Giới thiệu CƠ SỞ KHOAN DẦU KHÍ
Trình bày:
TS. VŨ VĂN ÁI
Bộ môn Khoan – Khai thác Dầu khí
Khoa Kỹ thuật Địa chất và Dầu khí
Đại học Bách Khoa TP. HCM
GEOPET
NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH
Nội dung khối kiến thức tổng quan về công nghệ khoan
dầu khí.
1. Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí: khái niệm, lịch sử, cơ sở
khoan, các nguyên lý cơ bản
2. Thiết kế và cấu trúc giếng khoan, công nghệ khoan
3. Thiết bị, dụng cụ khoan.
4. Sự cố trong công tác khoan và các phương pháp xử lý
5. Đo đạc trong quá trình khoan và lấy mẫu
6. Hoàn tất giếng – Gọi dòng
7. Dung dịch khoan và Xi măng
1
2 (cid:153) Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
NỘI DUNG BUỔI HỌC
1. Lịch sử khoan dầu khí
2. Giếng khoan và các phương pháp khoan
3. Các loại giàn khoan
4. Các quá trình cơ bản khi khoan
5. Tổ chức và nhân sự
MỤC TIÊU
Sau khi học xong chương này, học viên sẽ:
(cid:153) Có các khái niệm cơ bản về quá trình phát triển của công
nghệ khoan dầu khí, các loại giàn khoan và các phương
pháp khoan,
(cid:153) Có thể mô tả các quá trình cơ bản trong thi công giếng
khoan và hệ thống tổ chức nhân sự phục vụ công tác
khoan.
3 (cid:153) Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
2
4 (cid:153) Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
1. LỊCH SỬ KHOAN DẦU KHÍ
LỊCH SỬ KHOAN DẦU KHÍ
(cid:153) Dầu và khí đã được tìm thấy và sử dụng từ hàng ngàn
năm trước đây.
(cid:153) 6000 năm trước CN, asphalt đã được con người sử dụng
làm chất chống thấm nước cho thuyền và sưởi ấm.
(cid:153) 3000 năm trước CN, người Ai Cập đã sử dụng asphalt
trong xây dựng kim tự tháp, bôi trơn trục bánh xe, phụ gia
trong kỹ thuật ướp xác và trong điều chế thuốc.
(cid:153) 500 năm trước CN, người Trung Quốc đã dùng khí thiên
nhiên để nấu nướng.
5 (cid:153) Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
3
6 (cid:153) 1. Lịch sử khoan dầu khí Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
LỊCH SỬ KHOAN DẦU KHÍ
(cid:153) Trước thế kỷ 19, dầu khí được thu gom qua các mỏ lộ
thiên hoặc những khu vực xuất hiện rò rỉ trên mặt đất.
(cid:153) Nhu cầu sử dụng dầu khí tăng rất cao vào giữa thế kỉ 19
đã thúc đẩy sự phát triển của kỹ thuật và thiết bị khoan
dầu khí.
(cid:153) Giếng khoan dầu khí đầu tiên được ghi nhận trong lịch sử
là giếng khoan của “Đại tá” Drake ở Pennsylvania vào
năm 1859, sâu chưa tới 50m.
GIẾNG KHOAN DẦU ĐẦU TIÊN
Giếng khoan của “Đại tá” Drake tại
Titusville, Pennsylvania năm 1859
đánh dấu sự khởi đầu của công
nghiệp dầu khí.
7 (cid:153) 1. Lịch sử khoan dầu khí Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
4
8 (cid:153) 1. Lịch sử khoan dầu khí Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
GIẾNG KHOAN DẦU ĐẦU TIÊN
Giếng của Philips 4000 bbl/d, tháng 10, 1861
Giếng của Woodford 1500 bbl/d, tháng 7, 1862
Các giếng khoan dầu khí đầu tiên
GIẾNG KHOAN DẦU ĐẦU TIÊN
“Rừng” giếng khoan
ở Spindletop, 1903
9 (cid:153) 1. Lịch sử khoan dầu khí Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
Video Lịch sử khoan dầu khí
5
10 (cid:153) 1. Lịch sử khoan dầu khí Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
NHỮNG CẢI TIẾN VỀ CÔNG NGHỆ KHOAN
(cid:153) Các giếng khoan dầu khí đầu tiên được thực hiện bằng
phương pháp khoan đập cáp (cable-tool).
(cid:153) 1863: George Leschot (Pháp) phát minh phương pháp
khoan rôto để khoan nham thạch rắn. Phương pháp này
sau đó trở nên phổ biến trong khoan dầu khí.
(cid:153) 1864: kỹ sư Floren (Pháp) hoàn thiện phương pháp tuần
hoàn dung dịch trong giếng khoan.
(cid:153) 1866: Mỹ cấp bằng sáng chế cho thiết bị khoan rôto (bằng
choòng hai cánh) dùng để khoan nước.
NHỮNG CẢI TIẾN VỀ CÔNG NGHỆ KHOAN
(cid:153) 1899: kỹ sư Devi (Mỹ) phát minh phương pháp khoan bi
để khoan nham thạch rắn.
(cid:153) 1901: phương pháp khoan rôto có tuần hoàn dung dịch
được sử dụng lần đầu tiên.
(cid:153) 1903: trám giếng khoan bằng xi măng lần đầu tiên được
thực hiện ở California.
(cid:153) 1922: các kỹ sư Nga phát minh phương pháp khoan
tuabin.
11 (cid:153) 1. Lịch sử khoan dầu khí Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
6
12 (cid:153) 1. Lịch sử khoan dầu khí Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
NHỮNG CẢI TIẾN VỀ CÔNG NGHỆ KHOAN
(cid:131) 1930, giếng khoan định hướng đầu tiên thành công ở
California, Mỹ, khoan từ tháp trong đất liền tới mục tiêu
dưới biển.
(cid:131) 1940: động cơ đáy vận hành bằng điện được áp dụng.
(cid:131) Giữa thế kỷ 20 đến nay, công nghệ khoan dầu khí đã có
những phát triển vượt bậc, ví dụ:
(cid:131) Công nghệ khoan ngang,
(cid:131) Công nghệ khoan giếng đường kính nhỏ,
(cid:131) Công nghệ khoan dưới cân bằng…
LỊCH SỬ KHOAN DẦU KHÍ TẠI VIỆT NAM
(cid:153) Theo thống kê, đồng bằng sông Hồng ở cuối thập kỷ 50 và
ở thềm lục địa Nam Việt Nam từ thập kỷ 60 đến nay đã có
hơn 200 giếng khoan thăm dò (1200 m đến 5250 m), trong
đó có 70 phát hiện dầu khí.
(cid:153) 1980, Xí nghiệp Liên doanh dầu khí Vietsovpetro được
thành lập.
(cid:153) Các phát hiện dầu khí tại Bạch Hổ (6/1986), Rồng
(12/1994), Rạng Đông (8/1998) và Hồng Ngọc (10/1998)
thuộc bồn trũng Cửu Long.
13 (cid:153) 1. Lịch sử khoan dầu khí Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
7
14 (cid:153) 1. Lịch sử khoan dầu khí Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
LỊCH SỬ KHOAN DẦU KHÍ TẠI VIỆT NAM
(cid:153) Các phát hiện dầu khí tại Đại Hùng (10/1994), Lan Tây,
Lan Đỏ (2005) thuộc bể Nam Côn Sơn.
(cid:153) Các phát hiện dầu khí tại Bunga Kekwa (7/1997) thuộc
bồn trũng Malay - Thổ Chu.
(cid:153) Phát hiện và khai thác khí Tiền Hải C (1981) thuộc bồn
trũng Sông Hồng.
MỘT SỐ KỈ LỤC
(cid:153) Giếng khoan sâu nhất
(cid:131) Giếng khoan sâu nhất được thực hiện bởi các nhà khoa
học Nga tại bán đảo Kola, Siberia. Giếng khoan phục
vụ mục đích nghiên cứu địa chất, sâu 12.262 m và
khoan từ năm 1970 đến 1994.
(cid:153) Giếng khoan dài nhất
(cid:131) Tháng 5 năm 2008, Maersk Oil Qatar đã khoan giếng
BD-04A sâu 12.290 m (40.320 ft) tại Qatar.
15 (cid:153) 1. Lịch sử khoan dầu khí Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
8
16 (cid:153) 1. Lịch sử khoan dầu khí Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
MỘT SỐ KỈ LỤC
(cid:153) Giếng khoan ngang dài nhất
(cid:131) Giếng khoan BD-04A của Maersk Oil Qatar hiện cũng
giữ kỉ lục giếng có đoạn ngang dài nhất, dài 10,903 m
(35,770 ft). Toàn bộ đoạn ngang được thực hiện trong
vỉa sản phẩm có bề dày chỉ 6,1 m (20 ft).
NHỮNG KHU VỰC KHOAN ĐẶC BIỆT
Những khu vực khoan đặc biệt bao gồm:
(cid:153) Vùng cực
(cid:153) Vùng nước sâu và siêu sâu (hơn 1000 m nước)
17 (cid:153) 1. Lịch sử khoan dầu khí Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
9
18 (cid:153) 1. Lịch sử khoan dầu khí Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
2. GIẾNG KHOAN
VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHOAN
NỘI DUNG
2.1. Định nghĩa giếng khoan
2.2. Các yếu tố và thông số của giếng khoan
2.3. Phân loại giếng khoan
2.4. Các phương pháp khoan
19 (cid:153) Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
10
20 (cid:153) 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
ĐỊNH NGHĨA GIẾNG KHOAN
(cid:153) Định nghĩa
Giếng khoan là công trình nhân tạo hình trụ thi công
vào lòng đất theo các hướng thẳng đứng, xiên, cong,
ngang,… để đạt một mục đích nào đó.
(cid:153) Đặc điểm của giếng khoan dầu khí
(cid:131) Nhiệm vụ, mục đích, đối tượng thăm dò, khai thác
(cid:131) Phương pháp khai thác
“Phương pháp khoan là phương pháp cho kết quả đánh
giá chính xác nhất.”
CÁC YẾU TỐ CỦA GIẾNG KHOAN
Các yếu tố của giếng khoan bao gồm:
21 (cid:153) 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
1. Miệng giếng: tiết diện đầu tiên của giếng
khoan cắt vào vỏ trái đất, được tính ngay
từ đầu giếng hay sàn khoan tùy theo mục
đích.
2. Thành giếng: toàn bộ bề mặt xung quanh
giếng khoan.
3. Đáy giếng: tiết diện cuối cùng của giếng
khoan.
4. Trục giếng: trục của thân giếng trong
không gian.
11
22 (cid:153) 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
CÁC THÔNG SỐ CỦA GIẾNG KHOAN
(cid:153) Đường kính giếng
(cid:131) Đường kính thân lỗ khoan do choòng tạo ra
(cid:131) Đường kính giếng khoan sau khi chống ống
(cid:153) Chiều sâu giếng
(cid:131) Chiều sâu theo phương thẳng đứng (Total Vertical Depth)
(cid:131) Chiều sâu đo được hay chiều dài giếng khoan (Measured Depth)
CÁC THÔNG SỐ CỦA GIẾNG KHOAN
(cid:153) Vị trí thân giếng khoan trong không gian được xác định:
(cid:131) Góc nghiêng θ: góc hợp bởi
đoạn trục giếng khoan với
phương thẳng đứng.
(cid:131) Góc phương vị α: góc hợp
bởi phương bắc địa từ
và hình chiếu của đoạn
trục giếng khoan trên
mặt phẳng nằm ngang
(cùng chiều kim đồng hồ).
23 (cid:153) 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
12
24 (cid:153) 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN
(cid:153) Được biểu diễn một cách tượng trưng qua các thành phần
chính của giếng khoan.
CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN
(cid:153) Các thành phần chính
(cid:131) Đường kính và loại choòng dùng thi công các đoạn giếng khoan.
(cid:131) Chiều sâu và đường kính của các đoạn giếng khoan.
(cid:131) Số lượng, chiều dài, đường kính và độ dày của các cột ống chống.
(cid:131) Phương pháp trám xi măng và chiều cao dâng vữa xi măng.
(cid:153) Một số cấu trúc điển hình
(cid:131) Cấu trúc một cột ống: không có cột ống chống kỹ thuật, chỉ có một cột ống
chống khai thác.
(cid:131) Cấu trúc hai cột ống: một cột ống chống kỹ thuật và một cột ống chống
khai thác.
(cid:131) Cấu trúc ba cột ống: hai cột ống chống kỹ thuật và một cột ống chống khai
thác.
(cid:131) Nhiều cột ống chống: do các nhiệm vụ về khai thác và sự phức tạp của địa
tầng.
25 (cid:153) 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
13
26 (cid:153) 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN
(cid:153) Các cột ống chống
1. Ống định hướng (conductor)
2. Ống chống bề mặt (surface casing)
3. Ống chống trung gian (intermediate casing)
4. Ống chống khai thác (production casing)
(cid:153) Quy tắc thiết kế
(cid:131) Cấu trúc giếng đơn giản (ít cấp đường kính) và gọn nhẹ (đường
kính của các đoạn giếng khoan nhỏ).
(cid:131) Đường kính ngoài của cột ống chống thường nhỏ hơn khoảng
20% so với đường kính giếng cùng cấp.
(cid:131) Kích thước dụng cụ phá đá nhỏ hơn khoảng 10-20% so với đường
kính trong của cột ống chống trước, không nhỏ hơn 6/32”.
CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN
27 (cid:153) 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
Đường kính choòng khoan và ống chống (inches)
Loại ống chống
Giếng thông thường
Giếng thân nhỏ
Dẫn hướng
36 (30)
26 (20)
26 (20)
26 (20)
Bề mặt
26 (20)
17 ½ (13 3/8)
12 ¼ (9 5/8)
17 ½ (13 3/8)
Trung gian 1
17 ½ (13 3/8)
12 ¼ (9 5/8)
12 ¼ (9 5/8)
8 ½ (7)
Trung gian 2
12 ¼ (9 5/8)
8 ½ (7)
6 1/8 (2 7/8
5 7/8 (4)
Khai thác
7 7/8 (5 ½)
8 ½ (7)
hoặc 3 ½)
14
28 (cid:153) 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN
(cid:153) Vành đá xi măng
(cid:131) Cách ly tốt khoảng không vành xuyến giữa thành giếng và các cột
ống chống (cách ly các tầng sản phẩm với các tầng khác).
(cid:131) Tăng độ ổn định của thành giếng khoan nói chung và giữ chặt và
tăng độ bền cột ống chống trong thành hệ.
(cid:131) Bảo vệ cột ống chống khỏi bị rỉ do các chất ăn mòn trong thành hệ.
PHÂN LOẠI GIẾNG KHOAN
(cid:153) Theo mục đích sử dụng
(cid:131) Giếng tìm kiếm (wildcat)
(cid:131) Giếng thăm dò (exploration)
(cid:131) Giếng thẩm lượng (appraisal)
(cid:131) Giếng khai thác (production, developing). Cấu trúc giếng khai thác
phải đảm bảo tuổi thọ lâu dài theo đời sống của mỏ.
(cid:131) Giếng đặc biệt bao gồm:
o Giếng khoan phục hồi, sửa chữa (reentry, workover)
o Giếng khoan giải vây (relief)
29 (cid:153) 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
15
30 (cid:153) 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
PHÂN LOẠI GIẾNG KHOAN
(cid:153) Theo độ sâu mực nước
(cid:131) Ở vùng nước nông: mức nước dưới 60 m, hệ thống đầu giếng
được đặt ngay dưới sàn khoan.
(cid:131) Ở vùng nước trung bình: mức nước từ 60 m đến 200 m, hệ thống
đầu giếng được đặt ở đáy biển.
(cid:131) Ở vùng nước sâu: mức nước lớn hơn 200 m, hệ thống đầu giếng
được đặt ở đáy biển.
(cid:131) Ở vùng nước siêu sâu: mức nước lớn hơn 1000 m.
Video Thiết bị khoan nước sâu
PHÂN LOẠI GIẾNG KHOAN
(cid:153) Theo hình dạng của quĩ đạo giếng trong không gian
(cid:131) Giếng khoan thẳng đứng: θ = 0o
(cid:131) Giếng khoan xiên (định hướng): 00 < θ < 90o
(cid:131) Giếng khoan ngang: θ = 900
(cid:131) Giếng ngang vươn xa
(cid:153) Theo đường kính
(cid:131) Giếng đường kính lớn
(cid:131) Giếng thông thường
(cid:131) Giếng thân nhỏ
31 (cid:153) 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
16
32 (cid:153) 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
CÁC PHƯƠNG PHÁP KHOAN
Các phương pháp khoan dầu khí bao gồm:
(cid:153) Khoan đập cáp, đập cần: theo kiểu phá hủy đáy của choòng.
(cid:153) Khoan xoay: theo kiểu phá hủy đáy của choòng.
(cid:131) Khoan xoay bằng hệ thống bàn rôto.
(cid:131) Khoan xoay bằng topdrive.
(cid:131) Khoan xoay bằng động cơ: điện, thủy lực.
(cid:153) Khoan thổi khí (xoay, đập): theo phương pháp làm sạch đáy.
(cid:153) Khoan thủy động lực, cơ học: theo phương pháp truyền năng lượng đáy.
(cid:153) Khoan đặc biệt:
(cid:131) Tia thủy lực (bột mài)
(cid:131) Tia lửa điện
(cid:131) Tia nhiệt
(cid:131) Nhiệt – hóa học
CÁC PHƯƠNG PHÁP KHOAN
(cid:153) Khoan đập cáp
(cid:131) Quá trình phá hủy đất đá được thực hiện bằng
tác động cơ học thông qua việc nâng thả bộ
dụng cụ phá đá ở đáy giếng.
(cid:131) Không sử dụng dung dịch khoan mà dùng gàu
múc mảnh cắt xen kẽ với quá trình khoan.
(cid:131) Chỉ khoan được những giếng nông, hiệu suất
sử dụng năng lượng rất thấp.
(cid:131) Hiện nay vẫn được dùng để khoan các giếng
đặt thuốc nổ (trong khảo sát địa chấn) và
khoan giếng nước.
33 (cid:153) 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
17
34 (cid:153) 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
CÁC PHƯƠNG PHÁP KHOAN
(cid:153) Khoan xoay
(cid:131) Đất đá đáy giếng bị phá hủy dưới
tác động xoay của choòng khoan
gắn ở đầu chuỗi cần khoan. Chuyển
động của choòng được thực hiện
bằng cách:
• Truyền từ thiết bị bề mặt thông qua
chuỗi cần khoan: khoan bằng bàn
rôto, khoan bằng topdrive.
• Truyền từ động cơ: điện, rãnh xoắn,
mudmotor.
(cid:131) Dung dịch khoan dạng lỏng được
dùng để vận chuyển mùn khoan.
CÁC PHƯƠNG PHÁP KHOAN
Bàn rôto
Hệ thống topdrive
35 (cid:153) 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
18
36 (cid:153) 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
CÁC PHƯƠNG PHÁP KHOAN
(cid:153) Khoan thổi khí
(cid:131) Đất đá bị phá hủy bằng nguyên lý và thiết bị tương tự phương
pháp khoan xoay.
(cid:131) Dòng khí nén cao áp được dùng để đưa mùn khoan lên bề mặt.
(cid:131) Chỉ ứng dụng ở khu vực đất đá có liên kết tốt và không thấm.
(cid:153) Khoan thủy động lực
(cid:131) Phá hủy hoặc hòa tan đất đá ở đáy giếng nhờ sử dụng động năng
của dòng nước cao áp.
(cid:131) Sử dụng hiệu quả để khoan đất đá mềm, bở rời.
(cid:131) Đang nghiên cứu sử dụng cho tầng đất đá cứng, kiên cố.
37 (cid:153) 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
3. CÁC LOẠI GIÀN KHOAN
19
38 (cid:153) 3. Các loại giàn khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
CÁC LOẠI GIÀN KHOAN
(cid:153) Giàn khoan được chia thành hai loại:
(cid:131) Giàn khoan đất liền
(cid:131) Giàn khoan biển
(cid:153) Ngoài ra, giàn khoan còn được phân loại theo:
(cid:131) Chiều sâu khoan được: nhẹ, trung bình, sâu và siêu sâu.
• Thiết bị khoan nhẹ: dưới 650 mã lực, khoan tối đa 2000 m.
• Thiết bị khoan trung bình: 650 - 1300 mã lực, khoan tối đa 4000 m.
• Thiết bị khoan sâu: 1300 - 2000 mã lực, khoan tối đa 7000 m.
• Thiết bị khoan siêu sâu: khoảng 3000 mã lực, khoan tối đa 9000 m.
(cid:131) Tải trọng nâng: công suất tời khoan.
(cid:131) Tính cơ động: cố định, tự hành, bán tự hành.
GIÀN KHOAN TRÊN ĐẤT LIỀN
(cid:153) Các giàn khoan nhẹ (khoan tối đa 2000m) được gắn trực tiếp trên xe
tải cỡ lớn và dễ dàng di chuyển từ nơi này đến nơi khác.
(cid:153) Các giàn khoan trung bình và sâu thường gắn trên rơ móc chuyên
dụng hoặc xe lăn khổng lồ. Các thiết bị
khoan này có thể di chuyển nguyên bộ
ở cự ly ngắn. Khi cần di chuyển xa,
thiết bị được tháo rời từng phần.
39 (cid:153) 3. Các loại giàn khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
20
40 (cid:153) 3. Các loại giàn khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
GIÀN KHOAN TRÊN ĐẤT LIỀN
(cid:153) Giàn khoan cố định:
(cid:131) Được sử dụng để khoan các
giếng sâu và siêu sâu.
(cid:131) Các bộ phận chính trên giàn
có thể được tháo rời thành
từng môđun, dễ dàng vận
chuyển trên các xe tải có
rơ-móc chuyên dụng và được
lắp ráp lại tại khoan trường.
CÁC LOẠI GIÀN KHOAN BIỂN
(cid:153) Ở biển, tùy thuộc độ sâu mực nước mà người ta sử dụng các loại giàn
khoan khác nhau:
(cid:131) Xà lan khoan (badge)
(cid:131) Giàn tự nâng (jack-up)
(cid:131) Giàn bán tiềm thủy (semi-submersible)
(cid:131) Tàu khoan (drill-ship)
(cid:153) Trên giàn khoan biển di động, thiết bị đầu giếng và thiết bị chống phun
được lắp ngay dưới sàn khoan (nếu mực nước biển nhỏ hơn 60 m)
hoặc dưới đáy biển (nếu mực nước biển lớn hơn 60 m).
(cid:153) Đối với mực nước biển dưới 100 m, người ta có thể dùng các giàn
khoan biển cố định.
41 (cid:153) 3. Các loại giàn khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
21
42 (cid:153) 3. Các loại giàn khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
CÁC LOẠI GIÀN KHOAN BIỂN DI ĐỘNG
Xà lan khoan 0 – 5 m
Giàn tự nâng 20 – 120 m
Giàn bán tiềm thủy 60 – 1200 m
Tàu khoan 30 – 2800 m
XÀ LAN KHOAN
(cid:153) Xà lan có đáy bằng, sử dụng tại các vùng sông nước nội
địa, mặt nước yên tĩnh và nông (khoảng 3 - 5 m).
(cid:153) Xà lan được làm ngập và nằm trực tiếp lên đáy.
(cid:153) Giếng khoan được thực hiện từ sàn xà lan.
43 (cid:153) Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
22
44 (cid:153) 3. Các loại giàn khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
GIÀN TỰ NÂNG
(cid:153) Có cấu tạo như một xà lan nằm trên
các chân thép khổng lồ. Giàn có thể
khoan ở vùng nước sâu 20 – 120 m.
(cid:153) Tại vị trí khoan, các chân thép được hạ
xuống đáy biển. Nước được bơm vào
các boong xà lan làm cắm sâu các
chân thép vào đáy biển, giúp ổn định
giàn khoan trong quá trình làm việc.
(cid:153) Các thiết bị đặt trên giàn thường nhô ra
bên ngoài và trượt được để có thể tiến
hành khoan ngoài phạm vi của sàn
khoan.
GIÀN BÁN TIỀM THỦY
(cid:153) Cấu tạo từ hai hoặc nhiều khoang chứa
nước dưới các chân đế, giúp giàn nổi lưng
chừng, tạo thế ổn định giàn tốt nhất.
(cid:153) Nhờ hệ thống máy tính điện tử, hệ thống
kiểm soát dằn được tự động giữ độ cao
nhúng chìm giàn thích hợp và ổn định giàn.
(cid:153) Các giàn khoan bán tiềm thủy có thể được
sử dụng để khoan thăm dò và khai thác
trong vùng biển có mực nước sâu từ 60 -
1200 m.
45 (cid:153) 3. Các loại giàn khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
23
46 (cid:153) 3. Các loại giàn khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
TÀU KHOAN
(cid:153) Có tính cơ động cao nhất và thường
được sử dụng cho các giếng khoan
tìm kiếm, thăm dò xa đất liền.
(cid:153) Có thể vận hành trong vùng biển có
chiều sâu mức nước từ 30 - 2000 m
đôi khi đến 2800 m.
(cid:153) Hệ thống định vị động học có khả
năng hiệu chỉnh tự động vị trí thiết bị
khoan nhờ các động cơ đẩy dọc
(propellers) và đẩy ngang (thrusters)
gắn dưới tàu. Các động cơ này được
kích hoạt và điều khiển bằng máy tính.
GIÀN KHOAN BIỂN CỐ ĐỊNH
(cid:131) Giàn khoan và khai thác cố định chế tạo lần đầu tiên vào năm 1937.
(cid:131) Đa số giàn khoan cố định có cấu trúc chân đế bằng thép, một số giàn
khoan thế hệ mới có chân đế bằng bê tông cốt thép.
(cid:131) Các chân đế của giàn khoan được cắm vững chắc xuống đáy biển.
(cid:131) Từ một giàn khoan cố định có thể khoan 16 - 32 giếng, hoặc 40 giếng
đối với một số giàn đặc biệt.
47 (cid:153) 3. Các loại giàn khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
24
48 (cid:153) 3. Các loại giàn khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
CÁC LOẠI GIÀN KHOAN BIỂN KHÁC
(cid:153) Công nghệ hiện nay cho phép khoan
và khai thác ở vùng biển sâu hơn 300
m với các thiết bị sau đây:
(cid:131) Tháp chằng cáp (Guyed Towers) sử dụng
khung thép nhẹ với các cáp neo xuyên
tâm giữ cho tháp đứng thẳng.
(cid:131) Giàn nổi có chân đế căng (Tension Leg
Platforms), nối với đáy biển bằng các
chân thép ở trạng thái căng.
CẤU TRÚC GIÀN KHOAN
49 (cid:153) 3. Các loại giàn khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
5
1. Giá xếp cần – Pipe Racks
2. Dốc tiếp khoan – Ramp
6
4
3. Tháp khoan – Derrick
4. Chuồng khỉ – Monkey board
7
3
5. Ròng rọc đỉnh – Crown block
8
6. Cáp khoan – Drill line
2
7. Khối ròng rọc động & móc treo –
9
Block & hook
8. Quang treo /đầu nâng – Links &
10
1
elevator
11
9. Cần chủ đạo – Kelly
10. Cấu trúc dưới – Substructure
11. Cụm đối áp – BOPs
25
50 (cid:153) 3. Các loại giàn khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
4. CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN
KHI KHOAN
CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN KHI KHOAN
Qui trình cơ bản thi công giếng khoan bao gồm 3 bước sau:
1. Phá hủy đất đá
2. Vận chuyển mùn khoan lên bề mặt
3. Gia cố thành giếng khoan
51 (cid:153) Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
26
52 (cid:153) 4. Các quá trình cơ bản khi khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
PHÁ HỦY ĐẤT ĐÁ
Quá trình phá hủy đất đá đáy giếng khoan phụ thuộc vào các thông số
chế độ khoan. Quan hệ giữa các thông số cơ học và thủy lực có thể điều
chỉnh được trong quá trình khoan để đạt đượ̣c hiệu suất khoan tối ưu.
(cid:153) Chế độ khoan rôto
(cid:131) Áp lực chiều trục (tải trọng lên choòng)
(cid:131) Vận tốc quay của choòng khoan
(cid:131) Lưu lượng và chất lượng nước rửa.
(cid:153) Chế độ khoan đập cáp
(cid:131) Tần số đập (số lần đập của dụng cụ trong 1 phút)
(cid:131) Chiều cao nâng choòng
(cid:131) Trọng lượng choòng (tải trọng đáy).
(cid:153) Chế độ khoan turbin
PHÁ HỦY ĐẤT ĐÁ
(cid:153) Áp lực chiều trục
(cid:131) Còn được gọi là tải trọng chiều trục hay tải trọng lên choòng.
(cid:131) Có giá trị nằm giữa tải trọng tối thiểu để phá hủy đất đá và tải trọng
lớn nhất cho phép đối với mỗi loại choòng.
(cid:153) Vận tốc quay của choòng khoan
(cid:131) Có tác dụng phát triển phá hủy cục bộ.
(cid:131) Tốc độ quay càng cao thì tốc độ cắt gọt của các hạt cắt càng lớn.
(cid:131) Quyết định đến vận tốc cơ học khoan.
• Choòng chóp xoay thích hợp với tốc độ quay thấp: 60-150 v/ph.
• Choòng kim cương có hiệu quả phá hủy đất đá càng lớn khi vận tốc
quay càng lớn: 300-800 v/ph.
53 (cid:153) 4. Các quá trình cơ bản khi khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
27
54 (cid:153) 4. Các quá trình cơ bản khi khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
PHÁ HỦY ĐẤT ĐÁ
Quan hệ giữa vận tốc cơ học khoan và tải trọng lên choòng
PHÁ HỦY ĐẤT ĐÁ
Quan hệ giữa vận tốc cơ học khoan và vận tốc quay của choòng khoan
55 (cid:153) 4. Các quá trình cơ bản khi khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
28
56 (cid:153) 4. Các quá trình cơ bản khi khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
VẬN CHUYỂN MÙN KHOAN LÊN BỀ MẶT
(cid:153) Mùn khoan sau khi được tách ra khỏi đáy giếng cần phải
được vận chuyển ngay lên bề mặt, tạo điều kiện cho thiết
bị cắt tiếp xúc trực tiếp với đáy giếng.
(cid:153) Dung dịch khoan dạng lỏng thường được sử dụng để vận
chuyển mùn khoan, ngoài ra còn để:
(cid:131) Tạo cột áp thủy tĩnh cân bằng áp suất thành giếng khoan,
(cid:131) Gia cố tạm thời thành giếng khoan,
(cid:131) Giữ mùn khoan lơ lửng khi ngưng tuần hoàn,
(cid:131) Làm mát, bôi trơn bộ khoan cụ.
VẬN CHUYỂN MÙN KHOAN LÊN BỀ MẶT
Quan hệ giữa vận tốc cơ học khoan và áp suất thủy tĩnh
57 (cid:153) 4. Các quá trình cơ bản khi khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
29
58 (cid:153) 4. Các quá trình cơ bản khi khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
VẬN CHUYỂN MÙN KHOAN LÊN BỀ MẶT
(cid:153) Lưu lượng và chất lượng
nước rửa ảnh hưởng rõ rệt
đến hiệu quả phá hủy đất đá
ở đáy giếng và chất lượng
thành giếng khoan.
(cid:153) Trong phương pháp khoan
thổi khí, mùn khoan được đưa
ngay lập tức lên bề mặt nên
vận tốc cơ học khoan cao.
GIA CỐ THÀNH GIẾNG KHOAN
(cid:153) Sau khi khoan đến chiều sâu tương ứng với cấp ống
chống đã thiết kế, công tác khoan được tạm ngưng để
thực hiện công tác thả ống chống và trám xi măng.
(cid:153) Vành đá xi măng sau khi đông cứng có tác dụng:
(cid:131) Hỗ trợ cột ống chống
(cid:131) Bịt kín các tầng gây mất dung dịch
(cid:131) Bảo vệ ống chống khỏi bị ăn mòn
(cid:131) Cô lập, cách ly tầng chứa
59 (cid:153) 4. Các quá trình cơ bản khi khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
30
60 (cid:153) 4. Các quá trình cơ bản khi khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
GIA CỐ THÀNH GIẾNG KHOAN
(cid:153) Tùy thuộc vào đặc điểm thiết kế của
giếng mà quá trình trám xi măng có
thể tiến hành theo:
(cid:131) Một giai đoạn
(cid:131) Hai giai đoạn thông thường
(cid:131) Hai giai đoạn liên tục
(cid:131) Ba giai đoạn hoặc hơn.
VÍ DỤ QUI TRÌNH TIẾP CẦN
Đẩy cần chủ đạo vào vị trí
Kéo cần từ giá đựng cần
61 (cid:153) 4. Các quá trình cơ bản khi khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
31
62 (cid:153) 4. Các quá trình cơ bản khi khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
VÍ DỤ QUI TRÌNH TIẾP CẦN (tt)
Chuỗi cần sẵn sàng khoan tiếp
Nối cần mới vào chuỗi cần
VÍ DỤ QUI TRÌNH KÉO CẦN
63 (cid:153) 4. Các quá trình cơ bản khi khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
32
64 (cid:153) 4. Các quá trình cơ bản khi khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
VÍ DỤ QUI TRÌNH KÉO CẦN (tt)
1. Ngừng bàn rôto, kéo cần chủ đạo lên đến khi đoạn nối cần cao hơn
bàn xoay. Ngừng bơm dung dịch.
2. Lắp bộ đỡ chuỗi cần khoan, tháo cần chủ đạo và đẩy cần chủ đạo
vào lỗ để cần chủ đạo (rathole).
3. Tháo đầu xoay thủy lực khỏi móc nâng.
4. Lắp êlêvatơ vào đầu chuỗi cần khoan, kéo chuỗi cần khoan lên đỉnh
tháp đến hết một khoảng cần (stand).
5. Thợ phụ tháo cần và đẩy đáy cần vào giá treo cần theo thứ tự qui
định.
6. Thợ tháp khoan đẩy đầu cần vào vị trí.
QUI TRÌNH KHOAN BÌNH THƯỜNG
(cid:153) Là qui trình được thực hiện theo kế hoạch khoan dự kiến
và bao gồm các dấu hiệu sau:
(cid:131) Khoan với tốc độ cao, hiệu quả phá hủy đất đá lớn.
(cid:131) Tiếp cần theo đúng tiến độ khoan.
(cid:131) Dễ dàng nâng, thả bộ khoan cụ để thay dụng cụ phá đá mới.
(cid:131) Chống ống và trám xi măng các tầng theo thiết kế.
(cid:153) Giếng khoan thành công là giếng khoan được thi công
đúng tiến độ, trong giới hạn chi phí dự kiến và đạt lưu
lượng lớn nhất.
65 (cid:153) 4. Các quá trình cơ bản khi khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
33
66 (cid:153) 4. Các quá trình cơ bản khi khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
QUI TRÌNH KHOAN BÌNH THƯỜNG
Các chỉ tiêu đánh giá công tác khoan
(cid:153) Vận tốc khoan: bao gồm vận tốc cơ học khoan, vận tốc hiệp khoan,
vận tốc thương mại.
(cid:153) Tiến độ choòng (tuổi thọ choòng, đời sống choòng)
(cid:153) Giá thành: Giá thành 1 m khoan là tỉ số giữa tổng chi phí thi công
giếng: nhiên, nguyên vật liệu thi công giếng khoan, khấu hao tài sản
cố định (hoặc giá thành thuê giàn) và dụng cụ khoan, lương công
nhân và các chi phí dịch vụ khác và chiều sâu giếng khoan.
(cid:153) Chất lượng giếng khoan: Độ lệch của giếng khoan, tỷ lệ và chất lượng
mẫu lõi (%), mức độ nhiễm bẩn thành hệ.
67 (cid:153) 4. Các quá trình cơ bản khi khoan Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
5. TỔ CHỨC VÀ NHÂN SỰ
34
68 (cid:153) Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
TỔ CHỨC
Các công ty hoạt động trong lĩnh vực dầu khí được chia thành 3 loại:
1. Công ty điều hành (Operator)
(cid:131)
Hoạt động trong lĩnh vực thăm dò, khai thác, chế biến và thương mại dầu khí.
(cid:131)
Công ty quốc gia, công ty hợp nhất, công ty độc lập: Exxon - Mobil, BP, Amoco, Shell, Chevron, Total, ...
2. Công ty dịch vụ kỹ thuật (Service Company)
(cid:131)
Sử dụng nhân lực, trang thiết bị, các kỹ năng và kinh nghiệm để khoan và khai thác dầu khí.
(cid:131) Mỗi công ty có thể cung cấp một hoặc nhiều loại dịch vụ kỹ thuật.
3. Công ty nhà thầu khoan (Drilling Contractor)
(cid:131)
Sở hữu giàn khoan và có nhân lực để thực hiện công tác khoan.
NHÂN SỰ TRONG CÔNG TÁC KHOAN
69 (cid:153) 5. Tổ chức và nhân sự Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
Nhà thầu khoan
Công ty điều hành
P. Kế toán
P. Kỹ thuật P. Giám sát khoan
P. Kế toán
P. CN mỏ
P. CN khai thác P. Giám sát khoan
Giàn khác
Đốc công
P. Khoan
P. Địa chất
Thợ khoan
Giếng khác
Đại diện công ty
Công ty dịch vụ
Ống chống
Khoan định hướng
Trám xi măng
LWD/MWD
Đội khoan -Thợ tháp khoan -Thợ sàn khoan -Thợ phụ -Thợ điện -Thợ hàn -Thợ cơ khí
Thử giếng
Dịch vụ khác
Dung dịch khoan
35
70 (cid:153) 5. Tổ chức và nhân sự Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
NHÂN SỰ TRONG CÔNG TÁC KHOAN
(cid:153) Đốc công (toolpusher) là người chịu trách nhiệm về giàn khoan và
công tác khoan nói chung. Đốc công là đại diện cao nhất của nhà thầu
khoan tại giàn, chỉ huy đội khoan cũng như các nhóm thợ khác.
(cid:153) Trên các giàn khoan di động, đốc công có thể chia sẻ trách nhiệm với
thuyền trưởng khi giàn khoan đang di chuyển. Nhà thầu khoan đôi khi
cũng cử giám sát khoan (rig superintendent) tới hiện trường nhưng
hầu hết trường hợp người này làm việc tại văn phòng của nhà thầu
khoan.
NHÂN SỰ TRONG CÔNG TÁC KHOAN
(cid:153) Thợ khoan (driller) là người báo cáo với đốc công về công tác khoan.
Thợ khoan thường là người có kinh nghiệm điều khiển hệ thống tời và
bàn rôto cũng như chỉ huy thợ sàn khoan (roughneck) và thợ tháp
khoan (derrickman).
(cid:153) Thợ tháp khoan làm việc trên chuồng khỉ, có nhiệm vụ hướng chỉnh
cần khoan khi nâng hạ. Thường thì thợ tháp khoan cũng chịu trách
nhiệm giám sát hệ thống tuần hoàn dung dịch trong khi khoan.
(cid:153) Thợ sàn khoan, hay thợ bàn rôto, điều chỉnh phần dưới của cần khoan
trong quá trình nâng hạ. Các thợ này dùng các kềm lớn để tháo hoặc
siết chặt các đoạn cần khoan.
(cid:153) Thợ phụ (roustabout) hỗ trợ duy trì hoạt động của thiết bị và các
nguồn cung cấp, giúp sửa chữa giàn khoan và làm các việc vặt.
71 (cid:153) 5. Tổ chức và nhân sự Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
36
72 (cid:153) 5. Tổ chức và nhân sự Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí GEOPET
KẾT THÚC KẾT THÚC
37
