Quy trình khoan định hướng ngang trong khoan dầu khí

Quy trình khoan định hướng ngang trong khoan dầu khí

Các công cụ và kỹ thuật được sử dụng trong quy trình khoan định hướng ngang (HDD) là một bước phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp khoan giếng dầu. Các thành phần của một giàn khoan ngang được sử dụng để xây dựng đường ống tương tự như của một giàn khoan giếng dầu, ngoại trừ chính là một giàn khoan ngang được trang bị một đường dốc nghiêng ngược với cột thẳng đứng.

Hoạt động của lỗ thí điểm trong khoan đặt ống ngầm HDD không giống như những hoạt động liên quan đến việc khoan giếng dầu định hướng ngang. Ống khoan và các dụng cụ đặt lỗ thông thường có thể thay thế cho nhau và dung dịch khoan được sử dụng trong suốt quá trình vận hành để vận chuyển lỗ khoan, giảm ma sát, ổn định lỗ, v.v. Do những điểm tương đồng này, quá trình này thường được gọi là khoan thay vì doa.

Công nghệ khoan ngang định hướng đặt đường ống ngầm HDD thường được thực hiện trong ba giai đoạn như được minh họa trong Hình 1. Giai đoạn đầu tiên bao gồm việc khoan định hướng một lỗ thí điểm có đường kính nhỏ dọc theo đường dẫn hướng được thiết kế. Giai đoạn thứ hai liên quan đến việc mở rộng lỗ thí điểm này đến đường kính phù hợp để lắp đặt đường ống. Giai đoạn thứ ba bao gồm việc kéo đường ống trở lại lỗ mở rộng.

Khoan định hướng lỗ thí điểm

Điều khiển hướng lỗ thí điểm được thực hiện bằng cách sử dụng một dây khoan không xoay với một cạnh dẫn không đối xứng. Sự không đối xứng của mép trước tạo ra sai lệch lái trong khi không quay khía cạnh của chuỗi khoan cho phép độ lệch lái được giữ ở một vị trí cụ thể trong khi khoan. Nếu cần thay đổi hướng, thì dây khoan được cuộn sao cho hướng thiên lệch giống với hướng thay đổi mong muốn. Hướng của sai lệch được gọi là mặt dao.

Tiến độ thẳng có thể đạt được bằng cách khoan với một loạt các vị trí mặt dao bù.

Chuỗi khoan cũng có thể được xoay liên tục khi không cần điều khiển hướng. Sự bất đối xứng của cạnh hàng đầu có thể được thực hiện bằng một số phương pháp. Thông thường, cạnh hàng đầu sẽ có một góc lệch được tạo ra bởi vỏ động cơ phụ bị uốn cong hoặc uốn cong. Điều này được minh họa bằng sơ đồ trong Hình 2.

Thông thường ở đất mềm để đạt được tiến độ khoan định hướng ngang bằng cách cắt thủy lực với vòi phun tia. Trong trường hợp này, hướng dòng chảy từ vòi phun có thể lệch khỏi trục trung tâm của dây khoan, do đó tạo ra sai lệch lái. Điều này có thể được thực hiện bằng cách chặn các vòi phun đã chọn trên một bit hình nón con lăn tiêu chuẩn hoặc bằng cách chế tạo tùy chỉnh một bit làm lệch tia. Nếu gặp các điểm cứng, dây khoan có thể được xoay để máy khoan mà không cần điều khiển hướng cho đến khi vết cứng bị xuyên thủng.

Động cơ đáy hố

Hành động cắt cơ học cần thiết cho đất cứng hơn được cung cấp bởi động cơ thủy lực hố ga. Động cơ thủy lực hố ga, thường được gọi là động cơ bùn, chuyển đổi thủy lực năng lượng từ bùn khoan bơm từ bề mặt thành cơ năng tại bit.

Điều này cho phép xoay bit mà không cần xoay chuỗi khoan. Có hai loại động cơ bùn cơ bản; dịch chuyển dương và tuabin. Động cơ dịch chuyển tích cực thường được sử dụng trong các ứng dụng Khoan định hướng HDD.

Về cơ bản, động cơ bùn chuyển vị tích cực bao gồm một stato hình xoắn ốc chứa rôto hình sin. Dòng bùn qua stato truyền chuyển động quay tới rôto, đến lượt nó được kết nối thông qua liên kết với bit.

Trong một số trường hợp, ống rửa có đường kính lớn hơn có thể được xoay đồng tâm trên dây khoan có thể quay không quay. Điều này giúp ngăn chặn sự dính của chuỗi có thể bảo quản và cho phép mặt công cụ của nó được tự do định hướng. Nó cũng duy trì lỗ thí điểm nếu nó trở nên cần thiết để rút dây có thể bảo quản.

Khảo sát lỗ xuống

Đường đi thực tế của lỗ thí điểm được theo dõi trong quá trình khoan bằng cách lấy các số đọc định kỳ về độ nghiêng và phương vị của cạnh đầu. Các kết quả đọc được thực hiện bằng một dụng cụ, thường được gọi là đầu dò, được lắp vào cổ máy khoan càng gần mũi khoan càng tốt. Việc truyền các kết quả khảo sát thăm dò lỗ xuống bề mặt thường được thực hiện thông qua một dây chạy bên trong dây khoan. Các số đọc này, cùng với các phép đo khoảng cách đã khoan kể từ lần khảo sát cuối cùng, được sử dụng để tính toán các tọa độ ngang và dọc dọc theo hoa tiêu lỗ so với điểm vào ban đầu trên bề mặt.

Các chỉ số phương vị được lấy từ từ trường của trái đất và chịu sự can thiệp từ các công cụ giếng khoan, ống khoan và từ trường được tạo ra bởi các cấu trúc lân cận. Do đó, đầu dò phải được lắp trong một vòng đệm không từ tính và được định vị trong dây sao cho nó được cách ly thích hợp với các dụng cụ và đường ống khoan từ lỗ xuống. Sự kết hợp giữa bit, mô tơ bùn (nếu được sử dụng), phụ, đầu dò khảo sát và vòng cổ không từ tính được gọi là Bottom Hole Assembly hoặc BHA. Cụm lỗ đáy điển hình được thể hiện như Hình 2.

Giám sát bề mặt

Đường dẫn lỗ thí điểm cũng có thể được theo dõi bằng hệ thống giám sát bề mặt. Hệ thống giám sát bề mặt xác định vị trí của lỗ khoan thăm dò bằng cách lấy các phép đo từ lưới hoặc điểm trên bề mặt. Một ví dụ về điều này là Hệ thống TruTracker. Hệ thống này sử dụng một cuộn dây bề mặt có vị trí đã biết để tạo ra từ trường. Đầu dò cảm nhận vị trí của nó so với từ trường cảm ứng này và truyền thông tin này đến bề mặt.

Doa & Kéo lùi

Việc mở rộng lỗ thí điểm được thực hiện bằng cách sử dụng các đường chuyền trước khi lắp đặt đường ống hoặc đồng thời trong quá trình lắp đặt đường ống. Các công cụ doa thường bao gồm một mảng tròn máy cắt và vòi phun dung dịch khoan và thường được các nhà thầu tùy chỉnh cho một kích thước lỗ hoặc loại đất cụ thể.

Mở rộng trước

Hầu hết các nhà thầu khoan định hướng ngang sẽ chọn bố trí trước một lỗ thí điểm trước khi cố gắng lắp đặt đường ống. Đối với đường truyền trước, các mũi khoan gắn với dây khoan tại điểm thoát được xoay và kéo vào giàn khoan do đó mở rộng lỗ thí điểm. Ống khoan được thêm vào phía sau doa khi chúng tiến về phía giàn khoan. Điều này đảm bảo rằng một chuỗi ống luôn được duy trì trong lỗ đã khoan. Cũng có thể doa xa giàn khoan. Trong trường hợp này, doa lắp vào dây khoan trên giàn khoan được quay và đẩy ra khỏi nó.

Kéo lại

Việc lắp đặt đường ống được thực hiện bằng cách gắn phần kéo đường ống đúc sẵn phía sau cụm doa tại điểm thoát và kéo cụm doa và phần kéo trở lại giàn khoan. Điều này được thực hiện sau khi hoàn thành việc đắp trước hoặc đối với các đường có đường kính nhỏ hơn trên đất mềm, ngay sau khi hoàn thành lỗ thí điểm. Một khớp xoay được sử dụng để kết nối phần kéo với cụm doa hàng đầu để giảm thiểu lực xoắn truyền tới đường ống. Phần kéo được hỗ trợ bằng cách sử dụng kết hợp một số giá đỡ con lăn, thiết bị xử lý đường ống, hoặc một rãnh nổi để giảm thiểu lực căng và ngăn ngừa hư hỏng cho đường ống.

Kiểm soát độ nổi

Lực nâng do sức nổi của các đường kính lớn hơn có thể rất đáng kể. Lực kéo cao có thể được yêu cầu để vượt qua lực cản do lực nâng nổi. Do đó, các nhà thầu khoan ngầm kéo ống thường sẽ thực hiện các biện pháp để kiểm soát độ nổi của đường ống có đường kính từ 30 inch trở lên. Phương pháp phổ biến nhất để kiểm soát sức nổi là đổ đầy nước vào ống khi nó đi vào lỗ. Điều này yêu cầu một đường nạp bên trong để xả nước ở mép hàng đầu của phần kéo (sau điểm ngắt). Cũng có thể cần một đường khí để phá vỡ chân không có thể hình thành ở mép trước khi phần kéo được kéo lên giàn.

Lượng nước đặt trong đường ống được kiểm soát để cung cấp sự phân bố các lực nổi có lợi nhất. Một số nhà thầu khoan ngầm kéo ống có thể chọn thiết lập lực nổi không đổi. Điều này có thể được thực hiện bằng cách chèn đường kính nhỏ hơn vào phần kéo và đổ đầy nước vào đường nhỏ hơn. Đường nhỏ hơn có kích thước để chứa lượng nước cần thiết trên mỗi foot tuyến tính để bù đắp lực nâng.

Xem thêm về khoan đặt ống ngầm HPDE, dịch vụ khoan ngầm Minh Phương