Thiết kế thi công giếng khoan thăm dò Dầu khí 09209KTN5X mỏ Kình Ngư Trắng Nam

MỤC LỤC
KẾT
LUẬN.........................................................................................................131
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................132

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay nước ta, công tác thăm dò và khai thác dầu khí đang phát triển
nhanh chóng và trở thành mũi nhọn trong nền kinh tế quốc dân, đóng góp một
khoản không nhỏ vào ngân sách nhà nước.
Để khai thác dầu và khí tự nhiên trong lòng đất thì giai đoạn xây dựng
giếng khoan giữ một vai trò hết sức quan trọng,việc thành công hay thất bại đều
phụ thuộc vào công nghệ và kỹ thuật của công đoạn này.Một trong những công
đoạn đầu tiên là quy trình thiết kế thi công giếng khoan.Chất lượng của các tài
liệu thiết kế và dự toán không những ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng các giai
đoạn xây dựng giếng khoan, còn ảnh hưởng đến chất lượng kinh tế của chính quy
trình thực hiện và ảnh hưởng không ít đến tuổi thọ của bản thân công trình đó.
Sau thời gian thực tập sản xuất tại xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro
và Công ty thăm dò và khai thác Dầu khí trong nước (PVEP POC).Em đã chọn
đề tài tốt nghiệp “Thiết kế thi công giếng khoan thăm dò Dầu khí 09-2/09-KTN5X mỏ Kình Ngư Trắng Nam”
1


Với kiến thức chuyên môn còn nhiều hạn chế cũng như thời gian tiếp xúc
với công tác ngoài thực địa không nhiều nên bản đồ án này chắc chắn còn nhiều
thiếu sót,rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô.
Em xin bày tỏ lòng cảm ơn đến các thầy giáo trong bộ môn Khoan - Khai
thác và đặc biệt là thầy giáo GVC. Tống Trần Anh đã tận tình giúp đỡ em hoàn
thành đồ án này!
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày

tháng

năm 2016

Sinh viên thực hiện
Vũ Kim Tân

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MỎ KÌNH NGƯ TRẮNG NAM VÀ
GIẾNG 09-2/09-KTN-5X
1.1 Vị trí địa lý và điều kiện khí hậu
1.1.1 Vị trí địa lý
Mỏ Kình Ngư Trắng Nam thuộc lô 09-2/09 thuộc bể Cửu Long ngoài khơi
Việt Nam, Giếng nằm ở khu vực có nước biển nông (khoảng 65m), cách Vũng
Tàu 140 km về phía Đông Nam, cách mỏ Rạng Đông (Lô 15.2) khoảng 14km về
phía Bắc, cách mỏ Bạch Hồ (Lô 09.1) khoảng 50 km về phía Đông. Lô 09-2/09
có diện tích khoảng 992 km2, với độ sâu 50 – 70 m nước.
Vị trí địa lý:

UTM:

Vĩ độ

9° 51’ 42,4124” N

Kinh độ

108° 23’37,101” E

X

872290,11 mE

Y

109015,30 mN

2


Hình 1.1 Vị trí địa lý mỏ Kình Ngư Trắng Nam
1.1.2 Điều kiện khí hậu
Khí hậu của vùng mỏ Kình Ngư Trắng Nam là khí hậu nhiệt đới gió mùa
với 2 rõ tệt là mùa mưa và mùa khô.
Mùa khô bắt đầu từ tháng 11 đến tháng 3 , thời gian này chủ yếu có gió
mùa Đông Bắc. Gió thổi mạnh nhất là vào khoảng tháng 12 và tháng 1. Ở thời
gian này sóng biển rất lớn có thể cao tới 8m. Lượng mưa vào mùa này rất ít (0,7
mm). Độ ẩm của không khí thấp nhất là 65%. Nhiệt độ không khí ban ngày 2427°C và ban đêm vào khoảng 22-24°C.
Trong thời gian chuyển mùa từ tháng 4-5 , hướng gió chủ yếu theo hướng
Tây Nam thổi từ vùng xích đạo. Gió này làm tăng độ ẩm không khí, tuy nhiên
mưa vẫn ít và không đều. Nhiệt độ trung bình từ 25-30°C.
Mùa mưa bắt đầu từ tháng 6 và đến hết tháng 9. Vào mùa này chủ yếu có
gió Tây Nam , nhiệt độ trung bình từ 25- 32°C. Nhiệt độ ban ngày và đêm chênh
lệch nhau khá lớn. Độ ẩm trung bình từ 87-89%. Thời gian này mưa thường
xuyên hơn và có kèm theo những cơn giông.
Vào tháng 10, trong thời gian chuyển mùa lần thứ 2 này, gió Tây Nam yếu
dần thay bằng gió Đông Bắc, đến cuối tháng hầu như hết mưa.

3

1.2 Sơ lược về đặc điểm địa chất vùng mỏ
1.2.1 Trầm tích Neogene và Đệ tứ
Nhìn chung, địa tầng và môi trường lắng đọng của mỏ Kình Ngư Trắng
tương tự với hệ thống địa tầng khu vực bể Cửu Long. Tuy nhiên, tập C (hệ tầng
Trà Tân thượng) không có trong địa tầng do bất chỉnh hợp và tập E bị xói mòn ở
khu vực Kình Ngư.
∗ Pliocen – Đệ tứ (Hệ tầng Biển Đông, tập A)
Tập A gồm chủ yếu là cát kết bở rời dày xen kẹp với những lớp sét kết
mỏng và bột kết thứ yếu, những vệt đá vôi và dolomite thứ yếu. Những khoáng
vật này có kích thước hạt từ tốt đến thô, độ chọn lọc từ nghèo tới trung bình.
Chúng được giải thích là đã được lắng đọng trong vùng biển nông tới môi trường
gần bờ.
∗ Miocen thượng ( Hệ tầng Đồng Nai, tập BIII )
Tập BIII nằm phủ bất chỉnh hợp với tập BII và gồm chủ yếu là cát kết hạt
mịn tới thô nằm xen kẹp với sét kết và bột kết thứ yếu, với một số dải đá vôi, đá
than ở phần trên. Chiều dày hiệu dụng của tập BIII khoảng 800m.
∗ Miocen trung (Hệ tầng Côn Sơn, tập BII )
Tập BII nằm phủ bất chỉnh hợp với tập BI và bao gồm chủ yếu cát kết hạt
mịn tới thô xen kẹp với sét kết và bột kết thứ yếu, với một vài dải đá vôi ở phần
trên. Tập BII được chia thành tập BII.1 và BII.2.
Cát kết: có màu xám sáng đến xám trung bình, đôi khi có màu xám xanh,
trắng mờ. Kích thước hạt từ mịn tới trung bình, trong tập BII.2 kích thước hạt thô
hơn (trung bình – thô), độ chọn lọc tốt. Không có thạch anh, hợp nhất với Matrix
có nguồn gốc sét.
Sét kết: có màu xám trung bình, xám xanh lá cây tới xám xanh dương và
màu xám oliu. Khối ô vuông, thi thoảng thấy dạng khối bán ô vuông. Độ cứng từ
rất cứng đến trung bình. Không có cacbon.
Chiều dày hiệu dụng của tập BII là từ 350 370m.
Cả tập BII.1 và BII.2 đều có biểu hiện hydrocacbon.
∗ Miocen hạ ( Hệ tầng Bạch Hổ, tập BI )

Cụ thể, tập này được phân chia thành hệ tầng Bạch Hổ hạ - (BI.1) và hệ
tầng Bạch Hổ thượng - (BI.2).
Hệ tầng Bạch Hổ hạ - (BI.1) gồm chủ yếu là những tập cát kết xen kẹp với
sét kết, bột kết. Cát kết: có màu xám sáng đến xám trung bình, màu xám xanh, thi
thoảng là màu xám tối, trắng mờ, trong suốt tới mờ. Kích thước hạt từ mịn tới
4


trung bình, đôi khi hạt thô tới rất thô. Độ mài tròn từ gần sắc cạnh đến gần tròn,
độ chọn lọc trung bình. Thường mất thạch anh, hợp nhất với matrix có sét.
Khoáng vật dạng dải mica, dải Pyrit, dạng dải với phổ biến khoáng vật cacbon.
Sét kết: có màu xám trung bình, màu xám xanh lá cây tới xám xanh da trời và
màu xám oliu. Khối ô vuông, đôi khi gần có dạng khối vuông. Độ cứng từ tốt tới
trung bình. Không có cacbon. Có bột và cát.
Miocen hạ là đối tượng quan tâm thứ hai của giếng KNT-5X với những
biểu hiện về dầu tốt và trung bình 8001000 BOPD từ kết quả thử vỉa DST#2 của
giếng KNT-1X.
Hệ tầng Bạch Hổ thượng - (BI.2) bao gồm cát kết xen kẽ với sét ở hầu hết
phần trên của tập, chứa sét dày – một tầng chắn cực tốt. Sét này có xu hướng trở
nên có cát theo hướng ra vùng ranh giới bể điều này quyết định đến chất lượng
chắn của bể.
Tập BI được phân bố rộng rãi trên toàn bể Cửu Long và đặc trưng cho sự
kết thúc hiện tượng biển tiến. Tập này cũng đặc trưng cho quá trình trầm tích kéo
dài từ kết thúc tiền rift tới post-rift sớm. Chiều dày hiệu dụng của tập BI khoảng
170m ở KNT-1X. Biểu hiện dầu tốt.
1.2.2 Các trầm tích Paleogene
∗ Oligocen thượng (Hệ tầng Trà Tân thượng, tập D )
Tập D được phát hiện ở tất cả giếng và được phân bố rộng rãi trong kênh
Amethyst với chiều dày 60-180m và bao gồm chủ yếu là đá phiến sét và sét chứa
Cacbon xen kẹp với cát kết thứ yếu và bột kết dạng dài.

Đá phiến sét Cacbon: chủ yếu có màu xám tối đến xám đen, thi thoảng có
màu nâu đen, khối ô vuông, gần phẳng, dễ tách, độ cứng từ trung bình tới cứng,
không chứa đá vôi.
Cát kết: có màu xám sáng đến trung bình, đôi khi có màu xám tối, trắng
đục, trong suốt đến mờ. Kích thước hạt rất mịn đến mịn, thi thoảng có hạt kích
thước trung bình. Độ mài tròn gần sắc cạnh đến gần tròn, độ chọn lọc trung bình
tới tốt. Thạch anh thường bị mất, hoặc được hợp nhất với đá matrix có nguồn gốc
từ sét. Dải mica, dải pirit, dải khoáng vật cacbon.
Tập này được xem như nguồn cung cấp chính và tầng chắn trong bể Cửu
Long và được đặc trưng bởi những kết quả địa chấn liên tiếp.
Tập D bị xói mòn 1 phần và bị bao phủ bởi tập BI.1

5


1.2.3 Đá móng trước Trias
Toàn bộ giếng khoan ở kênh Amethyst khoan vào đá móng tuổi trước
Trias, hầu hết chúng cho kết quả thử vỉa DST là tốt (những giếng Thăng LongĐông Đô). Những thăm dò trong đá móng của Đông đô, Thăng long gồm granit
và granodiorit có tuổi Creta muộn.
Những đá granit này bị biến dạng và bị dập vỡ, với phần trên bị phong hóa
và hang hốc. Tổng thể, những đá granit này mịn, màu xám sáng đến trung bình,
màu trắng đục, có những chấm đen, cứng, trong suốt đến mờ đục, đường cắt
thường thô tới rất thô, thi thoảng đường cắt có kích thước trung binh, hình dạng
đường cắt rất góc cạnh, cấu trúc phaneritic, tinh thể thô tới rất thô, thường gồm
những hạt felspat và thạch anh đan xen, Biotit thường bị xen kẹp bên trong hạt
felspat/ thạch anh, mạch canxit: mịn, trong suốt, tốt, đôi khi có tinh thể kích
thước trung bình, hình thoi, Kaolinit phổ biến là có màu trắng, trắng mờ, độ cứng
từ chắc chắn đến trung bình, khối vuông, hiếm khi có những khoáng vật mafic
màu xanh tối.
Felspat thạch anh mịn, trong suốt đến mờ đục, đôi khi có màu xám phót

hồng (Orthocla), tinh thể thô tới rất thô, thường là những hạt tinh thể không tự
hình, đôi khi Felspat kiến trúc á tự hình, thông thường thị Felspat bị biến đổi
thành Kaolinit, đôi khi bị biến đổi thành Chlorit.
Biotit (10-35%): có màu biến đổi từ nâu đen tối tới nâu đen, tinh thể trung
bình tới rất thô, kiến trúc dạng “cuốn sách”, sáng bóng, dạng kênh bị biến đổi
thành Chlorit, 10% Muscovit. Đối tượng đá granit nứt nẻ là đối tượng quan tâm
của giếng khoan 09-2/09-KTN–5X với những biểu hiện dầu khí tốt và trung bình
2000BOPD từ kết quả thử vỉa DST của giếng khoan 09-2/09-KTN–5X.

6


1.3 Cột địa tầng của giếng 09-2/09-KTN–5X

Hình 1.2 Cột địa tầng giếng 09-2/09-KTN–5X
1.3.1 Ranh giới địa tầng
Bảng 1.1 Ranh giới địa tầng
Chiều sâu
95 - 750
750 – 1180
1180 – 2009
2009 - 2320
2320 - 3036
3036 trờ xuống

Hệ thống
Neogene
Paleogene
Tầng móng

7

Trầm tích
Pliocene – Đệ Tứ
Miocene Thượng
Miocene Trung
Miocene Hạ
Oligocene
Đá móng trước Trias


1.3.2 Áp suất và nhiệt độ đáy
1.3.2.1 Áp suất
∗ Áp suất vỉa
Áp suất vỉa của giếng 09-2/09-KTN–5X được trình bày trong bảng 1.2
Bảng 1.2 Gradient áp suất vỉa giếng 09-2/09-KTN–5X
Chiều sâu

Gradient áp suất vỉa

(m)
95 2009
2009 2320
2320 3036
3036 3573

(at)
1,0
1,08 1,12
1,12 1,2

1,65 1,7

∗ Áp suất vỡ vỉa
Áp suất vỡ vỉa của giếng 09-2/09-KTN–5X được trình bày trong bảng 1.3
Bảng 1.3 Gradient áp suất vỡ vỉa giếng 09-2/09-KTN–5X
Chiều sâu
(m)
95 500
500 1857
1857 2320
2320 3036
3036 3573

Gradient áp suất vỡ vỉa
(at)
1,3
1,55 1,6
1,6 1,65
1,87 1,92
1,92 1,95

1.3.2.2 Nhiệt độ đáy
Gradient nhiệt độ của vỉa từ 2,65 đến 2,80C/100m
Nhiệt độ đáy giếng dự đoán vào khoảng từ 110 đến 120 .
1.3.2.3 Độ cứng và hệ số mở rộng thành giếng
Bảng 1.4 Độ cứng và hệ số mở rộng thành giếng
Độ sâu (m)
Từ
0
1180

2320
3036

Độ cứng

Đến
1180
2320
3036
3573

I - II
III - IV
V-VII
VIII - IX

Hệ số
mở rộng thành
1,2
1,15
1,13
1,03

1.4 Các điều kiện địa chất ảnh hưởng tới công tác khoan giếng
Như đã mô tả điều kiện địa chất của mỏ Kình Ngư Trắng Nam vô cùng
phức tạp, gây nhiều khó khăn cho công tác khoan như :
8


- Đất đá mềm bở rời từ tầng Miocen trung (hệ tầng Côn Sơn) trở lên có thể

gây sập lở thành giếng khoan;
- Các đất đá trầm tích nhiều sét trong tầng Miocen hạ (Sét Bạh Hổ) và tầng
Oligocen có thể gây bó hẹp thành giếng khoan do sự trương nở của sét
- Trong tầng Oligocen tồn tại dị thường áp suất gây bó hẹp thành giếng
khoan và những phức tạp đáng kể khác;
- Các đứt gãy kiến tạo của mỏ có thể gây mất dung dịch khoan và làm lệch
hướng giếng khoan;

9


CHƯƠNG 2:PROFILE VÀ CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN
2.1 Mục đích, yêu cầu của giếng khoan
Giếng khoan 09-2/09-KTN-5X được thiết kế với mục đích thăm dò và khai
thác dầu khí trong tầng đá móng thuộc mỏ Kình Ngư Trắng Nam , bể Cửu Long.
Công tác thiết kế thi công giếng đòi hỏi phải đáp ứng các yêu cầu sau:
- Đạt được mục tiêu địa chất là khoan đến đối tượng khai thác với cấp
đường kính lỗ khoan phù hợp, cho phép thả bộ hoàn thiện và khai thác dầu trong
đá móng.
- Đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị trên giàn khoan và các khu vực
lân cận liên quan.
- Giảm tối đa chi phí về thời gian cũng như chi phí thiết bị, vật tư trong quá
trình thi công giếng;
- Đạt độ sâu, khoảng dịch đáy, góc phương vị theo yêu cầu trong phạm vi
sai số cho phép;
- Đảm bảo khả năng đi qua tự do của các bộ dụng cụ khoan, ống chống, các
thiết bị khai thác, sửa chữa ngầm trong quá trình khai thác;
- Hạn chế tối đa các phức tạp, sự cố trong quá trình khoan và bảo toàn tính
nguyên trạng của vỉa sản phẩm;
- Tận dụng tối đa điều kiện kỹ thuật, công nghệ hiện có, đặc biệt tận dụng

các yếu tố địa chất có lợi như tính chất cơ lý của đất đá, góc nghiêng vỉa... để quá
trình thi công đơn giản, thuận lợi và kinh tế nhất.
2.2 Lựa chọn và tính toán Profile
2.2.1 Lựa chọn Profile giếng khoan
Giếng khoan là một công trình thi công vào bên trong vỏ Trái Đất có chiều
sâu rất lớn. Do đó để thi công một công trình giếng khoan ta phải chọn cấu trúc
giếng sao cho đảm bảo được yêu cầu là thả được cột ống chống khai thác để tiến
hành khai thác như bình thường. Đồng thời phải xuất phát từ điều kiện, tài liệu
địa chất khu vực thi công giếng khoan ( đặc biệt là các khu vực có tầng địa chất
phức tạp và dị thường áp suất cao). Cụ thể là tính chất cơ lý của các vỉa đất đá
như: độ bở rời, độ trương nở, độ cứng, áp suất vỉa, nhiệt độ vỉa…
Cấu trúc giếng khoan trên biển phải đạt yêu cầu sau:
Ngăn cách hoàn toàn nước biển, giữ ổn định thành và thân giếng khoan để
việc kéo thả các bộ khoan cụ, các thiết bị khai thác, sửa chữa ngầm được tiến
hành bình thường.
Chống hiện tượng mất dung dịch khoan.
10


Giếng khoan phải làm việc bình thường khi khoan qua các tầng có áp suất
cao và tầng sản phẩm có áp suất vỉa nhỏ hơn so với tầng có áp suất cao phía trên.
Bảo vệ thành giếng khi có sự cố phun.
Đường kính của cột ống chống khai thác cũng như các cột ống chống khác
phải là cấp đường kính nhỏ nhất, đơn giản và gọn nhẹ nhất trong điều kiện cho
phép cấu trúc giếng.
Cấu trúc giếng phải phù hợp với yêu cầu kỹ thuật, khả năng cung cấp thiết
bị đảm bảo độ bền và an toàn trong suốt quá trình khai thác cũng như sửa chữa
thiết bị giếng sau này. Nói tóm lại nó phải phù hợp với điều kiện địa chất, yếu tố
kỹ thuật, công nghệ và thích hợp với khả năng thi công giếng cũng như yếu tố về
kinh tế.

Dựa vào yêu cầu địa chất của giếng khoan, quỹ đạo giếng khoan được thiết
kế với yêu cầu là đạt được mục tiêu địa chất và giới hạn công nghệ khoan- tính
khả thi của công nghệ khoan. Ở giếng khoan này, mục tiêu là khai thác dầu trong
trong đá móng, vì vậy profile phải khoan xuyên qua, vuông góc với các đới đứt
gãy trong tầng đá móng đó.
Có rất nhiều loại profile giếng, nhưng trong mỏ Kình Ngư Trắng Namsử
dụng loại phổ biến nhất là loại profile giếng khoan chữ J có profile gồm 3 đoạn:
- Đoạn 1 là đoạn thẳng đứng.
- Đoạn 2 là đoạn tăng góc nghiêng.
- Đoạn 3 là đoạn ổn định góc nghiêng.
Giếng 09-2/09-KTN-5X có chiều sâu thiết kế dự kiến 3596m và khoảng
dịch đáy là 2300m. So sánh tương ứng chiều sâu giếng và khoảng dịch đáy ta
thấy khoảng dịch đáy lớn hơn tương đối so với chiều sâu thẳng đứng.Vì vậy để
đạt được yêu cầu thăm dò dầu khí tại giếng 09-2/09-KTN-5X ta lựa chọn profile
giếng gồm 3 đoạn.

11


Dạng Profile này được mô tả như dưới hình 2.1:

H1

l1

H2

R2

O

l2

H0
H
H3

l3

S1

S

S2

Hình 2.1 Profile của giếng 09-2/09-KTN-5X
2.2.2. Dữ liệu cho thiết kế giếng khoan
Dữ liệu để tính toán Profile giếng 09-2/09-KTN-5X được trình bày trong
bảng 2.1
Bảng 2.1 Dữ liệu để tính toán Profile giếng 09-2/09-KTN-5X
Thứ
tự
1

Thông số

Đơn vị

Giá trị

Chiều sâu thẳng đứng của giếng

Kí
hiệu
H0

m

3596

2

Chiều sâu đoạn thẳng đứng

H1

m

685

3

Khoảng dịch đáy của giếng

S

m

2300

4

Cường độ tăng góc nghiêng

i

0

6

2.2.3 Tính toán Profile
∗ Đoạn tăng góc nghiêng
- Bán kính cong :
(2.1)
Áp dụng công thức (2.1) với i = 6 (0/100m) ta xác định:
12

/100m


-

Góc góc nghiêng cực đại của giếng khoan
Áp dụng công thức:
= arcsin
(2.2)
Trong đó:
R0 = R1 + R2 = 0 + 955m = 955m
H = H0 – H1 = 3596 – 685 = 2911m
Thay vào công thức (2.2) , ta được :

=arcsin=arcsin= 41,90
-

Chiều dài thân giếng:
l2 =

-

θ .100
i

(2.3)
Áp dụng công thức (2.3) với θ = 41,90; i = 6 (0/100m) ta xác định:
l2 = =699m
Độ sâu thẳng đứng:

H 2 = R2 .sin θ

(2.4)
Áp dụng công thức (2.4) với θ = 41,90; R2 = 955m ta xác định:
H2= 955.sin41,90 =628m
- Khoảng dịch đáy đoạn góc nghiêng :
) = 236m
∗ Đoạn ổn định góc nghiêng
- Chiều dài thân giếng:

l3 =

H 0 − ( H1 + H 2 )

cos θ

(2.5)
Áp dụng công thức (2.5) với θ = 41,9 ; H0 = 3596m; H1 = 685m; H2 = 628m
ta xác định:
l3 = =3044 m
- Độ sâu thẳng đứng:
0

H 3 = l3 .cos θ

(2.6)
Áp dụng công thức (2.6) với l3 = 3044m; θ = 41,9 ta xác định:
H3 = 3044.cos41,9 = 2283m
-

Khoảng dịch đáy: = l3.
(2.7)
Áp dụng công thức (2.7) với l3 = 3044m; θ = 41,9 ta xác định:
S2 = 3044sin41,9 =2003 m

13


Từ các tính toán trên ta có được các thông số về profile giếng 09-2/09KTN-5X trong bảng 2.2.
Bảng 2.2 Thông số về Profile giếng 09-2/09-KTN-5X
Chiều sâu thẳng
Chiều dài thân
Khoảng dịch đáy
đứng (m)

giếng (m)
(m)
Đoạn thẳng đứng
685
685
0
Đoạn tăng góc nghiêng
628
699
236
Đoạn ổn định góc nghiêng
2283
3044
2003
Tổng
3596
4428
2239
Từ bảng thông số trên ta có dữ liệu thiết kế proflie giếng 09-2/09-KTN-5X
ở hình 2.2
Tên đoạn thân giếng

685m

628m

685m
955m
41,9°
699m

3596m
41,9°
3044m
2283m

2003m
2239m

236m

Hình vẽ 2.2 Profin giếng khoan 09-2/09-KTN-5X

14


2.3 Cấu trúc giếng khoan
2.3.1 Yêu cầu thiết kế cấu trúc giếng khoan
Việc tính toán thiết kế cấu trúc giếng khoan phải dựa trên 3 yếu tố cơ bản :
địa chất, công nghệ , kỹ thuật và kinh tế.
∗ Yếu tố địa chất
Tài liệu chính phải dựa vào để lựa chọn cấu trúc giếng khoan là tài liệu
nghiên cứu địa chất, cột địa tầng và đặc điểm khoan trong vùng đó. Trong đó cần
phải xác định được các dị thường áp suất cũng như các thách thức về thạch học
như các tầng nham thạch, các tầng sét dễ trương nở, các đới đứt gãy gây mất
dung dịch, các yếu tối này phần lớn quyết định đến cấu trúc giếng khoan: bao
gồm cấu trúc các cột ống chống, chiều sâu thả, chiều sâu trám xi măng. Cột ống
chống có nhiệm vụ đóng các tầng có thể gây khó khăn phức tạp trong quá trình
khoan.
Trước khi quyết định thả một cột ống chống cần phải phân tích tất cả các

khả năng kỹ thuật, quy trình công nghệ nhất là khả năng xử lý bằng dung dịch
khoan để tiếp tục khoan mà không cần chống ống.
Bên cạnh việc phân tích tính chất cơ lý, độ ổn định của đất đá thành lỗ
khoan người ta còn phải quan tâm đến áp suất của vỉa (P v) và áp suất vỡ vỉa (Pvv)
để lựa chọn dung dịch khoan phù hợp không gây sập lở thành giếng, gây phun
hoặc mất nước rửa. Có nghĩa là đảm bảo bất đẳng thức sau: P vchọn cấu trúc giếng khoan ta phải dựa vào biểu đồ γ v, γvv. Từ đó ta chọn γ d thỏa
mãn γv<γd<γvv
∗ Yếu tố công nghệ và kỹ thuật
Là tính khả thi của công nghệ hiện có trong tay, bao gồm: giàn khoan, công
nghệ khoan xiên, dung dịch khoan và con người. Cùng với một thông số đầu vào,
nhưng tùy thuộc vào công nghệ và nguồn nhân lực đang có trong tay mà có thể
có các phương án thiết kế và thi công khác nhau.
∗ Yếu tố kinh tế và hậu cần
Đây là yếu tố dường như không quan trọng nhưng nó thường xuyên ảnh
hưởng đến giếng khoan trong thực tế thi công. Đó là khả năng cung cấp vật tư
thiết bị như các ống chống, sự có sẵn của các loại ống chống, đầu nối và mác
thép, chòng khoan…Đôi khi vì giới hạn thời gian và năng lực hậu cần mà ống
chống sử dụng khác với thiết kế. Vì vậy khi thiết kế giếng cũng cần xem xét
trước yếu tố kinh tế và hậu cần để hạn chế thực tế giếng khoan không bị khác với
thực tế thi công.

15


Cấu trúc ống chống phải đảm bảo 2 yếu tố:
- Đơn giản: ít cột ống chống nhất.
- Gọn nhẹ: đường kính ống chống nhỏ nhất cho phép.
Xuất phát từ mục đích của giếng khoan được đặt ra, vừa đảm bảo các yêu
cầu kỹ thuật cho phép, giếng khoan càng đơn giản về mặt cấu trúc càng có lợi về

mặt kinh tế. Thông thường giá trị ống chống chiếm khoảng 15 20% giá thành
công trình, cá biệt có thể lên tới 40 50%. Như vậy đường kính ống chống, số
lượng ống chống không những ảnh hưởng tới giá thành mà còn kéo theo một loạt
các phụ thuộc khác như: thời gian thi công, giá thành của choòng, dung dịch xi
măng trám.
2.3.2. Dự kiến lựa chọn cấu trúc cho giếng khoan 09-2/09-KTN-5X
Việc lựa chọn cấu trúc giếng khoan bao gồm:
- Lựa chọn chiều sâu đặt chân ống chống và số lượng cột ống chống;
- Đường kính, ống chống và đường kính chòng tương ứng.
- Chiều cao dâng vữa.
Căn cứ vào chiều sâu đặt chân ống chống và điều kiện địa chất được khoan
qua ta lựa chọn số lượng ống chống ở giếng 09-2/09-KTN-5X như sau:
∗ Cột ống chống định hướng
Ống chống định hướng có tác dụng định hướng ban đầu cho lỗ khoan, ngăn
cản sự sập lở của đất đá và sự ô nhiễm của dung dịch khoan với tầng nước trên
mặt, tạo kênh dẫn cho dung dịch chảy vào máng, bảo vệ không cho dung dịch xới
sập nền khoan và móng thiết bị. Chiều sâu thả cột ống chống này phụ thuộc vào
chiều dày tầng phủ nên tạ lựa chọn chiều sâu thả là 165m
∗ Cột ống chống dẫn hướng
Ống chống này có tác dụng ngăn cách hoàn toàn nước biển, tạo kênh dẫn
dung dịch và dẫn hướng cho giếng khoan, giữ ổn định phía trên thành giếng khỏi
sập lở, chống sự xâm nhập của nước bề mặt vào trong giếng. Đồng thời ống này
đóng vai trò là một trụ rỗng trên đó có lắp các thiết bị miệng giếng như: đầu ống
chống, thiết bị chống phun treo toàn bộ các cột ống chống tiếp theo và một phần
thiết bị khai thác. Đất đá đệ tứ bở rời mới hình thành có độ gắn kết kém nên
thành giếng khoan dễ bị sập lở khi thay đổi chế độ khoan, đồng thời chân ống
phải được đặt trên nóc tầng đất đá ổn định. Vậy chiều sâu thả cột ống này là
850m và trám xi măng đến hết chiều dài cột ống.
∗ Cột ống chống trung gian thứ nhất
Ống chống này được thả xuống do yêu cầu của điều kiện địa chất, để đóng

các tầng nham thạch có thể gây ra những khó khăn và phức tạp trong quá trình
16


khoan, đồng thời bảo vệ thành giếng khoan từ chân đế ống chống dẫn hướng đến
tầng đất đá ổn định, chống lại sự sập lở của tầng Miocene thượng. Ống trung gian
được thả từ trên mặt đến chiều sâu 2725m và trám xi măng hết chiều dài cột ống
∗ Cột ống chống trung gian thứ hai
Ống chống này được thả đến nóc của vỉa sản phẩm tại tầng đá móng. Ống
chống này ngoài mục đích khai thác còn góp phần gia cố thành giếng khoan
trong tầng áp suất cao Oligocen. Ống chống khai thác được thả từ trên mặt tối
chiều sâu 3750m và trám xi măng đến hết chiều dài cột ống
∗ Cột ống chống khai thác ( ống chống lửng )
Khi mở vỉa xong, thả cột ống lửng, cột ống này được đục lỗ sẵn trên mặt
đất để ngăn ngừa cát và các mảnh vụn xâm nhập vào vỉa sản phẩm. Đầu trên của
ống lọc lồng trong phần cuối của cột ống chống trung gian thứ hai và khe hở giữa
cột ống được bịt kín bằng vòng bít.
2.3.3. Tính toán cấu trúc giếng khoan
Nguyên tắc tính toán cấu trúc của giếng khoan bắt đầu từ đường kính của
ống khai thác cho đến cột ống chống trên cùng theo thứ tự từ dưới lên. Cấu trúc
giếng khoan được tính toán làm sao cho quá trình khoan cũng như thả ống chống
đến chiều sâu dự kiến được thông suốt.Lựa chọn đường kính ống chống khai thác
chủ yếu dựa vào lưu lượng khai thác của giếng.
∗ Công thức tính đường kính choòng khoan
Chọn đường kính của choòng khoan chủ yếu dựa vào đường kính mupta
của ống chống (Dm) và khoảng hở để trám xi măng giữa mupta và thành giếng
khoan (Δ)
Đường kính của choòng khoan (Dc) được tính theo công thức sau:
Dc = D m + Δ
Trong đó :

Dc : đường kính choòng khoan (mm)
Dm : đường kính múp-ta của ống chống (mm)
: khe hở giữa đầu nối ống chống và thành giếng khoan
∗ Công thức tính đường kính trong của ống chống
Dt = Dc + ( 6 8 ) mm
Trong đó :
Dt : đường kính trong của ống chống
Dc : đường kính của choòng để khoan cấp đường kính tiếp theo
∗ Công thức tính đường kính ngoài của ống chống
Dn= Dt + 2
17


Với là chiều dày của ống chống.
Dựa vào các số liệu tính toán ta lựa chọn đường kính choòng và đường
kính ống theo kích thước gần nhất theo bảng 2.3 và 2.4 sau:
Bảng2.3 Bảng qui chuẩn tính ∆ theo cấp đường kính ống chống của Gost
Đường kính ống chống(mm)
114, 127
140, 146
168, 178, 194
219, 245
273, 299
324, 340, 351
377, 407, 426

∆- không lớn hơn(mm)
10 – 15
15 – 20
20 – 25

25 – 30
30 – 35
35 – 45
45 – 50

Bảng2.4 Bảng kích thước ống chống và đường kính Mufta tương ứng
Đường kính ống
chống(mm)
114
127
140
146
168
178
194
219
245
273
299
324
340
351
377
407
426
508

Mufta
Đường kính (mm)
127

142
154
166
188
196
216
245
270
299
324
351
365
376
402
432
451
533

Chiều dài (mm)
159
165
171
177
184
184
190
197
197
203
203

203
203
229
229
228
229
228

Dựa vào các công thức và bảng quy chuẩn, ta xác định được :
Ống chống khai thác
Để đảm bảo đúng yêu cầu thiết kế của giếng,ta lựa chọn đường kính ống chống
khai thác là:
18


Dkt = 178mm = 7”
Tra bảng 2.3 ta có Dm.kt = 194mm
Đường kính choòng dùng để khoan đoạn ống chống này là :
Dc.kt =Dm.kt + Δ = 194 + ( 20 ÷ 25) = 214 ÷ 219mm
Tra bảng tiêu chuẩn choòng ta chọn Dc.kt = 215,9 mm =
Ống chống trung gian thứ hai
Đường kính ống chống trung gian thứ hai.
Đường kính trong ống này là:
Ta có Dt.tg2 =Dc +(6 ÷ 8) = 221,9 ÷ 223,9 mm
Tra bảng tiêu chuẩn ta chọn được đường kính ống chống trung gian thứ hai
là:
Dt.tg2 = 245mm.
Tra bảng 2.3 ta có Dm.tg2 = 270mm
Đường kính choòng dùng để khoan đoạn ống chống này là :
Dc.tg2 =Dm.tg2 +(25 ÷ 30) = 295 ÷ 300 mm.

Tra bảng tiêu chuẩn choòng ta chọn Dc .tg2= 311.1mm =
Ống chống trung gian thứ nhất
Đường kính ống chống trung gian thứ nhất
Đường kính trong của ống này là:
Ta có Dt.tg1 = Dc.tg2 +(6 ÷ 8) =317,1÷ 319,1 mm.
Tra bảng tiêu chuẩn ta chọn được đường kính ống dẫn hướng là:
Dt.tg1 =340 mm
Tra bảng 2.3 ta có: Dm.tg1 = 365 mm
Đường kính choòng khoan dùng để khoan chống đoạn ống này là:
Dc.tg1 =Dm.tg1 + Δ = 365 + (35 ÷ 45) =400 ÷ 410mm
Tra bảng tiêu chuẩn choòng ta chọn Dc.tg1= 444,5mm =
Ống chống dẫn hướng
Đường kính ống dẫn hướng :
Đường kính trong của ống này là:
Dt.dh =Dc.tg1 + (6 ÷ 8) = 450,5 ÷ 452,4 mm
Tra bảng tiêu chuẩn chọn đường kính ống định hướng là:
Ddh =508mm
Tra bảng 2.3 ta có: Dmt.dh = 533 mm
Đường kính choòng khoan dùng để khoan chống đoạn ống này là:
Ddh =Dmt.tg + Δ = 533 + (45 ÷ 50) =578 ÷ 583mm
19


Vì khoan chống ống dẫn hướng là công đoạn đầu tiên trong quá trình thi công
giếng khoan nên ta có thế chọ choòng khoan có đường kính là
Dc.dh =660,4mm = 26’’ .
Ống chống định hướng
Ta lựa chọn đường kính ống chống định hướng là:
Dt.đh = 762mm = 30”
Tra bảng 2.3 ta có Dm.dh= 855mm

Đường kính choòng dùng để khoan đoạn ống chống này là :
Dc.dh =Dm.dh + Δ= 855 + (55 ÷ 60) = 910 ÷ 915mm
Tra bảng tiêu chuẩn choòng ta chọn Dc.dh= 914mm = 36’’
2.3.4 Chiều cao dâng vữa xi măng
2.3.4.1 Ống chống định hướng, dẫn hướng, ống chống trung gian thứ nhất
và ống chống trung gian thứ hai
Do các cột ống chống này chịu toàn bộ trọng lượng nén của các cột ống
chống tiếp theo đồng thời trên nó có lắp các thiết bị miệng giếng do đó nó phải
được trám xi măng toàn bộ chiều dài, yêu cầu vữa dâng và tràn ra đáy biển trong
quá trình trám xi măng.
2.3.4.2 Ống chống khai thác
Để đảm bảo khoảng không vành xuyến ngoài ống chống được đóng kín
hoàn toàn, cô lập và đóng kín hết thành hệ phía ngoài ống chống, tránh tình trạng
khí ngấm từ thành hệ vào giếng tích tụ sau ống chống, theo kinh nghiệm của Việt
Nam và thế giới, xi măng phải dâng lên trong ống chống trước đó 150m200m.
Như vậy vữa xi măng khi trám ống chống khai thác phải dâng lên 150m trên
chân ống chống trung gian.

Kết quả lựa chọn cấu trúc giếng 09-2/09-KTN-5X được trình bày trong
bảng 2.5 và thể hiện trên hình 2.3
Bảng 2.5 Số liệu cấu trúc giếng 09-2/09-KTN-5X
Ống
chống

Đường
kính ống
chống

Đường
kính

choòng

Đường
kính
choòng
20

Chiều sâu
(m )

Chiều cao
trám xi măng
(m)


(mm)
Định
hướng
Dẫn
hướng
Trung
gian 1
Trung
gian 2
Khai thác

khoan
(mm)

762

914

508

660,
4
444,
5
311,
1
215,9

340
245
178

khoan
(in)
36
26

12 ¼
8½

21

Từ

Đến

Từ

Đến

0

165

0

165

0

850

0

850

0

2725

0

2725

0

3750

0

3750

3600

4478

3600

4478


22


Hình 2.3 Cột địa tầng và cấu trúc giếng khoan 09-2/09-KTN-5X
CHƯƠNG 3 : DUNG DỊCH KHOAN
3.1 Lựa chọn hệ dung dịch cho các khoảng khoan
Việc lựa chọn hệ dung dịch khoan dựa trên cơ sở điều kiện địa chất của
từng địa tầng, gradient áp suất vỉa và gradient áp suất vỡ vỉa, yếu tố kỹ thuật và
công nghệ, an toàn bảo vệ môi trường cũng như đảm bảo tiến độ thi công và
giảm thiểu sự nhiễm bẩn vỉa sản phẩm. Dựa trên những tiêu chí đó, ta lựa chọn
hệ dung dịch khoan cho các khoảng khoan của giếng 09-2/09-KTN-5X mỏ Kình
Ngư Trắng:
- Công đoạn 36” : Khoan mở lỗ, chống ống dẫn hướng, thành phần thạch
học chủ yếu là cát kết và cát, đất đá mềm bở rời, không yêu cầu về chất lượng

dung dịch nên ta sử dụng hệ dung dịch SW/Hivis/PHB; Khoan bằng nước biển,
quét mùn khoan bằng Hivis- dung dịch có độ nhớt cao, và treo mùn khoan giữ
thành giếng bằng Gel Bentonite trong quá trình doa dạo và thả ống chống.
- Công đoạn 26”: Khoan mở lỗ, chống ống dẫn hướng, thành phần thạch
học chủ yếu là cát kết và cát, đất đá mềm bở rời, không yêu cầu về chất lượng
dung dịch nên ta sử dụng hệ dung dịch SW/Hivis/PHB; Khoan bằng nước biển,
quét mùn khoan bằng Hivis- dung dịch có độ nhớt cao, và treo mùn khoan giữ
thành giếng bằng Gel Bentonite trong quá trình doa dạo và thả ống chống.
- Công đoạn : Tiến hành khoan để chống ống trung gian, lỗ khoan qua các
tầng có thành phần chủ yếu là cát kết xen lẫn sét kết, sét … đất đá ổn định và
không có yếu tố phức tạp nên ta sử dụng hệ dung dịch KCl/Polymer;
- Công đoạn Khoan để chống ống chống khai thác đồng thời mở vỉa sản
phẩm, lỗ khoan qua các hệ tầng Côn Sơn, Bạch Hổ, Trà Tân thượng và nóc của
vỉa sản phẩm. Thành phần thạch học chủ yếu của hệ tầng Trà Tân thượng là sét
kết xen kẹp cát kết, đặc biệt có tầng sét Bạch Hổ. Đây là loại sét có độ trương nở
rất mạnh. Vì vậy hệ dung dịch Ultradril được lựa chọn sử dụng, đây là hệ dung
dịch gốc nước có tác dụng ức chế sét tốt nhất ở Việt Nam hiện nay.
- Công đoạn Tiến hành khoan vào vỉa sản phẩm trong tầng đá móng. Đây là
thành hệ rắn chắc không có nguy cơ sập lở hay mất ổn định; có áp suất dị thường
thấp, các đới nứt nẻ mạnh dễ gây mất dung dịch nghiêm trọng, vì vậy sử dụng
loại dung dịch rẻ tiền là hợp lý, hệ nước kỹ thuật từ muối NaCl được lựa chọn.

23


Hệ dung dịch khoan cho giếng 09-2/09-KTN-5X được trình bày trong
bảng 3.1.
Bảng 3.1 Hệ dung dịch khoan cho giếng 09-2/09-KTN-5X
Khoảng khoan theo chiều dài
thân giếng (m)

STT

Hệ dung dịch khoan

Từ

Đến

1

0

165

SW/Hivis/PHB
( nước biển)

2

165

850

SW/Hivis/PHB

3

850

2725

KCl/Polymer

4

2725

3750

Utradril

5

3750

4478

NaCl/Brine

∗ Hệ dung dịch SW/Hivis/PHB
Đây là hệ dung dịch khoan phổ biến ở Việt Nam, thường sử dụng để khoan
trong các hệ tầng từ Biển Đông đến hết Đồng Nai (A và B). Trong quá trình
khoan giếng, nước biển được sử dụng để tuần hoàn với sự bổ trợ bằng bơm dung
dịch độ nhớt cao (Hi-Vis) xuống đáy giếng sau mỗi lần tiếp cần khoan nhằm đảm
bảo khả năng nâng và vận chuyển mùn khoan trong khoảng không vành xuyến
lên bề mặt. Các cấu tạo gần bề mặt đáy biển của bể Cửu Long thường có liên kết
yếu hoặc bở rời. Để tạo ổn định thành giếng khoan trước khi khoan doa và thả
ống chống, giếng khoan được làm đầy bằng dung dịch sét bentonite đã hydrate
hóa.

Nhìn chung việc sử dụng hệ dung dịch đơn giản này cho các công đoạn 26”
đã mang lại hiệu quả, góp phần giảm chi phí giếng khoan do đặc điểm đất đá trên
mặt không có cấu trúc quá phức tạp. Để khắc phục các phức tạp như mất dung
dịch hay đất đá bở rời ta thêm các chất phụ gia tăng độ nhớt và tăng tỷ trọng
dung dịch.
Hệ dung dịch này được sử dụng để mở lỗ khoan là vì:
- Đảm bảo giữ cho thành giếng ổn định để thực hiện việc chống ống thành
công.
- Dung dịch dễ gia công và sử dụng.
- Giá thành hạ.
- Ít độc hại cho môi trường và con người.
24


∗ Hệ dung dịch KCl/Polymer
Đây là hệ dung dịch thường để khoan trong các hệ tầng Đồng Nai và một
phần Côn Sơn, khi không có mặt các tầng sét trương nở mạnh như sét Bạch Hổ.
Là hệ dung dịch ức chế sét loại trung bình, sử dụng hợp chất Polyme sinh học
cao phân tử. Thành phần KCl và Polymer có trong dung dịch có tác dụng làm ổn
định và hạn chế sự trương nở của các lớp sét, mùn khoan nhờ vậy sẽ được bảo
toàn trong quá trình vận chuyển lên bề mặt và dễ dàng tách ra khỏi dung dịch bởi
các thiết bị tách chất rắn.
Ưu điểm:
- Có khả năng ức chế thành hệ sét, góp phần làm tăng tính ổn định thành
giếng khoan và ổn định tính lưu biến dung dịch.
- Giảm thiểu các tình huống phức tạp và sự cố trong quá trình khoan qua
các hệ tầng sét hoạt tính và sét acgilit.
- Không gây ảnh hưởng xấu đến các tính chất thấm chứa tự nhiên của tầng
sản phẩm.
- Có tính bôi trơn tốt, giảm đáng kể moment quay giữa bộ khoan cụ và

thành giếng khoan.
- Có tính trượt loãng cao, tăng khả năng làm sạch bùn và lực cản ma sát khi
tuần hoàn dung dịch.
Nhược điểm:
- Hệ này kém ổn định ở nhiệt độ cao so với hệ ức chế phân tán
lignosunfonat (VSPT). Hệ này đòi hỏi quá trình điều chế và xử lý rất nghiêm
ngặt khi khoan, đặc biệt là chất lượng làm việc của hệ thống làm sạch dung dịch
phải rất cao.
- Giá thành cao hơn rất nhiều so với một số hệ như: hệ Polime-sét, hệ ức
chế phân tán Lignosunfonat – phèn nhôm Kali (FCL/ AKK),…
- Tăng chi phí thời gian điều chế và xử lý dung dịch do phải sử dụng nhiều
thành phần trong cùng một thời điểm để đảm bảo ổn định các thông số dung
dịch.
- Do không có sét nên khi khoan qua những lớp cát dày khó tạo lớp vỏ bùn
bền chắc, làm giảm độ ổn định thành giếng khoan.
∗ Hệ dung dịch Ultradril
Thường được sử dụng ở Việt Nam ở các thành hệ có độ phức tạp cao như:
Côn Sơn và Bạch Hổ, nơi có các tầng sét trương nở mạnh như sét Bạch Hổ, Trà
Tân Trà cú nơi có các tập sét đen như sét tập D… Nó là sự tổng hợp ưu thế của
chất ức chế sét dạng polyamine (Ultrahib), chất bao bọc (Ultracap), chất ức chế
25