Nghiên cứu lựa chọn choòng để thi công các giếng khoan tại khu vực bể Sông Hồng

Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 59, Kỳ 1 (2018) 85-91

85

Nghiên cứu lựa chọn choòng để thi công các giếng khoan tại
khu vực bể Sông Hồng
Nguyễn Trần Tuân 1,*, Lý Ngọc Long 2, Nguyễn Anh Phương 2
1
2

Khoa Dầu khí, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam
Tổng công ty Thăm dò Khai thác Dầu khí (PVEP), Việt Nam

THÔNG TIN BÀI BÁO

TÓM TẮT

Quá trình:
Nhận bài 15/6/2017
Chấp nhận 20/7/2017
Đăng online 28/2/2018

Trong phạm vi bài báo, tác giả trình bày một số kết quả nghiên cứu về lựa
chọn choòng khoan hợp lý để thi công các giếng khoan tại khu vực vịnh Bắc
Bộ. Với đặc tính đất đá tầng Oligoxen khu mỏ là mềm xen kẹp các lớp đất đá
cứng và có độ mài mòn cao thì sử dụng kết hợp giữa choòng PDC và choòng
TCI mang lại hiệu quả khoan tốt, tuổi thọ choòng cao. Việc lựa chọn choòng
FuseTek, choòng Kymera, choòng StingBlade để khoan vào các vùng đất đá
có đặc tính khác nhau trong khu mỏ là kết quả tổng hợp lý thuyết phá hủy
đá truyền thống giữa choòng PDC, choòng TCI và choòng kim cương thấm
nhiễm. Ứng dụng choòng FuseTek, Kymera, StingBlade vào thi công các

giếng khoan tại Bể Sông Hồng đã nâng cao được tốc độ cơ học khoan, tuổi
thọ choòng và khoảng khoan dài hơn. Do đó nâng cao được hiệu quả thi công
khoan và giảm chi phí giếng khoan.

Từ khóa:
Choòng khoan
Công nghệ khoan
Vịnh Bắc Bộ

© 2018 Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Tất cả các quyền được bảo đảm.

1. Mở đầu
Bể Sông Hồng (Vịnh Bá c Bọ ) là đó i tượng hứa
hẹ n và rá t nhiè u tiè m nang đẻ tìm kié m và phá t
hiẹ n dà u khí, tuy nhien nó cũ ng tò n tạ i nhiè u rủ i ro
và thá ch thức khi tìm kié m tham dò trong khu vực
nà y.
Xuất phát từ cơ sở địa chất có nhiều tiềm năng
với nhu cầu lớn về dầu và khí để phát triển kinh tế
của khu vực phía Bắc Việt Nam, khu vực bao gồm
toàn bộ Châu thổ Sông Hồng, biển nông các lô 102,
103, phía Tây Nam Lô 106 và Tây Bắc Lô 107 đã
được đặc biệt chú ý trong công tác tìm kiếm thăm
_____________________
*Tác

giả liên hệ
E-mail:

dò. Sau thời kỳ hoạt động rất khẩn trương của các

nhà thầu nước ngoài gồm Total, Idemitsu,
Anzoil/M&P vào các năm từ 1989-1995, hiện nay
diện tích của các hợp đồng PSC chỉ còn lại ở lô
102&106 - Petronas/ATIP/SPC/PVEP, 103&107 PVEP/Petronas, lô MVHN-02 - Quad Energy và lô
101-100/04 - Santos. Do các nhà thầu nước ngoài
lần lượt rút lui hoặc hết hạn hợp đồng trong khi
tiềm năng dầu khí của khu vực vẫn còn là một ẩn
số lớn, bên cạnh đó mỏ khí Tiền Hải đang bước vào
thời kỳ khai thác suy giảm nhanh trong khi nhu
cầu dầu khí để phát triển kinh tế địa phương và
quốc gia ngày càng tăng, PVN/PVEP đã tiếp tục
đẩy mạnh công tác tìm kiếm, thăm dò cả trên đất
liền lẫn khu vực Vịnh Bắc Bộ (Petrovietnam
Exploration Production Corporation, 2014).


86

Nguyễn Trần Tuân và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 85-91

Hoạ t đọ ng khoan cá c gié ng khoan tham dò ,
thả m lượng dà u khí là mọ t trong những khó khan
gạ p phả i, vì địa chá t vù ng nà y rá t phức tạ p, đá t đá
cứng mè m xen kẹ p ở cá c tà ng Oligoxen, Mioxen,
đá t đá rá t cứng ở tà ng mó ng, nhiè u đứt gã y, xuá t
hiẹ n khí nong, khí H2S, khí CO2, cá c vù ng có dị
thường á p suá t, nhiẹ t đọ cao... Do đó , đẻ thi cong
những gié ng khoan nà y đò i hỏ i bọ phạ n thi cong
khoan phả i có trình đọ cao và sử dụng cong nghẹ
hợp lý đẻ vượt qua những khó khan, nang cao hiẻ u

quả và rú t ngá n thời gian thi cong khoan. Mọ t
trong những yếu tố then chốt cà n được nghien
cứu và cả i tié n đó là choò ng khoan. Việc nghiên
cứu, lựa chọn choòng khoan căn cứ vào các thông
tin về địa chất như: Cấu trúc địa tầng, tính chất cơ
lý của đất đá và điều kiện cụ thể của vù ng địa chá t.
Hiệu quả khoan được thể hiện bằng việc lựa chọn
loại choòng phù hợp với các loại đất đá khoan qua
và các thông số chế độ công nghệ hợp lý. Hiệu quả
làm việc của choòng khoan là một trong những
yếu tố cơ bản quyết định tới giá thành mét khoan.
Dựa vào số liệu địa chất của vùng khoan qua, các
thông số kỹ thuật của từng loại choòng khoan mà
lựa chọn loại choòng phù hợp để đạt hiệu quả
khoan cao nhất.
Trên cơ sở tổng hợp, phân tích tài liệu vè địa
chá t, tà i liệu báo cáo tổng kết sử dụng chòong

khoan tại khu vực Vịnh Bá c Bọ , nhó m tá c giả sẽ đề
xuất giải pháp lựa chọn và sử dụng choòng khoan
hợp lý.
2. Đặc điểm địa chất, thạch học cấu tạo dầu
khí vịnh Bắc Bộ
Vịnh Bá c Bọ là vù ng có địa chá t rá t phức tạ p,
nhiè u đứt gã y, xuá t hiẹ n khí nong, khí H2S, khí CO2,
cá c vù ng có dị thường á p suá t, nhiẹ t đọ cao…
Đá t đá cứng mè m xen kẹ p ở cá c tà ng Mioxene,
Oligoxen và đá t đá rá t cứng, đọ mà i mò n rá t cao ở
tà ng mó ng cũ ng là mọ t trong những khó khan
trong viẹ c thi cong khoan.

Tuy nhien, mõ i mọ t vù ng trong Vịnh Bá c Bọ
lạ i có đạ c điẻ m địa chá t, thạ ch họ c khá c nhau. Đẻ
hiẻ u rõ được địa chá t, đạ c tính thạ ch họ c đất đá
củ a gié ng chuả n bị khoan cà n nghien cứu kỹ địa
chá t củ a từng vù ng, đó i tượng địa chá t thi cong và
địa chá t củ a cá c gié ng đã khoan trong vù ng lan cạ n
đẻ đưa ra cơ sở thié t ké gié ng khoan, phương á n
thi cong, lựa chọn cong nghẹ tó i ưu đẻ đả m bả o thi
cong khoan an toà n, nhanh và tié t kiẹ m chi phí.
Đạ c tính đá t đá cấu tạo dầu khí vịnh Bắc Bộ
theo từng vù ng địa chất và các giếng khoan được
thể hiện khái quát ở Hình 1 và Hình 2
(Petrovietnam
Exploration
Production
Corporation, 2014).

Hình 1. Đặc tính đất đá theo các vùng địa chất.


Nguyễn Trần Tuân và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 85-91

87

Hình 2. Đặc tính đất đá theo các vùng địa chất và các giếng đã khoan.
Trên cơ sở thực tiễn các giếng khoan đã
khoan trong khu vực, theo PVEP đá nh giá và phan
tích đặc tính đọ cứng của đất đá như sau
(Petrovietnam
Exploration

Production
Corporation, 2014):
- Vù ng 1 và phà n phía bá c củ a vù ng 2: Đá
nhanh chó ng thay đỏ i đọ cứng theo chiè u sau củ a
gié ng khoan.
- Vù ng 2: Đá từ đọ sau 2000m chuyẻ n sang đọ
cứng trung bình và cứng.
- Vù ng 3: Đá có đọ cứng trung bình và cứng ở
khoả ng đọ sau 3500m.
- Vù ng 4: Tương tự vù ng 2 hoạ c vù ng 1 nhưng
có lớp đá rá t cứng ở phà n mó ng.

- Tuổi thọ dài.
- Khoan với đủ đường kính yeu cà u.
- Khoan được đú ng theo yeu cà u quỹ đạ o
gié ng khoan.
- Giá thành vừa phải.
3.2. Choòng khoan FuseTek kết hợp các ưu
điểm của choòng PDC và choòng thấm nhiễm
Choò ng khoan FuseTek là loạ i choò ng ké t hợp
giữa choò ng PDC và choò ng kim cương thá m
nhiẽ m củ a nhà thà u choò ng NOV cung cá p đẻ
khoan và o đá mó ng ở Vịnh Bá c bọ bà ng cá ch

3. Nghiên cứu lựa chọn choòng khoan nhằm
tối ưu hóa thời gian thi công khoan
3.1. Yêu cầu đặt ra trong việc lựa chọn choòng
khoan
Choòng khoan là mọ t dụng cụ chính yếu đẻ
thực hiẹ n cong tá c thi cong khoan. Viẹ c lựa chọ n

tó t choò ng khoan giú p cả i thiẹ n tó c đọ khoan,
giả m cong tá c ké o thả đẻ thay choò ng, doa dạ o
gié ng khoan, cứu kẹ t gié ng khoan… Do đó tié t
kiẹ m được thời gian thi cong khoan cũ ng như chi
phí cho gié ng khoan.
Một choòng khoan lý tưởng cần có các thông
số sau (Warren, Armagost, 1986):
- Tốc độ khoan cao.

Hình 3. Choòng FuseTek.


88

Nguyễn Trần Tuân và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 85-91

gia có them phà n kim cương thá m nhiẽ m len cá c
cá nh củ a choòng PDC (Warren, T.M., Armagost,
1986).
Cơ ché khoan phá huỷ đá t đá choò ng FuseTek
theo hai giai đoạ n.
3.2.1. Giai đoạn choòng khoan PDC (phần chính)

- Đá t đá chủ yé u được phá vỡ bởi cá c rang củ a
choò ng PDC theo cơ ché cá t, tó c đọ khoan nhanh
hơn.
- Mọ t phà n củ a đá t đá được cá c rang choò ng
thã m nhiẽ m phá vớ đá t đá theo cơ ché mà i (mọ t
só rang PDC được bó trí lù i thá p và o (rang mà u đỏ )
đẻ lọ ra phà n kim cương thá m nhiẽ m tham gia và o

quá trình phá vỡ đá t đá ).
3.2.2. Giai đoạn khoan kiểu choòng khoan kim
cương thấm nhiễm (phần phụ), xảy ra khi các răng
choòng PDC bị mòn từ 1/3 hoặc một nửa
- Chỉ mọ t ít đá t đá được phá vỡ theo cơ ché cá t
củ a choò ng PDC. (mọ t só rang PDC được bó trí lù i
thá p và o vã n cò n nguyen (rang mà u đỏ ) lú c nà y sẽ
tham gia và o đẻ duy trì quá trình cá t đá t đá tạ m
chá p nhạ n được).
- Đá t đá chủ yé u theo cơ ché mà i củ a cá c vạ t
chá t kim cương thá m nhiẽ m.
3.2.3. Phân tích và nhận xét

Hình 4. Mặt cắt ngang của cánh choòng FuseTek.

- Với viẹ c gia có them phà n kim cương thá m
nhiẽ m là m tang tuỏ i thọ củ a rang choò ng PDC vì
phà n kim cương thá m nhiẽ m thường mè m hơn bè
mạ t kim cương củ a rang choò ng PDC, do đó khi cơ
ché mò n xả y ra, vạ t chá t nà o mè m hơn sẽ bị mò n
trước. Ben canh đó , tié t diẹ n ma sá t với đá t đá củ a
choò ng FuseTek cũ ng nhiè u hơn nen cơ ché mò n
choò ng cũ ng xả y ra chạ m hơn.
- Khi cá c rang choò ng PDC bị mò n 1/3 hoạ c
mọ t nửa, cơ ché phá huỷ đá t đá chủ yé u là ở phà n
kim cương thá m nhiẽ m do đó cũ ng là m tang được
thời gian sử dụ ng choò ng khoan.
- Choò ng FuseTek khong có cá c bọ phạ n xoay
nen giả m nguy cơ bị rụ ng chó p xoay như cá c
choò ng TCI (đạ c biẹ t rá t dẽ xả y ra với cá c choò ng

đường kính nhỏ khi khoan và o cuó i cá p đường
kính củ a gié ng khoan là đó i tượng đá mó ng).
- Với những phan tích tren, choò ng FuseTek
rá t thích hợp đẻ khoan trong tà ng đá t đá cứng và
có đọ mà i mò n cao ở tà ng đá mó ng Vịnh Bá c Bọ .
3.3. Choòng khoan Kymera lưỡng tính kết
hợp các ưu điểm của choòng PDC và choòng
TCI

Hình 5. Hình ảnh nhìn từ dưới lên của choòng
FuseTek.

Choò ng Kymera củ a nhà thà u choò ng Baker
Huger là kiẻ u choò ng lưỡng tính, ké t hợp giữa
choò ng PDC có lưỡi cá t có định và TCI có cá c chó p
xoay, do đó nó thừa hưởng và ké t hợp được ưu
điẻ m củ a hai loạ i choò ng nà y là khả nang khoan


Nguyễn Trần Tuân và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 85-91

mạ nh mẽ , tó c đọ cao củ a choò ng PDC và sự trơn
tru, mượt mà , ít chịu mo men xoá n củ a choò ng TCI
(Warren, T.M., Armagost, 1986).
- Khi gạ p đá t đá mè m, cá c rang choò ng tren
cá c lưỡi cá t có định PDC sẽ phá t huy tá c dụ ng theo
cơ ché cá t đẻ phá huỷ đá t đá rá t nhanh.
- Khi gạ p đá t đá cứng, cá c rang đính tren
choò ng chó p xoay sẽ á n đạ p đẻ phá huỷ đá t đá .
- Cá c rang đính tren chó p xoay cũ ng á n dạ p

là m đá t đá rạ n nứt tạ o tiè n đè cho cá c rang tren
cá c lưỡi cá t có định PDC phá huỷ đá t đá được dẽ
dà ng hơn.
- Choò ng PDC có lưới cá t có định do đó có thẻ
chõ ng đỡ được tả i trọ ng len choò ng tó t là m giả m
nguy cơ rụ ng chó p xoay.

89

- Tuy nhien choò ng có bọ phạ n chó p xoay nen
nguy cơ bị hỏ ng, rụ ng chó p xoay cao. Cá nh choò ng
PDC cũ ng mỏ ng và yé u hơn.
Phan tích và so sá nh ké t quả thực nghiẹ m
thực té cá c thong só là m viẹ c củ a choò ng là tả i
trọ ng len choò ng (WOB), ứng suá t xoá n (torque)
củ a choò ng lưỡng tính Kymera với cá c choò ng TCI
và PDC.
Trong đó : 260 Hybrid 633: Só liẹ u tren biẻ u
đò củ a 260 choò ng lưỡng tính Kymera mà u xanh
lá cay gò m 3 cá nh, 3 chó p xoay và đường kính rang
là 19mm; 260 PDC 506: Só liẹ u tren biẻ u đò củ a
260 choò ng PDC mà u xanh da trời với 6 cá nh và
đường kính rang là 16mm; 220 RC: Só liẹ u tren
biẻ u đò củ a 220 choò ng TCI mà u tím.

Hình 6. Choòng Kymera.

Hình 7. Thông số làm việc các choòng khoan.

90

Nguyễn Trần Tuân và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 85-91

Phan tích và nhạ n xé t:
- Khi tăng tả i trọ ng len choò ng (WOB) thì mo
men xoắn (torque) sẽ tang len.
- Choòng PDC tăng mô men xoắn len rá t
nhanh và rá t cao khi tang tả i trọ ng len choò ng,
bien đọ mo men xoá n cũ ng rá t rọ ng. Do cơ ché
khoan củ a choò ng PDC là khoan cá t.
- Choò ng TCI có mo men xoá n rá t thá p, do cơ
ché khoan củ a choò ng TCI là khoan á n dạ p và có
cá c chó p xoay là m giả m ma sá t. Tuy nhien với cơ
ché nà y thì choò ng khoan chạ m khi gạ p sé t, do
hiẹ n tượng choò ng bị dính sé t.
- Choò ng lưỡng tính Kymera khoan bà ng cả
hai cơ ché là cá t và á n dạ p nen có mo men xoá n
tang đè u khi tang tả i trọ ng, bien đọ mo men xoá n
cũ ng rá t bé , do đó choò ng khoan rá t ỏ n định.
- Với những đạ c tính tren, choò ng Kymera rá t
phù hợp đẻ khoan và o vù ng đá t đá cứng và xen
kẹ p như là tà ng Oligoxen ở Vịnh Bá c Bọ .
3.4. Choòng khoan StingBlade kết hợp nguyên
lý phá hủy của chòong PDC và choòng TCI
Choò ng Stingblade củ a nhà thà u Smith là loạ i
choò ng PDC có lưỡi cá t có định, tuy nhien tren cá c

lưỡi cá t choò ng được bó trí cả rang đụ c củ a
choò ng TCI cù ng với rang cá t củ a choò ng PDC

(Warren, T.M., Armagost, 1986).
- Hai loạ i rang được đạ t ở cá c vị trí tương
đò ng tren cù ng mọ t cá nh củ a choò ng khoan.
- Rang kiẻ u PDC phá vỡ đá t đá theo ché đọ cá t,
rang đụ c (Stinger) phá vỡ đá t đá theo ché đọ á n
dạ p.
- Tả i trọ ng đè len cá c rang đụ c (Stinger) là m
phá vỡ cá c đá t đá cứng hiẹ u quả .
- Cá c rang đụ c có đọ khá ng né n cao đạ t cù ng
vị trí với cá c rang cá t là m giả m sự phá huỷ , mà i
mò n cho cá c rang cá t.
- Rang đụ c cũ ng tạ o ra cơ ché là m rạ n nứt cá c
lớp đá t đá , tạ o tiè n đè cho rang cá t phá vỡ đá t đá
dẽ hơn.
- Do choò ng khong có bọ phạ n xoay nen rá t
chá c chá n, cứng vững.
- Với những đạ c tính tren, choò ng StingBlade
rá t phù hợp đẻ khoan và o vù ng đá t đá cứng và xen
kẹ p như là tà ng Oligoxen ở Vịnh Bá c Bọ .
4. Kết luận và kiến nghị
Với đạ c tính đá t đá tà ng Oligoxen ở vù ng Vịnh
Bá c Bọ là mè m xen kẹ p cá c lớp đá t đá cứng và có
đọ mà i mò n cao thì sử dụ ng choò ng ké t hợp giữa

Hình 8. Choòng StingBlade.


Nguyễn Trần Tuân và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 85-91

choò ng PDC và choò ng TCI mang lạ i hiẹ u quả

khoan tó t, tuỏ i thọ choò ng cao. Trong đó choò ng
Kymera và choò ng StingBlade là hai loạ i choò ng
ké t hợp được đạ c tính đó và có thà nh tích nỏ i trọ i
khi thi công. Tuy nhien chú ng vã n có những ưu
nhược điẻ m là : Đó i với choò ng Kymera, do ké t
hợp giữa cá nh choò ng PDC và chó p xoay củ a TCI
nen tó c đọ choò ng rá t tó t, tuy nhien tiè m ả n nhiè u
rủ i ro vì choò ng có cá c chó p xoay nhỏ , cá c cá nh
choòng PDC mỏ ng nen rá t dẽ bị rụ ng chó p xoay và
vỡ chó p. Đó i với choò ng Stingblade thì tó c đọ
khoan tuy chạ m hơn, nhưng do cá c rang được gá n
tren cá nh và khuon củ a chò ong PDC nen rá t vững
chã i, do đó đọ ỏ n định cao, tuỏ i thọ choò ng lớn.
Vạ y khi khoan qua vù ng đá t đá Oligoxen ở
Vịnh Bá c Bọ nen can nhá c viẹ c sử dụ ng choò ng
Kymera hoạ c Stingblade. Cà n xem xé t đạ c tính
từng choò ng đẻ lựa chọ n. Khi cà n khoan khoả ng
khoan ngá n, cà n tó c đọ cao và khoan định hướng
thì nen dù ng choò ng Kymera, khi cà n khoan với
khoả ng khoan dà i và tó c đọ vừa phả i thì nen dù ng
choòng StingBlade.
Với đạ c tính đá t đá tà ng mó ng Cacbonnat củ a
Vịnh Bá c Bọ là rá t cứng và đọ mà i mò n cao thì sử
dụ ng choò ng ké t hợp đạ c tính củ a choò ng PDC và
choò ng kim cương thá m nhiẽ m là rá t hiẹ u quả .

91

Vì vạ y choò ng FuseTec là lựa chọ n só mọ t.
Viẹ c lựa chọ n và ứng dụ ng choò ng FuseTec,

Kymera, StingBlade và o thi cong cá c gié ng khoan
Vịnh Bá c Bọ đã nang cao được tó c đọ khoan, tuỏ i
thọ choò ng. Do đó nang cao được hiẹ u quả thi
cong khoan và giả m chi phí gié ng khoan. Tuy
nhien cà n có sự nghien cứu hơn nữa đẻ tié p tụ c cả i
thiẹ n, đỏ i mới đẻ đạ t đươc ké t quả cao nhá t trong
thi công khoan.
Tài liệu tham khảo
Kalinin, A. G., Gandzumian, R. A., Messern, A. G.,
2007. Cẩm nang kỹ sư công nghệ khoan các
giếng sâu, Trương biên và nnk. biên dịch Nhà
xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.
Petrovietnam
Exploration
Production
Corporation, 2014. Drill bit final well report,
Performance report of HRD-1X-ST for PVEP.
Teale, R., 1965. The Concept of Specific Energy in
Rock Drilling, International Journal of
Mechanical and Mining Science, Pergamon
Press, Vol. 2, 57-73.
Warren, T. M., Armagost, W. K., 1986. Laboratory
Drilling Performance of PDC Bits. Paper 15617.
SPE Annual Meeting.

ABSTRACT
Study on the selection of bits for drilling wells in the Song Hong Basin
Tuan Tran Nguyen 1, Long Ngoc Ly 2, Phuong Anh Nguyen 2
1

Faculty of Oil and Gas, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam.
2 Petrovietnam Exploration Production Corporation (PVEP), Vietnam.

Within the paper, the author presents some research results on the appropriate drilling options to
optimize the time of construction of wells in the Gulf of Bac Bo.With the Oligocene’s soil elements of
softness, hard terracing and high abrasion, the combination of PDC and TCI provides good drilling
performance and high lifespan. The selection of the FuseTek, Kymera, and StingBlade for drilling into
rocky areas with different characteristics in the reservoir was the result of a combination of traditional
rock breaking theory between the PDC, TCI and diamond permeability. Application of FuseTek, Kymera,
StingBlade for the construction of wells at Northern Red River has improved drilling speed, longer lifting
and drilling times. This will improve the efficiency of drilling and reduce the cost of drilling wells.