CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Bắn nổ trong giếng khoan dầu khí 1.1 Khái niệm và các phương pháp bắn nổ trong giếng khoan dầu khí Theo sách chuyên khảo giếng khoan dầu khí có cấu tạo nhiều lớp [4]: -Phía trong gồm các ống thép đặc biệt có chiều dày thành ống khoảng 10mm được nối với nhau bằng các khớp nối được gọi là ống chống (Hình 1. -Thông thường ở đáy giếng khoan có một lớp ống chống. Càng lên cao thì số lớp ống chống càng tăng lên. Ở lớp trên cùng có thể sử dụng đến 3 lớp ống chống.
Đường kính của ống chống trong cùng khoảng 112 mm. Bên ngoài các lớp ống chống là lớp xi măng và sau đó là vỉa đất đá (Hình 1. Hầu hết các giếng khoan nằm theo phương thẳng đứng, tuỳ trường hợp đặc biệt có thể khoan nghiêng và cũng có đoạn khoan nằm ngang. Chiều sâu của giếng khoan có thể đến hàng nghìn mét.
Thông thường ở các giàn giếng khoan ở ngoài khơi nước ta là 4000-5000 m 1- Thiết bị bắn 2— Ống chống 3-— Lớp xi măng — 4 - Đất đá Hình 1.01: Sơ đồ mặt cắt giếng khoan Bắn nổ trong giếng khoan dầu khí nhằm mục đích: - _ Đục lỗ trên thành giếng để mở vỉa khai thác dầu khí. - _ Cứu các sự cố như kẹt cần khoan, cần khai thác, ống chống. - Ban lay mau. Việc bắn nổ được áp dụng vào tất cả các khâu của quá trình khai thác dầu khí: khi bắt đầu, trong quá trình khai thác và cả khi kết thúc và lấp giếng khoan.
- Khi bắt đầu và trong quá trình khoan: Khi bất đầu cũng như trong quá trình khoan người ta bắn, nổ với các mục đích: đẩy nhanh tiến độ, vượt qua các tầng khó khoan, lấy mẫu kiểm tra, phòng ngừa và loại trừ các sự cố trong quá trình khoan giếng. Trong trường hợp lấy mẫu chỉ thực hiện một số lượng nhỏ phát bắn, nổ. Hiệu quả công việc lấy mẫu có ý nghĩa quan trọng quyết định đến việc đánh giá trữ lượng của dầu khí, năng suất khai thác hiện tại và tổng sản lượng có thể khai thác được từ vỉa. - Khi đã khoan đến vỉa dâu khí: Khi đã khoan đến vỉa dầu khí lúc này kết thúc công đoạn khoan và bắt đầu công đoạn xây dựng giếng và mở vỉa: - Xây giếng là khoan vào vỉa sản phẩm, kiến tạo thành giếng, gia cố ống chống, xi măng hoá đường ống và không gian quanh ống chống.
- Mở vỉa là tạo lỗ trên thành ống giếng bằng thép và xuyên phá lớp xi măng cùng đất đá có chứa dầu bên ngoài (vỉa dầu khí) thành các đường kênh dẫn dầu, khí vào giếng khoan. Trên thực tế 95% trường hợp mở vỉa được thực hiện bằng phương pháp bắn nổ. Con lai 5% trường hợp được xử lý bằng dòng chất lỏng. Công đoạn này rất quan trọng quyết định đến hiệu quả khai thác dầu của giếng trong thời gian tiếp theo.
- Trong quá trình khai thác: Trong quá trình khai thác dầu khí do nhiều nguyên nhân hiệu suất dòng dầu chảy từ vỉa vào giếng thường xuyên giảm dần nên người ta phải tiến hành mở vỉa lại bằng cách bắn, nổ. - Khi kết thúc khai thác một giếng khoan: Khi giếng khoan không còn ý nghĩa trong khai thác (vỉa đã hết dầu kh?) người ta huỷ giếng bằng phương pháp nổ cắt phần ống giếng không xi măng hoá để lấy lên và tái sử dụng lại. Tóm lại: Bắn nổ trong khai thác dầu khí được ứng dụng khá đa dạng do đó chủng loại súng và đạn cũng rất đa dạng phù hợp với mục đích ứng dụng của nó. Các phương pháp bắn nổ (rong giếng khoan: * Bắn đục lỗ Ban duc 16 1a phương pháp sử dụng các loại thiết bị đạn chuyên dụng bắn đục lỗ các lớp ống chống, lớp xi măng sau ống chống vào vỉa đất đá nhằm mở vỉa dầu khí [3,4,9].
Phương pháp bắn đục lỗ có thể chia làm 2 dạng: bắn đục lỗ thả bằng cáp và bắn đục lỗ thả bằng cần khai thác. a) Ban đục lỗ thả bằng cáp [16, 19] Các thiết bị đục lỗ được thả xuống giếng khoan bằng cáp địa vật lý, gây nổ bằng xung điện và thả bắn từng súng (hoặc lend) một. Bắn đục lỗ thả bằng cáp có 2 loại chính: loại bắn bằng súng (vật liệu nổ nằm trong ống kín) và loại bằng len (vật liệu nổ lắp trên lend) - Loại bắn bằng súng. Các loại súng được chế tạo bằng loại thép chịu được áp suất từ 800-1400 atm, có loại súng được khoét lỗ sẵn như loại PK-85-105, có loại khoét một phần như loại Baracuda 338”, 5”, loại không khoét lỗ như PKO-73-89.
Các loại súng phải đảm bảo chất lượng tốt, không được móp méo, han rỉ, hệ thống ren đầu đuôi tốt. Các loại vật liệu nổ (đạn, kíp, dây nổ) thường là loại vật liệu nổ không chịu được nước và áp suất như các loại đạn PK - PKO Baracuda, các loại dây nổ như DST, các loại kíp Baracuda, kíp TED, PBPD. Nhiệt độ chịu tối đa của các loại vật liệu nổ từ 100 — 2009. Các đuôi của súng phải có gioăng chống nước, chịu nhiệt, đuôi súng phải có lỗ thoát hơi.
Các lỗ lắp đạn trên ống lend phải tiện chính xác để khi lắp đạn không bị chặt hoặc lỏng, lend lắp đạn không được han rỉ, móp méo. Loại bắn bằng súng mật độ bắn là từ 10+20 v/m, riêng loại đạn mật độ cao từ 30 -40 v/m một lần thả bắn không quá 10 m, tốc độ kéo thả nhanh (4000-6000 m/h) - Loại bắn bằng lend Lend lắp đạn có thể làm bằng thép hoặc bằng nhôm. Trên lend có các lỗ lắp đạn, các viên đạn được giữ bằng các vấu giữ đạn hoặc bằng các chốt hãm. Loại lend bằng thép sau khi bắn xong lend chỉ biến dạng và được kéo lên khỏi giếng khoan, còn loại bằng nhôm khi bắn xong sẽ bị vỡ vụn rơi xuống đáy giếng.
Các loại vật liệu nổ lắp trên lend phải chịu được nước và áp suất (từ 500- 1400 atm). Vỏ đạn được chế tạo bằng thuỷ tỉnh như các loại PKC-80-100 1° hoặc vỏ đạn làm bằng hợp kim nhôm như Piranha, Sohgun, Swinjet, PR-54, PL-70 .Các loại dây nổ có phủ một lớp nhựa chịu nước như Primacocd, DSB, DSU-33. Các loại kíp đầu có vỏ chịu nước và áp suất như kíp Piranha, PGBU-4 , PG-170. Chiều dài tối đa cho một lần thả bắn bằng 2/3 chiều cao của tháp khoan.
Mật độ lấp đạn từ 6 đến 15 v/m. b) Bắn đục lỗ thả bằng cần khai thác (TCP) Các thiết bị được thả xuống giếng khoan bằng cần khai thác, kíp mìn được gây nổ bằng va đập (xà beng) hoặc bằng áp suất, bắn một lần cả một tập hợp vỉa, trong giếng dung dịch được thay bằng đầu thô, bắn xong khai thác ngay [15]. Khi bắn xong phải cắt bỏ toàn bộ thiết bị xuống đáy giếng, do vậy giếng khoan cần phải khoan thêm một khoảng chiêu dài đủ để bộ thiết bị mìn nằm ở đó. Các loại vật liệu nổ được lắp vào trong súng.
Các súng được nối với nhau bằng các đầu nối trung gian có lắp các bộ nối dây nổ. Các loại vật liệu nổ của TCP phải chịu được nhiệt độ tối đa của giếng khoan trong thời gian 100 giờ. Bộ thiết bị mìn TCP phía trên cùng thường lắp các bộ phận như ống an toàn, đầu lắp kíp, bộ hạn chế, bộ thải mùn, bộ chống xóc, van khai thác. và một số thiết bị khác của bộ phận khai thác như cần bù nhiệt, packer.
Phía dưới cùng của bộ thiết bị mìn TCP có thể bịt kín hoặc lắp bộ kíp áp suất. Tốc độ thả bộ thiết bị TCP là 1500 m/h. * Nổ mìn trong giếng khoan Là phương pháp sử dụng một khối chất nổ hoặc các thiết bị mìn chuyên dụng thả xuống giếng khoan nhằm mục đích bắn cứu các sự cố như kẹt cần khoan, ống chống (bắn rung, bắn tháo trái, bắn cất cần, bắn phá choòng khoan), bắn packer đổ cầu xi măng, bắn ép hơi gây nứt nẻ sâu, bắn làm sạch vỉa. Các loại thiết bị thường dùng: 10 - Bắn rung hoặc tháo trái: sử dụng các loại dây nổ, kíp nổ chịu nước, chịu áp suất như Primacord, DSU-33 - Bấn cất sử dụng các loại mìn phá như TST-35-43-56, loại mìn cất định hướng ngang như TPK-55-68-110-135, loại cất dọc như Splipsoht, loại bắn cất cần nâng như Drill collar severing tool đường kính 43 hoặc 51 mm, loại bắn phá choòng khoan như TKO, loại bắn packer đổ cầu xi măng ngăn cách như VPS, VP-3.
Để gây nứt nẻ sâu, làm sạch vỉa, tăng lưu lượng khai thác có thể kết hợp bắn mìn đục lỗ với bắn mìn gây áp suất lớn, nhiệt độ cao trong cùng một lần bắn thường dùng tổ hợp MKAB. Như vậy, các loại vật liệu nổ dùng trong khai thác dầu khí rất đa dạng, nhiều chủng loại, gồm các nhóm lớn sau: - —_ Các loại súng - — Đạn đục lỗ các loại - — Dây nổ các loại - — Kíp nổ các loại - Đạn cắt kẹt và đạn gây áp suất các loại 1. Cấu tạo và các đặc điểm của các thiết bị bắn nổ mìn Do các thiết bị bắn nổ mìn trong giếng khoan có các đặc điểm đặc thù là: - Đường kính giếng nhỏ, độ sâu lớn -_ Nhiệt độ, áp suất cao - Kiểm tra công đoạn lên xuống của thiết bị để định vị và bắn rất phức tạp. Từ đó các yêu cầu cơ bản của tất cả các thiết bị nổ mìn đều có yêu cầu chung là: -_ Có khả năng chịu được nhiệt độ và áp suất cao - Chịu được tác động của môi trường - Độ tin cậy cao: nổ tốt và đảm bảo chiều sâu xuyên của đạn, khi nổ không phá huỷ thành giếng, giữ nguyên các kết cấu của giếng khoan sau khi nổ -_ An toàn tuyệt đối trong bảo quản, vận chuyển và sử dụng - D6 chinh xác định vị cao với khoảng sâu của giếng - Thao tác thuận lợi: dễ di chuyển trong giếng khoan với khe hở hẹp (khoảng 5 mm) và điều kiện dung dịch nhồi có tỉ trọng cao, nhớt.
11 Đối với từng thiết bị đều có yêu cầu cụ thể. Sau đây, xin nêu kết quả khảo sát cấu tạo và đặc điểm của các thiết bị nổ mìn hiện đang sử dụng tại Việt Nam.1 Súng Súng là thiết bị đưa đạn xuống giếng để bắn, do đó khoang chứa đạn phải kín và chịu được áp lực. Theo cấu tạo của khoang chứa đạn có thể chia thành hai loại súng: Có thân và không thân. +Loại có thân: Toàn bộ đạn lõm và các phương tiện kích, mồi.
nằm trong một khoang là thân kín áp có thể kéo lên khỏi giếng sau phát bắn ( hình 1.
