THIẾT KẾ THI CÔNG GIẾNG KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ 1203B MỎ BẠCH HỔ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN HƯNG NGHIỆP
LỚP: KHOAN - KHAI THÁC K53

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ THI CÔNG GIẾNG KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ
1203B MỎ BẠCH HỔ

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
TS. NGUYỄN THẾ VINH

GIÁO VIÊN CHẤM
ThS. HỒ QUỐC HOA

VŨNG TÀU, 10-2012


MỤC LỤC


α

LỜI NÓI ĐẦU
Ngành công nghiệp dầu khí luôn là một ngành mũi nhọn mang tính chất chiến
lược trong quá trình phát triển của nền kinh tế không những ở Việt Nam mà còn ở hầu
hết các Quốc gia trên thế giới. Ngành dầu khí Việt Nam hiện nay đã vươn lên đứng vị
trí thứ 3 các nước xuất khẩu dầu ở khu vực Đông Nam Á.

Để khai thác được 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 thực hiện của công đoạn này. Một trong những công
đoạn đầu tiên là qui 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 mức độ kinh tế của chính qui trình thực hiện
và ảnh hưởng không ít đến tuổi thọ của bản thân công trình đó.
Trong khuôn khổ một đồ án tốt nghiệp chuyên ngành khoan khai thác dầu khí,
tài liệu này trình bày ”Thiết kế thi công giếng khoan số 1203b khai thác dầu khí tại
mỏ Bạch Hổ”
Mặc dù đã cố gắng thực hiện tốt bản đồ án, nhưng bản đồ án vẫn không tránh
khỏi nhiều thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý của tất cả các thầy giáo và các bạn.
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn đến các thầy giáo trong bộ môn Khoan - Khai thác,
đặc biệt là thầy Nguyễn Thế Vinh đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình làm đồ án.
Xin chân thành cảm ơn!
Vũng Tàu, tháng 11 năm 2012
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Hưng Nghiệp

CHƯƠNG 1
1


TỔNG QUAN MỎ BẠCH HỔ VÀ GIẾNG THIẾT KẾ
1.1. Vị trí địa lý mỏ Bạch Hổ
Mỏ Bạch Hổ nằm ở lô số 9 thuộc trũng Cửu Long trên thềm lục địa Việt Nam,
cách bờ 100 km và cảng Vũng Tàu 120 km. Độ sâu vùng mỏ vào khoảng 50 m, nằm
gần mỏ Bạch Hổ là mỏ Rồng cách 35 km về phía Nam. Địa hình Vũng Tàu nói chung
bằng phẳng có nhiều cảng, có thể cập được các tàu trọng tải lớn. Có 2 ngọn núi không
cao lắm : Núi Lớn và núi Nhỏ đủ để xây dựng các trạm thông tin liên lạc và hải đăng

biển. Trong khu vược hoạt động của LDDK Việt Xô, theo quan sát nhiều năm độ động
đất không quá 6 độ richter. Khí hậu nhiệt đới gió mùa, mùa hè thì mưa, mùa đông thì
khô. Từ tháng 11 đến tháng 3 chủ yếu có gió mùa đông bắc, gió thổi mạnh nhất vào
tháng 12 và tháng 1 và nó quyêt định hướng của sóng biển. Nhiệt độ không khí ban
ngày 24oC÷27oC, đêm và sáng 22oC ÷ 24oC. Mưa rất ít vào thời kỳ gió mùa đông bắc
(0,7 mm vào hai tháng khô nhất), độ ẩm không khí thấp nhất là 65%. Trong thời gian
chuyển mùa (tháng 4 tháng 5) có sự di chuyển của khối không khí lạnh từ phía bắc
xuống phía nam. Hướng gió chủ yếu là hương tây nam thổi từ vùng xích đạo. Gió tây
nam làm tăng độ ẩm không khí. Tuy nhiên mưa vẫn ít và không đều, nhiệt độ không
khí từ 25oC ÷ 30oC, chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm không đáng kể. Vào mùa
mưa, mưa trở nên thương xuyên và to hơn, kéo dài vài ngày có kèm theo giông tố. Độ
ẩm không khí vào thời kỳ này là 85% - 89%. Vào tháng 10 trong thời kỳ chuyển gió
mùa lần 2 gió tây nam yếu dần thay bằng gió đông bắc. Nhiệt độ không khí hạ thấp
24oC ÷ 30oC, vào cuối tháng hầu như hết mưa. Các dòng chảy biển tuân theo chế độ
gió mùa và thủy chiều. Nhiệt độ nước biển thềm lục địa thay đổi từ 14,9 oC ÷ 29,6oC.
Độ mặn của nước biển thay đổi từ 33 mg/l ÷ 35 mg/l. Bão thường tập chung từ tháng 6
đến tháng 12 (chiếm 70% ). Trong các cơn bão mạnh chiều cao của sóng biển có thể
đạt tới 10m. Do đó vào mùa đông số lượng các ngày thuận lợi để tiến hành công tác
trên biển tương đối ít. Vào mùa gió tây nam và những tháng chuyển tiếp giữa 2 mùa
điều kiện làm việc ngoài biển tương đối thuận tiện. Tuy nhiên vào thời kỳ này, khi có
mưa thường hay có sấm chớp và gió giật kèm theo làm ảnh hưởng đến công tác ngoài
khơi.
Nhìn chung nền kinh tế Vũng Tàu mang tính chất dịch vụ. Ở Vũng Tàu ngành
thủy sản và du lịch phát triển mạnh nhất. Nên thành phần dân cư tương đối phức tạp.
Dân số khoảng 170.000 người, trình độ dân trí tương đối cao. Nguồn điện phục vụ cho
các ngành kinh tế và sinh hoạt được nối với nguồn điện quốc gia. Hiện tại ở đây có
cảng dầu khí, cảng thương mại. Rất thuận lợi cho viêc giao dịch thương mại và dịch vụ

2

cho các công tác thăm dò và khai thác dầu khí. Các cơ sở như sân cảng, đương bộ…
Đang được nâng cấp tu chỉnh ngày càng hiện đại.
Từ những điểm trên có thể kết luận rằng thành phố Vũng Tàu là nơi có nhiều
điều kiện tốt cho công tác tìm kiếm, thăm dò và khai thác dầu khí cũng như phát triển
các ngành kinh tế khác.
1.2. Đặc điểm địa chất
1.2.1. Đặc điểm địa chất khu vực mỏ Bạch Hổ
1.2.1.1 Đá móng trước kainozoi
Đá móng trước kainozoi chủ yếu là các thể xâm nhập granitoit, granit,
granodionit.
Granit có mầu xám, xám phớt hồng, rạng khối hạt trung. Một số mẫu chịu ảnh
hưởng của biến đổi thứ sinh, bị vò nát.
Thành phần khoáng vật chủ yếu: Thạch anh (10% ÷ 30%), Fenspat (50% ÷
80%), Mica và Amphibon ( từ hiếm đến 8,9%), và các khoáng vật phụ khác.
Tuổi đá móng là Jura muộn và Kareta sớm (tuổi tuyệt đối khoảng 108 ÷ 178
triệu năm). Đá móng có bề mặt phong hóa không đều, không liên tục trên các cổ địa
hình. Bề dày lớp phong hóa có thể lên tới 160 m. Kết quả nghiên cứu không gian rỗng
trong đá móng Bạch Hổ cho thấy độ rỗng và độ nướt nẻ phân bố không đều trung bình
3% ÷ 5%, quy luật phân bố độ rỗng rất phức tạp.
Đây là nơi cung cấp sản lượng dầu thô quan trọng của mỏ Bạch Hổ (chiếm hơn
80% trữ lượng), trong đó đá móng bị phong hóa và đới nứt nẻ là những nơi chứa dầu
khí chính của mỏ.
1.2.1.2 Các thành tạo kainozoi của mỏ Bạch Hổ
a. Trầm tích Paleogen:
- Trầm tích oligoxen hạ - điệp Trà Cú:
Trầm tích của điệp này gồm các lớp xen kẽ cát kết hạt trung, hạt nhỏ, mầu nâu
sáng lẫn bột kết mầu nâu đỏ, bị nén chặt nhiều nứt nẻ. Ở đáy của điệp gồm sỏi kết và
các mảnh đá móng tạo thành tập lót đáy của lớp phủ trầm tích. Bề dày của tập lót đáy
này biến đổi từ 0 m ÷ 170 m tăng dần theo hướng lún chìm của móng và ở vòm vắng

mặt hoàn toàn. Đã nhận được dòng dầu ở tập lót đáy này. Ngoài ra còn phát hiện lớp
kẹp đá phun trào ở một số giếng khoan.
Các tầng cát kết chứa dầu công nghiệp đó là các tạp cát kết mầu xám sáng, độ
hạt từ trung bình đến mịn. Độ chọn lựa tốt, độ rỗng biến đổi từ 10%÷20%.
- Trần tích Oligoxen thượng – điệp Trà Tân:

3


Danh giới giữa tầng trầm tích Oligoxen thượng và Mioxen hạ được xác định
khá rõ và dễ dàng bằng tài liệu địa chấn. Trầm tích bao gồm các lớp cát kết hạt mịn
đến hạt trung, mầu xám sáng xen kẽ với các tập dày sét kết mầu nâu chuyển dần sang
đen về phía dưới. Đặc biệt đã phát hiện trong tầng trầm tích này các phần đá phun trào
có thành phần thay đổi. Chúng gồm có tuff, bazalt, andesit… Có chiều dày từ vài mét
đến 20 m – 30 m. Các lớp cát kết chứa dầu và khí không đều và không liên tục. Chiều
dày trầm tích này biến đổi từ 50 m ÷ 1400 m ở cánh.
Trầm tích Oligoxen thượng có thể được chia thành 2 phần theo đặc trưng thạch
học của chúng.
Phần trên từ nóc tầng phản xạ 7 đến tầng phản xạ 10 chủ yếu là sét kết. Đây là
tầng sinh dầu cũng là tầng chắn của mỏ Bạch Hổ và trũng Cửu Long
Phần dưới từ tầng phản xạ 10 đến tầng phản xạ 11 là tập xen kẽ cát kết, sét kết
và đá phun trào.
b. Trầm tích Neogen:
Trầm tích này bao gồm đầy đủ các phân vị địa tầng Mioxen và Plioxen. Trầm
tích Mioxen được chia thành trầm tích Mioxen hạ – điệp Bạch Hổ, trầm tích Mioxen
trung – điệp Côn Sơn, trầm tích Mioxen thượng – điêp Đồng Nai
- Trầm tích Mioxen hạ - điệp Bạch Hổ:
Trầm tích Mioxen hạ là sự xen kẽ các lớp cát kết, sét kết và bột kết. Cát kết mầu
xám sáng. Sét kết mầu sặc sỡ loang lổ kết dính dẻo đặc biệt ở phần trên của điệp là
tầng sét Rotalia dày trung bình khỏa 200 m. Đây là tầng chắn mang tính chất khu vực

tốt. Đá bột kết mầu xám, nâu đỏ. Ở phần dưới của điệp chiều dày lớp kẹp cát kết tăng
dần lên, liên quan đến phần này là các tầng sảm phẩm chứa dầu. Căn cứ vào đặc điểm
thạch học và cổ sinh người ta chia điệp Bạch Hổ ra làm 2 phụ điệp : Phụ điệp Bạch Hổ
trên và phụ điệp Bạch Hổ dưới. Phụ điệp Bạch Hổ trên sét chiếm ưu thế, phụ điệp
Bạch Hổ dưới xen kẽ cát kết và sét kết, ưu thế cát kết tăng lên.
- Trầm tích Mioxentrung – điệp Đồng Nai:
Gồm các lớp cát bở rời màu xanh lẫn sét kết nhiều màu chiều dày điệp từ 600 m
đến 650 m.
c. Các trầm tích Plioxen – Đệ Tứ - điệp Biển Đông:
Trầm tích điệp này chủ yếu bất chỉnh hợp trên trầm tích Mioxen. Thành phần
thạch học chủ yếu là cát, bột, xen kẽ sỏi mầu xám, xám vàng, xám sáng. Thường gặp ở

4


đây mảnh vôi sinh vật biển. Lên trên thành phần gồm cát bở rời xen kẽ với cát mầu
xám sáng, xám xanh với một ít macnơ. Chiều dày của điệp từ 550 m ÷ 600 m.
1.2.2 Đặc điểm kiếm tạo
Cấu tạo mỏ Bạch Hổ là một nếp uốn lồi, có 3 vòm nhỏ kéo dài theo phương
kinh tuyến, phức tạp bởi hệ thống phá hủy đứt gẫy có biên độ và độ kéo dài giảm dần
về phía trên. Các cấu trúc tương phản được biểu thị trên mặt tầng móng bằng các trầm
tích Mioxen hạ, đặc tính tích lũy thấy rõ ở phần dưới mặt cắt. Nếp lồi có kết cấu bất
đối xứng nhất là phần vòm, góc dốc của vỉa tăng theo độ sâu từ 8 0 ÷ 280 ở cánh tây, 60
÷ 120 ở cánh đông trục của nếp uốn. Phần kế của vòm thấp dần về phía bắc có góc dốc
10 và tăng dần đến 90 khi ra xa, ở phía Nam sụt xuống thoải hơn, góc dốc 6 0. Phá hủy
kiến tạo chủ yếu theo hai hướng á kinh tuyến và đường chéo. Các đứt gẫy chính là:
- Đứt gãy số 1: Chạy theo hướng á kinh tuyến ở cánh tây lên vòm Bắc thì quay
về hướng Đông Bắc. Độ dịch chuyển ở hướng Nam khoảng 500 m, vòm trung tâm
khoảng 400 m, vòm bắc khoảng 260 m, độ nghiêng của mặt trượt khoảng 60 0. Trong
phạm vi vòm Bắc nó kéo dài theo đứt gãy thuận gần như song song với biên độ từ 100

m ÷ 200 m.
- Đứt gãy số 2: Chạy theo sườn đông vòm trung tâm, ở phía Bắc qua theo
hướng Đông Bắc độ dịch chuyển ngang tới 900 m, độ nghiêng gần 60 0. Đây là hai đứt
gãy thuận tạo thành cấu trúc địa hào tạo thành cấu trúc đặc trưng của mỏ. Ngoài ra còn
nhiều đứt gãy phát triển trong phạm vi tầng vòm với độ dịch ngang từ vài chục đến
200 m và từ 1 km ÷ 2 km. Theo hướng chéo thì sự lượn sóng của nếp uốn và các nếp
đứt gãy chéo đã phá hủy các đơn vị kiến tạo, vòm trung tâm là vòm cao nhất của kiên
tạo. Gồm những mỏm địa lý của móng cao hơn vòm Bắc từ 25 m ÷ 30 m và vòm Nam
950 m. phía Bắc và phía Nam ngăn cách bằng đứt gãy thuận số 4 và số 9 có phương vĩ
tuyến.
- Vòm Bắc: Có cấu trúc phức tạp nhất của khối nâng, bị chia cắt bởi hàng loạt
đứt gãy, quan trọng nhất là đứt gãy số và các phân nhánh của nó. Vòm chia thành hai
khối có cấu trúc riêng biệt. Phía Tây có một nếp uốn hẹp dạng lưỡi trai nối với phần
lún chìm của kiến tạo cánh phía Đông và vòm của nếp uốn chia cắt thành các khối bởi
một loạt đứt gãy thuận có phương chéo nằm theo hướng Tây Nam tạo thành địa hào
dạng bậc thang. Trong đó mỗi khối phía Nam lại lún hơn khối phía Bắc kế cận nó.
Theo mặt móng bẫy cấu tạo, vòm bắc được khép kín bằng đường thẳng sâu 4300 m.
Lát cắt Oligoxen và Đệ Tứ phần này có toàn bộ chiều dày trầm tích.
- Vòm Nam: Là phần lún chìm sâu nhất của kiến tạo, phía Bắc cấu tạo bởi các
đứt gãy thuận á vĩ tuyến số 4, các phía khác bằng đường thẳng sâu 4300 m theo mặt

5


móng. Hệ thống phá hủy kiến tạo khá rõ nét trên mặt tầng móng Oligoxen hạ. Số
lượng biên độ kéo dài và liên tục của chúng giảm dần tứ dưới lên trên và hầu như
không có nữa kể tứ Oligoxen trên.
Với các đặc điểm kiến tạo trên sẽ gây khó khăn cho công tác thi công giếng khi
gặp phải đứt gãy kiến tạo, gây mất dung dịch, kẹt cột cần khoan, ảnh hưởng tới góc
profin giếng khoan…

1.2.3 Đặc điểm địa chất giếng thiết kế
Mặt cắt địa chất giếng thiết kế như hình 1.1.
a. Ranh giới địa tầng:
- Từ 85- 700 m là trầm tích Đệ Tứ và Neogen;
- Từ 700- 1280 m là trầm tích Mioxen trên;
- Từ 1280- 2170 m là trầm tích Mioxen trung;
- Từ 2170- 2980 m là trầm tích Mioxen dưới;
- Từ 2980- 3190 m là tầng Oligoxen;
- Từ 3190m trở xuống dưới là tầng móng.
b. Áp suất vỉa:
- Từ độ sâu 85- 2170 m: Gradien áp suất vỉa là 1;
- Từ độ sâu 2170- 2980 m: Gradien áp suất vỉa là 1,06;
- Từ độ sâu 2980- 3190 m: Gradien áp suất vỉa là 1,22 ÷ 1,28;
- Từ độ sâu 3120 m trở xuống: Gradien áp suất vỉa là 0,8 ÷ 0,9.
c. Áp suất vỡ vỉa:
- Từ độ sâu 85- 700 m: Gradien áp suất vỡ vỉa là 1,3;
- Từ độ sâu 700- 2980 m: Gradien áp suất vỡ vỉa là 1,55 ÷ 1,60;
- Từ độ sâu 2980- 3190 m: Gradien áp suất vỡ vỉa là 1,62 ÷ 1,65;
- Từ độ sâu 3190 m trở xuống: Gradien áp suất vỡ vỉa là 1,5 ÷ 1,6.
d. Nhiệt độ vỉa:
Gradien nhiệt độ của vỉa: 2,50C/100 m.
e. Độ cứng của đất đá:
- Từ độ sâu 85 ÷ 2170 m: Đất đá mềm và bở rời, có độ cứng từ I ÷ II theo độ
khoan;
- Từ độ sâu 2170 ÷ 2980 m: Đất đá tầng Mioxen hạ mềm và trung bình cứng.
Độ cứng từ III ÷ IV theo độ khoan;
- Từ độ sâu 2980 ÷ 3190 m: Đất đá tầng Oligoxen trung bình cứng đến cứng.
Độ cứng từ V ÷ VIII theo độ khoan;

6

Đ ộ Cứng

Chiều Sâ
u

Cột Đ ịa Tầng

1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

200

1.3

400
Mềm bở rời

600
700
800
1000

Côn Sơn

1600

Bạch Hổ

1280

1400

2400

1

1.55-1.60

1800
TB.cứng
Mềm-TB.Cứng
-cứng

2000
2170
2600
2800
2980

P3

Oligoxen

Mioxen

Plioxen và đ
ệ
tứ
Đ ồng Nai N1+B.Đ ông

Tuổi

Gradien áp suất vỉ
a và
áp suất vỡ vỉ
a

1.06

1.22-1.28 1.62-1.65

3190
Cứng-Rất cứng

MZ

MZ

3800
4000
4200
4400
4600
4800
4941

0.8-0.9

Hỡnh 1.1: Mt ct a cht ging 1203b

7

1.5-1.6


- Từ độ sâu 3190 m trở xuống dưới: Đất đá móng kết tinh từ cứng đến rất cứng.
Độ cứng từ VIII ÷ IX theo độ khoan. Đất đá ổn định và bền vững.
f. Hệ số mở rộng thành M:
- Từ độ sâu 85 - 2170 m: Hệ số mở rộng thành giếng M = 1,3;
- Từ độ sâu 2170 - 2980 m: Hệ số mở rộng thành giếng M = 1,2;
- Từ độ sâu 2980 - 3190 m: Hệ số mở rộng thành giếng M = 1,1;
- Từ độ sâu 3190 m trở xuống: Hệ số mở rộng thành giếng M = 1,05.
1.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới công tác khoan
Như đã trình bày ở các phần trước, điều kiện địa chất của mỏ Bạch Hổ là rất
phức tạp và gây nhiều khó khăn cho công tác khoan như:
- Đất đá mềm, bở rời từ tầng Mioxen trung (Điệp Côn Sơn) trở lên có thể gây
sập lở thành giếng khoan;
- Các đất đá trầm tích nhiều sét trong tầng Mioxen dưới và tầng Oligoxen có thể
gây bó hẹp thành giếng khoan do sự trương nở của sét;
- Dị thường áp suất cao trong tầng Oligoxen gây bó hẹp thành giếng khoan và
những phức tạp đáng kể khác;
- Tầng đá móng có gradien áp suất thấp có thể gây mất dung dịch khoan và sự
thụt cần khoan khi gặp phải các hang hốc;
- Các đứt gãy kiến tạo của mỏ có thể gây mất dung dịch khoan và làm lệch
hướng lỗ khoan.

8


CHƯƠNG 2

PROFIN VÀ CẤU TRÚC GIẾNG
2.1 Mục đích yêu cầu của giếng khoan
Giếng khoan 1203b là giếng khoan khai thác do vậy giếng phải đạt yêu cầu:
- Chất lượng cao trong quá trình khai thác;
- Khi khoan sử dụng thiết bị vật tư sẵn có của xí nghiệp;
- An toàn trong quá trình khai thác;
- Chi phí thấp nhất cho quá trình xây dựng giếng.
2.2 Lựa chọn tính toán Profin giếng khoan
2.2.1 Lựa chọn Profin giếng khoan
2.2.1.1 Yêu cầu nội dung của việc lựa chọn Profin giếng khoan
Quỹ đạo giếng khoan phải đảm bảo yêu cầu:
- Chất lượng cao và các yêu cầu kỹ thuật của giai đoạn khai thác;
- Khoan và gia cố giếng được thực hiện bằng các thiết bị kỹ thuật và công nghệ
hiện có;
- Chi phí thấp nhất cho xây dựng giếng;
- An toàn trong khoan và gia cố giếng;
- Thiết bị khai thác trong lòng giếng làm việc với độ tin cậy cao.
Nội dung thiết kế quỹ đạo giếng khoan bao gồm việc lựa chọn dạng quỹ đạo và
tính toán cần thiết để xác định hình dạng của quỹ đạo giếng, cụ thể là:
- Chiều sâu thiết kế và khoảng lệch đáy theo phương thẳng đứng;
- Chiều sâu cắt xiên định hướng;
- Giới hạn bán kính cong, góc xiên của thân giếng ở khoảng đặt và làm việc của
thiết bị khai thác ngầm trong lòng giếng và ở chiều sâu thiết kế.
2.2.1.2 Các dạng Profin thường gập
a. Dạng quỹ đạo hình chữ S – 5 đoạn (hình 2.1):
Dạng quỹ đạo này bao gồm:
- Đoạn thẳng đứng phía trên Hv ;
- Đoạn tạo góc nghiêng h;
- Đoạn ổn định góc nghiêng H1;
- Đoạn giảm góc nghiêng H2 với cường độ lệch nhỏ;

- Đoạn thẳng đứng phía dưới H3.

9


l1

Hv
R1
h α

O
l2

l3

H1

L

H0

l4
H2

R2

H3

a1

l5

a3

a2
A

Hình 2.1: Dạng quỹ đạo hình chữ S – 5 đoạn
b. Dạng quỹ đạo hình chữ S – 4 đoạn (hình 2.2):
Dạng quỹ đạo này bao gồm:
- Đoạn thẳng đứng phía trên Hv;
- Đoạn tạo góc nghiêng h;
- Đoạn ổn định góc nghiêng H1;
- Đoạn giảm góc nghiêng H2 đến giá trị α2 với cường độ lệch nhỏ.

10


l1

Hv
R1

O

h α
H0

H'

l2

l3

h1

L

H
l4
R2

H2

a3

a2

a1

A

Hình 2.2: Dạng quỹ đạo hình chữ S – 4 đoạn
c. Dạng quỹ đạo hình chữ S – 3 đoạn (hình 2.3):
Dạng quỹ đạo này bao gồm:
- Đoạn thẳng đứng phía trên Hv;
H0

Hv

R1
h

O

α1
l2

H0

l3
H'

α2
R2

a

A'
A

Hình 2.3: Dạng quỹ đạo hình chữ S – 3 đoạn

11


- Đoạn tạo góc nghiêng h;
- Đoạn giảm góc nghiêng H’ đến giá trị α2 với cường độ lệch nhỏ.
d. Dạng quỹ đạo tiếp tuyến (hình 2.4):
Dạng quỹ đạo này bao gồm:

- Đoạn thẳng đứng phía trên Hv;
- Đoạn tạo góc nghiêng h;
- Đoạn ổn định góc nghiêng ( đoạn tiếp tuyến ).

l1

Hv

R1
O
α
h
l2

H0
H

l3

H'

a

A'
A

Hình 2.4: Dạng quỹ đạo tiếp tuyến
e. Dạng quỹ đạo hình chữ J (hình 2.5):
Dạng quỹ đạo này bao gồm:
- Đoạn thẳng đứng phía trên Hv;

- Đoạn tạo góc nghiêng h (góc cắt );
- Đoạn ổn định góc (đoạn tiếp tuyến );
- Đoạn cắt góc lần hai.

12


Hv

l1

H0

h αl2
1
H0
H

l3
R2

H'
l4
a

α2A'
A

Hình 2.5: Dạng quỹ đạo hình chữ J
Mỗi dạng quỹ đạo thân giếng đều có những ưu và nhược điểm riêng, việc lựa

chọn dạng này hay dạng khác phụ thuộc rất lớn vào công nghệ kỹ thuật hiện có, điều
kiện địa chất và mục đích sử dụng giếng. Để thực hiện xây dựng các dạng giếng khoan
xiên định hướng theo các dạng quỹ đạo trên, người ta thường sử dụng các bộ thiết bị
chuyên dụng theo từng khoản khoan với các mục đích riêng. Các công nghệ chuyên
dụng này sẽ được áp dụng bắt đầu từ khoảng cắt xiên tạo góc, thông thường được thực
hiện ở khoảng chiều sâu 200 m ÷ 1800 m.
2.2.2 Tính toán Profin giếng khoan
Dựa vào kinh nghiệm khoan trong vùng cũng như dạng profin mà xí nghiệp liên
doanh đã áp dụng đối với tầng móng ta chọn Profin giếng khoan thiết kế gồm 5 đoạn:
Căn cứ vào yêu cầu thăm dò địa chất cũng như yêu cầu của bộ phận khai thác
đưa ra để việc thiết kế giếng khoan được chính xác. dựa vào kinh nghiệm khi khoan
các giếng khoan tại mỏ Bạch Hổ, ta có thể chọn profin giếng khoan như sau:
- Chiều sâu thẳng đứng của giếng khoan (tính từ bàn roto): H0=4941 m;
- Chiều sâu đoạn thẳng đứng phía trên là HB=430 m;
- Góc khi tiếp cận vỉa sản phẩm là φ = 900;
- Khoảng dịch đáy là A=670 m;
- Góc phương vị của giếng là 2580;
- Cường độ cong Δi1 = 60/100 m; Δi2=20/100 m;
- Nóc tầng sản phẩm (tầng móng ): 3190 m;
- Chiều sâu thẳng đứng qua các tầng sản phẩm H3=1751 m.
13


2.2.2.1 Bán kính cong của giếng
R1 =

180 180.100
=
= 955 m;
π .∆i1

π .6

R2 =

180
180.100
=
= 2865 m.
π .∆i 2
π .2

2.2.2.2 Tính góc nghiêng ( θ ) của giếng
α = arcsin

R0 .H − ( R0 − A). H 2 − A.(2.R0 − A)
2

( H 2 + R0 ) − A.( 2.R0 − A)

trong đó:
R0 = R1 + R2 = 955 + 2865 = 3820 m;
H = H0 – HB – H3 = 4941 – 430 – 1751 = 2760 m.
Thay vào công thức ta được: α = 17,03 0 .
2.2.2.3 Đoạn thẳng đứng phía trên
HB = l1 = 430m.
2.2.2.4 Đoạn cắt xiên tăng góc nghiêng thân giếng khoan
h =R1.sinα= 955.sin17,030 = 280 m;
a1 = R1.(1- cosα) = 955.(1 – cos17,030) = 42 m;
2.π .R1 .α
= 0,01745.955.17,03 = 284 m;

l2 =
360

∑ l = l1 + l2 = 430 + 284 = 714 m;
∑ H = h + HB = 430 + 280 = 710 m.
2.2.2.5 Đoạn ổn định góc nghiêng thân giếng khoan
H1 = H0 – HB – H3 – R0.sinα;
H1= 5040 – 430 – 1850 – 3820.sin17,030 = 1641 m;
l3 =

H1
1641
=
= 1716 m;
cos α cos17,030

a2 = H1.tgα = 1641.tg17,030 = 503 m;

∑ a = a1 + a2 = 42 + 503 = 545 m;
∑ l = l1 + l2 + l3 = 714 + 1176 = 2430 m;
∑ H = HB + h + H1 = 710 + 1641 = 2351 m.
2.2.2.6 Đoạn giảm góc nghiêng của thân giếng khoan
H2 = R2.sinα = 2865.sin17,030 = 839 m;
a3 = R2.(1 - cosα) = 2865.(1 – cos17,020) = 125 m;
A = a1 + a2 + a3 = 545 + 125 = 670 m;
l4 = 0.01745.R2. α = 0,01745.2865.17,03 = 851 m;

∑ l = l1+ l2 + l3 + l4 = 2430 + 851 = 3281 m;
14

(2.1)


∑ H = HB + h + H1 + H2 = 2351 + 839 = 3190 m.
2.2.2.7 Đoạn thẳng đứng đi vào vỉa sản phẩm
A = 670 m;
l5 = H3 = 1751 m;

∑ H = HB + h + H1 + H2 + H3 = 3190 + 1751 = 4941 m;
∑ l = l1+ l2 + l3 + l4 + l5 = 3281 +1751 = 5032 m.
Như vậy ta có bảng thông số Profin của giếng khoan như bảng 2.1 sau:
Bảng 2.1: Bảng thông số Profin của giếng khoan
Chiều sâu
Hình chiếu
Khoảng lệch đáy
theo thân
mặt cắt lên
Dạng thân giếng
(m)
giếng
phương thẳng
khoan (m)
đứng (m)
Đoạn thẳng đứng phía trên
430
430
0
Đoạn cắt xiên
714
710

42
Đoạn ổn định góc xiên
2430
2351
545
Đoạn giảm góc xiên
3281
3190
670
Đoạn thẳng đứng đi vào vỉa
5032
4941
670

15


0
0

500

1000

1500

2000

2500

500

1500

1000

2000

Châ
n ống chống 720mm
Chiều sâ
u 120m
Châ
n ống chống 508mm
Chiều sâ
u 250m
Đ iểm bắ
tđ
ầu tăng góc nghiêng
Chiều sâ
u 430m
Khoảng dịch đ
áy 0m
Góc lệch 00
Đ iểm kết thúc tăng góc nghiêng
Chiều sâ
u thâ
n giếng 714m
Chiều sâ
u thẳ

ng đ
ứng 710m
Khoảng dịch đ
áy 42m
0
Góc lệch 17.03
Châ
n ống chống 340mm
Chiều sâ
u thâ
n giếng 2237m
Chiều sâ
u thẳ
ng đ
ứng 2170m
Đ iểm bắ
tđ
ầu giảm góc nghiêng
Chiều sâ
u thâ
n giếng 2430m
Chiều sâ
u thẳ
ng đ
ứng 2351m
Khoảng dịch đ
áy 545m
0
Góc lệch 17.03
Đ iểm kết thúc giảm góc nghiêng

cũng là châ
n ống chống 245mm
Chiều sâ
u thâ
n giếng 3072m
Chiều sâ
u thẳ
ng đ
ứng 2980m
Khoảng dịch đ
áy 670m
0
Góc lệch 0

3000

3500

Châ
n ống chống 194mm
Chiều sâ
u thâ
n giếng 3281m
Chiều sâ
u thẳ
ng đ
ứng 3190m
Khoảng dịch đ
áy 670
0

Góc lệch 0

4000

4500

5000

2500

Đ áy giếng khoan
Chiều sâ
u thâ
n giếng 5032m
Chiều sâ
u thẳ
ng đ
ứng 4941m
Khoảng dịch đ
áy 670m
Góc lệch 00

5500

Hỡnh 2.6: Profin ging khoan s 1203b
2.3 La chn v tớnh toỏn cu trỳc ging khoan
2.3.1 La chn cu trỳc ging khoan
a. Cu trỳc ging khoan c xỏc nh bng:
- S lng cỏc ct ng chng th trong ging;
- ng kớnh v chiu sõu th cỏc ct ng chng;

16


- Đường kính choòng khoan tương ứng dùng khoan để thả các cột ống chống;
- Chiều cao dâng của vữa ximăng trong khoảng không gian vành xuyến ống chống.
Việc lựa chọn cấu trúc giếng khoan 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 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 kỹ 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 thi công
cấu trúc phải tính đến:
- Chiều sâu của đối tượng khai thác (vỉa sản phẩm), sản lượng của chúng và
tính chất thấm chứa của vỉa;
- Tính chất cơ lý và trạng thái gắn kết của đất đá, trong trường hợp thân giếng
hở, cần tính tới các phức tạp địa chất có thể gây ra các hiện tượng như bó, sập lở, hang
hốc phun trào…;
- Áp suất vỉa và áp suất lỗ rỗng, cũng như áp suất vỡ vỉa của đất đá khoan qua;
- Nhiệt độ của đất đá theo chiều sâu thân giếng.
Cấu trúc giếng khoan được xem là hợp lý nếu nó bảo đảm giá thành xây dựng
giếng thấp nhất, cũng như hoàn thiện các hạn chế tồn tại về kỹ thuật (thiết bị kỹ thuật
và vật tư, điều kiện vận chuyển), những hạn chế về công nghệ (áp dụng công nghệ
mới, tổ chức công việc chính và phụ trợ của các đơn vị, xí nghiệp tham gia quá trình
thi công xây dựng giếng), những hạn chế về điều kiện địa chất (như sự xuất hiện nước
vỉa, mất dung dịch khoan và vữa ximăng, sập lở và trương nở của đất đá), những đòi
hỏi về sự tin cậy và tuổi thọ của giếng khoan trong suốt thời gian làm việc của giếng
(thử vỉa, hoàn thiện giếng và khai thác).

b. Mục đích – yêu cầu và cơ sở lựa chọn cấu trúc giếng:
Cấu trúc của giếng khoan trên biển phải đảm bảo các yếu tố sau:
- Ngăn cách hoàn toàn nước biển, giữ ổn định thành và thân giếng khoan để
việc kéo thả các bộ dụng cụ khai thác, bộ khoan cụ, sửa chữa được tiến hành bình
thường;
- Chống được hiện tượng mất dung dịch khoan;
- Giếng khoan phải làm việc bình thường khi khoan qua tầng 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;

17


- Đường kính của cột ông khai thác cũng như các cột ống chống khai thác phải
là cấp đường kính nhỏ nhất, đơn giản và gọn nhẹ nhất trong điều kiện cho phép của
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 giếng sau này.
2.3.2 Tính toán cấu trúc giếng khoan
2.3.2.1 Thiết kế chiều sâu đặt chân đế ống chống
Dựa vào các đặc điểm phân tích về điều kiện địa chất ở trên ta có thể lựa chọn
cấu trúc giếng 4 cột ống đó là:
a. Cột ống chống cách nước (ống bảo vệ):
Dựa vào kinh nghiệm khoan của các giếng ở mỏ Bạch Hổ, ta thường sử dụng
cột ống cách nước loại Φ720×16×D. Thi công bằng phương pháp búa máy đóng ống
xuống độ sâu 120 m dưới đáy biển.
b. Cột ống chống dẫn hướng:
Theo kinh nghiệm thì lớp đất đá đệ tứ bở rời mới hình thành, có độ gắn kết kém
nên thành giếng khoan dễ sập lở khi ta thay đổi chế độ khoan. Vì vậy ta thường chọn
chiều sâu của cột ống này tới chiều sâu 250 m, trám xi măng toàn bộ chiều dài cột ống.

c. Cột ống trung gian thứ nhất:
Do khoan qua vùng biển Đông đất đá là cát sét hạt trung từ mềm đến trung
bình, có hiện tượng mất dung dịch nhẹ nên ta tiến hành chống ống, ống chống trung
gian đến chiều sâu 2170 m, trám xi măng toàn bộ chiều dài cột ống.
d. Cột ống trung gian thứ hai:
Để tránh hiện tượng sập lở thành giếng khoan từ độ sâu 2170 – 2980m khi
khoan qua tầng Mioxen ta cần tiến hành chống cột ống trung gian thứ hai đến hết độ
sâu 2980 m, tiến hành trám xi măng một phần, từ độ sâu 1970 – 2980 m.
e. Cột ống trung gian thứ ba (cột ống chống lửng):
Từ đoạn 2980 m – 3190 m có hiện tượng sập lở thành giếng khoan mạnh nên ta
tiến hành chống cột ống chống lửng ở đoạn này, từ độ sâu 2880 – 3190 m.
Khi khoan mở vỉa ở đoạn đá móng phong hoá, từ độ sâu 3190 m do đất đá ở
đây cứng và ổn định nên ta tiến hành khoan qua và không chống ống chống đoạn này
nhằm khai thác giếng thân trần với chiều dày 1751 m.
2.3.2.2 Tính toán đường kính ống chống và đường kính choòng
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 xuốt.

18


Chọn đường kính ống chống khai thác chủ yếu dựa vào lưu lượng khai thác của
giếng.
Chọn đường kính của choòng khoan chủ yếu dựa vào đường kính mupta của
ống chống (Dm) và khoảng hở để trám ximăng giữa mupta và thành giếng khoan (δ).
Đường kính của choòng khoan (Dc) được tính theo công thức sau:
Dc = Dm + 2. δ = Dm + Δ
(2.2)

Sau khi xác định được đường kính choòng khoan người ta tiến hành xác định
đường kính của ống chống phía trên trước nó. Hiệu số giữa đường kính trong của ống
chống (dtg) và đường kính choòng khoan thả qua nó không được vượt quá 6 ÷ 8 mm:
dtg = Dc + (6 ÷ 8) mm.
(2.3)
Dựa vào các số liệu tính toán ta lựa chọn đường kính choòng và đường kính
ống theo kích thước gần nhất.
Chúng được tra theo bảng 2.2 và 2.3 sau:
Bảng 2.2 Bảng qui chuẩn tính ∆ theo cấp đường kính ống chống của Gost
Đường kính ống chống
∆ - không lớn hơn
(mm)
(mm)
114, 127
10 - 15
140, 146
15 - 20
168, 178, 194
20 - 25
219, 245
25 - 30
273, 299
30 - 35
324, 340, 351
35 - 45
377, 407, 426
45 - 50
Bảng 2.3: Bảng kích thước ống chống và đường kính Mufta tương ứng
Đường kính ống chống
Mufta

Đường
kính
(mm)
Chiều dài (mm)
(mm)
114
127
159
127
142
165
140
154
171
146
166
177
168
188
184
178
196
184
194
216
190
219
245
197
245

270
197
273
299
203
299
324
203
324
351
203
340
365
203
351
376
229
19


Đường kính ống chống
(mm)
377
407
426
508

Mufta
Đường kính (mm)
402

432
451
533

Chiều dài (mm)
229
228
229
228

Căn cứ vào lưu lượng khai thác và đặc tính cấu tạo tầng sản phẩm là đá móng.
Do đó giếng đã được thiết kế là dạng thân trần. Đường kính choòng khoan mở vỉa sản
phẩm là choòng có đường kính 165,1 mm.
Như vậy ta tính toán cho các khoảng khoan như sau:
a. Tính ống trung gian thứ 3 (ống chống lửng):
dtg3 = 165,1 + (6 ÷ 8 mm) = 171,1 ÷ 173,1 mm
Căn cứ vào bề dày ống trung gian ta có: D tg3 = 194 mm, tra bảng có Dm(tg3)= 216
mm.
Tính đường kính choòng cho đoạn khoan ở ống trung gian thứ 3:
Ta có:
Dc(tg3) = Dm(tg3) + ∆ = 216 + 25 = 241 mm;
Theo qui chuẩn choòng ta được Dc(tg3) = 243 mm.
Nhưng thực tế đã sử dụng loại choòng 215,9 mm để khoan qua đoạn này và sử
dụng loại ống chống có đường kính 194 mm.
b. Tính ống trung gian thứ 2:
Ta có :
dtg2 = 215,9 + (6 ÷ 8 mm) = 221,9 ÷ 223,9 mm;
Căn cứ theo bề dày của ống ta có Dtg2 = 245 mm, suy ra: Dm(tg2) = 270mm.
Tính đường kính choòng để khoan ở đoạn ống trung gian thứ 2:
Ta có: Dc(tg2) = Dm(tg2) + ∆ = 270 + 35 = 305 mm;

Theo qui chuẩn choòng ta được: Dc(tg2) = 311,1 mm.
c. Tính ống trung gian thứ nhấ:
Ta có: dtg1 = 311,1 + (6 ÷ 8 mm) =317,1 ÷ 319,1 mm;
Căn cứ theo bề dày của ống ta có: Dtg1 = 340 mm;
Tính đường kính choòng để khoan ở đoạn ống trung gian thứ nhất:
Ta có: Dc(tg1) = Dm(tg1) + ∆ = 340 + 45 = 395 mm;
Theo qui chuẩn choòng ta được: Dc(tg1) = 444,5 mm.
d. Tính ống dẫn hướng.
Ta có: ddh = 445 + (6 ÷ 8 mm) = 451 ÷ 453 mm;
Căn cứ theo bề dày của ống ta có: Ddh =508 mm;

20


Theo qui chuẩn ta chọn được choòng: Dc(dh) = 660,4 mm;
Kết quả tính toán cấu trúc giếng được trình bày trong bảng 2.4 và hình 2.7
Bảng 2.4: Bảng cấu trúc giếng khoan 1203b
Loại ống
chiều sâu thả Đường kính
Đường kính
chống
(m)
ống (mm)
choòng (mm)
Cách nước
120
720
Đóng búa máy
Dẫn hướng
250

508
660,4
Trung gian1
2170
340
444,5
Trung gian2
2980
245
311,1
Ống lửng
3190
194
215,9
Đoạn giếng thân trần
165,1

21

Chiều cao trám
(m)
//
250
2170
1010
410
//


Đ ộ Cứng

Chiều Sâ
u

250

Mềm bở rời

1280
1400

720 508 340 245 194
120

400
600
700
800
1000

Cấu Trúc Giếng khoan

1600
1800
2000
2170
2400
2600
2800
2980

1970
TB.cứng
Mềm-TB.Cứng
-cứng

Côn Sơn

Cột Đ ịa Tầng

200

P3

Oligoxen

Bạch Hổ

Mioxen

Plioxen và đ
ệ
tứ
Đ ồng Nai N1+B.Đ ông

Tuổi

3190

2170

2880
2980

3190

4000
4200
4400
4600
4800
4941

Cứng-Rất cứng

MZ

MZ

3800

4941
Hỡnh 2.7: Cu trỳc ging 1203b

22


CHƯƠNG 3
DUNG DỊCH KHOAN
3.1 Lựa chọn hệ dung dịch

3.1.1 Chức năng nhiệm vụ của dung dịch
a. Làm sạch đáy và vận chuyển mùn khoan:
Việc tuần hoàn dung dịch khoan trong khoảng không vành xuyến giữa cột cần
khoan và giếng khoan đưa mùn khoan từ đáy lên mặt. Mùn khoan được giải phóng kịp
thời ra khỏi đáy giếng khoan tạo điều kiện thuận lợi cho choòng tiếp xúc một cách liên
tục với đất đá ở đáy lỗ khoan và quá trình phá hủy đất đá của choòng sẽ đạt hiệu quả
cao. Ba thông số ảnh hưởng đến hiệu quả rửa sạch khoảng không đó là:
- Vận tốc dung dịch trong khoảng không vành xuyến phụ thuộc vào lưu lượng
bơm dung dịch;
- Trọng lượng riêng của dung dịch có tác dụng đẩy nổi hạt mùn;
- Độ nhớt có tác dụng giữ hạt mùn nâng cao hiệu quả nâng mùn khoan lên mặt.
b. Giữ mùn khoan ở trạng thái lơ lửng sau khi ngừng tuần hoàn:
Muốn tiếp cần khoan, cần phải ngừng bơm dung dịch. Trong thời gian này mùn
khoan đang lơ lửng trong khoảng không vành xuyến, không còn chịu dòng dung dịch
kéo lên nữa và có thể bị lắng chìm. Có thể gây ra các hiện tượng kẹt bộ dụng cụ. Chính
tính lưu biến của dung dịch giữ mùn khoan ở trạng thái lơ lửng nhờ sự gen hóa khi
ngừng tuần hoàn.
c. Làm mát và bôi trơn dụng cụ khoan:
Dụng cụ khoan bị nóng lên bởi nhiệt độ ở đáy (địa nhiệt) và ma sát cơ học giữa
choòng khoan và đất đá chuyển thành nhiệt. Việc tuần hoàn dung dịch đóng vai trò
trao đổi nhiệt mà thiết bị trao đổi nhiệt là toàn bộ các hệ thống máng dẫn và các bể
chứa dung dịch trên mặt. Mặt khác dung dịch khoan có khả năng làm giảm ma sát giữa
bộ khoan cụ và thành giếng khoan. Đôi khi người ta cải thiện chức năng này bằng cách
cho thêm các chất chống ma sát như dầu hoặc các phụ gia khác.
d. Tạo phản áp, giữ thành lỗ khoan không bị sập lở, tránh hiện tượng dầu,
khí, nước vào lỗ khoan:
Trong quá trình tuần hoàn dung dịch khoan tác động một áp suất thủy tĩnh lên
thành hệ có giá trị bằng:
Ptt= γH/10, at
trong đó:

γ: là trọng lượng riêng của dung dịch, G/cm3
23