THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH CHỐNG ỐNG CHO GIẾNG KHOAN THĂM DÒ SYT – 1X LÔ M2 Ở MIANMAR

LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, nhu cầu năng lượng trên toàn thế giới tăng lên rất
nhiều. Dầu khí là một nguồn năng lượng hết sức quan trọng vì thế nó đã gây nên
những biến động mạnh mẽ về giá cả, thậm chí còn gây nên những bất ổn chính trị.
Ở Việt Nam, với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, đặc biệt là từ khi Việt Nam
ra nhập WTO thì nhu cầu năng lượng là rất cần thiết. Vì vậy một trong những giải
pháp quan trọng là đẩy mạnh công tác thăm dò và khai thác dầu khí đáp ứng nhu
cầu năng lượng cho đất nước và xuất khẩu. Trong các biện pháp nâng cao hiệu quả
thực hiện công tác khoan dầu khí thì việc hoàn thiện cơ sở khoa học thiết kế và dự
toán xây dựng giếng có vai trò quan trọng nhất. Thiết kế giếng khoan là một mắt
xích quan trọng trong dây chuyền khoa học sản xuất. Các giếng khoan dầu và khí
là những công trình mang tính đặc thù. Các công trình này thường thi công trong
điều kiện địa lí-kỹ thuật và môi trường làm việc hết sức phức tạp, giá thành công
trình dao động từ vài triệu đô đến hàng chục triệu đô la Mỹ. Chính vì vậy, quá trình
thi công xây dựng giếng không thể không thực hiện một cách cụ thể, chi tiết và
chuyên môn hóa cao các công việc của từng giai đoạn. Một phần quan trọng trong
quá trình hoàn thiện giếng là tính toán, lựa chọn ống chống. Qua quá trình học tập,
nghiên cứu, thực tập tại công ty PVEP Overseas và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình
của thầy giáo Ths. Nguyễn Văn Thành, em đã lựa chọn đề tài: THIẾT KẾ
CHƯƠNG TRÌNH CHỐNG ỐNG CHO GIẾNG KHOAN THĂM DÒ SYT –
1X LÔ M2 Ở MIANMAR làm đồ án tốt nghiệp. Đồ án tốt nghiệp là công trình
nghiên cứu khoa học được xây dựng dựa trên quá trình học tập, nghiên cứu tại
trường kết hợp với thực tế sản xuất nhằm giúp cho sinh viên nắm vững kiến thức
đã học. Với mức độ tài liệu và thời gian nghiên cứu hoàn thành đồ án có hạn,cũng
như kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, nên sẽ không tránh khỏi có những thiếu
sót. Em rất mong nhận được sự góp ý, bổ sung của các thầy cô, các nhà chuyên
1


môn và các bạn cùng đọc. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ
môn Khoan - khai thác dầu khí, các bạn cùng lớp và đặc biệt là thầy Nguyễn Văn

Thành đã giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện cho em hoàn thành bản đồ án này.
Nhân đây em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các cán bộ, công nhân viên trong công ty
PVEP Overseas đã giúp đỡ thu thập tài liệu để em hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp
này.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, tháng 06 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Vũ Văn Thanh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÔ M2 Ở MYANMAR
1.1 Vị trí địa lí

Lô M2 nằm ở ranh giới giữa hai bể Moattama và Rakhine Offshore. Phần phía đông của
lô nằm ở rìa phía tây của bể Moattama. Phần phía tây của lô nằm ở rìa phía đông của bể
Rakhine Offshore.

2


Lô M2 nằm ở phía Tây của Vịnh Martaban, ngoài khơi Liên bang Myanmar và có diện
tích 9652 km2 , khoảng 300 km về phía Tây Nam của thành phố Yangon. Cấu tạo có tiềm
năng dầu khí là Diamond nằm ở góc Đông Nam với độ sâu nước từ 20 tới 50m. Giếng
thăm dò Shwe Yee Theik -1X được thiết kế để khoan vào cấu tạo triển vọng này trong
giai đoạn thăm dò đầu tiên.
Giếng SYT-1X nằm phía đông của lô M2 và được thiết kế để đánh giá khả năng chứa
Hydrocacbon trong cả hai mục tiêu, mục tiêu chính là rạn san hô ở tầng Miocene giữa và
mục tiêu thứ hai là tầng Miocene giữa và vỉa cát kết ở tầng Oligocene. Như chương trình
địa chất đề ra, giếng khoan sẽ khoan qua Pinch-out (Ruby) ở tầng Miocene giữa, đỉnh của
carbonate reef (Diamond) và đỉnh của đá cát kết Sein ở tầng Oligocene lần lượt tại độ sâu

1289m, 1510m và 1758m.

3


Hình 1: Vị trí lô M2
1.2 . Đặc điểm địa tầng và cột địa tầng lô M2 và giếng SYT – 1X
1.2.1 Đặc điểm địa tầng lô M2, Mianmar
- Đệ tứ: Chiều dày thay đổi từ 10 m cho tới 250 m. Thành phần thạch học chủ yếu

-

-

-

-

1.2.2

là bùn kết xen kẽ bột, cát, sạn hạt thô bở rời. Trầm tích của hệ tầng được thành tạo
chủ yếu trong môi trường biển nông.
Plioxen: Trầm tích trẻ Plioxen tăng dần từ Đông sang Tây, chiều dày thay đổi từ
200 m cho tới 2500 m. Ở phía Tây, tại giếng khoan SP-1X trầm tích Plioxen có
chiều dày 1266m, tại giếng khoan A7-1 trầm tích Plioxen có chiều dày đến 2233m.
Thành phần thạch học chủ yếu là bùn kết xen kẽ cát kết hạt mịn gắn kết yếu. Trầm
tích của hệ tầng được thành tạo chủ yếu trong môi trường châu thổ cửa sông. Ở
phía Đông chiều dày trầm tích của hệ tầng bắt gặp trong giếng khoan SYT-1X là
700m, thành phần thạch học gồm cát kết xen kẹp sét kết.
Mioxen: Gồm chủ yếu các tập sét kết, xen kẹp cát - bột kết mỏng, ở phía Đông

bắt gặp trầm tích chủ yếu là đá vôi xen kẹp cát kết và Marl…, ở phía Tây chủ yếu
bao gồm sét kết, bột kết với một số ít lớp kẹp cát mỏng. Chiều dầy trầm tích của
hệ tầng khoảng 0-2500 m. Trầm tích này được hình thành trong môi trường biển
khơi gần bờ đến biển nông.
Oligoxen: Gồm chủ yếu đá vôi màu trắng, trắng xám xen kẽ sét - bột kết rất mỏng
được thành tạo trong môi trường ven bờ tới biển nông và vật liệu trầm tích núi lửa.
Chiều dầy trầm tích của hệ tầng khoảng 200 m ở phía Đông cho tới 1000 m ở phía
Tây Lô. Trầm tích khu vực phía Đông nơi giếng khoan SYT-1X gặp gồm sét kết,
cát kết, đá vôi và tuff. Trong giếng SP-1X ở khu vực phía Tây, tầng này báo gồm
chủ yếu là carbonat và tuff núi lửa với một ít xen kẹp cát, sét.
Eoxen: Tầng này mới chỉ được khoan qua một phần nhỏ trên cùng ở giếng SP-1X
(dày 472m từ 2548mMD tới 3020mMD). Ở đây, phần trên của Eoxen bao gồm
chủ yếu sét kết màu đen-xám xen kẹp một số tập cát kết, thành tạo trong môi
trường biển.
Cột địa tầng Lô M2, Mianmar

4


Hình 1.1: Cột địa tầng Lô M2, Mianmar
5


1.2.3. Đặc điểm địa chất của giếng SYT-1X

- Thời kì Pleistocene (đáy biển – 370mTVDss): chủ yếu là cát kết, bùn kết và sét.
- Pliocene (370 – 758mTVDss): chủ yếu bao gồm đất đá không được nèn chặt, từ
rất mềm đến rắn, gồm cát, cát kết, cát xen lẫn với bùn và bùn kết.
- Tầng Miocene trên (758 – 953mTVDss): gồm đá vôi màu tráng xám, bột sét kết,
xen lẫn với lớp mỏng cát kết.

- Tầng Miocene giữa (953 – 1758mTVDss): chủ yếu là đá vôi màu trắng xám, từ
các hạt mịn đến bùn kết, sét kết, xen lẫn với lớp mỏng cát kết.
- Oligocene (1758 – 1830mTVDss): chủ yếu là sét kết màu xám, xen lẫn với cát
kết hạt mịn.
1.2.4. Dự đoán nhiệt độ giếng khoan

Hình 1.2: Dự đoán nhiệt độ giếng khoan

1.2.5. Dự đoán áp suất vỉa và áp suất vỡ vỉa

6


Hình 1.3: Dự đoán áp suất vỉa và áp suất vỡ vỉa

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN
Cấu trúc giếng khoan được tạo thành bởi một số cột ống chống có đường
kính và chiều dài khác nhau trong lỗ khoan, kết hợp với những cỡ choong khoan
tương ứng dùng để khoan.
2.1. Mục đích, yêu cầu của giếng khoan
Trong tất cả các trường hợp, cấu trúc giếng khoan phải đảm bảo được khả
năng thi công đến chiều sâu thiết kế và đạt tiêu chí kinh tế, kĩ thuật như thiết kế đặt
ra. Căn cứ vào mục đích giếng khoan, điều kiện địa chất khoan qua mà cấu trúc
giếng khoan được chọn phải đảm bảo các yếu tố sau:
-

Ngăn cách hoàn toàn nước biển, giữ ổn định cho thành giếng khỏi bị sập lở,

-

việc kéo thả bộ dụng cụ khoan, các thiết bị khai thác phải bình thường.
Cách ly các tầng sản phẩm với nhau và cách ly giữa những tần sản phẩm với
đất đá xung quanh đảm bảo cho dòng sản phẩm từ vỉa lên miệng giếng

-

không bị hao hụt, không gây ô nhiễm các tầng đất đã khác.
Bảo vệ giếng khi có hiện tượng phun
Đường kính của cột ống khai thác cũng như cột ống chống khai thác phải là
cấp đường kính nhỏ, đơn giản, gọn nhẹ nhất trong điều kiện cho phép của
cấu trúc giếng.
7


-

Cấu trúc giếng phải phù hợp phải yêu cầu kỹ thuật, khả năng cung cấp thiết
bị của công ty đảm bảo độ bền trong suất quá trình khoan, khai thác cũng

-

như sửa giếng sau này.
Hạn chế tối đa các phức tạp, sự cố trong quá trình khoan và bảo đảm tinh

-

nguyên trạng của vỉa sản phẩm.
Tận dụng tối đa điều kiện kĩ thuật, công nghệ hiện có, đặc biệt tận dụng các
yếu tố địa chất có lợi như tính chất cơ lí của đất đá, góc nghiêng vỉa ...để quá

-

trình thi công đơn giản, thuận lợi và kinh tế nhất.
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.

2.2 Cấu trúc giếng khoan
Cấu trúc giếng khoan được xác định bằng:




Số lượng các cột ống chống trong giếng khoan
Đường kính choong khoan tương ứng dùng khoan để thả các cột ống chống.
Chiều cao dâng của vữa xi măng trong khoảng không gian vành xuyến ống chống.
Việc lựa chọn cấu trúc giếng khoan phù hợp phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản sau:
mục đích giếng khoan và phương pháp khoan, điều kiện địa chất khoan qua, chiều
sâu vỉa sản phẩm, số lượng vỉa sản phẩm, phương pháp mở vỉa sản phẩm, khả
năng thiết bị kĩ thuật và thực trạng công nghệ.
Trong tất cả các trường hợp, cấu trúc giếng khoan phải đảm bảo được khả
năng thi công đến chiều sâu thiết kế và đạt được các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật như
thiết kế đặt ra.
Với mục đích giảm thiểu thời gian thi công và tạo điều kiện tốt cho công tác khoan
nhằm phòng ngừa các phức tạp và sự cố trong quá trình khoan nên khi thiết kế cấu
trúc giếng cần chú ý đến:

8




Chiều sâu đối tượng khai thác (vỉa sản phẩm), sản lượng của chúng và tính



thấm, chứa của vỉa.
Tính chất cơ lí và trạng thái gắn kết của đất đá, trong trường hợp thân giếng
hở, cần tính tới các phức tạp địa chất có thể xảy ra các hiện tượng như bó,

kệt cần khoan, sập lở, hang hốc, phun trào...
 Áp suất vỉa và áp suất lỗ hổng, cũng như áp suất phá vỡ vỉa của đất đá
khoan qua.
 Nhiệt độ đất đá theo chiều sâu thân giếng.
Nói chung, khi lựa chọn cấu trúc giếng thì ác đặc tính của các chỉ tiêu đã liệt kê
ở trên phụ thuộc nhiều vào các thông số kĩ thuạt và công nghệ thi công, xây
dựng giếng khoan, cũng như đặc điểm và tính chất phức tạp của điều kiện địa
chất.
Có thể nhận xét rằng một số yếu tố chủ quan ở mức độ này hay ở mức độ khác
có thể trở thành yếu tố khách quan, trong trừng hợp này số lượng các yếu tố
chủ quan ảnh hưởng đến quá trình thiết kế có thể là giới hạn đáng kể, nhưng
cũng có thể không có và việc lựa chọn cấu trúc giếng khoan chỉ là việc xác
định chính xác chiều sâu thả các cột ống chống mà thôi.
Phụ thuộc vào các yêu cầu đối với giếng khoan (các yếu tố chủ quan) và
đặc điểm địa chất vùng mỏ (các yếu tố khách quan) thiết kế cấu trúc giếng có
thể đạt hiệu quả rất tốt nhưng cũng có thể đạt hiệu quả rất kém.

9


Hình 2.1: Cấu trúc giếng khoan
2.2.1 Các loại cột ống chống
2.2.1.1. Ống chống định hướng
Ống chống định hướng là ống đầu tiên được sử dụng do đó nó có đường kính lớn nhất,
Chiều sâu thả có thể thay đổi từ 10 ft đến khoảng 300 ft. Đường kính ngoài của ống
chống định hướng thay đổi từ 16 inches đến 36 inches. Chức năng của ống chống định
hướng đó là ngăn ngừa sự rửa sói ( washout) gần bề mặt, thường là những vỉa không ổn
định và sự ô nhiễm của dung dich khoan đối với tầng trên mặt. Tạo kênh dẫn cho dung
dịch chảy vào máng. Bảo vệ không cho dụng dịch xới sập nền khoan và móng thiết bị.
Phương pháp thi công:

10


Ống được đưa vào giếng khoan qua một cái hố hình chữ nhật sau đó đổ bê tông khoảng
không ngoài ống và thành hố đã đào. Quá trình này đươc thực hiện đối với những ống có
chiều sâu nhỏ ( 4÷6 m). Đối với những ống có chiều thả lớn hơn đến 30m thì có thể dùng
búa máy để đóng hoặc có thể khoan rồi thả xuống. Chiều sâu phụ thuộc vào chiều dày
tầng phủ. Nếu khoan ngoài biển thì ống bảo vệ cũng chính là ống chống đầu tiên đóng vai
trò là ống cách nước.

2.2.1.2. Ống chống dẫn hướng
Ống chống này có tác dụng dẫn hứơng cho giếng khoan, giữ ổn định chân thành
giếng ở phần trên khỏi sập lở, bảo vệ tầng nước phần trên không bị nhiễm bẩn bởi
dunh dịch khoan. Đồng thời nó đóng vai trò là trụ rỗng trên đó có đănt 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. Đường kính ngoài của ống chống này thường
dao động trong khoảng từ 20 inches đến 13-3/8 inches.
Cột dẫn hướng chịu toàn bộ trọng lượng nén của các cột ống chống tiếp theo do
vậy nó phải được trám xi măng toàn bộ chiều dài và phần nhô lên mặt phải đủ bền.
Đây là cột ống chống đầu tiên nhất thiết phải có. Chiều sâu thả thông thường từ
70÷400 m. Cũng có thể tới 800÷ 1000 m tuỳ theo điều kiện địa chất và chiều sâu
giếng khoan.
2.2.1.3. Ống chống trung gian
Ống chống trung gian được sử dụng để cách li những tầng có vấn đề giữa chiều sâu của
ống chống bề mặt và ống chống khai thác. Những loại vấn đề có thể gặp trong khoảng
này có thể là : sét không ổn định, vùng mất dung dịch, vùng dị thường áp suất và những
vùng muối nén ép ( squeezing salts). Số lượng cột ống chống trung gian được sử dụng
phụ thuộc vào những vấn đề trên mà gặp phải trong quá trình khoan. Đường kính của ống
chống có thể thay đổi từ 9-5/8’’ đến 13-3/8’’ và chiều sâu thả từ 3000 đến 10000 ft.
2.2.1.4. Ống chống khai thác
Ống chống khai thác thường được thả qua tầng sản phẩm, hoặc được thả phía trên tầng
sản phẩm. Mục đích của thả ống chống khai thác đó là cách li những vỉa sản phẩm và
cung cấp cho sự khai thác có chọn lọc trong những vùng có nhiều tầng chứa sản phẩm.
11


2.2.1.5. Ống chống lửng
Ống chống này có độ dài tương đối ngắn, chúng được thả với chiều dài từ đáy lỗ
khoan đến độ cao từ 50 ÷ 100 m ở bên trong cột ống chống trước đó. Chúng đảm
nhiệm chức năng của cột ống chống trung gian hoặc ống chống khai thác. Cột ống
chống lửng được đưa vào giếng khoan nhờ cột cần khoan và được treo vào cột ống
chống trước đó nhờ một đầu nối đặc biệt dựa vào nó hoặc tuỳ theo chiều dài của cột
ống chống lửng. Trong trường hợp cột ống chống lửng đảm nhiệm vai trò của cột ống
chống khai thác, cột ống chống này cũng có thể được khoan từ mặt đất rồi mới thả
xuống. Trong trường hợp cột ống phía trên đó không chịu được áp suất bên trong thì

cột ống chống lửng sau khi trám xi măng được kéo dài lên đến mặt đất.

a: Ống chống lửng

b: Ống lửng bảo vệ

c: Ống thay thế

d: Ống chuyển tiếp
Hình 2.2: Ống chống lửng

Ưu điểm của cột ống chống lửng là tiết kiệm được ống, công tác thả ống nhanh hơn do
chiều dài ngắn.
Nếu giếng khoan ngoài ống định hướng và dẫn hướng chỉ còn lại ống chống khai thác thì
gọi là giếng khoan có cấu trúc 1 cột ống. Nếu thêm cột ống chống trung gian thì gọi là
cấu trúc 2 cột ống. Nếu nhiều ống chống trung gian thì gọi là cấu trúc nhiều cột ống.
12


Cấu trúc một cột ống có lợi cả về kinh tế và kỹ thuật. Tuy nhiên cấu trúc giếng lại phụ
thuộc vào nhiều điều kiện khác nhau như: mục đích yêu cầu của giếng khoan, chiều sâu,
đường kính ống khai thác, địa chất v.v….
2.2.2

Lựa chọn số lượng và chiều sâu đặt ống chống

2.2.2.1. Lựa chọn số lượng cột ống chống
Căn cứ vào điều kiện địa chất của giếng khoan ta chọn cấu trúc như sau:
+ Cột ống chống định hướng: Ống chống này có tác dụng định hướng ban đầu cho lỗ
khoan, ngăn chặn sự sập lở của đất đá và sự ô nhiễm của dung dịch khoan đối với tầng

nước trên mặt. Tạo kênh dẫn cho dung dịch chảy vào máng.
+ Cột ống dẫn hướng: Ống chống này có tác dụng dẫn hứơng cho giếng khoan, giữ ổn
định chân thành giếng ở phần trên khỏi sập lở, bảo vệ tầng nước phần trên không bị
nhiễm bẩn bởi dunh dịch khoan. Đồng thời nó đóng vai trò là trụ rỗng trên đó có đănt 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.
+ Cột ống chống khai thác: Ống chống khai thác thường được thả qua tầng sản phẩm,
hoặc được thả phía trên tầng sản phẩm. Mục đích của thả ống chống khai thác đó là cách
li những vỉa sản phẩm và cung cấp cho sự khai thác có chọn lọc trong những vùng có
nhiều tầng chứa sản phẩm.
2.2.2.2. Chiều sâu đặt chân ống chống
Chọn chiều sâu thả ống chống là bước quan trọng nhất trong thiết kế ống chống. Việc lựa
chọn chiều sâu thả ống thì phụ thuộc chủ yếu vào những thông số như áp suất vỉa, áp suất
nứt vỡ vỉa, trọng lượng riêng của dung dịch, dữ liệu từ các giếng lân cận trong vùng. Ta
lựa chọn chiều sâu đặt ống chống như sau:
-

Với cột ống chống định hướng 508mm là cột ống chống đầu tiên trong giếng
khoan, nó được đặt trong tầng plioxen với đất đá bở rời. Chiều sâu đặt chân ống

-

chống này là 580m.
Chân ống chống dẫn hướng 340mm có thể được đặt ở độ sâu 1530m nhưng do
chiều sâu giếng khoan lớn, đất đá bên trên kém ổn định, nếu không được chống
13


ống sớm hơn thì sẽ sảy ra hiện tượng bong chóc lớp vỏ sét ở thành giếng và sập lở
thành gây sự cố phức tạp trong quá trình khoan. Vì vậy phải chống ống với độ sâu

nhỏ hơn, chân ống chống dẫn hướng sẽ được đặt ở độ sâu là 1500m ở tầng Mioxen
giữa. Đất đá vùng này tương đối vững chắcđảm bảo được an toàn cho chân ống
-

chống.
Chân ống chống khai thác 245mm được đặt ở độ sâu 1950m . Cột ống này tạo
kênh dẫn lấy dầu khí lên.

2.2.3.Tính toán và lựa chọn đường kính các cột ống chống
Đường kính các cột ống chống và choòng khoan được lựa chọn từ nhỏ đến lớn;
hay nói một cách khác là từ dưới lên trên bắt đầu từ cột ống chống khai thác. Khi kết thúc
với thân giếng trần, lựa chọn đường kính ống chống và choòng khoan được bắt đầu từ
đoạn thân giếng trần. Đường kính các cột ống khai thác phụ thuộc vào phương pháp hoàn
thiện giếng, điều kiện khai thác và yêu cầu của phía đặt hàng cho công tác khoan. Đối với
điều này cần tính toán đến thể loại sản phẩm, sản lượng mong muốn, áp suất vỉa, các giải
pháp thực hiện công việc nghiên cứu địa vật lý giếng khoan, sửa chữa giếng và cứu sự cố;
kích cỡ cần khoan và thiết bị khác thực hiện trong cột ống chống khi tiến hành công đoạn
khoan giếng.
Hiện nay việc lựa chọn đường kính ống chống và đường kính choong khoan
được thực hiện theo hình sau:

14


2.1.Sơ đồ lựa chọn đường kính ống và choong khoan
+ Bảng 2.1: Đường kính ống chống và khe hở nhỏ nhất
Đường kính ống chống
(mm)
89 – 127
140 – 159

168 – 194
219 – 245
273 – 351
376 – 508

Khe hở nhỏ nhất của vành xuyến
(mm)
10 – 15
15 – 20
20 – 25
25 – 30
30 – 45
45 – 80

+ Bảng 2.2: Đường kính chuẩn của choong khoan và ống chống tương ứng
Đường kính choong khoan
(mm)
914,4
660,4
490
444,5
393,7
311,1
295,7
315,9
165,1
152,4

Đường kính ống chống theo
tiêu chuẩn API

(mm)
762
508

Đường kính ống chống theo
tiêu chuẩn GOST
(mm)
720
426

340
324
244,5
177,8
120,7
15

244,5
193,7
140


101,6

89

+ Bảng 2.3: Kính 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

Theo sơ đồ lựa chọn đường kính các cột ống chống và choong khoan tương ứng sử

dụng trong giếng khoan SYT-1X như sau:
a. Ống chống khai thác
Ống chống này được lựa chọn với đường kính 9-5/8 ’’ và sử dụng chòong khoan tương
ứng để khoan với đường kính 12-1/4”.
Ống chống khai thác có đường kính ngoài là 9-5/8’’ (244,5 mm). Đường kính này được
lựa chọn nhằm thỏa mãn yêu cầu khai thác với lưu lượng theo thiết kế.
- Theo bảng 2.3, lựa chọn đường kính mufta của ống chống này là Dmfta= 270 mm.
- Theo bảng 2.1: ta chọn ∆= 30mm.
16


Ta có công thức tính đường kính choong khoan là:
Dc= Dmfta + ∆ = 270 + 30 = 300 mm
- Theo bảng 2.2, Ta chọn đường kính choong khoan cho ống chống khai thác là:
Dchòong= 311,1 mm
b. Ống chống dẫn hướng
Ống chống này được lựa chọn với đường kính 13-3/8”, chòong khoan tương ứng để
khoan với đường kính 16”.
Đường kính trong của ống chống dẫn hướng được xác định theo công thức:
Dt dh= Dchòong + (6÷8) = 311,1 + (6÷8) = (317,1÷319,1) mm
Chọn đường kính ống chống dẫn hướng là: Ddh = 340 mm.
Đường kính mufta của ống chống dẫn hướng theo bảng 2.3 là: 365 mm
Dm.dh = 365 mm
Đường kính choong khoan dùng để khoan qua ống chống này được xác định theo công
thức:
Dc.dh= Dm.tg + ∆
Theo bảng 2.1 ta chọn: ∆= 45 mm
Đường kính choong khoan là: Dc.dh = 365 + 45 = 410 mm
Theo bảng 2.2, ta chọn đường kính choong khoan cho ống chống dẫn hướng là: 445,5mm
Vậy đường kính choong khoan của ống chống dẫn hướng là:

Dc.dh = 445,5 mm.
c. Ống chống định hướng
Ống chống này được lựa chọn với đường kính 20’’, choong khoan tương ứng để khoan
với đường kính 26’’.
+ Đường kính trong của ống chống được xác định theo công thức:
Dt đh= Dc.dh + (6÷8) = 445,5 + (6÷8) = 451,5÷453,5 mm
+ Ta chọn đường kính ống chống định hướng là: 508 mm
+ Theo bảng 2.3, Ta chọn đường kính mufta của ống chống định hướng là:
17


Dm.đh = 533 mm
Theo bảng 2.1, chọn ∆ = 80 mm
Đường kính choong khoan của ống chống định hướng là:
Dc.đh = Dm.đh + ∆ =533 + 80 = 613 mm
+ Theo bảng 2.2, Ta chọn đường kính choong khoan của ống chống định hướng là:
Dc.đh = 660,4 mm
Vậy đường kính choong khoan ống chống định hướng là: 660,4mm
Bảng 2.4: Kết quả tính toán cấu trúc giếng theo chiều sâu
Loại cột ống
Ống chống định
hướng
Ống chống dẫn
hướng
Ống chống khai
thác

Chiều sâu thả
(mm)
0 – 580

Đường kính
ống (mm)
508

Đường kính
choong (mm)
660,4

Chiều dài
(m)
580

0 – 1500

340

445,5

1530

0 – 1950

244,5

311,1

1980

2.2.4. Lựa chọn chiều cao dâng vữa xi măng

Chiều cao dâng vữa xi măng được xác định từ những điều kiện địa chất đặc biệt
của vùng mỏ. Đối với giếng này, chiều cao trám xi măng được xác định như sau:
-

-

-

Cột ống chống định hướng: Cột ống chống có tác dụng chống lại sự sập lở của đất
đá và sự ô nhiễm của dung dịch khoan đối với tầng nước trên mặt. Cột ống định
hướng được trám toàn bộ xi măng.
Cột ống chống dẫn hướng: Do chịu toàn bộ trọng lượng của cột ống tiếp theo nên
cột ống này được trám toàn bộ xi măng. Dỉnh trám xi măng là đáy biển có chiêu
sâu là 62,5m.
Cột ống chống khai thác: Cột ống chống được trám từ chiều sâu 530m đến chiều
sâu 1950m.
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN TRẮC DIỆN CÁC CỘT ỐNG CHỐNG
CỦA GIẾNG SYT-1X

3.1 Cơ sở và phương pháp tính toán thiết kế ống chống
3.1.1 Cơ sở tính toán thiết kế ống chống
18


Tính toán ống chống được thực hiện khi thiết kế giếng khoan với mục đích lựa
chọn chiều dày thành ống, nhóm độ bền vật liệu( mác thép), các dạng đầu nối, tỉ trọng
dung dịch, loại ống, hệ số dự phòng( hệ số an toàn), độ bền. Khi tính toán cần tính đến
các điều kiện phức tạp địa chất, công nghệ và điều kiện môi trường làm việc.
Tính toán bền cột ống chống tức là tính toán chiều dài từng đoạn ống chống, bề
mặt thành ống, mác thép bảo đảm độ bền của cột ống chống dưới tác dụng của các tải

trọng trong suốt quá trình giếng làm việc. Khi tính toán ta cần tính đến các điều kiện
phức tạp địa chất, công nghệ cũng như đảm bảo giá thành với sự tiêu hao vật liệu( thép) ít
nhất.
 Tính toán ống chống dựa trên điều kiện xấu nhất có thể xảy ra tại khu vực lô M2.
 Ống chống bề mặt (13-3/8’’) thiết kế chịu được: Áp suất nổ khi khí xâm nhập và

di chuyển lên bề mặt và áp suất bóp méo khi mất toàn bộ dung dịch trong ống.
 Ống khai thác (9-3/8’’) thiết kế chịu được: áp suất nổ trong các trường hợp, khí
xâm nhập và di chuyển lên trên bề mặt, ống khai thác bị hở và áp suất bóp méo
trong trường hợp cột ống bị mất toàn bộ dung dịch.
Các điều kiện trình bay như sau:
Tính toán lựa chọn chiều dày thành ống δ và nhóm bền vật liệu (mác thép) M t của ống
chống khi đã biết đường kính ống Doc, chiều dài ống chống Loc đã biết giá trị áp suất
dư ngoài, áp suất dư trong. Hệ số dự phong ( an toàn) quy định thảo mãn điều kiện
sau:
[P]đn Σ lt qa ;
[P]oc Σ lt qa ;
Pkr Σ Pdn[n1];
Poc Σ Pdt[n2];
Trong đó:
[P]đn: Lực kéo cho phép mà tại giá trị này đầu nối ống chống bị biến dạng. (Tấn)
qa: Trọng lượng 1m chiều dài của đoạn ống chống có cùng chiều dài và mac thép.
lt: Chiều dài của đoạn ống chống có cùng chiều dài và mác thép, (m).
[P]oc: Lực kéo cho phép mà tại giá trị này thân ống chống bị biến dạng. (Tấn)
Pkr: Giá trị áp suất tới hạn cho phép xác định theo áp suất dư ngoài và phụ thuộc vào
mác thép, chiều dày thành ống,(Mpa).
Pn: áp suất ngoài, (Mpa).
Pt: Áp suất trong, (Mpa).
19

Poc: Áp suất dư trong cho phép mà tại giá trị này ống chống đạt tới hạn bền của vật
liệu, (Mpa).
n1: Hệ số dự phòng đối với áp suất dư ngoài; n1= 1,125.
n2: Hệ số dự phòng đối với áp suất dư trong tương ứng với giá trị giới hạn bền của vật
liệu; n2=1,1.
Các điều kiện trên sử dụng để lựa chọn loại ống chống với chiều dày thành ống δ
sản suất từ vật liệu có độ bền Mt. Có hai cách cơ bản lựa chọn như sau: Cấu trúc ống lựa
chọn từ các ống có chiều dày thành ống nhỏ nhất và trung bình được chế tạo từ vật liệu
có độ bền (mác thép) cao hoặc ngược lại từ ống có độ bền thấp hơn chiều dày thành ống
lớn.
Bằng cách này hay cách khác, việc tính toán hay lựa chọn giải pháp tối ưu đều quy
về tính toán giá trị δ và Mt. Mặt khác, δ và Mt tối ưu mà tiêu chuẩn có thể chấp nhận được
giá thành ống chống và khối lượng thép chế tạo.
3.1.2 Tính toán ứng lực tới hạn bóp méo của ống chống
3.1.2.1 Áp suất dư ngoái cột ống chống
Ứng lực bóp méo ống chống là lực do các yếu tố bên ngoài tác dụng lên ống chống (áp
suất vỉa hoặc sự thay đổi áp suất của cột chất lưu trong và ngoài ống chống).
Đặc điểm của ứng lực này là:
•
•
•

Phụ thuộc vào trị số của áp suất vỉa
Phụ thuộc vào sự thay đổi áp suất của cột chất lưu trong và ngoài ống chống.
Phụ thuộc vào cấu trúc địa chất của cột địa tầng giếng khoan.

Tại một chiều sâu bất kì nào đó khi gặp áp suất ngoài lớp hơn áp suất trong sẽ tạo áp
suất dư ngoài tác dụng lên ống chống. Nếu áp suất này lớn hơn giới hạn bóp méo cho
phép của ống chống thì ống chống sẽ bị phá hủy.

Giá trị áp suất này ở bất kì thời điểm nào dọc theo ống cũng được tính theo công thức:
Pdn= Pn- Pt
Trong đó:
Pdn: áp suất dư ngoài, Mpa.
Pn: áp suất ngoài, Mpa.
Pt: áp suất trong, Mpa.

20


Hình 3.1: Áp suất dư ngoài cột ống
Áp suất ngoài là áp suất tác dụng lên bề mặt ngoài của cột ống chống. Nó có nguồn
gốc từ áp suất vỉa hoặc sự thay đổi áp suất chất lưu trong và ngoài ống chống. Do đó, khi
áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch tăng theo chiều sâu thì áp suất ngoài sẽ đạt giá trị lớn
nhất ở đáy giếng và bằng không ở miệng giếng.
Hiện tượng bóp méo ống chống suất hiện nếu trong ống không có dung dịch (trong
trường hợp này áp suất bóp méo chính bằng áp suất dư ngoài).
Những trường hợp điển hình:
-

Khi mất tuần hoàn dung dịch (có thể ở chân đế ống chống hoặc bất kì chiều
sâu nào của đoạn giếng đặt ống chống tiếp theo).
Thử độ kín bằng cách hạ mực chất lỏng.
Ở cuối quá trình khai thác, mực chất lỏng trong giếng hạ thấp, khi đó tạo
những điểm mà bên trong ống chống không có chất lưu sẽ chịu áp suất bóp
méo chính là áp suất ngoài.

21

Hình 3.2: Các trường hợp gây ra ứng lực bóp méo ống
3.1.2.2. Kiểm tra bền cho ống chống theo áp suất dư trong ống chống đạt độ bền bóp méo
thỏa mãn điều kiện
n1 = 1,3
Trong đó:
Pbm: Áp suất làm bóp méo ống chống, kG/cm2.
n1: Hệ số an toàn đối với áp lực dư ngoài.
Pdn: Áp suất dư ngoài cột ống, kG/cm2.
Có nhiều trường hợp làm xuất hiện áp suất dư ngoài cột ống chống, tùy thuộc vào từng
ống chống cụ thể mà áp suất dư này có thể suất hiện và được tính toán như sau:
a. Trường hợp sau khi chống ống tiến hành khoan với dung dịch có trọng lượng riêng

nhẹ hơn
Pdn= (ɣnaɣnh), kG/cm2
Trong đó:
ɣna: Trọng lượng riêng của dung dịch nặng đã khoan trước đó, G/cm3.
ɣnh: Trọng lượng riêng của dung dịch nhẹ khoan đoạn tiếp theo.
Hx: Chiều sâu tính toán, m
b. Áp suất dư ngoài do cột vữa xi măng bên ngoài ống chống gây ra trong quá trình

đông cứng
Pdn= 0,1.(ɣxm- ɣep).(Hx- h), kG/cm2
22


Trong đó:
ɣxm: Trọng lượng riêng của vữa xi măng, G/cm3.
ɣep: Trọng lượng riêng của dung dịch ép, G/cm3.
h: Chiều cao của cốc xi măng. Chọn h = 20m.
c. Trường hợp mất dung dịch

Trong trường hợp áp lực vỉa thấp có thể làm cho cột dung dịch bên trong ống chống bị
hạ xuống. Khi đó áp suất dư ngoài cột ống chống được tính theo công thức:
Pdn= 0,1.[Ka.Hx- (Hx- Ho).ɣd], kG/cm2
Trong đó:
Ka: Gradien áp suất vỉa tại điểm tính toán, G/cm3.
Hx: Chiều sâu tại điểm tính toán, m
Ho: Chiều sâu hạ mực chất lỏng (từ miệng ống đến bề mặt chất lỏng bên trong ống
chống), m
ɣd: Trọng lượng riêng của chất lưu bên trong cột ống, G/cm3.
Như vậy, trong tất cả các trường hợp thì áp suất dư ngoài cột ống luôn đạt giá trị cực đại
tại đáy của cột ống chống. Vì vậy, khi kiểm toán ống chống theo áp suất bóp méo ta chỉ
cần tính thông qua áp suất dư ngoài cột ống tại phần đáy của cột ống chống đó.
3.1.3. Ứng lực gây nổ ống
3.1.3.1 Áp suất dư trong cột ống
Tại một chiều sâu bất kì nào đó khi áp suất trong lớn hơn áp suất ngoài sẽ tạo áp
suất dư trong tác dụng lên ống chống. Nếu áp suất này lớn hơn giới hạn nổ cho phép của
ống chống thì ống sẽ bị phá hủy. Giá trị áp suất này ở bất kì thời điểm nào dọc theo ống
cũng được tính theo công thức:
Pdt= Pt- Pn
Trong đó:
Pdt: Áp suất dư trong, Mpa.
Pt: Áp suất trongMpa.
Pn: Áp suất ngoài, Mpa.

23


Hình 3.3: Áp suất dư trong
Áp suất trong là áp suất tác dụng lên thành trong của ống chống. Nguồn gốc sinh

ra áp suất trong chủ yếu là do áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch bên trong cột ống chống
gây ra (thường là trọng lượng dung dịch khoan tuần hoàn trong miệng giếng), áp suất do
chất lưu vỉa xâm nhập vào giếng (thường giả sử là khí) khi khoan đặt đoạn ống chông
tiếp theo (hình vẽ)
Áp suất nổ có thể xảy ra trong các trường hợp sau:
-

Trong quá trình bơm ép thử kín ống chống.
Kết thúc quá trình bơm trám
Rò rỉ khí ở ống nâng
Khi giếng khoan có hiện tượng phun và các thiết bị đối áp được đóng lại
Tròn quá trình khoan có sử dụng dung dịch nặng mà khoảng khoan trước đó
sử dụng dung dịch nặng.

24


Hình 3.4: Áp suất dư trong khi có hiện tượng khí xâm nhập
3.1.3.2. Kiểm tra bền cho ống chống theo áp suất dư trong của cột ống
Ống chống đạt độ bền nổ khi thỏa mãn điều kiện:
n2= 1,3
trong đó:
Pno: Áp suất nổ ống chống, kG/cm2.
n2: Hệ số an toàn đối với áp lực dư bên trong.
Pdt: Áp suất dư bên trong cột ống, kG/cm2.
Tính toán Pdt trong các trường hợp làm xuất hiện áp suất dư trong cột ống:
a. Trường hợp khoan với dung dịch nặng hơn sau khi chống ống

Pdt=(ɣnaɣnh), kG/cm2.
Trong đó:

ɣna: Trọng lượng riêng của dung dịch nặng đã khoan trước đó, G/cm3.
ɣnh: Trọng lượng riêng của dung dịch nhẹ khoan đoạn tiếp theo, G/cm3.
Hx: Chiều sâu tính toán, m
Trường hợp này, Pdt đạt giá trị cực đại tại đáy ống chống.
25