Lựa chọn thiết kế choòng 188bet zokb kim cương đa tinh thể (PDC) tối ưu cho công đoạn 81/2” tại các giếng 188bet zokb nhiệt độ cao, áp suất cao mỏ Hải Thạch, bể Nam Côn Sơn

Tóm tắt

Việc lựa chọn choòng 188bet zokb phù hợp giúp tăng vận tốc cơ học 188bet zokb và chiều dài khoảng 188bet zokb, giảm chi phí thi công giếng 188bet zokb, nâng cao hiệu quả kinh tế. Bài báo giới thiệu phương pháp nghiên cứu, tính toán, tiêu chí lựa chọn và đánh giá thiết kế choòng 188bet zokb hợp kim đa tinh thể (PDC) phù hợp nhằm tăng tốc độ cơ học cho công đoạn 8½”cho các giếng 188bet zokb nhiệt độ cao, áp suất cao tại mỏ Hải Thạch.

Kết quả nghiên cứu cho thấy khi sử dụng chủng loại choòng 188bet zokb tối ưu theo đề xuất với vận tốc cơ học 188bet zokb đã tăng gấp đôi so với trước đây. Điều này đã chứng minh tính khả thi về kỹ thuật và hiệu quả kinh tế đem lại cho dự án đồng thời mở ra hướng mới cho việc lựa chọn chủng loại choòng 188bet zokb phù hợp cho các khu vực khác có chung điều kiện địa chất, địa tầng và cấu trúc giếng 188bet zokb.

Từ khóa: Tối ưu hóa thiết kế choòng 188bet zokb, lựa chọn chủng loại choòng 188bet zokb, vận tốc cơ học 188bet zokb, hiệu quả kinh tế lựa chọn choòng 188bet zokb.

1. Giới thiệu

Mỏ Hải Thạch nằm ở Lô 05-2, bể Nam Côn Sơn cách bờ biển Vũng Tàu khoảng 330km với chiều sâu nước biển trung bình khoảng 130 - 140m. Mỏ Hải Thạch được phát hiện vào năm 1995 thông qua giếng 188bet zokb thăm dò 05-2-HT-1X và được tiến hành 188bet zokb thẩm lượng vào năm 1996 bởi BP. Kết quả thăm dò và thẩm lượng đã xác định trữ lượng thương mại của khí và condensate tập trung ở các vỉa: UMA10 (Miocene trên), MMH10 (Miocene giữa), LMH-10, LMH-20, LMH-30 (Miocene dưới), UMA15, MMF10, MMF15 và MMF30 reservoirs. Kết quả thẩm lượng (giếng 05-2-HT-3X/3XZ, 2002) đã xác định khí và conden- sate ở tập UMA15 và tập MMF10, MMF15 có trữ lượng thương mại khá tốt. Đối với công đoạn 8½” sẽ đi qua một số tập có trữ lượng thương mại ở Miocene dưới LMH- 10, LMH-20, LMH-30 với chiều sâu TD khoảng ± 3.818m TVD/4.182m MD [1].

Trong quá trình thi công các giếng 188bet zokb ở mỏ Hải Thạch phát sinh vấn đề tốc độ 188bet zokb cho công đoạn 8½” còn thấp so với yêu cầu đặt ra. Ngoài điều kiện địa chất phức tạp (thành phần thạch học chủ yếu là đá phiến sét), nhiệt độ cao, áp suất đáy giếng cao, tỷ trọng dung dịch 188bet zokb rất cao thì choòng 188bet zokb là yếu tố quan trọng có ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ 188bet zokb. Tốc độ 188bet zokb trung bình cho công đoạn 8½” trước khi sử dụng choòng 188bet zokb mới thể hiện trong Bảng 1 [2].

2. Giải pháp lựa chọn thiết kế choòng 188bet zokb tối ưu

Tổng quan

Việc lựa chọn thiết kế choòng 188bet zokb phù hợp cho các khoảng 188bet zokb được căn cứ vào các yếu tố cơ bản sau đây [3]:

- Thuộc tính của vỉa 188bet zokb qua;

- Tốc độ cơ học 188bet zokb (ROP) và vận tốc quay (RPM);

- Khả năng bơm rửa làm sạch giếng và choòng 188bet zokb;

- Trọng lượng bản thân của choòng 188bet zokb;

- Chiều sâu của khoảng 188bet zokb;

- Khả năng chịu va đập, rung lắc của răng cắt.

Phương pháp tính toán, lựa chọn thiết kế tối ưu choòng 188bet zokb PDC cho công đoạn 8½” được triển khai thành 5 bước như Hình 2.

Trình tự lựa chọn choòng 188bet zokb tối ưu

Bước 1: Xác định đặc tính cơ lý của địa tầng 188bet zokb qua
 
Đối với công đoạn 8½” sẽ đi qua một số tập có trữ lượng thương mại ở Miocene dưới LMH-10, LMH-20, LMH-30 với chiều sâu TD khoảng ± 3.818m TVD/4.182m MD. Giá trị độ bền nén một trục dọc theo chiều sâu của các giếng 188bet zokb đã được đo đạc và tính toán thông qua log mật độ khối được thể hiện như Hình 3.

Qua kết quả giá trị UCS được xác định cho các tập LMH-10, LMH-20, LMH-30 khi 188bet zokb cho khoảng 188bet zokb đường kính 8½”, giá trị UCS trung bình từ 6.000 - 10.000psi. Một số loại choòng 188bet zokb khác nhau đã được BIENDONG POC sử dụng, song chưa đạt kết quả như mong muốn. Kết quả phân tích các thông số 188bet zokb cho thấy tốc độ 188bet zokb trong thành hệ đá phiến sét của công đoạn 8½” rất thấp do ảnh hưởng của thành phần thạch học, tỷ trọng dung dịch cao, cơ chế cắt/răng cắt của choòng 188bet zokb chưa thích hợp. Thành hệ đá phiến sét chiếm tỷ lệ rất lớn và xen kẹp với các tầng vỉa sản phẩm trong công đoạn 8½”.

Bước 2: Phương thức lựa chọn sơ bộ thiết kế choòng 188bet zokb

Để thiết kế choòng 188bet zokb tối ưu, nhóm tác giả tiến hành thử nghiệm khả năng phá hủy đất đá của răng cắt/choòng 188bet zokb trên các mẫu lõi thu được từ giếng 188bet zokb của mỏ Hải Thạch cùng với dữ liệu UCS đo được trong thực tế thi công giếng 188bet zokb (bước 1), giúp việc thiết kế choòng 188bet zokb cho công đoạn 8½” dễ dàng và hiệu quả hơn.

Mẫu lõi được lựa chọn thí nghiệm là tầng đá phiến sét phía trên tầng sản phẩm Miocene dưới (LMH-30), đây là mẫu lõi dư sau khi đã lựa chọn mẫu lõi tốt nhất cho việc nghiên cứu tầng vỉa sản phẩm LMH-30, do vậy sẽ không tốn chi phí lấy mẫu lõi để phục vụ cho việc nghiên cứu và thiết kế choòng 188bet zokb mới. Việc thí nghiệm mẫu lõi với các loại răng cắt khác nhau và các bước tiếp theo của việc thiết kế một choòng 188bet zokb mới đã được nhóm tác giả và Smith Bits lên kế hoạch chi tiết cụ thể (Bảng 2 và Hình 4).

Bước 3: Chạy mô phỏng với thông số chế độ 188bet zokb cho công đoạn 8½”

Trong điều kiện thời gian kéo thả bộ 188bet zokb cụ như nhau và loại trừ các yếu tố phải dừng công tác 188bet zokb khác, choòng 188bet zokb mới được đánh giá là hiệu quả khi đáp ứng được tuổi thọ và có tốc độ 188bet zokb cơ học cao khi 188bet zokb qua từ điểm chân đế ống chống của khoảng 188bet zokb trước cho đến điểm chân đế ống chống của công đoạn 188bet zokb tiếp theo [6]. Hiện nay, có nhiều thiết kế choòng 188bet zokb PDC khác nhau, thậm chí công nghệ đối với các địa tầng cứng không đồng đều, để giảm tác dụng của xung chấn va đập gây vỡ các răng cắt các loại choòng này được thiết kế thêm răng hình trụ chịu lực va đập (stinger) thay cho các răng cắt thông thường (Hình 5). Kết quả 188bet zokb các giếng tại mỏ Hải Thạch trước đây cho thấy, đặc điểm địa tầng 188bet zokb qua là vỉa phiến sét, có ứng suất nén một trục (UCS) < 10.000psi. Do đó, đề xuất sơ bộ cho việc lựa choòng 188bet zokb đưa vào tính toán mô phỏng, xem xét mô hình động lực học là chủng loại choòng 188bet zokb PDC 4 cánh cắt và không có bố trí răng nón trụ chịu lực va đập (Hình 6).

Các thiết kế cho choòng 188bet zokb mới (như thay đổi vị trí, kích thước cũng như góc nghiêng của cánh cắt) được mô phỏng với các bộ 188bet zokb cụ, quỹ đạo giếng 188bet zokb. Các thông số 188bet zokb theo thiết kế cũng được đề xuất áp dụng nhằm lựa chọn choòng 188bet zokb tốt nhất đáp ứng yêu cầu đề ra, cung cấp sự ổn định của bộ 188bet zokb cụ, ổn định thành giếng 188bet zokb và đạt được tốc độ 188bet zokb cơ học, nâng cao tuổi thọ choòng 188bet zokb, đảm bảo hiệu quả kinh tế thi công giếng 188bet zokb.

Thông số đầu vào cho quá trình tính toán mô phỏng như sau:

- Đặc tính thành hệ 188bet zokb qua: thông tin được trích dẫn từ báo cáo thử nghiệm mẫu lõi và kết quả tính toán giá trị UCS thông qua biểu đồ log mật độ khối;

- Tải trọng tác động lên choòng: 10 - 15kpsi;

- Tốc độ vòng quay: 140; 160 và 180 vòng/phút;

- Bộ 188bet zokb cụ 188bet zokb định hướng: RSS.

Các kết quả chạy mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng của Smiths đưa ra như sau:

- Kết quả chạy mô phỏng về độ ổn định choòng 188bet zokb khi 188bet zokb cho công đoạn 8½” đã chứng minh được độ ổn định (Hình 7).

- Các thông số chế độ 188bet zokb cho công đoạn 8½” được đưa vào tính toán như sau: lưu lượng bơm rửa 250GPM; tốc độ vòng quay choòng 160 vòng/ phút; tỷ trọng dung dịch 17,5ppg; tổng diện tích mặt cắt ngang của vòi phun thủy lực 0,519in2. Kết quả mô phỏng chế độ thủy lực choòng đã cho thấy vận tốc dòng chảy ở đầu choòng thông qua các khe thoát mùn 188bet zokb rất cao sẽ làm giảm hiện tượng bám dính vào đầu mũi choòng và giảm hiệu quả cắt của các răng cắt giúp nâng cao vận tốc 188bet zokb (Hình 8).

- Tỷ lệ lưu lượng dòng chạy thoát ra khỏi khe thoát mùn và trên các khe thoát mùn của choòng càng lớn chứng tỏ mùn 188bet zokb dễ dàng thoát ra khỏi khu vực choòng và sẽ không gây nên hiện tượng kẹt mùn 188bet zokb làm giảm khả năng cắt của các cơ cấu răng cắt đất đá của choòng 188bet zokb (Hình 9).

Bước 4: So sánh choòng 188bet zokb mới và các loại choòng 188bet zokb trước đây đã sử dụng để 188bet zokb cho công đoạn 8½” tại mỏ Hải Thạch

Để thiết kế được loại choòng 188bet zokb tối ưu, nhóm tác giả đã đánh giá, so sánh với các loại choòng 188bet zokb khác nhau để đưa ra lựa chọn tối ưu, kết quả thống kê dữ liệu từ các giếng 188bet zokb HT-1P, HT-2P, HT-3P, HT-5 và HT-5SP được thể hiện trong Bảng 3.

Bảng 3 cho thấy tốc độ cơ học 188bet zokb trung bình khoảng 4,8m/giờ, dẫn đến thời gian 188bet zokb dài và chi phí tăng cao (thuê giàn, nhân công, dịch vụ 188bet zokb…). Hiệu quả của việc lựa chọn thiết kế choòng 188bet zokb tối ưu được thể hiện trong Bảng 4 [8].

So sánh tốc độ 188bet zokb trung bình khi áp dụng lựa chọn choòng 188bet zokb mới với choòng 188bet zokb cũ (Bảng 3 và 4) cho thấy tốc độ cơ học 188bet zokb tăng gần gấp đôi. Để tính toán hiệu quả kinh tế do lựa chọn choòng 188bet zokb phù hợp giúp tiết kiệm thời gian 188bet zokb, cần thiết xác định chi phí trên số mét 188bet zokb đã 188bet zokb hoặc tính trung bình chi phí theo ngày cho từng giếng 188bet zokb, công thức xác định chi phí tính trên số mét 188bet zokb như sau [9]:

Choòng 188bet zokb mới đã được sử dụng cho công đoạn 8½” của các giếng 188bet zokb HT-6P, HT-7P, HT-8P, HT-4P, HT-9P và HT-9PST của dự án Biển Đông 01. Trong đó, có một số kỷ lục được ghi nhận như:

- Khoảng cách 188bet zokb tích lũy dài nhất với cùng một choòng 188bet zokb: 1.431m 188bet zokb (giếng HT-6P, HT-7P, HT-8P).

- Khoảng cách 188bet zokb dài nhất cho một lần 188bet zokb: 1.010m (HT-9P).

Choòng 188bet zokb (8½” SDI419 MEUBPX) do Smith Bits thiết kế riêng cho dự án Biển Đông 01, được sử dụng để 188bet zokb cho các giếng 188bet zokb có đặc tính như: thành hệ đá phiến sét có tính dẻo, nhiệt độ - áp suất cao, lưu lượng bơm thấp và tỷ trọng dung dịch cao. Ngoài ra, choòng 188bet zokb này đã được Liên doanh Việt - Nga “Vietsovpetro” lựa chọn để sử dụng cho các giếng 188bet zokb tiếp theo tại giàn đầu giếng BK-15 trong khu vực mỏ Bạch Hổ. Việc lựa chọn này là kết quả của việc trao đổi kỹ thuật giữa BIENDONG POC, Vietsovpetro và Smith Bits cho các giếng 188bet zokb 128 BK-15, 129 BK-15 và 131 BK-15 của Vietsovpetro. Các giếng này đều gặp vấn đề tương tự như các giếng 188bet zokb mà BIENDONG POC từng gặp trước đây là: tốc độ 188bet zokb rất chậm khi 188bet zokb qua các tầng đá sét dẻo, thành hệ mềm, tỷ trọng dung dịch cao, choòng 188bet zokb trong điều kiện tốt khi kéo lên. Vietsovpetro kỳ vọng sẽ đạt được tốc độ 188bet zokb tối ưu khi lựa chọn choòng 188bet zokb mới này.

Choòng 188bet zokb thiết kế mới (SDi419MEUBPX) bắt đầu áp dụng từ giếng 188bet zokb HT-6P (tháng 2/2015) và tiếp tục được sử dụng cho các giếng 188bet zokb tiếp theo: HT-7P, HT- 8P, HT-4P, HT-9P, HT-9PST. Trong quá trình 188bet zokb, choòng 188bet zokb mới đã thể hiện được ưu điểm như: bộ 188bet zokb cụ đáy giếng ổn định hơn, giếng được bơm rửa tốt hơn do tối ưu hóa trong thiết kế vòi phun thủy lực, thành giếng 188bet zokb ổn định thông qua việc giảm thời gian back-ream- ing, thời gian kéo thả và cuối cùng là tốc độ 188bet zokb được cải thiện rõ rệt so với các choòng 188bet zokb đã sử dụng trước đó (Bảng 4). Điểm khác biệt của giải pháp tối ưu hóa thiết kế choòng 188bet zokb so với chủng loại đang sử dụng được thể hiện trong Bảng 5.

Bước 5: Đánh giá tuổi thọ, chất lượng choòng 188bet zokb và hiệu quả kinh tế tối ưu hóa lựa chọn thiết kế choòng 188bet zokb

- Đánh giá tuổi thọ, chất lượng choòng 188bet zokb

Tiêu chí đánh giá chất lượng choòng 188bet zokb PDC sau khi sử dụng đã được công bố lần đầu [10]. Tiêu chí này đánh giá choòng 188bet zokb thông qua độ mòn của các răng cắt và thân choòng, đối với choòng 188bet zokb được phân thành 2 khu vực tách biệt đó là 1/3 đường kính ngoài choòng và khu vực 2/3 đường kính trong choòng (Hình 10).

Mức độ ăn mòn và hư hỏng choòng 188bet zokb được chia thành 8 mức cho 2 khu vực riêng biệt. Ví dụ với độ mòn 4/8 là ở mức ăn mòn 50% răng cắt của choòng (Hình 11a), cách thức đánh giá được tiến hành đối với ví dụ ở Hình 11b như sau:

- Đối với khu vực 2/3 phía tâm đường kính choòng 188bet zokb mức ăn mòn sẽ như sau: 0 + 1 + 2 + 3 + 3 = 9, mức ăn mòn trung bình sẽ là 9/5 = 1,8 và được làm tròn là 2. Do đó ăn mòn phía khu vực 2/3 choòng ở phía trong là 25%.

- Đối với khu vực 1/3 phía ngoài choòng: 3 + 4 + 3 + 2 = 12, mức độ ăn mòn của choòng sẽ là: 12/4 = 3 tương đương bị ăn mòn 37,5%.

Ngoài ra, choòng 188bet zokb còn được đánh giá các tác động hư hại khác liên quan tới răng cắt và thân choòng [10]: độ kết dính răng choòng với thân choòng; vỡ răng cắt; mẻ răng cắt; mất răng cắt; hư hỏng do tác dụng nhiệt...

Căn cứ vào các tiêu chí đã công bố, thiết kế choòng 188bet zokb tối ưu được đưa vào đánh giá sau quá trình sử dụng và cho kết quả tốt, choòng 188bet zokb không có dấu hiệu bị ăn mòn và các răng cắt ở trong tình trạng tốt (Hình 12).

- Đánh giá hiệu quả kinh tế khi ứng dụng giải pháp:

Trong phạm vi của nghiên cứu này, nhóm tác giả chỉ tính toán lợi ích kinh tế liên quan đến việc nâng cao tốc độ 188bet zokb trung bình, chưa tính toán hiệu quả kinh tế liên quan đến các yếu tố nâng cao độ ổn định thành giếng, gia tăng hiệu quả bơm rửa mùn 188bet zokb (giúp giảm chi phí dung dịch hóa phẩm)...

Việc nâng cao tốc độ 188bet zokb trung bình giúp giảm thời gian thi công 188bet zokb. Việc quy đổi thời gian tiết kiệm được sang chi phí tương đương được tính dựa trên giá thành thi công giếng 188bet zokb. Để đảm bảo khách quan và chính xác trong đánh giá hiệu quả kinh tế, giá thành giếng 188bet zokb được tách bỏ các chi phí không liên quan đến thời gian như: chi phí vật tư, tài sản cố định và chi phí các dịch vụ không sử dụng trong khi 188bet zokb đoạn thân giếng 8½”.

Hiệu quả kinh tế đạt được từ khi sử dụng choòng 188bet zokb mới đạt trên 7 triệu USD (chi tiết trong Bảng 6).

3. Kết luận

- Để đảm bảo hiệu quả của việc lựa chọn tối ưu hóa thiết kế, phải tiến hành tính toán và lựa chọn theo các bước:

+ Thuộc tính của địa tầng 188bet zokb qua (cơ lý tính).

+ Có đủ thông tin dữ liệu các choòng 188bet zokb đang áp dụng tại khu vực hoặc những khu vực lân cận có điều kiện địa chất địa tầng tương đồng.

+ Chạy mô phỏng với thông số chế độ 188bet zokb tối ưu đã thiết kế cho các giếng 188bet zokb đã tiến hành 188bet zokb trước đó.

+ Tính toán hiệu quả kinh tế cho từng mét 188bet zokb và qua đó đối chiếu tốc độ 188bet zokb cơ học cũng như tuổi thọ choòng 188bet zokb đạt được.

+ Thống nhất phương pháp đánh giá tuổi thọ choòng 188bet zokb cho từng khoảng 188bet zokb để đảm bảo đánh giá các hãng cung cấp choòng 188bet zokb khác nhau được quy đổi về mặt bằng kỹ thuật chung để làm cơ sở đối chiếu, so sánh.

- Lựa chọn choòng 188bet zokb cho công đoạn 8½” với tập có các đặc tính như: thành hệ đá phiến sét có tính dẻo, nhiệt độ - áp suất cao, lưu lượng bơm thấp và tỷ trọng dung dịch cao.

- Thiết kế lựa chọn chủng loại choòng 188bet zokb tối ưu đã chứng minh tính hiệu quả về mặt kinh tế, kỹ thuật và lần đầu tiên áp dụng trong và ngoài nước đối với công đoạn 8½” giếng 188bet zokb nhiệt độ cao áp suất cao tại mỏ Hải Thạch với công nghệ thiết bị hiện đại của giàn 188bet zokb tiếp trợ nửa nổi nửa chìm PV Drilling V.

Tài liệu tham khảo

1. BIENDONG POC. 05-02-HT-4P drilling program. 2015.

2. PV Drilling. RimDrill IADC Report of HT-1P; HT-2P; HT- 3P; HT-5P; HT-5SP.

3. H.Ergin, C.Kuzu, C.Balcı, H.Tunçdemir, N.Bilgin. Optimum bit selection and operation for the rotary blasthole drilling through horizontal drilling rig (HDR) - A case study at KBI Murgul Copper Mine. Istanbul Technical University, Istanbul, Turkey.

4. BIENDONG POC. HT-1P. Well stress data.

5. Smith Bits. Sample test report.

6. Michael Azar, Wiley Long, Allen White, Chance

Copeland, Mikhai Pak. A new approach to fixed cutter bits. Oilfield review. 2015; 27(2).

7. BIENDONG POC. HT-1P; 2P; 3P; 5P; 5SP end of well report.

8. BIENDONG POC. HT-4P, 6P, 7P, 8P, 9P, 9PST end of well report.

9. Aryan Javanmardian, Vahab Hassani, Pedram Rafiee. The selection of optimized PDC bits in the 12¼” hole section (upper part) of gas fields. Journal of Industrial and Intelligent Information. 2014; 2(4): p. 329 - 332.

10. SPE/IADC 23939. IADC dull grading for PDC drill bits.

SELECTION OF OPTIMISED PDC BITS IN THE 8½” HOLE SECTION OF HTHP WELLS AT HAI THACH FIELD, NAM CON SON BASIN

Hoang Thanh Tung, Nguyen Pham Huy Cuong, Tran Hong Nam, Le Quang Duyen, Dao Thi Uyen

Petrovietnam Drilling & Well Services Corporation (PV Drilling) 2Bien Dong Petroleum Operating Company (BIENDONG POC) 3Petrovietnam Exploration Production Corporation (PVEP) 4Hanoi University of Mining and Geology (HUMG)

Email: tunght@pvdrilling.com.vn

Summary

The selection of suitable drill bit can increase the rate of penetration (ROP) as well as drilling section depth, thereby reducing the operation cost of drilling wells and increasing economic efficiency. The article presents the methodology, calculations, selection criteria and design evaluation of suitable PDC bits to increase the ROP of the 8½" section for HTHP wells at Hai Thach field. The study results show that when using the optimum PDC bit as proposed for the 8½” section, the ROP has doubled compared to before. This has proven to be technically and economically feasible for the project and also opens a new direction for the selection of PDC bit for other fields with similar formation conditions and well profile.

Key words: Optimum drill bit, selection of optimised PDC bit, ROP, economic efficiency of bit selection.