Đồ Án ứng dụng coiled tubing trong xử lý cát xâm nhập

Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường
LỜI MỞ ĐẦU
Từ năm 1986, Việt Nam đã trở thành một trong những nước khai thác và xuất khẩu dầu
thô trên thế giới. Tuy còn non trẻ, nhưng ngành công nghiệp dầu khí đã nhanh chóng trở
thành ngành kinh tế mũi nhọn và là chỗ dựa vững chắc cho sự nghiệp công nghiệp hóa và
hiện đại hóa đất nước. Cho đến nay, Việt Nam đã khai thác hơn 130 triệu tấn dầu thô và
8,5 tỷ m
3
khí đồng hành.
Dầu và khí vẫn là nguồn năng lượng chiến lược và quan trọng nhất trong nửa đầu thế kỷ
21. Khoan giếng dầu khí là công việc sống còn của ngàng công nghiệp dầu khí vì không
có giếng thì không thể khai thác dầu khí nằm sâu trong lòng đất. Mục tiêu quan trọng nhất
của người kỹ sư dầu khí là biết áp dụng các kỹ thuật và công nghệ mới để khai thác ngày
càng hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên vô giá này.
Tuy nhiên nguồn tài nguyên này là có hạn, cho đến nay vẫn chưa có thêm phát hiện
những mỏ dầu nào có trữ lượng lớn, nên việc phát triển các kỹ thuật thiết bò là một đòi hỏi
tất yếu trong bối cảnh hiện nay dầu mỏ là một vấn đề đang nóng bỏng (về chính trò lẫn
quân sự). Do đó việc nâng cao hiệu quả thu hồi dầu và khắc phục sự cố sảy ra là nhiệm
vụ cực kỳ quan trọng và cực kỳ phức tạp.
Với mong muốn được tiếp cận các công nghệ mới ứng dụng để khoan-khai thác dầu khí
em chọn đề tài của đồ án “Ứng dụng của coiled tubing trong xử lý cát xâm nhập”. Với
những tìm hiểu của mình về Coiled Tubing e nhận thấy được tính hiệu quả trong việc ứng
dụng công nghệ Coiled Tubing trong hoạt động làm sạch cát tại đáy giếng nhằm nâng cao
và phục hồi sản lượng của một số giếng đang khai thác. Tuy nhiên vì trong thời gian hạn
hẹp và kiến thức có hạn của e, nên không thể tránh khỏi những sai xót, e kính mong các
thầy cô đóng góp ý kiến và giúp đỡ e.
Đồ án bao gồm có 3 phần:
Chương 1: Lòch sử hình thành và phát triển Coiled Tubing
Chương 2: Nghiên cứu ứng dụng Coiled Tubing trong xử lý cát xâm nhập
1
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường

Chương 3: Chương trình thiết kế công việc và ứng dụng phần mềm Circa trong mô phỏng
tính toán
Chương 4 : Kết luận
2
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường
CHƯƠNG 1 :
LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN COILED TUBING
1.1. Khái niệm về Coiled Tubing
Trong ngành công nghiệp dầu khí, thuật ngữ coiled tubing chỉ một loại ống thép
dài liên tục có độ bền cao, trước và và sau khi sử dụng được quấn trên tang cuộn ống và
có thể vận chuyển dễ dàng bằng các phương tiện chuyên dụng. Một cuộn coiled tubing
như vậy thường có khối lượng khoảng 40.000 lb.
Thường được đi kèm với các thiết bò phụ trợ tạo thành một bộ thiết bò coiled tubing.
Bao gồm: tang quấn ống, đầu dây coiled tubing, cabin điều khiển (và xe chở chuyên dụng
khi thực hiện công việc trên đất liền).
1.2. Quá trình hình thành và phát triển Coiel Tubing
Năm 1944, trong dự án PLUTO thì lần đầu tiên coiled tubing được sử dụng. Dự án
thực hiện việc đặt 23 đường ống đường kính 3 inch ngang qua eo biển nước Anh cung cấp
nhiên liệu cho quân đồng minh giúp giải phóng châu u khỏi phát xít Đức trong thế chiến
II. Mỗi đường ống gồm những đoạn ống dài 4.000 ft (1.219 m) đúc sẵn được hàn lại với
nhau theo phương pháp butt-weld (hàn theo mặt phẳng vuông góc với trục ống) và quấn
trên những tang cuộn ống đường kính 40 ft (12,2 m). Trong số 23 đường ống có 17 đường
dài 30 dặm (48,3 km) và 6 đường ống dài 70 dặm (112,6 km).
Vào đầu những năm 1960, Bowen Tools đã thực hiện vận chuyển một ăngten radio
dưới biển bằng một đầu đẩy ngầm. Và thiềt bò này chính là cơ sở để thiết kế nên đầu đẩy
ống.
Năm 1962, công ty California Oil Company và Bowen Tools đã phát triển bộ thiết
bò coiled tubing đầu tiên. Nó được gọi là “cụm thiết bò cần nhẹ liên tục”. Đường kính
ngoài của ống sử dụng là 1,315 inch.
3

Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường
Coiled tubing ban đầu được chế tạo từ những mảnh thép rộng 50 inch. Thép được
sử dụng là thép hợp kim Colobian. Các mảnh này được hàn theo phương pháp butt-weld
và quấn vào tang cuộn ống đường kính 9 ft với tổng chiều dài là 15.000 ft. Từ năm 1963
đến 1964 bộ thiết bò coiled tubing này đã thực hiện nhiều công việc ở vùng Louisana. Quá
trình phát triển liên tục của coiled tubing được thể hiện thông qua một số mốc thời gian
như sau:
- Năm 1964: Brown Oil Tools và Esso giới thiệu hệ thống đầu đẩy ống tubing
¾ inch.
- Năm 1967: Bowen Tools giới thiệu hệ thống đầu đẩy ống cải tiến 5M với
kích thước nhỏ hơn có khả năng giữ 5.000 lb ống ½ inch. NOWSCO và Brown Oil
Tools đã hợp tác chế tạo được 12 bộ thiết bò coiled tubing 5M.
- Năm 1968: Bowen phát triển đầu đẩy 8M có khả năng làm việc với 8.000 lb
ống ¾ inch.
- Cuối thập niên 1960 đầu 1970: cải tiến và thiết kế mới các thiết bò coiled
tubing. Kích thước đường kính ngoài thông thường của coiled tubing đã tăng lên 1
in. Hơn 200 bộ thiết bò coiled tubing đã được chế tạo trong khoảng thời gian này.
- Cuối thập niên 1970: xuất hiện nhiều nhà chế tạo thiết bò coiled tubing Uni-
Flex Inc, Hydra Rig Inc, Otis Engineering. Những đầu đẩy ống mới được thiết kế
tương tự như của Bowen Tools.
- Năm 1975: Uni-Flex giới thiệu một đầu đẩy ống được thiết kế mới mà nhiều
tính năng của nó đã có ảnh hưởng đến thiết kế của các nhà sản xuất khác.
- Năm 1976: hình thành công ty Quality Tubing Inc với sự hỗ trợ tài chính từ
NOWSCO.
- Cuối 1970 đầu 1980: nhiều thiết kế đã thay đổi và cải tiến để tăng cường
thiết bò coiled tubing. Các nhà cung cấp coiled tubing vẫn chủ yếu là Bowen Tools,
Hydra Rig Inc và Otis Engineering.
4
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường
- Năm 1978: tất cả các dự án chế tạo thiết bò coiled tubing của Uni-Flex và

Brown Oil Tools chấm dứt.
- Năm 1985: Fleet Cementers phát triển đầu đẩy ống mới làm việc với 8.500 ft
ống ¾ inch.
- Năm 1989: Quality Tubing Inc được tặng giải thưởng về phát minh ra phương
pháp hàn bias-weld (phương pháp hàn xiên), phương pháp này tăng khả năng chòu
mỏi của coiled tubing.
- Năm 1993: Quality được nhận bằng sáng chế cho chuỗi ống mềm liên tục
(continuous coiled tubing).
- Tháng 12/1999: Coiled Line Pipe thiết lập tiêu chuẩn API Product.
- Các nhà sản xuất coiled tubing ban đầu là SouthWestern, Republic và
Mannesman. Hiện nay số bộ thiết bò coiled tubing trên thế giới chủ yếu do
Presition Tube Inc và Quality Tubing Inc sản xuất.
- Có thể coi thập niên 90 đã chứng kiến một sự phát triển thần kỳ của công
nghệ coiled tubing với từ 1 giếng khoan thăm dò và 3 giếng khoan lại năm 1991, 11 giếng
khoan lại và khoan mới 1992 thì đến năm 2001 đã có xấp xỉ 50% số giếng trong các mỏ
lớn ở Bắc Mỹ được khoan bằng coiled tubing cùng với nhiều nơi khác đã và đang sử dụng
coiled tubing trong các công tác thăm dò và khai thác dầu khí.
- Một trong những minh chứng cho sự phát triển này là Schlumberger, một
trong số những công ty hàng đầu trong lónh vực khoan bằng coiled tubing. Năm 1991,
Schlumberger khoan được 1 giếng thì riêng năm 2000 họ đã khoan được 73 giếng tương
đương 90.000 ft chiều dài coiled tubing đã được sử dụng.
- Trong năm 2002, phát minh về bộ dụng cụ đáy BHA mới của AnTech Ltd
Colt Coiled Tubing Bottomhoe Assembly sử dụng cho coiled tubing để khoan dưới cân
bằng cho các giếng khí đã trờ thành phát minh đứng đầu trong số 10 phát minh quan trọng
nhất trong ngành dầu khí năm 2001 do tạp chí Hard’s E&P bình chọn.

5
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường
- Tất cả các số liệu trên cho thấy một tương lai phát triển rực rỡ của công
nghệ coiled tubing. Đó cũng là điều tất yếu bởi trong tình hình hiện nay của ngành dầu khí

thì tính kinh tế được xem xét đến hàng đầu và những công nghệ mới như công nghê coiled
tubing giúp tiết kiệm thời gian cũng đồng nghóa sẽ đem lại nhiều lợi nhuận hơn.
Những công ty ứng dụng Coiled Tubing hàng đầu
6
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường
Công ty Số bộ thiết bò Coiled Tubing
Schlumberger 200
BJ 159
Halliburton 100
Superior 34
Cudd 28
Surguneftegas 20
Trican 19
Tổng
560
1.3. Cấu tạo của bộ thiết bò Coiled Tubing
Có nhiều loại thiết bò coiled tubing phục vụ cho nền công nghiệp dầu khí nhưng
chiếm ưu thế hiện nay vẫn là loại đầu đẩy xích truyền thẳng đứng quay ngược chiều nhau
(vertical, contra-rotating chain drive injector head).
7
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường
Bộ thiết bò coiled tubing được cung cấp năng lượng bằng thủy lực, dễ vận chuyển,
được thiết kế để đẩy vào và kéo ra liên tục trong cột ống chống hoặc ống khai thác có
đường kính lớn hơn. Ngày nay, người ta thường dùng loại coiled tubing có đường kính
ngoài từ ¾ in đến 2 - 3/8 in. Các bộ phận của coiled tubing đơn giản gồm:
- Đầu đẩy ống.
- Tang quấn ống.
- Cụm BOP đầu giếng.
- Thiết bò truyền năng lượng thủy lực.
- Bảng điều khiển.

1.3.1. Đầu đẩy ống
Đầu đẩy ống được thiết kế để thực hiện ba chức năng cơ bản sau:
- Cung cấp lực đẩy để dẫn ống vào trong giếng, chống lại áp suất cản
hoặc để thắng ma sát trong giếng.
8
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường
- Kiểm soát tốc độ vào giếng của ống trong các điều kiện giống nhau.
- Chòu toàn bộ trọng lượng treo của ống và tăng tốc độ kéo khi rút ống ra
khỏi giếng.
Coiled Tubing có thể được đẩy xuống đến đoạn giếng trần, hoặc được dùng để
chuyển các thiết bò và dụng cụ đáy được gắn vào phần cuối ống.
Injector Head có thể vận hành ống liên tục nhờ sự trợ giúp của hai bộ xích đóa đặt
đối nhau. Hai bộ xích đóa được truyền năng lượng bởi các động cơ thủy lực xoay ngược
chiều nhau. Hai bộ xích này được thiết kế kèm theo các saddle block lồng vào nhau đặt
giữa chúng và tạo hình dáng tròn theo coiled tubing. Các saddle block bên trong bộ xích
ép lên ống nhờ một loạt các con lăn nén thủy lực để tạo nên hệ thống truyền bằng ma sát.
Injector Head cũng được trang bò hệ thống trục lăn hình vòng cung, còn gọi là bộ
dẫn hướng (cỗ ngỗng) gắn trực tiếp ngay trên đóa truyền. Nó được dùng để tiếp nhận
coiled tubing từ tang quấn ống và hướng nó vào các khối xích truyền (chain block). Bộ
dẫn hướng này cùng với chuỗi con lăn được gắn lên một khung dạng vòm cong 90
o
với
bán kính cong giống như tang quấn. Nói chung bộ dẫn hướng có bán kính cong từ 60 đến
72 in, khi coiled tubing có đường kính ngoài từ 1 ¼ in đến 1 ½ in. còn đối với coiled tubing
có đường kính ngoài lớn hơn cỡ 1 ¾ in và 2 in thì bộ dẫn hướng phải có bán kính cong là
84 in.
Tại đế Injector Head, một ống đệm kín hay “đóa cao su” (stripper rubber) vận hành
theo cơ chế thủy lực được đònh vò dọc theo đường tâm coiled tubing khi ống được giữ chặt
trong thiết bò xích truyền. ng đệm kín chứa một số bộ phận đàn hồi phân đoạn (split
elastomer element) được ép vào ống. Bộ phận này có tác dụng cô lập áp suất vành xuyến

với áp suất khí quyển. Nếu ống đệm kín bò mòn quá trong quá trình hoạt động, các bộ
phận đàn hồi phân đoạn có thể được thay ngay cả khi ống còn trong giếng khoan. Giới hạn
áp suất làm việc cực tiểu của ống đệm kín là 5.000 psig, nhưng thông thường nó được thiết
kế với áp suất làm việc lên đến 10.000 psig.
9
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường
Bộ cảm biến tải cũng được đặt ở đáy Injector Head. Bộ phận thủy lực này được nối
với bảng điều khiển để giám sát quá trình vận hành qua các thông số trọng lượng ống và
lực kéo (lb) cần thiết để nâng ống. Đối với các Injector Head cải tiến dùng để chuyển các
dụng cụ xuống dưới giếng, người ta thường dùng một bộ cảm biến tải tác dụng kép để đo
thêm lực đẩy tác dụng lên coiled tubing
Injector Head được chống trên đầu giếng theo một trong hai cách sau: chống ống
bằng các chân khớp lồng (telescoping legs) hoặc ống chống bằng một khung thép dựng
lên theo cơ chế thủy lực thường được gọi là jack stand. Cách thứ nhất thường được dùng ở
những nơi mà chiều cao Injector Head đầu giếng không cho phép sử dụng loại jack stand.
Khi sử dụng loại chân khớp lồng, các đầu trên cùng của nó được lồng vào bốn rãnh
(perimeter slot) đònh vò trên khung của Injector Head và được siết chặt bằng các đầu nối
(pin) ở độ cao theo yêu cầu. Ngoài ra còn có các đệm lót (footpad) đặt ngay bên dưới mỗi
đế của chân khớp lồng nhằm phân bố đều trọng lượng của Injector Head lên các phần ở
trên bề mặt. Để làm chắc thêm các chân, người ta bắt chặt các đai ốc (turn-buckle) được
gắn bên dưới các chân chống.
Khi lắp đặt thiết bò ở những nơi có bề mặt không hạn chế (ví dụ như ở các giàn
khoan biển), người ta thường sử dụng loại jack stand để chống đỡ Injector Head. Một khi
đã đạt được chiều cao mong muốn, bốn chân được kẹp và siết chặt tại chỗ. Đế của jack
stand phân bố đều trọng lượng Injector Head lên mỗi chân xung quanh vò trí đứng. Ưu
điểm của loại jack stand so với loại chân khớp lồng là có tính ổn đònh, phạm vi nhả cần
trục rộng và an toàn hơn.
Trong mọi trường hợp, Injector Head phải được gắn chặt vào đất hoặc vào giàn
khoan với ít nhất một dây xích ở mặt trước (đối diện với tang quấn) và hai dây xích ở mặt
sau. Để giảm thiểu moment hình thành ở đầu giếng, các dây xích dùng để ổn đònh Injector

Head không nên bắt vào đầu giếng hoặc vào cây thông khai thác.
1.3.2 Tang quấn ống (REEL)
10
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường
Tang quấn ống
được cấu tạo bằng thép
có đường kính trục từ
60 – 72 in và đường
kính mặt bích (side-
flange) là 9 ft. Với kích thước như vậy, bộ phận này có thể quấn vào khoảng 26.000 ft
coiled tubing 1 in và khoảng 22.000 ft coiled tubing 1 ¼ in. Khả năng quấn coiled tubing
với các kích cỡ đướng kính ngoài khác nhau phụ thuộc vào đường kính trục quấn. Đoạn
cuối ống phía trong được nối thông qua một lỗ của trục tang quấn đến một đầu xoay áp
suất cao gắn trực tiếp vào trục tang quấn. Đầu xoay này được bắt chặt vào đoạn ống tónh
nối với hệ thống bơm khí hoặc chất lỏng để duy trì quá trình tuần hoàn và bơm liên tục
trong suốt thời gian thi hành công việc. Giữa ống và trục tang quấn có một van ngắt (shut
off valve) 10.000 psig có tác dụng cô lập coiled tubing với các đường ống bơm trên bề mặt
trong trường hợp khẩn cấp.
Ngoài các dòch vụ bơm chất lưu, một vài coiled tubing còn được dùng trong các
dòch vụ cáp điện. Dây cáp được đưa vào coiled tubing và được kết thúc trên trục tang quấn
ở một vách ngăn áp suất. Khi đó dây cáp có nhiều dây dẫn bên trong được đưa từ vách
ngăn áp suất đến một đầu nối xoay bằng điện giống hệt như ở các thiết bò cáp điện thông
thường. Trên các tang quấn được trang bò cho các dòch vụ cáp điện, đầu nối điện này được
gắn trên trục tang quấn đối diện với đầu xoay chất lưu.
Sự quay tang quấn được kiểm soát bằng một động cơ thủy lực gắn trên trục tang
quấn để truyền động trực tiếp hoặc được vận hành bằng bộ phận truyền đóa xích. Động cơ
này được dùng để duy trì lực kéo ổn đònh lên coiled tubing và giữ ống quấn chặt vào tang
11
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường
quấn. Trong khi đưa ống vào giếng, động cơ trên tang quấn tạo một áp suất đối để cho

phép Injector Head kéo ống ra khỏi tang quấn và duy trì một lực căng giữa tang quấn ống
và Injector Head. Khi coiled tubing được thu hồi, áp lực trên động cơ tang quấn tăng lên
cho phép sự chuyển động xoay của tang quấn theo kòp với tốc độ kéo ống ra khỏi giếng
của Injector Head.
Ống được dẫn hướng trên tang quấn qua một cơ cấu gọi là “level wind assembly”
(thiết bò dàn ống) để xếp ống ngay ngắn khi ống được quấn lên hoặc được tháo ra khỏi
tang quấn. Cơ cấu này dài bằng chiều rộng của tang quấn và có thể được nâng lên đến
chiều cao yêu cầu để xếp ống thành hàng giữa bộ dẫn hướng và tang quấn. Bộ phận đếm
ống thông thường được gắn trên thiết bò dàn ống. Một loạt bánh xe tiếp xúc với ống được
điều chỉnh để đo độ dài ống phân phối.
Các linh kiện an toàn phụ trợ của tang quấn ống được dùng để thực hiện việc
phanh thủy lực nhanh. Chức năng cơ bản của phanh tang quấn là ngừng chuyển động quay
của tang quấn khi ống giữa tang quấn và Injector Head đột nhiên bò đứt. Hệ thống phanh
này không làm ngừng ngay việc phân phối ống một cách vô kiểm soát mà chỉ làm chậm
dần chuyển động của tang quấn. Nhiều loại coiled tubing có gắn thêm một thiết bò trong
hệ thống năng lượng thủy lực để tạo áp suất đối tác động lên động cơ nhằm làm chậm dần
chuyển động của tang quấn. Có một số loại coiled tubing khác lại tạo ra một hệ thống
phanh đệm ma sát (friction pad breaking system) nhằm tác dụng theo cơ chế thủy lực lên
đường kính mặt bích bên ngoài của tang quấn để làm chậm dần chuyển động của tang
quấn.

1.3.3. Cụm BOP đầu giếng
12
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường
Hệ thống BOP đầu giếng là phần rất quan trọng trong bộ thiết bò coiled tubing và
được dùng trong mọi hoạt động dòch vụ của coiled tubing. Cụm BOP gồm bốn ngàm (ram)
vận hành theo cơ chế thủy lực, thông thường có áp suất làm việc thấp nhất là 10.000 psig.
Tuy nhiên vẫn còn một vài loại thiết bò coiled tubing đời cũ sử dụng cụm BOP với áp suất
làm việc là 5.000 psig. Bốn ngàm này (đi từ trên xuống) bao gồm ngàm đóng giếng (blind
rams), ngàm cắt ống (tubing shear rams), ngàm dạng chấu (slip rams), và ngàm chặn ống

(pipe rams).
Ngàm đóng giếng được dùng để đóng giếng ở bề mặt khi mất khả năng kiểm soát
giếng. Ngàm đóng giếng sẽ đóng khi các bộ phận đàn hồi (elastomer) trong ngàm ép vào
nhau. Để ngàm làm việc có hiệu quả, coiled tubing và các vật cản khác qua các nắp ngàm
phải được lấy ra. Cần chú ý rằng, bộ phận áp lực nằm trên ngàm đóng giếng được thiết kế
chỉ để khống chế áp suất từ bên dưới lên.
Ngàm cắt ống được dùng để cắt coiled tubing trong trường hợp ống bò kẹt bên dưới
cụm BOP hay khi cần phải cắt ống và tháo thiết bò bề mặt ra khỏi giếng (ống khai thác,
13
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường
ống siphon,…). Khi các đóa cắt kẹp chặt ống, tác dụng của lực cơ học dẫn đến ống bò cắt
ngang. Phần cắt bò biến dạng và phải được mài dũa để ống trở lại hình dạng thích hợp.
Ngàm dạng chấu được trang bò các răng một chiều (unidirectional teeth) có hướng
dòch chuyển ngược với hướng dòch chuyển của ống khi ngàm làm việc để tạo tải trọng lên
ống. Ngoài ra ngàm dạng chấu còn được dùng để siết chặt ống bằng cách đóng kín ống để
ngăn chặn sự dòch chuyển ống trong trường hợp áp suất giếng cao có nguy cơ đẩy ống bật
ra khỏi giếng khoan. Ngàm này được cung cấp thêm các ống lót dẫn hướng (guide sleeve)
để đưa ống vào ngay chính giữa phần lõm dạng rãnh của thân ngàm ngay khi các chấu
đóng kẹp lại.
Ngàm chặn ống được trang bò bộ phận đóng đàn hồi (preformed elastomer seal)
khớp với đường kính ngoài của ống sử dụng. Khi đóng kín ống, chúng cô lập áp suất
khoảng không vành xuyến (KKVX) của giếng khoan bên dưới ngàm. Loại ngàm này cũng
được cung cấp thêm các ống lót dẫn hướng để đưa ống vào ngay giữa rãnh ngàm khi đóng
ngàm.
Thông thường ngàm đóng giếng và ngàm cắt ống được phân cách với ngàm dạng
chấu và ngàm chặn ống bởi một đường thoát dạng mặt bích (flanged oulet) trong thân cụm
BOP. Thiết bò này được dùng như một đường dập giếng trong quá trình kiểm soát giếng.
Một van dùng để đo áp suất làm việc tối đa cho phép (MAWP) của cụm BOP, thường cỡ
10.000 psig được gắn trên mặt bích (flange) và được gắn thêm một đầu nối thích hợp. Tại
đầu nối này, một đường ống khớp nối vòng bi (chicksan line) áp suất cao thường được

dùng để nối đường dập giếng (kill line) với cụm BOP có thể thực hiện thu hồi dung dòch
trở lại hoặc có thể dùng để tuần hoàn ngược dung dòch. Tuy nhiên việc thu hồi dung dòch
trở lại qua đường dập giếng sẽ gây nguy cơ tiếp xúc các ngàm và nắp đậy ở vò trí thấp hơn
trong cụm BOP với các hạt rắn, mảnh vụn, và các chất lưu thu hồi khác, từ đó có thể dẫn
đến tác dụng ngược với đặc tính của ngàm trong đối áp.
Trong các dòch vụ bảo dường giếng đòi hỏi tuần hoàn giếng lên bề mặt (rửa sạch
mảnh vụn hay hạt rắn, axit đã dùng…) người ta dùng ống nối chữ T gắn trực tiếp bên dưới
14
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường
cụm BOP. Đầu nối này được trang bò một van cô lập áp suất cao vận hành ở cùng MWAP
và theo tiêu chuẩn NACE giống như cụm BOP. thân của tất cả các cụm BOP, các
khoang tại ngàm đóng giếng và ngàm cắt ống có các cổng cho phép áp suất được cân
bằng trong thân ngàm. Điều này cho phép cân bằng áp suất chênh lệch để vận hành ngàm
trong đối áp.
Ống nối trên đỉnh cụm BOP nối với ống đệm kín đặt dưới đáy Injector Head. Đáy
cụm BOP được gắn khớp với một đầu nối dạng mặt bích (flanged union) hoặc một ống nối
kín dạng vòm (O-ring seal union). Một trong hai loại đầu nối này được gắn trên chạc chữ
T hoặc đầu nối cây thông.
1.3.4. Thuyết bò truyền năng lượng thủy lực
Thiết bò này được đònh cỡ để vận hành tất cả các bộ phận của bộ thiết bò coiled
tubing. Kích thước của thiết bò động cơ chính do vậy cũng sẽ thay đổi theo yêu cầu về
thiết bò truyền thủy lực. Động cơ chính trong thiết bò coiled tubing có thể xếp hạng từ loại
thiết bò truyền năng lượng tách rời (power take-off assembly) như bộ truyền năng lượng
đơn giản trên bờ (bobtail land unit) cho đến loại cụm thiết bò năng lượng tự chứa ngoài
khơi (self-contained offshore skid package). Cụm động cơ chính trong hầu hết thiết bòï
coiled tubing có trang bò động cơ diesel và bơm thủy lực.
1.3.5. Bảng điều khiển
15
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường

Bảng điều khiển thay đổi tùy theo nhà sản xuất nhưng thông thường tất cả các bộ
phận điều khiển được đặt trên một bảng điều khiển từ xa. Bảng có thể được gắn trên con
trượt để sử dụng ngoài khơi hoặc được gắn vónh viễn trên các thiết bò ở đất liền. Loại gắn
trên con trượt có thể được đặt ở vò trí giếng khi nhà điều hành yêu cầu.
Bảng gồm tất cả các núm điều khiển và thiết bò đo cần thiết để vận hành và giám
sát các bộ phận của thiết bò coiled tubing. Các động cơ Injector Head và tang quấn ống
được khởi động từ bảng điều khiển này thông qua các van. Các van này sẽ xác đònh hướng
dòch chuyển của ống và tốc độ hoạt động. Ngoài ra, trên bảng điều khiển còn có các hệ
thống điều chỉnh xích truyền, ống đệm kín và cụm BOP.
1.3.6. Các thiết bò phụ trợ khác
Ngoài các bộ phận chính của thiết bò coiled tubing đã được mô tả ở trên, còn có
một vài cụm thiết bò khác được dùng để tiến hành các công việc dòch vụ và bảo dưỡng
khác. Các thiết bò này bao gồm máy bơm dung dòch, máy bơm N
2
, thùng trộn và thu hồi
chất lưu, hệ thống đường ống trong bơm và hệ thống đường hồi.
CHƯƠNG 2 :
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG COILED TUBING TRONG XỬ LÝ CÁT XÂM NHẬP
16
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường
2.1. Các vấn đề phải đối mặt khi có hiện tượng sinh cát sảy ra
2.1.1. Sự lấp đầy khoảng thành hệ đã bắn mở vỉa – khai thác và các thiết bò lòng giếng
Nếu dòng chảy không đảm bảo lưu lượng, vận tốc để đưa các hạt cát lên bề mặt,
theo thời gian cát sẽ tích tụ gây bít nhét ống khai thác và lấp đầy bên trong thân giếng.
Hơn nữa, cát rất có thể sẽ lấp luôn cả khoảng bắn mở vỉa, làm lưu lượng khai thác giảm
đến khi giếng ngập đầy cát và không thể khai thác được nữa, buộc chúng ta phải đóng
giếng xử lý, làm sạch cát để có thể tiếp tục khai thác. Có thể dùng bailer và slick – line
đưa xuống giếng vì mỗi lần slick – line chỉ lấy được một lượng cát nhỏ.
Một cách khác là dùng tubing đường kính nhỏ hay Coiled Tubing kết hợp với dung
dòch tuần hoàn trong ống khai thác rồi tiến hành tuần hoàn khuấy động để nâng cát lên.

Cần phải chú ý thận trọng khi tiến hành cách này, tránh làm dính ống Coiled Tubing vào
ống khai thác. Nếu cát sinh ra liên tục thì phải tiến hành rửa giếng đònh kỳ. Điều này sẽ
gây mất thời gian, chi phí vận hành làm sạch cát và trực tiếp ảnh hưởng đến lưu lượng
khai thác, giá trò kinh tế của giếng.
Hình 2.1: Cát lấp đầy giếng
2.1.2. Tích tụ cát trong các thiết bò bề mặt
17
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường
Khi vận tốc của dòng lưu lượng sản phẩm đủ lớn để mang các hạt cát từ dưới đáy
giếng lên đến các thiết bò bề mặt thì cát sẽ tích tụ lại trong các thiết bò bình tách, thiết bò
gia nhiệt, đường ống thu gom,…
Khi lượng cát tích tụ ở các thiết bò đó đủ lớn chúng ta phải làm sạch để đảm bảo
hiệu quả khai thác, do đó cần lưu ý đến chi phí vệ sinh, thay thế thiết bò và thời gian trì
hoãn khai thác, chưa kể đến làm hư hỏng thiết bò. Khi cát lắng đọng trong bình tách sẽ
làm thể tích bình tách giảm, do đó lượng dầu – khí được tách cũng giảm.
2.1.3. Sự mài mòn các thiết bò
Với những giếng có lưu lượng lớn, năng suất cao thì vận tốc dòng chảy trong ống
thường lớn cùng với những hạt vụn mang theo trong nó gây mài mòn đáng kể các thiết bò
trong lòng giếng lẫn các thiết bò trên bề mặt mà nó đi qua. Khi sự mài mòn đạt đến
nghiêm trọng có thể gây hư hỏng thiết bò và dẫn đến sự cố nếu không sử lý kòp thời đồng
thời là thiệt hại về mặt kinh tế.
Hình 2.2: Sự mài mòn do cát (Ống lọc bò ăn mòn)
2.1.4. Sự sập lỡ thành hệ kéo theo phá hủy ống chống – ống khai thác
Rõ ràng, khi một lượng cát vật liệu gắn kết tách ra khỏi thành hệ đi vào dòng chảy
sẽ để lại một khoảng chống lớn phía sau ống chống. Lượng cát sinh ra càng nhiều thì
khoảng trống đó càng lớn và đến một lúc nào đó nó không thể chòu đựng được các lực ép
18
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường
từ các lớp phủ phía trên thì thành hệ phía trên sẽ sụp xuống. Các vật liệu này sẽ bít nhét
khoảng trống và sắp xếp lại và đó là nguyên nhân làm tăng hiệu ứng skin dẫn đến giảm

lưu lượng khai thác. Trong trường hợp thành sụp xuống là tầng sét thì có nguy cơ mất hoàn
toàn năng suất của giếng.
Đặc biệt khi sự sụp lún rất lớn, lượng vật liệu đáng kể có thể gây móp, méo, hư
hỏng hoặc phá hủy luôn cả ống chống khai thác.

Hình 2.3: Cát xâm nhập gây sụp vỉa và bóp méo ống khai thác
2.2. Cơ sở lý thuyết trong tính toán chênh áp
2.2.1. Giới thiệu
Trước hết ta tính toán các thông số của giếng và vỉa, mức độ chênh áp cần thiết để
cho dòng chất lưu chảy vào đáy giếng (ở đây ta chỉ xét giếng được hoàn thiện có lớp sỏi
lèn và ống lọc). Khi dòng chảy qua vùng hoàn thiện giếng (qua lớp lèn sỏi, lớp cát xâm
nhập từ thành hệ) bò giảm áp đã ảnh hưởng đến lưu lượng khai thác.
2.2.2. Phân tích tổn thất áp suất trong hoạt động Coiled Tubing bằng phương pháp
phân tích điểm nút
19
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường
Trong quá trình hoạt động của hệ thống Coiled Tubing, công việc xác đònh chính
xác tổn áp suất trên toàn bộ hệ thống là rất quan trọng, vì nó liên quan tới công tác điều
hành và kiểm soát các hoạt động của công việc.
Phương pháp hiệu quả nhất hiện nay để tính toán các thông số có liên quan đến tổn
thất trong hoạt động Coiled Tubing là “phương pháp phân tích điểm nut” (Nodal
Analysis). p dụng phương pháp này cho phép tính tổn that của từng bộ phận trên toàn hệ
thống, sau đó cộng tất cả các tổn thất lại, ta có tổn thất của toàn bộ hệ thống.
Để ứng dụng phương pháp này trong phân tích, ta phải dựa vào các điều kiện trong
giếng và các giả thiết rằng hệ thống các đường ống có bề mặt giống nhau.
Tất cả các bộ phận như đường ống bề mặt từ bơm cao áp đến tang cuộn ống,cuộn
Coiled Tubing trên tang quấn, đường hồi dung dòch áp suất cao đều là những phần quan
trọng trong hệ thống tuần hoàn. Nhưng trong phần này ta tập trung vào việc lựa chọn kích
thước của Coiled Tubing, vì vậy ta chỉ quan tâm đến tổn thất áp suất của dòng chảy bên
trong ống Coiled Tubing và bên ngoài vành xuyến.

Ta xét các điểm nút sau:
20
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường
Hình 2.4: Các nút phân tích trong giếng
Nút Mô tả
1 Bên trong chuỗi ống Coiled Tubing
2 BHA và vòi phun
3 Vành xuyến (giữa ống CT và ống Tubing hoặc ống
chống)
Bảng 2.1: Vò trí các nút khảo sát
2.2.2.1. Nút 1 (bên trong chuỗi ống Coiled Tubing)
Trong những năm gần đây hàng loạt các thí nghiệm đã được tiến hành xác đònh sự
tổn thât áp suất dung dòch trong hoạt động Coiled Tubing. Tuy nhiên các thí nghiệm này
chỉ tiến hành trên các ống trơn bỏ qua sự ảnh hưởng độ nhám của thành ống, vì vậy kết
quả thu được không chính xác.
21
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường
Ta phân tích tổn thất của dòng chất lỏng Newton bên trong đoạn ống thẳng có độ
nhám thành ống.
Điều kiện biên:
Tổn thất áp suất xuất hiện bên trong đường ống và phụ thuộc vào các đặc điểm của
thiết bò và các điều kiện biên. Các điều kiện biên có liên quan:
- Đặc trưng hình học của giếng ( ống chống, vành xuyến)
- Đường kính trong ống khai thác(D
b
).
- Đường kính ngoài Coiled Tubing (D
co
).
- Độ nhám bên trong thành ống (D

ci
).
- Sự thay đổi hướng dòng chảy ( )
- Các thay đổi đột ngột trên mặt cắt dòng chảy.
Các thông số thủy lực thông thường được dùng để tính toán bao gồm: cầu trúc giếng,
độ nhám, tốc độ bơm, tính chất dung dòch, số Reynold và hệ số ma sát
Các đặc trưng cơ bản của dòng chảy
Sức kháng của dòng chảy trong Coiled Tubing và ngoài Coiled Tubing chủ yếu do
độ nhớt của dung dòch hoặc ứng suất trượt trong dòng chảy rối. Ứng suất trượt trong dung
dòch là một hàm của tính lưu biến dung dòch, tốc độ dòng chảy và đặc trưng hình học của
ống khai thác và khoảng không vành xuyến
Số Renolds (N
Re
) là tỉ số giữa nội lực phân tử trên lưc ma sát nhớt và nó được dùng
để đánh giá chế độ dòng chảy. Các chế độ dòng chảy thông thường là chế độ chảy tầng,
chuyển tiếp và rối. Đối với chất lỏng Newton , các chế độ này đươc xác đònh bởi giới hạn
của số Reynold, cụ thể:
- Chảy tầng : N
Re
<2100
- Chuyển tiếp : 2100<N
Re
<4000
- Chảy rối : N
Re
> 4000
Số Reynolds đối với dòng chảy trong ống được xác đònh theo công thức sau:
22
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường

Re
* *
928*
b
d V
N
ρ
µ
=
(2.1)
Trong đó:
- d
b
: đường kính trong của ống (in)
- : khối lượng thể tích (lb/gal)
- : là độ nhớt của dung dòch (cp)
- V : vận tốc của dung dòch trong vành xuyến(ft/s)
Công thức tính số Reynolds trên áp dụng cho cả dòng chảy trong và dòng chảy
ngoài Coiled Tubing, nhưng đặc biệt cần chú ý đến sự nhạy cảm của độ nhớt và tỷ trọng
dung dòch do sự thay đổi nhiệt độ và áo suất. Do đó cần đặc biệt chú ý khi xác đònh chính
xác các giá trụ thuộc tính của dung dòch dựa trên các giới hạn áp suất và nhiệt độ trong
quá trình tiến hành công việc
Tổn thất áp suất thủy tónh
Khi tiến hành công việc, dung dòch luôn được bơm từ bề mặt xuống qua Coiled
Tubing, nhưng cũng có khi phải tuấn hoàn ngược theo yêu cầu công việc nhưng việc này
cũng rất hạn chế vì vấn đề liên quan đến tuổi thọ Coiled Tubing. Lúc này tổn thất áp suất
thủy tónh thường có dấu âm và dấu cộng với tổn thất áp suất do ma sát ta được tổng tổn
thất.
Tổn thất áp suất thủy tónh được tính bằng công thức:

0.052* * *cos
hyd
P h
ρ θ
=
(2.2)
Trong đó:
23
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường
ρ
là khối lượng thể tích dun dòch (lb/gal)
H là chiều dài đoạn CT (ft)
θ
là góc nghiêng của giếng (độ)
Tổn thất áp suất do ma sát:
Fanning đưa ra phương trình tổn thất áp suất do ma sát như sau:

2
* *
*
25.8*
F
ci
V L
P f
D
ρ
=Δ
(2.3)
Trong đó:

ρ
là khối lượng thể tích của dung dòch (lb/gal)
V là vận tốc trung bình (ft/s)
P∆
là tổn thất áp suất ở đoạn ống có chiều dài L (psi)
Hệ số ma sát f
F
được xác đònh qua số Reynold và độ nhám tương đối (
ε
/D
ci
)
Với
ε
là độ nhám tuyệt đối, được xác đònh trong bảng sau:

Hình 2.5: Giản đồ Fanning dùng xác đònh hệ số ma sát
24
Đồ án môn học ứng dụng của coiled tubing Nguyễn Mạnh Cường
Vật liệu Đô nhám tuyết đối
ε
Thép cán 0.036-0.36
Bê tông 0.012-0.12
Gang 0.01
Thép đã tôi bề mặt 0.006
Gang Asphalt 0.0048
Thép thương phẩm 0.0018
Vật liệu khác 0.00006
Bảng 2.2 Hệ số nhám tuyệt đối của 1 số vật liệu
Chú ý:

Hệ số ma sát ứng với chế độ chảy tầng của dòng chảy phụ thuôc vào số Reynolds
trong khi dòng chảy ở chế độ chảy rối phụ thuộc lớn vào độ nhám tương đối
Đối với Coiled Tubing mới có thành ống trơn nên lúc này độ nhám xem như bằng
0, nhưng sau khi sử dụng một thời gian do sự an mòn và các ảnh hưởng môi trường phá
hủy kim loại nên độ nhám sẽ khác 0. Đặc biệt đối với một số ống Coiled Tubing có mối
nồi hàn thì độ nhám sẽ rất lớn
Hệ số ma sát được tính như sau
Đối với chế độ chảy tầng :
Re
16
F
f
N
=
(2.4)
Đối với chế độ chảy rối, ta áp dụng phương trình Colebrook để xác đònh hệ số ma
sát f
cal


Re
1 0.269* 1.255
4*log
*
b
cal cal
D
f N f
 
= − +

 ÷
 ÷
 
ò
(2.5)
Phương trình trên được giải bằng phương pháp lặp
Ngoài ra ta còn có thể xác đònh hệ số ma sát theo phương trình của Blasius cho
dòng chảy ở chế độ chảy rối với điều kiện N
Re
<100000 và ống thành trơn:
25