Nghiên cứu lựa chọn thiết bị thuộc hệ thống kiểm soát miệng giếng theo công nghệ mới trong thiết kế giàn khoan tự nâng 90 mét nước

Nội dung text: Nghiên cứu lựa chọn thiết bị thuộc hệ thống kiểm soát miệng giếng theo công nghệ mới trong thiết kế giàn khoan tự nâng 90 mét nước

1. T¹p chÝ KHKT Má - §Þa chÊt, sè 37, 01/2012, tr.1-5 DẦU KHÍ (trang 1-12) NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THIẾT BỊ THUỘC HỆ THỐNG KIỂM SOÁT MIỆNG GIẾNG THEO CÔNG NGHỆ MỚI TRONG THIẾT KẾ GIÀN KHOAN TỰ NÂNG - 90 MÉT NƯỚC NGUYỄN NGỌC CƯƠNG, NGUYỄN CÔNG PHÚC, Công ty CP Chế tạo giàn khoan Dầu khí-PVShipyard ĐÀO THỊ UYÊN, TRƯƠNG VĂN TỪ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất PHAN MẠNH CƯỜNG, Công ty PVD - Well Services Tóm tắt: Hiện nay lần đầu tiên tại Việt Nam, dự án giàn khoan tự nâng- 90m nước đang được đội ngũ kỹ sư cùng chuyên gia nước ngoài nghiên cứu, triển khai thiết kế chi tiết, chế tạo và lắp ráp. Trên cơ sở các yêu cầu kỹ thuật của chủ đầu tư thì việc nghiên cứu tính toán, triển khai thiết kế chi tiết và lựa chọn thiết bị tích hợp trong hệ thống kiểm soát miệng giếng để phù hợp với công nghệ mới trên thế giới là việc cần thiết và mang tính thời sự cao. 1. Đặt vấn đề Out Preventer- BOP) trang bị cho giàn khoan Từ thực tế sản xuất, do không gian bố trí đòi hỏi phải nắm vững về công nghệ và tuân thủ thiết bị trên giàn khoan tự nâng hạn chế, các yêu cầu về vật liệu đối với nhà cung cấp (do thiết bị trong hệ thống kiểm soát miệng giếng thiết bị chống phun- BOP hoạt động trong môi chưa đem lại hiệu quả như mong đợi, vì vậy trường khắc nghiệt nhất). việc lựa chọn kỹ lưỡng thiết bị tích hợp trong hệ Yêu cầu về môi trường đối với giàn khoan thống kiểm soát miệng giếng nhằm thỏa mãn tự nâng hoạt động trong vùng biển Đông Nam Á: yêu cầu kỹ thuật và đem lại hiệu quả mới là hết - Phân vùng nguy hiểm: Zone-1 (theo tiêu sức cần thiết. Trên cơ sở bản vẽ thiết kế cơ sở chuẩn API: vùng quanh tâm giếng 1,5 mét). cho giàn khoan tự nâng và việc triển khai từ bản - Môi trường: hơi muối, H2S, SO2, CO2. 0 0 vẽ chi tiết cho thiết kế cơ sở, nhóm tác giả đã - Nhiệt độ môi trường cho thiết kế: 1 - 40 C. 0 nghiên cứu và lựa chọn được thiết bị tích hợp - Nhiệt độ môi trường thiết kế cho vật liệu: -10 C. phù hợp với giàn khoan tự nâng- 90m nước và - Độ ẩm lớn nhất: 85%. được mô phỏng bằng phần mềm 3D- - Vận tốc gió lớn nhất khi vận hành: 100 SmartMarine. hải lý/giờ. 2.2. Giải pháp lựa chọn 2. Nội dung nghiên cứu Thiết bị kiểm soát miệng giếng- WCE bao 2.1. Điều tra khảo sát gồm: thiết bị chống phun- BOP, cụm phân dòng Hiện nay, trên thế giới chỉ có 3 nhà sản (Diverter), ống nối miệng giếng (Bell Nipple) xuất thiết bị kiểm soát miệng giếng (Well cùng hệ thống điều khiển , Cụm BOP được sản Control Equipment- WCE) uy tín hàng đầu cho xuất theo quy chuẩn với các cấp đường kính các loại giàn khoan là: Hydrill, Cameron và tương ứng với áp suất làm việc lớn nhất: Shaffer. Thiết bị kiểm soát miệng giếng là một 21-1/4”x2M (2000Psi), 20-3/4"x3M (3000 Psi), trong những thiết bị quan trọng nhất của giàn, 18-3/4”x10M(10000Psi),18-3/4”x15M (15000Psi), trong lịch sử về thảm họa trên giàn khoan phần 13-5/8”x10M (10000 Psi),13-5/8”x15M(15000 Psi) lớn đều liên quan tới thiết bị này. Việc lựa chọn 11”x5M (5000Psi). Trong đó, cụm phân dòng và thiết bị cho hệ thống thiết bị chống phun (Blow ống nối miệng giếng đều là thiết bị thuộc hệ 1
2. thống thiết bị kiểm soát miệng giếng (WCE) có dịch nối với bể chứa dung dịch bổ sung khi tháo chức năng và vị trí riêng biệt. cần. Đường thử áp nối với cụm phân dòng cao Cụm phân dòng với 2 đường xả, có chức áp khi thử giếng. năng kiểm soát dòng dung dịch khoan đi từ đáy Theo công nghệ trước đây, (hình 1) cụm giếng qua BOP tới máng thu gom dung dịch phân dòng, ống nối miệng giếng và BOP được đồng thời không cho trào lên phía trên bàn rôto lắp đặt và vận hành với những vị trí riêng biệt. nhờ các đệm làm kín. Cụm phân dòng được sử Giai đoạn đầu quá trình khoan, cụm phân dòng dụng độc lập khi khoan ở tầng nông tức là giai được sử dụng và khi chuyển qua giai đoạn tiếp đoạn đầu quá trình khoan với đường kính lớn, theo thì nó được tháo ra và thay vào đó là cụm phạm vi áp suất hoạt động của cụm phân dòng BOP (được sử dụng với cấp đường kính nhỏ có 2 loại 500 Psi và 2000 Psi. dần). Ống nối miệng giếng được đặt phía dưới Với công nghệ này, (như giàn PVD-1, bàn rôto được đỡ bởi thanh dầm, gồm có 3 cửa: 116E ) cụm phân dòng được lắp đặt và trang cửa dung dịch hồi về, cửa thử áp và cửa bù bị đòi hỏi phải bố trí thêm khu vực để cụm phân dung dịch. Đường dung dịch hồi về dẫn tới dòng và tốn thêm công lắp đặt, tháo gỡ cùng với máng thu gom xử lý dung dịch. Đường bù dung các thiết bị liên quan. §•êng bï §•êng bï dung dÞch dung dÞch §•êng håi §•êng håi §•êng §•êng dung dÞch dung dÞch thö ¸p thö ¸p BELL BELL NIPPLE NIPPLE èng nèi èng nèi èng nèi treo èng nèi treo DIVERTER Côm BOP §•êng x¶ §•êng x¶ 13-5/8''-10m èng bao èng bao 30" 30" mùC N¦íC mùC N¦íC BIÓN BIÓN T©m giÕng T©m giÕng Hình 1. Sơ đồ bố trí, vận hành sử dụng thiết bị kiểm soát miệng giếng 2
3. Hiện nay, cụm phân dòng và ống nối miệng giếng được nghiên cứu chế tạo tích hợp đem lại những thuận lợi nhất định và giá thành của thiết bị tích hợp thường rẻ hơn khoảng 10% [1], đồng thời vẫn thỏa mãn được yêu cầu công nghệ. Thiết bị này đang được nghiên cứu bố trí lắp đặt các trang thiết bị như trên giàn khoan tự nâng 90 mét nước (hình 2). Hình 2. Ống nối miệng giếng (Bell Nipple) và cụm phân dòng (Diverter) tích hợp hãng Vetco (Model: KFDJ) A - đường kính ngoài ống nối miệng giếng; B - đường kính ngoài cụm phân dòng; C - đường kính trong của cụm phân dòng; D - đường kính ngoài ống nối; E - chiều dầy dầm đỡ dưới bàn rôto; F - chiều dầy đệm chặn dung dịch; G - tổng bề chiều cao của ống nối miệng giếng và cụm phân dòng tích hợp. Bảng 1. Bảng thông số kỹ thuật cơ bản ống nối miệng giếng - cụm phân dòng tích hợp Nhà sản xuất Hydrill Cameron Shafer API Spec 6FA/16D; API RP 64; ABS cho Modu Tiêu chuẩn áp dụng (theo [10], [11]) 500 Psi 500 Psi 500 Psi Áp suất làm việc 2000 Psi 2000 Psi 2000 Psi 37-1/2” 37-1/2” 37-1/2” Đường kính bàn rôto 49-1/2" 49-1/2" 49-1/2" Đường kính đường hồi về dung dịch 16” 14" 14" Đường kính đường xả dung dịch (x2) 14” 12” 14" Đường kính đường bù dung dịch 4” 3" 3" Đường kính đường thử áp 6” 4” 4” 3
4. Cabin ®iÒu khiÓn SµN KHOAN BELL NIPPLE SµN CHÝNH DIVERTER sµn ®ì èng bao T©m giÕng a) b) Hình 3. Sơ đồ lắp đặt, vận hành của WEC bằng công nghệ cũ (3a) và mới (3b) 2.3. Các bước tính, chọn khi thiết kế - Bước 3: Tính toán chiều dài của ống nối Sự đánh giá lựa chọn nhà cung cấp đầu tiên bao và ống nối treo. phải dựa trên cơ sở đánh giá kỹ thuật phù hợp - Bước 4: Tính toán tổng chiều cao của (thông số kỹ thuật, kích thước ). Hơn nữa, tùy cụm BOP có giá trị lớn nhất. từng nhà sản xuất sẽ có những giá trị kích - Bước 5: Tính toán tổng chiều dài của ống thước, thông số thủy lực khác nhau cho từng nối miệng giếng -cụm phân dòng, BOP, ống nối chủng loại thiết bị. Vì vậy, việc tiến hành kiểm bao, ống nối treo, đến cao trình sàn đỡ ống bao tra, tính toán, lựa chọn nối miệng giếng - cụm trong công tác tháo lắp và vận hành. phân dòng vào bản vẽ thiết kế cơ sở phức tạp - Bước 6: Kiểm tra, đối chiếu các bản vẽ hơn do không gian phía dưới hạn chế và liên thiết kế liên quan: thiết bị nâng hạ BOP, sàn quan tới những thiết bị khác. Do điều kiện BOP, sàn nâng hạ, máng dẫn dung dịch, tời phạm vi trình bày trong khuôn khổ bài báo nâng hạ. không cho phép và liên quan tới nhiều bản vẽ - Bước 7: Tính toán góc nghiêng của đường thiết kế chi tiết nên tác giả chỉ có thể liệt kê sơ xả và đường hồi về tới máng gom dung dịch bộ qua các bước sau: phải đạt độ nghiêng từ 10 đến 30 để không bị - Bước 1: Tính chọn thông số áp suất làm lắng cát trên đường ống (tiêu chuẩn API-6FA). việc của ống nối miệng giếng - cụm phân dòng - Bước 8: Xây dựng phần mềm mô phỏng phụ thuộc thông số của BOP, đường kính bàn SolidWorks và 3D-SmartMarine cho toàn bộ hệ rôto. thống thiết bị lắp đặt trên giàn để bố trí lắp đặt - Bước 2: Tính toán chiều cao của ống nối đường ống và phân bố tải trọng trên giàn (hình miệng giếng - cụm phân dòng tích hợp. 4). 4
5. Hình 4. Mô phỏng thiết bị trên hệ thống giàn khoan tự nâng-90m nước bằng phần mềm 3D-SmartMarine 3. Kết luận [4]. Bản vẽ thiết kế chi tiết bố trí thiết bị kiểm Qua nghiên cứu tìm hiểu nhóm tác giả nhận soát miệng giếng giàn khoan Jack-up 90m thấy việc lựa chọn, sử dụng thiết bị ống nối nước, 2010. Công ty PV-Shipyard. miệng giếng-cụm phân dòng tích hợp là thích [5]. Cao Ngọc Lâm, 2006. Tiến bộ kỹ thuật hợp và mang lại những lợi ích trong sử dụng, công nghệ trong lĩnh vực khoan dầu khí, vận hành cũng như đảm bảo được yêu cầu về Trường Đại học Mỏ- Địa chất. giá thành trong việc thiết kế giàn khoan tự nâng [6]. Trần Xuân Đào, 2007. Thiết kế công nghệ 90m nước. Nhưng để lựa chọn thiết bị tích hợp khoan các giếng khoan dầu và khí, Nhà xuất này vào những giàn khoan tiếp theo do Công ty bản Khoa học- Kỹ thuật. PV- Shipyard sản xuất đòi hỏi phải nghiên cứu [7]. McGraw-Hill, 2004. Sổ tay tiêu chuẩn dành thêm để phù hợp với điều kiện lắp đặt cũng như cho kỹ sư thiết bị. thiết kế theo công nghệ mới trên thế giới đang [8]. Rigtrain, 2001. Kiểm soát miệng giếng cho sử dụng. đội khoan (Well control for the Drilling team). TÀI LIỆU THAM KHẢO [9]. Schlumberger, 1999. Điều khiển thiết bị [1]. Hồ sơ dự thầu thiết bị kiểm soát miệng đầu giếng (Well control manual) giếng của Hydrill, Cameron, Shaffer, Công ty [10]. Bộ tài liệu tiêu chuẩn API (API Spec PV-Shipyard. 6FA/16D/Q1, API RP 64), 2005, Viện nghiên [2]. Hồ sơ mời thầu thiết bị kiểm soát miệng cứu dầu khí Hoa kỳ. giếng, 2009. Công ty PV-Shipyard. [11]. Bộ tài liệu tiêu chuẩn ABS cho công trình [3]. Bản vẽ thiết kế cơ sở giàn khoan Jack-up 90 khoan di động ngoài khơi (MODU), 2005, Tổ mét nước, Công ty PV-Shipyard. chức đăng kiểm Hàng hải Hoa Kỳ. SUMMARY Research to select integrated equipment follow to new technology belong to well control system in design the 90m water depth jack-up rig Nguyen Ngoc Cuong, Nguyen Cong Phuc, PV-Shipyard Company Dao Thi Uyen, Truong Van Tu, University of Mining and Geology Phan Manh Cuong, PVD- Well Services Company Currently, the first time in Vietnam, the 90m water depth jack-up rig project, the team of engineers and foreign experts, research and development of detailed design, fabrication and assembly. On the basis of the technical requirements of investors, research and development from the basic design drawings. Calculation, research, development to detailed design and selection integrated equipment follow to new technology belong to well control system with the new technology in the world. 5