Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí

1Giới thiệu CƠ SỞ KHOAN DẦU KHÍ Trình bày: TS. VŨ VĂN ÁI Bộ môn Khoan – Khai thác Dầu khí Khoa Kỹ thuật Địa chất và Dầu khí Đại học Bách Khoa TP. HCM GEOPET 2 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH Nội dung khối kiến thức tổng quan về công nghệ khoan dầu khí. 1. Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí: khái niệm, lịch sử, cơ sở khoan, các nguyên lý cơ bản 2. Thiết kế và cấu trúc giếng khoan, công nghệ khoan 3. Thiết bị, dụng cụ khoan. 4. Sự cố trong công tác khoan và các phương pháp xử lý 5. Đo đạc trong quá trình khoan và lấy mẫu 6. Hoàn tất giếng – Gọi dòng 7. Dung dịch khoan và Xi măng 23 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ NỘI DUNG BUỔI HỌC 1. Lịch sử khoan dầu khí 4. Các quá trình cơ bản khi khoan 5. Tổ chức và nhân sự 3. Các loại giàn khoan 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan 4 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ MỤC TIÊU Sau khi học xong chương này, học viên sẽ: ™ Có các khái niệm cơ bản về quá trình phát triển của công nghệ khoan dầu khí, các loại giàn khoan và các phương pháp khoan, ™ Có thể mô tả các quá trình cơ bản trong thi công giếng khoan và hệ thống tổ chức nhân sự phục vụ công tác khoan. 35 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ 1. LỊCH SỬ KHOAN DẦU KHÍ 6 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ LỊCH SỬ KHOAN DẦU KHÍ ™ Dầu và khí đã được tìm thấy và sử dụng từ hàng ngàn năm trước đây. ™ 6000 năm trước CN, asphalt đã được con người sử dụng làm chất chống thấm nước cho thuyền và sưởi ấm. ™ 3000 năm trước CN, người Ai Cập đã sử dụng asphalt trong xây dựng kim tự tháp, bôi trơn trục bánh xe, phụ gia trong kỹ thuật ướp xác và trong điều chế thuốc. ™ 500 năm trước CN, người Trung Quốc đã dùng khí thiên nhiên để nấu nướng. 1. Lịch sử khoan dầu khí 47 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ LỊCH SỬ KHOAN DẦU KHÍ ™ Trước thế kỷ 19, dầu khí được thu gom qua các mỏ lộ thiên hoặc những khu vực xuất hiện rò rỉ trên mặt đất. ™ Nhu cầu sử dụng dầu khí tăng rất cao vào giữa thế kỉ 19 đã thúc đẩy sự phát triển của kỹ thuật và thiết bị khoan dầu khí. ™ Giếng khoan dầu khí đầu tiên được ghi nhận trong lịch sử là giếng khoan của “Đại tá” Drake ở Pennsylvania vào năm 1859, sâu chưa tới 50m. 1. Lịch sử khoan dầu khí 8 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ GIẾNG KHOAN DẦU ĐẦU TIÊN Giếng khoan của “Đại tá” Drake tại Titusville, Pennsylvania năm 1859 đánh dấu sự khởi đầu của công nghiệp dầu khí. 1. Lịch sử khoan dầu khí 59 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ GIẾNG KHOAN DẦU ĐẦU TIÊN Các giếng khoan dầu khí đầu tiên Giếng của Philips 4000 bbl/d, tháng 10, 1861Giếng của Woodford 1500 bbl/d, tháng 7, 1862 1. Lịch sử khoan dầu khí 10 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ GIẾNG KHOAN DẦU ĐẦU TIÊN “Rừng” giếng khoan ở Spindletop, 1903 Video Lịch sử khoan dầu khí 1. Lịch sử khoan dầu khí 611 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ NHỮNG CẢI TIẾN VỀ CÔNG NGHỆ KHOAN ™ Các giếng khoan dầu khí đầu tiên được thực hiện bằng phương pháp khoan đập cáp (cable-tool). ™ 1863: George Leschot (Pháp) phát minh phương pháp khoan rôto để khoan nham thạch rắn. Phương pháp này sau đó trở nên phổ biến trong khoan dầu khí. ™ 1864: kỹ sư Floren (Pháp) hoàn thiện phương pháp tuần hoàn dung dịch trong giếng khoan. ™ 1866: Mỹ cấp bằng sáng chế cho thiết bị khoan rôto (bằng choòng hai cánh) dùng để khoan nước. 1. Lịch sử khoan dầu khí 12 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ NHỮNG CẢI TIẾN VỀ CÔNG NGHỆ KHOAN ™ 1899: kỹ sư Devi (Mỹ) phát minh phương pháp khoan bi để khoan nham thạch rắn. ™ 1901: phương pháp khoan rôto có tuần hoàn dung dịch được sử dụng lần đầu tiên. ™ 1903: trám giếng khoan bằng xi măng lần đầu tiên được thực hiện ở California. ™ 1922: các kỹ sư Nga phát minh phương pháp khoan tuabin. 1. Lịch sử khoan dầu khí 713 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ NHỮNG CẢI TIẾN VỀ CÔNG NGHỆ KHOAN ƒ 1930, giếng khoan định hướng đầu tiên thành công ở California, Mỹ, khoan từ tháp trong đất liền tới mục tiêu dưới biển. ƒ 1940: động cơ đáy vận hành bằng điện được áp dụng. ƒ Giữa thế kỷ 20 đến nay, công nghệ khoan dầu khí đã có những phát triển vượt bậc, ví dụ: ƒ Công nghệ khoan ngang, ƒ Công nghệ khoan giếng đường kính nhỏ, ƒ Công nghệ khoan dưới cân bằng… 1. Lịch sử khoan dầu khí 14 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ LỊCH SỬ KHOAN DẦU KHÍ TẠI VIỆT NAM ™ Theo thống kê, đồng bằng sông Hồng ở cuối thập kỷ 50 và ở thềm lục địa Nam Việt Nam từ thập kỷ 60 đến nay đã có hơn 200 giếng khoan thăm dò (1200 m đến 5250 m), trong đó có 70 phát hiện dầu khí. ™ 1980, Xí nghiệp Liên doanh dầu khí Vietsovpetro được thành lập. ™ Các phát hiện dầu khí tại Bạch Hổ (6/1986), Rồng (12/1994), Rạng Đông (8/1998) và Hồng Ngọc (10/1998) thuộc bồn trũng Cửu Long. 1. Lịch sử khoan dầu khí 815 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ LỊCH SỬ KHOAN DẦU KHÍ TẠI VIỆT NAM ™ Các phát hiện dầu khí tại Đại Hùng (10/1994), Lan Tây, Lan Đỏ (2005) thuộc bể Nam Côn Sơn. ™ Các phát hiện dầu khí tại Bunga Kekwa (7/1997) thuộc bồn trũng Malay - Thổ Chu. ™ Phát hiện và khai thác khí Tiền Hải C (1981) thuộc bồn trũng Sông Hồng. 1. Lịch sử khoan dầu khí 16 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ MỘT SỐ KỈ LỤC ™ Giếng khoan sâu nhất ƒ Giếng khoan sâu nhất được thực hiện bởi các nhà khoa học Nga tại bán đảo Kola, Siberia. Giếng khoan phục vụ mục đích nghiên cứu địa chất, sâu 12.262 m và khoan từ năm 1970 đến 1994. ™ Giếng khoan dài nhất ƒ Tháng 5 năm 2008, Maersk Oil Qatar đã khoan giếng BD-04A sâu 12.290 m (40.320 ft) tại Qatar. 1. Lịch sử khoan dầu khí 917 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ MỘT SỐ KỈ LỤC ™ Giếng khoan ngang dài nhất ƒ Giếng khoan BD-04A của Maersk Oil Qatar hiện cũng giữ kỉ lục giếng có đoạn ngang dài nhất, dài 10,903 m (35,770 ft). Toàn bộ đoạn ngang được thực hiện trong vỉa sản phẩm có bề dày chỉ 6,1 m (20 ft). 1. Lịch sử khoan dầu khí 18 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ NHỮNG KHU VỰC KHOAN ĐẶC BIỆT Những khu vực khoan đặc biệt bao gồm: ™ Vùng cực ™ Vùng nước sâu và siêu sâu (hơn 1000 m nước) 1. Lịch sử khoan dầu khí 10 19 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ 2. GIẾNG KHOAN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHOAN 20 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ NỘI DUNG 2.1. Định nghĩa giếng khoan 2.2. Các yếu tố và thông số của giếng khoan 2.3. Phân loại giếng khoan 2.4. Các phương pháp khoan 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan 11 21 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ ĐỊNH NGHĨA GIẾNG KHOAN ™ Định nghĩa Giếng khoan là công trình nhân tạo hình trụ thi công vào lòng đất theo các hướng thẳng đứng, xiên, cong, ngang,… để đạt một mục đích nào đó. ™ Đặc điểm của giếng khoan dầu khí ƒ Nhiệm vụ, mục đích, đối tượng thăm dò, khai thác ƒ Phương pháp khai thác “Phương pháp khoan là phương pháp cho kết quả đánh giá chính xác nhất.” 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan 22 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ CÁC YẾU TỐ CỦA GIẾNG KHOAN Các yếu tố của giếng khoan bao gồm: 1. Miệng giếng: tiết diện đầu tiên của giếng khoan cắt vào vỏ trái đất, được tính ngay từ đầu giếng hay sàn khoan tùy theo mục đích. 2. Thành giếng: toàn bộ bề mặt xung quanh giếng khoan. 3. Đáy giếng: tiết diện cuối cùng của giếng khoan. 4. Trục giếng: trục của thân giếng trong không gian. 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan 12 23 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ CÁC THÔNG SỐ CỦA GIẾNG KHOAN ™ Đường kính giếng ƒ Đường kính thân lỗ khoan do choòng tạo ra ƒ Đường kính giếng khoan sau khi chống ống ™ Chiều sâu giếng ƒ Chiều sâu theo phương thẳng đứng (Total Vertical Depth) ƒ Chiều sâu đo được hay chiều dài giếng khoan (Measured Depth) 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan 24 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ CÁC THÔNG SỐ CỦA GIẾNG KHOAN ™ Vị trí thân giếng khoan trong không gian được xác định: ƒ Góc nghiêng θ: góc hợp bởi đoạn trục giếng khoan với phương thẳng đứng. ƒ Góc phương vị α: góc hợp bởi phương bắc địa từ và hình chiếu của đoạn trục giếng khoan trên mặt phẳng nằm ngang (cùng chiều kim đồng hồ). 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan 13 25 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN ™ Được biểu diễn một cách tượng trưng qua các thành phần chính của giếng khoan. 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan 26 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN ™ Các thành phần chính ƒ Đường kính và loại choòng dùng thi công các đoạn giếng khoan. ƒ Chiều sâu và đường kính của các đoạn giếng khoan. ƒ Số lượng, chiều dài, đường kính và độ dày của các cột ống chống. ƒ Phương pháp trám xi măng và chiều cao dâng vữa xi măng. ™ Một số cấu trúc điển hình ƒ Cấu trúc một cột ống: không có cột ống chống kỹ thuật, chỉ có một cột ống chống khai thác. ƒ Cấu trúc hai cột ống: một cột ống chống kỹ thuật và một cột ống chống khai thác. ƒ Cấu trúc ba cột ống: hai cột ống chống kỹ thuật và một cột ống chống khai thác. ƒ Nhiều cột ống chống: do các nhiệm vụ về khai thác và sự phức tạp của địa tầng. 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan 14 27 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN ™ Các cột ống chống 1. Ống định hướng (conductor) 2. Ống chống bề mặt (surface casing) 3. Ống chống trung gian (intermediate casing) 4. Ống chống khai thác (production casing) ™ Quy tắc thiết kế ƒ Cấu trúc giếng đơn giản (ít cấp đường kính) và gọn nhẹ (đường kính của các đoạn giếng khoan nhỏ). ƒ Đường kính ngoài của cột ống chống thường nhỏ hơn khoảng 20% so với đường kính giếng cùng cấp. ƒ Kích thước dụng cụ phá đá nhỏ hơn khoảng 10-20% so với đường kính trong của cột ống chống trước, không nhỏ hơn 6/32”. 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan 28 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN 6 1/8 (2 7/8 hoặc 3 ½) 8 ½ (7) 12 ¼ (9 5/8) 26 (20) 5 7/8 (4) 8 ½ (7) 12 ¼ (9 5/8) 17 ½ (13 3/8) 26 (20) 12 ¼ (9 5/8)Trung gian 2 Đường kính choòng khoan và ống chống (inches) 8 ½ (7)7 7/8 (5 ½)Khai thác 12 ¼ (9 5/8) 17 ½ (13 3/8)Trung gian 1 17 ½ (13 3/8)26 (20)Bề mặt 26 (20)36 (30)Dẫn hướng Giếng thân nhỏGiếng thông thường Loại ống chống 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan 15 29 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN ™ Vành đá xi măng ƒ Cách ly tốt khoảng không vành xuyến giữa thành giếng và các cột ống chống (cách ly các tầng sản phẩm với các tầng khác). ƒ Tăng độ ổn định của thành giếng khoan nói chung và giữ chặt và tăng độ bền cột ống chống trong thành hệ. ƒ Bảo vệ cột ống chống khỏi bị rỉ do các chất ăn mòn trong thành hệ. 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan 30 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ PHÂN LOẠI GIẾNG KHOAN ™ Theo mục đích sử dụng ƒ Giếng tìm kiếm (wildcat) ƒ Giếng thăm dò (exploration) ƒ Giếng thẩm lượng (appraisal) ƒ Giếng khai thác (production, developing). Cấu trúc giếng khai thác phải đảm bảo tuổi thọ lâu dài theo đời sống của mỏ. ƒ Giếng đặc biệt bao gồm: o Giếng khoan phục hồi, sửa chữa (reentry, workover) o Giếng khoan giải vây (relief) 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan 16 31 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ PHÂN LOẠI GIẾNG KHOAN ™ Theo độ sâu mực nước ƒ Ở vùng nước nông: mức nước dưới 60 m, hệ thống đầu giếng được đặt ngay dưới sàn khoan. ƒ Ở vùng nước trung bình: mức nước từ 60 m đến 200 m, hệ thống đầu giếng được đặt ở đáy biển. ƒ Ở vùng nước sâu: mức nước lớn hơn 200 m, hệ thống đầu giếng được đặt ở đáy biển. ƒ Ở vùng nước siêu sâu: mức nước lớn hơn 1000 m. Video Thiết bị khoan nước sâu 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan 32 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ PHÂN LOẠI GIẾNG KHOAN ™ Theo hình dạng của quĩ đạo giếng trong không gian ƒ Giếng khoan thẳng đứng: θ = 0o ƒ Giếng khoan xiên (định hướng): 00 < θ < 90o ƒ Giếng khoan ngang: θ = 900 ƒ Giếng ngang vươn xa ™ Theo đường kính ƒ Giếng đường kính lớn ƒ Giếng thông thường ƒ Giếng thân nhỏ 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan 17 33 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHOAN Các phương pháp khoan dầu khí bao gồm: ™ Khoan đập cáp, đập cần: theo kiểu phá hủy đáy của choòng. ™ Khoan xoay: theo kiểu phá hủy đáy của choòng. ƒ Khoan xoay bằng hệ thống bàn rôto. ƒ Khoan xoay bằng topdrive. ƒ Khoan xoay bằng động cơ: điện, thủy lực. ™ Khoan thổi khí (xoay, đập): theo phương pháp làm sạch đáy. ™ Khoan thủy động lực, cơ học: theo phương pháp truyền năng lượng đáy. ™ Khoan đặc biệt: ƒ Tia thủy lực (bột mài) ƒ Tia lửa điện ƒ Tia nhiệt ƒ Nhiệt – hóa học 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan 34 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHOAN ™ Khoan đập cáp ƒ Quá trình phá hủy đất đá được thực hiện bằng tác động cơ học thông qua việc nâng thả bộ dụng cụ phá đá ở đáy giếng. ƒ Không sử dụng dung dịch khoan mà dùng gàu múc mảnh cắt xen kẽ với quá trình khoan. ƒ Chỉ khoan được những giếng nông, hiệu suất sử dụng năng lượng rất thấp. ƒ Hiện nay vẫn được dùng để khoan các giếng đặt thuốc nổ (trong khảo sát địa chấn) và khoan giếng nước. 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan 18 35 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHOAN ™ Khoan xoay ƒ Đất đá đáy giếng bị phá hủy dưới tác động xoay của choòng khoan gắn ở đầu chuỗi cần khoan. Chuyển động của choòng được thực hiện bằng cách: • Truyền từ thiết bị bề mặt thông qua chuỗi cần khoan: khoan bằng bàn rôto, khoan bằng topdrive. • Truyền từ động cơ: điện, rãnh xoắn, mudmotor. ƒ Dung dịch khoan dạng lỏng được dùng để vận chuyển mùn khoan. 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan 36 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHOAN Hệ thống topdrive Bàn rôto 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan 19 37 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHOAN ™ Khoan thổi khí ƒ Đất đá bị phá hủy bằng nguyên lý và thiết bị tương tự phương pháp khoan xoay. ƒ Dòng khí nén cao áp được dùng để đưa mùn khoan lên bề mặt. ƒ Chỉ ứng dụng ở khu vực đất đá có liên kết tốt và không thấm. ™ Khoan thủy động lực ƒ Phá hủy hoặc hòa tan đất đá ở đáy giếng nhờ sử dụng động năng của dòng nước cao áp. ƒ Sử dụng hiệu quả để khoan đất đá mềm, bở rời. ƒ Đang nghiên cứu sử dụng cho tầng đất đá cứng, kiên cố. 2. Giếng khoan và các phương pháp khoan 38 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ 3. CÁC LOẠI GIÀN KHOAN 3. Các loại giàn khoan 20 39 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ CÁC LOẠI GIÀN KHOAN ™ Giàn khoan được chia thành hai loại: ƒ Giàn khoan đất liền ƒ Giàn khoan biển ™ Ngoài ra, giàn khoan còn được phân loại theo: ƒ Chiều sâu khoan được: nhẹ, trung bình, sâu và siêu sâu. • Thiết bị khoan nhẹ: dưới 650 mã lực, khoan tối đa 2000 m. • Thiết bị khoan trung bình: 650 - 1300 mã lực, khoan tối đa 4000 m. • Thiết bị khoan sâu: 1300 - 2000 mã lực, khoan tối đa 7000 m. • Thiết bị khoan siêu sâu: khoảng 3000 mã lực, khoan tối đa 9000 m. ƒ Tải trọng nâng: công suất tời khoan. ƒ Tính cơ động: cố định, tự hành, bán tự hành. 3. Các loại giàn khoan 40 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ GIÀN KHOAN TRÊN ĐẤT LIỀN ™ Các giàn khoan nhẹ (khoan tối đa 2000m) được gắn trực tiếp trên xe tải cỡ lớn và dễ dàng di chuyển từ nơi này đến nơi khác. ™ Các giàn khoan trung bình và sâu thường gắn trên rơ móc chuyên dụng hoặc xe lăn khổng lồ. Các thiết bị khoan này có thể di chuyển nguyên bộ ở cự ly ngắn. Khi cần di chuyển xa, thiết bị được tháo rời từng phần. 3. Các loại giàn khoan 21 41 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ GIÀN KHOAN TRÊN ĐẤT LIỀN ™ Giàn khoan cố định: ƒ Được sử dụng để khoan các giếng sâu và siêu sâu. ƒ Các bộ phận chính trên giàn có thể được tháo rời thành từng môđun, dễ dàng vận chuyển trên các xe tải có rơ-móc chuyên dụng và được lắp ráp lại tại khoan trường. 3. Các loại giàn khoan 42 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ CÁC LOẠI GIÀN KHOAN BIỂN ™ Ở biển, tùy thuộc độ sâu mực nước mà người ta sử dụng các loại giàn khoan khác nhau: ƒ Xà lan khoan (badge) ƒ Giàn tự nâng (jack-up) ƒ Giàn bán tiềm thủy (semi-submersible) ƒ Tàu khoan (drill-ship) ™ Trên giàn khoan biển di động, thiết bị đầu giếng và thiết bị chống phun được lắp ngay dưới sàn khoan (nếu mực nước biển nhỏ hơn 60 m) hoặc dưới đáy biển (nếu mực nước biển lớn hơn 60 m). ™ Đối với mực nước biển dưới 100 m, người ta có thể dùng các giàn khoan biển cố định. 3. Các loại giàn khoan 22 43 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ CÁC LOẠI GIÀN KHOAN BIỂN DI ĐỘNG Xà lan khoan 0 – 5 m Giàn tự nâng 20 – 120 m Giàn bán tiềm thủy 60 – 1200 m Tàu khoan 30 – 2800 m 44 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ XÀ LAN KHOAN ™ Xà lan có đáy bằng, sử dụng tại các vùng sông nước nội địa, mặt nước yên tĩnh và nông (khoảng 3 - 5 m). ™ Xà lan được làm ngập và nằm trực tiếp lên đáy. ™ Giếng khoan được thực hiện từ sàn xà lan. 3. Các loại giàn khoan 23 45 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ GIÀN TỰ NÂNG ™ Có cấu tạo như một xà lan nằm trên các chân thép khổng lồ. Giàn có thể khoan ở vùng nước sâu 20 – 120 m. ™ Tại vị trí khoan, các chân thép được hạ xuống đáy biển. Nước được bơm vào các boong xà lan làm cắm sâu các chân thép vào đáy biển, giúp ổn định giàn khoan trong quá trình làm việc. ™ Các thiết bị đặt trên giàn thường nhô ra bên ngoài và trượt được để có thể tiến hành khoan ngoài phạm vi của sàn khoan. 3. Các loại giàn khoan 46 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ GIÀN BÁN TIỀM THỦY ™ Cấu tạo từ hai hoặc nhiều khoang chứa nước dưới các chân đế, giúp giàn nổi lưng chừng, tạo thế ổn định giàn tốt nhất. ™ Nhờ hệ thống máy tính điện tử, hệ thống kiểm soát dằn được tự động giữ độ cao nhúng chìm giàn thích hợp và ổn định giàn. ™ Các giàn khoan bán tiềm thủy có thể được sử dụng để khoan thăm dò và khai thác trong vùng biển có mực nước sâu từ 60 - 1200 m. 3. Các loại giàn khoan 24 47 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ TÀU KHOAN ™ Có tính cơ động cao nhất và thường được sử dụng cho các giếng khoan tìm kiếm, thăm dò xa đất liền. ™ Có thể vận hành trong vùng biển có chiều sâu mức nước từ 30 - 2000 m đôi khi đến 2800 m. ™ Hệ thống định vị động học có khả năng hiệu chỉnh tự động vị trí thiết bị khoan nhờ các động cơ đẩy dọc (propellers) và đẩy ngang (thrusters) gắn dưới tàu. Các động cơ này được kích hoạt và điều khiển bằng máy tính. 3. Các loại giàn khoan 48 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ GIÀN KHOAN BIỂN CỐ ĐỊNH ƒ Giàn khoan và khai thác cố định chế tạo lần đầu tiên vào năm 1937. ƒ Đa số giàn khoan cố định có cấu trúc chân đế bằng thép, một số giàn khoan thế hệ mới có chân đế bằng bê tông cốt thép. ƒ Các chân đế của giàn khoan được cắm vững chắc xuống đáy biển. ƒ Từ một giàn khoan cố định có thể khoan 16 - 32 giếng, hoặc 40 giếng đối với một số giàn đặc biệt. 3. Các loại giàn khoan 25 49 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ CÁC LOẠI GIÀN KHOAN BIỂN KHÁC ™ Công nghệ hiện nay cho phép khoan và khai thác ở vùng biển sâu hơn 300 m với các thiết bị sau đây: ƒ Tháp chằng cáp (Guyed Towers) sử dụng khung thép nhẹ với các cáp neo xuyên tâm giữ cho tháp đứng thẳng. ƒ Giàn nổi có chân đế căng (Tension Leg Platforms), nối với đáy biển bằng các chân thép ở trạng thái căng. 3. Các loại giàn khoan 50 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ CẤU TRÚC GIÀN KHOAN 1. Giá xếp cần – Pipe Racks 2. Dốc tiếp khoan – Ramp 3. Tháp khoan – Derrick 4. Chuồng khỉ – Monkey board 5. Ròng rọc đỉnh – Crown block 6. Cáp khoan – Drill line 7. Khối ròng rọc động & móc treo – Block & hook 8. Quang treo /đầu nâng – Links & elevator 9. Cần chủ đạo – Kelly 10. Cấu trúc dưới – Substructure 11. Cụm đối áp – BOPs 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 3. Các loại giàn khoan 26 51 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ 4. CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN KHI KHOAN 52 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN KHI KHOAN Qui trình cơ bản thi công giếng khoan bao gồm 3 bước sau: 1. Phá hủy đất đá 2. Vận chuyển mùn khoan lên bề mặt 3. Gia cố thành giếng khoan 4. Các quá trình cơ bản khi khoan 27 53 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ PHÁ HỦY ĐẤT ĐÁ Quá trình phá hủy đất đá đáy giếng khoan phụ thuộc vào các thông số chế độ khoan. Quan hệ giữa các thông số cơ học và thủy lực có thể điều chỉnh được trong quá trình khoan để đạt đượ̣c hiệu suất khoan tối ưu. ™ Chế độ khoan rôto ƒ Áp lực chiều trục (tải trọng lên choòng) ƒ Vận tốc quay của choòng khoan ƒ Lưu lượng và chất lượng nước rửa. ™ Chế độ khoan đập cáp ƒ Tần số đập (số lần đập của dụng cụ trong 1 phút) ƒ Chiều cao nâng choòng ƒ Trọng lượng choòng (tải trọng đáy). ™ Chế độ khoan turbin 4. Các quá trình cơ bản khi khoan 54 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ PHÁ HỦY ĐẤT ĐÁ ™ Áp lực chiều trục ƒ Còn được gọi là tải trọng chiều trục hay tải trọng lên choòng. ƒ Có giá trị nằm giữa tải trọng tối thiểu để phá hủy đất đá và tải trọng lớn nhất cho phép đối với mỗi loại choòng. ™ Vận tốc quay của choòng khoan ƒ Có tác dụng phát triển phá hủy cục bộ. ƒ Tốc độ quay càng cao thì tốc độ cắt gọt của các hạt cắt càng lớn. ƒ Quyết định đến vận tốc cơ học khoan. • Choòng chóp xoay thích hợp với tốc độ quay thấp: 60-150 v/ph. • Choòng kim cương có hiệu quả phá hủy đất đá càng lớn khi vận tốc quay càng lớn: 300-800 v/ph. 4. Các quá trình cơ bản khi khoan 28 55 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ PHÁ HỦY ĐẤT ĐÁ Quan hệ giữa vận tốc cơ học khoan và tải trọng lên choòng 4. Các quá trình cơ bản khi khoan 56 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ PHÁ HỦY ĐẤT ĐÁ Quan hệ giữa vận tốc cơ học khoan và vận tốc quay của choòng khoan 4. Các quá trình cơ bản khi khoan 29 57 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ VẬN CHUYỂN MÙN KHOAN LÊN BỀ MẶT ™ Mùn khoan sau khi được tách ra khỏi đáy giếng cần phải được vận chuyển ngay lên bề mặt, tạo điều kiện cho thiết bị cắt tiếp xúc trực tiếp với đáy giếng. ™ Dung dịch khoan dạng lỏng thường được sử dụng để vận chuyển mùn khoan, ngoài ra còn để: ƒ Tạo cột áp thủy tĩnh cân bằng áp suất thành giếng khoan, ƒ Gia cố tạm thời thành giếng khoan, ƒ Giữ mùn khoan lơ lửng khi ngưng tuần hoàn, ƒ Làm mát, bôi trơn bộ khoan cụ. 4. Các quá trình cơ bản khi khoan 58 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ VẬN CHUYỂN MÙN KHOAN LÊN BỀ MẶT Quan hệ giữa vận tốc cơ học khoan và áp suất thủy tĩnh 4. Các quá trình cơ bản khi khoan 30 59 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ VẬN CHUYỂN MÙN KHOAN LÊN BỀ MẶT ™ Lưu lượng và chất lượng nước rửa ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu quả phá hủy đất đá ở đáy giếng và chất lượng thành giếng khoan. ™ Trong phương pháp khoan thổi khí, mùn khoan được đưa ngay lập tức lên bề mặt nên vận tốc cơ học khoan cao. 4. Các quá trình cơ bản khi khoan 60 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ GIA CỐ THÀNH GIẾNG KHOAN ™ Sau khi khoan đến chiều sâu tương ứng với cấp ống chống đã thiết kế, công tác khoan được tạm ngưng để thực hiện công tác thả ống chống và trám xi măng. ™ Vành đá xi măng sau khi đông cứng có tác dụng: ƒ Hỗ trợ cột ống chống ƒ Bịt kín các tầng gây mất dung dịch ƒ Bảo vệ ống chống khỏi bị ăn mòn ƒ Cô lập, cách ly tầng chứa 4. Các quá trình cơ bản khi khoan 31 61 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ GIA CỐ THÀNH GIẾNG KHOAN ™ Tùy thuộc vào đặc điểm thiết kế của giếng mà quá trình trám xi măng có thể tiến hành theo: ƒ Một giai đoạn ƒ Hai giai đoạn thông thường ƒ Hai giai đoạn liên tục ƒ Ba giai đoạn hoặc hơn. 4. Các quá trình cơ bản khi khoan 62 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ VÍ DỤ QUI TRÌNH TIẾP CẦN Kéo cần từ giá đựng cần Đẩy cần chủ đạo vào vị trí 4. Các quá trình cơ bản khi khoan 32 63 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ VÍ DỤ QUI TRÌNH TIẾP CẦN (tt) Nối cần mới vào chuỗi cần Chuỗi cần sẵn sàng khoan tiếp 4. Các quá trình cơ bản khi khoan 64 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ VÍ DỤ QUI TRÌNH KÉO CẦN 4. Các quá trình cơ bản khi khoan 33 65 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ VÍ DỤ QUI TRÌNH KÉO CẦN (tt) 1. Ngừng bàn rôto, kéo cần chủ đạo lên đến khi đoạn nối cần cao hơn bàn xoay. Ngừng bơm dung dịch. 2. Lắp bộ đỡ chuỗi cần khoan, tháo cần chủ đạo và đẩy cần chủ đạo vào lỗ để cần chủ đạo (rathole). 3. Tháo đầu xoay thủy lực khỏi móc nâng. 4. Lắp êlêvatơ vào đầu chuỗi cần khoan, kéo chuỗi cần khoan lên đỉnh tháp đến hết một khoảng cần (stand). 5. Thợ phụ tháo cần và đẩy đáy cần vào giá treo cần theo thứ tự qui định. 6. Thợ tháp khoan đẩy đầu cần vào vị trí. 4. Các quá trình cơ bản khi khoan 66 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ QUI TRÌNH KHOAN BÌNH THƯỜNG ™ Là qui trình được thực hiện theo kế hoạch khoan dự kiến và bao gồm các dấu hiệu sau: ƒ Khoan với tốc độ cao, hiệu quả phá hủy đất đá lớn. ƒ Tiếp cần theo đúng tiến độ khoan. ƒ Dễ dàng nâng, thả bộ khoan cụ để thay dụng cụ phá đá mới. ƒ Chống ống và trám xi măng các tầng theo thiết kế. ™ Giếng khoan thành công là giếng khoan được thi công đúng tiến độ, trong giới hạn chi phí dự kiến và đạt lưu lượng lớn nhất. 4. Các quá trình cơ bản khi khoan 34 67 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ QUI TRÌNH KHOAN BÌNH THƯỜNG Các chỉ tiêu đánh giá công tác khoan ™ Vận tốc khoan: bao gồm vận tốc cơ học khoan, vận tốc hiệp khoan, vận tốc thương mại. ™ Tiến độ choòng (tuổi thọ choòng, đời sống choòng) ™ Giá thành: Giá thành 1 m khoan là tỉ số giữa tổng chi phí thi công giếng: nhiên, nguyên vật liệu thi công giếng khoan, khấu hao tài sản cố định (hoặc giá thành thuê giàn) và dụng cụ khoan, lương công nhân và các chi phí dịch vụ khác và chiều sâu giếng khoan. ™ Chất lượng giếng khoan: Độ lệch của giếng khoan, tỷ lệ và chất lượng mẫu lõi (%), mức độ nhiễm bẩn thành hệ. 4. Các quá trình cơ bản khi khoan 68 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ 5. TỔ CHỨC VÀ NHÂN SỰ 35 69 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ TỔ CHỨC Các công ty hoạt động trong lĩnh vực dầu khí được chia thành 3 loại: 1. Công ty điều hành (Operator) ƒ Hoạt động trong lĩnh vực thăm dò, khai thác, chế biến và thương mại dầu khí. ƒ Công ty quốc gia, công ty hợp nhất, công ty độc lập: Exxon - Mobil, BP, Amoco, Shell, Chevron, Total, ... 2. Công ty dịch vụ kỹ thuật (Service Company) ƒ Sử dụng nhân lực, trang thiết bị, các kỹ năng và kinh nghiệm để khoan và khai thác dầu khí. ƒ Mỗi công ty có thể cung cấp một hoặc nhiều loại dịch vụ kỹ thuật. 3. Công ty nhà thầu khoan (Drilling Contractor) ƒ Sở hữu giàn khoan và có nhân lực để thực hiện công tác khoan. 5. Tổ chức và nhân sự 70 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ NHÂN SỰ TRONG CÔNG TÁC KHOAN 5. Tổ chức và nhân sự P. Kế toán P. Kỹ thuật P. Giám sát khoan Nhà thầu khoan Công ty điều hành P. Kế toán P. CN mỏ P. CN khai thác P. Giám sát khoan Giàn khác P. Khoan P. Địa chấtĐốc công Thợ khoan Đội khoan -Thợ tháp khoan -Thợ sàn khoan -Thợ phụ -Thợ điện -Thợ hàn -Thợ cơ khí Giếng khácĐại diện công ty Công ty dịch vụ Ống chống Trám xi măng Thử giếng Dung dịch khoan Khoan định hướng LWD/MWD Dịch vụ khác 36 71 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ NHÂN SỰ TRONG CÔNG TÁC KHOAN ™ Đốc công (toolpusher) là người chịu trách nhiệm về giàn khoan và công tác khoan nói chung. Đốc công là đại diện cao nhất của nhà thầu khoan tại giàn, chỉ huy đội khoan cũng như các nhóm thợ khác. ™ Trên các giàn khoan di động, đốc công có thể chia sẻ trách nhiệm với thuyền trưởng khi giàn khoan đang di chuyển. Nhà thầu khoan đôi khi cũng cử giám sát khoan (rig superintendent) tới hiện trường nhưng hầu hết trường hợp người này làm việc tại văn phòng của nhà thầu khoan. 5. Tổ chức và nhân sự 72 GEOPET Giới thiệu cơ sở khoan dầu khí ™ NHÂN SỰ TRONG CÔNG TÁC KHOAN ™ Thợ khoan (driller) là người báo cáo với đốc công về công tác khoan. Thợ khoan thường là người có kinh nghiệm điều khiển hệ thống tời và bàn rôto cũng như chỉ huy thợ sàn khoan (roughneck) và thợ tháp khoan (derrickman). ™ Thợ tháp khoan làm việc trên chuồng khỉ, có nhiệm vụ hướng chỉnh cần khoan khi nâng hạ. Thường thì thợ tháp khoan cũng chịu trách nhiệm giám sát hệ thống tuần hoàn dung dịch trong khi khoan. ™ Thợ sàn khoan, hay thợ bàn rôto, điều chỉnh phần dưới của cần khoan trong quá trình nâng hạ. Các thợ này dùng các kềm lớn để tháo hoặc siết chặt các đoạn cần khoan. ™ Thợ phụ (roustabout) hỗ trợ duy trì hoạt động của thiết bị và các nguồn cung cấp, giúp sửa chữa giàn khoan và làm các việc vặt. 5. Tổ chức và nhân sự 37 KẾT THÚC