MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Bồn trũng Nam Côn Sơn là bồn trầm tích lớn ở thềm lục địa phía nam Việt Nam. Đây là khu vực đang diễn ra các hoạt động thăm dò và khai thác dầu khí mạnh mẽ của nƣớc ta. Nhu cầu về dầu khí cần khai thác ở khu vực này là hết sức cấp bách do phải cung cấp nguồn nguyên liệu cho xuất khẩu, cho nhu cầu nhiên liệu trong nƣớc và cả cho nguồn năng lƣợng nhiệt điện quốc gia.
Qua quá trình thăm dò và khai thác ở một số mỏ tại bồn trũng Nam Côn Sơn: Đại Hùng, Lan Tây – Lan Đỏ, Hải Thạch, Thanh Long, Mộc Tinh…. cho thấy các mỏ dầu khí ở bồn trũng này nằm trong các cấu trúc riêng lẻ và khá phức tạp, chúng bị bao bọc bởi các đứt gãy và có cấu trúc địa chất dạng địa hào, địa luỹ làm cho các hoạt động về dầu khí tại khu vực này rất khó khăn. Mặt khác, số lƣợng các công trình biển còn hạn chế nhƣng phải đảm bảo sản lƣợng khai thác hàng năm nên đòi hỏi phải nhanh chóng đánh giá, ứng dụng công nghệ vào phục vụ công tác khoan phát triển mỏ và khai thác tiềm năng dầu khí tại bồn trũng Nam Côn Sơn một cách hiệu quả, bền vững nhất để có thể cung cấp đủ nguồn nguyên nhiên liệu, nhu cầu xuất khuẩu và giải quyết nguồn lao động cho nền kinh tế. Với những lý do trên, công tác nghiên cứu hoàn thiện công nghệ khoan phát triển mỏ phục vụ nhu cầu khai thác dầu khí ở mỏ RD bồn trũng Nam Côn Sơn trở nên cấp thiết cho quá trình phát triển mỏ RD.
Đây cũng là lý do tác giả hình thành đề tài “Phân tích và đánh giá hiệu quả giếng khoan phát triển mỏ RD trong điều kiện địa chất phức tạp bồn trũng Nam Côn Sơn”. Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Mục đích: Phân tích mức độ phức tạp của các cấu tạo địa chất và đánh giá độ ổn định của thiết kế giếng khoan phát triển mỏ. Đối tƣợng nghiên cứu: Giếng khoan phát triển mỏ RD bồn trũng Nam Côn Sơn. Phạm vi nghiên cứu: Thông số chế độ khoan, đánh giá cấu trúc giếng khoan và tỉ 1 trọng dung dịch khoan cho từng khoảng khoan trong tầng trầm tích Pliocen và Miocen mỏ RD bồn trũng Nam Côn Sơn.
Các luận điểm bảo vệ Phân tích các tài liệu về địa chất – địa tầng, tài liệu khoan các giếng tại khu mỏ RD bồn trũng Nam Côn Sơn. Từ đó, đánh giá mức độ phức tạp trong quá trình thi công giếng khoan phát triển mỏ. Tính toán các thông số chế độ công nghệ khoan, lựa chọn cấu trúc giếng khoan. Dựa trên mô hình cơ học đá đánh giá chiều sâu chống ống và tỉ trọng dung dịch khoan cho các khoảng khoan của giếng khoan phát triển mỏ RD bồn trũng Nam Côn Sơn.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Nghiên cứu lý thuyết cơ bản về giếng khoan kết hợp với mô hình cơ học đá và các tài liệu địa chất mỏ giúp kiểm chứng và đánh giá hiệu quả khoan phát triển mỏ dầu khí trong tầng Pliocen, Miocen bồn trũng Nam Côn Sơn; góp phần định hƣớng công tác đánh giá giếng khoan phát triển mỏ dựa trên mô hình cơ học đá trong những cấu trúc riêng lẻ có cấu tạo và điều kiện địa chất phức tạp. Đánh giá hiệu quả của giếng khoan trong khu mỏ RD bồn trũng Nam Côn Sơn. Đề xuất các giải pháp về chiều sâu chống ống và tỉ trọng dung dịch khoan nhằm giảm thiểu rủi ro và hạn chế sự cố trong quá trình thi công các giếng khoan phát triển mỏ trong điều kiện phức tạp đặc trƣng tại khu mỏ RD bồn trũng Nam Côn Sơn, góp phần hoàn thiện công nghệ và tính toán khoan cho các mỏ có đặc tính tƣơng tự. Tài liệu cơ sở Luận văn đƣợc xây dựng trên cơ sở: − Các giáo trình chuyên ngành địa chất, dầu khí và cơ lý đá [6, 7, 8, 9].
− Các tài liệu địa chất, địa vật lý và báo cáo thi công [1, 2, 3]. − Các số liệu khoan [1]. − Các bài báo, tạp chí dầu khí SPE (Society of Petroleum Engineers) [4, 5]. − Các luận văn tốt nghiệp [10, 11].
2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG TÁC KHOAN BỒN TRŨNG NAM CÔN SƠN 1.1 Tổng quan chung bồn trũng Nam Côn Sơn 1.1 Những thông tin chung về mỏ RD Mỏ RD thuộc bồn trũng Nam Côn Sơn là mỏ khai thác khí và condesate nằm cách thành phố Vũng Tàu 320 km về hƣớng Đông Nam. Mỏ nằm ở phía nam lô 11-2 thuộc bồn trũng Nam Côn Sơn. Sau khi tiến hành khảo sát địa chấn 2D, 3D và khoan thăm dò cho kết quả tìm thấy khí tự nhiên và condensate. Năm 2003, kế hoạch phát triển mỏ đƣợc chấp thuận và đến tháng 10 năm 2006 kế hoạch khai thác đƣợc tiến hành.1: Sơ đồ vị trí khu mỏ RD [1] 1.2 Tiềm năng dầu khí bồn trũng Nam Côn Sơn Cho đến nay tất cả các tập đá chứa dầu (play) ở bể Nam Côn Sơn đã có phát hiện dầu khí: play móng (mỏ Đại Hùng, cấu tạo Bồ Câu), play cát kết Oligocen (cấu tạo Dừa, 12C, Thanh Long.), play cát kết Miocen (mỏ Đại Hùng, Rồng Đôi – Rồng Đôi 3 Tây, Hải Thạch, Thanh Long.) trong đó đã đƣa vào khai thác các mỏ Đại Hùng, Lan Tây – Lan Đỏ và đang phát triển các mỏ Rồng Đôi – Rồng Đôi Tây, Hải Thạch để đƣa vào khai thác trong thời gian tới.
Ngoài ra còn một số phát hiện đang đƣợc thẩm lƣợng. − Mỏ Đại Hùng: đƣợc Xí nghiệp Liên doanh Vietsovpetro phát hiện trong cát kết Miocen năm 1988. − Mỏ khí Lan Tây – Lan Đỏ: đƣợc ONGC phát hiện vào năm 1992 và mỏ khí Lan Tây vào năm 1993 bởi tổ hợp các công ty dầu khí BP, ONGC và Statoil. Mỏ khí Lan Tây đƣợc đƣa vào khai thác từ năm 2002 với sản lƣợng khai thác hiện tại là 2,7 tỷ m3/năm.
− Mỏ Hải Thạch: đƣợc phát hiện vào năm 1995 bởi tổ hợp công ty BP, Statoil. Đối tƣợng chứa sản phẩm chính của mỏ là các đá có tuổi từ Miocen sớm đến Miocen muộn. Năm 2006, Santos thông báo đạt đƣợc thỏa thuận thăm dò dầu khí ngoài khơi Việt Nam. Theo thỏa thuận, Santos giữ 37,5% cổ phần Premier Oil plc (37,5%, điều hành), Delek Energy (25%) theo hình thức Hợp đồng phân chia sản phẩm (PSC) ở lô 12W (đƣợc gọp từ lô 12W và 12E) với diện tích khoảng 3447,5 km² thuộc bể Nam Côn Sơn.
Hai giếng thăm dò đƣợc khoan vào năm 2006, với khí và dầu thô đƣợc phát hiện trong cấu trúc Dừa, và dầu trong giếng Chim Sáo. Kết quả thăm dò cho đến nay cho thấy bồn trũng Nam Côn Sơn có tiềm năng dầu khí đáng kể với tổng trữ lƣợng và tiềm năng khoảng 900 triệu tấn quy dầu trong đó tiềm năng khí chiếm ƣu thế (khoảng 60%). Bồn trũng Nam Côn Sơn đã có hơn 20 phát hiện dầu khí với tổng trữ lƣợng và tiềm năng đã phát hiện khoảng 215 triệu tấn quy dầu (khí chiếm ƣu thế), trong đó đã đƣa 2 mỏ vào khai thác (Đại Hùng, Lan Tây – Lan Đỏ) với trữ lƣợng khoảng 65 triệu tấn quy dầu; trữ lƣợng 2 mỏ đang phát triển (Hải Thạch, Rồng Đôi – Rồng Đôi Tây) khoảng 60 triệu tấn quy dầu. Tiềm năng chƣa phát hiện của bồn trũng Nam Côn Sơn dự báo khoảng 680 triệu tấn quy dầu (chủ yếu là khí).3 Đặc điểm nghiên cứu địa vật lý Hoạt động tìm kiếm thăm dò dầu khí ở đây đƣợc bắt đầu từ thập niên 70 của thế kỷ 20.
Thăm dò địa chấn 2D đƣợc thực hiện vào năm 1992 trƣớc khi khoan những giếng thăm dò. Thăm dò địa chấn 3D đƣợc thực hiện vào năm 1996, xử lý minh giải giữa năm 1997. Mục đích thăm dò địa chấn 3D là làm chính xác vị trí giếng thẩm lƣợng và nâng cấp bản đồ vỉa chứa. Địa chấn 2D: − Số surveys: 50 − Tổng số tuyến: 2783 − Tổng số km: 113164 − Mật độ khảo sát trung bình: 1,5km tuyến/km2 bể.
Địa chấn 3D: − Số surveys: 12 − Tổng số km2: 5400 − Mật độ khảo sát trung bình: 0,075km2 3D/km2 bể. Phát hiện một số vấn đề trong số liệu địa chấn 3D. Dữ liệu đã đƣợc xử lý lại, xem xét bổ sung chính xác cho kế hoạch phát triển mỏ. Điều này chỉ ra rằng sự phản ánh chất lƣợng kém về độ sâu nhƣ vỉa chứa mỏ RD sâu hơn không thể khớp trực tiếp với dữ liệu địa chấn.
Tuy nhiên một số trƣờng hợp địa chấn tốt đƣợc thực hiện trong những mặt cắt nông hơn và chúng có thể sử dụng ép buộc tin cậy trên bản đồ với những tầng sâu hơn. Nghiên cứu chi tiết địa vật lý và sử dụng mẫu lõi và dữ liệu đo log đƣợc thực hiện. Các tiêu chí sau đây đã đƣợc áp dụng để xác định thể tích tầng chứa thực: − Độ rỗng ≥ 10% − Độ bão hoà nƣớc ≤ 60% − Thể tích đá phiến sét ≥ 50% Bảng dƣới đây cho thấy đặc tính tầng chứa đƣợc thống kê qua 13 tầng khai thác trong 2 mỏ.1: Đặc tính tầng chứa Đặc tính tầng chứa Cao Thấp Tỷ lệ Net/Gross 1,00 1,105 Độ rỗng trung bình 21,3% 12,5% Độ bão hoà nƣớc trung bình 54,5% 30,8% Độ thấm 250 mD 1,3 mD Áp suất tầng chứa 5426 psia 3780 psia 1.2 Tổng quan công nghệ khoan bồn trũng Nam Côn Sơn Mỏ RD là mỏ thứ 2 khai thác khí tự nhiên và condensate ở Việt Nam sau mỏ Lan Tây cũng thuộc bồn trũng Nam Côn Sơn. Mỏ RD ban đầu đƣợc khoan và khai thác với 5 giếng: RT-1P, RT-2P, RT-3P, RT-4P, RT-5P.
Các giếng khai thác tại mỏ RD gồm hai loại: − Giếng khoan xiên định hƣớng; − Giếng khoan ngang. Hoạt động khoan và sửa chữa đƣợc thực hiện bằng giàn khoan tự nâng Jack Up. Giàn khoan đƣợc sử dụng đáp ứng mọi thời tiết do đó cho phép khoan liên tục kể cả khi thời tiết xấu (tháng 11 đến tháng 2). Các giếng khai thác khí và condensate tại mỏ RD đều đƣợc hoàn thiện ở dạng hỗn hợp các vỉa – commingle completion.
Để đảm bảo nhu cầu khí đốt đúng tiến độ thời gian và tiết liệm chi phí khoan nên các giếng đƣợc khoan theo loạt (batch drilling) với tốc độ hoàn thành trung bình 20 ngày cho một giếng bao gồm cả công tác khoan và hoàn thiện. Một số kết quả đạt đƣợc trong công tác khoan và hoàn thiện giếng đƣợc tổng kết nhƣ sau: − Kế hoạch khoan theo loạt (batch drilling) là phƣơng pháp khoan mới đƣợc áp dụng trong khu vực biển Đông.
