Giáo trình Cơ sở khai thác (Nghề: Vận hành thiết bị khai thác dầu khí - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí (năm 2020)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.36 MB, 126 trang )
TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ
GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC: CƠ SỞ KHAI THÁC
NGHỀ: VẬN HÀNH THIẾT BỊ KHAI THÁC DẦU KHÍ
TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP
(Ban hành kèm theo Quyết định số: 192/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 thơng 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 CƠ SỞ KHAI THÁC được biên soạn theo chương trình đào tạo của
bộ Lao động và Thương binh Xã hội. Giáo trình dựa trên sự tham khảo nhiều tài liệu,
sách, giáo trình của cùng mơn học cũng như các môn liên quan khác dành cho các hệ
đào tạo đại học, cao đẳng, đào tạo nghề và trung học chuyên nghiệp trong nước. Các
kiến thức trong toàn bộ giáo trình có mối liên hệ lơgic 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.
Giáo trình “Cơ sở khai thác” là tài liệu bắt buộc đối với học viên nghề Vận
hành thiết bị khai thác dầu khí hệ Trung cấp, cao đẳng, ngồi ra, có thể dùng làm tài
liệu tham khảo cho giáo viên và học viên các nghề. Khi biên soạn giáo trình, chúng tơi
đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới liên quan đến môn học, phù hợp với đối
tượng sử dụng và yêu cầu đào tạo của nhà Trường cũng như cố gắng sử dụng thật
nhiều hình ảnh minh họa để người học dễ dàng tiếp thu.
Nội dung của giáo trình được biên soạn với thời lượng 45 giờ, gồm 4 chương:
Chương 1: Cơng tác hồn thiện giếng
Chương 2: Cơ sở lý thuyết khai thác dầu khí
Chương 3: Các phương pháp khai thác
Chương 4: Xử lý vùng cận đáy
Tài liệu này chỉ lưu hành trong nội bộ nhà Trường. Trong q trình biên soạn sẽ
khơng tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được người sử dụng và các đồng nghiệp
đóng góp nhằm làm cho giáo trình ngày một hoàn thiện hơn.
Trân trọng cảm ơn./.
Bà rịa - Vũng Tàu, tháng 3 năm 2020
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên: Ths. Phạm Thị Nụ
2. Ks. Vũ Xuân Thạch
3. Ks. Bùi Đức Sơn
Trang 2
MỤC LỤC
TRANG
CHƯƠNG 1: CƠNG TÁC HỒN THIỆN GIẾNG .................................................13
1.1. CƠNG TÁC ĐÁNH GIÁ THÀNH HỆ ........................................................................ 14
1.1.1. Mục đích ....................................................................................................................... 14
1.1.2. Các phương pháp đánh giá thành hệ ............................................................................. 15
1.2. CÁC CƠNG ĐOẠN HỒN THIỆN GIẾNG .............................................................. 17
1.2.1. Khái niệm...................................................................................................................... 17
1.2.2. Phân loại ....................................................................................................................... 18
1.2.3. Các cơng đoạn hồn thiện giếng ................................................................................... 24
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHAI THÁC DẦU KHÍ ................................36
2.1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN ............................................................................................. 37
2.1.1. Áp suất vỉa ...................................................................................................................... 37
2.1.2. Áp suất mao dẫn ............................................................................................................. 38
2.2. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CƠ BẢN CỦA ĐẤT ĐÁ VÀ CHẤT LƯU ................................. 38
2.2.1. Độ rỗng () ..................................................................................................................... 38
2.2.2. Độ thấm k ....................................................................................................................... 39
2.2.3. Tính dính ướt .................................................................................................................. 40
2.2.4. Sức căng bề mặt .............................................................................................................. 40
2.2.5. Tính linh động ................................................................................................................ 40
2.3. CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG VỈA ................................................................................ 40
2.3.1. Nguồn năng lượng tự nhiên ............................................................................................ 41
2.3.2. Nguồn năng lượng nhân tạo ........................................................................................... 45
2.4. DUY TRÌ ÁP SUẤT VỈA ................................................................................................. 47
2.4.1. Bơm ép nước ngoài ranh giới vùng chứa dầu................................................................. 47
2.4.2. Bơm ép nước tại ranh giới vùng chứa dầu ..................................................................... 48
2.4.3. Bơm ép nước trong ranh giới vùng chứa dầu ................................................................. 49
2.4.4. Các nguồn nước bơm ép ................................................................................................. 51
CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC ................................................54
3.1. PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC TỰ PHUN ................................................................. 55
3.1.1. Điều kiện ........................................................................................................................ 55
3.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tự phun ................................................................. 56
3.1.3. Thiết bị trong khai thác tự phun ..................................................................................... 57
3.2. PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC CƠ HỌC ........................................................................ 84
3.2.1. Cơ sở lựa chọn ................................................................................................................ 84
Trang 3
3.2.2. Phân loại ......................................................................................................................... 86
3.3.3. Những khó khăn trong quá trình khai thác dầu khí ...................................................... 107
CHƯƠNG 4: XỬ LÝ VÙNG CẬN ĐÁY .................................................................110
4.1. MỤC ĐÍCH VÀ PHƯƠNG PHÁP ................................................................................. 111
4.1.1. Mục đích ....................................................................................................................... 111
4.1.2. Phương pháp ................................................................................................................. 115
4.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP THƯỜNG DÙNG ..................................................................... 115
4.2.1. Phương pháp cơ học ..................................................................................................... 115
4.2.2. Phương pháp gia nhiệt .................................................................................................. 122
4.2.3. Phương pháp hoá học ................................................................................................... 123
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................125
Trang 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1-1. Ngun lý thử vỉa bằng cần
Trang 15
Hình 1-2. Biểu đồ dạng log đo tia Gamma qua các tầng đất đá
Trang 16
Hình 1-3. Lấy mẫu đáy giếng khoan và thành giếng khoan
Trang 17
Hình 1-4. Hồn thiện giếng đơn tầng
Trang 19
Hình 1-5. Các kiểu hồn thiện giếng đa tầng
Trang 20
Hình 1-6. Hồn thiện giếng đa tầng, đơn cần và đa cần
Trang 21
Hình 1-7. Các kiểu hồn thiện giếng cơ bản
Trang 23
Hình 1-8. Cách thả thiết bị bắn mở vỉa vào giếng và nguyên lý làm việc của súng bắn mở vỉa
Trang 25
Hình 1-9. Quy trình bắn mở vỉa
Trang 26
Hình 1-10. Gọi dịng bằng hỗn hợp lỏng khí được thành tạo trên mặt đất
Trang 28
Hình 1-11. Gọi dịng bằng Nitơ lỏng và ống mềm
Trang 30
Hình 1-12. Phương pháp hạ thấp mực chất lỏng trong giếng bằng bơm phun tia
Trang 32
Hình 1-13. Phương pháp khí nén
Trang 33
Hình 1-14. Phương pháp khí nén sử dụng van gaslift
Trang 34
Hình 2-1. Chế độ năng lượng trọng lực
Trang 44
Hình 2-2. Áp suất vỉa giảm theo thời gian t đến áp suất pi > pbk
Trang 46
Hình 2-3. Sơ đồ bố trí bơm ép nước ngồi ranh giới dầu - nước
Trang 48
Hình 2-4. Sơ đồ bố trí bơm ép nước tại ranh giới dầu - nước
Trang 49
Hình 2-5. Sơ đồ bố trí bơm ép nước trong ranh giới dầu - nước
Trang 50
Hình 2-6. Sơ đồ bơm ép 2, 3, 4, 5, 7 và 9 điểm
Trang 51
Hình 3-1. Sơ đồ liên kết ống chống khai thác với đầu ống chống
Trang 58
Hình 3-2. Đầu miệng giếng loại chữ T cho hai cột ống nâng (áp suất thử 250at)
Trang 59
Hình 3-3. Đầu miệng giếng loại chữ thập cho hai cột ống nâng (áp suất thử 250at) Trang 60
Hình 3-4. Sơ đồ tổ hợp thiết bị lịng giếng
Trang 62
Hình 3-5. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo phễu định hướng
Trang 63
Hình 3-6. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo thiết bị định vị khơng thơng (khơng lựa chọn)
Trang 64
Hình 3-7. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo thiết bị định vị thơng (có thể lựa chọn)
Trang 65
Hình 3-8. Sơ đồ ngun lý cấu tạo ống đục lỗ
Trang 66
Hình 3-9. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo van cắt
Trang 67
Hình 3-10. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của packer cơ học
Trang 69
Hình 3-11. Sơ đồ nguyên lý quá trình bung và đưa packer cơ học vào hoạt động
Trang 71
Hình 3-12. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo, quá trình bung và đưa packer thuỷ lực vào hoạt động.
Trang 72
Hình 3-13. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của thiết bị bù trừ cơ học
Trang 74
Hình 3-14. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo bộ phận tháo rời của thiết bị bù trừ cơ học
Trang 75
Hình 3-15. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo thiết bị bù trừ thuỷ lực
Trang 76
Hình 3-16. Van tuần hồn kiểu ống rời
Trang 78
Hình 3-17. Van tuần hồn kiểu ống trượt
Trang 79
Hình 3-18. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của van dập giếng
Trang 80
Hình 3-19. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của Mandrel
Trang 82
Hình 3-20. Van an tồn giếng sâu
Trang 83
Hình 3-21. Cấu tạo của tổ hợp máy bơm cần kéo (a) và cần xoắn (b)
Trang 87
Hình 3-22. Khai thác dầu bằng bơm cần kéo
Trang 87
Hình 3-23. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo thiết bị bảo vệ động cơ điện
Trang 91
Hình 3-24. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo động cơ điện
Trang 92
Hình 3-25. Phương pháp khai thác gaslift
Trang 95
Hình 3-26. Hệ thống khai thác trung tâm
Trang 97
Hình 3-27. Hệ thống khai thác vành xuyến
Trang 98
Trang 5
Hình 3-28. Sơ đồ nguyên lý khai thác bằng gaslift
Trang 99
Hình 3-29. Sơ đồ nguyên lý quá trình khai thác dầu bằng gaslift
Trang 100
Hình 3-30. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo Mandrel
Trang 101
Hình 3-31. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo van Gaslift
Trang 102
Hình 3-32. Sơ đồ nguyên lý giếng khai thác bằng gaslift định kỳ
Trang 104
Hình 3-33. Sơ đồ nguyên lý hoạt động trong một chu kỳ của giếng khai thác bằng gaslift định
kỳ
Trang 105
Hình 4-1. Ảnh hưởng của sự nhiễm bẩn lên tốc độ dịng chảy
Trang 111
Hình 4-2. Sự sụt áp ở đáy giếng do hiệu ứng skin
Trang 112
Trang 6
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3-1. Khả năng và hiệu quả áp dụng các phương pháp khai thác cơ học
Bảng 4-1. Các hoạt động và nguyên nhân gây nhiễm bẩn tầng chứa
Trang 85
Trang 112
Trang 7
GIÁO TRÌNH MƠN HỌC
1. Tên mơn học: Cơ sở khai thác
2. Mã mơn học: KKT19MH34
3. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơn học:
3.1. Vị trí: Là môn học thuộc phần các môn học chuyên môn của chương trình đào tạo
nghề vận hành thiết bị khai thác dầu khí hệ trung cấp, cao đẳng và khoan khai thác dầu
khí hệ cao đẳng. Mơn học này là mơn học chuyên môn, được dạy sau các môn học kỹ
thuật cơ sở.
3.2. Tính chất: Mơn học này trang bị những kiến thức chun mơn về cơ sở khai thác
dầu khí cho nghề vận hành thiết bị khai thác dầu khí trung cấp, cao đẳng và khoan khai
thác dầu khí hệ cao đẳng.
3.3. Ý nghĩa và vai trị của mơn học: Môn học giúp cho thợ khoan đưa ra phương
pháp khoan hiệu quả mà khơng ảnh hưởng đến q trình khai thác và cung cấp kiến
thức chuyên môn tổng quan nhất đối với thợ khai thác.
4. Mục tiêu của môn học:
4.1. Về kiến thức:
A1. Trình bày được các khái niệm, thuật ngữ chuyên ngành của ngành khai thác dầu.
A2. Trình bày được các cơng đoạn hồn thiện giếng.
A3. Trình bày được các tính chất cơ bản của đất đá và chất lưu
A4. Mô tả được các nguồn năng lượng vỉa và duy trì áp suất vỉa
A5. Trình bày được các giải pháp xử lý vùng cận đáy giếng
4.2. Về kỹ năng:
B1. Lựa chọn được giải pháp duy trì áp suất vỉa và xử lý axít vùng cận đáy giếng phù
hợp với điều kiện địa chất
4.3. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
C1. Tự đọc các tài liệu tham khảo và tìm kiếm nguồn tài liệu, videos tham khảo mới
trên internet.
C2. Rèn luyện thái độ học tập nghiêm túc, cách suy luận logic và chính xác.
5. Nội dung của mơn học:
5.1. Chương trình khung
Mã
MH/MĐ/HP
Tên mơn học, mơ đun
Số
tín
Tổng
Thời gian đào tạo (giờ)
Trong đó
Trang 8
chỉ
số
I
Các mơn học chung/ đại cương
MHCB19MH01 Giáo dục chính trị
MHCB19MH03 Pháp luật
14
285
117
153
10
5
2
1
30
15
15
9
13
5
2
1
0
0
MHCB19MH05 Giáo dục thể chất
1
30
4
24
0
2
MHCB19MH07 Giáo dục quốc phòng và An ninh
2
45
21
21
1
2
MHCB19MH09 Tin học
2
45
15
29
0
1
4
90
30
56
4
0
46
1140
285
803
20
32
Môn học, mô đun kỹ thuật cơ sở
14
270
130
126
10
4
An toàn vệ sinh lao động
Vẽ kỹ thuật - 1
Điện kỹ thuật cơ bản
Cơ sở điều khiển q trình
Mơn học, mô đun chuyên môn
ngành, nghề
Cơ sở khai thác
Vận hành van
Thiết bị hoàn thiện giếng khai
thác
Vận hành Bơm
Vận hành máy nén
Vận hành thiết bị tách dầu khí
Hệ thống thu gom và vận chuyển
dầu khí
Vận hành hệ thống khai thác dầu
khí trên mơ hình 1
Thực tập sản xuất
Tổng cộng
2
2
3
2
30
45
45
45
23
15
36
14
5
28
6
29
2
1
3
1
0
1
0
1
32
870
155
677
10
28
3
3
45
75
42
14
0
58
3
1
0
2
3
75
14
58
1
2
4
3
4
105
75
105
14
14
14
87
58
87
1
1
1
3
2
3
3
75
14
58
1
2
5
135
14
116
1
4
4
180
15
155
0
10
53
1290
337
893
25
35
TA19MH01
II.
II.1.
ATMT19MH01
CK19MH01
KTĐ19MH11
TĐH19MĐ12
II.2.
KKT19MH34
KKT19MĐ50
KKT19MĐ51
KKT19MĐ52
KKT19MĐ53
KKT19MĐ54
KKT19MĐ56
KKT19MĐ58
KKT19MĐ60
Tiếng Anh
Các mơn học, mơ đun chun
mơn ngành, nghề
Thi/
Thực hành/
Kiểm
Lý
thí nghiệm/
tra
thuyết
bài tập/
thảo luận LT TH
5.2. Chương trình chi tiết mơn học
Thời gian (giờ)
Số
TT
Tên chương, mục
Tổng
Lý
Thực
Kiểm
số
thuyết
hành
tra
1
Chương 1. Cơng tác hồn thiện giếng
5
5
0
0
2
Chương 2. Cơ sở lý thuyết khai thác dầu
10
9
0
1
Trang 9
Thời gian (giờ)
Số
Tên chương, mục
TT
Tổng
Lý
Thực
Kiểm
số
thuyết
hành
tra
0
1
khí
3
Chương 3. Các phương pháp khai thác
20
19
4
Chương 4. Xử lý vùng cận đáy giếng
10
9
45
42
Cộng
1
0
3
6. Điều kiện thực hiện mơn học:
6.1. Phịng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn
6.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn
6.3. Học liệu, dụng cụ, mơ hình, phương tiện: Giáo trình, mơ hình học tập,…
6.4. Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế tại doanh nghiệp.
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 môn học.
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập.
7.2. Phương pháp:
Người học được đánh giá tích lũy mơn học như sau:
7.2.1. Cách đánh giá
- Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm theo Thơng 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
+ Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1)
+ Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2)
Trọng số
40%
Trang 10
+ Điểm thi kết thúc môn học
60%
7.2.2. Phương pháp đánh giá
Phương pháp
đánh giá
Phương pháp
tổ chức
Hình thức
kiểm tra
Chuẩn đầu ra
đánh giá
Số
cột
Thời điểm
kiểm tra
Thường xuyên
Viết/
Tự luận/
A1, C1, C2
1
Sau 27 giờ.
Thuyết trình
Trắc nghiệm/
Báo cáo
Định kỳ
Viết/
Tự luận/
A2, C1, C2
1
Sau 15 giờ
Thuyết trình
Trắc nghiệm/
Báo cáo
A3, C1,C2
1
Sau 25 giờ
A4, A5,B1, C1, C2
A1, A2, A3, A4, A5,
1
Sau 45 giờ
1
Sau 45 giờ
Kết thúc môn
học
Viết
Tự luận và
trắc nghiệm
B1, C1, C2,
7.2.3. Cách tính điểm
- Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo
thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân.
- Điểm môn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của môn học
nhân với trọng số tương ứng. Điểm môn học theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ
số thập phân, sau đó được quy đổi sang điểm chữ và điểm số theo thang điểm 4 theo
quy định của Bộ Lao động Thương binh và Xã hội về đào tạo theo tín chỉ.
8. Hướng dẫn thực hiện môn học
8.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng HSSV Trường Cao đẳng Dầu khí
8.2. Phương pháp giảng dạy, học tập mơn học
8.2.1. Đối với người dạy
* Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: thuyết trình ngắn, 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 cơng 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:
Trang 11
- 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 môn học này (trang web, thư viện, tài
liệu...)
- Tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết. Nếu người học vắng >30% số
tiết lý thuyết phải học lại môn học mới được tham dự kì thi lần sau.
- 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 8-10 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 cơng 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 môn học.
- Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học.
9. Tài liệu tham khảo:
[1] PGS-TS Cao Ngọc Lâm, Cơng nghệ khai thác dầu khí, Trường Đại học Mỏ địa
chất Hà Nội, 2002.
[2] Lê Phước Hảo, Cơ sở khoan và khai thác dầu khí, NXB Đại học Quốc gia
Tp.HCM, 2002.
[3] Dương Danh Lam, Phùng Đình Thực, Lê Bá Tuấn, Nguyễn Văn Cảnh, Cơng nghệ
kỹ thuật khai thác dầu khí, NXB Giáo dục, 1999
Trang 12
CHƯƠNG 1: CƠNG TÁC HỒN THIỆN GIẾNG
❖ GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1
Chương 1 là chương giới thiệu tổng quan về công tác hoàn thiện giếng khoan nhằm
giúp cho người học kiến thức và kỹ năng chuẩn bị đưa giếng vào khai thác dầu và khí.
❖ MỤC TIÊU CHƯƠNG 1
Sau khi học xong chương này, người học có khả năng:
➢ Về kiến thức:
-
Trình bày được ý nghĩa của cơng tác đánh giá thành hệ và trình bày được các
cơng đoạn để hồn thiện một giếng khoan đưa vào khai thác.
➢ Về kỹ năng:
-
Xác định được cơng việc cần phải làm khi hồn thiện giếng khoan.
➢ Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
-
Rèn luyện ý thức tổ chức kỷ luật, thái độ nghiêm túc trong học tập
❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƯƠNG 1
-
Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng,
vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận
và bài tập chương 1 (cá nhân hoặc nhóm).
-
Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (chương 1) trước b̉i học;
hồn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống chương 1 theo cá
nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định.
❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI GIẢNG CHƯƠNG 1
-
Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng,
vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận
và bài tập chương 1 (cá nhân hoặc nhóm).
-
Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (chương 1) trước b̉i học;
hồn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống chương 1 theo cá
nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định.
❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG 1
-
Phòng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Khơng
Chương 1: Cơng tác hồn thiện giếng
Trang 13
-
Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
-
Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình, tài liệu
tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.
-
Các điều kiện khác: Khơng có
❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG 1
-
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 mơn học.
+ Nghiêm túc trong q trình học tập.
-
Phương pháp:
✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: Vấn đáp/ thuyết
trình)
✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: khơng có
❖ NỘI DUNG CHƯƠNG 1
1.1. CƠNG TÁC ĐÁNH GIÁ THÀNH HỆ
1.1.1. Mục đích
Giếng sau khi khoan có thể được hạ cột ống chống khai thác tại một hoặc nhiều
thành hệ và hoàn thiện giếng nếu thành hệ được xem như có triển vọng về trữ lượng.
Trong trường hợp giếng được xem là khơ, nghĩa là khơng có khả năng khai thác dầu
hoặc khí thương mại. Khi đó, một số cầu xi măng được đặt để bít giếng tạm thời hay
huỷ vĩnh viễn.
Để giúp cơng tác hồn thiện giếng được hiệu quả cao, các phương pháp đánh giá
thành hệ như nghiên cứu mùn khoan, đo địa vật lý giếng khoan, nghiên cứu mẫu lõi và
thử giếng được áp dụng.
Chương 1: Cơng tác hồn thiện giếng
Trang 14
1.1.2. Các phương pháp đánh giá thành hệ
a. Nghiên cứu mùn khoan
Tầng chứa dầu hay khí có thể được xác định thơng qua việc nghiên cứu mùn
khoan do dịng dung dịch đưa lên bề mặt.
Người kỹ sư địa chất làm việc tại hiện trường (chuyên theo dõi mùn khoan và các
điều kiện ở đáy giếng tại trạm đo carota khí) thu thập các mùn khoan tại sàn rung, sử
dụng thiết bị báo khí và kính hiển vi hoặc tia cực tím để xem xét sự hiện diện của dầu
trong mùn khoan.
b. Thử giếng (Well test)
Phương pháp hữu hiệu để đánh giá thành hệ là thử giếng. Dụng cụ thử này được
lắp đặt trên bộ cần khoan và thả xuống đáy giếng. Một van được mở với mọi áp suất
của thành hệ để chất lưu từ tầng chứa chảy vào dụng cụ. Máy ghi được lắp trên dụng
cụ sẽ vẽ biểu đồ áp suất thành hệ. Sau đó thu packer lại và dụng cụ được kéo lên bề
mặt (H.1.1).
Hình 0-1. Nguyên lý thử vỉa bằng cần
Nhờ xem xét các biểu đồ áp suất ở đáy giếng mà người ta có thể thu được các
đặc tính của vỉa.
c. Đo địa vật lý giếng khoan (Đo carota )
Phương pháp này được thực hiện nhờ các thiết bị được thả vào giếng bằng cáp
đến đáy giếng và khi kéo lên, các thiết bị này có thể đo được các tính chất của thành
hệ.
Chương 1: Cơng tác hồn thiện giếng
Trang 15
Các phương pháp carota điện đo và ghi dòng điện tự nhiên và dòng điện cảm ứng
trong thành hệ. Phương pháp sóng âm truyền sóng âm vào thành hệ và đo ghi sóng
phản xạ. Phương pháp phóng xạ đo và ghi hiệu ứng phóng xạ tự nhiên và cảm ứng
trong thành hệ.
Kết quả đo địa vật lý giếng khoan được trình bày dưới dạng các biểu đồ. Các nhà
địa chất, các kỹ sư kinh nghiệm nhờ các phần mềm trên máy tính có thể minh giải
được các biểu đồ này.
Hình 0-2. Biểu đồ dạng log đo tia Gamma qua các tầng đất đá
d. Mẫu khoan
Ngoài việc tiến hành các nghiên cứu trên, người ta còn lấy mẫu lõi khoan của đá
tầng chứa để phân tích thí nghiệm. Hai phương pháp lấy mẫu đáy và mẫu thành (vách)
giếng thường được sử dụng (H.1.3).
Chương 1: Cơng tác hồn thiện giếng
Trang 16
Hình 0-3. Lấy mẫu đáy giếng khoan và thành giếng khoan
Ở phương pháp thứ nhất, bộ ống mẫu được lắp ở đáy dụng cụ khoan. Khi xoay
lưỡi khoan lấy mẫu cắt một lõi đá hình trụ có đường kính bằng đường kính trong của
bộ mẫu ống và lõi khoan được giữ trong ống mẫu này. Quy trình kéo thả bộ khoan cụ
được thực hiện đối với mỗi lần lấy mẫu.
Phương pháp thứ hai là dùng bộ lấy mẫu sườn (thành giếng): khối thuốc nổ nhỏ
được kích nổ làm cắm các ống hình trụ nhỏ vào thành giếng. Bộ lấy mẫu sườn được
kéo lên khỏi giếng cùng với các ống lấy mẫu nhỏ. Có thể lấy cùng lúc 30 mẫu đất đá ở
thành giếng tại mỗi chiều sâu của giếng. Các mẫu lõi khoan này được phân tích trong
phịng thí nghiệm và cung cấp nhiều thơng tin bổ ích về tính chất của đá và chất lưu
tầng chứa.
1.2. CÁC CÔNG ĐOẠN HOÀN THIỆN GIẾNG
1.2.1. Khái niệm
Sau khi khoan đến mục tiêu, giai đoạn tiếp theo là hoàn thiện giếng tức là đưa
giếng vào khai thác như đã định. Việc hoàn thiện giếng bao gồm một loạt các công tác
sau:
Chương 1: Công tác hoàn thiện giếng
Trang 17
- Đặt cột ống chống khai thác và trám xi măng.
- Rửa giếng.
- Bắn mở vỉa.
- Gọi dòng sản phẩm.
- Lắp đặt thiết bị lòng giếng.
1.2.2. Phân loại
a. Phân loại theo số tầng khai thác
e. Hoàn thiện giếng đơn tầng
Là kiểu hoàn thiện giếng chỉ cho phép khai thác một tầng sản phẩm ở một thời
điểm nhất định. Kiểu hoàn thiện này được thiết kế để phát triển mỏ một cách liên tục
trong q trình khai thác. Dịng sản phẩm có thể được nâng lên trong ống khai thác,
trong khoảng không vành xuyến giữa ống chống khai thác và ống khai thác hoặc cả
hai.
Ngày nay kiểu hoàn thiện giếng đơn tầng được sử dụng phổ biến nhờ q trình
thi cơng cũng như xử lý và sửa chữa giếng tương đối đơn giản. Đối với kiểu hồn thiện
giếng này có thể sử dụng phương pháp khai thác tự phun hay nâng nhân tạo (gaslift,
bơm ly tâm điện chìm…). Việc lắp đặt packer tùy thuộc vào yêu cầu của giếng và lợi
ích kinh tế.
Đối với kiểu giếng khai thác đơn tầng không lắp đặt packer, hệ thống đầu giếng
phải chịu áp lực khí ở khoảng khơng vành xuyến. Nếu khơng kiểm tra và xả khí
thường xun ra ngồi sẽ dẫn đến hiện tượng khí xâm nhập vào ống khai thác, làm
nguy hại đến giếng.
Trước đây do quá chú trọng vào hiệu quả kinh tế nên packer chỉ được lắp đặt khi
lưu lượng khai thác lớn. Ngày nay việc lắp đặt packer là một u cầu bắt buộc nhằm
bảo vệ an tồn lịng giếng và ống khai thác. Tuy nhiên đối với các giếng khoan sâu thì
khoảng hở giữa ống khai thác và ống chống thường rất nhỏ nên packer sẽ thu hẹp lòng
giếng khai thác làm giảm lưu lượng khai thác. Những ưu điểm chính của kiểu hồn
thiện giếng này là:
- Đơn giản hóa q trình hồn thiện giếng và cơng tác sửa chữa giếng.
- Kích cỡ ống khai thác đáp ứng được lưu lượng khai thác tối ưu trong khoảng
thời gian dài nhất.
- Dễ dàng chuyển sang các phương pháp khai thác cơ học khi cần thiết.
Chương 1: Cơng tác hồn thiện giếng
Trang 18
- Dễ dàng theo dõi áp suất đáy giếng.
- Dùng packer cố định và thiết bị bảo vệ tầng sản phẩm khi tiến hành sửa chữa
hoặc dập giếng.
- Có thể lắp đặt đầu nối giãn nở nhiệt để giữ an toàn cho ống khai thác.
- Neo giữ ống khai thác với packer.
- Dễ dàng tuần hoàn dung dịch khi gọi dòng hay dập giếng.
- Hạn chế tối đa khả năng ăn mịn thiết bị lịng giếng.
Khi thiết kế hồn thiện giếng khai thác nên chú ý đến khả năng ứng dụng kỹ
thuật cáp tời để lắp đặt các thiết bị lịng giếng sau này.
Hình 0-4. Hồn thiện giếng đơn tầng
f. Hoàn thiện giếng đa tầng
Trong thực tế khai thác dầu khí thường gặp trường hợp giếng xuyên qua nhiều
tầng sản phẩm. Khi đó, người ta có thể sử dụng một trong các hệ thống khai thác sau:
- Khai thác từ trên xuống.
- Khai thác từ dưới lên.
- Khai thác kết hợp hoặc khai thác đồng thời nhiều tầng sản phẩm.
Hệ thống khai thác từ trên xuống là hệ thống khai thác vỉa sản phẩm nằm dưới
sau khi đã khai thác hết các vỉa nằm trên. Ngược lại, hệ thống khai thác từ dưới lên là
hệ thống khai thác nằm trên sau khi đã khai thác hết các vỉa nằm dưới.
Chương 1: Cơng tác hồn thiện giếng
Trang 19
Để nâng cao hiệu quả kinh tế, người ta sử dụng kiểu hoàn thiện giếng đa tầng cho
phép khai thác nhiều tầng sản phẩm trong cùng một giếng. Kiểu hoàn thiện này cịn
thích hợp trong các tầng sản phẩm bở rời có chiều dày lớn nhằm đảm bảo trong q
trình khai thác.
Do tính chất đất đá và áp suất vỉa của các tầng là khác nhau nên các giếng khai
thác đa tầng có nhiều kiểu:
- Khơng sử dụng ống khai thác mà thả nhiều ống chống khai thác để ngăn cách
tầng sản phẩm riêng biệt sau đó dùng kỹ thuật bắn mở vỉa để khai thác (H 1.5a).
- Sử dụng một cột ống khai thác và packer để khai thác các tầng sản phẩm có đặc
tính gần giống nhau. Kiểu hồn thiện giếng này thích hợp với vỉa mỏng và có áp suất
tương đối thấp (H 1.5b).
- Dùng nhiều cột ống khai thác, mỗi cột ống khai thác một tầng sản phẩm riêng
biệt. Do kích thước các ống khai thác bị khống chế bởi kích thước ống chống khai thác
nên lưu lượng khai thác trong mỗi ống bị giới hạn. Để khắc phục hạn chế này, có thể
dùng cột ống khai thác có kích thước lớn khai thác tầng sản phẩm sâu hơn (H 1.5d).
Hình 0-5. Các kiểu hồn thiện giếng đa tầng
Khi tiến hành lựa chọn kiểu hoàn thiện giếng còn phải dựa vào hiệu quả kinh tế
đạt được. Ưu điểm chung của kiểu hoàn thiện đa tầng là rút ngắn thời gian khai thác,
dễ dàng kiểm soát từng tầng sản phẩm hoặc có thể hủy bỏ khơng khai thác một hay vài
tầng sản phẩm trong giếng nếu ở giai đoạn cuối tỷ số khí – dầu, tỷ số nước – dầu tăng
quá cao. Tuy nhiên do cấu trúc lòng giếng khai thác nhiều tầng phức tạp nên nhược
điểm chung là thường gây phức tạp trong quá trình thiết kế, thi cơng hồn thiện giếng,
Chương 1: Cơng tác hồn thiện giếng
Trang 20
sửa chữa và hồn thiện giếng. Chính điều này làm mất nhiều thời gian trong công tác
đo và xử lý số liệu địa vật lý giếng khoan. Những năm gần đây, nhờ những tiến bộ
vượt bậc trong công nghệ và kỹ thuật hoàn thiện giếng (đặc biệt là kỹ thuật cáp tời),
một số trở ngại trong hoàn thiện giếng đa tầng nêu trên cũng dần được khắc phục.
b. Phân loại theo số cần khai thác
- Cần đơn.
- Cần đôi.
- Cần ba.
Hình 0-6. Hồn thiện giếng đa tầng, đơn cần và đa cần
c. Theo bề mặt phân cách giữa đáy giếng và tầng sản phẩm
g. Hoàn thiện giếng thân trần (H 1.7a)
Là kiểu hoàn thiện giếng ra đời sớm nhất và đơn giản nhất. Kiểu hồn thiện
giếng này thích hợp với tầng sản phẩm có chiều dày lớn được cấu tạo bởi loại đá cứng,
vững chắc không bị sụp lở. Với kiểu hoàn thiện giếng này, ống chống khai thác thường
được đặt trên nóc hoặc đặt vào trong tầng sản phẩm một đoạn tương đối nhỏ. Do lớp
đá của tầng sản phẩm chứa vững chắc nên đoạn giếng đối diện với tầng sản phẩm được
để trần (không chống ống). Các ưu điểm chính của phương pháp hồn thiện giếng thân
trần bao gồm:
- Vỉa được mở thông trực tiếp với giếng nên tăng tối đa dòng vào.
- Giảm giá thành giếng khoan: giảm chi phí ống chống và chi phí thi cơng giếng
Chương 1: Cơng tác hồn thiện giếng
Trang 21
do khơng chống ống, giảm chi phí thơng vỉa, gọi dòng sản phẩm do giảm thiểu mức độ
nhiễm bẩn thành hệ, giảm thời gian đo và xử lý số liệu đo địa vật lý giếng khoan.
- Dễ dàng khoan giếng sâu hơn khi cần.
- Dễ dàng chuyển sang các kiểu hoàn thiện giếng khác.
Song kiểu hoàn thiện giếng thân trần có một số nhược điểm sau đây:
- Khó áp dụng trong trường hợp tầng sản phẩm gồm nhiều lớp cát, sét mỏng xen
kẽ, vỉa có nhiều khe nứt tự nhiên.
- Khó tác động nên vỉa sản phẩm theo các khoảng lựa chọn.
- Khó kiểm sốt giếng so với các kiểu hồn thiện giếng khác.
- Thường phải ngừng q trình khai thác để rửa sạch cát ở đáy giếng và mức độ
phức tạp trong q trình này sẽ tăng đơi với giếng sâu và giếng nghiêng.
h. Hoàn thiện giếng bằng ống chống lửng hoặc ống chống suốt có phay rãnh hoặc
đục lỗ sẵn (ống lọc) và chèn sỏi:
Đối với những vỉa sản phẩm được cấu tạo từ các lớp đất đá kém vững chắc thì
người ta thường sử dụng một trong hai kiểu hoàn thiện giếng sau đây:
- Hoàn thiện giếng bằng ống chống suốt có phay rãnh hoặc đục lỗ sẵn: giếng
được khoan vào tầng sản phẩm đến chiều sâu thiết kế, sau đó thả cột ống chống khai
thác với đoạn ống phay rãnh hoặc đục lỗ sẵn nằm đối diện với vỉa sản phẩm. Khoảng
không vành xuyến giữa đoạn ống chống đã đục lỗ sẵn với thành giếng có thể để trống
hoặc lèn sỏi, phần còn lại bơm trám xi măng nhờ sử dụng vịng bịt kín phía ngồi.
- Hồn thiện giếng bằng ống chống lửng có phay rãnh hoặc đục lỗ sẵn và lèn sỏi
(H 1.7b):
Chương 1: Công tác hoàn thiện giếng
Trang 22
Hình 0-7. Các kiểu hồn thiện giếng cơ bản
Đầu tiên giếng được khoan đến nóc tầng sản phẩm, thả cột ống chống khai thác
và trám xi măng. Sau đó khoan tiếp vào tầng sản phẩm, thả cột ống chống lửng có
phay rãnh và đục lỗ sẵn (đi ống) đối diện với tầng sản phẩm. Phần trên của cột ống
chống lửng được giữ và bịt kín trong chân đế của cột ống chống trước và nhờ vòng
treo ống chống đặc biệt. Khoảng không vành xuyến giữa phần ống chống lửng và
thành giếng khơng trám xi măng mà lèn sỏi.
Kiểu hồn thiện giếng bằng ống chống lửng có phay rãnh hoặc đục lỗ sẵn và lèn
sỏi là một trong những phương pháp khống chế cát đơn giản mà hiệu quả, khắc phục
hiện tượng sụp nở thành giếng đối với tầng sản phẩm kém bền vững. Đặc biệt phương
pháp này đạt hiệu quả cao khi vỉa sản phẩm là cát kết hạt thô và đồng nhất. Kích thước
và mật độ lỗ hay khe lọc được thiết kế tối ưu có tác dụng cho dòng chất lưu chảy từ vỉa
vào giếng. Để tăng hiệu quả sử dụng trong tầng các hạt mịn, người ta thường phủ bên
ngoài ống đục lỗ một lưới lọc bằng kim loại hoặc vật liệu composite.
Tuy vậy trong trường hợp này (đặc biệt đối với giếng có lưu lượng khai thác cao)
vẫn thường gặp một số khó khăn sau:
- Dễ kẹt và hư lưới lọc vì bị cát bít và mài mòn, do vậy cần tiến hành sửa chữa
định kỳ rất tốn kém.
- Cát di chuyển từ vỉa vào giếng trộn lẫn với parafin trong dầu làm giảm mạnh
tính thấm vùng cận đáy giếng.
Ưu điểm nổi bật của kiểu hoàn thiện giếng bằng ống chống lửng có đục lỗ sẵn và
lèn sỏi so với kiểu hoàn thiện giếng bằng ống chống suốt có đục lỗ sẵn là tiết kiệm
được nguyên liệu, song q trình thi cơng lại phức tạp hơn rất nhiều.
Hoàn thiện giếng với ống chống suốt, trám xi măng và bắn mở vỉa:
i.
Phần lớn các giếng khai thác dầu khí trên thế giới có kiểu hồn thiện giếng với
ống chống suốt, trám xi măng và bắn mở vỉa để đục thủng ống chống khai thác và trám
xi măng nhằm tạo sự liên thông giữa giếng và tầng chứa (H 1.8c). Kiểu hoàn thiện này
được dùng cho các giếng sâu, có đất đá thành hệ yếu và kém bền vững. Điều quan
trọng nhất là cần xác định chính xác khoảng bắn mở vỉa, tránh các vùng có thành hệ
quá yếu hoặc khơng có sản phẩm, tránh dịng lưu chất khơng mong muốn (khí hoặc
nước) chảy vào. Những ưu điểm chính của hồn thiện giếng kiểu này là:
- Đơn giản trong việc lập kế hoạch hoàn thiện giếng, dễ dàng thi công và khảo sát
giếng.
- Cấu trúc giếng bền vững, ngăn cách tốt các tập khác nhau trong vỉa sản phẩm,
Chương 1: Cơng tác hồn thiện giếng
Trang 23
đảm bảo q trình khai thác an tồn và lâu dài.
- Có khả năng tiến hành bắn vỉa lặp lại hoặc bắn bổ sung.
- Có thể xử lý vùng cận đáy giếng hoặc khai thác từng phần của tầng sản phẩm
theo những khoảng lựa chọn.
Nhược điểm chính của kiểu hồn thiện này là khó khống chế cát và tăng sức cản
thủy lực của dòng chảy do tăng hiệu ứng skin ở vùng cận đáy giếng.
d. Theo phương pháp khai thác
− Tự phun
− Phương pháp cơ học: phương pháp khai thác Gaslift, Bơm ly tâm điện ngầm,
Bơm cần hút,…
1.2.3. Các công đoạn hoàn thiện giếng
a. Hạ cột ống chống khai thác và trám xi măng
Thường thì cột ống chống khai thác được đặt và trám xi măng suốt tầng chứa.
Giếng được khoan hết hết chiều dày (hoặc một khoảng đủ lớn để bảo đảm lưu lượng
khai thác cần thiết) tầng chứa và chân đế ống chống được đặt gần đáy giếng. Kết quả
là cột ống chống và xi măng trám ngăn cách tạm thời tầng sản phẩm (H 1.10).
b. Bắn mở vỉa
Ngay sau khi trám xi măng cột ống chống khai thác, tầng chứa bị cột ống chống
và vành đá xi măng bịt kín, nên phải tiến hành bắn mở vỉa để dầu hoặc khí từ vỉa có
thể chảy vào giếng.
Bắn mở vỉa là tạo các lỗ thủng qua cột ống chống, vành đá xi măng và thông sâu
vào thành hệ một khoảng nhất định. Phương pháp bắn mở vỉa phổ biến nhất là dùng
đạn nổ tạo áp suất.
Có ba cách thả thiết bị bắn mở vỉa vào giếng (H 1.13). Cách thứ nhất là thả súng
bắn mở vỉa trực tiếp vào giếng bằng cáp hoặc cần khoan trước khi lắp đặt thiết bị khai
thác lòng giếng.
Hai cách thả súng bắn mở vỉa bằng cáp vào trong ống khai thác hoặc gắn trực
tiếp ở đầu cột ống khai thác cho phép tiến hành khai thác nếu dòng chảy được thiết lập
ngay sau q trình bắn mở vỉa mà khơng phải dập giếng về sau để lắp đặt thiết bị khai
thác lòng giếng.
Chương 1: Cơng tác hồn thiện giếng
Trang 24
