Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng mô hình địa cơ trong lựa chọn tỷ trọng dung dịch cho giếng khoan dầu khí

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu kỹ thuật dầu khí ứng dụng mô hình địa cơgeomechanical model để lựa chọn tỷ trọng dung dịch khi, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề

• Tác giả: Nguyễn Văn Cường
• Người hướng dẫn: TS. Tạ Quốc Dũng
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật dầu khí
• Đề tài: Ứng Dụng Mô Hình Địa Cơ - Geomechanical Model Để Lựa Chọn Tỷ Trọng Dung Dịch Khi Thiết Kế Giếng Khoan TN-X
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CỦA MÔ HÌNH ĐỊA CƠ TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM
• 1.1. Xây dựng Mô hình địa cơ phục vụ cho công tác khoan các giếng xiên định hướng qua địa tầng Zubair ở miền nam Iraq
• 1.1.1. Tổng quan nghiên cứu
• 1.1.2. Phức tạp trong quá trình khoan
• 1.1.3. Xây dựng Mô hình địa cơ
• 1.1.4. Nghiên cứu độ ổn định của thành giếng khoan
• 1.1.5. Cửa sổ dung dịch khoan an toàn
• 1.2. Sự ảnh hưởng của độ ổn định thành lên tính khả thi của các giếng khoan vươn xa mỏ Chim Sáo – trũng Nam Côn Sơn
• 1.2.1. Tổng quan nghiên cứu
• 1.2.2. Mục tiêu của nghiên cứu
• 1.2.3. Phức tạp và sự cố trong quá trình khoan
• 1.2.4. Xây dựng Mô hình địa cơ
• 1.2.5. Dự đoán cơ chế phá hủy
• 1.2.6. Nghiên cứu khả năng khoan các giếng khoan vươn xa
• 1.3. Tầm quan trọng của trường ứng suất trong nghiên cứu các đới nứt nẻ chịu ứng suất dập vỡ mạnh góp phần xác định quỹ đạo khoan tối ưu trong các vỉa đá chứa nứt nẻ tự nhiên
• 1.3.1. Tổng quan nghiên cứu
• 1.3.2. Phương pháp thực hiện
• 1.3.3. Xác định và phân loại các đới khe nứt tự nhiên
• 1.3.4. Ước lượng các thông số của trường ứng suất tại chỗ
• 1.3.5. Xác định đới nứt nẻ chịu ứng suất dập vỡ mạnh
• 1.4. Tầm quan trọng của tổ hợp các giải pháp nghiên cứu địa cơ để kiểm soát tình trạng mất ổn định thành khi khoan các giếng khoan ngang, bài học với địa tầng carbonate
• 1.4.1. Tổng quan nghiên cứu
• 1.4.2. Khó khăn phức tạp trong quá trình khoan
• 1.4.3. Phương pháp tiếp cận tổng thể để khoan thành công
• 1.4.4. Ứng dụng khoan thành công giếng A
• 1.5. Giảm thiểu các khó khăn mất ổn định thành khi khoan giếng khoan vươn xa qua các địa tầng có đá chứa nứt nẻ tự nhiên và áp suất cao
• 1.5.1. Tổng quan nghiên cứu
• 1.5.2. Lịch sử khoan giếng lân cận
• 1.5.3. Xây dựng Mô hình địa cơ 1-D
• 1.5.4. Tìm hiểu nguyên nhân gây mất ổn định thành
• 1.5.5. Ứng dụng mô hình cho giếng khoan kế tiếp
• 1.6. Xây dựng Mô hình địa cơ cho mỏ Kotabatak để dự báo tình trạng mất ổn định thành giếng và sinh cát trong quá trình khai thác
• 1.6.1. Tổng quan nghiên cứu
• 1.6.2. Xây dựng Mô hình địa cơ
• 1.6.3. Dự báo độ ổn định thành cho các đoạn khoan ngang
• 1.6.4. Nghiên cứu khả năng sinh cát khi khai thác thân trần trong các đoạn thân giếng ngang
• 1.7. Giảm thiểu nguy cơ sinh cát khi khai thác thông qua việc tối ưu quỹ đạo giếng, hướng bắn mở vỉa sử dụng Mô hình địa cơ và các biện pháp kiểm soát cát thụ động
• 1.7.1. Tổng quan nghiên cứu
• 1.7.2. Tổng quan tiêu chuẩn phá hủy đất đá trên thành giếng sinh cát
• 1.7.3. Quy trình đánh giá hiện tượng sinh cát
• 1.7.4. Áp dụng cho các giếng khoan mỏ khí Y
• 1.8. Tối ưu hóa quá trình khoan các giếng ngang qua địa tầng Achimov khi kết hợp các nghiên cứu địa cơ và kinh nghiệm khoan thực tiễn
• 1.8.1. Tổng quan nghiên cứu
• 1.8.2. Khó khăn phức tạp khi khoan ngang qua địa tầng Achimov
• 1.8.3. Nghiên cứu địa cơ đất đá
• 1.8.4. Độ ổn định của thành giếng khi đề cập đến thành phần hóa học của hệ dung dịch
• 1.8.5. Tối ưu hóa quá trình khoan
• 1.9. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỊA CƠ VÀ NGHIÊN CỨU ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA THÀNH GIẾNG KHOAN
• 2.1. Tổng quan về xây dựng Mô hình địa cơ
• 2.1.1. Các thành phần ứng suất tại chỗ của đất đá
• 2.1.2. Áp suất lỗ rỗng và ứng suất hiệu dụng
• 2.1.3. Các tính chất cơ lý của đất đá sử dụng trong Mô hình địa cơ
• 2.2. Ứng dụng Mô hình địa cơ trong nghiên cứu độ ổn định của thành giếng
• 2.2.1. Các ứng suất tập trung trên thành giếng
• 2.2.2. Các tiêu chuẩn phá hủy đất đá
• 2.2.3. Ứng dụng các tiêu chuẩn phá hủy để đánh giá độ ổn định của thành giếng
• 2.2.4. Cửa sổ và tỷ trọng dung dịch khoan
• 2.2.5. Lựa chọn chiều sâu đặt chân đế ống chống và tối ưu quỹ đạo giếng khoan
• 2.3. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ĐỊA CƠ LỰA CHỌN TỶ TRỌNG DUNG DỊCH KHOAN CHO GIẾNG TN-X
• 3.1. Tổng quan về giếng khoan TN-X
• 3.1.1. Vị trí giếng khoan
• 3.1.2. Cột địa tầng giếng khoan
• 3.1.3. Sơ bộ thiết kế giếng khoan TN-X
• 3.2. Tổng quan về Mô hình địa cơ được xây dựng cho khu vực TN
• 3.2.1. Số liệu từ các giếng khoan lân cận
• 3.2.2. Mô hình địa cơ cho khu vực TN
• 3.3. Ứng dụng kết quả Mô hình địa cơ để tính toán cửa sổ tỷ trọng dung dịch cho giếng khoan TN-X
• 3.3.1. Sử dụng bảng tính excel
• 3.3.2. Sử dụng phần mềm WellCheck
• 3.4. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ
• PHỤ LỤC CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN TỶ TRỌNG DUNG DỊCH TỐI THIỂU SỬ DỤNG PHẦN MỀM EXCEL
• CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN SỬ DỤNG EXCEL CHO Main_Hole
• CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN SỬ DỤNG EXCEL CHO TN-X_ ST1 & TN-X_ ST2
• CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN TỐI ƯU QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN SỬ DỤNG EXCEL
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên cứu mô hình địa cơ trong thiết kế giếng khoan dầu khí

Mô hình địa cơ đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế giếng khoan dầu khí. Nó giúp xác định các thông số địa chất, từ đó tối ưu hóa quá trình khoan. Việc áp dụng mô hình này không chỉ giúp giảm thiểu rủi ro mà còn nâng cao hiệu quả kinh tế cho các dự án khai thác dầu khí.

1.1. Định nghĩa mô hình địa cơ và ứng dụng trong ngành dầu khí

Mô hình địa cơ là công cụ phân tích địa chất, giúp dự đoán hành vi của đất đá trong quá trình khoan. Ứng dụng của nó trong ngành dầu khí bao gồm việc tính toán tỷ trọng dung dịch và đánh giá độ ổn định của thành giếng.

1.2. Lịch sử phát triển mô hình địa cơ tại Việt Nam

Việt Nam đã áp dụng mô hình địa cơ từ những năm 2000. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng mô hình này giúp cải thiện đáng kể hiệu quả khoan và giảm thiểu rủi ro trong quá trình khai thác.

II. Vấn đề và thách thức trong thiết kế giếng khoan dầu khí

Thiết kế giếng khoan dầu khí gặp nhiều thách thức, bao gồm sự không ổn định của thành giếng và áp lực địa chất. Những vấn đề này có thể dẫn đến sự cố trong quá trình khoan, làm tăng chi phí và thời gian thi công.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định thành giếng

Độ ổn định của thành giếng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như áp suất lỗ rỗng, ứng suất tại chỗ và tính chất cơ lý của đất đá. Việc hiểu rõ các yếu tố này là rất quan trọng để đảm bảo an toàn trong quá trình khoan.

2.2. Rủi ro trong quá trình khoan và cách phòng ngừa

Rủi ro trong quá trình khoan có thể bao gồm sập lở thành, mất dung dịch và xâm nhập dầu khí. Các biện pháp phòng ngừa như sử dụng tỷ trọng dung dịch hợp lý và mô hình địa cơ có thể giúp giảm thiểu những rủi ro này.

III. Phương pháp nghiên cứu mô hình địa cơ trong thiết kế giếng khoan

Nghiên cứu mô hình địa cơ bao gồm việc thu thập dữ liệu địa chất, phân tích và xây dựng mô hình. Các phương pháp này giúp xác định tỷ trọng dung dịch tối ưu cho giếng khoan, từ đó nâng cao hiệu quả thi công.

3.1. Quy trình xây dựng mô hình địa cơ

Quy trình xây dựng mô hình địa cơ bao gồm việc thu thập dữ liệu địa chất, phân tích ứng suất và áp suất lỗ rỗng. Các bước này giúp tạo ra một mô hình chính xác cho việc thiết kế giếng khoan.

3.2. Sử dụng phần mềm trong mô hình hóa địa cơ

Phần mềm như WellCheck và Excel được sử dụng để tính toán và mô phỏng các thông số địa chất. Việc sử dụng công nghệ này giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong thiết kế giếng khoan.

IV. Ứng dụng thực tiễn của mô hình địa cơ trong thiết kế giếng khoan

Mô hình địa cơ đã được áp dụng thành công trong nhiều dự án giếng khoan tại Việt Nam. Việc sử dụng mô hình này không chỉ giúp tối ưu hóa tỷ trọng dung dịch mà còn nâng cao độ ổn định của thành giếng.

4.1. Kết quả nghiên cứu từ các giếng khoan thực tế

Nghiên cứu từ các giếng khoan cho thấy việc áp dụng mô hình địa cơ giúp giảm thiểu thời gian thi công và chi phí. Các kết quả này đã được xác nhận qua nhiều dự án thực tế.

4.2. Các biện pháp cải tiến trong thiết kế giếng khoan

Các biện pháp cải tiến như tối ưu hóa quỹ đạo giếng khoan và điều chỉnh tỷ trọng dung dịch đã được đề xuất. Những biện pháp này giúp nâng cao hiệu quả và an toàn trong quá trình khoan.

V. Kết luận và tương lai của mô hình địa cơ trong thiết kế giếng khoan

Mô hình địa cơ sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong thiết kế giếng khoan dầu khí. Tương lai của mô hình này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến và ứng dụng mới trong ngành dầu khí.

5.1. Tầm quan trọng của mô hình địa cơ trong tương lai

Mô hình địa cơ sẽ tiếp tục được phát triển và cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong ngành dầu khí. Việc áp dụng công nghệ mới sẽ giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực mô hình địa cơ

Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc cải thiện độ chính xác của mô hình và ứng dụng các công nghệ mới. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả trong thiết kế và thi công giếng khoan.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành kỹ thuật dầu khí, việc lựa chọn tỷ trọng dung dịch khoan hợp lý đóng vai trò then chốt trong thiết kế và thi công giếng khoan, ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định thành giếng, hiệu quả khoan và chi phí vận hành. Theo báo cáo của ngành, các phức tạp về mất ổn định thành giếng chiếm tới 44% thời gian phi sản xuất trong công đoạn khoan 8.5” qua địa tầng Zubair, với chiều dày trung bình khoảng 350m. Tại khu vực Nam Côn Sơn, các giếng khoan có góc nghiêng lớn gặp nhiều sự cố như bó hẹp thành, sập lở, kẹt thiết bị, làm tăng chi phí và thời gian thi công. Mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng mô hình địa cơ (Geomechanical Model) để lựa chọn tỷ trọng dung dịch khoan tối ưu cho giếng khoan TN-X thuộc Lô 12/11, nhằm nâng cao độ ổn định thành giếng, giảm thiểu sự cố và tối ưu chi phí. Nghiên cứu tập trung trong phạm vi khu vực Nam Côn Sơn, với dữ liệu thu thập từ các giếng khoan lân cận và giếng TN-X trong giai đoạn 2019-2020. Ý nghĩa của đề tài thể hiện qua việc hệ thống hóa cơ sở lý thuyết, ứng dụng mô hình địa cơ để tính toán tỷ trọng dung dịch phù hợp, góp phần nâng cao hiệu quả thi công và bảo vệ chất lượng vỉa chứa dầu khí.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết ứng suất tại chỗ và tiêu chuẩn phá hủy đất đá. Mô hình địa cơ xây dựng dựa trên ba thành phần ứng suất chính gồm ứng suất đứng (Sv), ứng suất ngang lớn nhất (SH) và ứng suất ngang nhỏ nhất (Sh), cùng với áp suất lỗ rỗng (Pp). Các tiêu chuẩn phá hủy được áp dụng gồm Mohr-Coulomb, Mogi-Coulomb và Lade cải tiến để đánh giá độ ổn định thành giếng. Ba khái niệm trọng tâm bao gồm: cửa sổ dung dịch khoan (mud weight window), độ ổn định thành giếng (wellbore stability), và ảnh hưởng của quỹ đạo giếng khoan đến ứng suất tập trung trên thành giếng. Ngoài ra, các thông số cơ lý như độ bền nén đơn trục (UCS), góc nội ma sát (φ), Young’s modulus và Poisson’s ratio cũng được sử dụng để mô phỏng tính chất đất đá.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu địa vật lý từ các giếng khoan lân cận, dữ liệu hình ảnh thành giếng, kết quả thử nghiệm mẫu lõi trong phòng thí nghiệm, và các phép thử vỉa như LOT, mini-frac. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 7 giếng khoan trong khu vực Nam Côn Sơn, trong đó có các giếng có góc nghiêng lớn và giếng TN-X với đa thân khoan. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tính đại diện của các giếng có phức tạp về ổn định thành giếng. Phân tích dữ liệu được thực hiện bằng cách xây dựng mô hình địa cơ 1-D, sử dụng phần mềm Excel để tính toán tỷ trọng dung dịch tối thiểu và phần mềm WellCheck để kiểm tra độ ổn định thành giếng theo tiêu chuẩn Mohr-Coulomb và Lade. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 10/2019 đến tháng 6/2020, bao gồm các bước tổng hợp lý thuyết, xây dựng mô hình, tính toán và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tỷ trọng dung dịch khoan hiện tại chưa tối ưu: Tại LD Việt – Nga Vietsovpetro, tỷ trọng dung dịch được lựa chọn chủ yếu dựa trên kinh nghiệm thi công các giếng lân cận, không tính đến chế độ ứng suất tại chỗ và tính chất cơ lý của đất đá. Kết quả mô hình địa cơ cho thấy tỷ trọng dung dịch hiện tại không đủ để duy trì độ ổn định thành giếng, đặc biệt với các giếng có góc nghiêng lớn, dẫn đến hiện tượng bó hẹp thành và sập lở.

2. Ảnh hưởng của quỹ đạo giếng đến độ ổn định: Phân tích cho thấy tỷ trọng dung dịch tối thiểu biến thiên theo góc nghiêng và góc phương vị của thân giếng. Ví dụ, giếng W-3 với góc nghiêng lên tới 82° gặp nhiều sự cố mất ổn định, trong khi giếng có góc nghiêng nhỏ hơn 40° ít gặp phức tạp. Tỷ trọng dung dịch cần thiết để ngăn chặn sập lở thành giếng có thể tăng lên đến 13.6 ppg trong trường hợp giếng vươn xa, cao hơn nhiều so với tỷ trọng thiết kế ban đầu.

3. Cửa sổ dung dịch khoan hẹp: Mô hình địa cơ cho thấy cửa sổ dung dịch khoan an toàn tại khu vực Nam Côn Sơn rất hẹp, đặc biệt khi tính đến sự phá hủy theo thế nằm của các tập đất đá yếu. Việc sử dụng tỷ trọng dung dịch quá cao có thể gây mất dung dịch và nhiễm bẩn vỉa, trong khi tỷ trọng thấp gây sập lở thành giếng.

4. Độ tin cậy của mô hình địa cơ: Việc sử dụng phần mềm WellCheck cùng với dữ liệu thực tế giúp kiểm tra và hiệu chỉnh mô hình, nâng cao độ chính xác trong dự báo tỷ trọng dung dịch tối ưu. Phân tích độ nhạy cho thấy các thông số như góc nghiêng, góc phương vị và tính chất cơ lý đất đá ảnh hưởng lớn đến kết quả tính toán.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các sự cố mất ổn định thành giếng là do lựa chọn tỷ trọng dung dịch chưa phù hợp với điều kiện ứng suất tại chỗ và đặc tính cơ lý của đất đá. So với các nghiên cứu trên thế giới, việc áp dụng mô hình địa cơ giúp dự báo chính xác hơn các giới hạn an toàn, từ đó giảm thiểu các sự cố khoan. Kết quả nghiên cứu cũng khẳng định tầm quan trọng của việc tính đến quỹ đạo giếng trong thiết kế tỷ trọng dung dịch, đặc biệt với các giếng khoan vươn xa hoặc có góc nghiêng lớn. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ cửa sổ dung dịch biến thiên theo góc nghiêng và phương vị, cùng bảng so sánh tỷ trọng dung dịch thực tế và dự báo, giúp minh họa rõ ràng sự khác biệt và hiệu quả của mô hình.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng mô hình địa cơ trong thiết kế tỷ trọng dung dịch: Các đơn vị khoan nên tích hợp kết quả mô hình địa cơ vào quy trình thiết kế tỷ trọng dung dịch để đảm bảo độ ổn định thành giếng, giảm thiểu sự cố khoan. Thời gian áp dụng ngay trong các dự án khoan tiếp theo tại khu vực Nam Côn Sơn.

2. Tối ưu hóa quỹ đạo giếng khoan: Điều chỉnh quỹ đạo giếng khoan sao cho góc nghiêng và góc phương vị phù hợp với đặc tính ứng suất tại chỗ, nhằm mở rộng cửa sổ dung dịch khoan an toàn. Chủ thể thực hiện là các kỹ sư thiết kế giếng và chuyên gia địa cơ.

3. Sử dụng phần mềm kiểm tra độ ổn định WellCheck: Đưa phần mềm WellCheck vào sử dụng thường xuyên để đánh giá và hiệu chỉnh mô hình địa cơ, nâng cao độ tin cậy trong dự báo tỷ trọng dung dịch. Thời gian triển khai trong vòng 6 tháng tới.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực chuyên môn: Tổ chức các khóa đào tạo về mô hình địa cơ và ứng dụng trong khoan giếng cho cán bộ kỹ thuật và quản lý dự án, nhằm nâng cao nhận thức và kỹ năng áp dụng khoa học công nghệ mới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư khoan và thiết kế giếng: Giúp hiểu rõ cơ sở khoa học trong lựa chọn tỷ trọng dung dịch, tối ưu quỹ đạo giếng, giảm thiểu sự cố khoan.

2. Chuyên gia địa cơ và địa chất: Cung cấp phương pháp xây dựng và hiệu chỉnh mô hình địa cơ, đánh giá độ ổn định thành giếng dựa trên dữ liệu thực tế.

3. Quản lý dự án dầu khí: Hỗ trợ ra quyết định về chiến lược khoan, phân bổ nguồn lực và kiểm soát chi phí dựa trên phân tích khoa học.

4. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật dầu khí: Là tài liệu tham khảo quý giá về ứng dụng mô hình địa cơ trong thực tiễn khoan giếng, kết hợp lý thuyết và thực nghiệm.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình địa cơ là gì và tại sao quan trọng trong khoan giếng?
   Mô hình địa cơ là mô hình mô phỏng ứng suất và tính chất cơ lý của đất đá tại khu vực khoan, giúp dự báo độ ổn định thành giếng. Nó quan trọng vì giúp lựa chọn tỷ trọng dung dịch phù hợp, giảm thiểu sự cố khoan như sập lở, mất dung dịch.

2. Tỷ trọng dung dịch ảnh hưởng thế nào đến quá trình khoan?
   Tỷ trọng dung dịch quá thấp gây sập lở thành giếng, quá cao gây mất dung dịch và nhiễm bẩn vỉa. Lựa chọn tỷ trọng hợp lý giúp duy trì áp suất cân bằng, bảo vệ thành giếng và vỉa chứa.

3. Phần mềm WellCheck có vai trò gì trong nghiên cứu?
   WellCheck dùng để kiểm tra độ ổn định thành giếng dựa trên mô hình địa cơ và tiêu chuẩn phá hủy, giúp đánh giá chính xác cửa sổ dung dịch khoan và đề xuất tỷ trọng tối ưu.

4. Làm thế nào để tối ưu quỹ đạo giếng khoan dựa trên mô hình địa cơ?
   Bằng cách phân tích ứng suất tại chỗ và tính chất đất đá, điều chỉnh góc nghiêng và phương vị giếng để giảm ứng suất tập trung, mở rộng cửa sổ dung dịch và giảm rủi ro mất ổn định thành giếng.

5. Nghiên cứu này có thể áp dụng cho các khu vực khác không?
   Có, phương pháp xây dựng và ứng dụng mô hình địa cơ có thể được điều chỉnh phù hợp với đặc điểm địa chất từng khu vực, giúp nâng cao hiệu quả khoan và khai thác.

Kết luận

• Ứng dụng mô hình địa cơ giúp lựa chọn tỷ trọng dung dịch khoan tối ưu, giảm thiểu sự cố mất ổn định thành giếng.
• Tỷ trọng dung dịch cần được điều chỉnh theo quỹ đạo giếng, đặc biệt với giếng có góc nghiêng lớn.
• Phần mềm WellCheck là công cụ hiệu quả để kiểm tra và hiệu chỉnh mô hình địa cơ trong thực tế.
• Việc tối ưu quỹ đạo giếng khoan góp phần mở rộng cửa sổ dung dịch, nâng cao hiệu quả thi công và bảo vệ vỉa chứa.
• Đề xuất triển khai áp dụng mô hình địa cơ và đào tạo chuyên môn nhằm nâng cao năng lực kỹ thuật trong ngành khoan dầu khí.

Hành động tiếp theo là áp dụng các giải pháp đề xuất trong các dự án khoan tiếp theo tại Nam Côn Sơn và mở rộng nghiên cứu cho các khu vực khác nhằm nâng cao hiệu quả và an toàn trong thi công giếng khoan.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1 .57 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỊA CƠ VÀ NGHIÊN CỨU ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA THÀNH GIẾNG KHOAN .59 Tổng quan về xây dựng Mô hình địa cơ .1 Các thành phần ứng suất tại chỗ của đất đá .2 Áp suất lỗ rỗng và ứng suất hiệu dụng .3 Các tính chất cơ lý của đất đá sử dụng trong Mô hình địa cơ .72 Ứng dụng Mô hình địa cơ trong nghiên cứu độ ổn định của thành giếng .1 Các ứng suất tập trung trên thành giếng.2 Các tiêu chuẩn phá hủy đất đá.3 Ứng dụng các tiêu chuẩn phá hủy để đánh giá độ ổn định của thành giếng 83 2.4 Cửa sổ và tỷ trọng dung dịch khoan.5 Lựa chọn chiều sâu đặt chân đế ống chống và tối ưu quỹ đạo giếng khoan 91 Kết luận chương 2 .94 CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ĐỊA CƠ LỰA CHỌN TỶ TRỌNG DUNG DỊCH KHOAN CHO GIẾNG TN-X.96 Tổng quan về giếng khoan TN-X .1 Vị trí giếng khoan .2 Cột địa tầng giếng khoan.3 Sơ bộ thiết kế giếng khoan TN-X .100 Tổng quan về Mô hình địa cơ được xây dựng cho khu vực TN .1 Số liệu từ các giếng khoan lân cận .2 Mô hình địa cơ cho khu vực TN .109 Ứng dụng kết quả Mô hình địa cơ để tính toán cửa sổ tỷ trọng dung dịch cho giếng khoan TN-X .120 Nguyễn Văn Cường – MSHV: 1770503 xi Luận văn Thạc sĩ 3.1 Sử dụng bảng tính excel .2 Sử dụng phần mềm WellCheck.134 Kết luận chương 3 .146 CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ .152 PHỤ LỤC CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN TỶ TRỌNG DUNG DỊCH TỐI THIỂU SỬ DỤNG PHẦN MỀM EXCEL. CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN SỬ DỤNG EXCEL CHO Main_Hole. CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN SỬ DỤNG EXCEL CHO TN-X_ ST1 & TN-X_ ST2 154 C. CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN TỐI ƯU QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN SỬ DỤNG EXCEL .156 TÀI LIỆU THAM KHẢO .157 Nguyễn Văn Cường – MSHV: 1770503 xii Luận văn Thạc sĩ DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Thực tế tỷ lệ thời gian thi công các công đoạn của 12 giếng đã khoan qua địa tầng Zubair [1].2: Thực tế tỷ lệ thời gian các công việc của công đoạn 8.5” khoan qua địa tầng Zubair [1].3: Trình tự công việc xây dựng Mô hình địa cơ cho khu vực địa tầng Zubair [1].4: Dữ liệu địa vật lý đầu vào cho Mô hình địa cơ khu vực địa tầng Zubair [1].5: Đường cong tính chất cơ học của đất đá và kết quả đo trong phòng thí nghiệm [1].6: Ước lượng độ lớn của ứng suất tại chỗ và áp suất lỗ rỗng cho 1 giếng khu vực địa tầng Zubair [1].7: Tài liệu hỉnh ảnh giếng khoan thể hiện hướng của đới bị phá hủy nén ép khu vực địa tầng Zubair [1].8: Cửa sổ dung dịch khoan qua khu vực Zubair được xác định theo tiêu chuẩn Mogi-Coulomb [1].9: Tỷ trọng dung dịch tối thiểu theo tiêu chuẩn Mohr-Coulomb: (a) Tỷ trọng dung dịch sập lở, (b) Tỷ trọng dung dịch vỡ vỉa, (c) cửa sổ dung dịch biến thiên theo góc nghiêng và (d) cửa sổ dung dịch biến thiên theo góc phương vị [1].10: Tỷ trọng dung dịch tối thiểu theo tiêu chuẩn Mogi-Coulomb: (a) Tỷ trọng dung dịch sập lở, (b) Tỷ trọng dung dịch vỡ vỉa, (c) cửa sổ dung dịch biến thiên theo góc nghiêng và (d) cửa sổ dung dịch biến thiên theo góc phương vị [1].11: Tỷ trọng dung dịch tối thiểu theo tiêu chuẩn Lade cải tiến: (a) Tỷ trọng dung dịch sập lở, (b) Tỷ trọng dung dịch vỡ vỉa, (c) cửa sổ dung dịch biến thiên theo góc nghiêng và (d) cửa sổ dung dịch biến thiên theo góc phương vị [1].12: Biểu đồ thi công thực tế giếng W-3 pilot, thân chính và 3 lần cắt thân [2].13: Phân bố của các đới phá hủy nén ép trong tài liệu hình ảnh giếng khoan [2].14: Thống kê về ứng suất khu vực và áp suất cho một giếng khoan thẳng đứng đại diện trong khu vực [2].15: Ước lượng tỷ trọng dung dịch tối thiểu theo góc nghiêng và góc phương vị khác nhau trong việc ngăn chặn sập lở thành (a), và để ngăn chặn sập lở thành cùng với sự mất ổn định do thế nằm của thành hệ đất đá yếu (b) tại chiều sâu của tập sét phiến S4/S5 [2].16: Cửa sổ dung dịch khoan có tính tới sự phá hủy theo thế nằm của các tập đất đá yếu khi coi Sh là giới hạn trên để ngăn mất dung dịch (a), và coi áp suất bắt đầu vỡ vỉa là giới hạn trên để ngăn mất dung dịch (b) [2].19 Nguyễn Văn Cường – MSHV: 1770503 xiii Luận văn Thạc sĩ Hình 1.17: Biểu đồ Stress Polygon thể hiện đường phá hủy tách giãn và phá hủy cắt trượt với số liệu từ giếng thăm dò 1 [3].18: Biểu đồ Stress Polygon thể hiện đường phá hủy tách giãn và phá hủy cắt trượt với số liệu từ giếng thăm dò 2 [3].19: Hướng của đới phá hủy cắt trượt và phá hủy tách giãn lấy từ tài liệu hình ảnh giếng khoan [3].20: Biểu đồ Mohr-Coulomb và vị trí các đới đới nứt nẻ chịu ứng suất dập vỡ mạnh (chấm màu đỏ) tính toán từ thông số của giếng thăm dò 1 [3].21: Biểu đồ Mohr-Coulomb và vị trí các đới đới nứt nẻ chịu ứng suất dập vỡ mạnh (chấm màu đỏ) tính toán từ thông số của giếng thăm dò 2 [3].22: Biểu đồ Mohr-Coulomb và vị trí các đới đới nứt nẻ chịu ứng suất dập vỡ mạnh (chấm màu đỏ) tính toán từ thông số của giếng thăm dò 3 [3].23: Trình tự công việc được chuẩn hóa với nghiêng cứu cập nhật Mô hình địa cơ trong quá trình khoan [4].24: kết quả phân tích độ ổn định thành của giếng A trước khi khoan [4].25: Số liệu địa vật lý và hình ảnh thành giếng trong quá trình khoan công đoạn dài 3000ft ngang [4].26: Lịch sử khoan giếng 2X thân chính và cắt thân [5].27: Tài liệu hình ảnh giếng khoan khi khoan qua các tầng đá núi lửa và tầng Arkose [5].28: Ước lượng độ bền nén đơn trục của đất đá và góc nội ma sát trong khoảng 2187 tới 2230 của đất đá mỏ Rạng Đông [5].29: Tài liệu hình ảnh giếng khoan trong Móng và ước lượng giá trị của SH [5].30: Mô phỏng phân tích của đới phá hủy tách giãn trong tầng Móng [5].31: Kết quả Mô hình địa cơ được sử dụng số liệu giếng 3X [5].32: Kết quả tính toán độ ổn định thành cho khoảng thân giếng 2X đi qua tập đá núi lửa [5].33: Mặt cắt địa chấn đi qua giếng khoan 2X, đới đứt gãy và tài liệu hình ảnh giếng khoan trong tập E (a), mô phỏng các đới nứt nẻ tự nhiên theo chiều sâu ứng với mỗi giá trị áp suất đáy giếng (b), và mô phỏng áp suất đáy giếng để tái kích hoạt các đới nứt nẻ đứt gãy (c) [5].34: Kết quả tính toán ổn định thành giếng cho giếng khoan mới [5].35: So sánh tỷ trọng dung dịch dự báo và thực tế với các khoảng bị mở rộng tại giếng KB 185 [6].36: So sánh tỷ trọng dung dịch dự báo và thực tế với các khoảng bị mở rộng tại giếng KB 250 [6].37: Dự báo cửa sổ dung dịch theo góc nghiêng thân giếng qua tập cát A4 giếng KB 275, trường hợp lý tưởng không có sập lở [6].38: Ước lượng mức độ sập lở với biến thiên áp suất vỉa tại đáy giếng [6].43 Nguyễn Văn Cường – MSHV: 1770503 xiv Luận văn Thạc sĩ Hình 1.39: Trình tự công việc đánh giá khả năng sinh cát [7].40: Ứng suất và áp suất được dự báo cho mỏ Y [7].41: đường cong độ bền đất đá TWC trên cơ sở mẫu lõi và tài liệu địa vật lý của giếng Y-11 [7].42: lịch sử và dự báo khai thác cho giếng Y-11 [7].43: đồ thị giá trị tới hạn giảm áp đáy giếng khi khai thác với áp suất vỉa thực tế và giá trị giảm áp đáy thực tế thời điểm tháng 8 năm 2006 của giếng Y-11 [7].44: dự báo giá trị tới hạn giảm áp đáy giếng khi khai thác với điều kiện áp suất vỉa còn 1300 psi (vỉa suy giảm 1600 psi) và điều kiện áp suất làm việc trong cần miệng giếng Y-11 giảm 100 psi [7].45: Sand-free operating envelope cho giếng Y-11 trong cả hai hướng bắn mở vỉa tốt nhất và xấu nhất với độ bền đất đá TWC từ 3500-5000 psi [7].46: Kết quả tính toán độ ổn định thành giếng ngang qua địa tầng Achimov với mô hình trước khi khoan [8].1: Biểu đồ Stress Polygon biểu diễn các khoảng giá trị của ứng suất ngang tại chỗ [9].2: Biểu đồ các thông số trong phép thử vỡ vỉa thủy lực kéo dài XLOT [10].3: Biểu đồ 2 chu kỳ gia áp trong thí nghiệm Mini-frac [9].4: Tài liệu hình ảnh giếng khoan đo bằng sóng âm (a), đo bằng điện trở (b) và mặt cắt ngang giếng khoan sau khi minh giải (c) [10].5: Số liệu kiểm tra đường kính giếng khoan với hai cặp càng 1-3 & 2-4 (a), kết quả minh giải góc phương vị của đới sập lở (b) và so sánh giữa các trường hợp thân giếng bị mở rộng (c) [10].6: Hướng của ứng suất ngang lớn nhất theo tài liệu World Stress Map [9].7: Biểu đồ Stress Polygon sử dụng để ước lượng ứng suất ngang tại chỗ lớn nhất SH khi trên thành giếng khoan đồng thời xuất hiện các đới phá hủy nén ép sập lở và tách giãn [9].8: Kết quả thí nghiệm nén 3 chiều một giai đoạn từ 3 mẫu thử được thể hiện trên biểu đồ Mohr-Circle và đường bao phá hủy tuyến tính [11].9: Hệ quy chiếu cho giếng khoan thẳng đứng [12].10: Đường đi của các ứng suất tại chỗ xung quanh mặt cắt ngang giếng khoan được Kirsch minh họa (Kirsch 1898) [12].11: Chuyển đổi hệ quy chiếu cho giếng khoan nghiêng [13].12: Các thành phần ứng suất trong thí nghiệm nén ba chiều (a), kết quả thí nghiệm nén ba chiều từ nhiều mẫu thử giống hệt nhau được biểu diễn trên đồ thị vòng tròn Mohr (b) và đường bao phá hủy tuyến tính Mohr-Coulomb (c) [9].13: Khái niệm độ rộng sập lở - Breakout width [14].14: Giới hạn độ rộng sập lở - Breakout width được đề xuất bởi Zoback [14, 15].15: Cửa sổ dung dịch khoan và chiều sâu đặt chân đế ống chống.92 Nguyễn Văn Cường – MSHV: 1770503 xv Luận văn Thạc sĩ Hình 2.16: Chênh áp tối thiểu theo góc nghiêng và góc phương vị giếng khi khoan qua địa tầng cát kết trong khu vực có chế độ áp suất đứt gãy thường, tính theo tiêu chuẩn phá hủy tuyến tính Mohr-Coulomb [15].1: Bản đồ vị trí phân bố của Lô 12/11.2: Cột địa tầng Lô 12/11.3: Biểu đồ cột địa tầng – áp suất tổng hợp của Main_Hole và thân TN-X_ST1.4: Quỹ đạo giếng khoan cho thân TN-X_ST1.5: Biểu đồ cột địa tầng – áp suất tổng hợp của thân TN-X_ST2.6: Quỹ đạo giếng khoan cho thân TN-X_ST2.7: Số liệu địa vật lý theo chiều sâu thân giếng TN-1X.8: Số liệu địa vật lý theo chiều sâu thân giếng TN-2X.