Giáo trình Hệ thống kiểm soát giếng khoan (Nghề: Khoan khai thác dầu khí - Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí (năm 2020)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:101

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Hệ thống kiểm soát giếng khoan giúp cho người đọc hiểu được sơ đồ tổng hợp hệ thống quay cần, cấu tạo và nguyên lý hoạt động, quy trình vận hành và bảo dưỡng các thiết bị trong hệ thống quay cần. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Hệ thống kiểm soát giếng khoan (Nghề: Khoan khai thác dầu khí - Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí (năm 2020)

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN : HỆ THỐNG KIỂM SOÁT GIẾNG KHOAN 1 NGHỀ : KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ TRÌNH ĐỘ : CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: 193/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020 của Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2020 (Lưu hành nội bộ)
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. Trang 1
LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình “Hệ thống kiểm soát giếng khoan 1” được biên soạn theo chương trình đào tạo nghề “Khoan khai thác dầu khí” của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. Các kiến thức trong toàn bộ giáo trình có mối liên hệ lôgic chặt chẽ. Tuy vậy, giáo trình cũng chỉ là một phần trong nội dung của chuyên ngành đào tạo cho nên người dạy, người học cần tham khảo thêm các giáo trình có liên quan đối với ngành học để việc sử dụng giáo trình có hiệu quả hơn. Hệ thống kiểm soát giếng khoan là một trong những hệ thống thiết bị, thiết bị không thể thiếu trong Khoan dầu khí, là thiết bị cần thiết phục vụ cho việc tạo ra những giếng khoan để có thể thăm dò và để có thể khai thác được nguồn tài nguyên quý giá này. Việc vận hành hệ thống đòi hỏi phải có đội ngũ công nhân, kỹ sư vận hành lành nghề, có nhiều kinh nghiệm để có thể luôn nắm vững quy trình vận hành và xử lý được các sự cố trong quá trình vận hành. Khi biên soạn giáo trình chúng tôi đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới liên quan đến mô đun “Hệ thống thống kiểm soát giếng khoan 1” phù hợp với đối tượng sử dụng cũng như cố gắng gắn những nội dung lý thuyết với những vấn đề thực tế thường gặp trong sản xuất, đời sống để giáo trình có tính thực tiễn cao. Nội dung của giáo trình gồm 4 bài. Qua nội dung các bài học giúp cho học sinh hiểu được sơ đồ tổng hợp hệ thống quay cần, cấu tạo và nguyên lý hoạt động, quy trình vận hành và bảo dưỡng các thiết bị trong hệ thống quay cần. Giáo trình sẽ phục vụ tốt cho việc nghiên cứu, giảng dạy và học tập của giáo viên và sinh viên trong Trường. Với lòng mong muốn giáo trình này có thể góp phần nâng cao chất lượng học tập, chúng tôi xin chân thành cảm ơn và tiếp nhận những ý kiến đóng góp của các em sinh viên và đồng nghiệp về những thiếu sót không thể tránh khỏi trong nội dung và hình thức để giáo trình hoàn thiện hơn. Trân trọng cảm ơn./. Bà rịa - Vũng Tàu, tháng 3 năm 2020 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: Ks. Phạm Thế Anh 2. Ks. Vũ Xuân Thạch 3. Ks. Bùi Đức Sơn Trang 2
MỤC LỤC BÀI 1: GIỚI THIỆU CHUNG....................................................................................11 1.1. Giới thiệu chung .....................................................................................................12 1.2. Tầm quan trọng của việc kiếm soát giếng khoan ...................................................13 BÀI 2: NGUYÊN NHÂN GÂY RA HIỆN TƯỢNG PHUN TRÀO VÀ DẤU HIỆU NHẬN BIẾT .................................................................................................................15 2.1. Dị thường áp suất....................................................................................................16 2.1.1. Áp suất thủy tĩnh (Hydrostatic pressure): .....................................................16 2.1.2. Áp suất vĩa (Pore pressure): ..........................................................................17 2.1.3. Áp suất vỡ vỉa: ..............................................................................................18 2.1.4. Dị thường áp suất (Subnormal pressure): .....................................................25 2.1.5. Áp suất tuần hoàn (Circulating dynamic pressure): .....................................31 2.2. Nguyên nhân gây ra hiện tượng phun trào (Kick) ..................................................32 2.3. Dấu hiệu nhận biết ..................................................................................................44 BÀI 3: DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ KIỂM SOÁT GIẾNG ........................................53 3.1. Dụng cụ và thiết bị lòng giếng ...............................................................................54 3.1.1. Van cần chủ lực ............................................................................................54 3.1.2. Van nổi ..........................................................................................................55 3.1.3. Van chống phun trong cần khoan (Inside BOP) ...........................................56 3.2. Dụng cụ và thiết bị bề mặt ......................................................................................57 3.2.1. Cụm đối áp (BOPs) .......................................................................................57 3.2.2. Các loại đối áp chính hiện nay:.....................................................................64 3.2.3. Choke Manifold (Cụm phân dòng): ..............................................................68 3.2.4. Hệ thống điều khiển cụm đối áp ...................................................................71 3.3. Dụng cụ và thiết bị phụ trợ .....................................................................................83 3.3.1. Đặc điểm kỹ thuật .........................................................................................84 3.3.2. Phương pháp biểu thị loại choke và kill manifold ........................................84 3.3.3. Ví dụ về loại choke và kill manifold ............................................................84 3.3.4. Đặc điểm cấu tạo ..........................................................................................85 3.3.5. Lắp đặt ..........................................................................................................86 3.3.6. Hướng dẫn vận hành .....................................................................................87 3.3.7. Bảo dưỡng .....................................................................................................88 3.3.8. Kiểm tra ........................................................................................................88 Trang 3
BÀI 4: THIẾT LẬP HỆ THỐNG KIỂM SOÁT GIẾNG KHOAN TRÊN MÔ HÌNH KHOAN ĐỘNG ...............................................................................................92 4.1. Nguyên nhân về dụng cụ và thiết bị, dấu hiệu nhận biết và cách khắc phục .........93 4.1.1. Sự cố về bơm ................................................................................................93 4.1.2. Sự cố về hệ thống đường ống và van ............................................................95 4.2. Nguyên nhân về công nghệ, dấu hiệu nhận biết và cách khắc phục ......................96 4.2.1. Nguyên nhân .................................................................................................96 4.2.2. Biện pháp ......................................................................................................96 4.3. Các sự cố khác và cách khắc phục. ........................................................................97 4.3.1. Có tiếng ồn của hệ thông điều khiển khi chạy ..............................................97 4.3.2. Mô tơ điện không thể khởi động...................................................................97 4.3.3. Áp suất lên chậm hoặc ngừng lên sau khi bơm điện khởi động và âm thanh phát ra không bình thường khi bơm chạy. ..............................................................97 4.3.4. Bơm điện không thể tự động dừng ...............................................................97 4.3.5. Áp suất đầu ra của van điều chỉnh quá cao. ..................................................98 4.3.6. Vận hành khởi động đóng mở đối áp từ bảng điều khiển kíp trưởng không thể thực hiện được. .......................................................................................................98 4.4. XÁC ĐỊNH SỰ CỐ TRONG KHI KHOAN TRÊN MÔ HÌNH ...........................98 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................100 Trang 4
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN 1. Tên mô đun: HỆ THỐNG KIỂM SOÁT GIẾNG KHOAN 1 2. Mã mô đun: KKT19MĐ44 3. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: 3.1. Vị trí: Là mô đun thuộc chuyên môn của chương trình đào tạo. Mô đun này được dạy trước mô đun hệ thống kiểm soát giếng khoan 2 và sau các môn học, mô đun như: Hệ thống chống ống và trám xi măng, vận hành hệ thống chuỗi cần khoan và dụng cụ phá hủy đát đá và dạy sau các mô đun, môn học cơ sở. 3.2. Tính chất: Mô đun này trang bị những kiến thức, kỹ năng kiểm soát giếng trong khi khoan. 3.3. Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Giáo trình này trình bày một cách có hệ thống các kiến thức về hệ thống kiểm soát giếng khoan trong công nghiệp dầu khí. 4. Mục tiêu của mô đun: Hệ thống kiểm soát giếng khoan là một hệ thống vô cùng quan trọng trong khoan dầu khí. Chính vì vậy đòi hỏi người thợ phải nắm được cấu tạo, vận hành thành thạo. 4.1. Về kiến thức: A1. Giải thích được ý nghĩa của việc kiểm soát giếng khoan. A2. Liệt kê được các thiết bị kiểm soát giếng khoan; 4.2. Về kỹ năng: B1. Thiết lập được hệ thống kiểm soát giếng khoan. B2. Phát hiện được dấu hiệu giếng bị xâm nhập (kick). 4.3. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: C1. Tuân thủ tuyệt đối các qui định về an toàn, pccc, nội quy phòng học/ phòng mô hình và quy chế của nhà trường; C2. Tuân thủ các qui trình vận hành các thiết bị cơ khí, điện, tự động hóa có liên quan; C3. Xác định được công việc phải thực hiện, hoàn thành các công việc theo yêu cầu, không để xảy ra sự cố, hư hỏng đối với hệ thống thiết bị; 5. Nội dung của mô đun: 5.1. Chương trình khung Thời gian đào tạo (giờ) Trong đó Số Thi/ Mã Tên môn học, Thực tín Tổng Kiểm MH/MĐ/HP mô đun hành/ chỉ số Lý tra thí nghiệm/ thuyết bài tập/ LT TH thảo luận Các môn học chung/ I 21 435 157 255 15 8 đại cương MHCB19MH02 Giáo dục chính trị 4 75 41 29 5 0 Trang 5
MHCB19MH03 Pháp luật 2 30 18 10 2 0 MHCB19MH05 Giáo dục thể chất 2 60 5 51 0 4 Giáo dục quốc phòng và MHCB19MH08 4 75 36 35 2 2 An ninh MHCB19MH09 Tin học 3 75 15 58 0 2 TA19MH02 Tiếng Anh 6 120 42 72 6 0 Các môn học, mô đun II. chuyên môn ngành, 66 1605 466 1057 33 49 nghề Môn học, mô đun kỹ II.1. 15 285 143 127 11 4 thuật cơ sở ATMT19MH An toàn vệ sinh lao động 2 30 23 5 2 0 01 CK19MH01 Vẽ kỹ thuật - 1 2 45 14 29 1 1 KTĐ19MĐ06 Điện kỹ thuật cơ bản 3 45 36 6 3 0 Cơ sở điều khiển quá TĐH19MĐ12 2 45 14 29 1 1 trình CNH19MH09 Hóa Đại cương 3 45 42 0 3 0 KKT19MH31 Địa chất cơ sở 3 75 14 58 1 2 Môn học, mô đun II.2. chuyên môn ngành, 51 1320 323 930 22 45 nghề KKT19MH32 Địa chất dầu khí 2 30 28 0 2 0 KKT19MH33 Cơ sở khoan 3 45 42 0 3 0 KKT19MH34 Cơ sở khai thác 3 45 42 0 3 0 KKT19MH35 Địa chất môi trường 2 30 28 0 2 0 KKT19MH36 Nguyên lý phá hủy đất đá 2 30 28 0 2 0 Thí nghiệm dung dịch KKT19MĐ37 3 75 14 58 1 2 khoan KKT19MĐ38 Hệ thống phát lực 2 45 14 29 1 1 KKT19MĐ39 Hệ thống khí nén 2 45 14 29 1 1 KKT19MĐ40 Hệ thống nâng hạ 4 105 14 87 1 3 Hệ thống tuần hoàn dung KKT19MĐ41 4 105 14 87 1 3 dịch Vận hành hệ thống chuỗi KKT19MĐ42 cần khoan và dụng cụ 5 135 14 116 1 4 phá hủy đất đá Hệ thống chống ống và KKT19MĐ43 4 105 14 87 1 3 trám xi măng Hệ thống kiểm soát giếng KKT19MĐ44 5 135 14 116 1 4 khoan 1 Trang 6
Hệ thống kiểm soát giếng KKT19MĐ45 3 75 14 58 1 2 khoan 2 KKT19MĐ46 Thực tập sản xuất 4 180 15 155 0 10 KKT19MĐ47 Khóa luận tốt nghiệp 3 135 14 108 1 12 Tổng cộng 87 2040 623 1312 48 57 5.2. Chương trình chi tiết mô đun Thời gian (giờ) Thực Số TT Tên các bài trong mô đun Tổng Lý hành, thí Kiểm tra nghiệm, số thuyết thảo luận, bài tập LT TH 1 Bài 1: Giới thiệu chung 2 2 1.Giới thiệu chung 1 1 2.Tầm quan trọng của việc 1 1 kiểm soát giếng khoan Bài 2: Nguyên nhân gây ra 2 hiện tượng phun trào và dấu 20 9 11 hiệu nhận biết 1.Dị thường áp suất 12 1 11 2.Nguyên nhân gây ra hiện 3 3 tượng phun trào 3.Dấu hiệu nhận biết 5 5 Bài 3: Dụng cụ và thiết bị 3 25 3 20 1 1 kiểm soát giếng khoan 1.Dụng cụ và thiết bị lòng 1 1 giếng 2. Dụng cụ và thiết bị bề mặt 22 1 20 1 3. Dụng cụ và thiết bị phụ trợ 2 1 1 Bài 4: Thiết lập hệ thống 4 kiểm soát giếng khoan trên 88 85 3 mô hình khoan động 1.Thiết lập hệ thống kiểm soát giếng để kéo và thả chuỗi cần 21 20 1 khoan trong giếng 2.Thiết lập hệ thống kiểm soát 21 20 1 giếng trước khi khoan dầu khí 3.Khoan và kiểm soát giếng 46 45 1 khi phát hiện sự cố kick xảy ra Trang 7
Cộng 135 14 116 1 4 6. Điều kiện thực hiện mô đun: 6.1. Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn 6.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, mô hình mô phỏng. 6.3. Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, giáo án, qui trình vận hành. 6.4. Các điều kiện khác: 7. Nội dung và phương pháp đánh giá: 7.1. Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng mô đun theo quy định. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. 7.2. Phương pháp: Người học được đánh giá tích lũy mô đun như sau: 7.2.1. Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. - Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Dầu khí như sau: Điểm đánh giá Trọng số + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc mô đun 60% 7.2.2. Phương pháp đánh giá Phương pháp Phương pháp Hình thức Chuẩn đầu ra Số Thời điểm đánh giá tổ chức kiểm tra đánh giá cột kiểm tra Thường xuyên Quan sát/ Bảng kiểm/ A1, A2 1 Sau 15 giờ. Câu hỏi Hỏi đáp C1, C2, C3 Trang 8
Định kỳ Viết/ Thông Tự luận/ A1, A2 1 Sau 30 giờ qua sản phẩm Trắc nghiệm/ Sản B1, B2 học tập phẩm học tập C1, C2, C3 Kết thúc mô Viết/ Thông Tự luận và trắc A1, A2 4 Sau 135 đun qua sản phẩm nghiệm/ Sản giờ B1, B2 học tập phẩm học tập C1, C2, C3 7.2.3. Cách tính điểm - Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc mô đun được chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân. - Điểm mô đun là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của mô đun nhân với trọng số tương ứng. Điểm mô đun theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân. 8. Hướng dẫn thực hiện mô đun 8.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng HSSV trường Cao đẳng Dầu khí. 8.2. Phương pháp giảng dạy, học tập mô đun 8.2.1. Đối với người dạy * Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập tình huống, câu hỏi thảo luận… * Bài tập: Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập theo nội dung đề ra. * Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra. * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên trong nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm. 8.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau: - Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học mô đun này (trang web, thư viện, tài liệu...) - Tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết và 100% buổi học thực hành. Nếu người học vắng >30% số tiết lý thuyết hoặc >0% số tiết thực hành phải học lại mô đun mới được tham dự kì thi lần sau. Trang 9
- Tự học và thảo luận nhóm: là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm. - Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ. - Tham dự thi kết thúc mô đun. - Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học. 9. Tài liệu tham khảo: [1]. Lê Phước Hảo – “Cơ sở khoan và khai thác dầu khí” – Nhà xuất bản đại học quốc gia TP.HCM (2011) [2]. J.P. Nguyen – “ Kỹ thuật khoan dầu khí” – Nhà xuất bản giáo dục (1995) [3]. IWCF – Well control Trang 10
BÀI 1: GIỚI THIỆU CHUNG ❖ GIỚI THIỆU BÀI 1 Bài 1 giới thiệu về tầm quan trọng của hệ thống kiểm soát giếng khoan trong công tác khoan dầu khí để người học có được kiến thức nền tảng và dễ dàng tiếp cận công việc sau này. ❖ MỤC TIÊU BÀI 1 Sau khi học xong chương này, người học có khả năng: ➢ Về kiến thức: - Trình bày được các phương pháp kiểm soát giếng khoan. - Giải thích được tầm quan trọng của việc kiểm soát giếng khoan. ➢ Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: - Tuân thủ tuyệt đối các qui định về an toàn, pccc, nội quy phòng/xưởng và quy chế của Nhà trường. - Xác định được công việc phải thực hiện, hoàn thành các công việc theo yêu cầu, không để xảy ra sự cố, hư hỏng đối với hệ thống thiết bị. ❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 1 - Đối với người dạy: + Thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết, thực hành hoặc tích hợp phù hợp với bài học. Giáo án được soạn theo bài hoặc buổi dạy. + Tổ chức giảng dạy: Chia ca, nhóm (phụ thuộc vào số lượng sinh viên/lớp) - Đối với người học: + Chuẩn bị tài liệu, dụng cụ học tập, vở ghi đầy đủ; + Hoàn thành các bài thực hành kỹ năng; + Tổ chức làm việc nhóm, làm việc độc lập; + Tuần thủ quy định an toàn, giờ giấc. ❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 1 - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng mô hình - Trang thiết bị máy móc: Máy tính, máy chiếu. - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Giáo án, giáo trình, quy trình thực hành. - Các điều kiện khác: Không có ❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 1 Bài 1: Giới thiệu chung Trang 11
- Nội dung: ✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức ✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng. ✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng mô đun. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp: ✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: Không ✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: Không ✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: Không NỘI DUNG BÀI 1 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG Là hệ thống không thể thiếu trong quá trình khoan, hệ thống kiểm soát giếng khoan giúp cho công tác khoan được tiến hành một cách an toàn và hiệu quả, tránh những sự cố đáng tiếc xảy ra trong quá trình khoan như: phun trào giếng khoan, cháy nổ giàn khoan,… Kiểm soát giếng khoan trong công nghiệp khoan và khai thác dầu khí được coi là yếu tố cốt lõi và rất quan trọng nhằm bảo vệ cho con người, môi trường và thiết bị. Kiểm soát giếng khoan gồm nhiều yếu tố kỹ thuật công nghệ, thiết bị tích hợp để ngăn chặn hoặc loại bỏ dòng áp suất chất lưu trong thành hệ khoan qua không mong muốn xâm nhập vào giếng, đây là yếu tố bất lợi cho giếng vì nó gây tăng áp suất đột ngột trong giếng đang khoan, dẫn tới nguy cơ gây xâm nhập “Kick” trong giếng. Nếu yếu tố chất lưu xâm nhập không được ngăn chặn, khống chế, hoặc loại bỏ bởi kỹ thuật, thiết bị công nghệ phù hợp và kịp thời, dẫn tới giếng khoan bị phun trào “Blowout”, điều này xảy ra trong thực tế thì hậu quả thiệt hại vô cùng lớn cho con người đang làm việc trên giàn đang khoan, hủy hoại giàn khoan và gây ngưng trệ toàn bộ dự án trong thời gian rất dài. Việc xử lý hậu quả sự cố gây rất nhiều tốn kém do phải loại bỏ phun trào và xử lý ô nhiễm môi trường biển (du lịch, đánh bắt thủy sản, ...) hoặc môi trường xung quanh giàn khoan đang hoạt động trên đất liền (môi trường sống, gây hư hại môi trường đất, nước...). Phương pháp kiểm soát giếng thông thường được tích hợp sẵn với thiết bị kiểm soát giếng trên giàn khoan để khống chế, loại bỏ chất lưu xâm nhập khi cần, thiết bị luôn phải hoạt động tốt và thực hiện công việc của chúng hoặc sẵn sàng để đưa vào làm việc. Tuy nhiên theo thời gian các thiết bị giảm chức năng, do đó chúng cần phải bảo trì, kiểm tra thường xuyên theo thủ tục để phát hiện bất thường (hư hỏng, mất chức năng, ...) từ Bài 2: Nguyên nhân gây ra hiện tượng phun trào và dấu hiệu nhận biết Trang 12
đó thay thế hoặc sửa chữa chúng càng sớm càng tốt. Một yếu tố quan trọng nữa là người vận hành tại các giàn khoan đều được đào tạo và cấp chứng chỉ các khóa kiểm soát giếng của tổ chức quốc tế IWCF theo các mức độ khác nhau và đưa ra các kịch bản “Kick”, “Blowout” khác nhau để kiểm soát được giếng. Do đó, đòi hỏi người thợ khoan phải hiểu và vận hành một cách an toàn, hiệu quả hệ thống kiểm soát giếng khoan. 1.2. TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC KIẾM SOÁT GIẾNG KHOAN Nhiệm vụ của công tác kiểm soát giếng khoan có thể được chia ra làm 3 loại: + Primary Well control + Secondary Well control + Tertiary well control Các loại này được miêu tả như sau: • Primary Well control (Hmud>Pf): Đây là phương pháp duy trì độ cao của cột áp suất thủy tĩnh dung dịch trong giếng (Hmud) để cân bằng với áp suất của thành hệ tác dụng lên dung dịch khi khoan qua thành hệ đó (Pf). Tuy nhiên cần lưu ý rằng việc duy trì sự cân bằng với áp suất thành hệ là một yêu cầu tối thiểu theo lý thuyết. Thông thường để khoan tốt cần phải có cột áp suất thủy tĩnh cao hơn so với áp suất thành hệ và nó được duy trì tại toàn bộ thời gian giếng được khoan để làm sao không cho phép có bất cứ hiện tượng bất ngờ nào xảy ra. Lượng áp suất được thêm vào để duy trì áp suất cột dung dịch luôn cao hơn so với áp suất thành hệ đó là “Trip margin” hoặc “Overbalance” (trên cân bằng). • Secondary well control (Hmud
suất thủy tĩnh dung dịch thích hợp trong giếng khoan. Điều đó sẽ được thiết lập lại trạng thái ưu tiên ban đầu là Primary Well Control. • Tertiary well control Kiểm soát giếng tam cấp (Tertiary well control) được tiến hành trong trường hợp không thể kiểm soát được vỉa bằng các chế độ kiểm soát sơ cấp và thứ cấp, như trong tình trạng giếng bị phun ngầm hay phun trào tự do mất kiểm soát…. Ví dụ về kiểm soát giếng tam cấp như: - Khoan giếng giải vây bên cạnh cắt với thân giếng đang bị phun trào, sau đó bơm dung dịch với tỷ trong lớn để dập giếng - Nhanh chóng bơm dung dịch nặng với tỷ trong tương đương để dập giếng. - Bơm Barite hoặc các vật liệu có tỷ trọng nặng vào để bít giếng. - Bơm dung dịch xi măng để bít giếng ❖ TÓM TẮT BÀI 1 Trong bài này, một số nội dung chính được giới thiệu: - Giới thiệu chung - Tầm quan trọng của việc kiểm soát giếng khoan ❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN BÀI 1 1. Trình bày các phương pháp kiểm soát giếng khoan? 2. Trình bày tầm quan trọng của việc kiểm soát giếng khoan trong công tác khoan dầu khí? 3. Công tác kiểm soát giếng khoan được chia làm mấy giai đoạn? Nêu rõ từng giai đoạn trong công tác kiểm soát giếng khoan dầu khí? Bài 2: Nguyên nhân gây ra hiện tượng phun trào và dấu hiệu nhận biết Trang 14
BÀI 2: NGUYÊN NHÂN GÂY RA HIỆN TƯỢNG PHUN TRÀO VÀ DẤU HIỆU NHẬN BIẾT ❖ GIỚI THIỆU BÀI 2 Bài 2 trình bày các dấu hiệu nhận biết khi giếng khoan gặp sự cố phun trào và phân tích các nguyên nhân gây ra hiện tượng này để người học có được kiến thức nền tảng và dễ dàng tiếp cận công việc sau này. ❖ MỤC TIÊU BÀI 2 Sau khi học xong chương này, người học có khả năng: ➢ Về kiến thức: - Trình bày được các dấu hiệu nhận biết khi giếng bị phun trào. ➢ Về kỹ năng: - Phân tích được nguyên nhân giếng bị phun trào. - Ước lượng được áp suất vỡ vỉa sau khi thực hiện ép thử áp suất (LEAK OF TEST). ➢ Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: - Tuân thủ tuyệt đối các qui định về an toàn, pccc, nội quy phòng/xưởng và quy chế của Nhà trường. - Tuân thủ các qui trình vận hành các thiết bị cơ khí, điện, tự động hóa có liên quan. - Xác định được công việc phải thực hiện, hoàn thành các công việc theo yêu cầu, không để xảy ra sự cố, hư hỏng đối với hệ thống thiết bị. ❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 2 - Đối với người dạy: + Thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết, thực hành hoặc tích hợp phù hợp với bài học. Giáo án được soạn theo bài hoặc buổi dạy. + Tổ chức giảng dạy: Chia ca, nhóm (phụ thuộc vào số lượng sinh viên/lớp) - Đối với người học: + Chuẩn bị tài liệu, dụng cụ học tập, vở ghi đầy đủ; + Hoàn thành các bài thực hành kỹ năng; + Tổ chức làm việc nhóm, làm việc độc lập; + Tuần thủ quy định an toàn, giờ giấc. ❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 2 - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng mô hình Bài 2: Nguyên nhân gây ra hiện tượng phun trào và dấu hiệu nhận biết Trang 15
- Trang thiết bị máy móc: Máy tính, máy chiếu. - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Giáo án, giáo trình, quy trình thực hành. - Các điều kiện khác: Không có ❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 2 - Nội dung: ✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức ✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng. ✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng mô đun. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp: ✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: vấn đáp, bảng kiểm) ✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: Không ✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: Không ❖ NỘI DUNG BÀI 2 2.1. DỊ THƯỜNG ÁP SUẤT 2.1.1. Áp suất thủy tĩnh (Hydrostatic pressure): Áp suất thủy tĩnh là áp suất được gây ra bởi cột chất lỏng và phụ thuộc vào tỷ trọng và chiều cao thẳng đứng hoặc chiều sâu của cột chất lỏng đó. Hydrostatic pressure = Depth (True vertical) x Density P = .g.D Trong đó: P: Áp suất thủy tĩnh. : Tỷ trọng trung bình của dung dịch khoan. g: Gia tốc trọng trường D: Chiều sâu thẳng đứng của cột dung dịch. Lưu ý: Chỉ có chiều sâu thẳng đứng của cột chất lỏng cần quan tâm còn các hình dạng khác của giếng khoan là không quan trọng khi tính toán áp suất thủy tĩnh. Oilfield Unit: P = C.MW.D Trong đó: C: Hệ số chuyển đổi (psi/ft per lb/gal). Bài 2: Nguyên nhân gây ra hiện tượng phun trào và dấu hiệu nhận biết Trang 16
MW: Tỷ trọng dung dịch (lb/gal). - Khi áp suất được đo bằng pound per square inch và chiều sâu được đo bằng feet thì đơn vị tỷ trọng dung dịch được chuyển đổi từ ppg sang gradient áp suất psi/foot. - Bây giờ phương trình được viết như sau: Hydro static pressure = Depth x Mud weight x 0.052 psi ft ppg Các hệ số chuyển đổi cho các đơn vị tỷ trọng dung dịch khác (Conversion factors for other mud weight units): Specific gravity x 0.433 = psi/ft (mud weight to pressure gradient). Pound per cubic foot / 144 = psi/ft (mud gradient to pressure gradient). Kilogrammes per cubic metre x 0.00044 = psi/ft. Kilogrammes per cubic metre / 2262 = psi/ft. 2.1.2. Áp suất vĩa (Pore pressure): Áp suất vỉa là áp suất trên chất lỏng chứa trong lỗ hổng thành hệ. Tất cả các đá trầm tích đều có độ rỗng, do đó áp suất vỉa tại bất cứ chiều sâu nào bằng với áp suất thủy tĩnh được gây ra bởi dung dịch chứa trong lỗ hổng thành hệ. Đó là trường hợp áp suất bình thường nơi mà áp suất giữa các hạt được gây ra bởi Overburrdent load. Nếu khác với trường hợp trên là dị thường áp suất (áp suất cao hơn hoặc nhỏ hơn so với áp suất bình thường – Abnormal and Subnormal Pressure). Khi nói đến áp suất trong công tác thi công người ta thường biểu diễn chúng ở dạng gradient (psi/ft) hoặc tỷ trọng dung dịch tương đương (lb/gal) với các hệ số chuyển đổi được nói đến trong phần 1. Để chuyển đổi các áp suất dưới bề mặt sang gradient tại một mốc đo lường nhất định thường là chiều cao của bàn rôto hoặc mực nước biển, nó giúp cho chúng ta có hướng so sánh giữa áp suất vỉa, tỷ trọng dung dịch và tỷ trọng dung dịch tuần hoàn tương đương. Để giải thích cho vấn đề trên, áp suất vỉa bình thường bằng với áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch (nước) từ bề mặt đến thành hệ quan tâm. Do đó gradient áp suất bình thường sẽ bằng với gradient áp suất thủy tĩnh tại điểm đó. Độ lớn của gradient áp suất phụ thuộc vào thành phần dung dịch (nước) và nhiệt độ của nó. Ví dụ nước chứa hàm lượng muối cao sẽ có gradient cao hơn nước chứa khí. Nước vỉa có hàm lượng muối (NaCl) 80,000 ppm tại nhiệt độ 25oC có gradient là 0.465 psi/ft, nước sạch có hàm lượng muối bằng 0 có gradient áp suất bằng 0.433 psi/ft. Trong các thành hệ lắng đọng tại môi trường biển hàm lượng muối có thể thay đổi theo chiều sâu và dạng thành hệ. Mức thấp nhất của hàm lượng muối có gradient bằng 0.45 psi/ft trong đó mức cao nhất là 0.515 psi/ft. Bảng sau đưa ra một số gradient áp suất vỉa bình thường tại một số khu vực: Bài 2: Nguyên nhân gây ra hiện tượng phun trào và dấu hiệu nhận biết Trang 17
Hình 2. 1: Gradient áp suất vỉa bình thường tại một số khu vực trên thế giới 2.1.3. Áp suất vỡ vỉa: Để khoan một giếng khoan theo kế hoạch và an toàn cần thiết phải biết về độ lớn của các áp suất vỡ vỉa có thể xuất hiện. Thể tích lớn nhất của bất cứ chất lỏng xâm nhập nào không kiểm soát được vào trong giếng khoan đều phụ thuộc vào áp suất vỡ vỉa của các thành hệ đó. Nếu áp suất trong giếng khoan bằng hoặc vượt quá áp suất vỡ vỉa đó thì sau đó thành hệ sẽ bị vỡ và tiếp sau đó là mất dung dịch, mất áp suất thủy tĩnh và mất primary control. Trong kế hoạch của một giếng khoan, các gradient áp suất vỡ vỉa có thể được ước lượng từ offset data hoặc nếu không thể thì được ước lượng từ phương pháp Daines được mô tả sau đây. Khi một giếng khoan được khoan, sau khi chống ống và chân ống chống được khoan phá, LEAK OF TEST sẽ được tiến hành để xác định áp suất vỡ vỉa của công đoạn tiếp theo. Ứng suất và nứt vỡ (stresses and fractures): Ứng suất xuất hiện tự nhiên dưới bề mặt trái đất và có thể phân tích ra ba thành phần cơ bản đó là: - Maximum stress có phương thẳng đứng vì áp suất phủ lên trên đá chứa và chất lỏng thành hệ. Nó được định nghĩa là Overburdent pressure. - Tại những khu vực mà lực kiến tạo không hoạt động thì các ứng suất theo phương nằm ngang (2 và 3) bằng nhau, mặc dù trong một số trường hợp tại những chiều sâu nông các ứng suất theo phương ngang vượt quá ứng suất theo phương dọc. - Dưới một lực kiến tạo không lớn lắm nên hai ứng suất theo phương nằm ngang không khác nhau nhiều do đó một ứng suất trung bình được thiết lập. Bài 2: Nguyên nhân gây ra hiện tượng phun trào và dấu hiệu nhận biết Trang 18
- Trong trường hợp lực kiến tạo lớn như là những vùng núi và các thành hệ bị oằn mạnh theo lực kiến tạo thì ứng suất lớn nhất có thể theo phương nằm ngang. Điều đó không giống như tại các chiều sâu lớn nơi mà Overburdent pressure chiếm ưu thế lớn nhất. Nếu áp suất trên thành giếng khoan vượt quá ứng suất nhỏ nhất tại bất cứ điểm nào thì hiện tượng vỡ vỉa có thể xảy ra. Trong hầu hết các trường hợp overburdent pressure đều lớn hơn lực kiến tạo (tectonic force). Dự đoán gradient áp suất vỡ vỉa: Formation fracture pressure là áp suất cần để gây ra vỡ vỉa để toàn bộ dung dịch có thể di vào trong đó. Ký hiệu PFB: Formation Breakdown (ppg) hoặc gradient vỡ vỉa GFB (psi/foot). Có một số kỹ thuật để ước lượng áp suất vỡ vỉa. Chúng được áp dụng nhiều để dự đoán gradient áp suất vỡ vỉa trong các khu vực nơi có nhiều dữ liệu liên quan đến các ứng suất bề mặt có thể ngược lại một số khác không sử dụng được ở các khu vực chưa biết. Phương pháp Daines là phương pháp sử dụng kết quả của Leak of test đã được thực hiện trong thành hệ đầu tiên để đưa một hệ số ứng suất. Sự xác định chế độ ứng suất bề mặt đó có thể sử dụng để dự đoán áp suất vỡ vỉa trong các thành hệ tiếp theo. 1. Giả sử rằng Leak of test thứ nhất được thực hiện và ứng suất lớn nhất theo chiều dọc và là overburdent. Do đó ứng suất kiến tạo được tính toán như sau: Trong đó: Vậy: Trong đó: S : Overburdent pressure(psi). Bài 2: Nguyên nhân gây ra hiện tượng phun trào và dấu hiệu nhận biết Trang 19