KHOAN KHAI THÁC ĐẠI CƯƠNG

Phần 1 : công nghệ khoan dầu khí

Chương 1 : khái quát về thiết bị và quá trình khoan

A : thiết bị khoan

a : cấu tạo

1 : mũi khoan         2: ống mẫu        3: cần nặng        4: cần khoan   

5: bàn roto             6 : cần chủ đạo  7 : đầu thủy lực 8: dòng dọc động

9: dòng dọc tĩnh   10 : cáp                11 : tời khoan      12: chuy ô cao áp

13 : máy bơm     14 : ống hút         15 : máy khoan     16 : bể chứa dd

17 : máng lắng     18: động cơ     19 : tháp khoan

b : thành phần chính của thiết bị khoan

+ thiết bị khoan gồm có các cụm sau

-         Thiết bị nâng thả  : tời , cáp , hệ thống dòng dọc  , tháp khoan

-         Thiết bị quay : bàn roto

-         Thiết bị tuần hoàn  : máy bơm

-         Thiết bị cung cấp năng lượng : động cơ

-         Hệ thống truyền động trung gian : máy

B: quá trình khoan

1 : quá trình phá vỡ đất đá ở đáy giếng

-         Dưới tác dụng của tải trọng chục thì răng mũi khoan ngập vào đất đá một khoảng h .

-         Dưới tác dụng của momen quay n răng xẽ cắt đất đá thành từng dải nhờ đó đáy giếng được phá vỡ làm cho giếng khoan ngày càng ăn sâu vào lòng đất

2: quá trình vận chuyển mùn khoan lên trên

-         Khi phá vỡ đất đá ở đáy giếng thì xẽ tạo ra mùn khoan . lượng  mùn khoan này tích tụ ngày càng nhiều nếu ta không tách được mùn khoan ra khỏi đáy giếng thì ta không thể khoan tiếp được nữa

-         Nhờ có hệ thống tuần hoàn dung dịch mà hạt mùn khoan ở đáy giếng được vận chuyển lên bề mặt

3 : quá trình gia cố thành giếng 

-         Khi khoan qua các lớp đất đá kém bền vững , kém ổn định nếu ta không gia cố thành giếng thì có thể gây ra sập nở lỗ khoan kệt lỗ khoan nhiều khi phải hủy lỗ khoan

-         Để gia cố thành giếng khoan ta có các giải pháp sau 

+ sử dụng dung dịch có chất lượng tốt

+ khi sử dụng dung dịch sét không chống được hiện tượng sập nở thì buộc ta phải chống ống và trám xi măng

Chương 2 : cột cần khoan và choong khoan

A: cột cần khoan

+ là cột tính từ đầu cần chủ đạo đến hết cần nặng

+ cột cần khoan bao gồm 

-         Cần chủ đạo

-         Cần khoan

-         Cần nặng

-         Cần dựng : nhiều cần khoan được nối với nhau bằng các mupta tạo thành cần dựng  . đầu trên có các gia mốc cái đầu dười  có gia mốc đực

+ nhiệm vụ của cột cần khoan

-         Chuyền chuyển động quay từ bàn roto đến mũi khoan

-         Dẫn dung dịch khoan xuống đáy

-         Chuyền năng lượng của chất lỏng cho tua bin khoan

-         Chuyền và điều chỉnh tải trọng chiều chục

+ thành phần của cột cần khoan

-         Cần chủ đạo : là bộ phận nằm trên cùng của cột cần khoan . có thiết diện hình vuông , lục giác ( ngày nay chủ yếu lầ hình vuông ) có bề dầy lớn , tải trọng lớn . đầu trên cắt zen trái , đầu dưới căt zen phải

-         Cần khoan

+ được chế tạo từ ống thép được chồm dầy 2 đầu để cắt zen

+ thường dài từ 6-9m

+ phân loại cần khoan : theo chiều zen có 2 loại zen phải và zen trái . theo kết cấu và vật liệu chia ra : cần khoan chồm dầy 2 đầu , cần khoan có đầu mối hàn và cần khoan hợp kim nhẹ

-         Cần nặng : nằm ở cuối cùng của cột cần khoan to và nặng . chucwf năng tạo áp lực cho choong khoan khi khoan , làm tăng độ bền cho cột cần khoan ( do tiêt diện chung hòa 0---0 năm trên cần nặng ) . làm tăng độ cứng vững chống cong xiên

+ trạng thái ứng suất của cột cần của cột cần khoan

-         Phần trên cột cần khoan : chịu tác dụng của các ứng suất : kéo và  xoắn

-         Phần dưới chịu tác động của ứng suất nén , xoắn

-         Trong quá trinh khoan cột cần khoan chịu tác động của các ứng suất phức tạp chính vì vậy chúng ta cần kiểm tra độ bền vững của cột cần khoan

B : choong khoan

+ nhiệm vụ :

-         Phá hủy đất đá ở đáy giếng

+ các loại choong khoan

-         Choong khoan dạng bản : có hình dạn là bản mỏng

-         Choong chop xoay : là loại được sử dụng phổ biến nhất

-         Choong kim cương

+ choong chóp xoay :

-         Cấu tạo : 1 , đầu nối với cần khoan  ; 2 , than ;  3 , cẳng ; 4 , chục chop xoay  ; 5, chop xoay ; 6 , bi đĩa  ; 7, bi cầu ; 8, răng  ; 9 , lỗ dẫn dung dịch khoan

-         Đặc điểm

-         Trong các loại choong chop xoay thì choong 3 chóp xoay được sử dụng phổ biến nhất

-         Theo số lượng chóp mà chia ra làm các loại sau

1,2,3 chóp xoay ( chỉ sử dụng để phá toàn đáy )

4 và nhiều chóp xoay ( sử dụng để khoan lấy mẫu )

-         Theo khả năng phá hủy đất đá người ta chia ra làm các loại sau : loại M,C,CM,T,CT,K,OK,O   đất đá càng mền thì răng càng to và ngược lại

-         Cơ chế phá hủy đất đá

Cơ chế cắt : đất đá bị phá hủy do răng cắt

Cơ chế đập : đất đá bị phá hủy do bị đập

Cơ chế đập cắt ; răng tham gia vào hai quá trình catqs và đập

+ choong kim cương

-         Cấu tạo : 1, đầu nối với cần khoan  ; 2, than khoan  ; 3, nền  ; 4, hạt kim cương  ; 5 , dãnh dẫn dung dịch  khoan

-         Đặc điểm

Là một khối vững chắc không có chi tiết tháo dời

Người ta gắn hạt kim cương vào mặt nền như sau : sắp xếp hạt kim cương trên mặt nền theo tính toán từ trước sau đó phủ lên mặt nền một lớp bột hợp kim cứng . đưa toàn bộ mũi khoan vào lò nung với áp xuất 800---1000 at  và nhiệt độ là 1200----1300.

Choong kim cương được sử dụng cho đất dá cứng từ cấp 8-12

Choong không hiệu quả khi khoan đất đá mềm , nứt nẻ , chế độ làm mát kém

+ ưu điểm

-         Số mét khoan được cho một choong lớn

-         Độ bền mòn cao

-         Đường kính lỗ khoan có thể nhỏ

-         Ít cong xiên lỗ khoan

+ cơ chế phá hủy : chủ yếu là mài

+ các loại mũi khoan  kim cương

Choong kim cương 1 lớp , 2 lớp , 3 lớp ,....

Choong kim cương xâm nhiễm

C : bộ dụng cụ lấy mẫu

+ nhiệm vụ  : lấy mẫu đất đá trong khi khoan nhằm xác định địa tầng lỗ khoan đi qua

+ thành phần

1 mũi khoan  ; 2 vòng chèn mẫu ; 3 ống mẫu ; 4 đầu nối chuyển tiếp  ; 5 ống mùn khoan

+ các loại ống mẫu

-         ống mẫu đơn : chỉ có 1 ống mẫu dùng để khoan trong đất đá ổn định dễ lấy mẫu

-         ống mẫu kép ; là loại ống mẫu gồm 2 ống lồng vào nhau được sủ dụng cho đất đá khó lấy mẫu

-         ống mẫu luồn ;

+ vòng chèn mẫu

-         ở cuối của ống mẫu và trên mũi khoan

-         chưc năng : chèn mẫu để bẻ mẫu và dữ mẫu khi kéo lên bề mặt

-         có nhiều loại vòng chèn mẫu khác nhau nhưng phổ biến nhất là loại  : hom dỏ , đòn bẩy , vòng kẹp

chương 3  các phương pháp khoan

theo nguyên tắc chuyền momen quay cho choong khoan mà người ta chia ra làm 2 loai sau

+: phương pháp khoan roto

-         động cơ chuyền động nằm trên bề mặt chuyền chuyển động cho roto à cần khoan à choong khoan

+ phương pháp đầu quay di động

-         động cơ nằm trên cần chủ đạo

-         thường dùng cho phương pháp thăm dò

+phương pháp khoan bằng động co đáy

Gồm 3 phương pháp

-         tua bin

-         động cơ chục vít

-         động cơ điện < chưa áp dụng vào thực tiễn >

·       đặc  điểm cơ bản của phương pháp khoan

+ phương pháp khoan roto

-         cột cần khoan quay : tạo ra nhiều ứng suất có thể gây sự cố  dứt cần khoan  , mài mòn cần khoan  và cột ống chống

-         các thông số chế độ khoan ( p, n ,Q )  độc lập nhau

-         khó khăn khi khoan định hướng phụ thuộc vào chiều sâu khoan

-         thuận lợi khi khoan bang choong co vòi thủy lực

+ phương pháp khoan tua bin

Phần lớn ngược với phương pháp khoan roto

              Chương 4 :chế độ khoan

+ định nghĩa

-         chế độ khoan hợp lý : là mối tương quan 3 thông số ( p, n , Q )  1 cách hợp lý trên cơ sở thực tế để đạt hiệu quả cao

-         chế độ khoan tối ưu  : là sự kết hợp tối ưu nhất giữa các thông số

-         chế độ khoan cưỡng bức ; 1 trong  3 thông số có thể đạt cao nhất để đạt hiệu quả cao nhất . để đạt được mục tiêu

chương 5 : dung dịch khoan

1 nhiệm vụ và chức năng của dung dịch khoan

-         tách và vận chuyển mùn khoan từ đáy giếng lên miệng giếng

-         gia cố thành giếng khoan

-         bôi chơn làm mát choong khoan

-         tham gia vào việc phá hủy đất đá ở đáy giếng

-         giữ hạt mùn khoan ở trạng thái lơ lửng khi ta ngừng tuần hoàn dung dịch

2 , các loại nước dửa dùng trong khoan

+ nước dửa công nghiệp ( đã qua sử lý )

+ dung dịch sét

-         ngành khoan dùng chủ yếu dung dịch sét

-         dung dịch sét là một hệ gồm 2 pha pha phân tán là sét pha môi trường phân tán là nước lã

+ dung dịch phi sét bao gồm nước lã và các thành phần không phải là sét

+ dung dịch nhũ tương : trong dung dịch sét người ta chủ yếu dùng dung dịch nhũ tương . nhũ tương gồm 1 thành phần là dung dịch sét 1 phần la dầu

+ dung dịch gốc dầu

+ nhận xét  : trong ngành khoan ta dùng chủ yếu dung dịch sét vì dung dịch sét có nhiều ưu điểm và thỏa mãn các yêu cầu chính của nganh khoan , chiếm tới 90% tổng số các loại nước dửa dùng trong khoan

3 , các thông số cơ bản của dung dịch sét

-         tỷ trọng dung dịch : gama  không có đơn vị ( là tỷ số gữa trọng lương riêng của dung dịch đó với nước)

-         khối lượng riêng : rô ( kg/m3)

-         độ thải nước :B ( cm3/ 30p)  trong khoan thăm dò B= 25 trong khoan dầu khí B= 8

-         độ nhớt : T

-         ứng suất trượt tĩnh : têta (mg/cm2) là lực giữ mùn khoan ở trạng thái lơ lửng

4 , điều chế và làm sạch dung dịch khoan

+ điều chế : có 2 cách

-         điều chế bằng thùng chộn

-         điều chế băng phễu chộn

+ làm sạch dung dịch khoan

-         dung dịch khoan đi lên mang theo mùn khoan vì thế ta cần làm sạch để thực hiện vòng tuần hoàn dung dịch

-         hệ thống làm sạch gồm :

sàn dung : là thiết bị đầu tiên đặt ở miệng lỗ khoan dung dịch đi qua sàn dung nhờ có các mắt sang khác nhau những hạt có kích thước lớn đi ra bể chứa mùn khoan còn lại dung dịch chẩy xuống phía dưới

máng lắng và hố lắng : khi dung dịch đi qua máng, hố lắng các hạt có kích thước nhỏ tiếp tục lắng xuống đáy theo cơ chế trọng lực

máy xoáy lốc thủy lực :

máy tách khí:

chương 6 : chống ống và trám xi măng

1 , cấu chúc giếng khoan

+ định nghĩa : là hình ảnh của giếng khoan được thể hiện đường kính cột ống chống , chiều dài cột ống chống , số lượng cột ống chống , chiều cao trám xi măng ..... để người thợ khoan dựa vào đó thi công giếng khoan

+ các cột ống chống cấu chúc giếng khoan

-         cột ống miệng giếng

-         cột ống dẫn hướng

-         cột ống khai thác : là cột ống trong cùng được trám toàn bộ chiều dài ống

-         cột ống trung gian

-         cột ống chống lửng : là cột ống không kéo dài đền miệng giếng , có vai trò như các cột ống khác áp dụng cho cả ống trung gian và ống khai thác

+ cơ sở để thiết kế giếng khoan

-         địa chất ( cột địa tầng )

-         kỹ thuật

-         công nghệ

-         kinh tế ( đơn giản và gọn nhẹ )

2, trám xi măng

+ các phương pháp cơ bản

-         phương pháp trám 1 tầng

-         phương pháp trám phân tầng

-         phương pháp trám vòng giăng ( măng sec)

-         phương pháp ống chống lửng

+ phương pháp trám 1 tầng

-         thả nút trám dưới vào trong giếng rồi bơm vữa xi măng vào trong giếng đủ để trám vào trong giếng

-         thả nút trám trên vào trong giếng rồi bơm chất lỏng

-         khi nút trám dưới gặp vòng dừng thì áp suât tăng đột ngột khi đó người ta xẽ tăng tốc đọ bơm trám đến một giá tri đã tính sẵn nào đó để đục thủng màng ngăn ở nút trám dưới để xi măng đi qua nút trám dưới đia ra ngoài thực hiện quá trình trám

-         đến khi nút trám trên chạm nút trám dưới thì xi măng đã được trám toàn bộ ống lúc này người ta khóa các van lại để giữ áp suất trong quá trình đông cứng xi măng

+ phương pháp trám vòng găng

    Khi bơm trám tạo áp suất đẩy nút trám và vữa xi măng đi xuống dưới làm cho các măng sec xòe ra áp sát vào thành giếng không chô vữa xi măng đi xuống phía dưới , chỉ cho đi lên phía trên để thực hiện trám ống khai thác từ nóc vỉa lên mặt đất

+ phương pháp kiểm tra

-         phương pháp kiểm tra bằng mực nước : nếu mực nước tăng hay giảm à  không đạt , và ngược lại

-         phương pháp dùng áp suất : tạo áp suất cho giếng sau một thời gian nếu áp suất giảm à không đạt , và ngượi lại

-         phương pháp kiểm tra chiều cao vữa xi măng băng gradient nhiệt độ

-         phương pháp nguyên tử đánh dấu : để xác định vành vữa xi măng có đồng đều quanh cột ống chống hay không

B : công nghệ khai thác dầu khí

Chương 1 : chuẩn bị giếng để khai thác

+ công nghệ cuối cùng của khoan giếng dầu khí như sau

-         mở vỉa sảm phẩm

-         chống ống và trám xi măng

-         trang bị đáy giếng

-         khơi thông dòng chẩy và gọi dòng sảm phẩm

1 , mở vỉa sảm phẩm

+ định nghĩa : là khoan từ nóc vỉa sảm phẩm tới đáy vỉa sảm phẩm

+ yêu cầu mở vỉa : giữ nguyên trạng thái tự nhiên của vỉa .

2 chống ống và trám xi măng

Không để các thành phần bên ngoài và xi măng vào vỉa làm nhiễm bẩn vỉa

3 trang bị đáy giếng (  cơ sở mở vỉa )

+ hiện nay đang tồn tại 4 kiểu trang bị đáy giếng

-         kiểu 1 : phần đối diện với vỉa sảm phẩm không chống ống và trám xi măng . kiểu này còn gọi là kiểu than trần . kiểu này cho ta chất lượng khai thác tốt nhất nhưng không được phổ biến . kiểu này chỉ được thực hiện khi đất đá bền vững và ổn định

-         kiểu 2 : chống ống đến đáy vỉa sau đó trám xi măng và đục lỗ . kiểu này phổ biến nhất trong nganh dầu khí chiếm tới 90% . kiểu này dùng cho đất đá mền và bở dời

-         kiểu 3 : thả ống lọc đã được đục lỗ sẵn , ống lọc có chiều dài bằng chiều dài vỉa

-         kiểu 4 : tương tự nhưng ống lọc được thả từ trên mặt đất xuống

hai kiểu 3 và 4 dùng cho đất đá tương đối vững chắc

4, gọi dòng sảm phẩm

+ định nghĩa : là các giải pháp để giảm áp suất đáy giếng

Các phương pháp gọi dòng

-         giảm rô

-         giảm H

-         giảm cả rô và H

chương 2 : khai thác dầu bằng phương pháp phun tự nhiên

1, khái niệm

Giếng phun tự nhiên : là giếng mà chất lỏng đi từ vỉa vào giếng lên miệng giếng mà chỉ nhờ năng lượng của vỉa thì được gọi là giếng phun tự nhiên

Phương pháp khai thác tự nhiên là phương pháp chỉ sử dụng năng lượng tự nhiên của vỉa

Trong công nghiệp dầu khí có 2 phương pháp khai thác la phương pháp khai thác phun tự nhiên và phương pháp khai thác cơ học thì phương pháp khai thác phun tự nhiên là phương pháp khai thác cho hiệu quả cao nhất và nó thường được áp dụng cho thời kỳ đầu của đời mỏ

2 điều kiện phun tự nhiên

-         phương pháp giải tích : giếng phun tự nhiên khi Ghd> Ro

Ghd là yếu tố khí hiệu dụng

Ro là tỷ suất riêng

-         phương pháp đồ thị : vẽ hai hàm 1 và 2 nếu 2 hàm cắt nhau thì giếng phun tự nhiên và ngược lại

3 thiết bị và hệ thống khai thác  phun tự nhiên

Thiết bị lòng giếng

1, phễu ; 2 , ; 3 ống đục lỗ ; 4 van cắt ; 5, ; 6 pake ; 7 thiết bị bù chừ nhiệt ; 8 van tuần hoàn ; 9 van an toàn sâu ; 10 mandrel

Chức năng :

-         điều khiển và cách ly dòng chẩy đi từ đáy giếng lên miệng giếng

-         bảo vệ cột ống chống thiết bị miệng giếng và năng lượng vỉa

-         thực hiện tuần hoàn nghich ( nhờ van 8 )

-         đảm bảo an toàn trong quá trình khai thác

-         chuyển đổi từ phương pháp phun tự nhiên xang phương pháp khai thác gaslift mà không cần kéo thiết bị lên mặt đất

thiết bị miệng giếng

+ gồm 3 bộ phận sau

-         tổ hợp đầu ống chống

-         bộ đầu cheo cột ống nâng

-         cây thông khai thác

hệ thống thu gom và sử lý

+ chức năng

-         dầu thô khai thác lên có rất nhiều tạp chất

-         để lấy được dầu thương phẩm người ta phải tách dầu ra khỏi tạp chất

-         tách riêng biệt dầu, nước, khí  . chủ yếu là tách khí

-         đưa các hóa phẩm vào trong dầu để tăng hoăc giảm nhiệt độ đông đặc của dầu để dễ vận chuyển

+ nguyên lý làm việc

-         nếu dấu đưa lên có áp suất cao thì cụm manhephon xẽ mở van đi theo đường tách áp suất cao pha khí được đưa ra phaken đốt pha dầu đưa vào bình tách áp suất thấp

-         nếu dầu đưa lên có áp suất thấp thì ....

+ bình tách

-         các loại bình tách : binh tách đứng, nằm, cầu

-         cơ chế tách : thay ddooirr vận tốc và áp suất, va đập , nhờ lực ly tâm , trọng lực

chương 3 : phương pháp khai thác gaslift

là phương pháp khai thác cơ học

khi phương pháp phun tự nhiên kém hiệu quả thì ta chuyển sang phương pháp cơ học . phương pháp gaslift được lựa chọn đầu tiên

bản chất của phương pháp : khi ta đưa khí nén vào ống bơm ép khí nén sẽ đẩy nước đi xuống và áp suất tăng dần . khí nén đi đến đáy ống nâng thi đạt max người ta gọi áp suất này là áp suất khởi động khi khí nén đi vào đáy ống nâng thì khí nén sẽ đi vào trong ống nâng hào chộn với chất lỏng trong ống tạo thành hỗn hợp khí lỏng có tỷ trọng nhỏ hơn tỷ trọng của chất lỏng ban đầu điều này làm cho Pđ giảm dẫn đến độ chênh áp tăng à có dòng chẩy từ vỉa vào giếng và lên bề mặt