Thiết kế thi công giếng khoan khai thác Dầu khí KTN5X mỏ Kình Ngư Trắng Nam

Mục lục


Danh mục hình vẽ

LỜI MỞ ĐẦU
Dầu khí là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của nước ta hiện nay,nó không chỉ
mang lại nguồn ngoại tệ lớn cho quốc gia mà còn là nguồn năng lượng quan trọng nhất hiện
nay cho sự phát triển kinh tế . Với điều kiện tự nhiên của Việt Nam đã cho thấy phần nào lợi
thế và tiềm năng phát triển của ngành này trong tương lai khi trữ lượng khai thác ước tính
của Việt Nam đứng thứ 4 về dầu mỏ và thứ 7 về khí đốt trong Đông Nam Á (Theo Tạp chí
Tài chính). Với sự phát triển lớn mạnh không ngừng của nó, nhà nước đang có nhiều kế
hoạch thúc đẩy sự phát triển, ưu tiên nhiều về vốn và nhân lực phục vụ ngành này. Việt Nam
được xếp thứ ba trong khu vực Đông Nam Á và thứ 31trên thế giới về sản lượng dầu thô và
khí đốt. Với sự phát triển lớn mạnh không ngừng của ngành này, nhà nước đang có nhiều kế
hoạch thúc đẩy sự phát triển, ưu tiên nhiều về vốn và nhân lực phục vụ ngành dầu khí.
Hiện nay ở nước ta, công tác tìm kiếm – thăm dò và khai tác dầu khí được triển khai
mạnh mẽ và rộng khắp trên toàn bộ vùng biển,thềm lục đia của đất nước bao gồm cả các
vùng nước sâu xa bờ,tích cực mở rộng địa bàn,tăng cường hoạt động tìm kiếm – thăm dò
dầu khí ra nước ngoài.
Để khai thác dầu và khí tự nhiên trong lòng đất thì công 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, mà còn ảnh hưởng đến
trực tiếp đến chi phí xây dựng, tuổi thọ của bản thân công trình đó.
Sau thời gian thực tập sản xuất tại xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro và Công ty điều
hành thăm dò và khai thác Dầu khí trong nước (PVEP POC).Em đã chọn đề tài tốt nghiệp
“Thiết kế thi công giếng khoan khai thác Dầu khí KTN-5X mỏ Kình Ngư Trắng Nam ".
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.
2


Em xin bầy tỏ lòng cảm ơn đến các thầy,cô giáo trong bộ môn Khoan - Khai thác, đặc
biệt là thầy Th.S Trần Hữu Kiên đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này!
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 6 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Trọng Doanh

3


CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MỎ KÌNH NGƯ TRẮNG NAMVÀ
GIẾNG 09-2/09-KTN-5X
1.1 Vị trí địa lý và địa chất vùng Mỏ Kình Ngư Trắng Nam
1.1.1 Vị trí địa lý.
Giếng KTN-5X thuộc mỏ Kình Ngư Trắng Nam,nằm ở lô 09-2/09 trong bể Cửu Long
thuộc Biển Đông Việt Nam.Nó cách cảng Vũng Tàu khoảng 150Km về hướng đông
nam.Mỏ nằm tại khu vực có độ sâu mực nước biển là 58 m. Phía Bắc của mỏ Kình Ngư
Trắng Nam là Mỏ Rạng Đông,phía Tây nằm gần với mỏ Bạch Hổ và Mỏ Cá Ngừ Vàng còn
về phía Đông thì tiếp giáp với bể Côn Sơn.
Mỏ có toạ độ là : 09° 51' 42.353" độ vĩ Bắc .
108° 23' 37.102”độ kinh Đông.

Hình 1.1 vị trí mỏ Kình Ngư Trắng Nam
1.1.2.Đặc điểm khí hậu- gió mùa tại vùng mỏ.
4

Do mỏ Kình Ngư Trắng nằm trong bể Cửu Long nên khí hậu tại đây có tính chất nhiệt
đới gió mùa,một năm có hai mùa rõ rệt đó là mùa khô và mùa mưa.
Mùa khô kéo dài từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau.Giai đoạn này chủ yếu là gió mùa
Đông Bắc với sức gió thay đổi từ cấp 5,cấp 6,tháng 12 đến cấp 7,cấp 8 khi đó sóng biển có
thể cao tới 8m. Mùa này lượng mưa rất nhỏ,trung bình tháng không quá 1mm,độ ẩm không
khí khoảng 65% , nhiệt độ ban ngày từ 24-30°C về chiều và đêm giảm xuống còn 22-24°C.
Thời điểm chuyển giao mùa (tháng4, 5) gió mùa chuyển hướng Tây Nam, lúc này độ
ẩm không khí tăng lên đáng kể có thể tới 85% và nhiệt độ dao động từ 26-30°C.
Mùa Mưa kéo dài từ tháng 6 tới tháng 10,giai đoạn này gió mùa Đông Nam hoạt động
mạnh,nhiệt độ dao động trong khoảng từ 26-32°C, lượng mưa tăng lên đạt từ 260mm270mm,độ ẩm không khí trung bình là 87-89%. Đây là mùa bão biển, 7/10 cơn bão trong
năm tập trung vào thời gian này.Khi có bão gió có thể đạt tới vận tốc 60m/s và sóng biển có
thể cao tới 10m.
Tại mỏ mức nước biển dao động từ 50-70m và có dòng chảy qua. Dòng chảy phụ
thuộc vào chế độ gió mùa và chế độ thuỷ chiều : lưu tốc từ 82-87 m/s ở độ sâu 20m và
giảm tới 25m/s ở đáy biển. Chế độ thuỷ nhiệt trong cả vùng thềm lục địa thay đổi theo mùa
và theo độ sâu, trung bình dao động từ 24,9-29.6°C, độ mặn nướcbiển từ 33-35g/l.
Việc thi công giếng khoan ở ngoài biển với độ sâu trên 50m là hết sức phức tạp, điều
kiện thời tiết khí hậu cũng thay đổi nên ảnh hưởng lớn tới quá trình thi công đặc biệt là ảnh
hưởng của chế độ chảy của dòng biển phụ, chế độ thuỷ chiều, sóng và gió biển. Đặc biệt là
khi có bão gây cản trở rất nhiều cho công tác khoan, vận chuyển, tiếp cận của tàu và máy
bay, liên lạc giữa giàn khoan và đất liền. Tuy nhiên mặt thuận lợi là thời tiết nơi đây tương
đối tốt không khắc nghiệt, biển có độ sâu tương đối nên thuận lợi cho việc vận chuyển bằng
đường biển, đặc biệt và vận chuyển các trang thiết bị cồng kềnh có trọng tải lớn.

1.2. Cấu tạo địa chất vùng mỏ
Theo trình tự nghiên cứu bắt đầu từ các phương pháp đo địa vật lý, chủ yếu là phương
pháp địa chấn, các phép đo địa vật lý trong lỗ khoan, sau đó đến các phương pháp phân tích
lấy mẫu đất đá thu được,người ta xác định được khá rõ ràng các thành hệ của mỏ Kình Ngư
Trắng Nam. Từ trên xuống dưới cột địa tần tổng hợp của mỏ được xác định như sau :

1.2.1. Trầm tích Neogen và Đệ Tứ
•

Trầm tích Poliocen – Đệ tứ (Điệp Biển Đông) :
5


Điệp Biển Đông, Tập A hình thành 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. Chiều dày của Điệp
này là khoảng 650m.
Dưới điệp Biển Đông là các trầm tích của thống Mioxen thuộc hệ Neogen. Thống này
được chia làm ba phụ thống :
•

Phụ thống Miocen thượng ( điệp Đồng Nai ) :

Hệ tầng Đồng Nai,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, với độ mài mòn từ trung bình đến tốt.Cũng có thể gặp những vỉa sét và két dày
gần 20m và những vỉa cuội mỏng. Chiều dày của điệp tăng dần từ giữa ra hai bên cánh bề
dày đoạn khoan qua ở điệp này khoảng 475m.
•

Phụ thống Miocen trung ( điệp Côn Sơn ) :

Hệ tầng Côn Sơn , 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.
Cả tập BII.1 và BII.2 đều có biểu hiện hydrocacbon.

6


•

Phụ thống Miocen hạ ( Điệp Bạch Hổ ) :

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 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.
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. Biểu hiện dầu tốt.
1.2.2. Trầm tích Paleogen-Kỷ Kainozoi :
Thành tạo của hệ thống Oligoxen thuộc hệ Paleogen được chia làm hai phụ thống :
•

Thống Oligocen thượng (điệp Trà Tân ) :

Hệ tầng Trà Tân thượng, được phát hiện ở tất cả giếng và được phân bố rộng rãi trong
kênh Amethyst 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.
•

Thống Oligoxen hạ (điệp Trà Cú ) :
7


Trầm tích này bao gồm các lớp cát – sét xen kẽ hạt trung và hạt nhỏ màu nâu xám lẫn
với bột kết màu nâu đỏ bị nén chặt nhiều và nứt nẻ. Ở đáy của Điệp gặp sỏi kết và các mảnh
đá móng tạo thành tập lót đáy của lớp phủ trầm tích. Đá được thành tạo ở điều kiện biển
nông ,ven bờ hoặc sông hồ. Thành phần vụn gồm thạch anh, Fenspat, Granite, đá phun trào
và đá biến chất . Người ta đã nhận được dầu ở tập lót này.
•

Các đá cơ sở ( Vỏ phong hoá ) :

Đây là nền cơ sở cho các tập đá Oligoxen dưới phát triển trên mặt móng. Nó được hình
thành trong điều kiện lục địa dưới sự phá huỷ cơ học của địa hình. Đá này nằm trực tiếp trên
đá móng do sự tái trầm tích mảnh vụn của đá móng có kich thước khác nhau, tập cơ sở phát
triển không đều, có nhiều vị trí lún chìm của móng và hoàn toàn vắng mặt ở phần vòm.
Thành phần gồm : cuội kết hạt thô, đôi khi gặp đá phun trào.giữa tập cơ sở và tầng
móng không có tầng chắn nên chúng tạo thành một đối tượng đồng nhất.
1.2.3.Đá móng trước Kainozoi .
Đá móng trước Kainozoi chủ yếu là các thể xâm nhập granitoit, granit và granodiorit.
Thành phần khoáng vật chủ yếu là thạch anh (10 – 30%), Fenspat (50 – 80%), Mica và
Amphibol (từ hiếm tới 8,9%) và các khoáng vật phụ khác. Tuổi của đá móng là Jura muộn
và Kreta sớm (tuổi tương đối là từ 107 - 108 triệu năm). Đá móng có bề dày phân bố không
đều và không liên tục trên các địa hình. Bề dày lớp phong hoá có thể lên tới 160m. Kết quả
phân tích không gian rỗng trong đá móng cho thấy độ rỗng trong đá phân bố không đều,
trung bình từ 3- 5%. Quy luật phân bố độ rỗng rất phức tạp. Khi tiến hành khoan thăm dò đã
thấy dầu đã được tìm thấy trong tầng đá móng, dầu tự phun với lưu lượng lớn từ đá móng là
một hiện tượng độc đáo, trên thế giới chỉ gặp ở một số nơi như: Bombay (Ấn Độ), High
(Libi). Để giải thích cho hiện tượng trữ dầu thô trong đá móng kết tinh, người ta tiến hành
nhiều nghiên cứu và đưu ra kết luận sự hình thành không gian rỗng chứa dầu trong đá móng
granitoit là do tác động của nhiều yếu tố địa chất khác nhau.

8


Bảng 1.1. địa tầng và danh giới giữa các tầng của mỏ Kình Ngư Trắng Nam
Tập
A
BIII
BII
BI.2

BI.1
C
C30
D
E Upper
E Lower –Arkose sand
E Lower – Basal sand

1.3. Sơ lược về Giếng 09-2/09 KTN-5X.
1.3.1. Vị trí và mục đích của giếng
Giếng khoan 09-2/09 KTN-5X nằm ở phía đông bắc của mỏ Kình Ngư Trắng Nam,
thuộc lô 09-2/09 của bể Cửu Long-Việt Nam. Đây là giếng Khoan thẩm lượng thuộc dự án
của PVEP POC được thực hiện bởi Giàn PVD VI của công ty PV Drilling. Dàn PVD VI là
giàn tự nâng là giàn khoan có công nghệ hiện đại bậc nhất trên thế giới hiện nay, được đóng
theo thiết kế loại B của nhà thầu đóng giàn Keppel FELS (Singapore), là thiết kế chuẩn của
các giàn khoan tự nâng hiện đại hiện nay với độ sâu đáy biển lớn nhất - xấp xỉ 122m.
Giàn khoan PV Drilling VI có khả năng thi công giếng khoan có độ sâu đến 9.000m và
cùng lúc có thể có đến hơn 120 người cùng tham gia làm việc trực tiếp.
Vị trí của giếng có toạ độ : 09° 51' 42.353" độ vĩ Bắc .
108° 23' 37.102” độ kinh Đông.
Giếng 09-2/09 KTN-5X là giếng thẩm lượng đánh giá tiềm năng dầu khí vùng đông
bắc mở Kình Ngư Trắng Nam và khai thác dầu khí ở tầng đá móng.

-

Độ sâu dự kiến của giếng là khoảng 3461.5m.

-

Khoan tại khu vực có độ sâu mực nước biển là khoảng 58m.

9


1.3.2. Cột địa tầng và ranh giới giữa các tầng

10


Hình 1.2. Cột địa tầng và ranh giới giữa các tầng của Giếng 09-2/09 KTN-5X
1.3.3. Nhiệt độ và áp suất vỉa (theo phương thẳng đứng )
1.3.3.1. Nhiệt độ vỉa của giếng KTN-5X
Nhiệt độ vỉa của giếng 09-2/09 KTN-5X được dự đoán dựa trên các dữ liệu có được ở
các giếng lân cận đã khoan trước đó như KTN-1X,2X theo đó thì Gradient nhiệt độ vỉa của
giếng KTN-3X sẽ từ 2,65-2.8°C/100m và được dự đoán là không có bất thường.
Nhiệt độ tại chiều sâu dự kiến của giếng được dự đoán là khoảng từ 115°C đến 125°C
ở 3425m .

Hình.1.3.Nhiệt độ vỉa của giếng KTN-3X theo phương thẳng đứng .

1.3.3.2. Áp suất vỉa của giếng KTN-3X.

11


Cũng dựa trên những số liệu thu được từ các giếng lân cận như KTN-1X,2Xthì ta thu
được áp suất vỉa của giếng KTN-3X là ít có dị thường. Gradient áp suất vỉa của giếng KTN3X được dự đoán như sau :
 Áp suất vỉa :

-

Từ 94,5 ÷ 750m : Gradient áp suất vỉa là khoảng: 1÷ 1.06.

-

Từ 750 ÷ 2096m : Gradient áp suất vỉa : 1,1 ÷ 1,13.

-

từ 2096 ÷ 3446,5m : Gradient áp suất vỉa : 1,2 ÷ 1,23.

-

từ 3446,5 ÷ 3461,5m : Gradient áp suất vỉa : 0,89 ÷ 0,94.

Theo các kết quả thu được từ việc khoan lấy mẫu cũng như các số liệu thu được ở các
giếng lân cận thì khôg có nguy hiểm từ các tích tụ khí nông.
Áp suất vỉa lớn nhất được dự đoán là 9.0 ppg tại độ sâu khoảng 3000m dọc theo quỹ
đạo dự kiến của giếng.
 Áp suất vỡ vỉa.

-

Từ độ sâu 94,5 ÷ 750 m :Gradient áp suất vỡ vỉa là 1,3.

-

Từ 750 ÷ 2096 m : Gradient áp suất vỡ vỉa là 1,45 ÷ 1,5.

-

Từ 2096 ÷ 3446,5 m : Gradient áp suất vỡ vỉa là 1,65 ÷ 1,73.

-

Từ 3446,5 ÷ 3461,5 m : Gradien áp suất vỡ vỉa là : 1,55 ÷ 1,6.

1.4.Một số đặc điểm điểm địa chất và phức tạp có thể gặp trong quá trình khoan
Bảng.1.2.Một số phức tạp có thể gặp khi khoan giếgn KTN-3X.
Khoảng ( m )
Phức tạp có thể gặp
650 – 1864
Có mất dung dịch
(BII section)
1864 – 1996
Sập lở và bó hẹp thành giếng
(Bach Ho shale)
Sập lở,kẹt dính vi sai đặc biệt trong tầng sét ở tầng Oligoxen
1996 – 3410
E.Ngoài ra còn có thể có mất dung dịch và có khí xâm nhập ở tầng
(BI.1, C, D and E)
này

3410– TD
(Bsmt section)

Có hiện tượng mất dung dịch và có khí xâm nhập

12

CHƯƠNG II : LỰA CHỌN PROFILE VÀ TÍNH TOÁN CẤU TRÚC
GIẾNG KHOAN
2.1. Lựa chọn và tính toán profile giếng khoan.
2.1.1. Mục đích, yêu cầu tính toán profile giếng khoan.
Do yêu cầu công tác khoan trên biển mỗi giàn cố định có một quỹ giếng từ 16-18
giếng. Vì vậy để đảm bảo hiệu quả kinh tế cao, hệ số thu hồi cao và các giếng không va
chạm với nhau nhau trong khi khoan thì ta phải chọn profile của giếng khoan được thiết kế
sao cho phải phù hợp với các điều kiện ở trên giàn. Để đạt được mục đích mà chúng ta đề ra
profile phù hợp của giếng khoan phải đảm bảo các yêu cầu sau:

-

Giảm tối đa chi phí về thời gian thi công, vật tư, nhân lực, giá thành về thiết kế trong quá
trình khoan.

-

Do giếng khoan trên biển nên lựa chọn cấu trúc giếng phải ngăn cách hoàn toàn nước
biển,giữ ổn định thành và thân giếng khoan để việc kéo thả bộ dụng cụ, sửa chữa được tiến
hành bình thường.

-

Giếng phải làm việc khi khoan qua qua các tầng dị thường, mất ổn định.

-

Đạt độ sâu, khoảng dịch đáy để tiếp cận tầng sản phẩm theo yêu cầu.

-

Thân giếng khoan phải đảm chất lượng, ổn định trong quá trình gia cố.

-

Đảm bảo an toàn trong suốt quá trình khoan và chống ống. Giảm thiểu tối đa khả năng xảy
ra sự cố.

-

Lợi dụng được thiết bị, công nghệ và kĩ thuật hiện có.

-

Cấu trúc giếng phải phù hợp với yêu cầu kĩ thuật , khả năng cung cấp thiết bị, đảm bảo độ
bền và an toàn trong suốt quá trình khoan,khai thác và công tác sửa chữa sau này.
2.1.2. Cơ sở lựa chọn profile giếng khoan.
Việc chọn profin giếng khoan thường dựa vào rất nhiều yếu tố nhưng thông thường ta
thường dựa vào các yếu tố sau:

13


-

Cột địa tầng: cột địa tầng được thể hiện đầy đủ ở trên đây. Cột địa tầng cũng thể hiện được
đầy đủ các yếu tố địa chất của giếng khoan mà chúng ta thi công.

-

Chiều sâu của giếng khoan: chiều sâu của giếng khoan lớn là 3425 m.

-

Khoảng dời đáy: là khoảng cách tính theo phương nằm ngang từ miệng giếng khoan tới đáy
giếng khoan khi chiếu profin giếng lên mặt phẳng nằm ngang. Ở đây khoảng dịch đáy đang
thi công là 2438 m.

-

Hướng cắt của thân giếng khoan với các khe nứt trong vỉa sản phẩm sao cho đạt được lưu
lượng khai thác tốt nhất ( gần 90° ).
2.1.3. Các dạng profin giếng khoan định hướng.
Trong công tác khoan dầu khí hiện nay, người ta thường sử dụng 5 dạng profile cơ bản
sau đây:
Trong công tác khoan dầu khí hiện nay, người ta thường sử dụng 5 dạng profin cơ bản
sau đây:
 Dạng quỹ đạo tiếp tuyến .
Dạng quỹ đạo tiếp tuyến đảm bảo khoảng lệch ngang cực đại của thân giếng so với
phương thẳng đứng trong trường hợp góc nghiêng của thân giếng nhỏ nhất.
Dạng quỹ đạo tiếp tuyến được sử dụng cho các giếng khoan nghiêng định hướng với
khoảng lệch đáy lớn hơn so với phương thẳng đứng, cũng như khi khoan qua nhóm giếng có
chiều sâu cắt xiên lớn, có hiệu quả khi bộ khoan đáy làm việc ổn định của các đoạn xiên của
quỹ đạo. Dạng mặt cắt này nên dùng cho giếng khoan định hướng vào vỉa có độ lệch lớn,
khi lỗ khoan có độ sâu trung bình.
Cấu trúc giếng khoan gồm 3 đoạn: đoạn trên (1) là đoạn thẳng đứng, đoạn giữa (2)
đoạn cong đều tăng góc lệch, đoạn (3) là đoạn nghiêng.

14

Hình 2.1a: Dạng quỹ đạo tiếp tuyến.
 Dạng quỹ đạo hình chữ S:
Dạng chữ S này hay sử dụng trong các trường hợp vỉa sản phẩm có bề dày lớn, khi mở
vỉa thân giếng thẳng đứng. Quỹ đạo tiến hành đơn giản, thuận lợi trong thiết kế và thi công,
đạt độ dịch đáy đủ lớn thuận lợi trong khi khoan mở vỉa đưa giếng vào khai thác. Dạng
profin này dùng để khoan các giếng có khoan nghiêng có chiều sâu lớn.
Dạng quỹ đạo hình chữ S- 5 đoạn.
Dạng profin này gồm 5 đoạn. Đoạn thẳng đứng bên trên (1), đoạn tăng góc lệch (2),
đoạn ổn định góc lệch (3), đoạn giảm góc lệch (4), đoạn thẳng đứng bên dưới (5). Dạng
profin này được dùng để khoan trong các giếng nghiêng có chiều sâu lớn. Nên sử dụng mặt
cắt này khi đoạn dưới của giếng khoan cắt qua nhiều tầng sản phẩm, mà việc khai thác
chúng tiến hành từ dưới lên.

15


Hình 2.1b. Dạng quỹ đạo hình chữ S-5 đoạn.
Dạng quỹ đạo hình chữ S-4 đoạn.
Profin này gồm 4 đoạn, chỉ khác profin dạng chữ S-5 đoạn ở chỗ là không có đoạn ổn
định góc nghiêng (3). Dùng profin dạng này để khoan những giếng khoan đến 2500m.

Hình 2.1c. Dạng quỹ đạo hình chữ S-4 đoạn.
Dạng quỹ đạo hình chữ S-3 đoạn.
Dạng quỹ đạo này gồm đoạn thẳng đứng phía trên, đoạn tạo góc nghiêng, đoạn giảm
góc nghiêng với cường độ lệch nhỏ.

16

Mắt cắt này chỉ áp dụng ở những giếng có độ giảm tự nhiên của góc cong không lớn, ở
những giếng khoan sâu mà ổn định góc nghiêng nhỏ.

Hình 2.1d. Dạng quỹ đạo hình chữ S-3 đoạn
 Dạng quỹ đạo hình chữ J.
Dạng quỹ đạo sử dụng có hiệu quả ở các mỏ dầu khí có bộ khoan cụ đáy làm việc
trong trạng thái ổn định ở các khoảng ổn định góc nghiêng của quỹ đạo .
Sử dụng khoan đoạn thân giếng nằm trong vỉa sản phẩm với góc nghiêng cực đại đến
90o có thể sử dụng cho các giếng khoan ngang và các giếng khoan có chiều dày hiệu dụng
của các vỉa sản phẩm mỏng hoặc các giếng cần tăng chiều dày hiệu dụng.
Profin dạng này gồm hai đoạn: đoạn (1) thẳng đứng, đoạn (2) uốn cong với góc lệch
tăng dần.
Người ta khoan theo dạng mặt cắt này như thế trong trường hợp giếng khoan cần phải
cắm vào vỉa với một góc đã định trước.
Trong những năm gần đây sử dụng động cơ đáy cùng với hệ thống điều khiển MWD
(Measurement while drilling) rất phổ biến, nên dạng profin chữ J được ứng dụng nhiều
trong thi công các giếng khoan dầu khí ở Việt Nam và thế giới.

17


Hình 2.1e. Dạng quỹ đạo hình chữ J
2.1.4. Lựa chọn và tính toán Profile
Từ những phân tích trên đây kết hợp với yếu tố địa chất vùng mỏ ta có thể thấy lựa
chọn profile dạng tiếp tuyến cho giếng 09-2/09 KTN-5X là phù hợp nhất và có thể đáp ứng
được các yêu cầu đã đề ra.
Đặc điểm profile giếng này được chia làm 3 đoạn như sau :

- Đoạn thẳng đứng phía trên.
- Đoạn tạo góc nghiêng.

- Đoạn ổn định góc nghiêng.
Các thông số thiết kế của Giếng 09-2/09-KTN-5X :

- Chiều sâu thiết kế giếng khoan : H0 = 3461,5 m
- Khoảng dịch đáy : S = 2438 m
- Chiều sâu đoạn thằng đứng phía trên : H1 = 780 m
- Cường độ cong đoạn tăng góc nghiêng : i2 = 2°/30m.
- Góc phương vị của giếng : α = 23°39’.
Ta có hình vẽ Profile giếng như sau :

18


Hình.2.1f. Quỹ đạo giếng KTN-5X
Dựa vào hình vẽ ta có :
Bán kính cong đoạn tăng góc nghiêng :
R2= = = 859,44m
H2 = R2.Sinθ .
Mà : H2 + H3 = H , H = H0 – H1 = 3461,5 – 780 = 2681,5 (m).
H3 = H – H2 = H – R2.Sinθ.
Tương tự ta có :
S2 = R2(1 – cosθ) , mà S2 + S3 = S nên S3 = S – R2(1 - cosθ)
Ngoài ra ta thấy :
19


tgθ= = (*)
Giải phương trình (*) ta được giá trị góc nghiêng lớn nhất :
θ = arccos .
Thay số vào biểu thức trên ta thu được giá trị góc nghiêng lớn nhất θ = 46°31’.

Sau khi có θ thay vào các biểu thức phía trên ta được :

Chiều sâu đoạn tăng góc nghiêng là :
H2 = R2sinθ = 859,44.sin46°31’ = 623,6 (m)
Từ đó ta có chiều sâu đoạn ổn định góc nghiêng là :
H3 = H – H2 = 2681,5 – 623,6 = 2057,9 (m).

Khi đó ta có khoảng dịch đáy ứng với đoạn ổn định góc nghiêng là :
S3 = H3 . tgθ = 2057,9 . tg 46°31’ = 2169,8 (m)

Khoảng dịch đáy ở đoạn tang góc nghiêng là :
S2 = R2( 1 - cosθ ) = 268,2 (m).
Từ hình vẽ ta có :

Chiều dài thân giếng đoạn thẳng đứng là :
l1 = H1 = 780 (m)

Chiều dài thân giếng đoạn tăng góc nghiêng là :
l2 = R2.= 697,75 (m).

Chiều dài thân giếng đoạn ổn định góc nghiêng là :
l3 = = 2990,5 (m )
Khi đó ta có bảng thông số profile của giếng như sau :

20


Bảng 2.1. Các thông số profile của giếng 09-2/09-KTN-5X
Tên Đoạn

Chiều Sâu

ChiềuDài Thân

Khoảng Dịch Đáy

Thẳng Đứng

H1 = 780

l1 = 780

S1 = 0

Tăng Góc nghiêng

H2 = 623,6

l2 = 697,75

S2 = 268,2

Ổn định góc nghiêng

H3 = 2057,9

l3 = 2990,5

S3 = 2169,8

Tổng

H0 = 3461,5

l = 4468,25

S = 2438

2.2. Lựa chọn và tính toán cấu trúc giếng khoan.
Khi khoan một giếng khoan dầu khí, chúng ta không thể khoan xuyên suốt qua tất cả
các thành hệ từ bề mặt (đối với công tác khoan trên đất liền) hay từ đáy biển (đối với công
tác khoan xa bờ) đến độ sâu mục tiêu với chỉ một lần khoan duy nhất do điều kiện không
cho phép của áp suất thành hệ hay do các yêu cầu về ô nhiễm môi trường tại nơi đặt giếng
khoan. Vì vậy công tác khoan sẽ được chia thành nhiều đoạn nhỏ cho đến khi đạt được độ
sâu mục tiêu, mỗi đoạn sẽ được cách ly với thành hệ khoan qua bằng một ống thép được đạt
vào trong giếng khoan, được gọi là ống chống. Sau đó giếng sẽ được trám xi măng để lắp
đầy khoảng không vành xuyến giữa ống chống và thành hệ, đồng thời giúp cố định ống
chống, liên kết ống chống với thành hệ.
Cấu trúc của giếng khoan bao gồm:

- Tập hợp các cột ống chống (số lượng, loại, chiều sâu thả, đường kính,…).
- Choòng khoan sử dụ
- ng ( loại choòng, đường kính,…).
- Khoảng trám xi măng ( chiều cao trám tính từ chân đế ống chống).
2.2.1 Cơ sở lựa chọn cấu trúc giếng.
Để có một cấu trúc giếng đảm bảo những yêu cầu trên thì cơ sở lựa chọn cấu trúc
giếng phải được lựa chọn dựa trên các yếu tố sau:
 Yếu tố địa chất.
Được xem là yếu tố cơ bản nhất để xác định cấu trúc các cột ống chống, số lượng các
cột ống, chiều sâu thả, chiều sâu trám xi măng. Các yếu tố như: tính chất cơ lý, độ ổn định

của đất đá khoan qua, nhiệt độ, áp suất vỉa, áp suất rạn nứt vỉa, nhiệt độ của các tầng trầm
tích…Những yếu tố đó có thể tạo điều kiện thuận lợi hoặc gây cản trở cho công tác thi công
giếng. Do đó cần phải phân tích đặc điểm cột địa tầng để dự đoán được những khó khăn
21


phức tạp khi khoan, đồng thời đưa ra những quyết định cho việc lựa chọn cấu trúc giếng
khoan.
Bên cạnh việc phân tích tính chất cơ lý, độ ổn định của đất đá thành lỗ khoan người
ta còn phải quan tâm tới áp suất của vỉa (P v) và áp suất nứt vỉa(P n) để lựa chọn dung dịch
khoan phù hợp không gây sập nở thành giếng, gây phun hoặc mất nước rửa. Có ý nghĩa
là đảm bảo bất đẳng thức:
Pv
Suy ra: γd=

10 Pv
H

Trong đó: H là chiều sâu giếng khoan (m)
γd là trọng lượng riêng của dung dịch (G/cm3)
Pv ,Ptt ,Pn: lần lượt là áp suất vỉa , thủy tĩnh, nứt vỉa (at)
Khi lựa chọn cấu trúc giếng khoan ta phải dựa vào biểu đồ γv ,γd ,γn.
Từ biểu thức đó ta có thể lựa chọn : γv <γd <γn.
 Yếu tố kỹ thuật.
Yếu tố đề cập tới khả năng cung cấp vật liệu ống chống, các thiết bị bề mặt bảo đảm
cho quá trình thả ống và trám xi măng.
 Yếu tố công nghệ.
Yếu tố này là trình độ thi công của cán bộ công nhân khoan đảm bảo cho thời gian thi
công là ngắn nhất có thể.

 Yếu tố kinh tế.
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 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
22


mà còn kéo theo một loạt các phụ thuộc khác như : thời gian thi công, giá thành của choòng,
dung dịch, xi măng trám tăng lên.
2.2.2. Lựa chọn cấu trúc cho giếng 09-2/09-KTN-5X.
Để có được một giếng khoan với cấu trúc hợp lý thì việc thiết kế cấu trúc của nó phải
tuân thủ theo các yêu cầu sau :

-

Cấu trúc giếng khoan được thiết kế phù hợp với điều kiện địa chất.

-

Đạt được độ sâu thiết kế.

-

Mở được tầng chứa dầu khí và cho phép tổ hợp các phương pháp nghiên cứu trong giếng.

-

Đáp ứng được quy phạm của ngành dầu khí.

-

Đảm bảo điều kiện tốt nhất để dầu khí xâm nhập vào giếng.

-

Đơn giản, gọn nhẹ, dễ thi công.

-

Phải đảm bảo làm việc bình thường khi khoan qua các tầng có dị thường về áp suất, nhiệt
độ, các tầng đất đá kém ổn định.

-

Cấu trúc của giếng phải phù hợp điều kiện kỹ thuật, công nghệ hiện có để đảm bảo tuổi thọ
của giếng,…
Để định hướng ban đầu cho lỗ khoan, tránh 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,
bảo vệ không cho nước biển tràn vào giếng và ngăn không cho dung dịch xâm nhập làm sập
nền khoan vs móng các thiết bị. Theo kết quả thu được thì tại mỏ Kình Ngư Trắng Nam
chiều sâu mực nước biển là 58m ,khoảng cách từ bàn roto đến mặt nước biển là 36,5m. Do
đó kết hợp với các giếng đã khoan lân cận đã khoan trước đó thì ta cần chống ống định
hướng đến chiều sâu 160m.
Tiếp theo là ống chống dẫn hướng. Ống chống này có tác dụng dẫn hướng cho giếng
khoan, giữ ổn định chân thành giếng ở phần trên khỏi sập lở, bảo vệ tầng nước trên mặt

không bị nhiễm bản bởi dung dịch khoan. Đồng thời ống này có vai trò quan trọng là một
trụ rỗng trên đó có lắp các thiết bị miệng 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 dẫn hướng do chịu toàn bộ trọng lượng nén của các cột ống tiếp theo do đó,
nó phải được trám xi măng toàn bộ chiều dài và phần nhô lên mặt phải đủ bền.

23


Theo như tài liệu địa chất thu được thì đoạn tiếp theo ta sẽ khoan qua trầm tích plioxen
– pleixtoxen ( điệp Biển Đông ). Địa tầng đoạn này có đặc điểm chủ yếu từ cát với cát
dăm,độ gắn kết kém, xốp rất dễ gây nên các hiện tượng như mất dung dịch hay sập lở cát do
đó để đảm bảo tránh những sự cố xảy ra khi khoan qua đoạn này người ta quyết định chống
cột ông dẫn hướng đến chiều sau 750m.
Tiếp theo là khoan qua tầng Mioxen cụ thể là :
+ Khoan qua phụ thống Mioxen thượng ( điệp Đồng Nai) có đặc điểm gồm đất đá mềm kém
ổn định, có cát xen kẽ với lớp sét mỏng do vậy khi khoan qua đoạn này rất dễ xảy ra hiện
tượng kẹt mút cột cần do sự mất ổn định của đất đá hai bên thành hệ.
+ Khoan qua phụ thống Mioxen giữa ( điệp Côn Sơn ) đặc điểm của đất đá tại tầng này chủ
yếu là tạo từ cát, cát dăm và bột kết, phần còn lại là các vỉa sét, sét vôi mỏng và đá vôi do đó
rất dễ gây sập lở và mất ổn định thành giếng khoan.
+ Khoan qua phụ thống Mioxen hạ ( điệp Bạch Hổ ) ,đất đá ở tầng này chủ yếu là các tập sét
dày do đó khi khoan qua tầng này sẽ gặp các hiện tượng bó hẹp thành giếng khoan do sự
trương nở của sét.
Để khắc phục các phức tạp có thể xảy ra khi khoan qua địa tầng đó ta cần chống một
cột ống trung gian đến chiều sâu 2096 m.
Tiếp theo là khoan qua tầng Mioxen hạ đến tầng Oligoxen là tầng có dị thường áp suất
cao, với thành phần thạch học chủ yếu là các khoáng chất sét rất dễ gây ra sự cố kẹt độ dụng
cụ do sập lở đất đá hai bên thành, hoặc kẹt cần do chênh lệch áp giữa áp suất vỉa và áp suất
trong giếng, ta không thể tiếp tục dung dung dịch khoan ở tầng Mioxen cho đoạn này được.

Do đó ta cần chống một cột ống đến chiều sâu 3446,5 m nhằm đảm bảo một số yêu cầu
trong quá trình khoan.
Khi khoan qua tầng Oligoxen sang đến tầng móng ta thấy thành phần đất đá tại tầng
móng là đá granit nứt nẻ, song đất đá tại đây cứng và ổn định nên ta tiến hành khoan qua và
không chống ống đoạn này nhằm khai thác giếng thân trần.
Từ những phân tích phía trên ta thấy cấu trúc giếng khoan 09-2/09- KTN-5X gồm 4
cột ống, bao gồm : Cột ông định hướng, cột ống dẫn hướng, cột ống trung gian và cột ống
khai thác.
2.2.3. Tính toán cấu trúc giếng khoan

24


Nguyên tắc tính toán cấu trúc giếng khoan là bắt đầu từ đường kính của ống chống
khai thác theo thứ tự từ dưới lên. Cấu trúc được tính toán sao cho đảm bảo quá trình khoan
cũng như thả ống chống được thông suốt tới chiều sâu dự kiến.
Việc lựa chọn đường kính ống chống khai thác phải căn cứ vào:

- Thiết bị khai thác nào sẽ được sử dụng.
- Lưu lượng khai thác có thể đạt là bao nhiêu.
- Có tính đến khả năng khoan sâu thêm không.
- Mức độ tin cậy của việc đánh giá mỏ.
Chọn đường kính choòng khoan chủ yếu dựa vào các yếu tố sau:
+ Khe hở giữa mupta với thành lỗ khoan, khe hởi giữa thân ống chống với thành lỗ khoan.
+ Khoảng hở giữa mupta, thân ống với thành lỗ khoan để trám xi măng đảm bảo chất lượng
cách ly vỉa. Sự cân nhắc lựa chọn khe hở này rất quan trọng vì chúng ảnh hưởng tới mức độ
thuận lợi khi thả ống, chiều sâu tối thiểu của vành đá xi măng đảm bảo độ kín,và độ bền cơ
học đủ lớn ngoài không gian vành xuyến giữa lỗ khoan và thành ống chống.
Công thức tính đường kính choòng khoan:
Dc=Dm+2xδ= Dm+

∆

(mm).

Trong đó: Dc : Đường kính choòng (mm)
Dm: Đường kính Mupta ống chống (mm).
Δ : Khe hở giữa Mupta và thành lỗ khoan (mm)
Công thức tính đường kính ống chống :
Dt= Dc+ (6÷8) mm

(2.4)

Trong đó : Dc: Đường kính chòong khoan cho cột ống chống tiếp theo. (mm).
Dt : Đường kính trong của ống chống (mm).
(6÷8): Đó là hiệu giữa đường kính trong bé nhất của cột ống chống và đường kính
choòng khoan được sử dụng trong đó.
Dựa vào số lệu tính toán ta chọn đường kính choòng và đường kính ống chống theo
kích thước gần nhất.
25