Giáo trình Cơ sở khoan (Nghề: Khoan khai thác dầu khí - Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí (năm 2020)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:112

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Cơ sở khoan cung cấp cho người đọc những kiến thức như: Khái niệm về khoan dầu khí; Quy trình cơ bản thi công giếng khoan; Giàn khoan và các hệ thống chính trên giàn; Khoan định hướng. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Cơ sở khoan (Nghề: Khoan khai thác dầu khí - Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí (năm 2020)

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  GIÁO TRÌNH MÔN HỌC : CƠ SỞ KHOAN NGHỀ : KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ TRÌNH ĐỘ : CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: 193/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020 của Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2020 (Lưu hành nội bộ)
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. Trang 1
LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình CƠ SỞ KHOAN được biên soạn theo chương trình đào tạo của bộ Lao động và Thương binh Xã hội. Giáo trình dựa trên sự tham khảo nhiều tài liệu, sách, giáo trình của cùng môn học cũng như các môn liên quan khác dành cho các hệ đào tạo đại học, cao đẳng, đào tạo nghề và trung học chuyên nghiệp trong nước. Các kiến thức trong toàn bộ giáo trình có mối liên hệ lôgic chặt chẽ. Tuy vậy, giáo trình cũng chỉ là một phần trong nội dung của chuyên ngành đào tạo cho nên người dạy, người học cần tham khảo thêm các giáo trình có liên quan đối với ngành học để việc sử dụng giáo trình có hiệu quả hơn. Giáo trình “Cơ sở khoan” là tài liệu bắt buộc đối với học viên nghề Khoan Khai Thác dầu khí và nghề Vận hành thiết bị khai thác dầu khí hệ Cao đẳng nghề và Trung cấp nghề, ngoài ra, có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho giáo viên và học viên các nghề Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí và Vận hành thiết bị chế biến dầu khí của Trường. Khi biên soạn giáo trình, chúng tôi đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới liên quan đến môn học, phù hợp với đối tượng sử dụng và yêu cầu đào tạo của nhà Trường cũng như cố gắng sử dụng thật nhiều hình ảnh minh họa để người học dễ dàng tiếp thu. Nội dung của giáo trình được biên soạn với thời lượng 60 giờ, gồm 4 chương: Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Chương 2: Quy trình cơ bản thi công giếng khoan Chương 3: Giàn khoan và các hệ thống chính trên giàn Chương 4: Khoan định hướng Tài liệu này chỉ lưu hành trong nội bộ nhà Trường. Trong quá trình biên soạn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được người sử dụng và các đồng nghiệp đóng góp nhằm làm cho giáo trình ngày một hoàn thiện hơn. Trân trọng cảm ơn./. Bà rịa - Vũng Tàu, tháng 3 năm 2020 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: Ths. Phạm Thị Nụ 2. Ks. Lý Tòng Bá 3. ThS. Hoàng Trọng Quang Trang 2
MỤC LỤC CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ KHOAN DẦU KHÍ ................................................14 1.1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN .............................................................................. 15 1.1.1. Dầu khí là gì? .............................................................................................................. 15 1.1.2. Đặc điểm dầu khí Việt Nam ...................................................................................... 18 1.2. GIẾNG KHOAN ................................................................................................ 18 1.2.1. Định nghĩa ................................................................................................................... 18 1.2.2. Phân loại ...................................................................................................................... 18 1.2.3. Các thành phần của một giếng khoan ...................................................................... 20 1.2.4. Cấu trúc của giếng khoan .......................................................................................... 21 1.3. PHƯƠNG PHÁP KHOAN ................................................................................. 26 1.3.1. Khái quát về khoan dầu khí....................................................................................... 26 1.3.2. Các phương pháp khoan dầu khí .............................................................................. 27 CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CƠ BẢN THI CÔNG GIẾNG KHOAN ....................30 2.1. LẬP CHƯƠNG TRÌNH KHOAN ...................................................................... 31 2.2. THI CÔNG GIẾNG KHOAN ............................................................................ 33 2.2.1. Chọn vị trí khoan ........................................................................................................ 34 2.2.2. Công tác chuẩn bị khoan trường............................................................................... 34 2.3. CHẾ ĐỘ KHOAN .............................................................................................. 35 2.4. CÔNG NGHỆ KHOAN ..................................................................................... 35 2.4.1. Khoan lớp mặt ............................................................................................................ 36 2.4.2. Khoan đoạn giếng trung gian .................................................................................... 41 2.4.3. Khoan đến mục tiêu ................................................................................................... 42 2.5. CÔNG NGHỆ CHỐNG ỐNG ............................................................................ 42 2.5.1. Mục đích của việc chống ống ................................................................................... 42 2.5.2. Các phương pháp chống ống .................................................................................... 44 2.5.3. Quy trình chống ống .................................................................................................. 44 2.5.4. Thao tác chống ống .................................................................................................... 45 2.6. CÔNG NGHỆ TRÁM XI MĂNG ...................................................................... 47 2.6.1. Mục đích của việc trám xi măng .............................................................................. 47 2.6.2. Các phương pháp bơm trám xi măng ....................................................................... 48 2.6.3. Trám xi măng cột ống chống lửng ........................................................................... 51 2.6.4. Trám xi măng đặc biệt ............................................................................................... 52 Trang 3
CHƯƠNG 3: GIÀN KHOAN VÀ CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN GIÀN KHOAN ........................................................................................................................54 3.1. CÁC LOẠI GIÀN KHOAN ............................................................................... 55 3.1.1. Giàn khoan đất liền .................................................................................................... 55 3.1.2. Giàn khoan biển .......................................................................................................... 56 3.2. CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN GIÀN KHOAN ........................................... 60 3.2.1. Hệ thống nâng hạ ........................................................................................................ 60 3.2.2. Hệ thống quay cần ...................................................................................................... 70 3.2.3. Hệ thống tuần hoàn dung dịch .................................................................................. 74 3.2.4. Hệ thống phát lực ....................................................................................................... 75 3.2.5. Hệ thống chuỗi cần khoan và dụng cụ phá hủy đất đá .......................................... 76 CHƯƠNG 4: KHOAN ĐỊNH HƯỚNG ....................................................................89 4.1. KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ ỨNG DỤNG .................................................. 90 4.1.1. Khái niệm .................................................................................................................... 90 4.1.2. Phân loại ...................................................................................................................... 90 4.1.3. Ứng dụng ..................................................................................................................... 90 4.2. CÁC DẠNG QUỸ ĐẠO GIẾNG KHOAN ....................................................... 92 4.2.1. Quỹ đạo chữ J, chữ J kéo dài .................................................................................... 93 4.2.2. Quỹ đạo chữ S, chữ S cải biên .................................................................................. 97 4.3. THIẾT BỊ KHOAN CHUYÊN DỤNG ............................................................ 100 4.3.1. Các dụng cụ định hướng .......................................................................................... 100 4.3.2. Bộ khoan cụ (BHA) trong khoan định hướng ...................................................... 104 4.3.3. Các động cơ đáy ....................................................................................................... 106 4.4. KỸ THUẬT LÀM LỆCH HƯỚNG LỖ KHOAN ........................................... 108 4.4.1. Nguyên lý điểm tựa .................................................................................................. 108 4.4.2. Nguyên lý con lắc ..................................................................................................... 108 4.4.3. Nguyên lý ổn định .................................................................................................... 108 4.5. GIẾNG NGANG VÀ ỨNG DỤNG ................................................................. 108 4.5.1. Phân loại .................................................................................................................... 108 4.5.2. Ứng dụng ................................................................................................................... 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................111 Trang 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. 1: Giếng khoan và các thông số của giếng khoan ............................................20 Hình 1. 2: Cấu trúc giếng khoan ....................................................................................21 Hình 1. 3: Nguyên lý khoan đập cáp và khoan xoay .....................................................28 Hình 2. 1: Chương trình khoan giếng thăm dò ..............................................................32 Hình 2. 2: Thao tác tiếp cần...........................................................................................37 Hình 2. 3: Thao tác tháo cần ..........................................................................................38 Hình 2. 4: Các phụ tùng chống ống ...............................................................................39 Hình 2. 5: Sơ đồ trám xi măng một tầng 2 nút ..............................................................49 Hình 2. 6: Mupta trám phân tầng...................................................................................50 Hình 2. 7: Sơ đồ trám xi măng ống chống lửng ............................................................51 Hình 3. 1: Giàn khoan tự hành, bán tự hành và giàn khoan cố định .............................55 Hình 3. 2: Giàn khoan tự nâng ......................................................................................57 Hình 3. 3: Giàn khoan bán tiềm thủy ............................................................................58 Hình 3. 4: Tàu khoan .....................................................................................................59 Hình 3. 5: Giàn khoan chân đế bằng thép .....................................................................59 Hình 3. 6: Tời khoan......................................................................................................60 Hình 3. 7: Phanh cơ học ................................................................................................62 Hình 3. 8: Tháp khoan 4 chân .......................................................................................63 Hình 3. 9: Tháp khoan chữ A ........................................................................................64 Hình 3. 10: Sơ đồ móc cáp trong hệ thống ròng rọc .....................................................65 Hình 3. 11: Cáp khoan ...................................................................................................66 Hình 3. 12: Ròng rọc tĩnh ..............................................................................................67 Hình 3. 13: Ròng rọc động ............................................................................................67 Hình 3. 14: Elevator ......................................................................................................68 Hình 3. 15: Các chi tiết trong hệ thống quay cần ..........................................................71 Hình 3. 16: Cần chủ lực (Cần chủ đạo, Kelly) ..............................................................72 Hình 3. 17: Đầu xoay thủy lực ......................................................................................73 Hình 3. 18: Hệ thống tuần hoàn dung dịch ....................................................................74 Hình 3. 19: Cấu trúc bộ khoan cụ (cột cần khoan) ........................................................77 Hình 3. 20: Thành phần cột cần khoan ..........................................................................78 Hình 3. 21: Cần khoan và đầu nối .................................................................................78 Hình 3. 22: Cần khoan nặng ..........................................................................................80 Hình 3. 23: Cần nặng .....................................................................................................81 Hình 3. 24: Dụng cụ ổn định và các kiểu cánh ..............................................................82 Hình 3. 25: Choòng khoan 3 chóp xoay ........................................................................85 Hình 4. 1: Vị trí địa hình khó tiếp cận ...........................................................................91 Hình 4. 2: Một số ứng dụng của khoan định hướng ......................................................91 Hình 4. 3: Các ứng dụng khác của giếng khoan định hướng ........................................92 Hình 4. 4: Các dạng quỹ đạo giếng khoan định hướng .................................................93 Hình 4. 5: Quỹ đạo hình chữ J của giếng khoan định hướng ........................................93 Hình 4. 6: Thiết kế hình học cho giếng dạng chữ S và chữ S cải biên ..........................98 Hình 4. 7: Các dụng cụ định hướng.............................................................................101 Hình 4. 8: Choòng thủy lực .........................................................................................102 Hình 4. 9: Các bộ khoan cụ trong khoan định hướng .................................................105 Hình 4. 10: Bộ khoan cụ tăng, ổn định và giảm góc nghiêng .....................................106 Trang 5
Hình 4. 11: Động cơ đáy .............................................................................................107 Hình 4. 12: Các dạng quỹ đạo của giếng ngang ..........................................................109 Trang 6
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 4. 1: Phân loại giếng ngang theo bán kính cong ................................................109 Trang 7
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC 1. Tên môn học: Cơ sở khoan 2. Mã môn học: KKT19MH33 3. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: 3.1. Vị trí: Đây là môn học chuyên môn nghề của chương trình đào tạo nghề khoan khai thác dầu khí và nghề vận hành thiết bị chế biến dầu khí hệ Cao đẳng. Môn học này được bố trí sau khi đã học xong môn địa chất dầu khí và được dạy trước môn học “Cơ sở khai thác”. 3.2. Tính chất: Mô đun này trang bị những kiến thức về cấu trúc và quy trình thi công một giếng khoan dầu khí. 4. Mục tiêu môn học : 4.1. Về kiến thức: A1. Trình bày được các khái niệm, thuật ngữ chuyên nghành của nghành khoan. Các thiết bị và dụng cụ, các công việc cần làm khi thi công giếng khoan cũng như các công tác phụ trợ khác. 4.2. Về kỹ năng: B1. Xây dựng được quy trình thi công một giếng khoan dầu khí. 4.3. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: C1. Rèn luyện tác phong làm việc khoa học cho sinh viên, tính kiên nhẫn, chăm chỉ và khả năng làm việc theo nhóm. C2. Rèn luyện ý thức tổ chức kỷ luật, thái độ nghiêm túc trong học tập. 5. Nội dung của môn học: 5.1. Chương trình khung Thời gian đào tạo (giờ) Trong đó Số Tên môn học, Thi/ Kiểm Mã MH/MĐ/HP tín Tổng Thực hành/ mô đun tra chỉ số Lý thí nghiệm/ thuyết bài tập/ thảo luận LT TH Các môn học chung/ I 21 435 157 255 15 8 đại cương MHCB19MH02 Giáo dục chính trị 4 75 41 29 5 0 MHCB19MH03 Pháp luật 2 30 18 10 2 0 MHCB19MH05 Giáo dục thể chất 2 60 5 51 0 4 Giáo dục quốc phòng MHCB19MH08 4 75 36 35 2 2 và An ninh MHCB19MH09 Tin học 3 75 15 58 0 2 Trang 8
TA19MH02 Tiếng Anh 6 120 42 72 6 0 Các môn học, mô II. đun chuyên môn 66 1605 466 1057 33 49 ngành, nghề Môn học, mô đun kỹ II.1. 15 285 143 127 11 4 thuật cơ sở An toàn vệ sinh lao ATMT19MH 01 2 30 23 5 2 0 động CK19MH01 Vẽ kỹ thuật - 1 2 45 14 29 1 1 KTĐ19MĐ06 Điện kỹ thuật cơ bản 3 45 36 6 3 0 Cơ sở điều khiển quá TĐH19MĐ12 2 45 14 29 1 1 trình CNH19MH09 Hóa Đại cương 3 45 42 0 3 0 KKT19MH31 Địa chất cơ sở 3 75 14 58 1 2 Môn học, mô đun II.2. chuyên môn ngành, 51 1320 323 930 22 45 nghề KKT19MH32 Địa chất dầu khí 2 30 28 0 2 0 KKT19MH33 Cơ sở khoan 3 45 42 0 3 0 KKT19MH34 Cơ sở khai thác 3 45 42 0 3 0 KKT19MH35 Địa chất môi trường 2 30 28 0 2 0 Nguyên lý phá hủy KKT19MH36 2 30 28 0 2 0 đất đá Thí nghiệm dung dịch KKT19MĐ37 3 75 14 58 1 2 khoan KKT19MĐ38 Hệ thống phát lực 2 45 14 29 1 1 KKT19MĐ39 Hệ thống khí nén 2 45 14 29 1 1 KKT19MĐ40 Hệ thống nâng hạ 4 105 14 87 1 3 Hệ thống tuần hoàn KKT19MĐ41 4 105 14 87 1 3 dung dịch Vận hành hệ thống chuỗi cần khoan và KKT19MĐ42 5 135 14 116 1 4 dụng cụ phá hủy đất đá Hệ thống chống ống KKT19MĐ43 4 105 14 87 1 3 và trám xi măng Hệ thống kiểm soát KKT19MĐ44 5 135 14 116 1 4 giếng khoan 1 Hệ thống kiểm soát KKT19MĐ45 3 75 14 58 1 2 giếng khoan 2 KKT19MĐ46 Thực tập sản xuất 4 180 15 155 0 10 Trang 9
KKT19MĐ47 Khóa luận tốt nghiệp 3 135 14 108 1 12 Tổng cộng 87 2040 623 1312 48 57 5.2. Chương trình chi tiết môn học Thời gian (giờ) Thực hành, thí Kiểm tra Số TT Nội dung tổng quát Tổng Lý nghiệm, số thuyết thảo luận, LT TH bài tập Chương 1: Khái niệm về 1 3 3 khoan dầu khí 1.1 Các khái niệm cơ bản 1 1 1.2 Giếng khoan 1 1 1.3 Các Phương pháp khoan 1 1 Chương 2: Quy trình cơ bản 2 15 14 1 thi công giếng khoan 2.1 Lập chương trình khoan 1 1 2.2 Thi công giếng khoan 3 3 2.3 Chế độ khoan 1 1 2.4 Công nghệ khoan 3 3 2.5 Công nghệ chống ống 3 3 2.6 Công nghệ trám xi măng 4 3 1 Chương 3: Giàn khoan và các 3 19 18 1 hệ thống chính trên giàn 3.1 Các loại giàn khoan 3 3 3.2 Các hệ thống trên giàn khoan 16 15 1 4 Chương 4: Khoan định hướng 8 7 1 Khái niệm, phân loại và ứng 4.1 1 1 dụng 4.2 Các dạng quỹ đạo giếng khoan 1 1 4.3 Thiết bị khoan chuyên dụng 1 1 4.4 Kỹ thuật làm lệch hướng lỗ 3 3 Trang 10
Thời gian (giờ) Thực hành, thí Kiểm tra Số TT Nội dung tổng quát Tổng Lý nghiệm, số thuyết thảo luận, LT TH bài tập khoan 4.5 Giếng ngang và ứng dụng 2 1 1 Cộng 45 42 3 6. Điều kiện thực hiện môn học: 6.1. Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn. 6.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn. 6.3. Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, giáo án. 6.4. Các điều kiện khác: 7. Nội dung và phương pháp đánh giá: 7.1. Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học theo quy định. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. 7.2. Phương pháp: Người học được đánh giá tích lũy môn học như sau: 7.2.1. Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. - Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Dầu khí như sau: Điểm đánh giá Trọng số + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% Trang 11
+ Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc môn học 60% 7.2.2. Phương pháp đánh giá Phương pháp Phương pháp Hình thức Chuẩn đầu ra Số Thời điểm đánh giá tổ chức kiểm tra đánh giá cột kiểm tra Thường xuyên Quan sát/ Câu hỏi A1 1 Sau 5 giờ. Hỏi đáp B1 C1, C2 Định kỳ Viết/ Tự luận/ A1 2 Sau 15 giờ Trắc nghiệm B1 C1, C2 Kết thúc môn Trắc nghiệm Tự luận/ trắc A1 1 Sau 45 giờ học trên máy tính nghiệm B1 C1, C2 7.2.3. Cách tính điểm - Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân. - Điểm môn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của môn học nhân với trọng số tương ứng. Điểm môn học theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân. 8. Hướng dẫn thực hiện môn học 8.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng HSSV trường Cao đẳng Dầu khí. 8.2. Phương pháp giảng dạy, học tập môn học 8.2.1. Đối với người dạy * Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập tình huống, câu hỏi thảo luận… * Bài tập: Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập theo nội dung đề ra. * Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra. * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên trong nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm. 8.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau: Trang 12
- Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu...). - Tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết. Nếu người học vắng >30% số tiết lý thuyết phải học lại môn học mới được tham dự kì thi lần sau. - Tự học và thảo luận nhóm: là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm. - Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ. - Tham dự thi kết thúc môn học. - Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học. 9. Tài liệu tham khảo: [1]. Lê Phước Hảo – “Cơ sở khoan và khai thác dầu khí” – Nhà xuất bản đại học quốc gia TP.HCM (2011). [2]. J.P. Nguyen – “ Kỹ thuật khoan dầu khí” – Nhà xuất bản giáo dục (1995). Trang 13
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ KHOAN DẦU KHÍ ❖ GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1 Chương 1 giới thiệu các kiến thức cơ bản về khoan dầu khí để người học có được kiến thức nền tảng cho các chương sau. ❖ MỤC TIÊU CHƯƠNG 1 Sau khi học xong chương này, người học có khả năng: ➢Về kiến thức: - Trình bày được các khái niệm cơ bản trong khoan dầu khí. - Trình bày được các yếu tố của giếng khoan, cấu trúc giếng khoan. - Mô tả được nguyên lý các phương pháp khoan hiện nay cũng như so sánh được ưu và nhược điểm của các phương pháp khoan. ➢Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: - Rèn luyện ý thức tổ chức kỷ luật, thái độ nghiêm túc trong học tập. ❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƯƠNG 1 - Đối với người dạy: + Thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết, thực hành hoặc tích hợp phù hợp với bài học. Giáo án được soạn theo bài hoặc buổi dạy. + Tổ chức giảng dạy: Chia ca, nhóm (phụ thuộc vào số lượng sinh viên/lớp) - Đối với người học: + Chuẩn bị tài liệu, dụng cụ học tập, vở ghi đầy đủ; + Hoàn thành các bài thực hành kỹ năng; + Tổ chức làm việc nhóm, làm việc độc lập; + Tuân thủ quy định an toàn, giờ giấc. ❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG 1 - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học lý thuyết. - Trang thiết bị máy móc: Máy tính, máy chiếu, bảng, phấn. - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Giáo án, giáo trình. - Các điều kiện khác: Không có ❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG 1 - Nội dung: Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 14
✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức ✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng. ✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp: ✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: vấn đáp, bảng kiểm) ✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: Không. ✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: Không. NỘI DUNG CHƯƠNG 1 1.1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1.1. Dầu khí là gì? Loài người đã tìm thấy dầu từ hàng nghìn năm trước Công nguyên, thời đó dầu thường được sử dụng trong chiến tranh. Còn rất nhiều dấu tích của việc khai thác dầu mỏ được tìm thấy ở Trung Quốc khi dân cư bản địa khai thác dầu mỏ để sử dụng trong việc sản xuất muối ăn, để đốt làm bay hơi nước biển trong các ruộng muối vào khoảng thế kỷ IV. Trung Đông đã làm quen với văn minh dầu hỏa vào thế kỷ thứ VIII. Các thùng dầu đã được bày bán trên các con phố của Baghdad. Mũi khoan dầu đầu tiên trên thế giới đã được tiến hành ở biển Caspian (Bacu) năm 1848. Năm 1852, bác sĩ và là nhà địa chất người Canada tên là Abraham Gessner đã đăng ký một bằng sáng chế sản xuất một chất đốt rẻ tiền và đốt tương đối sạch. Năm 1855 nhà hóa học người Mỹ Benjamin Silliman đề nghị sử dụng axit sunfuric làm sạch dầu mỏ để làm chất đốt. Giếng khoan dầu được toàn thế giới biết đến là của Edwin L. Drake vào ngày 27- 8-1859 ở Oil Creek, Pennsylvania. Drake khoan dầu theo lời yêu cầu của nhà công nghiệp người Mỹ George H. Bissel và đã tìm thấy mỏ dầu lớn đầu tiên chỉ ở độ sâu 21,2m. Các giếng khoan ở nước Nga được tiến hành vào năm 1864 tại lưu vực sông Kudako vùng Cuban bằng phương pháp khoan đập và vào năm 1871 tại vùng Bacu Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 15
bằng phương pháp cơ học. Từ đó đến nay ngành công nghiệp dầu khí thế giới không ngừng phát triển và hiện nay có 80 nước trên thế giới đang khai thác dầu khí. Ở Việt Nam, từ khi những nhà địa chất Pháp sơ bộ đề cập đến tìm kiếm dầu mỏ và khí thiên nhiên cho đến nay cũng đã ngót 100 năm. Còn nếu tính từ khi Chính phủ Việt Nam Dân chủ Cộng hòa quyết định thành lập đơn vị địa chất đầu tiên tìm kiếm thăm dò dầu khí đến nay cũng đã hơn nửa thế kỷ. Và nếu cho rằng, ngành Dầu khí Việt Nam được hình thành vào năm 1975 khi Chính phủ quyết định thành lập Tổng cục Dầu mỏ và Khí đốt Việt Nam thì ngành Dầu khí Việt Nam cũng đã tồn tại được hơn 40 năm. Dòng khí thiên nhiên được khai thác đầu tiên (19-4-1981) tại mỏ Tiền Hải C ở tỉnh Thái Bình. Tấn dầu thô đầu tiên (26-6-1986) khai thác từ mỏ Bạch Hổ ở thềm lục địa Nam Việt Nam. Đến nay, Việt Nam đã khai thác dầu và khí đốt từ nhiều mỏ ở cả trên đất liền và thềm lục địa, đưa ngành Dầu khí Việt Nam trở thành một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của đất nước, đưa Việt Nam vào danh sách các nước sản xuất dầu mỏ và khí đốt trên thế giới. Theo Luật Dầu khí thì “Dầu khí” là dầu thô, khí thiên nhiên và hydrocarbon ở thể khí, lỏng, rắn hoặc nửa rắn trong trạng thái tự nhiên, kể cả sulphur và các chất tương tự khác kèm theo hydrocarbon nhưng không kể than, đá phiến sét, bitum hoặc các khoáng sản khác có thể chiết xuất được dầu. Dầu thô, hay còn gọi là dầu mỏ, là một chất lỏng sánh đặc màu nâu hoặc ngả lục, là một hỗn hợp các phân tử hữu cơ ở thể lỏng đậm đặc, phần lớn là hỗn hợp các hydrocarbon. Trong điều kiện áp suất khí quyển, các thành phần hóa học của dầu mỏ được chia tách bằng phương pháp chưng cất phân đoạn bao gồm: xăng ête, xăng nhẹ, xăng nặng, dầu hỏa nhẹ, dầu hỏa, dầu diesel, dầu bôi trơn và các thành phần khác như hắc ín, nhựa đường… Phụ thuộc vào tỷ trọng và độ nhớt tương đối mà dầu thô được chia ra dầu nặng, dầu nhẹ khác nhau. Phụ thuộc vào hàm lượng lưu huỳnh có trong dầu thô mà chia ra dầu ngọt - chứa 0,5% lưu huỳnh hoặc ít hơn và dầu chua có hàm lượng lưu huỳnh 1- 6%. Hiện nay trên thế giới, việc đo sản lượng dầu được sử dụng theo 2 đơn vị là tấn (theo trọng lượng) và thùng (barell) là đơn vị dùng để đo khối lượng dầu thô trong thương mại, giao dịch toàn cầu. Thể tích của 1 thùng dầu thô là 158,97 lít. Phụ thuộc vào tỷ trọng của dầu ở mỗi mỏ mà quy đổi thùng ra tấn và ngược lại. Mỗi tấn dầu dao động trong khoảng khoảng 7-8 thùng, phụ thuộc vào tỷ trọng của dầu. Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 16
Việc xác định công thức tính giá các loại dầu thô hiện nay dựa trên giá các loại dầu thô chuẩn sau đây: Dầu Brent: bao gồm 15 loại dầu mỏ từ các mỏ thuộc hệ thống mỏ Brent và Ninian trong khu vực lòng chảo Đông Shetland trên biển Bắc. Dầu mỏ được đưa vào bờ thông qua trạm Sullom Voe ở Shetlands. Dầu mỏ sản xuất ở châu Âu, châu Phi và dầu mỏ khai thác ở phía Tây của khu vực Trung Cận Đông được định giá theo giá của dầu này, nó tạo thành một chuẩn định giá dầu; Dầu West Texas Intermediate (WTI) được làm chuẩn định giá cho dầu mỏ Bắc Mỹ; Dầu Dubai được sử dụng làm chuẩn cho khu vực Châu Á - Thái Bình Dương của dầu mỏ Trung Cận Đông; Dầu Tapis từ Malaysia, được sử dụng làm tham chiếu cho dầu mỏ nhẹ Viễn Đông; Dầu Minas từ Indonesia, được sử dụng làm tham chiếu cho dầu mỏ nặng Viễn Đông. Giỏ dầu OPEC bao gồm dầu của các mỏ: Arab Light (Arập Xêút, Bonny Light (Nigeria), Fateh (Dubai), Isthmus (Mexico), Minas (Indonesia), Saharan Blend (Algérie) và Tia Juana Light (Venezuela). Khí thiên nhiên hay khí đốt là toàn bộ hydrocarbon ở thể khí, khai thác từ giếng khoan, bao gồm cả khí ẩm, khí khô, khí đầu giếng khoan và khí còn lại sau khi chiết xuất hydrocarbon lỏng từ khí ẩm. Theo nguồn gốc hình thành khí đốt có thể chia làm 3 loại: Khí tự nhiên, khí đồng hành, khí ngưng tụ. Khí tự nhiên: là các khí chứa trong các mỏ riêng biệt. Trong khí, thành phần chủ yếu là khí mêtan (93-99%), còn lại là các khí khác như êtan, propan và một ít butan và các chất khác (N2, S…). Khí đồng hành: là khí nằm lẫn trong dầu mỏ được hình thành cùng với dầu, thành phần chủ yếu là các khí nặng hơn như propan, butan, pentan. Khí ngưng tụ (condensate) thực chất là dạng trung gian giữa dầu mỏ và khí, bao gồm các hydrocacbon như propan, butan và một số hydrocacbon khác như pentan, hexan. Trong công nghiệp và thương mại người ta dùng khí tự nhiên nén - CNG (Compressed Natural Gas); khí tự nhiên bị lỏng hóa - LNG (Liquefied Natural Gas); Khí dầu (C3+C4) bị lỏng hóa - LPG (Liquefied Petroleum Gas). Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 17
Khí tự nhiên và khí đồng hành bao gồm hai phần: Phần hydrocacbon và phần phi hydrocacbon. Theo mức độ chứa axit có thể chia ra khí chua và khí ngọt. Theo hàm lượng C3+ được phân chia ra khí béo và khí gầy. Khí béo là khí có khối lượng riêng lớn hơn 150g/cm3, có thể sản xuất ra khí tự nhiên hóa lỏng - LNG, khí dầu mỏ hóa lỏng- LPG và sản xuất một số hydrocacbon riêng biệt cho công nghệ tổng hợp hóa dầu. Khí gầy là khí có khối lượng riêng nhỏ hơn 50g/cm3, làm nhiên liệu cho công nghiệp và đời sống. Theo hàm lượng C2+ được phân chia ra khí khô và khí ẩm. Khí khô là khí có hàm lượng C2+ nhỏ hơn 10%. Khí ẩm là khí có hàm lượng C2+ lớn hơn 10%. Đơn vị đo sản lượng khí là mét khối (m3), bộ khối (feet3) trong đó 1m3 khí tương đương 35,3 ft3; 1 bộ khối tương đương 0,028m3. Ngoài ra một số đơn vị khác thường dùng trong công nghiệp khí như BCF (1 tỉ ft3 = 28 tr m3) và TCF ( 1.000 BCF tương đương 28 tỉ m3). 1.1.2. Đặc điểm dầu khí Việt Nam Nhìn chung dầu thô Việt Nam có 4 đặc điểm chính sau: − Dầu chứa ít lưu huỳnh (0,03 – 0,09% trọng lượng), kim loại nặng (Nikel: 1,05 – 4,9 ppm, Vanadi < 1ppm), hợp chất nito (từ 0,05 – 0,032% trọng lượng) − Dầu nhẹ có tỷ trọng 0,83 – 0,85 − Dầu chứa nhiều parafin (15 – 27% trọng lượng) − Có điểm chảy từ 22 – 30oC Như vậy, theo phân loại dầu thô Việt Nam thuộc loại nhẹ, ngọt, sạch, nhiều parafin và có điểm chảy rất cao. Do nguồn gốc địa hóa và điều kiện thành tạo của các tầng đá chứa Miocen, Oliocen và tầng móng khác nhau nên dầu thô ở các tầng trên cũng có những đặc điểm khác nhau. 1.2. GIẾNG KHOAN 1.2.1. Định nghĩa Giếng khoan là một công trình hình trụ ăn sâu vào trong đất đá nhờ các phương tiện kỹ thuật chuyên dụng (thiết bị và dụng cụ khoan). Giếng khoan có đường kính nhỏ hơn nhiều lần so với chiều sâu của nó. 1.2.2. Phân loại Giếng khoan dầu khí có thể được thực hiện trên đất liền hoặc trên biển và được phân loại theo một số cách sau: Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 18
➢ Phân loại giếng khoan theo mục đích sử dụng - Giếng khoan tìm kiếm: là giếng khoan đầu tiên trong vùng nghiên cứu được tiến hành trên cơ sở thông tin địa chất rất hạn chế, nhằm nghiên cứu cấu trúc địa chất của các khu vực rộng lớn, tìm hiểu các qui luật chung về địa tầng có triển vọng chứa dầu khí - Giếng khoan thăm dò: được thực hiện trên cơ sở các nghiên cứu về địa chấn hoặc các tài liệu khác nhưng không có các dữ liệu về khoan trong vùng. Mục đích của giếng khoan thăm dò là để nghiên cứu cấu trúc sâu và đánh giá triển vọng chứa dầu khí của những vùng có khả năng tích tụ dầu khí, chuẩn bị công tác thăm dò địa chất- địa vật lý chi tiết. Trong giếng khoan thăm dò, mẫu chỉ được lấy từng đoạn nhưng vẫn đảm bảo các nhiệm vụ địa chất đặt ra - Giếng khoan thẩm lượng: nhằm xác định ranh giới của mỏ được phát hiện trong quá trình thăm dò, đánh giá khả năng chứa dầu của các vỉa hoặc tầng sản phẩm, phụ vụ cho kế hoạch phát triển mỏ - Giếng khai thác: khoan vào những tầng sản phẩm đã biết của mỏ theo sơ đồ bố trí các giếng khai thác để khai thác dầu khí Các giếng đặc biệt: - Giếng khoan sửa chữa, phục hồi: khoan sâu hơn, khoan đa nhánh từ một giếng cũ, hoàn thiện giếng khoan cũ sau một thời gian ngưng sử dụng - Giếng giải vây (giếng cứu sự cố): nhằm cứu sự cố trong khi khoan như phun trào gây cháy - Giếng phụ trợ: giếng khoan tháo nước trong khai thác mỏ, khoan khử khí độc, khoang thông gió, đặc biệt trong khai thác dầu khí ta sử dụng các giếng phụ trợ để bơm ép nước hoặc bơm ép khí nhằm mục đích duy trì áp suất vỉa ➢ Phân loại giếng khoan theo hình dạng quĩ đạo của giếng trong không gian: - Giếng khoan thẳng đứng:  = 0o ( = 2o/100m) - Giếng khoan xiên: 0o <  < 90o - Giếng khoan ngang:  = 90o Trong đó:  (góc nghiêng, góc lệch) - là góc hợp bởi đoạn trục giếng với phương thẳng đứng. Tuy nhiên do nhiều yếu tố (tính dị hướng của đất đá, góc cắm, cấu trúc của bộ khoan cụ, loại choòng, các thông số chế độ khoan ...) ảnh hưởng đến hình dạng của quĩ Chương 1: Khái niệm về khoan dầu khí Trang 19