Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 22 d. Chức năng của các cột ống chống: Ống chống là bộ phận cực kì quan trọng trong công tác thi công giếng khoan. Việc sử dụng cột ống chống giúp gia cố thành giếng khoan, cách ly các tầng khác nhau, tạo điều kiện ổn định để khoan tới mục tiêu thiết kế. Tuy nhiên ống chống có nhiều loại và chức năng cụ thể lại khác nhau.
Sơ đồ ống chống 1 lỗ khoan bao gồm: - Ống định hướng - Ống dẫn hướng - Ống trung gian (hay còn gọi là ống kĩ thuật) - Ống chống khai thác 1- Ống chống định hướng (conductor casing): Ống định hướng có tác dụng định hướng ban đầu cho lỗ khoan, ngăn ngừa sự sập lở đất đá và sự ô nhiễm của dung dịch khoan đối với tầng nước trên mặt, tạo kênh dẫn dung dịch chảy vào máng. Đối với các công trình khoan ngoài khơi ống định hướng cũng chính là ống chống đầu tiên đóng vai trò cách nước. Đây là cột ống thép thành mỏng có đường kính từ 18" đến 36", đặt ở chiều sâu bé (thường dưới 50m đối với trường hợp khoan biển và khoảng 10m đối với giếng trên đất liền). Nhiệm vụ chủ yếu của cột ống chống này là: - Chống xói lở lớp đất đá tơi xốp trên bề mặt - Làm điểm tựa cho hệ thống đầu giếng và các cột ống chống khác.
2 - Ống chống bề mặt (Ống chống dẫn hướng) (surface casing): Có tác dụng ngăn cho thành lỗ khoan ở phần trên không bị sập lở, đóng vai trò 1 trụ rỗng, trên đó có lắp các thiết bị miệng giếng như: đầu ống chống, thiết bị chống phun, treo toàn bộ các cột ống chống tiếp theo và một phần thiết bị khai thác. Cột ống chống dẫn hướng chịu toàn bộ trọng lượng nén của cột ống chống tiếp theo do vậy nó phải được trám xi măng toàn bộ chiều dài và phần nhô lên phải đủ độ bền. Đây là ống chống đầu tiên nhất thiết phải có,chiều sâu thả thông thường từ 70 ÷ 400 m, cũng có thể tới 800 ÷ 1000 m tùy theo điều kiện địa chất và chiều sâu giếng khoan với nhiệm vụ: - Gia cố tầng đất đá mềm dễ sụp lở - Cách ly tầng nước mặt với dung dịch khoan - Làm cơ sở để lắp đặt hệ thống đầu giếng cho các cấp ống chống khác và thiết bị đối áp. Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 23 3 - Ống chống trung gian (Ống chống kỹ thuật) (intermediate casing): Cột ống chống này còn được gọi là ống chống kĩ thuật, và được thả theo yêu cầu của điều kiện đia chất, công tác khoan không thể tiến hành nếu không có nó.
Các trường hợp bắt buộc phải sử dụng ống chống trung gian có thể tóm tắt như sau: - Dung dịch khoan không đảm bảo vai trò gia cố thành giếng khoan để tiếp tục khoan an toàn trong điều kiện địa tầng phức tạp (sụp lở thành giếng, sét trương nở, khoan qua tầng mất dung dịch trầm trọng). Việc gia cố thành giếng khoan bằng công tác chống ống khi khoan qua các tầng này là một giả pháp hữu hiệu. - Cách ly tầng chứa có dị thường áp suất tạo điều kiện khoan qua các tầng tiếp theo. - Số lượng các ống chống trung gian phụ thuộc vào điều kiện địa chất của giếng khoan, căn cứ vào đó tính toán chiều sâu trám xi măng hợp lý Cột ống chống này thường có đường kính từ 7” đến 13⅜” và đặt ở độ sâu 500 – 3000m tùy theo cột địa tầng và các điều kiện địa chất – kỹ thuật của giếng.
Chức năng của cột ống trung gian là tạo điều kiện bình thường để thi công giếng tiếp tục trong các trường hợp: - Áp suất dị thường (dương hoặc âm) gây hiện tượng kích hoặc mất dung dịch. - Đất đá dễ sụt lở, tạo hốc trên thành giếng. - Tầng đất sét ngậm nước trương nở làm bó hẹp thành giếng. Đối với giếng khoan sâu, mặc dù không có các nguyên nhân trên, người ta cũng đặt từ một đến hai cột ống trung gian.
Các cột ống chống bề mặt và ống chống trung gian có tên chung là cột ống chống kỹ thuật để phân biệt với cột ống chống khai thác. 4 - Ống chống khai thác (production casing): Cột ống chống khai thác là cột ống chống cuối cùng được đưa vào giếng khoan. Cột ống chống này có tác dụng tạo kênh dẫn dầu và khí từ dưới giếng lên mặt đất, và để bảo vệ các thiết bị khai thác như bơm sâu, ống ép khí. Ngoài ra ống chống này còn cho phép kiểm tra áp suất ,thực hiện công tác tăng cường dòng sản phẩm như nổ thủy lực, xử lý bằng axit, bơm ép vỉa.
Chỉ không được thả khi biết chắc giếng không có sản phẩm. Cột ống này có đường kính từ 4 ⅟₂” đến 9 ⅝” được dùng để ngăn cách các tầng chứa, các đới sản phẩm hoặc các đối tượng thử khác nhau và bảo vệ các thiết bị khai thác. Các cột ống chống trên đây có thể được chống suốt (từ miệng giếng đến đáy) hoặc chống lửng (treo cột ống chống từ chiều sâu nhất định trên đế cột ống chống Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 24 trước nhờ thiết bị treo ống, phần gối chồng vào cột trước thường từ 100 – 150m). Thông thường ống 5 – 7” sử dụng cho cột ống chống khai thác lửng và 9⅝” – 16” cho cột ống chống kỹ thuật.
Phương pháp chống lửng có ưu điểm là giảm chi phí ống chống, giảm trọng lượng cột ống và tăng đường kính trong từ miệng giếng đến đỉnh của đoạn chống lửng. Tuy nhiên phương pháp chống lửng này cũng có các nhược điểm sau: - Quy trình chống ống và trám xi măng phức tạp hơn - Cột ống chống trước phải có khả năng chịu được áp suất bóp méo và nổ như cột ống lửng. - Độ bền cột ống chống trước giảm nhanh do bị mài mòn khi khoan. Trong quá trình thiết kế giếng, người ta thường tuân thủ các qui tắc sau: + Cấu trúc giếng nên đơn giản (ít cấp đường kính) và gọn nhẹ (đường kính của các đoạn giếng khoan nhỏ).
+ Đường kính ngoài của cột ống chống thường nhỏ hơn khoảng 20% so với dường kính giếng cùng cấp. + Kích thước dụng cụ phá đá nhỏ hơn 20% so với đường kính trong của cột ống chống trước. * Cột ống chống lửng: Đặc điểm của ống chống lửng có chiều dài tương đối ngắn, chúng đảm nhiệm chức năng của ống chống trung gian hoặc cột ống chống khai thác. Cột ống chống lửng cho vào giếng nhờ cột cần khoan và được treo vào cột ống chống trước đó bằng một đầu treo đặc biệt.
Sử dụng cột ống chống lửng mang lại hiệu quả kinh tế cao tuy nhiên phải đòi hỏi công nghệ phức tạp. PHƯƠNG PHÁP KHOAN 1. Khái quát về khoan dầu khí Khoan là một phương pháp khai đào đặc biệt để tạo nên những giếng khoan mà con người không thể trực tiếp làm việc ở trên đáy giếng khoan. Khoan là biện pháp tích cực và có hiệu quả nhất nhằm cung cấp các số liệu chính xác cho địa chất, kiểm tra lại tài liệu địa vật lý, trực tiếp phát hiện và khai thác sản phẩm trong lòng đất.
Các phương pháp khoan dầu khí Dựa theo nguyên lý phá huỷ đất đá, người ta chia thành hai phương pháp khác nhau về bản chất vật lý là: phương pháp khoan cơ học và phương pháp khoan thủy động lực Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 25 a) Phương pháp khoan cơ học Đây là phương pháp mà trong đó quá trình phá huỷ đất đá được thực hiện bằng tác động cơ học trực tiếp (nén, cắt, nghiền, mài, nạo) của dụng cụ phá huỷ đất đá ở đáy giếng khoan Có nhiều loại: khoan đập, khoan xoay,… ➢ Khoan đập Là phương pháp khoan mà đất đá ở đáy giếng chủ yếu bị phá huỷ nhờ chuyển động tịnh tiến của bộ khoan cụ. Trong phương pháp khoan này gồm có Khoan đập cáp và Khoan đập cần. Nhược điểm của phương pháp này là vận tốc cơ học thấp và hiệu suất sử dụng năng lượng đập giảm đáng kể theo chiều sâu giếng khoan, nên phương pháp này ít sử dụng trong khoan dầu khí ➢ Khoan xoay Có hai loại khoan roto/động cơ treo và khoan bằng động cơ đáy Khoan roto/động cơ treo: là phương pháp khoan mà chuyển động quay của dụng cụ phá đá ở đáy giếng được truyền từ bàn roto/động cơ treo sang cần chủ đạo và cột cần khoan Động cơ đáy: tuỳ theo năng lượng sử dụng và cấu tạo có thể truyền chuyển động quay hoặc xung lượng cho dụng cụ phá đá, còn cột cần khoan thì không quay Ưu điểm: - Có khả năng lấy mẫu đất đá để thiết lập cột địa tầng - Mở vỉa sản phẩm và nghiên cứu thuận lợi - Có khả năng khoan theo quỹ đạo thiết kế Nhược điểm: - Tiêu tốn vật liệu do mài mòn để phá huỷ đất đá - Mất thời gian trong việc thay thế dụng cụ phá huỷ đất đá, làm tăng chi phí - Hiệu suất sử dụng năng lượng thấp và giảm theo chiều sâu giếng nếu động cơ đặt trên bề mặt Do ưu điểm nổi bật về qui trình công nghệ và hiệu quả về kinh tế, nên phương pháp khoan xoay được sử dụng phổ biến trong khoan dầu khí Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 26 Hình 1. 3: Nguyên lý khoan đập cáp và khoan xoay b) Phương pháp khoan thủy động lực Phương pháp này phá huỷ hoặc hào tan đất đá ở đáy giếng nhờ sử dụng động năng của dòng nước cao áp.
Phương pháp khoan này được sử dụng để khoan đất đá mềm, bở rời, có hai dạng chủ yếu sau - Các tia nước cao áp (20-200 MPa): phá huỷ hoàn toàn đất đá ở đáy giếng và tạo lỗ, khả năng phá huỷ sẽ tăng nếu thêm vào nước từ 5-15% cát thạch anh - Các tia nước làm mềm và phá huỷ một phần đất đá ở đáy giếng còn choòng thuỷ lực sẽ tạo thân giếng khoan Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 27 ❖ TÓM TẮT CHƯƠNG 1 Trong chương này, một số nội dung chính được giới thiệu: - Các khái niệm cơ bản về khoan dầu khí. - Cấu trúc của 1 giếng khoan dầu khí. - Giới thiệu về các phương pháp khoan ❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN CHƯƠNG 1 1. Nêu các thành phần của 1 giếng khoan dầu khí? 2.
Trong công nghiệp dầu khí, giếng khoan dầu khí thường được phân loại theo tiêu chí nào? 3. So sánh ưu, nhược điểm của phương pháp khoan Top drive và khoan bằng động cơ đáy? 4. Trình bày nhiệm vụ của các cột ống chống trong công tác thi công 1 giếng khoan dầu khí? 5.