Phân tích các phức tạp, sự cố có thể xảy ra và lựa chọn vị trí cắt xiên hợp lý khi khoan mở cửa sổ trên thân ống chống

Nội dung text: Phân tích các phức tạp, sự cố có thể xảy ra và lựa chọn vị trí cắt xiên hợp lý khi khoan mở cửa sổ trên thân ống chống

1. T¹p chÝ KHKT Má - §Þa chÊt, sè 53, 01/2016, tr.21-26 PHÂN TÍCH CÁC PHỨC TẠP, SỰ CỐ CÓ THỂ XẢY RA VÀ LỰA CHỌN VỊ TRÍ CẮT XIÊN HỢP LÝ KHI KHOAN MỞ CỬA SỔ TRÊN THÂN ỐNG CHỐNG TRIỆU HÙNG TRƯỜNG, Trường Đại học Mỏ - Địa chất NGUYỄN THÀNH TRƯỜNG, VIETSOVPETRO Tóm tắt: Khoan mở cửa sổ trên thân ống chống là một công đoạn rất quan trọng trong công tác thi công giếng khoan đường kính nhỏ cắt xiên từ một thân giếng chính. Bài báo trình bày và phân tích các phức tạp, sự cố điển hình có thể xảy ra trong quá trình khoan mở cửa sổ trên thân ống chống trước khi thi công thân giếng nhánh đường kính nhỏ. Trên cơ sở đó, kết hợp với việc xác định những yếu tố ảnh hưởng và các nguyên tắc lựa chọn vị trí cắt xiên, xây dựng sơ đồ khối quá trình tính toán và lựa chọn vị trí cắt xiên hợp lý nhằm hạn chế tối đa khả năng xảy ra các phức tạp, sự cố khi khoan mở cửa sổ. 1. Mở đầu bài bản bằng phần mềm máy tính, nên vấn đề Hiện nay, trong bối cảnh giá dầu tụt giảm càng trở nên phức tạp [5, 6, 9]. và nguồn dầu mỏ ngày càng cạn kiệt, các công Do vậy, phân tích và chỉ ra những phức tạp, ty khai thác dầu khí đều đứng trước một nhu sự cố có thể xảy ra, nguyên nhân, giải pháp cầu cấp bách là giảm thiểu chi phí và tăng khắc phục và lựa chọn vị trí cắt xiên hợp lý để cường tối đa khả năng khai thác tận thu nguồn mở cửa sổ có ảnh hưởng trực tiếp đến toàn bộ dầu mỏ. Một trong những biện pháp đang được quá trình thi công giếng khoan thân nhánh sau nghiên cứu áp dụng rộng rãi là sử dụng các này. giếng khoan nhánh trên cơ sở cắt xiên các thân 2. Các phức tạp có thể xảy ra khi khoan mở giếng đã có sẵn để có thể vươn giếng khai thác cửa sổ trên thân ống chống, nguyên nhân và đến các cấu tạo khuất, các vị trí dầu thô bị cô giải pháp khắc phục lập nhằm nâng cao hiệu quả và tăng cường khai Quá trình thi công mở cửa sổ trên thân thác tận thu với chi phí thấp nhất do không phải giếng là công đoạn đầu tiên và rất quan trọng chi phí thiết kế hệ thống giếng mới [8, 15]. trước khi có thể khoan thân nhánh đường kính Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm như đã nhỏ để tăng cường thu hồi dầu hoặc khoan nói ở trên, để thi công các thân giếng đường những giếng đa thân (đa đáy). Việc dự báo, kính nhỏ cần phải khoan mở cửa sổ trên thân phân tích những phức tạp, sự cố có thể xảy ra, ống chống. Quá trình này có thể gặp rất nhiều nguyên nhân và những giải pháp khắc phục sẽ những phức tạp và sự cố. giúp tăng khả năng thành công cho quá trình Ngoài ra, việc tính toán vị trí cắt xiên trên khoan mở cửa sổ. thân ống chống đã có sẵn khó khăn, phức tạp Việc khoan mở cửa sổ trên thân giếng có hơn rất nhiều so với việc cắt xiên giếng khoan thể thực hiện trên thân ống chống hoặc trên thân thông thường do có sự hiện diện của thân giếng giếng trần và mỗi trường hợp có thể có gặp phải cũ. Mặc dù hiện nay, việc tính toán này đều dựa những phức tạp sự cố mang tính đặc thù riêng. trên công cụ máy vi tính và các phần mềm Trong phạm vi bào báo này chúng tôi chỉ trình chuyên dụng, nhưng đó chỉ là bước đầu cho sự bày những phức tạp, sự cố, khi khoan mở cửa chọn lựa. Sự chọn lựa hiệu quả đòi hỏi phải có sổ trên thân ống chống, nguyên nhân và giải lập luận logic khoa học nhiều hơn là tính toán pháp khắc phục (bảng 1) [1, 2, 3, 4, 5]. 21
2. Bảng 1. Những phức tạp, sự cố, khi khoan mở cửa sổ trên thân ống chống, nguyên nhân và giải pháp khắc phục Các phức tạp, Các nguyên nhân Các giải pháp khắc phục sự cố - Kẹt bộ dụng cụ - Chế độ phay cắt không hợp lý - Chuẩn bị chu đáo về quy trình kỹ phay và cần khoan; sinh ra mùn, phoi kim loại có thuật và thiết bị hỗ trợ như: đồng hồ - Bộ dụng cụ đáy và kích thức lớn (nếu thực hiện áp kế, máy bơm khoan có công suất ống chống không thả đúng các thông số kỹ thuật của lớn, bàn rotor có tốc độ quay cao, hệ được qua cửa sổ để thiết bị thì chỉ tạo ra các mùn thống tuần hoàn dung dịch với các thực hiện các công phôi kim loại ngắn từ 6-8mm). thiết bị tách lọc dung dịch đảm bảo đoạn tiếp theo trong - Quy trình công nghệ phay cắt không để dung dịch bị nhiễm bẩn, làm khoan thân nhánh. chưa được chuẩn bị một cách ảnh hưởng đến thiết bị. - Máng xiên, thiết bị đồng bộ. - Quá trình thi công cần có sự phối neo, packer bị gãy, - Máng xiên liên kết không chắc hợp, tư vấn của chuyên gia từ các rơi trong giếng; với thân ống chống do đó không hãng sản xuất và cung cấp thiết bị. - Van whipstock bị tạo ra được kết cấu vững chắc - Đảm bảo chắc chắn rằng máng xiên tắc hoặc không mở cho quá trình mở cửa sổ và có đã được cố định trước khi mở cửa sổ. kịp. thể bị dịch chuyển khi làm việc. - Nếu gặp khó khăn, không thả được - Chốt giữ whipstock - Sử dụng thiết bị cắt và chế độ được bộ dụng cụ đáy và ống chống không cắt được. khoan không hợp lý làm cho qua cửa sổ, thử tháo định tâm và cố - Dụng cụ phay bị mép phay ở cửa sổ trên ống gắng thả qua cửa sổ vài lần. gãy làm tăng thời chống không trơn tru. - Sử dụng thiết bị cắt và chế độ khoan gian cứu chữa sự cố; - Do không có packer thủy lực hợp lý với sự phối hợp, tư vấn của dẫn đến có thể phải mà sử dụng neo cơ học nên dẫn chuyên gia từ các hãng sản xuất và thay thế máng xiên đến máng bị xoay và bịt đường cung cấp thiết bị. mới và cắt một cửa sổ vào thân giếng nhánh. - Rà soát quy trình kĩ thuật và kiểm tra khác. - Do chốt nối máng và dao phay độ tin cậy của thiết bị trước khi khoan - Trong quá trình thả không chắc chắn nên bộ mở cửa sổ. packer cơ khí có nguy Whipstock bị rơi dưới giếng. - Điều chỉnh thông số chế khoan theo cơ bị bung trước khi - Thành phần rắn trong dung đúng khuyến cáo của nhà sản xuất và đến chiều sâu cần cài dịch không loại bỏ hết. kiểm soát chất lượng dung dịch theo đặt. - Vị trí mở cửa sổ trên thân ống yêu cầu. - Gãy bộ cắt tại van chống chưa phù hợp. - Lựa chọn vị trí mở cửa sổ trên thân tuần hoàn. ống chống phù hợp. 3. Tính toán lựa chọn vị trí cắt xiên hợp lý kế giếng khoan thân nhánh và là kết quả của Trong phần 2, chúng tôi đã trình bày những việc phân tích, tính toán, đánh giá một cách phức tạp, sự cố, khi khoan mở cửa sổ trên thân tổng hợp nhằm đạt được giếng khoan thân ống chống, nguyên nhân và giải pháp khắc nhánh có giá thành nhỏ nhất với mức độ rủi ro phục. Trong phạm vi bài báo này, chúng tôi chỉ phải thấp nhất [7, 9, 11, 12]. tập trung trình bày những nghiên cứu, phân tích, Vị trí cắt xiên phụ thuộc vào những yếu tố luận khoa học để lựa chọn vị trí cắt xiên hợp lý sau: khi khoan mở cửa sổ trên thân ống chống góp - Cấu trúc giếng khoan, quỹ đạo giếng cũ; phần quan trọng vào sự thành công của quá trình khoan mở cửa sổ. - Target mới của giếng (khoảng lệch ngang, 3.1. Những yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chiều sâu, góc phương vị ); chọn vị trí cắt xiên giếng khoan thân nhánh - Đường kính cột ống chống sẽ mở cửa sổ; Việc lựa chọn vị trí cắt xiên được thực hiện - Mức độ đồng tâm của ống chống trong trong quá trình nghiên cứu và chuẩn bị cho thiết khoảng dự tính cắt xiên; 22
3. - Chất lượng vành đá xi-măng ngoài ống - Các thông số về khoảng cách, bao gồm: chống trong khoảng dự tính cắt xiên; Chiều sâu thẳng đứng của điểm cắt xiên từ cột - Tình trạng kỹ thuật của ống chống; ống chống; khoảng lệch đáy (gồm khoảng cách từ - Sự cần thiết và khả năng bơm nhét trong điểm cắt xiên đến vị trí đáy mới và từ miệng trường hợp không có xi-măng ngoài ống chống; giếng sử dụng để cắt thân nhánh đến đáy mới); - Mức độ ổn định và bền vững của thành - Giá trị về góc: Góc nghiêng và góc phương giếng khoan; vị thực tế của thân giếng cũ tại điểm cắt xiên; tọa - Độ cứng đất đá; độ của vị trí đáy mới của thân nhánh; góc đổ của - Vùng áp suất dị thường cao/thấp và các thân nhánh khi vào vỉa sản phẩm; phức tạp địa chất khác. - Số liệu thực tế về tình trạng kỹ thuật của Trong trường hợp ống chống đồng tâm, nên chất lượng đá xi măng sau cột ống sẽ khoan cắt, dùng máng xiên (Whipstock) để mở cửa sổ. tình trạng kỹ thuật của cột ống (đường kính trong, Trong trường hợp không có xi-măng ngoài mác thép, chiều dày ); ống chống, nên bơm nhét xi-măng nhằm đảm bảo Sau khi có các thông tin cần thiết, việc tính việc mở cửa sổ. toán quỹ đạo và vị trí cắt xiên được thực hiện theo Trong trường hợp ống chống bị hỏng hay bị các bước lặp như sơ đồ khối ở hình 1. Quá trình méo, xem xét việc sửa chữa hoặc sử dụng phương tính toán theo vòng lặp cho đến khi đạt được vị trí pháp mở cửa sổ sử dụng thiết bị cắt tổng hợp. cắt xiên hợp lý. 3.2. Nguyên tắc chung lựa chọn vị trí cắt xiên - Các thông số của giếng cũ; [4, 7, 11] - Vị trí cắt xiên nên chọn ở khoảng đất đá bền - Đ ộ rời đáy và phương vị của thân nhánh; vững, không phải là vùng có áp suất dị thường, - Góc đổ của thân nhánh vào vỉa sản phẩm. không có phức tạp địa chất; - Vị trí cắt không nằm gần với những thân giếng khác trong khu vực và đảm bảo không xảy Chọn chiều sâu cắt ra sự cố đụng chạm với thân giếng đã khoan; - Vị trí cắt xiên phải đảm bảo khả năng lái chỉnh xiên của thân mới tới đích theo thiết kế với Các điều kiện cần cường độ thay đổi góc nghiêng nhỏ nhất, thân và đủ đối với Sai nhánh ngắn nhất có thể, quỹ đạo đơn giản nhất; chiều sâu cắt - Với vị trí cắt xiên đảm bảo thi công dễ dàng và có tính khả thi cao nhất với giá thành thấp nhất, cũng như phù hợp với trang thiết bị và trình Đúng độ tay nghề hiện có. Lưu ý: Tính toán quỹ đạo thân nhánh - Vị trí cắt xiên càng sâu thì công việc mở cửa sổ càng phức tạp nhưng chiều dài giếng khoan thân nhánh càng nhỏ. - Góc nghiêng của thân giếng cũ ở vị trí cắt Sai Kiểm tra giá trị xiên càng lớn thì khả năng lái chỉnh thân nhánh bán kính cong càng khó. 3.3. Các bước tính toán và lựa chọn vị trí cắt Đúng xiên Việc tính toán xác định và lựa chọn vị trí cắt xiên cố gắng thỏa mãn các nguyên tắc chung nêu Hoàn tất ở trên. Các số liệu đầu vào để tính toán và xác định quỹ đạo thân nhánh, từ đó lựa chọn vị trí cắt Hình 1. Sơ đồ khối tính toán vị trí cắt xiên thân xiên hợp lý, bao gồm [4, 5, 6, 11]: nhánh 23
4. 3.4. Một số lưu ý khi mở cửa sổ trên thân ống Đối với cột ống này, vị trí cắt xiên mở cửa sổ chống cũng được xác định chính xác trên số liệu 3.4.1. Mở cửa sổ trong cột ống chống 168 mm khoảng lệch từ điểm cắt đến đáy giếng mới có Trong lịch sử khai thác dầu khí dầu khí ở kết hợp với giá trị của góc nghiêng tối đa của Việt Nam, do điều kiện thực tế mà một số giếng thân giếng mới. Hình 3 mô phỏng vị trí cắt xiên có sử dụng ống chống khai thác có đường kính mở cửa sổ từ cột ống chống 194mm. Việc mở 168mm [4, 5], được thả và gia cố cột ống lên cửa sổ này được thực hiện trong các trường hợp tận miệng giếng. sau: Đối với trường hợp này, việc mở cửa sổ từ ống chống để khoan thân nhánh chỉ phù hợp với khoảng lệch đáy không lớn và chỉ có thể thực hiện với choòng 4 ½”. Nếu cần khoảng lệch đáy lớn, để đảm bảo góc nghiêng của thân giếng vừa phải trong khả năng kiểm soát được, vị trí cắt xiên cửa sổ phải nông hơn. Điều này sẽ dẫn đến là thân giếng nhánh sẽ dài hơn [3]. Do vậy, cần phải cân đối giữa chiều dài thân nhánh và góc nghiêng của thân giếng. Hình 2 mô tả khả năng mở cửa sổ từ thân ống chống 168mm cho đối tượng khai thác là tầng sản phẩm Mioxen ở Vietsovpetro [4]. Hình 3. Mở cửa sổ từ cột ống chống 194mm [4] - Đối tượng khai thác là móng: Nếu điều kiện địa chất cho phép, khoan trong khu vực không có áp suất dị thường cao, có thể xem xét tính toán vị trí cắt xiên để hướng thân giếng nhánh tới đối tượng móng. Trong trường hợp này việc mở cửa sổ được thực hiện với choòng khoan 6 ½” và còn một cấp đường kính dự phòng là 4 ½”. Tuy nhiên, nếu trong điều kiện có áp suất dị thường cao, thì việc khoan xuống tầng móng là không thể do phải mất một cấp đư ờng kính để bao phủ và ngăn cách tầng áp suất dị thường cao nên không đủ cấp đường Hình 2. Mở cửa sổ từ cột ống chống 168mm [4] kính để khoan tiếp xuống móng. - Đối tượng khai thác là Mioxen hay 3.4.2. Mở cửa sổ trong cột ống 194mm Oligoxen: Hoàn toàn có thể tính toán vị trí cắt Ngoài cột ống 168 kéo lên tận miệng giếng, xiên để có thể khoan bằng choòng 6 ½”. Tuy ở Việt Nam nói chung (chủ yếu là Vietsovpetro nhiên, trong trường hợp khu vực khoan có áp [4, 5, 11]), một loạt giếng có cấu trúc hỗn hợp suất dị thường cao, thì kiến nghị chỉ khoan cho 194x168x140mm hoặc 194x140mm với ống đối tượng Mioxen, vì nếu khoan vào Oligoxen chống 194mm được nối lên tận miệng giếng. bằng choòng 4 ½” thì việc phải gia cố cột ống 24
5. chống trong tầng Oligoxen là không thể thực 4. Kết luận hiện được với cột ống 89mm hay 73mm, và khả Các sự cố trong công tác khoan thường xảy năng bắn vỉa sẽ không thực hiện được. Còn nếu ra bất ngờ, khó lường và gây thiệt hại nặng nề, để thân trần trong Oligoxen thì không thể được có thể mất cả giếng khoan, vì vậy việc phân tích do sập lở thành giếng khoan. và dự báo được những phức tạp, sự cố có thể 3.4.3. Mở cửa sổ trong cột ống 245mm xẩy ra sẽ cho phép chủ động phòng tránh cũng Đây là cột ống khai thác phổ biến của các như đưa ra được những giải pháp chính xác để JOC và Vietsovpetro [4, 5, 11]. Với cột ống đối phó với chúng, trong đó, một trong những khai thác 245mm, cho thấy khả năng mở cửa sổ yếu tố quan trọng là lựa chọn vị trí cắt xiên hợp để khoan thân nhánh là khá dễ dàng với đường lý để tạo thân giếng nhánh. Việc lựa chọn này kính choòng là 8 ½”. Như vậy, phụ thuộc vào phải được xác định trên điều kiện thực tế và đối tượng khai thác và vị trí đáy mới của giếng mục đích của giếng, cũng như các tiêu chí sao thân nhánh để tính toán xác định vị trí mở cửa cho quỹ đạo tính toán được thực hiện một cách sổ. dễ dàng nhất, không gây khó khăn cho các công Lưu ý là vị trí cắt xiên mở cửa sổ càng sâu đoạn tiếp sau với trình độ tay nghề và năng lực thì tính phức tạp càng lớn, khả năng đặt packer về trang thiết bị cũng như năng lực về tài chính và định hướng máng xiên sẽ gặp nhiều khó hiện có. khăn. Xác định vị trí cắt xiên cửa sổ từ cột ống chống sẽ được tính toán hài hòa giữa các yếu tố: TÀI LIỆU THAM KHẢO Khoảng lệch đáy mới so với điểm cắt, góc [1]. Downton, G. C. and Ignova, M., 2011. nghiêng của thân giếng nhánh, thiết bị và công Stability and Response of Closed Loop nghệ triển khai cắt xiên và chiều dài thân nhánh Directional Drilling System using Linear Delay để đưa ra được vị trí cắt xiên hợp lý và tối ưu Differential Equations. Proc., IEEE nhất. Hình 4 mô phỏng vị trí cắt xiên cửa sổ từ International Conference on Control cột ống chống 245mm [4, 5]. Applications, Denver, 28-30 September, 893– 898. [2]. Geoff Downton, 2015. Systems Modeling and Design of Automated-Directional-Drilling Systems. SPE Drilling & Completion, Volume 30, Issue 03. [3]. I.J. Scott, F.J. Black, 1998. Slim-Hole Sidetrack Cuts Costs by 50%. European Petroleum Conference, 20-22 October, The Hague, Netherlands. [4]. Nguyễn Thành Trường, Nguyễn Văn Khương, 2009. Khoan đường kính nhỏ trong đá móng nứt nẻ, Hội thảo kỹ thuật khoan và hoàn thiện giếng, Tập đoàn Dầu khí Việt Nam, Thành phố Hồ Chí Minh. [5]. Nguyễn Văn Khương, 2015. Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ khoan các giếng trong móng nứt nẻ mỏ Bạch Hổ bằng mũi khoan nhỏ hơn 7 inch. Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, 10/2015. [6]. Nguyễn Văn Tuyển, 2014. Nghiên cứu lựa chọn công nghệ khoan thân nhánh giếng đường kính nhỏ tại mỏ Bạch Hổ. Luận văn Thạc sỹ, Hình 4. Mở cửa sổ từ cột ống chống 245mm [4] Trường Đại học Mỏ - Địa chất, 6/2014. 25
6. [7]. Tommy M. Warren (Tesco Corporation) et [10]. Triệu Hùng Trường, 2007. Nghiên cứu al., 2005. Directional Drilling with Casing. SPE các đặc điểm mòn của ống chống trong quá Drilling & Completion, Volume 20, Issue 01, trình thi công các giếng khoan thăm dò và khai 2005. thác dầu khí trong điều kiện Việt Nam. Tạp chí [8]. Trần Xuân Đào, 2003. Công nghệ khoan dầu khí số 7, 2007. ngang - những phức tạp điển hình”, Tuyển tập [11]. Triệu Hùng Trường, Lê Vũ Quân, 2015. hội thảo khoa học nâng cao hệ số thu hồi dầu Phân tích nguyên nhân các phức tạp, sự cố và mỏ Bạch Hổ, Hà Nội. trạng thái làm việc của cần khoan khi thi công giếng thân nhánh đường kính nhỏ. Tạp chí [9]. Trieu H. T. et al., 2010. Laboratory and KHKT Mỏ - Địa chất số 52/10, 2015. numerical investigations of variable density- [12]. Vũ Mạnh Huyền, Nguyễn Văn Khương, flow and transport in Hele-Shaw cell. In Triệu Hùng Trường, 2015. Nghiên cứu sự ảnh proceedings of CMWR 2010: XVIII hưởng của nhiệt độ và áp suất tới sự phát triển International Conference on Computational độ hydrat hóa và tính chất cơ học của đá xi Methods in Water Resources, Barcelona, Spain, măng giếng khoan, Tạp chí Khoa học kỹ thuật June 21-24, 2010. Mỏ - Địa chất số 50/4-2015, tr. 1-6. ABSTRACT Analysis of possible complex, incident and selection of position for sidetracking a window on casing Trieu Hung Truong, Hanoi University of Mining and Geology Nguyen Thanh Truong, Vietsovpetro Drilling for opening a sidetrack window on the casing itself is a very important stage in the construction of sidetracking unconventional diameter wells from a conventional master well. This article presents and analyzes the typical complex and incidents that possibly occur during drilling for opening a sidetrack window on the casing before the drilling unconventional diameter sidetrack well. On this basis, and combined with the identifying the influence factors and the principles of sidetrack position choice, build the diagram calculating and choosing the reasonable position of sidetrack position to minimize the possibility of the complex, incidents when drilling for opening a sidetrack window on the casing. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TRỤ ĐỠ CHO GIÀN KHOAN (tiếp theo trang 8) ABSTRACT A methode to calculate the pile of offshore platform Nguyen Huu Bang, Trieu Hung Truong Hanoi University of Mining and Geology This paper presents a method of calculating the internal force and the deformation of the pile for offshore platform considering the interaction between the piles and surround base ground. The special feature of this method is to identify the point of equivalent restraint of the pile deformed in an elasto-plastic medium of base ground surrounding the pile by using the computational tools of Strength of Materials, traditional structural mechanics, finite element method, combined with the help of computer and modern calculation methods. 26