Tính toán và thiết kế quỹ đạo giếng khoan định hướng

TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
MỤC LỤC
Mục lục 1
Lời cám ơn 4
Mở đầu 5
Danh sách hình vẽ 7
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
1.1 Tổng quan 9
1.2 Các ứng dụng của khoan định hướng 10
1.2.1 Khoan cắt xiên 10
1.2.2 Vị trí địa hình khó tiếp cận 12
1.2.3 Khoan phát triển mỏ 13
1.2.4 Giếng khoan cứu sự cố 14
1.2.5 Giếng khoan ngang 15
1.2.6 Ứng dụng khác 16
1.3 Kỹ thuật định hướng 18
1.3.1 Nguyên lý điểm tựa 18
1.3.2 Nguyên lý con lắc 18
1.3.3 Nguyên lý ổn định 19
1.4 Các thiết bị làm lệch hướng 19
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
1
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
1.4.1 Máng xiên 19
1.4.2 Choòng thủy lực 21
1.4.3 Steerable Motor Assemblies – Động cơ có khả năng điều chỉnh hướng hay
PDMs – Động cơ thể tích 23
CHƯƠNG 2 : CÔNG NGHỆ KHOAN XOAY ĐỊNH HƯỚNG ( RSS )
2.1 Giới thiệu công nghệ khoan xoay định hướng 27
2.2 Power Drive X5 28
2.3 Power Drive Xceed 30

2.4 Power Drive Vortex 33
CHƯƠNG 3 : CÁC QUỸ ĐẠO CƠ BẢN CỦA GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
3.1 Khái niệm chung 35
3.2 Các dạng quỹ đạo của giếng khoan định hướng
3.2.1 Quỹ đạo tiếp tuyến 37
3.2.2 Quỹ đạo chữ S 41
3.2.3 Quỹ đạo chữ S 46
3.2.4 Quỹ đạo cắt xuyên sâu 51
CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN QUỸ ĐẠO GIẾNG CHO GIẾNG
KHOAN X
4.1 Cơ sở tính toán và lựa chọn quỹ đạo cho giếng khoan 54
4.1.1 Yếu tố địa chất 54
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
2
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
4.1.2 Yếu tố kỹ thuật và công nghệ 54
4.1.3 Yếu tố kinh tế 55
4.1.4 Yếu tố khai thác 55
4.2 Các dạng quỹ đạo khoan định hướng thường gặp 55
4.3 Lựa chọn và tính toán quỹ đạo cho giếng khoan X 57
4.3.1 Chọn dang quỹ đạo 58
4.3.2 Tính toán cho giếng 59
CHƯƠNG 5 : TỔNG KẾT 63
Tài liệu tham khảo 64
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
3
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cám ơn quý thầy cô Bộ môn Khoan & Khai thác Dầu khí đã chỉ
dạy tận tình, truyền đạt cho em những kiến thức quý báu và kinh nghiệm trong suốt quá

trình học tập. Qua đề tài này, em đã có thêm kinh nghiệm bước đầu và sự tự tin để sau
này tiếp tục phát huy và nghiên cứu thêm nhiều đề tài cho công việc sau này.
Nhân đây em xin gửi lời cám ơn đến thầy Hoàng Trọng Quang, người đã hướng dẫn
em rất tận tình và kịp thời chỉ ra những thiếu sót, đưa ra những ý kiến quý báu cho em
trong suốt quá trình thực hiện để hoàn chỉnh đồ án này.
Do kiến thức còn tương đối hạn chế nên chắc rằng đề tài này sẽ có nhiều sai sót. Kính
mong thầy chỉ bảo thêm để em có thể rút kinh nghiệm những lần sau.
Em xin chân thành cảm ơn.
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
4
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Khoan là phương tiện tin cậy nhất để tìm kiếm, thăm dò và là phương pháp duy nhất
để khai thác dầu khí. Vì vậy sự thành công hay thất bại trong công tác khoan sẽ là yếu tố
quyết định đến sự thành công hay thất bại của dự án tím kiếm, thăm dò và khai thác.
Hiện nay trong lĩnh vực khoan dầu khí thì việc định hướng không còn là để khoan
những giếng khoan nghiêng, khoan ngang mà kể cả những giếng khoan thẳng đứng cũng
cần đến định hướng để khoan đúng đến vị trí có dầu-khí. Ngoài ra, hiện nay với mật độ
giếng khoan dày đặc thì khoan định hướng giúp giảm thiểu việc khoan nhầm vào giếng
xung quanh, thậm chí khoan cắt vào giếng đang khai thác. Điều đó gây ra hậu quả vô
cùng nghiêm trọng và gây thiệt hại lớn về kinh tế.
Yếu tố địa hình, thành phần thạch học của cột địa tầng, cấu trúc vỉa cùng với các yếu
tố khác như : dị thường áp suất, khoan lệch quỹ đạo,… sẽ ảnh hướng đến tốc độ khoan,
thời gian thi công giếng. Vì vậy việc thiết kế quỹ đạo giếng đóng vai trò quan trọng torng
việc giảm thiểu giá thành, tiết kiệm thời gian và nâng cao sản lượng khai thác của giếng.
2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Tính toán, thiết kế và lựa chọn quỹ đạo giếng khoan định hướng phù hợp cho một
giếng khoan X.
3. Nhiệm vụ của đề tài

Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
5
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
Tìm hiểu các ứng dụng của khoan định hướng
Các kỹ thuật, thiết bị định hướng đang được áp dụng hiện nay
Phân tích cột địa tầng để thiết kế quỹ đạo giếng
Thiết kế quỹ đạo định hướng cho giếng X
4. Phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu các tài liệu, sách báo và nghiên cứu khoa học lien quan đến khoan định
hướng
Từ cơ sở lý thuyết, tổng kết lại và đưa ra lập luận cùng kết quả tính toán của mình
5. Yêu cầu
Yêu cầu đặt ra là tìm hiểu phương pháp để đánh giá, nghiên cứu dể cuối cùng có thể
tính toán và lựa chọn quỹ đạo cho giếng khoan định hướng một cách phù hợp và chính
xác nhất thong qua hệ thống hóa lý thuyết, khảo sát các phương pháp được sử dụng trong
và ngoài nước.
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
6
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1: Khoan cắt xiên 10
Hình 1.2: Vị trí địa hình khó tiếp cận 12
Hình 1.3: Khoan phát triển mỏ 13
Hình 1.4: Giếng khoan giải vây 14
Hình 1.5: Giếng khoan ngang 15
Hình 1.6: Khoan qua địa tầng đứt gãy 16
Hình 1.7: Khoan qua địa tầng phức tạp 17
Hình 1.8: Khoan qua địa tầng phức tạp 17
Hình 1.9: Khoan định hướng sử dụng máng xiên 20
Hình 1.10: Choòng thủy lực 21

Hình 1.11: Động cơ sử dụng đầu nối cong bent-subs 24
Hình 1.12: Đầu nối cong bent-housing 25
Hình 2.1: Power Drive X5 29
Hình 2.2: Power Drive Xceed 30
Hình 2.3: Choòng 2 tâm 32
Hình 2.4: Power Drive Vortex 33
Hình 3.1: Quỹ đạo tiếp tuyến 37
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
7
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
Hình 3.2: Quỹ đạo chữ S 41
Hình 3.3: Quỹ đạo chữ S’ 46
Hình 3.4: Quỹ đạo cắt xiên sâu 51
Hình 4.1: Các dạng quỹ đạo thường gặp 55
Hình 4.2: Cột địa tầng của giếng khoan X 57
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
8
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
1.1. TỔNG QUAN
Trong giai đoạn đầu của ngành công nghiệp dầu khí, các giếng khoan đều được
khoan theo phương thẳng đứng. Khoan định hướng được phát triển từ sự cần thiết trong
việc thay đổi hướng của lỗ khoan. Các dụng cụ và quy trình khoan đặc biệt được sử dụng
để thay đổi phương của lỗ khoan từ thẳng đứng sang xiên góc để thâm nhập được các
mục tiêu mà phương pháp khoan thẳng đứng bình thường không tới được. Khoan định
hướng phục vụ chủ yếu cho công tác thăm dò và phát triển giếng, đặc biệt trong đó tạo ra
các giếng khoan ngang có ưu điểm lớn là tăng lưu lương khai thác. Trong phương pháp
khoan định hướng cũng bao gồm nhiều phương pháp nhỏ hơn tùy thuộc vào mục đích và
yêu cầu ban đầu của giếng.

So với khoan thẳng đứng, khoan định hướng là phương pháp có độ rủi ro cao. Các
chương trình khoan phải được thiết kế một cách cẩn thận, kỹ lưỡng. Một giếng khoan
được gọi là thành công phải có quỹ đạo khoan hợp lý, khả năng chống ống tốt và tối thiểu
các tác động xấu có thể xảy ra trong lỗ khoan. Thiết kế quỹ đạo sẽ bao gồm tìm ra độ sâu
của điểm kickoff, thiết kế đoạn tăng và giảm góc sao cho phù hợp để giếng khoan đế
được mục tiêu mong muốn. Khoan định hướng là một phương pháp khoan linh hoạt và có
thể áp dụng cho nhiều tình huống; những giếng khoan sử dụng phương pháp này có mặt ở
khắp mọi nơi trên thế giới, kể cả trong đất liền hay ngoài khơi.
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
9
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
1.2. ỨNG DỤNG
Nhờ những ưu điểm vượt trội của phương pháp khoan định hướng mà hơn 90% số
giếng khoan trong ngành dầu khí thuộc loại giếng định hướng. Sau đây là những ứng
dụng của các giếng định hướng được xem là giải pháp hiệu quả nhất .
1.2.1. Khoan cắt xiên (sidetrack)
Khoan cắt xiên là một trong những ứng dụng
đầu tiên và chủ yếu của khoan định hướng. Khoan cắt
xiên là công đoạn làm lệch lỗ khoan bằng cách tạo
thêm một lỗ khoan mới ở phần đáy của lỗ khoan cũ.
Trong suốt quá trình khoan, có thể xuất hiện vật
cản tại đáy giếng. Vật cản đôi khi là chuỗi cần khoan
bị gãy rơi lại trong giếng khoan mà không kéo lên
được hoặc các dụng cụ, thiết bị khác và cũng có thể là
thành hệ không thể khoan tiếp tụ được nữa. Vào thời
điểm bắt đầu sử dụng khoan xoay người ta đã nhận
thấy rằng khoan vòng qua vật cản sẽ tiết kiệm chi phí
nhiều hơn so với hủy giếng và khoan giếng mới.
Sidetrack bắt đầu tiến hành bằng việc đặt một cầu ximăng phí trên vật cản. Cầu
ximăng cứng này là đế vững chắc để bắt đầu khoan cắt xiên. Trước đây người ta thường

đặt máng xiên để làm lệch hướng quỹ đạo khỏi vật cản nhưng hiện nay đầu nối cong và
động cơ đáy được sử dụng nhiều hơn.
Sidetrack cũng có thể sử dụng cho giếng khoan lại hoặc hoàn thiện lại. Nếu giếng ban
đầu không đạt tới thành hệ dự tính hoặc đang khai thác ở tầng sản phẩm cạn kiệt, người ta
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
10
Hình 1.1 Sidetracking
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
có thể đặt cầu ximăng bịt kín và sidetrack đến mục tiêu mới. Nếu điểm cắt xiên nằm trong
phần đã chống ống, người ta phải mở một “cửa sổ” xuyên qua ống chống để có thể bắt
đầu sidetrack. Đối với giếng khoan thăm dò cũng có thể dùng cách này để kiểm tra hàng
loạt các tầng sản phẩm mà chỉ sử dụng một thân giếng duy nhất.
Trong một số trường hợp, khi giếng đang cần khoan theo chiều thẳng đứng nhưng do
có sự tác động của các yếu tộ tự nhiên lại làm giếng bị lệch đi. Khi đó tùy vào mức độ
hữu ích về kinh tế của các phương án thì ta có thể chọn lựa sidetracks để giữ cho giếng
thẳng đứng.
1.2.2. Vị trí địa hình khó tiếp cận
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
11
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
Hình 1.2 Vị trí địa hình khó ếp cận
Khi cần khoan giếng đến các mục tiêu mà ở phía trên nó là thành phố, sông, bờ biển,
núi, hoặc thậm chí cơ sở sản xuất thì không thể nào đặt các thiết bị và giàn khoan ở đấy vì
các lý do kỹ thuật và kinh tế. Khi đó giếng khoan định hướng chính là phương án tối ưu
nhất.
1.2.3. Khoan phát triển mỏ
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
12
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
Một trong những ứng dụng chính của giếng khoan định hướng trong 40 năm qua là

phát triển những mỏ dầu ngoài khơi. Nhiều tích tụ dầu khí được xác định ở Vịnh Mexico,
biển Bắc và những khu vực khác nằm ngoài khả năng khoan của các giàn trên bờ. Để
khoan một số lượng lớn giếng thẳng đứng từ những giàn khoan đơn lẻ rõ ràng rất tốn kém
và không thực tế. Cách tốt nhất để khai thác một mỏ dầu lớn nằm ngoài khơi là làm một
giàn cố định trên mặt biển và khoan hàng loạt các giếng khoan định hướng từ giàn đó.
Hình 1.3 Khoan phát triển mỏ
1.2.4. Giếng khoan cứu sự cố
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
13
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
Khi sự cố phun trào mà không thể dập tắt bằng cách bịt kín miệng lỗ khoan, người ta
khoan những giếng khoan giải vây để kiểm soát sự phun trào đó. Đây là ứng dụng khó
khăn và phức tạp nhất vì nó đòi hỏi sự chính xác cao để cắt hoặc tiếp cận vị trí cần khoan
qua. Những công nghệ và kỹ thuật định hướng tiên tiến cho cho phép các giếng giải vây
tiếp cận giếng phun trào với sai số nhỏ hơn 10 ft. Thường thì người ta khoan hai giếng
giải vậy đồng thời từ hai vị trí khác nhau để đảm bảo dập tắt hoàn toàn dòng chất lưu
phun trào.
Hình 1.4 Giếng khoan giải vây
1.2.5. Giếng khoan ngang
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
14
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
Những giếng định hướng thông thường có thể đạt tới góc nghiêng khoảng 60° so với
phương thẳng đứng. Giếng có độ nghiêng lớn hơn sẽ gặp nhiều sự cố khi khoan dẫn tới
tăng chi phí của giếng.
Hình 1.5 Giếng khoan ngang
Tuy nhiên, giếng có độ nghiêng lớn và ngang cũng có những ưu điểm lớn. Đó là :
- Tăng tầm với của giàn khoan
- Ngăn những sự cố do mũ khí và tầng nước đáy
- Tăng chiều dài xuyên qua thành hệ khai thác

- Tăng hiệu quả thu hồi dầu tăng cường (EOR)
- Tăng khả năng khai thác ở những thành hệ nứt nẻ do khả năng xuyên cắt qua các
khe nứt thẳng đứng.
1.2.6. Ứng dụng khác
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
15
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
Ở các đới đứt gãy đôi khi cũng sử dụng phương pháp khoan định hướng bởi vì nếu
khoan theo chiều thẳng đứng thì việc lấy được sản phẩm tương đối khó khăn.
Hình 1.6 Khoan qua địa tầng đứt gãy
Khi khoan qua các địa hình có tầng phía trên tầng sản phẩm là các mũ cát thì nên sử
dụng khoan định hướng. Thay vì khoan trực tiếp xuyên qua lớp mũ cát sẽ gặp rất nhiều
khó khăn ( mũi khoan, dung dịch khoan, sập thành hệ … ) thì chúng ta sẽ hướng mũi
khoan tiếp giáp phía bên ngoài của mũi cát để đến với tầng sản phẩm.
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
16
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
Hình 1.7 Khoan ở địa tầng phức tạp
Khi gặp các vỉa song song với nhau và theo chiều thẳng đứng thì sử dụng khoan định
hướng ta có thể chỉ dùng một giếng duy nhất để khai thác tất cả các vỉa đó.
Hình 1.8 Khoan qua địa tầng phức tạp
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
17
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
1.3. KỸ THUẬT ĐỊNH HƯỚNG
1.3.1. Nguyên lý điểm tựa
Nguyên lý điểm tựa được sử dụng để tăng góc nghiêng với cấu trúc bộ khoan cụ gồm
choòng, thiết bị ổn định đặt gần choòng, 40 – 120 ft cần nặng, sau đó là cần khoan.
Khi có tải trọng lên choòng góc nghiêng sẽ tăng. Hệ số tăng góc sẽ tăng nếu :
- Khoảng cách giữa thiết bị ổn định gần choòng và thiết bị ổn định bộ cần khoan tăng

- Tăng góc nghiêng
- Giảm đường kính cần nặng
- Tăng tải trọng lên choòng
- Giảm vận tốc quay
- Giảm vận tốc dòng dung dịch (trong thành hệ mềm)
1.3.2. Nguyên lý con lắc
Nguyên lý con lắc được sử dụng để khoan giếng thẳng đứng và đoạn giảm góc.
Trong bộ khoan cụ không có định tâm sát choòng và định tâm có kích thước nhỏ hơn
nằm gần choòng. Khi sử dụng bộ khoan cụ này, yếu tố chính gây lệch giếng khoan là lực
thành phần ở phía dưới của choòng. Chiều dài đoạn cần nặng từ choòng đến định tâm đầu
tiên ở bộ cần khoan là không quá bé để uốn cong quá nhiều về phía thành dưới của giếng.
Hệ số giảm góc phụ thuộc vào góc nghiêng, đường kính và khối lượng của bộ cần
nặng và các thông số chế độ khoan.
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
18
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
1.3.3. Nguyên lý ổn định
Nguyên lý ổn định được sử dụng để ổn định góc nghiêng và hướng.
Nếu có ba thiết bị định tâm được lắp đặt cách nhau bởi những đoạn cần nặng ngắn,
cứng cáp sẽ chỉnh quỹ đạo giếng thẳng, tức là giữ góc nghiêng và hướng không đổi. Bộ
khoan cụ như vậy dùng để khoan đoạn ổn định góc (hay còn gọi là đoạn tiếp tuyến). Khi
vận tốc quay lớn (120 – 160 v/ph) sẽ làm tăng khuynh hướng ổn định góc nghiêng và
hướng.
1.4. CÁC THIẾT BỊ LÀM LỆCH HƯỚNG
Để làm lệch hướng giếng khoan, cần phải sử dụng các phương tiện để tạo lực bên
thành để hướng lực này theo phương mong muốn của quỹ đạo cho phép khoan đến mục
tiêu.Có 3 loại dụng cụ cơ bản.
1.4.1. Máng xiên
Cuối những năm 1980, máng xiên đã được dùng để cắt xiên qua đoạn giếng khoan bị
kẹt cần. Máng xiên ban đầu là tấm gỗ dạng hình nêm được thả xuống ngay phía trên điểm

kẹt. Khi hạ choòng khoang xuống đáy giếng, mặt nghiêng của tấm gỗ sẽ làm lệch hướng
choòng khoan khỏi điểm kẹt. Từ đó có thể khoan đoạn giếng mới hơi nghiêng so với
phương thẳng đứng. Hướng mà mặt nghiêng của máng xuôi theo gọi là hướng đặt bộ
khoan cụ (tool-face).
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
19
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
Hình 1.9 Khoan định hướng sử dụng máng xiên
Như vậy vấn đề quan trọng là phải xác định được tool-face chính xác và đặt máng
theo đúng hướng này. Hiện nay đã có rất nhiều loại máng xiên khác nhau phục vụ cho
công tác khoan định hướng.
Nếu dùng hợp lý và chính xác, máng xiên thực sự là một thiết bị hiệu quả. Nó có thể
giúp kiểm soát dễ dàng mức độ tăng góc nghiêng của giếng. Tuy nhiên, máng xiên cũng
có một vài nhược điểm sau:
- Lỗ khoan sau khi đặt máng là lỗ đường kính nhỏ do đó cần phải khoan doa, tức là
phải dùng bộ dụng cụ đáy (BHA) mới.
- Trong quá trình khoan, máng xiên có thể xoay, khi đó sẽ làm lệch hướng thiết kế
ban đầu.
- Sau khi choòng qua khỏi máng, có thể xuất hiện hiện tượng giảm góc nghiêng do
hiệu ứng con lắc.
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
20
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
Do những nhược điểm nêu trên, hiện nay máng xiêng đã được thay thế rộng rãi bằng
các thiết bị định hướng khác. Tuy nhiên trong một số trường hợp vẫn cần đến máng xiên
như vùng có nhiệt độ cao sẽ làm hạn chế hoạt động của động cơ đáy.
1.4.2. Choòng thủy lực
Choòng thủy lực là thiết bị phù hợp cho các thành hệ mềm và cứng trung bình có ứng
suất nén tương đối nhỏ.
Hình 1.10 Choòng khoan với đầu phun thủy lực

Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
21
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
Choòng thủy lực có những ưu điểm sau:
- Kỹ thuật đơn giản và rẻ tiền để làm lệch hướng giếng khoan trong đất đá mềm.
- Không cần trang bị các thiết bị đắt tiền ngoại trừ choòng thủy lực.
- Độ gập của quỹ đạo có thể được kiểm soát từ bề mặt nhờ thay đổi số lượng mét
khoan trên đơn vị thời gian.
- Dụng cụ đo nằm gần choòng khoan và do vậy chiều sâu quan trắc gần với chiều sâu
của giếng.
- Định hướng bộ khoan cụ (tool-face) rất dễ dàng.
- Có thể được sử dụng cùng bộ khoan cụ để khoan roto và khoan đoạn tăng góc.
Ngoài những ưu điểm kể trên thì còn tồn tại một số khuyết điểm:
- Do chỉ khoan được trong thành hệ mềm nên chỉ có thể cắt xiên ở chiều sâu nhỏ.
- Thường xảy ra độ gập lớn, sẽ gây gãy cần khoan, do đó trong thực tế thường sử
dụng choòng thủy lực nhỏ, sau đó doa tiếp đạt đường kính yêu cầu nhằm giảm độ gập.
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
22
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
1.4.3. Steerable Motor Assemblies – Động cơ có khả năng
điều chỉnh hướng hay PDMs – Động cơ thể tích
Steerable Motor Assemblies là tổ hợp động cơ tiên tiến nhất hiện nay được chế tạo
dành cho việc điều chỉnh quỹ đạo trong khoan định hướng, có chứa PDMs và các đầu nối
cong bent subs hoặc bent housing. PDM được chế tạo dựa theo nguyên tắc Moineau. Bộ
dụng cụ PDMs được giới thiệu đầu tiên trong ngành công nghiệp dầu khí vào cuối những
năm 1960. Kể từ đó, PDMs đã dược sử dụng trong hầu hết các công tác điều chỉnh quỹ
đạo cho giếng khoan. Loại động cơ này có độ linh hoạt cao, giúp cho việc kiểm soát quỹ
đạo chính xác và được sử dụng trong tất cả các giếng khoan định hướng. Trong các bộ
dụng cụ PDMs thì hiện nay người ta sử dụng nhiều nhất chính là các đầu nối cong bent
subs và bent housing, sử dụng loại mũi khoan nghiêng để thay đổi hướng và độ nghiêng

của lỗ khoan.
Đầu nối cong có dạng một cần nặng ngắn khoảng 2ft. Trục của các ren dưới của đầu
nối được chế tạo hơi lệch so với phương thẳng đứng. Độ lệch từ khoảng 0.5
0
(cho các quỹ
đạo có gradient tăng góc rất nhỏ) đến 3
0
(cho gradient tăng góc rất lớn). Đầu nối cong
điều khiển choòng khoan và động cơ đi theo hướng nhất định thông qua hướng đặt bộ
khoan cụ (tool-face) trên bề mặt. Hướng này xác định bằng một vạch đánh dấu phía trong
chỗ cong của đầu nối. Độ lệch tạo được là hàm số của góc lệch trục ở đầu nối, sự ổn định
của động cơ và độ cứng của thành hệ.
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
23
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
Hình 1.11 Động cơ sử dụng đầu nối cong bent-sub
Khi bộ khoan cụ được thả xuống đáy giếng, hướng của đầu nối cong có thể xác định
bằng các thiết bị khảo sát. Dấu chỉ hướng của đầu nối cong dẫn hướng phải thẳng hàng
với vạch đánh dấu của đầu nối cong để khi thiết bị khảo sát lắp đặt vào sẽ chỉ đúng hướng
đặt bộ khoan cụ. Bản thân đầu nối cong có thể có ống định hướng hoặc người ta dùng một
đầu nối định hướng riêng lẻ đặt ngay phía trên đầu nối cong đó. Bộ dụng cụ làm lệch
hướng điển hình minh họa trong hình. Như đã trình bày ở trên, cần khoan trong trường
hợp này không quay. Dung dịch khoan bơm trong cần sẽ kích động cơ hoạt động và qua
đó truyền động cho choòng phá hủy đất đá. Moment xoắn phản hồi của động cơ có thể
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
24
TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG
làm cần khoan quay theo chiều trái khi khoan. Để khắc phục hiện tượng này, đầu nối cong
trước tiên nên đặt hướng hơi lệch về bên phải của hướng quỹ đạo thiết kế. Một thiết bị đo
trong khi khoan (MWD) hoặc (LWD) được lắp đặt dùng để giám sát quỹ đạo giếng

khoan.
Đầu nối cong loại bent housing có hiệu quả cao hơn bent subs bởi có khoảng cách từ
mũi khoan tới điểm uốn ngắn hơn. Với khoảng cách từ mũi khoan đến chỗ uốn cong ngắn
hơn thì sẽ giảm được ứng suất uốn tại điểm uốn. Nhờ vậy, bộ dụng cụ PDMs có đầu nối
cong bent housing định hướng một cách dễ dàng và kéo dài khoảng thời gian cho một
hiệp khoan. Với kích thước lỗ khoan lớn ( 22- 26in ) thì ta sử dụng đầu nối cong bent
subs.
Hình 1.11 Đầu nối cong Bent-Housing
Vũ Thanh Tùng - 31003907 GVHD: thầy Hoàng Trọng Quang
25