Nghiên cứu ứng dụng công nghệ khoan kiểm soát áp suất cho giếng khoan TGD 2x cấu tạo tê giác đen

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

NGUYỄN VĂN KHANG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHOAN KIỂM
SOÁT ÁP SUẤT CHO GIẾNG KHOAN TGD-2X CẤU TẠO
TÊ GIÁC ĐEN
Chuyên ngành : Kỹ thuật khoan khai thác và công nghệ dầu khí

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2010


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 hướng dẫn khoa học : TSKH. Trần Xuân Đào .....................................

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. Ngô Hữu Hải.....................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. Hoàng Quốc Khánh...........................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 23 tháng 7 năm 2010

TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP. HCM
PHỊNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Tp. HCM, ngày 25 tháng 01 năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : Nguyễn Văn Khang

Phái: Nam

Ngày tháng năm sinh: 22/07/1978
Chuyên ngành:

Nơi sinh: Long An

KT Khoan khai thác và Cơng nghệ dầu khí MSHV: 03708451

I.

TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ khoan kiểm soát áp suất cho
giếng khoan TGD-2X cấu tạo Tê Giác Đen”.

II.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
•

Nghiên cứu lý thuyết khoan kiểm sốt áp suất.

•

Phân tích đặc điểm địa chất cấu tạo Tê Giác Đen và giếng khoan TGD-2X để đánh giá
khả năng ứng dụng cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất.

•

Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất hợp lý cho giếng khoan TGD2X.

III.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

25/01/2010

IV.

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/07/2010

V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

TS. Vũ Văn Ái
TSKH. Trần Xuân Đào

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng Chuyên ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. Vũ Văn Ái

TSKH. Trần Xuân Đào

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

KHOA QL CHUYÊN NGÀNH


LỜI CẢM ƠN
Trước hết em xin cám ơn ban lãnh đạo cơ quan hiện đang cơng tác, cơng ty Hồng
Long - Hoàn Vũ, đã tạo mọi điều kiện để em được theo học ngành Khoan khai thác và
công nghệ dầu khí tại Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh. Em xin gửi lời cám ơn
sâu sắc nhất tới bạn bè đồng nghiệp tại công ty và đặc biệt là các đồng nghiệp cơng tác tại
phịng Khoan cơng ty Hồng Long – Hồn Vũ ln đã ln dành cho em sự hỗ trợ to lớn,
nồng nhiệt trong quá trình em theo học cao học và thực hiện luận văn thạc sĩ.
Em xin cám ơn ban lãnh đạo khoa Địa chất và Dầu khí cũng như bộ mơn Khoan
khai thác và đã hết sức tạo điều kiện để em hoàn thành tốt khóa học và luận văn. Em xin
gửi lời cám ơn trân trọng đến tất cả các thầy cô giáo đã tham gia giảng dạy chương trình
đào tạo ngành Khoan khai thác và cơng nghệ dầu khí.
Xin cám ơn tất cả các bạn bè cùng học lớp cao học ngành Kỹ thuật dầu khí khóa
2008 đã cùng chia sẻ những khó khăn, buồn vui trong q trình học tập tại trường Bách
Khoa. Xin cám ơn các bạn về những tình cảm thân thiết, tinh thần đồn kết và giúp đỡ lẫn
nhau trong học tập và cả những kỷ niệm khó quên trong suốt khóa học.
Sau cùng em xin gửi lời cám ơn chân thành và trân trọng nhất đến các thầy hướng
dẫn, thầy Vũ Văn Ái và Trần Xuân Đào đã cho em một định hướng đúng đắn ngay từ đầu
và tận tình hướng dẫn để em có thể hoàn thành luận văn theo đúng thời hạn qui định của
nhà trường.

Học viên thực hiện
Nguyễn Văn Khang


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Luận văn gồm năm phần chính có thể được trình bày một cách tóm tắt như sau:
1. Phần mở đầu
Trong phần mở đầu, tính cấp thiết của đề tài được nêu ra cùng với mục đích, đối tượng
và phạm vi nghiên cứu. Luận điểm bảo vệ, phương pháp nghiên cứu và ý nghĩa thực
tiễn và ý nghĩa khoa học cũng được đưa ra trong phần này. Cấu trúc của luận văn được
trình bày sau cùng trong phần mở đầu.
2. Chương 1. Tổng quan
Tổng quan địa chất vùng nghiên cứu và tổng quan về công tác khoan được trình bày
trong chương này. Phần tổng quan địa chất vùng nghiên cứu được trình bày làm hai
phần là tổng quan địa chất bồn trũng Cửu Long và tổng quan địa chất cấu tạo Tê Giác
Đen. Tương tự phần tổng quan về cơng tác khoan gồm có tổng quan về công tác khoan
tại lô 16-1 và tổng quan công tác khoan tại cấu tạo Tê Giác Đen.
Phần cuối của chương này trình bày các cơng trình nghiên cứu về đề tài và nêu ra các
vấn đề còn tồn tại mà đề tài cần tập trung nghiên cứu.
3. Chương 2. Cơ sở lý thuyết về cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất
Trong chương này, cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất được giới thiệu với các ưu
nhược điểm của nó. Cơ sở tốn của cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất, kiến thức căn
bản về kiểm soát giếng và thiết bị sử dụng trong khoan kiểm soát áp suất được trình
bày. Các dạng ứng dụng của khoan kiểm sốt áp suất được đưa ra và dạng ứng dụng
khoan kiểm soát với áp suất đáy ổn định được nhấn mạnh. Phần cuối của chương này
trình bày sự đánh giá lựa chọn phương pháp khoan kiểm soát áp suất phù hợp cho vùng
nghiên cứu.

4. Chương 3. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ khoan kiểm soát áp suất cho giếng
khoan TGD-2X cấu tạo Tê Giác Đen.
Chương này được trình bày thành hai phần chính đó là Đánh giá khả năng ứng dụng
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. Trong phần Đánh giá khả
năng ứng dụng có phần khảo sát về hiệu quả ứng dụng của cơng nghệ khoan kiểm sốt
áp suất trong vùng nghiên cứu. Dựa trên các kết luận trong phần đánh giá về khả năng
ứng dụng đưa ra giải pháp khoan kiểm soát áp suất được cho giếng khoan TGD-2X cụ
thể là đưa ra lựa chọn thiết bị, quy trình vận hành hệ thống khoan kiểm sốt áp suất và
các thơng số chế độ khoan phù hợp.
5. Kết luận và kiến nghị
Phần này trình bày ngắn gọn các kết quả nghiên cứu của luận văn và kiến nghị những
nghiên cứu tiếp theo về đề tài khoan kiểm soát áp suất.


MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU.........................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ..........................................................................................1
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..........................................................2
3. Luận điểm bảo vệ ....................................................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................................2
5. Ý nghĩa thực tiễn và ý nghĩa khoa học....................................................................3
6. Cấu trúc của luận văn..............................................................................................3
Chương 1.....................................................................................................................5
TỔNG QUAN .............................................................................................................5
1.1 Tổng quan về địa chất ...........................................................................................5
1.1.1 Tổng quan địa chất vùng nghiên cứu .................................................................5
1.1.2 Khái quát địa chất cấu tạo triển vọng Tê Giác Đen ...........................................6
1.2. Tổng quan công tác khoan trong khu vực nghiên cứu .........................................9
1.3 Các cơng trình nghiên cứu về đề tài....................................................................12

Chương 2...................................................................................................................13
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ KHOAN KIỂM SỐT ÁP SUẤT ...............13
2.1 Giới thiệu về khoan kiểm sốt áp suất ................................................................13
2.1.1 Khoan điều khiển áp suất .................................................................................13
2.1.2 Khoan kiểm soát áp suất ..................................................................................14
2.1.3 Đặc điểm khoan kiểm soát áp suất...................................................................16
2.1.4 Ưu điểm và hạn chế của khoan kiểm sốt áp suất ...........................................16
2.2 Cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất....................................................................17
2.2.1 Cơ sở tốn của cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất.........................................17
2.2.2 Kiểm soát giếng căn bản ..................................................................................24


2.2.3 Thiết bị sử dụng trong công nghệ khoan kiểm soát áp suất.............................28
2.3 Các dạng ứng dụng của khoan kiểm soát áp suất ...............................................36
2.3.1 Khoan mũ dung dịch tạo áp .............................................................................37
2.3.2 Khoan hai tỷ trọng............................................................................................39
2.3.3 Điều khiển dòng hồi dung dịch ........................................................................40
2.3.4 Khoan kiểm soát áp suất với áp suất đáy ổn định ............................................41
Chương 3...................................................................................................................44
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHOAN KIỂM SOÁT ÁP SUẤT
CHO GIẾNG KHOAN TGD-2X CẤU TẠO TÊ GIÁC ĐEN .................................44
3.1 Đánh giá khả năng ứng dụng khoan kiểm soát áp suất cho giếng khoan
TGD-2X cấu tạo Tê Giác Đen ..................................................................................44
3.1.1 Khảo sát hiệu quả ứng dụng cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất tại mỏ Cá Ngừ
Vàng ..........................................................................................................................44
3.1.2 Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ khoan kiểm soát áp suất cho giếng
khoan TGD-2X cấu tạo Tê Giác Đen........................................................................58
3.2 Đề xuất giải pháp khoan kiểm soát áp suất cho giếng khoan TGD-2X cấu tạo Tê
Giác Đen....................................................................................................................61
3.2.1 Giới thiệu..........................................................................................................61

3.2.2 Mục tiêu ...........................................................................................................64
3.2.3 Giải pháp khoan kiểm soát áp suất cho giếng khoan TGD-2X........................64
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................95
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................96


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Tóm tắt thơng tin dự đoán về đỉnh các tập của giếng khoan TGD-2X cấu tạo
Tê Giác Đen. ....................................................................................................................7
Bảng 2.1 Áp suất thành hệ một số vùng trên thế giới ....................................................21
Bảng 3.1 Số liệu về mất dung dịch và thời gian kiểm soát giếng cho 4 giếng khoan tại
cấu tạo Cá Ngừ Vàng. ....................................................................................................49
Biểu đồ 3.1 So sánh chi phí thời gian khoan và kiểm sốt giếng giữa giếng khoan có và
khơng sử dụng khoan kiểm soát áp suất.........................................................................55
Biểu đồ 3.2 So sánh chi phí do mất dung dịch giữa giếng khoan có và khơng sử dụng
khoan kiểm sốt áp suất. ................................................................................................55
Biểu đồ 3.3 So sánh chi phí do mất dung dịch giữa giếng khoan và khơng sử dụng
khoan kiểm sốt áp suất. ................................................................................................56
Bảng 3.2 Tóm tắt thơng tin về đỉnh các tập của giếng TGD-2X ...................................67
Bảng 3.3 Ma trận kiểm soát giếng .................................................................................79
Bảng 3.5 Chi tiết đặc tính kỹ thuật cho bình tách hai pha .............................................89


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Mơ tả cột địa tầng cấu tạo Tê Giác Đen (giếng khoan TGD-1X-ST1)...........9
Hình 2.1 Khoan điều khiển áp suất ................................................................................14
Hình 2.2 Biểu đồ thử khả năng chịu đựng tối đa của thành hệ ......................................23
Hình 2.3 Các mẫu thiết bị kiểm sốt xoay của cơng ty Weatherford ............................29
Hình 2.4 Bên trong thiết bị kiểm sốt xoay ...................................................................29
Hình 2.5 Mặt cắt dọc thiết bị kiểm sốt xoay ................................................................30

Hình 2.6 Van triển khai đưới giếng................................................................................31
Hình 2.7 Thủ tục kéo thả cần trong giếng khoan có lắp van triển khai dưới giếng.......31
Hình 2.8 Thiết bị hiển thị điều khiển van điều áp..........................................................32
Hình 2.9 Cụm van điều áp cho khoan kiểm sốt áp suất trên biển ................................33
Hình 2.10 Một cụm van điều áp cho khoan kiểm soát áp suất trên đất liền ..................33
Hình 2.11 Đối áp trong cần ............................................................................................34
Hình 2.12 Van ngược lắp trong cần ...............................................................................35
Hình 2.13 Thiết bị đo dịng Coriolis meter ...................................................................35
Hình 2.14 Hệ thống thu thập dữ liệu..............................................................................36
Hình 2.15 Khoan mũ dung dịch tạo áp ..........................................................................38
Hình 2.16 Áp suất đáy giếng khi có và khơng có tuần hồn trong khoan truyền thống 41
Hình 2.17 Áp suất đáy giếng khi có và khơng có tuần hồn trong khoan kiểm sốt áp
suất .................................................................................................................................42
Hình 2.18 Hệ thống khoan kiểm sốt áp suất với áp suất đáy ổn định ..........................43
Hình 3.1 Vị trí mỏ Cá Ngừ Vàng...................................................................................45
Hình 3.2 Cột địa tầng mỏ Cá Ngừ Vàng........................................................................46
Hình 3.3 Cấu trúc giếng CNV-2P ..................................................................................47
Hình 3.4 Thiết bị kiểm sốt xoay thế hệ 7100 R1 của cơng ty Weatherford.................50
Hình 3.5 Ống nối ngắn chun dụng cho khoan kiểm soát áp suất ...............................51


Hình 3.6 Sơ đồ lắp đặt thiết bị có ống nối ngắn chun dụng cho khoan kiểm sốt áp
suất. ................................................................................................................................52
Hình 3.7 Sơ đồ hệ thống thiết bị kiểm soát xoay có ổ bi ...............................................53
Hình 3.8 Dự đốn áp suất thành hệ cho giếng khoan TGD-2X .....................................58
Hình 3.9 Vị trí cấu tạo Tê Giác Đen trong bồn trũng Cửu Long ...................................63
Hình 3.10 Dự đoán áp suất vỉa và áp suất vỡ vĩa và chương trình dung dịch cho giếng
khoan TGD-2X...............................................................................................................65
Hình 3.11 Cột địa tầng và cấu trúc giếng khoan TGD-2X ............................................68
Hình 3.12 Kết nối hệ thống thiết bị khoan kiểm soát áp suất ........................................70

Hình 3.13 Các giá trị áp suất cho lỗ khoan 12-1/4” x 14-3/4”giếng TGD-2X ..............71
Hình 3.14 Các giá trị áp suất lỗ khoan 8-1/4”giếng TGD-2X .......................................73
Hình 3.15 Lịch trình bơm để tiếp cần ............................................................................75
Hình 3.16 Thiết bị kiểm sốt xoay thế hệ 7800 của cơng ty Weatherford ....................85
Hình 3.17 Cụm van tiết lưu cho hệ thống khoan kiểm sốt suất ...................................88
Hình 3.18 Bình tách hai pha...........................................................................................89
Hình 3.19 Giao diện phần mềm thu thập dữ liệu ...........................................................90
Hình 3.20 Van ngược .....................................................................................................91
Hình 3. 21 Sơ đồ kết nối hệ thống khoan kiểm soát áp suất cho TGD-2X....................93


1

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Bồn trũng Cửu Long là khu vực mà hoạt động tìm kiếm thăm dị và khai thác dầu
khí đang triển khai một cách rầm rộ với hàng loạt các mỏ đang khai thác như mỏ Bạch
Hổ, mỏ Rồng, mỏ Nam Rồng-Đồi Mồi, mỏ Rạng Đông, mỏ Sư Tử Đen, mỏ Sư Tử
Vàng, mỏ Cá Ngừ Vàng… cũng như một loạt các cấu tạo mới được phát hiện với tiềm
năng dầu khí như Tê Giác Trắng, Voi Trắng, Tê Giác Đen...Từ thực tế hoạt động tìm
kiếm thăm dị và khai thác dầu khí thì chi phí dành cho khoan ln chiếm một tỷ phần
lớn, theo số liệu thống kê chung của các Hãng và Nhà thầu dầu khí thì trong giai đoạn
tìm kiếm thăm dị, chi phí dành cho cơng tác khoan chiếm đến 65-75% , cịn trong giai
đoạn phát triển mỏ thì chi phí này là 30-35%. Ngồi ra cần phải kể đến những phức tạp
và khó khăn trong cơng tác thi cơng khoan cũng chính là những ngun nhân làm tăng
chi phí. Việc lựa chọn các giải pháp cơng nghệ trong thi cơng khơng phù hợp cũng làm
giảm tính hiệu quả của giếng và làm sai lệch những thông tin ban đầu của mỏ là
nguyên nhân gây nên những thiệt hại khó lường. Cụ thể trong thi cơng khoan ở bồn
trũng Cửu Long, phức tạp địa chất chính là ở địa tầng Bạch Hổ với sét trương nở, các
tầng vỉa có áp suất dị thường cao như các tập C, D, E, tầng móng với các nứt nẻ hang

hốc có giá trị áp suất vỉa thấp…. Các phức tạp trong khoan thường gặp đó là kẹt, mút,
dính cần do trương nở và sập lở thành giếng, mất dung dịch khoan trong tầng nứt nẻ
hang hốc…. Khi khoan mở vỉa sản phẩm, vấn đề nhiễm bẩn thành hệ cũng là một bài
toán khó cho các nhà thầu mặc dù chi phí để giải quyết những hậu quả này là rất lớn và
khó khăn.
Nhằm loại bỏ và hạn chế tối đa những phức tạp và hậu quả không mong muốn,
các nhà Thầu khoan cũng đã đưa ra hàng loạt các giải pháp công nghệ-kỹ thuật như tối
ưu cấu trúc giếng, các hệ dung dịch khoan và dung dịch mở vỉa sản phẩm cho các địa


2

tầng khác nhau, cơng nghệ hồn thiện giếng…Nhưng thực tế thi công vẫn không thể
loại bỏ được chúng một cách triệt để. Việc nghiên cứu và đưa ra một giải pháp công
nghệ phù hợp hơn nhằm hạn chế tối đa những tồn đọng trên là một hướng nghiên cứu
đúng đắn và phù hợp với thực tế thi công khoan tại bồn trũng Cửu Long nói chung và
cho cấu tạo Tê Giác Đen nói riêng. Cũng chính từ những lý do trên, đề tài “Nghiên
cứu ứng dụng công nghệ khoan kiểm soát áp suất cho giếng khoan TGD-2X cấu
tạo Tê Giác Đen” sẽ có ý nghĩa thực tiễn và có tính cấp thiết với thực tế thi công
khoan hiện nay.
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của luận văn này là nghiên cứu công nghệ khoan kiểm soát
áp suất và đưa ra giải pháp phù hợp cho giếng khoan thẩm lượng TGD-2X cấu tạo Tê
Giác Đen.
Đối tượng nghiên cứu của luận văn là Công nghệ khoan kiểm sốt áp suất và thiết
bị cơng nghệ cụ thể là: Lựa chọn thiết bị, vận hành thiết bị và lựa chọn chế độ khoan
kiểm soát áp suất cho giếng khoan TGD-2X.
Luận văn có phạm vi nghiên cứu là Cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất, tập trung
vào dạng ứng dụng khoan với áp suất đáy ổn định cho cấu tạo Tê Giác Đen, lô 16-1,
bồn trũng Cửu Long.

3. Luận điểm bảo vệ
- Khả năng áp dụng Công nghệ khoan kiểm soát áp suất cho giếng khoan TGD2X.
- Đề xuất giải pháp Khoan kiểm soát áp suất cho giếng khoan TGD-2X cấu tạo
Tê Giác Đen.
4. Phương pháp nghiên cứu
Luận văn này được thực hiện thông qua nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm.
Trên cơ sở phương pháp nghiên cứu lý thuyết về khoan kiểm soát áp suất và đánh giá
khả năng ứng dụng của công nghệ này đề xuất giải pháp hợp lý cho vùng nghiên cứu.


3

Luận văn nghiên cứu lý thuyết công nghệ khoan kiểm sốt áp suất, các tính năng
và vận hành thiết bị của hệ thống các thiết bị khoan kiểm soát áp suất. Luận văn cũng
nghiên cứu các phương pháp khác nhau của khoan kiểm soát áp suất và các điều kiện
địa chất giếng khoan phù hợp cho từng phương pháp.
Luận văn sẽ thống kê và phân tích các sự cố trong thực tế thi công hai giếng
khoan TGD-1X và TGD-1X-ST1 và đánh giá khả năng ứng dụng của công nghệ khoan
kiểm soát áp suất cho giếng khoan thẩm lượng TGD-2X vào cùng cấu tạo. Cuối cùng
luận văn sẽ đề xuất giải pháp cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất cho giếng khoan
TGD-2X.
5. Ý nghĩa thực tiễn và ý nghĩa khoa học
Hiện tại ở Việt Nam chưa có nhiều nghiên cứu chính thức về cơng nghệ khoan
kiểm sốt áp suất. Luận văn này được thực hiện với mong muốn là cơng trình nghiên
cứu đóng góp làm tài liệu tham khảo cho sinh viên chuyên ngành khoan khai thác, các
kỹ sư khoan và cho cơng ty Hồng Long – Hồn Vũ. Nội dung của luận văn là nghiên
cứu cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất và đưa ra giải pháp cụ thể cho giếng khoan cụ
thể là TGD-2X nên luận văn được hy vọng góp phần nhỏ vào việc nâng cao hiệu quả
cơng tác xây dựng giếng khoan TGD-2X.
6. Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm có phần mở đầu, ba chương, phần kết luận, kiến nghị và phần danh
mục các tài liệu tham khảo như được trình bày dưới đây.
Phần Mở Đầu
1. Tính cấp thiết của đề tài
2. Mục đích nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu
3. Luận điểm bảo vệ
4. Phương pháp nghiên cứu
5. Ý nghĩa thực tiễn và ý nghĩa khoa học
6. Cấu trúc của luận văn


4

Chương 1. Tổng quan
1.1. Tổng quan địa chất
1. 2. Tổng quan cơng tác khoan
1.3. Các cơng trình nghiên cứu về đề tài
Chương 2. Cơ sở lý thuyết về công nghệ khoan kiểm sốt áp suất
2.1. Giới thiệu về cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất
2.2. Cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất
2.3. Các dạng ứng dụng của công nghệ khoan kiểm sốt áp suất
Chương 3. Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ khoan kiểm soát áp suất cho
giếng khoan TGD-2X cấu tạo Tê Giác Đen
3.1. Đánh giá khả năng ứng dụng khoan kiểm soát áp suất cho giếng khoan TGD2X cấu tạo Tê Giác Đen
3.2. Đề xuất giải pháp Khoan kiểm soát áp suất cho giếng khoan TGD-2X cấu tạo
Tê Giác Đen
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo

5

Chương 1
TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về địa chất
1.1.1 Tổng quan địa chất vùng nghiên cứu
Bồn trũng Cửu Long là một bồn trũng tạo rift Đệ Tam sớm nằm ở vị trí ngồi
khơi đơng nam bờ biển Việt Nam. Bồn trũng kéo dài từ 9º đến 11º vĩ độ Bắc bao gồm
một diện tích khoảng một trăm năm mươi nghìn (150000) cây số vng (km2).
Góc tây bắc của lơ 16.1 nằm khoảng bảy mươi (70) cây số phía nam thành phố
Vũng Tàu. Mực nước của lô 16.1 nằm trong khoảng từ 20m đến 50m. Diện tích của lơ
16.1 khoảng một nghìn chín trăm bảy mươi bốn (1974) cây số vng.
Bồn trũng Cửu Long có thể được chia ra làm bốn vùng chính như sau:
• Khối Bắc Cửu Long
• Khối Tây Nam Cửu Long (hay Tây Bạch Hổ)
• Khối Đơng Nam Cửu Long (hay Đơng Bạch Hổ)
• Khối nâng Rồng – Bạch Hổ (hay vùng Trung Tâm)
Bốn khối này khác nhau ở thời kỳ Oliocene nhưng dần dần ít khác nhau ở thời kỳ
Miocene. Từ Miocene sớm đến Miocene trung, bồn trũng Cửu Long đơn giản là một
máng trũng. Từ Miocene muộn đến gần đây bồng trũng Cửu Long liên kết với bồn
trũng Nam Côn Sơn thành một, gọi chung là bồn trũng Nam Việt Nam.
Khối tây nam Cửu Long bị cắt bởi các hệ thống đứt gãy hướng Đông Bắc-Tây
Nam và hướng Đông-Tây. Ở khu vực này, hướng của cấu tạo phát triển theo hướng
Nam và Đông, với cấu trúc bậc thang thấp dần về phía nam và bị cắt bởi các đứt gãy có
hướng Đơng Tây. Biên độ của các đứt gãy thay đổi từ 100m đến 1000m. Lô 16.1 nằm
ở phần phía bắc của bồn trũng.
Hệ thống đứt gãy trong vùng nghiên cứu được xác định chủ yếu dựa vào tài liệu
địa chấn. Dựa trên các kết quả nghiên cứu, các đứt gãy chính trong vùng có thể được
chia ra là bốn hệ thống chính là Đơng Bắc-Tây Nam, Bắc-Nam, Đông-Tây, Tây Bắc-

6

Đông Nam. Đông Bắc-Tây Nam là hệ thống đứt gãy chính, kiểm sốt hướng cấu trúc
đứt gãy chung của vùng.
Trong vùng cấu tạo thuộc lô 16.1, hệ thống Đông-Tây, Đông Bắc-Tây Nam là các
hệ thống đứt gãy chính và vài đứt gãy trong hệ thống này có thể đã có từ buổi đầu hình
thành bồn trũng. Trong quá trình lắng đọng trầm tích thời kỳ Oliocene muộn, xuất hiện
q trình tái hoạt động theo những hướng này một cách yếu ớt. Hướng của các đứt gãy
là giống nhau, các đứt gãy ở thời kỳ Oligoxen muộn phổ biến qua tập D. Các đứt gãy
bị tắt dần đến các tập Mioxen dưới.
1.1.2 Khái quát địa chất cấu tạo triển vọng Tê Giác Đen
Mô tả cấu tạo
Cấu tạo triển vọng Tê Giác Đen nằm ở phần đông nam lô 16-1. Các mục tiêu triển
vọng nằm trong lớp Oliocene thượng và thành hệ đá cát kết Trà Tân trung (các tập C
và D) và thành hệ cát kết Trà Tân hạ (tập E).
Các mục tiêu cấu trúc triển vọng của cấu tạo Tê Giác Đen nằm bên trong khép kín
bốn chiều bị đứt gãy tại đỉnh tập C và khép kín bị đứt gãy ba chiều tại đỉnh tập E.
Giếng 16.1-TGD-2X sẽ khoan vào đỉnh cấu tạo triển vọng Tê Giác Đen để tiến
hành thử các vỉa cát kết thành hệ Oliocene thượng Trà Tân trung (tập D) và Oliocene
hạ Trà Tân hạ (tập E).
Vị trí giếng khoan trên cấu tạo triển vọng được chọn ở đỉnh thấp của cấu tạo để
khoan vào các vỉa thuộc tập E và đi vào các tập đá núi lửa khoảng 1m.
Địa tầng cấu tạo Tê Giác Đen
Cột địa tầng cấu tạo Tê Giác Đen và đỉnh các tập của cấu tạo được trình bày trong
bảng 1.1 và hình 1.1 dưới đây.


7

Chiều
Đỉnh cấu tạo

Tập

sâu(m)
thực từ
đáy biển

Biển Đông

A

Đồng Nai

BIII

Côn Sơn
Bạch Hổ trên

thực từ bàn

Ghi chú

rôto
77.6

80

784

819

Sai số ±5m

BII

1193

1228

Sai số ±5m

BI.2

2080

2115

Sai số ±5m

2271

2306

Sai số ±5m

2696

2731

Sai số ±5m

2885

2920

Sai số ±10m

Bạch Hổ dưới
Bạch Hổ dưới 5.1

Đáy biển

Chiều sâu(m)

BI.1

Bạch Hổ dưới 5.2

(45)

Trà Tân trên

C

3323

3358

Sai số ±5m

Trà Tân giữa

D

3675

3710

Sai số ±10m

E

4397

4432

Sai số ± 30m

Lớp cát E

4420

4455

Sai số ±30m

4700

4735

Sai số ±20m

4701

4736

Trà Tân dưới

Đỉnh
Volcanics

Chiều sâu thiết kế
(TD)

1 m vào trong
lớp Volcanic

Bảng 1.1 Tóm tắt thơng tin dự đốn về đỉnh các tập của giếng khoan TGD-2X cấu tạo
Tê Giác Đen.


8

Đặc điểm địa chất của cấu tạo này là nhiệt độ cao và áp suất cao. Áp suất đáy
thành hệ tại độ sâu 5100m trong giếng khoan TGD-1X-ST1 lên đến 16.5ppg thậm chí
16.8ppg (gần 14500psi) và nhiệt độ khoảng 195 độ C.
Về cơ lý, tính chất thành hệ đất đá tập 5.2 (Bạch Hổ dưới, BI.1) là thành hệ cát
tương đối bở rời, có kết cấu khơng chắc chắn và độ thấm cao (Kết quả thử độ thấm

bằng phương pháp địa vật lý giếng khoan cho thấy độ thấm có thể lên đến vài trăm
mD. Thành hệ Trà Tân, bao gồm Trà Tân trên (C), Trà Tân giữa (D) cũng là một thành
hệ không ổn định là do tầng đá phiến sét có áp suất dị thường. Áp suất vỉa sản phẩm
trong tập E (Trà Tân dưới) tăng rất cao do là các tầng cát mỏng nằm xen kẹp giữa các
vỉa phiến sét sinh dầu. Các điều kiện này dẫn đến việc sử dụng dung dịch khoan có tỷ
trọng cao để kiểm soát giếng khoan gây nên nhiễm bẩn vỉa sản phẩm và các sự cố có
liên quan. Tốc độ cơ học khoan trong giếng khoan TGD-1X-ST1 qua tập C tương đối
chậm ở vào khoảng 10m một giờ, tốc độ cơ học khoan qua đoạn D và E rất chậm vào
khoảng 4m một giờ.
Các phức tạp địa chất như áp suất cao, nhiệt độ cao, thành hệ kém gắn kết, kém
ổn định được cho là bởi cấu tạo Tê Giác Đen nằm bên trong các đứt gãy khép kín bốn
chiều, các lớp trầm tích được thành tạo trong thời gian ngắn. Vả lại các giếng khoan ở
cấu tạo Tê Giác Đen đều khoan vào đỉnh cấu tạo thường là nơi có áp suất cao nhất của
cấu tạo.
Ở thành hệ Bạch Hổ dưới và Trà Tân trên, các lớp sét bên trên có độ rỗng và tính
liên thơng kém tạo thành lớp chắn tốt, gây ra áp suất cao cho các lớp dưới khi bị nén
ép. Khi khoan qua các tầng này phải tăng tỷ trọng dung dịch để cân bằng áp suất thành
hệ, dẫn đến khả năng mất dung dịch ở các lớp bên trên do tình trạng áp suất lòng giếng
cao hơn nhiều so với áp suất thành hệ hoặc có thể xảy ra sự cố kẹt cần do chênh áp.
Thành hệ Trà Tân dưới nơi chứa vỉa sản phẩm mục tiêu gồm các lớp cát/sét xen
kẹp, vừa là tầng sinh vừa là tầng chứa. Áp suất ở tập này cũng rất cao nên khi khoan
qua đoạn này cũng phải tăng liên tục tỷ trọng dung dịch. Việc sử dụng tỷ trọng dung


9

dịch cao dẫn đến khả năng làm nhiễm bẩn thành hệ gây khó khăn cho cơng tác thử
vỉa.
TGD-2X

TGD-1X-ST1
MD
TVD RTE

2000

MD (m)
BHS 2132
LBH 2313

2500

5.1 2726

3000

5.2 2969

C 3403
3500

D 3748

4000

4500

5000

Đỉnh Volcanics 4920

TD 4950

Hình 1.1: Mô tả cột địa tầng cấu tạo Tê Giác Đen (giếng khoan TGD-1X-ST1)
1.2. Tổng quan công tác khoan trong khu vực nghiên cứu
Công tác khoan tại cấu tạo lô 16-1
Giữa tháng hai năm 2005 và tháng mười một năm 2005 cơng ty Hồng Long
khoan ba giếng thăm dị và bốn giếng thẩm lượng. Giếng khoan đầu tiên vào cấu tạo Tê
Giác Trắng, giếng TGT-1X đã cho dòng thương mại từ các vỉa trong thành hệ Bạch Hổ


10

hạ và Oligocene thượng. Năm giếng thẩm lượng sau đó cũng cho dòng thương mại (161-TGT-2X, 16-1-TGT-3X, 16-1-TGT-4X and 16-1-TGT-5X) ở cấu tạo Tê Giác Trắng.
Tuy nhiên hai giếng khoan 16-1-TGV-1X vào cấu tạo L và 16-1-TGX-1X vào cấu tạo
K-West bị khô.
Giữa tháng ba năm 2007 và tháng bảy năm 2008 cơng ty Hồng Long khoan tiếp
sáu giếng thăm dị trong đó có giếng khoan 16-1-TGD-1X và 16-1-TGD-1X-ST1 vào
đỉnh cấu tạo E. Các giếng cho dòng ở tầng Miocene hạ và Oliocene nhưng chưa phải là
dòng thương mại.
Từ tháng tư đến tháng tám năm 2008 cơng ty Hồng Long cịn khoan thêm hai
giếng thẩm lượng vào các khối H4 và H3-Bắc của cấu tạo Tê Giác Trắng để đánh giá
các đặc tính của vỉa chứa sản phẩm.
Cơng tác khoan tại cấu tạo Tê Giác Đen
Hai giếng đã được khoan trong cấu tạo triển vọng này, cả hai đều khoan tại đỉnh
cấu tạo. Giếng TGD-1X khoan đến độ sâu 4625m và giếng khoan thân hai TGD-1XST1 (điểm cắt xiên từ 650m) khoan đến chiều sâu khoảng 5100m.
Cả hai giếng khoan đều gặp các sự cố nghiêm trọng, cụ thể giếng khoan TGD-1X
khoan từ tháng 31 tháng 5 năm 2007 đến 21 tháng 8 năm 2007. Q trình thi cơng
giếng khoan TGD-1X bị tạm dừng sau khi giải quyết vấn đề về kiểm soát giếng. Giếng
khoan thân hai TGD-1X-ST1 khoan từ 30 tháng 10 năm 2007 đến 4 tháng 7 năm 2008.
Giếng khoan thân hai gặp các sự cố nghiêm trọng trong q trình thi cơng nhưng cuối

cùng cũng khoan đến được các mục tiêu và thực hiện thử vỉa. Trong giếng khoan TGD1X-ST1 khi khoan qua tập C (thành hệ Trà Tân trên) từ 3317m đến 3329m, có hiện
tượng sập lở thành hệ gây bó cần làm cho phải tăng tỷ trọng dung dịch lên 12.5ppg.
Sau khi tăng tỷ trọng dung dịch và khoan đến độ sâu 3336m thì mất tuần hoàn. Lưu
lượng bơm được giảm xuống và vừa xoay vừa kéo cần lên nhưng kéo đến 3321m thì bị
kẹt cần. Tại điểm kẹt này cần khoan không thể xoay được và cũng khơng tuần hồn
được. Khoảng 45 barrel chất chống mất dung dịch được rót xuống khoảng khơng vành


11

xuyến và bơm đẩy vào vùng gây mất dung dịch. Cần khoan được giải phóng và tỷ
trọng dung dịch được tăng đến 13ppg. Tốc độ mất dung dịch lại tăng đến 40 barrel một
giờ. Mất tuần hoàn lại tiếp tục diễn ra dẫn đến quyết định phải chống ống chống lửng
11-3/4” để cô lập khoảng thành hệ bất ổn định và gây mất dung dịch này. Vì theo thiết
kế ban đầu là chống ống 9-5/8” cho đoạn khoan này. Thời gian phi sản xuất để xử lý
các sự cố sập lở thành hệ gây bó cần, kẹt cần, mất tuần hoàn khi khoan qua đoạn này
trong giếng khoan TGD-1X-ST1 là hơn 5 ngày (121 giờ) với chi phí mỗi ngày khoảng
500 ngàn mỹ kim.
Giếng khoan TGD-2X sẽ nhắm đến mục tiêu là các vỉa nằm trong tập D và E. Tại
vị trí giếng khoan TGD-2X các vỉa này khơng theo cấu trúc nên có chiều sâu sâu hơn
nhiều so với các vỉa tương tự ở hai giếng khoan trước là TGD-1X và TGD-1X-ST1.
Điều này dẫn đến áp suất có thể sẽ rất cao và quan trọng hơn là nhiệt độ vỉa sẽ rất cao.
Dự đoán áp suất đáy khoảng 12000psi và nhiệt độ khoảng 182 độ C tại chiều sâu thiết
kế, với độ tăng nhiệt độ 3.3 độ C/100m.
Nghiên cứu các tài liệu khoan và các sự cố thì có hai vần đề chính cần quan tâm
đó là:
Đoạn LBH5.2 và đoạn “C” của giếng khoan TGD-1X gặp rất nhiều sự cố do phải
tăng tỷ trọng dung dịch khoan để cân bằng với áp suất thành hệ và để ổn định thành hệ.
Khi khoan qua đoạn này gặp rất nhiều sự cố như bó cần, kẹt cần, mất tuần hồn… mà
tốn rất nhiều thời gian (phi sản xuất) để xử lý.

Công tác thử vỉa giếng khoan và khơng thành cơng có thể là do vỉa sản phẩm bị
nhiễm bẩn trong quá trình thi cơng khoan qua vỉa sản phẩm trong tập D. Công tác thử
vỉa ở giếng khoan TGD-1X-ST1 được tiếng hành làm hai lần kéo dài khoảng 56 ngày.
Ở cả hai lần thử vỉa, giếng khoan đều cho dòng nhưng rất chập chờn, lưu lượng không
cao được cho là do trong quá trình khoan đoạn vỉa sản phầm này đã sử dụng dung dịch
có tỷ trọng rất cao (đến 15.5-17ppg) để cân bằng với áp suất vỉa.


12

Hai vấn đề này đặt ra yêu cầu về sử dụng cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất để
khoan giếng TGD-2X với tỷ trọng dung dịch nhẹ hơn nhằm giảm hoặc tránh nhiễm bẩn
thành hệ và giảm các sự cố gây bởi tính bất ổn định của thành hệ giếng khoan.
1.3 Các cơng trình nghiên cứu về đề tài
Cơng nghệ khoan kiểm soát áp suất đã và đang được sử dụng khá phổ biến trên
thế giới và trong khu vực cho các mục đích khác nhau. Đây là một cơng nghệ mà bản
chất của nó được dựa vào cơ chế vận hàng bằng việc điều tiết và kiểm soát áp suất
động ở ngồi vành xuyến và đáy giếng thơng qua các thiết bị chuyên dụng cho phép
kiểm soát và điều tiết các giá trị áp suất của hệ thống theo ý muốn chủ quan của người
vận hành một cách linh hoạt. Cụ thể ở Việt Nam, giải pháp công nghệ này đã được đưa
vào áp dụng khoan cho một giếng ở mỏ Cá Ngừ Vàng cho khoảng khoan trong 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. Kết quả khoan giếng ở mỏ Cá Ngừ Vàng
đã thành công khi được áp dụng cơng nghệ kiểm sốt áp suất. Sau kết quả này, các tác
giả Felbert Palao và Hoàng Văn Thức đã có đúc kết thơng qua báo cáo khoa học tại hội
nghị Cơng Nghệ Khoan và Hồn Thiện Giếng năm 2009 về kinh nghiệm sử dụng cơng
nghệ khoan kiểm sốt áp suất để chống mất dung dịch tại mỏ Cá Ngừ Vàng.
Tuy nhiên, hiệu quả khi áp dụng công nghệ này không chỉ đơn thuần cho vấn đề
phức tạp mất dung dịch mà cần phải có những nghiên cứu mở rộng và phát triển cơng
nghệ này với những mục đích khác như vấn đề ổn định thành giếng khi khoan qua các

tập đất đá có điều kiện địa chất phức tạp, cũng như khả năng hạn chế nhiễm bẩn
vỉa…Chính vì vậy, nội dung của luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu khả năng ứng
dụng cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất cho giếng TGD-2X và đề xuất giải pháp
khoan kiểm soát áp suất để tăng tối đa khả năng thành công cho giếng khoan thẩm
lượng này.


13

Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CƠNG NGHỆ KHOAN KIỂM SỐT ÁP SUẤT
2.1 Giới thiệu về khoan kiểm soát áp suất
Một số kỹ thuật khoan kiểm sốt áp suất khơng phải là những kỹ thuật mới,
chúng đã xuất hiện cách đây vài thập kỷ. Đầu kiểm soát xoay (rotating head) được mô tả
trong các catalog của công ty Shaffer Tool từ năm 1937. Tỷ trọng tuần hoàn tương đương
được sử dụng một cách hiệu quả trong cơng tác kiểm sốt giếng được phát triển từ những
năm bảy mươi của thế kỷ trước. Kỹ thuật khoan kiểm soát áp suất ngày nay kết hợp các kỹ
thuật mới với những kỹ thuật đã được sử dụng trong quá khứ để giải quyết các vấn đề khó
khăn thường gặp của cơng tác thi cơng khoan như kích, mất tuần hồn, thành hệ bất ổn
định...
2.1.1 Khoan điều khiển áp suất
Cơng nghệ khoan kiểm sốt áp suất (managed pressure drilling) là một bộ phận
của công nghệ khoan điều khiển áp suất (control pressure drilling). Ngồi cơng nghệ
khoan kiểm sốt áp suất, trong cơng nghệ khoan điều khiển áp suất cịn có cơng nghệ
khoan thổi khí (air drilling) và cơng nghệ khoan dưới cân bằng (underbalanced
drilling). Hình 2.1 minh họa cho các bộ phận và đặc điểm của cơng nghệ khoan điều
khiển áp suất trong đó có khoan kiểm soát áp suất.
Trong khi phương pháp khoan thổi khí được ứng dụng với mục đích chính là tăng
tốc độ cơ học khoan (increase ROP) và giảm giá thành giếng khoan (cost driven),
phương pháp khoan dưới cân bằng được dùng với mục đích tránh nhiễm bẩn vỉa sản

phẩm tăng năng suất cho (PI driven) thì phương pháp khoan kiểm sốt áp suất với khả
năng kiểm sốt chính xác áp suất vành xuyến được ứng dụng để tăng khả năng thi cơng
khoan (drillability driven) các giếng khoan có điều kiện địa chất phức tạp, giảm thiểu
tối đa thời gian phi sản xuất. Để giải quyết các vấn đề trong phạm vi nghiên cứu, luận
văn này sẽ tập trung nghiên cứu lý thuyết về khoan kiểm soát áp suất.


14

Hình 2.1 Khoan điều khiển áp suất
(nguồn www.weatherford.com)
2.1.2 Khoan kiểm soát áp suất
Hiệp hội các nhà thầu khoan quốc tế định nghĩa khoan kiểm soát áp suất như sau:
“Khoan kiểm sốt áp suất là một q trình khoan thích ứng được sử dụng để kiểm
sốt một cách chính xác áp suất vành xuyến trong suốt chiều dài thân giếng. Mục
tiêu là nhằm xác định các giới hạn áp suất môi trường dưới giếng khoan để điều chỉnh
áp suất thủy lực vành xuyến cho phù hợp. Chủ định của kỹ thuật khoan kiểm sốt áp
suất là để tránh khơng cho dịng chất lỏng xâm nhập vào giếng từ thành hệ trào liên tục