Ứng dụng công nghệ khoan kiểm soát áp suất cho giếng khoan st x cấu tạo sư tử trắng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------------

TRẦN NAM TUẤN

ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ KHOAN KIỂM SỐT ÁP SUẤT
CHO GIẾNG KHOAN ST-X CẤU TẠO SƯ TỬ TRẮNG

Chuyên ngành:

Kỹ Thuật Dầu Khí

Mã số ngành :

60520604

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 6 – 2015


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS.VŨ VĂN ÁI

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS.ĐỖ QUANG KHÁNH

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS.HOÀNG QUỐC KHÁNH

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoan, ĐHQG
Tp.HCM ngày 15 tháng 01 năm 2016
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. TS.MAI CAO LÂN
2. TS.ĐỖ QUANG KHÁNH
3. TS.HOÀNG QUỐC KHÁNH
4. TS.TRẦN ĐỨC LÂN
5. TS.PHẠM SƠN TÙNG
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận Văn và Trưởng Khoan quản
lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA …………


i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

-----------------Tp.HCM, ngày ... tháng … năm 2015

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: TRẦN NAM TUẤN

Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 25-11-1989.

Nơi sinh: Đồng Tháp

Địa chỉ mail:

Điện thoại: 0916898272

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Dầu Khí

MSHV: 13410360

Khóa (năm trúng tuyển): 2013
I- TÊN ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ KHOAN KIỂM SỐT ÁP SUẤT CHO GIẾNG KHOAN
ST-X CẤU TẠO SƯ TỬ TRẮNG.
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1- NHIỆM VỤ:
Nhiệm vụ của đề tài: Trên cơ sở nghiên cứu về các phương pháp khoan kiểm soát
áp suất và các đặc điểm về địa chất, kỹ thuật và điều kiện thi công của giếng ST-X
và các giếng khoan trong vùng nghiên cứu để đánh giá, áp dụng công nghệ hợp lý
cho giếng ST-X nói trên nhằm giảm thiểu phức tạp, sự cố và rủi ro trong quá trình
thi công giếng khoan.
2- NỘI DUNG: Luận văn cần nghiên cứu đến các vấn đề chính sau.
-

Tìm hiểu và đánh giá đặc điểm địa chất khu vực nghiên cứu và địa tầng giếng
khoan ST-X.

-

Đánh giá hiện trạng công tác khoan kiểm soát áp suất cho các giếng trong vùng
nghiên cứu.

-

Nghiên cứu, đánh giá kết quả ứng dụng của các phương pháp khoan kiểm soát áp
suất hiện nay, trên cơ sở đặc điểm về địa chất riêng biệt của giếng khoan ST-X,
phân tích và đánh giá về lý thuyết khả năng ứng dụng cơng nghệ khoan kiểm sốt
áp suất hợp lý cho giếng ST-X nhằm giảm thiểu sự cố và rủi ro trong q trình thi
cơng giếng khoan.

-

Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ khoan kiểm soát áp suất hợp lý cho giếng ST-X


ii

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. VŨ VĂN ÁI
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sỹ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua
TP.HCM, Ngày………tháng………năm 2015
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TS. VŨ VĂN ÁI

TS. MAI CAO LÂN

TRƯỞNG KHOA


iii

LỜI CẢM ƠN
Kết quả đạt được của luận văn ngoài nổ lực của tác giả còn là kết quả của sự
giúp đỡ của các thầy cơ, gia đình và bạn bè đồng nghiệp. Tác giả chân thành cảm ơn
TS. Vũ Văn Ái đã có những hướng dẫn và gợi ý quan trọng về mặt nội dung và
phương pháp. Cám ơn các thầy, cơ khoa Địa Chất Dầu Khí, ĐH Bách Khoa
TPHCM đã nhiệt tình giúp đỡ trong hai năm qua. Chân thành cám ơn các đồng
nghiệp đang công tác tại công ty PVEP và Cửu Long JOC đã tạo điều kiện giúp đỡ
trong suốt quá trình luận văn này được thực hiện.
TPHCM tháng 12 năm 2015

Trần Nam Tuấn


iv

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Luận văn gồm ba chương chính:
• Chương 1: Đặc điểm địa chất và hiện trạng cơng tác khoan ở mỏ Sư Tử
Trắng.
Trong chương này trình bày các đặc điểm cấu tạo địa chất của mỏ Sư Tử
Trắng ảnh hưởng tới q trình thi cơng giếng khoan ST-X. Đồng thời tổng kết tình
hình thi cơng khoan của các giếng trong cùng cấu tạo và tổng quan về ứng dụng
cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất trên thế giới, ở Việt Nam và vùng nghiên cứu để

cho thấy tính hiệu quả của việc ứng dụng cơng nghệ này.
• Chương 2: Cơ sở lý thuyết cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất.
Chương này giới thiệu về cơng nghệ khoan kiểm soát áp suất bao gồm: định
nghĩa, hệ thống thiết bị sử dụng, các dạng ứng dụng và ưu nhược điểm của cơng
nghệ.
• Chương 3: Ứng dụng cơng nghệ khoan kiểm soát áp suất cho giếng ST-X.
Chương này đánh giá các đặc điểm kỹ thuật của giếng ST-X như áp suất, nhiệt
độ, cấu trúc giếng…, phân tích kết quả thi cơng của các giếng khoan trong cùng cấu
tạo có ứng dụng cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất để đánh giá khả năng và lựa
chọn ứng dụng hợp lý của cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất cho giếng ST-X. Từ
đó đưa ra giải pháp khoan với cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất đề thi cơng giếng
ST-X bao gồm: các thơng số điều khiển, qui trình khoan và trám xi măng, qui trình
kiểm sốt giếng…


v

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ
Tôi xin cam đoan luận văn này hồn tồn do tơi thực hiện. Các đoạn trích dẫn và số
liệu sử dụng trong luận văn này đều được dẫn nguồn và có độ chính xác cao nhất
trong phạm vi hiểu biết của tôi.

TPHCM, tháng 12 năm 2015

Trần Nam Tuấn


vi

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN........................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... iii
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ....................................................................... iv
LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ........................................................................ v
MỤC LỤC............................................................................................................. vi
DANH MỤC HÌNH ẢNH..................................................................................... ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................... xi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................. xii
CHƯƠNG MỞ ĐẦU ............................................................................................. 1
1. VẤN ĐỀ THỰC TIỄN VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ............................ 1
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ................................................................................ 2
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................ 2
4. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI .............................................................................................. 2
5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ............................................................................... 2
6. PHẠM VI NGHIÊN CỨU ................................................................................... 3
CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÀ HIỆN TRẠNG CÔNG TÁC
KHOAN Ở MỎ SƯ TỬ TRẮNG.................................................................. 4
1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT MỎ SƯ TỬ TRẮNG .................................................. 4
1.1.1 Vị trí địa lý ................................................................................................. 4
1.1.2 Địa tầng ...................................................................................................... 5
1.2 KẾT QUẢ THI CÔNG CÁC GIẾNG CÙNG CẤU TẠO SƯ TỬ TRẮNG ..... 10
1.3 TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ KHOAN KIỂM SỐT ÁP
SUẤT.............................................................................................................. 13
CHƯƠNG 2 CƠNG NGHỆ KHOAN KIỂM SỐT ÁP SUẤT ....................... 16
2.1 KHÁI NIỆM CƠNG NGHỆ KHOAN KIỂM SỐT ÁP SUẤT ...................... 16
2.1.1 Công nghệ khoan truyền thống ................................................................. 16
2.1.2 Công nghệ khoan kiểm soát áp suất .......................................................... 18


vii

2.2 CÁC DẠNG ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ KHOAN KIỂM SOÁT ÁP
SUẤT.............................................................................................................. 19
2.2.1 Ứng dụng khoan với áp suất đáy giếng không đổi (Constant Bottom-Hole
Pressure CBHP) ........................................................................................ 19
2.2.2 Ứng dụng khoan với mũ dung dịch tạo áp (Pressurized Mud Cap DrillingPMCD) ..................................................................................................... 21
2.2.3 Ứng dụng khoan tỷ trọng dung dịch kép ( Dual Gradient Drilling-DGD).. 24
2.2.4 Ứng dụng kiểm soát dòng hồi (Return Flow Control-RFC)....................... 26
2.3 HỆ THỐNG THIẾT BỊ TRONG KHOAN KIỂM SOÁT ÁP SUẤT ............... 27
2.3.1 Thiết bị kiểm soát xoay (Rotating Control Device – RCD) ....................... 27
2.3.2 Hệ thống van điều áp (Choke Manifold System)....................................... 30
2.3.3 Dụng cụ lắp ráp trục quay (Bearing Running Tool – BRT) ....................... 34
2.3.4 Sơ đồ hệ thống khoan kiểm soát áp suất ................................................... 35
CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHOAN KIỂM SOÁT ÁP SUẤT
CHO GIẾNG ST-X ..................................................................................... 37
3.1 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CƠNG NGHỆ KHOAN KIỂM
SỐT ÁP SUẤT CHO GIẾNG ST-X ............................................................. 37
3.1.1 Phân tích đặc điểm giếng ST-X ................................................................ 37
3.1.2 Phân tích các dạng cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất để ứng dụng giải
quyết tích cực các vấn đề phức tạp trong thi công giếng ST-X .................. 43
3.2 CƠ SỞ TÍNH TỐN CỦA CƠNG NGHỆ KHOAN KIỂM SOÁT ÁP SUẤT 49
3.2.1 Cửa sổ áp suất .......................................................................................... 49
3.2.2 Phân tích các thơng số thủy lực của cơng nghệ khoan kiểm soát áp suất. .. 50
3.2.3 Áp suất dòng hồi bề mặt (Surface back pressure – SBP) ........................... 53
3.2.4 Tỷ trọng dung dịch tương đương .............................................................. 53
3.3 GIẢI PHÁP KHOAN VỚI ÁP SUẤT ĐÁY KHÔNG ĐỔI CHO ĐOẠN
KHOAN 6” GIẾNG ST-X............................................................................... 54
3.3.1 Thông số điều khiển áp suất đoạn khoan 6” .............................................. 54
3.3.2 Quy trình kiểm sốt giếng đoạn 6” giếng ST-X ........................................ 60

viii

3.4 ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ KHOAN KIỂM SỐT ÁP SUẤT VÀO CÔNG
TÁC TRÁM XI MĂNG ỐNG 7” ĐOẠN KHOAN 8-1/2” .............................. 62
3.4.1 Thông số khoan đoạn 8-1/2” và trám xi măng ống 7” ............................... 62
3.4.2 Cơ sở áp dụng công nghệ khoan kiểm sốt áp suất cho cơng tác bơm trám
xi măng ống chống lửng 7” của giềng ST-X ............................................. 65
3.4.3 Cơng nghệ kiểm sốt áp suất cho q trình trám xi măng ống 7”. ............. 68
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 74
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ................................................................................. 75


ix

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Vị trí địa lý mỏ sư tử trắng ........................................................................ 4
Hình 1.2 Cột địa tầng tổng hợp mỏ sư tử trắng ........................................................ 7
Hình 1.3 Tập cát E và F .......................................................................................... 8
Hình 1.4 Kết quả đo log độ thấm. ........................................................................... 8
Hình 1.5 Gradient áp suất mỏ Sư Tử Trắng ............................................................ 9
Hình 1.6 Các sự cố khi thi cơng giếng ST-1P ....................................................... 11
Hình 1.7 Các sự cố khi thi cơng giếng ST-2P ........................................................ 11
Hình 1.8 Các sự cố khi thi cơng giếng ST-3P ....................................................... 12
Hình 1.9 Các sự cố khi thi cơng giếng ST-4P ........................................................ 12
Hình 2.1 Áp suất đáy giếng trong phương pháp khoan truyền thống. ..................... 16
Hình 2.2 Sự thay đổi áp suất đáy giếng trong quá trình khoan. .............................. 17
Hình 2.3 Phức tạp trong giếng có cửa sổ áp suất hẹp ............................................. 17
Hình 2.4 Áp suất đáy giếng trong phương pháp CBHP .......................................... 20

Hình 2.5 Sự thay đổi áp suất trong khoan CBHP. .................................................. 20
Hình 2.6 Mô tả hoạt động của khoan với mũ dung dịch tạo áp............................... 22
Hình 2.7 Áp suất đáy giếng trong phương pháp PMCD. ........................................ 23
Hình 2.8 Gradient áp suất sử dụng phương pháp DGD .......................................... 24
Hình 2.9 Hệ thống bơm đẩy trong khoan tỷ trọng dung dịch kép (DGD) ............... 25
Hình 2.10 Bơm chèn chất khí để giảm tỉ trọng dung dịch ...................................... 26
Hình 2.11 Các dạng RCD ...................................................................................... 27
Hình 2.12 Vị trí lắp đặt RCD trên đối áp vạn năng. ............................................... 28
Hình 2.13 Tuần hồn dung dịch qua RCD ............................................................. 28
Hình 2.14 Phần thân của RCD ............................................................................... 29
Hình 2.15 Trục quay RCD ..................................................................................... 30
Hình 2.16 Hệ thống van điều áp. ........................................................................... 31
Hình 2.17 Van thủy lực. ........................................................................................ 32
Hình 2.18 Thiết bị xử lý thơng minh ...................................................................... 32
Hình 2.19 Thiết bị đo dòng. ................................................................................... 33


x

Hình 2.20 Thiết bị thủy lực.................................................................................... 33
Hình 2.21 Màn hình điều khiển. ............................................................................ 34
Hình 2.22 Thao tác lắp ráp trục quay sử dụng BRT ............................................... 35
Hình 2.23 Sơ đồ tổng quan hệ thống MPD ............................................................ 35
Hình 2.24 Sơ đồ chi tiết hệ thống MPD. ................................................................ 36
Hình 3.1 Sơ đồ phân bố các giếng trong cấu tạo Sư Tử Trắng. .............................. 37
Hình 3.2 Cột địa tầng giếng ST-X ......................................................................... 38
Hình 3.3 Mặt cắt địa chất của giếng ST-X ............................................................. 38
Hình 3.4 Gradient nhiệt độ dự kiến ........................................................................ 39
Hình 3.5 Biểu đồ áp suất dự kiến của giếng ST-X ................................................. 40
Hình 3.6 Mơ hình áp suất ban dầu và mơ hình áp suất suy giảm do khai thác. ....... 41

Hình 3.7 Cửa sổ áp suất của giếng ST-X trong trường hợp không và có suy giảm . 42
Hình 3.8 Ứng dụng khoan với mũ dung dịch tạo áp qua vùng mất tuần hồn. ........ 45
Hình 3.9 Thời gian thi cơng các giếng trong cấu tạo Sư Tử Trắng ......................... 47
Hình 3.10 Cửa sổ áp suất ....................................................................................... 49
Hình 3.11 Phần mềm tính tốn áp suất dịng hồi bề mặt (BP) ................................ 52
Hình 3.12 Cấu trúc giếng khoan ST-X ................................................................... 54
Hình 3.13 Thơng số bộ khoan cụ đoạn 6” cho giếng ST-X .................................... 55
Hình 3.14 Phân tích độ nhạy của tỷ trọng dung dịch từ 12ppg – 12.5ppg............... 57
Hình 3.15 Phân tích độ nhạy tỷ trọng dung dịch từ 11.7ppg – 12ppg ..................... 59
Hình 3.16 Địa tầng và cấu trúc giếng ST-X ........................................................... 62
Hình 3.17 Cấu trúc bộ BHA khoan đoạn 8-1/2”..................................................... 63
Hình 3.18 Tỷ trọng tuần hoàn tương đương với tốc độ bơm 600gpm ..................... 64
Hình 3.19 Tỷ trọng tuần hồn tương đương với tốc độ bơm 500gpm. .................... 64
Hình 3.20 Địa tầng và áp suất giếng ST-X ............................................................. 66
Hình 3.21 Cửa sổ áp suất trong trường hợp E-sand bị suy giảm ............................. 66
Hình 3.22 ECD khi bơm trám xi măng với tỉ trọng dung dịch 13.6ppg .................. 67
Hình 3.23 ECD khi bơm trám xi măng với tỉ trọng dung dịch 13ppg ..................... 68
Hình 3.24 Biểu đồ mơ tả tuần hồn dung dịch từ 13.6ppg xuống 13.3ppg ............. 71
Hình 3.25 Biểu đồ mơ tả quy trình kiểm sốt áp suất trong trám xi măng. ............. 71


xi

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Ứng dụng công nghệ MPD ở Việt Nam .................................................. 14
Bảng 1.2 Ứng dụng công nghệ MPD trên thế giới. ................................................ 15
Bảng 3.1 Thời gian và chi phí (ngàn USD) trong q trình khoan.......................... 46
Bảng 3.2 So sánh tốc độ khoan giữa các giếng có và không áp dụng MPD ............ 47
Bảng 3.3 ECD tương ứng theo tỷ trọng dung dịch khoan đoạn 6”.......................... 58
Bảng 3.4 Thông số điều khiển áp suất cho đoạn khoan 6” với MW = 12.0ppg....... 58

Bảng 3.5 Thông số điều khiển áp suất cho đoạn khoan 6” với MW=11.9ppg......... 59
Bảng 3.6 Thông số điều khiển áp suất cho đoạn khoan 6” ..................................... 60
Bảng 3.7 Kiểm soát giếng cho đoạn thân giếng 6” với công nghệ MPD ................ 61
Bảng 3.8 Thông số điều khiển áp suất cho đoạn 8-1/2”.......................................... 63
Bảng 3.9 Thông số trám xi măng ống 7” ............................................................... 65
Bảng 3.10 Thông số điều khiển áp suất quá trình bơm trám xi măng ống 7” .......... 69


xii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
AFP (annular friction pressure): áp suất ma sát vành xuyến
BA (bearing assembly): bộ ổ chắn và làm kín
BHA (bottomhole assembly): bộ dụng cụ đáy
BHP (bottomhole pressure): áp suất đáy giếng
BBL (barrel): thùng, 159 lít
BN (bell nipple): ống nối khoan
BOP (blow out preventer): thiết bị chống phun
BP (back pressure) = choke pressure: áp suất dòng hồi bề mặt
BPH (barrel per hour): thùng trên giờ
CBHP (constant bottomhole pressure): khoan áp suất đáy giếng không đổi
CC (cutting concentration): nồng độ mùn khoan
CD (cutting density): tỷ trọng mùn khoan
CNV: mỏ Cá Ngừ Vàng
CP (choke pressure): áp suất van điều áp bề mặt
CL (choke line): áp suất tổn thất qua các đoạn ống
CPD (controlled pressure drilling): khoan điều khiển áp suất
DDV (downhole deployment valve): van triển khai dưới giếng
DG (dual gradient): tỷ trọng dung dịch kép
DST (drilling stem test): thử vỉa

ECD (equivalent circulating density): tỷ trọng tuần hoàn tương đương
EMW (equivalent mud weight): tỷ trọng mùn khoan tương đương
FIT (Formation Integrity Test): Kiểm tra áp suất vở vĩa.
GPM (gallon per minute) số gallon mỗi phút
HSE (Heath, Safety and Environment) Sức khỏe, an tồn và mơi trường
HPHT (High Pressure High Temperature) Áp suất cao và nhiệt độ cao
ID (inner diameter): đường kính trong
LCM (lost circulating materials): chất bít nhét
MD (measured depth): chiều dài giếng khoan
MPD (managed pressure drilling): khoan kiểm soát áp suất
NPT (non-productive time): thời gian phi sản xuất
OD (outer diameter): đường kính ngồi


xiii

PMCD (pressurized mud cap drilling): khoan mũ dung dịch tạo áp
PP (pore pressure): áp suất vỉa
PPG (pound per gallon): đơn vị tỷ trọng hệ Anh-Mỹ
PVD (Petro VietNam Drilling): tổng công ty cổ phần khoan và dịch vụ khoan dầu
khí Việt Nam
PWD (pressure while drilling): thiết bị đo áp suất khi khoan
RCD (rotating controlled device): thiết bị kiểm soát xoay
ROP (rate of penetration): tốc độ khoan cơ học
STK (stroke): chu kì bơm
SPP (standpipe pressure): áp suất bơm ống đứng
TD (total depth): độ sâu tổng
TIW (Texas Iron Work): van an toàn trong chuỗi cần khoan bên dưới động cơ treo
TVD (true vertical depth): độ sâu thẳng đứng thật
UBD (underbalanced drilling): khoan dưới cân bằng

YP (yield point): giới hạn chảy
WOB (weight on bit): tải trọng lên choòng


1

CHƯƠNG MỞ ĐẦU
1. VẤN ĐỀ THỰC TIỄN VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong những năm vừa qua, công tác khoan thăm dị – khai thác dầu khí tại Việt
Nam phát triển rầm rộ với số lượng giếng khoan hàng năm tăng lên không ngừng. Tại
bồn trũng Cửu long, bên cạnh các mỏ đang được khai thác như mỏ Bạch Hổ, mỏ
Rồng, mỏ Nam Rồng - Đồi Mồi, mỏ Cá Ngừ Vàng… một loạt cấu tạo mới được phát
hiện với tiềm năng dầu khí như Tê Giác Đen, Sư Tử Trắng…Các giếng khoan cũng
vươn tới những vùng khó khăn phức tạp hơn như vùng có áp suất cao nhiệt độ cao
(HPHT), vùng mỏ mất dung dịch trầm trọng, vùng có thành hệ yếu dễ sập lở…
Trong q trình thi cơng các giếng khoan, các sự cố thường xảy ra là kẹt cần, sập lở
thành giếng khoan, mất dung dịch, kích khí… do các nguyên nhân chủ quan và khách
quan, đặc biệt là ở các giếng có nhiệt độ cao và áp suất cao, dẫn tới mất an tồn trong
q trình thi cơng. Mặt khác, chi phí để giải quyết, khắc phục sự cố là rất lớn nhưng
đôi khi không đạt được kết quả, thậm chí phải dừng khoan và đóng giếng.
Do đó, việc nghiên cứu và đưa ra các giải pháp công nghệ dựa trên các kỹ thuật tiên
tiến nhằm đảm bảo an toàn và hạn chế tối đa các sự cố khi thi cơng khoan các giếng có
địa chất phức tạp như các giếng nhiệt độ cao, áp suất cao là u cầu cấp thiết.
Cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất với các ưu điểm nổi bật là ngăn ngừa và khống
chế các sự cố do áp suất, giảm nhiễm bẩn vỉa sản phẩm, giảm chi phí và thời gian phi
sản xuất hoàn toàn là một giải pháp phù hợp. Hiện nay, cơng nghệ khoan kiểm sốt áp
suất đã và đang được ứng dụng ngày càng nhiều ở Việt Nam và trên thế giới nhờ các ưu
điểm của nó. Đã có các nghiên cứu về ứng dụng cơng nghệ khoan kiểm soát áp suất cho
các giếng ở các cấu tạo như Tê Giác Đen, Hải Thạch Mộc Tinh, Cá Ngừ Vàng…Tuy
nhiên, nghiên cứu về ứng dụng cho công nghệ này ở các giếng áp suất cao, nhiệt độ cao

còn ít, việc nghiên cứu khoan kiểm soát áp suất cho giếng ST-X trong cấu tạo Sư Tử
Trắng là chưa có nên đề tài “Ứng dụng cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất cho giếng
ST-X cấu tạo Sư Tử Trắng”được thực hiện nhằm giải quyết nội dung đó


2

2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ khoan kiểm soát áp suất hợp lý cho giếng khoan
ST-X thuộc cấu tạo Sư Tử Trắng và các giếng có điều kiện địa chất tương tự để đề
phòng các phức tạp, giảm thiểu các sự cố và rủi ro trong q trình thi cơng nhằm giảm
giá thành giếng khoan và đảm bảo an tồn trong q trình thi cơng.

3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
i. Tổng hợp và phân tích các tài liệu, báo cáo nghiên cứu khoa học trong và ngoài
nước về đề tài ứng dụng cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất và địa tầng
giếng khoan ST-X.
ii. Thống kê số liệu thực tế, so sánh kết quả các giếng khoan đã ứng dụng cơng
nghệ khoan kiểm sốt áp suất với các giếng không áp dụng công nghệ này
trong cùng cấu tạo và các vùng lân cận tương đồng về địa chất.
iii. Kế thừa các nghiên cứu về công nghệ khoan kiểm soát áp suất, kết hợp với thực
tế điều kiện thi công giếng khoan ST-X để đề xuất ứng dụng cơng nghệ
khoan kiểm sốt áp suất hợp lý.

4. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Đề tài “Ứng dụng cơng nghệ khoan kiểm sốt
áp suất cho giếng ST-X cấu tạo Sư Tử Trắng” thực hiện trên cơ sở khoa học về
phân tích các yếu tố địa chất của giếng có áp suất cao và nhiệt độ cao, tổng hợp các sự
cố đã xảy ra ở các giếng cùng cấu tạo và điều kiện tương đồng, kết hợp với việc phân
tích đánh giá ứng dụng các giải pháp cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất hợp lý nhằm

giảm thiểu sự cố, rủi ro và giá thành cho giếng khoan ST-X. Như vậy khi giải quyết tốt
nhiệm vụ này sẽ mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
Benjamin Gedge. et al (2014). The Deployment of Managed Pressure
Drilling Technology, to Assist in the Development of Offshore HPHT Gas
Condensate Fields in Vietnam-Planning, Engineering, and Implementation. SPE171429-MS


3

Bài báo báo cáo kết quả ứng dụng công nghệ khoan kiểm sốt áp suất vào việc hỗ
trợ q trình thi cơng khoan các giếng khí, condensate có nhiệt độ cao, áp suất cao của
các mỏ ở Việt Nam do Bien Dong POC và Cuu Long JOC điều hành. Trong đó, trình
bày kết quả thi cơng thực tế của các giếng khi ứng dụng cơng nghệ khoan kiểm sốt áp
suất.
Kết quả q trình thi cơng các giếng cho thấy sự thành cơng khi ứng dụng cơng
nghệ khoan kiểm sốt áp suất cho các giếng có áp suất cao, nhiệt độ cao bằng cách
kiểm sốt tốt tỷ trọng tuần hồn tương đương, phát hiện sớm kích khí và giữ áp suất
đáy khơng đổi làm giảm rủi ro trong q trình khoan, giảm thời gian khắc phục sự cố
(NPT) cho phép khoan an toàn và hiệu quả hơn qua các vùng phức tạp.
Nguyễn Văn Khang (2010). Nghiên cứu úng dụng công nghệ khoan kiểm
soát áp suất cho giếng khoan TGD-2X cấu tạo Tê Giác Đen. Luận văn Thạc sĩ.
Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM.
Đề tài nghiên cứu đưa ra khả năng áp dụng cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất cho
giếng khoan TGD-2X và đề xuất giải pháp khoan kiểm soát áp suất cho giếng khoan
TGD-2X cấu tạo Tê Giác Đen.
Kết quả là đề xuất giải pháp khoan kiểm soát áp suất với ứng dụng công nghệ khoan
với áp suất đáy giếng không đổi (CBHP) cho giếng khoan TGD-2X. Kiến nghị tiếp tục
nghiên cứu dạng ứng dụng khoan hai tỷ trọng cho công tác khoan ở vùng nước sâu.

Felbert Palao (2008). Application of MPD Sys tem to Overcome the
Consequences of Lost Circulation. Report of Hoan Vu JOC. Weatherford Viet
Nam.
Tồng hợp, đánh giá các kết quả áp dụng cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất thành
cơng cho khoản khoan qua tầng móng nứt nẻ và hang hốc có áp suất dị thường thấp
nhằm khống chế và loại bỏ sự cố phức tạp mất dung dịch vào tầng sản phẩm cho giếng
ở mỏ Cá Ngừ Vàng.

6. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đề tài tập trung nghiên cứu địa tầng giếng ST-X, có đối tượng khai thác chính là khí
condensat, cấu tạo Sư Tử Trắng, bể Cửu Long và cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất


4

CHƯƠNG 1
ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT VÀ HIỆN TRẠNG CÔNG TÁC
KHOAN Ở MỎ SƯ TỬ TRẮNG
1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT MỎ SƯ TỬ TRẮNG
1.1.1 Vị trí địa lý
Mỏ Sư Tử Trắng thuộc bồn trũng Cửu Long trên thềm lục địa phía Nam nước ta,
nằm ở phía đơng nam lơ 15-1, cách Vũng Tàu 135km về phía đơng, độ sâu nước biển
trung bình là 56m.

Hình 1.1 Vị trí địa lý mỏ sư tử trắng [1]


5

Hiện nay Mỏ Sư Tử Trắng được điều hành bởi Cơng ty Liên Doanh điều hành

Cửu Long (CLJOC) .Có thể nói liên doanh đã hồn thành việc thăm dị và thẩm lượng
các khu vực cấu tạo chính ở mỏ Sư Tử Trắng, với 4 giếng khoan thăm dò và thẩm
lượng ST-1X, ST-2X, ST-3X và ST-4X và tiến hành khai thác với các giếng phát triển
ST-1P, ST-2P, ST-3P, ST-4P và đang tiếp tục thi cơng khoan hai giếng (trong đó có
giếng ST-X), dự kiến hoành thành vào tháng hai năm 2016.
1.1.2 Địa tầng
Dựa vào các đặc điểm thạch học, cổ sinh học, tài liệu Karota giếng khoan của
mỏ, các nhà địa chất đã phân chia và gọi tên các đơn vị địa tầng theo tên địa phương
cho các cấu tạo địa chất vùng mỏ. Cột địa tầng tổng hợp của mỏ Sư Tử Trắng (Hình
3.2) được mơ tả theo thứ tự từ đá già tới đá trẻ như sau:
Trầm tích Paleogen
Tập F (Oligoxen dưới, Điệp Trà Cú dưới): được xem như địa tầng phía dưới
của Điệp Trà Cú, cũng giống như tập E, tập F được xác định lần đầu tiên tại giếng CL1X và các lớp trầm tích của tập F được phát hiện trong tất cả 4 giếng tại mỏ Sư Tử
Trắng với bề dày thay đổi từ 207m ở phần đỉnh và mở rộng đến hơn 500m ở phần cánh
của cấu tạo. Các loại đá sét có màu từ nâu nhạt tới nâu sẫm, độ cứng từ mềm tới rất
cứng hoặc đặc biệt cứng, mức độ cứng tăng dần theo chiều sâu.
Tập E (Oligoxen dưới, Điệp Trà Cú trên): được xem như phần địa tầng phía
trên của Điệp Trà Cú, xác định lần đầu tiên tại giếng CL-1X qua các đặc trưng đồng
nhất trong các đoạn của giếng. Các lớp trầm tích của tập E được phát hiện trong tất cả
4 giếng tại mỏ Sư Tử Trắng với bề dày từ 185m ở phần đỉnh và mở rộng tới hơn 550m
ở phần cánh. Ranh giới phía trên của tập E là một bề mặt xói mịn được xác định như
nền móng của lớp cát kết ở tập D phía trên, chính vì vậy tập E có thể vắng mặt hay bị
xói mịn trong phần phía trên của cấu trúc mỏ Sư Tử Trắng. Tập E bao gồm chủ yếu là
các lớp đá sét nâu vàng và tối màu, hoặc sự xen kẽ giữa cát kết và bột kết.
Trầm tích Oligoxen dưới (Điệp Trà Cú, tập E và F): 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. Điệp Trà Cú được chia làm 2 điệp phụ: Phụ điệp Trà

6

Cú trên – Tập E và phụ điệp Trà Cú dưới – tập F. Vỉa sản phẩm nằm trong tập cát E và
F ở độ sâu hơn 4000m và là vỉa khí condensate.
Trầm tích Oligoxen trên (Điệp Trà Tân, tập C và D): Trầm tích này bao gồm
các lớp cát kết hạn mịn đến trung, màu xám sáng xen kẽ với các tập dày sét kết màu
nâu chuyển dần sang đen về phía dưới. Điệp Trà Tân được chia ra làm 2 điệp phụ: Phụ
điệp Trà Tân trên – tập C và phụ điệp Trà Tân dưới – tập D. Phụ điệp Trà Tân trên
được đánh dấu bởi sự xuất hiện của các đá sét giàu hữu cơ xẫm màu, phụ điệp có sự
xen kẽ giữa cát kết,. Tập D được xem như địa tầng tương đương với phụ điệp Trà Tân
dưới, được khám phá và đặt tên trong quá trình khoan giếng 15-A-1X tại cấu trúc Trà
Tân, bề dày của tập D trong giếng vào khoảng 307 ÷ 950 m.
Trầm tích Neogen và Đệ Tứ
Trầm tích Mioxen dưới (Điệp Bạch Hổ, tập BI): Điệp Bạch Hổ là sự xen kẹp
các lớp cát, sét và sét bột, cát xám sáng, xẫm, sét màu sặc sỡ loang lổ kết dính dẻo (đặc
biệt là tầng trên của điệp – tầng sét Rotalia). Đá bột xám, nâu đỏ ở phần dưới của điệp.
Đây là tầng đá chắn mang tính chất khu vực rất tốt. Đá bột kết xám và nâu đỏ. Ở phần
dưới của điệp chiều dày lớp kẹp cát kết tăng lên. Căn cứ vào đặc điểm thạch học và cổ
sinh người ta chia Điệp Bạch Hổ ra làm 2 điệp phụ: Phụ điệp Bạch Hổ trên và phụ
điệp Bạch Hổ dưới. Bề dày của điệp thay đổi từ 300 ÷ 1200 m.
Trầm tích Mioxen giữa (Điệp Cơn Sơn, tập BII): Phần dưới của điệp này được
cấu tạo bởi các lớp hạt thô màu xám và xám trắng với sét màu nâu đỏ, trong sét có lớp
kẹp than. Đây là những đất đá lục nguyên dạng khối, bở rời. Thành phần chính là
thạch anh chiếm 80%, Fenpat và các đá phun trào, xi măng sét và sét vơi có màu loang
lổ, bở rời mềm dẻo. Đất đá này thành tạo trong điều kiện biển nơng, độ muối trung
bình, chịu tác động của dòng biển, nơi lắng đọng khá gần nguồn vật liệu. Bề dày của
điệp từ 400 ÷ 800 m.
Trầm tích Mioxen trên ( Điệp Đồng Nai, tập BII): Điệp Đồng Nai gồm các lớp
cát bở rời và cát không gắn kết màu xanh lẫn sét nhiều màu. Chiều dày điệp từ 500 ÷
800 m. Bề dày tăng dần ra phía cánh của lớp cấu tạo và phủ dày lên trầm tích Điệp

Côn Sơn.


7

Trầm tích Plioxen – Đệ Tứ (Điệp Biển Đơng, tập A): Trầm tích Biển Đơng phủ
bất chỉnh hợp lên trầm tích Mioxen. Thành phần thạch học bao gồm cát, sét và sét bột
xen kẽ sỏi đá màu xám, màu vàng và màu xanh. Thường gặp ở đây nhiều mảnh vôi
sinh vật biển. Lên trên thành phần gồm cát bở rời xen kẽ với cát màu xám sáng và xám
xanh với một ít mác nơ, có một số lượng lớn foraminifera. Chiều dày của điệp từ 600
÷ 700m.

Hình 1.2 Cột địa tầng tổng hợp mỏ Sư Tử Trắng [1]


8

Hình 1.3 Tập cát E và F [1]
Tập cát E có bề dày từ 185 ÷ 550m, tập cát F có bề dày từ 207 ÷ 500m. Phía dưới
tập E và F là tầng đá móng granite. Tầng chắn là tập sét D đóng vai trị như đá mẹ,
giàu vật liệu hữu cơ với TOC = 1÷10% và bề dày từ 30 ÷ 900m. Do bề dày của tập sét
mở rộng về phía Tây Bắc và thu hẹp dần về phía Đơng Nam, cho nên độ thấm của hai
tập cát này phân bố không đồng đều, phần trên đỉnh của tập cát có độ thấm lớn nhưng
càng xuống sâu độ thấm càng nhỏ. Độ thấm dao động trong khoảng rất lớn từ cao (hơn
50md), trung bình (7 ÷ 50md) đến thấp (0,02 ÷ 7md) và rất thấp (khoảng 0,001 ÷
0,002md).

Hình 1.4 Kết quả đo log độ thấm [1]

9

Theo kết quả đo log độ thấm 4 giếng thăm dò ST-1X, ST-2X, ST-3X, ST-4X, các
nhà địa chất đã chia tập cát E và F ra thành từng khu vực với độ thấm khác nhau từ
thấp đến cao (Hình 3.4). Khu vực màu vàng là nơi có triển vọng dầu khí.

Hình 1.5 Gradient áp suất mỏ Sư Tử Trắng [1]
Phân bố áp suất trong cấu tạo Sư Tử Trắng rất phức tạp và khơng đồng nhất.
(Hình 3.5) Tại vị trí 2 giếng khoan thăm dò và thẩm lượng ST-1X, ST-2X gradient áp
suất ổn định trong cả 2 tập E và F. Đối với giếng ST-3X, gradient áp suất ở tập F
tương đương với 2 giếng ST-1X và ST-2X, tuy nhiên gradient áp suất trong tập E của
giếng ST-3X lại lớn hơn tập F. Gradient áp suất trong tập E tại vị trí giếng ST-4X lớn
hơn gradient áp suất trong tập E của giếng ST-3X. Có thể thấy trong cấu tạo Sư Tử
Trắng tồn tại ít nhất 2 hệ thống áp suất riêng biệt.


10

1.2 KẾT QUẢ THI CÔNG CÁC GIẾNG CÙNG CẤU TẠO SƯ TỬ
TRẮNG
Trong công tác thi công các giếng khoan thăm dò (ST-1X, ST-2X, ST-3X, ST4X) thuộc cấu tạo Sư Tử Trắng với điều kiện địa chất phức tạp, đặc biệt là giếng có
nhiệt độ và áp suất cao, khi khoan đoạn thân giếng 12-1/4” qua thành hệ yếu ILM (
Intra Lower Miocence) đã xảy ra sự cố sập lở thành giếng gây bó kẹt cột cần khoan và
hiện tượng dịng xâm nhập, buộc phải tăng tỉ trọng của dung dịch khoan. Tuy nhiên
khi khoan đến đoạn tiếp theo lại xảy ra hiện tượng mất tuần hoàn. Lưu lượng bơm
được giảm xuống để vừa xoay vừa kéo cột cần lên. Nhưng khi kéo lên độ sâu thấp hơn
lại bị kẹt cột cần và khơng tuần hồn được dung dịch. Đội khoan ngay lập tức bổ sung
vật liệu bít nhét vào vành xuyến và bơm đầy vào vùng mất dung dịch. Cột cần khoan
được giải phóng nhưng tỉ trọng của dung dịch tăng lên và hiện tượng mất dung dịch lại
xảy ra. Tốc độ mất dung dịch tăng lên buộc phải chống ống chống lửng để cách ly

thành hệ không ổn định. Khi khoan đoạn thân giếng tiếp theo qua thành hệ yếu bên
dưới chân đế ống chống 9-5/8” cũng xảy ra sự cố sập lở thành hệ, bó kẹt cột cần khoan
và hiện tượng dòng xâm nhập ở độ sâu 3916m, đội khoan bắt buộc phải tăng tỉ trọng
dung dịch khoan và hiện tượng mất dung dịch lại xảy ra. Thời gian kiểm sốt giếng và
chi phí để xử lý các phức tạp tăng lên đáng kể.
Bên cạnh đó, cơng tác thử vỉa cho các giếng này không thành công. Nguyên nhân
do vỉa sản phẩm đã bị nhiễm bẩn trong quá trình khoan. Cơng tác thử vỉa được tiến
hành nhiều lần tuy nhiên lưu lượng thu được thấp và dịng khơng ổn định, nguyên
nhân được xác định do dung dịch khoan được sử dụng để cân bằng áp suất vỉa có tỉ
trọng cao gây nhiễm bẩn vỉa sản phẩm.
Hai vấn đề nêu trên đặt ra yêu cầu cần phải sử dụng một công nghệ khoan phù
hợp hơn cho các giếng khai thác với tỉ trọng dung dịch nhẹ hơn, tránh nhiễm bẩn thành
hệ và hạn chế tối đa các sự cố kèm theo do tính chất phức tạp của điều kiện địa chất
nói chung và các giếng nhiệt độ áp suất cao (HPHT) nói riêng.
Khi khoan các giếng phát triển (ST-1P, ST-2P, ST-3P, ST-4P) ở các đoạn 8-1/2”
và 6” đã gặp các sự cố như thành hệ bị bó hẹp (khi kéo thả) do hiện tượng “balloon” ,