KHOAN ĐỊNH HƯỚNG Bài giảng soạn Bộ môn Khoan – Khai thác Dầu khí Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Đại học Bách Khoa TP HCM Tel: (08) 8647256 ext 5767 GEOPET NỘI DUNG Các ứng dụng khoan định hướng Các dạng quỹ đạo giếng khoan định hướng Kỹ thuật định hướng GEOPET Khoan định hướng  CÁC ỨNG DỤNG CỦA KHOAN ĐỊNH HƯỚNG GEOPET Khoan định hướng  GIỚI THIỆU  Khoan định hướng trở thành công nghệ quan trọng khai thác dầu khí  Yếu tố quan trọng khoan định hướng cho phép khai thác phát triển mỏ khu vực trước khai thác không khai thác có hiệu Khoan định hướng kết hợp khoa học xác “nghệ thuật” việc chỉnh hướng giếng khoan theo quỹ đạo thiết lập trước nhằm đạt mục tiêu đề GEOPET Khoan định hướng  LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN  Ở giai đoạn ban đầu ngành công nghiệp dầu khí, hầu hết giếng khoan giếng thẳng đứng  1929, số phương pháp đo góc nghiêng giếng khoan giới thiệu trình khoan phát triển mỏ Seminole, Oklahoma, USA  1930, giếng khoan định hướng có kiểm soát thực Huntington Beach, California, USA, từ giàn khoan đất liền tới tầng chứa đáy biển  1934, giếng khoan định hướng dùng để hủy giếng phun Conroe, Texas, USA  Từ đến nay, nhiều kỹ thuật công nghệ đời giúp kiểm soát quỹ đạo giếng khoan định hướng GEOPET Khoan định hướng  5.1 Introduction CÁC ỨNG DỤNG CỦA KHOAN ĐỊNH HƯỚNG Giếng khoan định hướng có nhiều ứng dụng Về bản, ứng dụng bao gồm:  Khoan vùng tiếp cận giếng thẳng đứng, ví dụ: khu dân cư, khu bảo tồn,… GEOPET  Sửa chữa hủy giếng khác,  Khoan cắt xiên,  Khoan phát triển mỏ,  Khoan ngang Khoan định hướng  5.2 Directional Drilling Applications CÁC ỨNG DỤNG CỦA KHOAN ĐỊNH HƯỚNG GEOPET Khu vực khoan tiếp cận Khoan cắt xiên Khoan vòm muối Khoan qua đứt gãy Khoan định hướng  CÁC ỨNG DỤNG CỦA KHOAN ĐỊNH HƯỚNG Khoan đa nhánh Khoan từ giàn đất liền Khoan phát triển mỏ khơi GEOPET Khoan định hướng Khoan qua nhiều tầng sản phẩm  CÁC ỨNG DỤNG CỦA KHOAN ĐỊNH HƯỚNG Đới áp suất cao Khoan giải vây GEOPET Khoan định hướng Khoan ngang  CÁC DẠNG QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG GEOPET Khoan định hướng  10 CÁC DỤNG CỤ ĐỊNH HƯỚNG Nhược điểm choòng thủy lực  Do khoan thành hệ mềm nên kỹ thuật phun tia sử dụng để cắt xiên chiều sâu nhỏ  Thường xảy độ gập lớn: việc thay đổi góc nghiêng thường đột ngột, thực tế thường sử dụng choòng thủy lực nhỏ, sau doa tiếp đạt đường kính yêu cầu nhằm giảm độ gập GEOPET Khoan định hướng  26 CÁC DỤNG CỤ ĐỊNH HƯỚNG Đầu nối cong động đáy  Nguyên lý làm việc tựa tác động máng đổi hướng: đẩy choòng khoan hướng lệch mong muốn Đầu nối cong làm lệch tâm tải trọng (tạo cột cần nặng) lên choòng khoan, gây nên mômen uốn điểm tựa (tức đầu nối cong) lên đáy giếng GEOPET Khoan định hướng  27 CÁC DỤNG CỤ ĐỊNH HƯỚNG  Phản lực đất đá có khuynh hướng đẩy choòng khoan vào phía trục giếng khoan Lực bên thành phụ thuộc vào:  Tải trọng lên choòng  Khoảng cách choòng khoan đầu nối cong  Phản lực đất đá  Đường kính giếng  Độ cứng vững khoan cụ điểm làm Đầu nối cong lệch hướng GEOPET Khoan định hướng  28 ĐỘNG CƠ ĐÁY Động đáy có loại chủ yếu:  Động turbin  Động thể tích (PDM) Động turbin GEOPET Khoan định hướng Động thể tích  29 ĐỘNG CƠ ĐÁY Động turbin  Ưu điểm • Có thể vận hành nhiệt độ cao động thể tích • Quỹ đạo cong đều, liên tục, tạo đường kính cần thiết điều kiện tốt • Dễ điều khiển độ gập so với dụng cụ lệch hướng khác • Sử dụng nhiều thành hệ • Do cột cần khoan không quay nên sử dụng dụng cụ lái chỉnh xiên (steering tool) để đo đạc định hướng khoan  Nhược điểm • Mômen đảo chiều (reactive) làm thay đổi hướng dụng cụ bắt đầu khoan • Động đắt tiền, đòi hỏi bảo dưỡng thường xuyên GEOPET Khoan định hướng  30 ĐỘNG CƠ ĐÁY F1 - lực tác dụng lên cánh hướng dòng roto F2 - Lực tác dụng lên rãnh dẫn hướng stato Cấu tạo động turbin GEOPET Khoan định hướng  31 ĐỘNG CƠ ĐÁY Động thể tích (PDM)  Động gọi loại thể tích rôto thép cách ly thể tích làm việc xy lanh cố định stato cao su Chất lỏng dịch chuyển xuống nhờ áp lực đẩy bơm tác động mômen lên rôto  Dễ dàng điều chỉnh áp suất (không đổi) bơm để đạt tải trọng lên choòng mômen xoắn không đổi  Tuổi thọ choòng cao vận tốc quay nhỏ GEOPET Khoan định hướng  32 ĐỘNG CƠ ĐÁY Rôto động đáy cấu tạo nhiều rãnh xoắn:  1-2 rãnh xoắn: tốc độ quay cao, mômen xoắn nhỏ,  Nhiều rãnh xoắn: tốc độ quay nhỏ, mômen xoắn cao GEOPET Khoan định hướng  33 BỘ ĐỊNH TÂM Định tâm cánh đúc Định tâm cánh hàn GEOPET Khoan định hướng  34 BỘ KHOAN CỤ TRONG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG Định tâm Động đáy Đầu nối cong Định tâm GEOPET Khoan định hướng  35 BỘ KHOAN CỤ TRONG KHOAN ĐỊNH HƯỚNG Bộ khoan cụ tăng góc GEOPET Khoan định hướng Bộ khoan cụ giảm góc  Bộ khoan cụ ổn định góc 36 GIÁM SÁT QUỸ ĐẠO GIẾNG   GEOPET Các phương pháp tính toán giám sát quỹ đạo  Phương pháp tiếp tuyến  Phương pháp tiếp tuyến cân  Phương pháp góc trung bình  Phương pháp bán kính cong  Phương pháp độ cong cực tiểu Các phương pháp giám sát quỹ đạo  Mục đích  Phương pháp giám sát Khoan định hướng  37 MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT QUỸ ĐẠO GIẾNG  Giám sát quỹ đạo để đạt mục tiêu đặt  Xác định vị trí khuỷu cong (dog legs) để có biện pháp đề phòng khắc phục cố trình thi công giếng hay vận hành sau Các khuỷu cong thường gây ma sát lớn, dễ gãy cần khoan, kẹt cần, cản trở việc hạ cột ống chống…  Xác định độ gập tối đa cho phép mà khoan cụ hoạt động tốt, không gây cố GEOPET Khoan định hướng  38 PHƯƠNG PHÁP GIÁM SÁT QUỸ ĐẠO GIẾNG Nguyên tắc chung sử dụng dụng cụ để đo góc nghiêng, góc phương vị chiều dài khoan điểm cách (thường lấy 100ft) quỹ đạo giếng Các số liệu thực tế cho phép dựng lại quỹ đạo thực giếng so sánh với quỹ đạo thiết kế từ có biện pháp hiệu chỉnh quỹ đạo thích hợp để đạt mục tiêu dự kiến GEOPET Khoan định hướng  39 KẾT THÚC [...]... GEOPET Loại giếng ngang Bán kính cong R, ft Góc nghiêng 0 /10 0 ft Chiều dài đoạn giếng ngang, ft 1 Bán kính cong lớn 10 00 - 3000 2-6 > 6000 2 Bán kính cong vừa 300 - 800 6 - 20 10 00 - 6000 3 Bán kính cong nhỏ 20 - 40 20 - 50 200 - 10 00 4 Bán kính cong cực nhỏ 10 - 20 45 - 60 10 0 - 200 Khoan định hướng  16 3 KỸ THUẬT ĐỊNH HƯỚNG GEOPET Khoan định hướng  17 KỸ THUẬT ĐỊNH HƯỚNG  Các nguyên lý tác dụng lực... nghiêng R2;  GEOPET Khoan định hướng góc nghiêng 1;  12 DẠNG QUỸ ĐẠO HÌNH CHỮ S - 3 ĐOẠN Các giá trị ban đầu để tính quỹ đạo gồm:  chiều sâu thiết kế thẳng đứng giếng khoan H0;  khoảng lệch đáy theo phương nằm ngang A;  chiều sâu bắt đầu cắt xiên (tạo góc nghiêng) Hv; GEOPET Khoan định hướng  bán kính cong của đoạn cắt xiên R1;  góc nghiêng 1;  13 DẠNG QUỸ ĐẠO TIẾP TUYẾN Các giá trị ban đầu để... kính cong của đoạn cắt xiên R  14 DẠNG QUỸ ĐẠO HÌNH CHỮ J Các giá trị ban đầu để tính toán quỹ đạo gồm:  chiều sâu thiết kế thẳng đứng giếng khoan H0;  khoảng lệch đáy theo phương nằm ngang A;  chiều sâu bắt đầu cắt xiên (tạo góc nghiêng) Hv ; GEOPET Khoan định hướng  bán kính cong của đoạn cắt xiên R1;  bán kính cong của đoạn cắt xiên lằn hai R2  góc nghiêng 1  15 CÁC DẠNG QUỸ ĐẠO GIẾNG NGANG... Hv;  bán kính cong của đoạn cắt xiên R1;  bán kính cong của đoạn giảm góc nghiêng R2 GEOPET Khoan định hướng  11 DẠNG QUỸ ĐẠO HÌNH CHỮ S - 4 ĐOẠN Các giá trị ban đầu để tính quỹ đạo gồm:  chiều sâu thiết kế thẳng đứng giếng khoan H0;  khoảng lệch đáy theo phương nằm ngang A;  chiều sâu bắt đầu cắt xiên (tạo góc nghiêng) Hv;  bán kính cong của đoạn cắt xiên R1;  bán kính cong của đoạn giảm góc... hướng  BHA trong khoan định hướng Khoan định hướng  18 CÁC NGUYÊN LÝ TÁC DỤNG LỰC Lực dương (lực tăng góc) GEOPET Khoan định hướng Lực âm (lực con lắc)  19 CÁC NGUYÊN LÝ TÁC DỤNG LỰC Nguyên lý điểm tựa Nguyên lý điểm tựa được sử dụng để tăng góc nghiêng với cấu trúc bộ khoan cụ gồm: GEOPET  Choòng khoan,  Thiết bị ổn định đặt gần choòng,  40 - 12 0’ cần nặng,  Bộ cần khoan thường Khoan định hướng... hướng của dụng cụ khi bắt đầu khoan • Động cơ đắt tiền, đòi hỏi bảo dưỡng thường xuyên GEOPET Khoan định hướng  30 ĐỘNG CƠ ĐÁY F1 - lực tác dụng lên cánh hướng dòng của roto F2 - Lực tác dụng lên rãnh dẫn hướng của stato Cấu tạo động cơ turbin GEOPET Khoan định hướng  31 ĐỘNG CƠ ĐÁY Động cơ thể tích (PDM)  Động cơ gọi là loại thể tích vì rôto bằng thép cách ly các thể tích làm việc của xy lanh cố... khoan giếng thẳng đứng và đoạn giảm góc Chiều dài đoạn cần nặng từ choòng đến định tâm đầu tiên ở bộ cần khoan là không quá bé để uốn cong quá nhiều về phía thành dưới của giếng GEOPET Khoan định hướng  21 CÁC NGUYÊN LÝ TÁC DỤNG LỰC Nguyên lý ổn định Nguyên lý ổn định được sử dụng để ổn định góc nghiêng và hướng Nếu có ba thiết bị định tâm được lắp cách nhau bởi những đoạn cần nặng ngắn, cứng cáp sẽ chỉnh... tải trọng lên choòng và mômen xoắn không đổi  Tuổi thọ của choòng cao hơn vì vận tốc quay nhỏ hơn GEOPET Khoan định hướng  32 ĐỘNG CƠ ĐÁY Rôto của động cơ đáy có thể cấu tạo ít hoặc nhiều rãnh xoắn:  1- 2 rãnh xoắn: tốc độ quay cao, mômen xoắn nhỏ,  Nhiều rãnh xoắn: tốc độ quay nhỏ, mômen xoắn cao GEOPET Khoan định hướng  33 BỘ ĐỊNH TÂM Định tâm cánh đúc Định tâm cánh hàn GEOPET Khoan định hướng  ... cong lớn 10 00 - 3000 2-6 > 6000 Bán kính cong vừa 300 - 800 - 20 10 00 - 6000 Bán kính cong nhỏ 20 - 40 20 - 50 200 - 10 00 Bán kính cong cực nhỏ 10 - 20 45 - 60 10 0 - 200 Khoan định hướng  16 KỸ... cong đoạn cắt xiên R1;  bán kính cong đoạn cắt xiên lằn hai R2  góc nghiêng 1  15 CÁC DẠNG QUỸ ĐẠO GIẾNG NGANG TT GEOPET Loại giếng ngang Bán kính cong R, ft Góc nghiêng 0 /10 0 ft Chiều dài đoạn... cắt xiên (tạo góc nghiêng) Hv; GEOPET Khoan định hướng  bán kính cong đoạn cắt xiên R1;  góc nghiêng 1;  13 DẠNG QUỸ ĐẠO TIẾP TUYẾN Các giá trị ban đầu để tính quỹ đạo gồm: GEOPET Khoan định