Nghiên cứu cấu tạo,nguyên lý hoạt động,vận hành bảo dưỡng thiết bị đối áp trên giàn tam đảo 01,mỏ bạch hổ

1

1

LỜI MỞ ĐẦU
Dầu khí là một ngành công nghiệp lớn trên thế giới. Công nghiệp dầu khí Việt
Nam tuy phát triển chưa lâu nhưng đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể, đóng góp tỉ
trọng GDP cao so với các ngành khác và trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn đưa
đất nước ta tiến lên con đường công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước. Với việc
thành lập xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsopetro năm1981, chính thức đi vào khai
thác năm 1986 ở hai mỏ Bạch Hổ và Mỏ Rồng nền công nghiệp dầu khí Việt Nam
đã có bước khởi đầu khá quan trọng. Và cho tới nay sự hiện diện của các công ty
dầu khí nước ngoài như BP, BPH, Mobil, Schlumbeger, Halliburton….đưa nền
công nghiệp dầu khí Việt Nam lên tầm cao mới.
Trong công tác khoan dầu khí, thì một điều hết sức quan trọng đó là đảm bảo
sự an toàn trong khi khoan. Tránh xảy ra các hiện tượng phun trào dầu khí, gây nên
hậu quả nghiêm trọng về người và của. Và một minh chứng hết sức rõ ràng đó là sự
cố phun trào dầu ở vịnh Mexico ngày 20/4/2010 gây nên thiệt hại to lớn về người và
thảm họa môi trường nghiêm trọng. Để phòng chống và ngăn ngừa hiện tượng phun
trào dầu khí, trên các giàn khoan được trang bị thiết bị đối áp. Với tầm quan trọng
của nó, thì việc nghiên cứu vận hành và bảo dưỡng đối áp đóng một vai trò to lớn
trong đảm bảo an toàn công tác khoan. Xuất phát từ điều đó, em đã quyết định chọn
Đề tài.
Nghiên cứu cấu tạo,nguyên lý hoạt động,vận hành bảo dưỡng thiết bị đối
áp trên giàn Tam Đảo 01,mỏ Bạch Hổ
Chuyên đề.
Tính toán lựa chọn thiết bị đối áp cho giếng khoan khai thác 127-BK15
Kết cấu đồ án gồm 4 chương .
Chương 1.Tổng quan về hiên tượng phun trào
Chương 2 . Giới thiệu các thiết bị chống phun trào dầu khí
Chương 3. Tính toán lựa chọn thiết bị đối áp cho giếng 127- BK15

Chương 4 .Vận hành kiểm ,bảo dưỡng thiết bị đối áp

1


2

2

Trong quá thực hiện đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ,hướng dẫn rất nhiệt
tình của các thầy cô trong bộ môn ‘‘Thiết bị dầu khí và công trình’’cũng như các
bác,các chú trong đội khoan và sửa giếng của liên doanh dầu khí Vietsovpetro
Em cũng xin cảm ơn cô giáo Ths .NGUYỄN THỊ HẢI YẾN đã hướng dẫn
em rất tận tình trong suốt quá trình em làm đồ án
Trong quá tình làm đề tài, do mức độ hiều biết của em còn nhiều hạn chế nên
đề tài còn rất nhiều thiếu sót.Em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thấy cô
và các bạn đồng nghiệp.

.

Em xin trân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 6 năm 2014
Sinh viên
Nguyễn Chí Lâm

CHƯƠNG 1 .
2


3

3

TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG PHUN TRÀO
1.1.Tình hình khoan thăm dò-khai thác dầu khí ở Việt Nam
Cách mạng tháng Tám thành công đã đưa Việt Nam trở thành một nước độc
lập. Ngành địa chất và khai thác mỏ cũng nhanh chóng được Chính phủ Việt Nam
Dân chủ Cộng hoà tổ chức lại hoạt động. Tuy nhiên, riêng trong lĩnh vực Dầu khí,
giai đoạn từ 1945 đến 1954 chưa có nhiều nghiên cứu.Sau khi miền Bắc được hoàn
toàn giải phóng 1954, với sự giúp đỡ của các nước xã hội chủ nghĩa đặc biệt là Liên
Xô, một khối lượng to lớn các công trình khảo sát, tìm kiếm thăm dò địa chất,
khoáng sản trong đó có dầu khí đã được hoàn thành. Trong chuyến thăm Liên Xô
năm 1959, Chủ tịch Hồ Chí Minh đã bày tỏ ước muốn “Sau khi Việt Nam kháng
chiến thắng lợi, Liên Xô nói chung và Azerbaizan nói riêng phải giúp đỡ Việt Nam
xây dựng được những khu công nghiệp dầu khí mạnh như Ba Cu”.
Năm 1961, sau 2 năm khảo sát trên 11 tuyến với 25.000km lộ trình, công trình
tổng hợp báo cáo về địa chất và triển vọng dầu khí đầu tiên ở Việt Nam đã được
hoàn thành

Hình 1.1.Bác Hồ thăm khu công nghiệp dầu khí Ba cu (23/7/1959)
Ngày 27/11/1961, Đoàn Địa chất 36 trực thuộc Tổng cục Địa chất được thành
lập để thực hiện nhiệm vụ tìm kiếm, thăm dò dầu khí tại Việt Nam. Hoạt động của
đoàn địa chất 36 ngày càng lớn cho nên ngày 9/10/1969 Thủ tướng Chính phủ đã ra
3


4

4

quyết định số 203/CP thành lập Liên đoàn Địa chất 36, có nhiệm vụ xây dựng, quy
hoạch, kế hoạch nghiên cứu tìm kiếm và thăm dò dầu mỏ và khí đốt ở trong
nước.Trước đó, với tiền thân là Đoàn Địa chất 36, các hoạt động thăm dò địa chất
đã đạt được một số thành tựu đáng kể, trong đó có việc tiến hành thăm dò địa chấn
và khoan thử nghiệm tại miền Bắc. Một số nghiên cứu chuyên ngành khác về thạch
học, trầm tích, cổ sinh... cũng đã được triển khai. Quan điểm về triển vọng dầu khí ở
miền võng Hà Nội tăng dần về phía biển đã được hình thành.
Năm 1975, ngay sau ngày thống nhất hai miền Nam Bắc, ngày 3/9/1975 đã
đánh dấu một bước phát triển mới của ngành Dầu khí - Tổng cục Dầu mỏ và Khí
đốt Việt Nam được thành lập trên cơ sở Liên đoàn địa chất 36 và một bộ phận thuộc
Tổng cục Hoá chất. Một năm sau ngày thành lập, ngày 25/7/1976, ngành Dầu khí đã
phát hiện dòng khí thiên nhiên đầu tiên tại giếng khoan số 61 ở xã Đông Cơ - huyện
Tiền Hải - Thái Bình.
Trong giai đoạn từ 1977-1986, nhiều hoạt động nghiên cứu thăm dò đã được
tiến hành với các đối tác của Liên Xô và Châu Âu trong lĩnh vực dầu mỏ.
Sau 5 năm kể từ khi phát hiện khí, dòng khí công nghiệp ở mỏ khí Tiền Hải đã
được khai thác để đưa vào phục vụ cho phát điện và công nghiệp địa phương tỉnh
Thái Bình. Ngày 19/06/1981, Xí nghiệp Liên doanh Dầu khí Việt-Xô
(Vietsovpetro) được thành lập.
yNhững nghiên cứu và khảo sát tìm kiếm vào tháng 5/1984 đã cho thấy có thể
có khả năng khai thác dầu thương mại trên các cấu tạo Bạch Hổ, Rồng [2]. Ngày
6/11/1984 hạ thuỷ chân đế giàn khoan dầu khí đầu tiên của Việt Nam (MSP-1) tại
mỏ Bạch Hổ và ngày 26/6/1986 đã đi vào lịch sử khai thác dầu khí Việt Nam khi Xí
nghiệp Liên doanh Dầu khí Việt-Xô đã khai thác tấn dầu đầu tiên tại mỏ Bạch Hổ từ
giàn MSP-1 và đã có tên trong danh sách các nước khai thác và xuất khẩu dầu thô
thế giới, khẳng định một tương lai phát triển đầy hứa hẹn của cho ngành công
nghiệp dầu khí đất nước.

4

5

5

Hình 1.2. Một số mỏ dầu khí ở Việt Nam
Kể từ ngày 26/6/1986 đến hết tháng 10/2008, ngành Dầu khí đã khai thác
được trên 280 triệu tấn dầu thô và trên 45 tỷ mét khối khí, mang lại doanh thu gần
60 tỉ USD, nộp ngân sách nhà nước trên 36 tỷ USD, tạo dựng được nguồn vốn chủ
sở hữu trên 100 nghìn tỷ đồnTháng 4/1990 - Tổng cục Dầu khí Việt Nam được sáp
nhập vào bộ Công nghiệp nặng.Tháng 6/1990 - Tổng Công ty Dầu khí Việt Nam

5


6

6

(Vietnam Oil & Gas Corporation – Petrovietnam) được tổ chức lại trên cơ sở các
đơn vị cũ của tổng cục Dầu khí Việt Nam.
Tháng 5/1992 - Tổng Công ty Dầu khí Việt Nam tách khỏi Bộ Công nghiệp
nặng và trực thuộc Thủ tướng Chính phủ nước CHXHCN Việt Nam, trở thành Tổng
công ty Dầu khí quốc gia với tên giao dịch quốc tế là Petrovietnam.
Năm 1993, Luật Dầu khí được ban hành. Cũng trong năm này Petrovietnam bắt đầu
triển khai xây dựng hệ thống thu gom và vận chuyển khí đồng hành từ mỏ Bạch Hổ
vào đất liền phục vụ trước tiên cho Nhà máy Nhiệt điện Bà Rịa - Vũng Tàu và sau
này cho Phú Mỹ.
Ngày 29/5/1995, Thủ tướng Chính phủ nước CHXHCN Việt Nam quyết định
thành lập Tổng Công ty Nhà nước với tên giao dịch quốc tế là Petrovietnam.

Năm 2001 cột mốc xuất khẩu 100 triệu tấn dầu thô.
Ngày 28/11/2005 Nhà máy Lọc dầu Dung Quất - nhà máy lọc dầu đầu tiên của Việt
Nam được khởi công xây dựng với tổng vốn đầu tư là 2,5 tỉ USD.
Tháng 8/2006 - Tập đoàn Dầu khí Việt Nam được Thủ tướng Chính phủ nước
CHXHCN Việt Nam quyết định là Công ty mẹ - Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (gọi
là tập đoàn Dầu khí Việt Nam) theo Quyết định số 199/2006/QĐ-TTg ngày 29
tháng 8 năm 2006. Tên giao dịch quốc tế là VIETNAM OIL AND GAS GROUP;
gọi tắt là Petrovietnam, viết tắt là PVN.
Từ đây, ngành Dầu khí Việt Nam bắt đầu một giai đoạn phát triển mới, với một
vóc dáng mới tự hào. Phát huy những thành tích đạt được, tin tưởng mãnh liệt vào
tương lai tươi sáng dưới sự chỉ đạo sáng suốt của Đảng, Nhà nước và Chính phủ,
Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam sẵn sàng vượt qua mọi thách thức, phấn đấu
vươn lên không mệt mỏi để hoàn thành tốt nhiệm vụ mà Đảng và Nhà nước giao.
1.2.Hiện tượng phun trào
1.2.1.Định nghĩa sự phun trào dầu khi
Phun trào là hiện tượng chất lưu chảy từ vỉa vào giếng rất nhiều. Hiện tượng
phun trào có thể hoặc không thể là nguyên nhân làm cho áp suất thủy tĩnh của giếng
khoan nhỏ hơn áp suất vỉa. Nếu không cố gắng phát hiện sớm, hiện tượng phun trào

6


7

7

(đặc biệt là phun trào khí) có thể làm giảm áp suất thủy tĩnh và gây mất kiểm soát
giếng khoan.
1.2.2.Định nghĩa hiện tượng Kick
Kick được định nghĩa là dòng chất lưu không mong muốn chảy vào giếng

khoan. Hiện tượng này xảy ra khi áp suất tạo bới cột dung dịch khoan nhỏ hơn áp
suất của vỉa thấm vào.

Hình 1.3. Hiện tượng Kick
Rất nhiều loại kick diễn ra một cách ngẫu nhiên, không mong muốn. Ví dụ
như, khi chúng ta khoan vào vỉa có áp suất dị thường hoặc không giữ giếng khoan
đầy dung dịch trong khi kéo cột cần khoan. Kick có thể xảy ra vào bất kì giai đoạn
nào trong quá trình khoan .Để tránh hiện tượng kick xảy ra đòi hỏi đội khoan phải
thực sự cảnh giác và cẩn thận trong suất quá trình khoan. Thực sự là có nhiều khi
chúng ta mong muốn có dòng chất lưu chảy từ vỉa vào. Ví dụ như, khi chúng ta đưa
giếng vào khai thác hoặc test thử vỉa. Tuy nhiên, hiện tượng kick xảy ra trong quá
trình hoàn thiện giếng, sửa giếng, hoặc là quá trình khoan đe dọa nghiêm trọng tới
việc mất kiểm soát giếng khoan.

7


8

8

1.2.2.Hiện tượng Blowout
Blowout là hiện tượng chất lưu xâm nhập vào giếng và phun vào không khí
với tiếng động khủng khiếp, tạo một quang cảnh hết sức dữ dội. Hiện tượng này
thường dẫn theo nguy có cháy nổ và gây ra thiệt hại lớn về người và tài sản, gây ô
nhiễm môi trường.

Hình 1.4. Giàn khoan bốc cháy do chất lưu xâm nhập vào giếng
1.3.

Nguyên nhân gây phun trào dầu khí

1.3.1.Trọng lượng riêng dung dịch không đủ lớn
Áp suất thủy tĩnh sinh ra bởi cột chất lưu trong giếng là điều kiện cơ bản để
ngăn ngừa hiện tượng Kick, trọng lượng mùn khoan không đủ có thể dẫn đến chất
lưu xâm nhập vào giếng ở những khu vực có áp suất dị thường cao hoặc phương
pháp khoan dưới cân bằng. Sự pha loãng của mùn khoan với nước ở những bể chứa
dung dịch là nguyên nhân rất phổ biến làm cho lượng mùn khoan giảm xuống. Mùn
khoan gốc nước làm cho tốc độ khoan nhanh hơn và lượng nước thêm vào dung
dịch rất lớn.Vì vậy cần phải tính toán cụ thể lượng nước thêm vào để đảm bảo trọng
lượng đạt yêu cầu
Nếu tốc độ khoan chậm thì phải tiến hành kiểm tra trọng lượng mùn khoan
giảm xuống, trước khi trở lên quá muộn.Hầu hết các giếng đều được khoan với áp
8


9

9

suất trên cân bằng do đó sự giảm nhẹ tỷ trọng của dung dịch khoan trong một vài
trường hợp không đủ để gây ra hiện tượng Kick. Tuy nhiên, trong bất kỳ trường hợp
nào khi dung dịch bị giảm tỷ trọng, chúng ta phải tiến hành kiểm tra và điều chỉnh
ngay.
1.3.2. Sự lắng đọng của dung dịch khoan hoặc là các vật chất khác.
Sự lắng đọng không mong muốn của các chất rắn trong mùn khoan xuống
đáy lỗ khoan có thể làm giảm áp suất thủy tĩnh trong giếng khoan. Hiện tượng này
còn được gọi là ‘’ barite sag’’. Hiện tượng này không bao giờ được loại bỏ một
cách hoàn toàn vấn đề bây giờ là phải kiểm soát được hoạt động khoan cũng như tối
ưu hóa dung dịch khoan. Dạo cần khoan thường xuyên và tránh làm giảm vận tốc

dung dịch ở khoảng không vành xuyến là một biện pháp tốt.
1.3.3.Tỷ trọng xi măng.
Kick có thể xảy ra trong quá trình trám xi măng, vì quá trình này có thể làm
giảm áp suất thủy tĩnh trong lòng giếng. Phải kế đến những nhân tố sau :Tỷ trọng
của xi măng quá cao, dẫn tới hiện tượng mất dung dịch và làm giảm áp suất thủy
tĩnh. Trong quá trình trám, miếng đệm thường đươc bơm xuống đầu tiên. Nếu bơm
với áp suất không đủ, cũng có thể gây ra hiện tượng phun. Ngoài ra khi tính toán
hỗn hợp xi măng phải đặc biệt lưu tâm đến các vấn đề như: thành phần của nước tự
do, khả năng mất nước, kiểu lắng đọng,….
1.3.4.Mất hiệu ứng áp suất động
Khi chúng ta ngừng bơm để tiếp cần khoan, áp suất động ở đáy có thể giảm
xuống tới giá trị áp suất tĩnh ở đáy. Nguyên nhân của nó là do mất áp suất ma sát ở
vành xuyến. Nếu tỷ trọng dung dịch không đủ lớn có thể gây mất cân bằng áp suất.
Mất áp suất động làm cho chất lưu chảy từ vỉa vào giếng.
1.3.5.Mất tuần hoàn dung dịch
Một nguyên nhân quan trọng quan trọng của kick là mất tuần hoàn dung dịch
vào các đứt gãy và các vỉa đã cạn kiệt. Sự mất tuần hoàn dung dịch diễn ra bất ngờ
và làm giảm mực chất lỏng trong khoảng không vành xuyến.
Một vài nguyên nhân gây mất tuần hoàn dung dịch.
-Trọng lượng dung dịch tăng lên: trọng lượng dung dịch tăng đến một
giá trị mà lớn hơn làm áp suất của các vỉa yếu, sự tuần hoàn dung dịch có thể mất
đột ngột và mực chất lỏng trong giếng sẽ giảm xuống.

9


10

10

-Việc kéo thả cần: sự mất tuần hoàn dung dịch đôi khi là do chúng ta
thả bộ dụng cụ đáy và cột cần quá nhanh. Cái này còn được gọi là ‘’ surging’’. Hiện
tượng này sẽ tạo ra lực ép đẩy dung dịch từ giếng vào vỉa. Vấn đề này được giải
quyết đơn giản nếu như cột cần khoan có đính thêm phao nổi hoặc là cột cần lớn so
với lỗ khoan.

Hình 1.5. Hiện tượng surging
-Sự bó kẹt dụng cụ hoặc là sạt lở: Các nút ngăn trên khoảng không vành xuyến, gây
bởi sẹt lén sụt lở, cản trở sự tuần hoàn của dung dịch trong khoảng không vành
xuyến. Nó sẽ làm tăng áp suất phản (phản áp) lên đáy vỉa và có thể gây vỡ vỉa nếu
như chúng ta tiếp tục bơm. Các nút chặn này thường có kích thước lớn và đôi khi
chúng đóng vai trò như định tâm. Chúng ta cần loại bỏ sự kết cục và do đó loại
được sự mất tuần hoàn dung dịch kiểu này.
-Áp suất nén do ma sát tuần hoàn vành xuyến: đây là một khái niệm trừu tượng. Có
thể hiểu đơn giản là phản áp lên đáy giếng gây bởi sự ma sát trong quá trình tuần
hoàn ở khoảng không vành xuyến. Giá trị này có thể khá lớn, đặc biết là đối với các
giếng có khe hở giữa cần khoan và thành giếng khoan nhỏ. Đôi khi chúng ta phải
giảm tốc độ bơm hoặc là ngừng tuần hoàn để giảm áp suất này. Việc sử dụng các
dung dịch có tính gel hoặc độ nhớt cao là những giải pháp tương đối tốt.
1.3.6. Thành hệ có áp suất dị thường
Nếu ở một đới thấm tồn tại áp suất chất lưu lớn hơn áp suất thông thường cho khu
vực đó thì hiện tượng phun trào có thể xảy ra.Khi đó trọng lượng mùn khoan thích
hợp sẽ được tuần hoàn xuống. Việc dự đoán khu vực có áp suất dị thường được
10


11

11

thực hiện trong hai quá trình là: quá trình lập kế hoạch và quá trình khoan. Đôi khi
ở những thành hệ có độ thấm thấp thì áp suất dị thường cũng có thể xuất hiện, ví dụ:
khi khoan qua tầng đá phiến sét phải thận trọng hơn.
Dấu hiệu của áp suất dị thường có thể phát hiện khi thành hệ bị sụp lở, bó hẹp
thành giếng khoan, dung dịch trong giếng cao hơn mức bình thường. Những tác
động trên nếu được kiểm soát thì giếng sẽ được hoàn thiện một cách nhanh chóng
để cách ly tầng có áp suất cao vớigiếng, nhằm ngăn ngừa hiện tượng phun trào.
1.3.7. Hiệu ứng piston khi kéo cần
Khi chuỗi cần khoan được kéo ra khỏi giếng trong quá trình tiếp cần thì mùn
khoan di chuyển xuống phía dưới để làm đầy khoảng không gian khi choòng khoan
di chuyển lên, khi đó mùn khoan cần năng lượng để di chuyển.Điều này chứng tỏ
rằng áp suất trong giếng giảm xuống.

Hình 1.6. Hiệu ứng piston khi kéo cần.
Khi áp suất giảm xuống có liên quan đến năng lượng yêu cầu để di chuyển
mùn khoan vào khoảng không gian khi chòong di chuyển lên.Sau đây là các yếu tố
cơ bản tác động đến hiệu ứng piston.
Tốc độ kéo cần: cần nhiều năng lượng để cho mùn khoan di chuyển nhanh
hơn cho nên chuỗi cần khoan cũng di chuyển nhanh hơn, dẫn đến áp suất giảm
nhanh.
11


12

12

Giếng có đường kính nhỏ hoặc giếng thân nhỏ năng lượng dùng để di chuyển
mùn khoan qua một tiết diện nhỏ hơn là lớn hơn. Do khoảng không vành xuyến nhỏ
nên áp suất thủy tĩnh giảm xuống nhiều hơn.Độ nhớt mùn khoan cao, dẫn đến mất

nhiều năng lượng để di chuyển.
Tại mọi thời điểm khi chuỗi cần khoan di chuyển sẽ kéo theo sự thay đổi về
áp suất, tuy nhiên giá trị này nhỏ và được cho phép. Phải quan tâm khi áp suất vượt
quá giới hạn. Hiệu ứng piston có thể hạn chế được nếu thao tác theo các bước sau:
-Tuần hoàn giếng sạch trước khi kéo cần.
-Lưu ý về áp suất và những vị trí gây kẹt cần từ quá trình tiếp cần
trước.
-Tốc độ kéo cần hợp lý.
Hiện tượng Kick do hiệu ứng piston gây ra rất nguy hiểm, nếu khí xâm nhập vào
giếng nó sẽ di chuyển rất nhanh lên phía trên đồng thời giãn nở ra, lúc đầu sự giãn
nở của khí là rất chậm và không nhận biết được trừ khi dòng chảy của khí là quá lớn
hoặc sự xâm nhập của khí gần bề mặt.

Hình 1.7: Hiệu ứng piston có khí xâm nhập vào giếng.
Hiệu ứng piston xảy ra lớn nhất khi ta kéo cần đi qua đới chứa nước ngọt
trong giếng, điều này xảy ra do lớp mùn khoan bám ở thành giếng ngay đới này
tương đối mềm và mỏng.
Để hiệu ứng piston không xảy ra thì trước khi kéo cần ta cần quan tâm đến
chòong khoan và thiết bị ổn định, khi kéo cần thì ta kéo thả một hành trình ngắn
(short trip). Cách tốt nhất là tuần hoàn dung dịch cho đến khi giếng tương đối sạch
và cân bằng áp suất thủy tĩnh với áp suất thành hệ.
1.3.8. Không điền đầy dung dịch khoan vào giếng khi kéo cần
12


13

13

Kick và phun trào xảy ra trong quá trình kéo cần nếu như giếng khoan không

được điền đầy dung dịch. Khi chúng ta kéo cần khoan và cần nặng ra khỏi giếng
khoan, việc điền đầy dung dịch vào sẽ ngăn chặn sự sụt giảm mực chất lỏng trong
lòng giếng nhằm duy trì áp suất thủy tĩnh thì chúng ta cần bơm một thể tích dung
dịch khoan bằng với thể tích của khối cần vừa được kéo lên.

Hình 1.8. Lỗ khoan cần đổ đầy dung dịch
1.3.9.Các nguyên nhân phụ khác.
1.3.9.1.Quá trình thử vỉa.( DST)
Thử vỉa để xác định tiềm năng của vỉa và lấy được mẫu thử từ vỉa cũng như
đo được nhiệt độ và áp suất vỉa. Qúa trình thử được thực hiện bằng các dụng cụ thử
đáng tin cậy. Dụng cụ thử được thả ngay phía trên vỉa. Paker được đóng lại để làm
kín khoảng không vành xuyến, dụng cụ thử được mở ra và dòng chất lưu chảy từ
vỉa vào. Sau đó, dụng cụ này đóng lại, paker mở ra. Kéo cần lên và chúng ta thu
được mẫu thử.
Trong quá trình thử, ở phía dưới của paker hoặc phần thấp nhất của cần khoan
được lấp đầy bởi chất lưu vỉa. Giai đoạn cuối cùng của thử vỉa người ta phải tháo
chất lưu vỉa ra ngoài để đảm bảo giếng ở trạng thái an toàn.
1.3.9.2.Khoan ngay vào giếng gần cạnh.
Đây là một vấn đề tiềm ẩn, đặc biệt là đối với các giàn trên biển, nơi có nhiều
giếng khoan định hướng được khoan ngay tại cùng một giàn.
13


14

14

Nếu hiện tượng này xảy ra, chất lưu từ những giếng đã cạn kiệt có thể xâm
nhập vào giếng đang khoan gây ra hiện tượng Kick. Nếu xảy ra ở những giếng
nông, thì nó đặc biệt nguy hiểm, và có thể gây ra trình trạng mất kiểm soát giếng.

1.3.9.3.Sự kẹt cần do chênh áp
Khi sự chênh lệch áp suất là quá lớn. Cần khoan, đặc biệt là cần nặng, thường
bị ép vào thành lỗ khoan. Nó làm tăng thêm hiện tượng bánh lọc (fiter cake),làm
mất sự cân bằng giữa áp suất vỉa và áp suất lỗ khoan.

Hình

1.9.

Cần

khoan bị ép vào
Nếu cần

thành lỗ khoan
khoan không được

kéo lên hoặc là

quay dạo, thì hóa

chất có thể được

bơm vào để giải

quyết trình trạng

này.

biện pháp khác

đôi khi cũng được

sử dụng, đó là

giảm tỷ trọng dung

dịch để tránh hiện

tượng

dịch và tạo ra sự

cân bằng áp suất.

Khi

phương pháp này

sử

dụng

Nhưng

mất

một

dung

đòi hỏi phải thực sự cẩn thận để tránh tạo ra trạng thái dưới cân bằng, gây nên hiện
tượng kick và làm mất kiểm soát giếng.
1.3.9.4.Tốc độ khoan tăng khi qua vùng đá vôi, khí, cát.
Khi khoan qua vỉa có đệm khí, trọng lượng dung dịch sẽ giảm do khí sẽ xâm
nhập vào các lỗ rỗng trên bề mặt mùn khoan. Khả năng phun trào sẽ phụ thuộc vào
tốc độ thấm và độ rỗng của vỉa và không phụ thuộc vào trọng lượng dung
dịch.Trong trường hợp khi các mùn khoan nhiễm khí vẫn không đủ gây nên hiện
tượng mất cân bằng áp suất. Việc tách khí này rất cần thiết, vì nó đảm bảo hệ dung
dịch khoan ở trạng thái tốt nhất khi được bơm trở lại lỗ khoan. Đồng thời cũng giảm
được tỷ lệ khí tăng lên trong dung dịch sau mỗi lần tuần hoàn. Lúc đó sự giảm áp
suất thủy tĩnh ở đáy là rất lớn và có thể gây nên trình trạng Kick.
14


15

15

1.3.9.5.Sự cố của thiết bị
Khi hiện tượng phun trào xảy ra thì các thiết bị có vai trò rất quan
trọng.Những thiết bị được thiết kế để đóng giếng và giúp giếng khoan hoạt động ổn
định hơn.Khi vận chuyển, những thiết bị trên giàn khó tránh khỏi sự hư hỏng.Khi
làm việc trong thời gian dài, các thiết bị cũng có thể bị hỏng hóc. Do đó, việc cần
thiết là phải kiểm tra và bảo dưỡng định kì tất cả các thiết bị dùng trong hoạt động
kiểm soát giếng nói riêng và toàn bộ thiết bị trên giàn nói chung. Những thiết bị
kiểm soát giếng khoan gồm có: các van tiết lưu, cụm thiết bị chống phun(BOP), các
van điều khiển, bình tách mùn-khí, các đường ống…vv.
1.3.9.12. Lỗi của con người
Đối với những người thợ khoan làm việc trên giàn không được đào tạo kỹ

lưỡng về công tác kiểm soát giếng, chưa tuân thủ đúng quy trình đóng giếng và dập
giếng thì rất dễ xảy ra sự có phun trào.Có hai nguyên nhân cơ bản dẫn đến sai lầm
của con người:
-Thứ nhất là, trong nhiều trường hợp không có thành lập bảng quy trình công việc
tại chỗ. Không có quy trình công việc cụ thể tại nơi làm việc để ghi nhớ và thực
hiện theo, nên rất khó khăn để biết những hành động nào là hợp lý để xử lý với từng
tình huống cụ thể.
-Thứ hai là, các thợ khoan làm việc trên giàn, không lắm vững kiến thức về nguyên
tắc khống chế giếng và chưa hoàn thành công việc được giao.
1.4.Hậu quả
Trên thế giới, việc phun trào dầu khí của các giếng khoan trên đất liền và trên
biển đều có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng. Đa số các trường hợp, giàn khoan bị
cháy nổ, gây thiệt hại về người và của.Tràn dầu gây ảnh hưởng đến môi trường
biển.
Ngày 20/4/2010 giàn khoan dầu Deepwater Horizon do hãng dầu Bristish
Petroleum (BP) thuê của công ty Transocean đang khoan dầu trong Vịnh Mexixo
ngoài khơi bang Louisana thuộc hải phận Hoa Kỳ bỗng bốc cháy làm thiệt mạng 11
công nhân trong số 126 người làm việc tại giàn khoan. Sau khi cháy giàn khoan sụp
đổ và chìm dưới đáy biển sâu 1,600 mét, cách bờ biển bang Louisana 65 km. Trong

15


16

16

trường hợp này, do áp suất phun trào quá cao và hệ thống chống phun không hoạt
động (được cho là bị rò rỉ khí metan).

Hình 1.10. Giàn khoan deepwater horizon bốc cháy.
1.5.Biện pháp chống dầu khí phun
Khi khoan, cần cố gắng giữ chất lưu trong thành hệ đã khoan qua.Dung dịch tuần
hoàn trong giếng sẽ đảm nhận tốt vai trò này.Như vậy, yếu tố đầu tiên khống chế giếng
khoan là cột dung dịch khoan phải có tỷ trọng thích hợp.Thiết bị đối áp là phương tiện
bảo vệ thứ hai. Nhờ có thiết bị đối áp mà cho phép tiến hành một cách liên tục công tác
khoan hay sửa chữa giếng, để đạt được tiến độ thi công cao nhất, đồng thời nó cũng
bảo đảm an toàn cho người và thiết bị trên giàn.

16


17

17

CHƯƠNG 2. THIẾT BỊ KIỂM SOÁT GIẾNG KHOAN
2.1.Giới thiệu chung về thiết bị chống phun
2.1.1.Công dụng
Thiết bị chống phun là tổ hợp thiết bị bảo đảm an toàn phun khi thi công các
giếng khoan bằng cách bịt kín miệng giếng khoan và điều khiển áp suất dư trong
quá trình xử lý dầu, khí, nước phun.
2.1.2. Thiết bị chống phun có các chức năng, nhiệm vụ
-Bịt kín miệng giếng khi có cần đã thả vào trong giếng hay không có cần.
-Tạo được đối áp lên vỉa.
-Có khả năng tạo dòng tuần hoàn của dung dịch khoan và thay thế dung dịch
bị nhiễm nhiều khí.
-Nối được với máy bơm khoan và máy bơm trám xi măng.
-Dạo bộ khoan cụ khi giếng có áp suất dư.
-Đặt trên miệng giếng các thiết bị bịt kín khác.

-Thử nghiệm giếng trong quá trình thi công giếng khoan.
-Ép thử giếng khoan.
-Kiểm tra áp suất dư trong giếng khoan.

17


18

18

Hình 2.1. Vị trí của đối áp trong hệ thống giếng khoan.
2.1.3. Thành phần thiết bị chống phun
-Bộ van đối áp và hệ thống thủy lực điều khiển van đối áp.
-Chạc tư ( chạc ba).
-Các van chính điều khiển bằng thủy lực( trên đường điều tiết dập giếng).
-Đường ống cao áp.
-Cụm van điều tiết, dập giếng.
-Các cuộn chỉ liên kết bộ đối áp.
-Van cầu.
-Van ngược.
-Đầu ống chống.
2.1.4. Phân loại đối áp
-Đối áp có thể được phân loại theo những tiêu chí sau.
-Theo hãng sản xuất: Camaron, Shaffer, Rumania…
-Áp suất làm việc: từ 1000 psi đến 20000 psi.
-Theo kích thước đường kính lỗ cho phép cần khoan đi qua.
-Theo nguyên lý làm việc: Đối áp ngàm và đối áp vạn năng.
-Vị trí lắp đặt: đối áp trên bề mặt và đối áp lắp ngầm dưới biển
2.2. Một số loại van chính

2.2.1. Van Gray

18


19

19

Là một van kiểm tra với một nắp hình côn nhằm giảm ảnh hưởng của mùn
khoan tại vị trí van, đảm bảo đóng một cách chính xác bất kỳ khi nào được yêu cầu.
Nó được lắp trong cột cần khoan để bảo vệ máy bơm, đầu quay, ống mềm khỏi hiện
tượng kick.

Hình 2.2. Van gray
Nó cũng được sử dụng cùng với máy bơm áp lực cao để ngăn chặn dòng chất
lưu áp suất cao chảy ngược lên bề mặt.
2.2.2. Van an toàn trên cần chủ đạo (trên và dưới)
Van này là một loại van cầu, dùng để đóng giếng khoan, ngăn chặn hiện
tượng phun trào. Chúng được lắp phía trên và phía dưới cần chủ đạo để đóng lỗ
khoan khỏi dung dịch chảy ngược và chảy xuống trong quá trong tiếp cần. Nó có
thể bảo vệ với áp suất lên tới 15000 psi.
Van bịt cần vuông ( Phía trên)

19


20

20

Van bịt cần vuông ( Phía dưới)
Hình 2.3. Van trên cần chủ đạo
2.2.3. Van nổi. (Float valves )

Hình 2.4. Van nổi
Van nổi thường được lắp đặt trực tiếp ngay trên choong khoan. Nó chỉ cho
phép dung dịch tuần hoàn từ trên xuống dưới bên trong cột cần và đóng ngay tức
thời khi máy bơm ngừng hoạt động, tránh hiện tượng tuần hoàn ngược. Chức năng
chính của chúng là kiểm soát dòng ở đáy cột cần khi tiếp cần.
Có hai loại van nổi chính.

20


21

21

Hình 2.5. Hai loại van nổi
2.2.4. Van an toàn sâu.

Hình 2.6. Van an toàn sâu
Nó được thả từ trên bề mặt xuống bằng dây cáp. Chức năng của nó là kiểm
soát áp suất cột cần. Ngoài ra nó còn ngăn chặn dòng dung dịch chảy ngược vào cột
cần, nhưng cũng cho phép dung dịch chảy từ bên trong cột cần ra ngoài khoảng
không vành xuyến để tuần hoàn giếng khoan. Khi cần kiểm soát áp suất, van an
toàn được bơm xuống trong cột cần khoan đến vị trí đã xác dịnh trước và nó được
lắp đặt tự động trong ngàm nối. Van có thể làm kín với áp suất lên tơi 10000 psi và

21


22

22

điều khiển hoàn toàn dễ dàng. Nó sẽ được tháo ra khi chúng ta nâng cột cần lên
hoặc bằng dây cáp.
2.2.5. Van chống phun khi tiếp cần. (Full open safety valves )
Đây là một loại van an toàn khác. Trong quá trình tiếp cần nếu xảy ra kick thì
nó phải được lắp đặt ngay lập tức. Nó được đặt tại một nơi thuận lợi ngay trên sàn
khoan. Ngoài ra nó còn phải đủ nhẹ để đội khoan có thể nâng được (thông qua tai
nâng). Nó thường được đóng bằng một tai vặn.

Hình 2.7. Van chống phun
2.3.Thiết bị kiểm tra và kiểm soát dung dịch
2.3.1.Cảm biến dòng( Flow sensor )
Trong việc phát hiện kick, quan sát các dấu hiệu từ dòng dung dịch tuần hoàn
là một điều quan trọng. Thiết bị này đơn giản là một cái cánh được đặt trong dòng
chảy. Tín hiệu được gửi tới bàn điều khiển của thợ khoan. Trong đa số các trường
hợp, sự thay đổi nhẹ các thông số đã mặc định đều là những dấu hiệu nguy hiểm
tiềm tàng. Do vậy cần phải phát hiện sự thay đổi này. Khi có kick xảy ra, một vài
thứ đã xâm nhập vào giếng và do đó có thể làm thay đổi dòng chảy. Cảm biến này
thường hay bị tắc nghẽn, do đó nó cần được kiểm tra thường xuyên.

22


23

23

Hình 2.8.Cảm biến dòng chảy.
2.3.2. Thùng dự trữ ( Trip tank )
Đây là một thùng nhỏ, cho phép tính toán chính xác lượng chất lỏng bơm vào
giếng. Nó là cách tốt nhất để tính toán lượng chất lỏng cần bơm vào giếng để làm
đầy lỗ khoan trong trường hợp chúng ta kéo cần . Mỗi lần kéo cần ra khỏi lỗ khoan,
mực chất lưu trong giếng sẽ giảm xuống do thay thế thể tích cần khoan. Việc tính
toán thể tích cần bơm vào lỗ khoan là cần thiết để đảm bảo là hiện tượng kick
không xảy ra.

Hình 2.9. Thùng dữ trữ.
Có nhiều loại thùng dự trữ, loại đơn giản nhất là loại gravity-fed. Nó gồm có
một thùng nhỏ đặt trên giàn, có đánh dấu mực chất lỏng trên thành bình, một van
xả. Thông thường van được mở, sau đó đóng lại khi lỗ khoan được điền đầy, tổng
thể tích được ghi lại vào báo cáo và so sánh với lượng tính toán theo lý thuyết.
2.3.4. Bộ cộng thể tich mùn ( pit volume totalizer ).

23


24

24

Bộ cộng thể tích ( PVT )dùng để tính toán lượng mùn trong thùng chứa. Nó
ghi lại và tính toán thể tích mùn cũng như thể tích dung dịch khoan làm việc trên bề
mặt.Thiết bị chỉ báo thể tích mực mùn là một trong những thiết bị cơ bản trong
kiểm soát giếng khoan. Khi một giếng kick, chất lưu bị đẩy ra khỏi lỗ khoan. Mực

mùn tăng lên sẽ được PVT ghi lại. Do đó sự tăng lên của mực mùn là một tín hiệu
cảnh báo hiện tượng Kick. Đa số các loại thiết bị này đều hoạt động hết sức đơn
giản. Ngày nay, PVT có một cảm biến dạng phao nổi hoặc là điện để đo chiều cao
mực mùn trong thùng chứa.Ngoài ra nó cũng có một hệ thống chuông để báo động
khi có sự thay đổi mực mùn trong thùng chứa.

Hình 2.10. Hệ thống bộ công thể tích
Ngoài ra còn có nhiều thiết bị phụ trợ khác như : Đồng hồ đo áp suất, thiết bị
tính thể tích dung dịch khoan, cảm biến phát hiện khí, thiết bị tách khí phụ,…….
2.3.5. Bình tách khí khỏi dung dịch khoan
Bình tách khí dùng để tách khí ra khỏi mùn khoan nhằm giảm hàm lượng khí
trong dung dịch khoan ở vòng tuần hoàn tiếp theo. Nếu hàm lượng khí trong mùn
khoan tăng lên nhiều, làm giảm tỷ trọng dung dịch và do đó có thể làm giảm sự
chênh áp giữa áp suất cột chất lỏng và áp suất vỉa. Tạo ra trạng trái gần cân bằng và
tăng nguy cơ xảy ra kick.
Bình tách khí loại này thường có đầu vào là dạng tiếp tuyến nhằm mục đích
gây ra hiệu ứng ly tâm để tách sơ bộ khí ra khỏi mùn khoan.

24


25

25

Hình 2.11. Bình tách khí
2.3.6. Đối áp
Đối áp là thiết bị dùng để đóng giếng khoan khi xảy ra trình trạng mất kiểm
soát. Thiết bị đối áp có những chức năng sau:
-Đóng kín khoảng không vành xuyến giữa cần khoan và ống chống,

treo bộ cần khoan hoặc cắt nếu cần.
-Kiểm soát chất lưu trong giếng
-Nâng thả cần khoan trong khi khoan
-Bơm tuần hoàn vào giếng và tuần hoàn chất lưu kick ra ngoài.
Đối áp thường điều khiển bằng hệ thống thủy lực. Nó có thể được lắp trên giàn
khoan hoặc ở dưới đáy biển.

25