷ lệ thuận với tốc độ vòng quay, có nghĩa tăng tốc độ vòng quay vận tốc học khoan tăng lên ngược lại (7) Ảnh hưởng độ mài mòn choòng Phương trình (8) biểu diễn độ mài mòn choòng khoan thông qua hệ số a7 Độ mài mòn choòng khoan đánh giá sở chiều cao choòng so với chiều cao choòng ban đầu điều chứng tỏ choòng khoan có độ mài mòn nhanh lớn ảnh hưởng làm giảm tốc độ học khoan, ROP, trình khoan Phương trình (8) diễn tả ảnh hưởng độ mài mòn choòng tới tốc độ học khoan: (8) Ảnh hưởng áp suất thỷ lực khoan 196 Phương trình (9) diễn tả ảnh hưởng vòi phun choòng khoan tới tốc độ học khoan thông qua hệ số a8 Nó thí nghiệm sở choòng khoan có đường kính nhỏ (Eckel, 1968) (9) Kết thu được mô hình tốc độ học khoan phân tích kết thu được Từ phương trình (1) đến (9), phương pháp hồi quy tuyến tính với trợ giúp phần mềm Minitab 16, sở số liệu khoan thực tế bảng thu mô hình tốc độ học khoan phương trình (10), hệ số tương quan R2 = 85,9 % (10) Các hệ số đặc trưng cho yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ học khoan thu theo bảng Phương trình f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 TT Chiều sâu giếng (ft) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 9.515 9.830 10.130 10.250 10.390 10.500 10.575 10.840 10.960 11.060 11.475 11.775 11 940 12.070 12.315 12.900 12.975 13.055 13.250 13.795 Bảng Các hệ số thu cho bảng sau Tham số Hệ Số Độ cứng đất đá thành hệ a1 Độ nén đất đá thành hệ theo chiều sâu a2 Độ nén theo áp suất thành hệ a3 Chênh áp a4 Tải trọng lên choòng a5 Tốc độ vòng quay a6 Độ mài mòn choòng a7 Áp suất thuỷ lực khoan a8 Giá Trị 3,76 0,000175 0,000199 0,000043 0,417 0,181 0,411 0,163 Bảng Số liệu giếng khoan (Offshore Louisiana ) Tải Độ mài Áp Tốc độ Số trọng mòn lực ROP vòng ECD Choòng choòng choòng vòi (ft/hr) quay (ppg) sử dụng (1,000 khoan phun (RPM) lb/in) (in) (ppg) 23,0 2,58 113 0,77 0,964 9,5 22,0 1, 15 126 0,38 0,964 9,5 14,0 0,81 129 0,74 0,827 9,6 11 10,0 0,95 87 0,15 0,976 9,7 12 16,0 1,02 78 0,24 0,984 9,7 19,0 1,69 81 0,61 0,984 9,7 13,0 1,56 81 0,73 0,984 9,7 13 16,6 1,63 67 0,38 0,932 9,8 15,9 1,83 65 0,57 0,878 9,8 15,7 2,03 69 0,72 0,878 9,8 15 14,0 1,69 77 0,20 0,887 10,3 18 13,5 2,31 58 0,12 0,852 11,8 21 6,2 2,26 67 0,2 0,976 15,3 22 9,6 2,07 84 0,08 0,993 15,7 15,5 3,11 69 0,40 1, 185 16,3 23 31,4 2,82 85 0,42 1,150 16,7 24 42,7 3,48 77 0,17 1,221 16,7 38,6 3,29 75 0,29 1,161 16,8 43,4 2,82 76 0,43 1, 161 16,8 25 12,5 1,60 81 0,56 0,272 16,8 197 Áp suất thành hệ (ppg) 9,0 9,0 9,0 9,0 9,0 9,1 9,2 9,3 9,4 9,5 9,5 10,1 12,4 13,0 14,4 15,9 16,1 16,2 16,2 16,2 TT Chiều sâu giếng (ft) 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 14.010 14.455 14.695 14.905 15.350 15.740 16.155 16.325 17.060 20.265 Số Choòng sử dụng 26 28 29 30 32 34 40 ROP (ft/hr) 21,1 19,0 18,7 20,2 27,1 14,8 12,6 14,9 13,8 9,0 Tải trọng choòng (1,000 lb/in) 1,04 1,76 2,00 2,35 2,12 2,35 2,47 3,76 3,76 3,41 Tốc độ vòng quay (RPM) 75 64 76 75 85 78 80 81 65 60 Độ mài mòn choòng khoan (in) 0,46 0,16 0,27 0,33 0,31 0,81 0,12 0,50 0,91 0,01 Áp lực vòi phun (ppg) 0,201 0,748 0,819 0,419 1,29 0,802 0,670 0,532 0,748 0,512 ECD (ppg) Áp suất thành hệ (ppg) 16,8 16,9 17,1 17,2 17,0 17,3 17,9 17,5 17,6 17,7 16,2 16,2 16,2 16,4 16,5 16,5 16,5 16,6 16,6 16,6 Hình Tỷ lệ ảnh hưởng yếu tố khác tới tốc độ học khoan Phân tích mức độ ảnh hưởng yếu tố khác tới tốc độ học khoan Hình biểu diễn tỷ lệ ảnh hưởng yếu tố khác tới tốc độ học khoan Qua hình cho thấy ảnh hưởng chênh áp (f4) tới tốc độ học khoan chiếm phần lớn Vì khoan vào tầng đất đá có dị thường áp suất dương lớn, thường làm gia tăng f4, làm tăng tốc độ học khoan Ảnh hưởng lớn ảnh hưởng áp suất thành hệ (f3) Ảnh hưởng ứng suất nén đất đá (f2) tăng lên theo chiều sâu giếng khoan Ảnh hưởng chênh lệch áp suất thành hệ áp suất cột thủy tĩnh Hình mô tả ảnh hưởng chênh lệch áp suất thành hệ áp suất cột thủy tĩnh tới tốc độ học khoan khoan khơi Louisiana Khi chênh áp tăng lên làm cho f4 tăng, dẫn tới tốc độ học khoan tăng Điều giải thích khoan qua tầng đất đá có áp suất thành hệ dị thường dương tốc độ học khoan thường tăng lên Bằng cách điều chỉnh tỷ trọng dung dịch gần với áp suất vỉa, chênh áp suất đạt giá trị lúc tốc độ học khoan đạt giá trị lớn 198 Hình Ảnh hưởng chênh lệch áp suất thành hệ áp suất cột thủy tĩnh tới tốc độ học khoan Ảnh hưởng tải trọng lên choòng Ảnh hưởng tải trọng lên choòng khoan tới tốc độ hoc khoan thể hình Qua hình cho thấy tải trọng chiều trục tăng lên tốc độ học tăng (thể tích phá huỷ đất đá đáy giếng tăng) 4.0 ROP (ft/hr) 3.5 3.0 2.5 2.0 -1.6 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 EX P (WOB) -0.6 -0.4 -0.2 0.0 Hình Ảnh hưởng tải trọng chiều trục tới tốc độ học khoan Ảnh hưởng tốc độ vòng quay Hình mô tả ảnh hưởng tốc độ vòng quay tới tốc độ học khoan Khi tốc độ vòng quay tăng lên dẫn tới tốc độ học khoan tăng 4.0 ROP (ft/hr) 3.5 3.0 2.5 2.0 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 EXP (RPM) 0.0 0.1 0.2 0.3 Hình Ảnh hưởng tốc độ vòng quay tới tốc độ học khoan 199 Ảnh hưởng độ mài mòn choòng Hình mô tả độ cao choòng giảm nghĩa độ mài mòn choòng tăng lên trình khoan ảnh hưởng làm giảm tốc độ học khoan 4.0 ROP (ft/hr) 3.5 3.0 2.5 2.0 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 EX P (h) -0.3 -0.2 -0.1 0.0 Hình Ảnh hưởng độ mài mòn choòng tới tốc độ học khoan Ảnh hưởng thuỷ lực khoan Hình mô tả ảnh hưởng áp lực vòi phun tới tốc học khoan Khi áp lực vòi phun choòng tăng lên làm tăng tốc độ học khoan Vì áp lực nước rửa tăng lên gia tăng tốc độ dung dịch khoảng không vành xuyến để đưa lượng mùn khoan bị phá huỷ đáy giếng lên bề mặt nhanh Mặt khác, áp lực nước rửa tăng góp phần vào trình phá huỷ đất đá đáy giếng Điều lý giải sau: Khi áp lực nước rửa lớn áp suất vỡ vỉa, làm cho nước thâm nhập vào đất đá nhanh chóng, kết vỉa bị phá vỡ phần áp lực nước rửa vòi phun, từ tăng hiệu phá huỷ đất đá đáy giếng 4.0 ROP (ft/hr) 3.5 3.0 2.5 2.0 -1.5 -1.0 -0.5 EX P (X 8) 0.0 0.5 Hình Ảnh hưởng áp lực vòi phun tới tốc độ học khoan Kết luận Sử dụng mô hình tốc độ học khoan BOURGOYNE YOUNG với trợ giúp phần mềm Minitab 16 thu phương trình tốc độ học khoan có độ tin cậy R2 = 85,9% Phương trình (10) liên quan đến thông khác ảnh hưởng tới tốc độ 200 học khoan Hơn nữa, sử dụng phần mềm để đánh giá ảnh hưởng thông số khoan tới tốc độ học khoan Khi khoan qua tầng đất đá có dị thương áp suất dương lớn làm tăng tốc độ học khoan Khi tải trọng lên choòng tăng tăng tốc độ vòng quay làm tăng tốc độ học khoan Chênh áp suất áp suất vỉa với áp suất tuần hoàn tương đương tăng, làm gia tăng tốc độ học khoan Ngược lại, chênh lệch áp áp suất tuần hoàn tương đương với áp suất thành hệ tăng lên, làm giảm tốc độ học khoan Sử dụng hàm hồi quy tuyến tính phương trình (10) lựa chọn giá trị tối ưu tải trọng lên choòng, tốc độ vòng quay, lưu lượng nước rửa cho trình khoan TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Cao Ngọc Lâm, 2000 Thiết Kế Chế độ khoan tối ưu Giáo trình sau đại học Trường Đại học Mỏ-Địa chất [2] Bill J Mitchell, 1995 Advanced Oil Well Drilling Handbook and Computer Programs, Mitchell Engineering [3] Adam T Bourgoyne, Jr., Keith K Millheim, Martin E Chenevert, F S Young, Jr., 1986 Applied Drilling Engineering Society of Petroleum Engineers [4] A.T Bourgoyne Jr (Louisiana State U., Baton Rouge) F.S Young Jr (Baroid Div of N L Industries, Inc.), 1974, A Multiple Regression Approach to Optimal Drilling and Abnormal Pressure Detection, SPE Journal, Society of Petroleum Engineers SUMARY Effect of Factors on Rate of Penetration Nguyen The Vinh, Nguyen Tran Tuan, Hanoi University of Mining and Geology Nguyen Huu Truong, Sejong University, Seoul, South Korea Nguyen Xuan Thao, Institute of Drilling Technology In the paper, the author presents factors such as weight on bit, bit tooth wear, rotation speed, differential pressure, the impact force are effect on the rate of penetration Bourgoyne and Young rate of penetration model has been selected to study the effect of factors on rate of the penetration during drilling operation The important factors such as depth, pore pressure, equivalent circulating density, rotation speed, bit tooth wear, and jet impact force were extracted from a final field data drilling report In order to study effect of drilling parameters on rate of penetration, the method of multiple regression analysis had been used The penetration rate model for a field was constructed by using the statistic method through the Minitab 16 software Người biên tập: TS Nguyễn Văn Giáp 201 ... khoan có độ mài mòn nhanh lớn ảnh hưởng làm giảm tốc độ học khoan, ROP, trình khoan Phương trình (8) diễn tả ảnh hưởng độ mài mòn choòng tới tốc độ học khoan: (8) Ảnh hưởng áp suất thỷ lực khoan. .. tốc độ 200 học khoan Hơn nữa, sử dụng phần mềm để đánh giá ảnh hưởng thông số khoan tới tốc độ học khoan Khi khoan qua tầng đất đá có dị thương áp suất dương lớn làm tăng tốc độ học khoan Khi tải... thành hệ giếng khoan tới tốc độ học khoan thông qua hệ số a4 Trong trình khoan, xảy tượng chênh áp suất áp suất cột dung dịch tuần hoàn tương đương áp suất thành hệ tăng lên đáy giếng khoan, chênh