Hệ thống khoan kiểm soát áp suất mới (managed pressure drilling-MPD)

Kể từ khi thành lập năm 1987, Công ty Enhanced Drilling-ED (Na Uy) luôn tập trung vào công nghệ tiên tiến và hỗ trợ dịch vụ khoan chuyên dụng cho lĩnh vực dầu khí ngoài khơi, từ các công nghệ giảm thiểu rủi ro đến các hệ thống có lợi cho môi trường, công nghệ khoan tiên tiến tạo ra các giải pháp nâng cao lợi ích, tiết kiệm chi phí đối với một số thách thức lớn nhất của lĩnh vực công nghiệp này.

Công nghệ khoan giếng tích hợp (integrated well technology)

Công ty ED chuyên cung cấp công nghệ khoan đặc biệt và dịch vụ, giúp đỡ các công ty dầu mỏ trên toàn thế giới vận hành khoan giếng một cách tự tin, tạo ra những cơ hội khoan mới, tiết kiệm đáng kể chi phí xây dựng và hoàn thành trước thời hạn giếng khoan. Bắt đầu hoạt động từ năm 1987, hồ sơ theo dõi của ED trong lĩnh vực này rất rộng lớn, với hơn 1.000 giếng sử dụng công nghệ EC-Drill®, EC-Monitor™, RMR® hoặc CTS. Công ty ED đặt trụ sở chính đặt tại Straume (Na Uy) và các văn phòng đại diện ở Oslo (Na Uy), Perth (Australia) và Houston (tiểu bang Texas, Hoa Kỳ).

Trên khắp thế giới, các giải pháp công nghệ hệ thống khoan áp suất quản lý của ED đã cho phép một số nhà khai thác uy tín nhất trong ngành khoan một cách tự tin, tạo ra các cơ hội khoan mới và duy trì đúng tiến độ, góp phần tiết kiệm chi phí. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ mới không chỉ cho hôm nay mà cả ngày mai, ED hiện đang dẫn đầu lĩnh vực công nghệ tiên tiến khi nói đến các giải pháp khoan thế hệ tiếp theo nhằm nâng cao độ an toàn, tin cậy và hiệu quả chi phí cũng như lợi ích môi trường.

I/ EC-Drill®: Hơn cả hệ thống khoan kiểm soát áp suất

Công nghệ EC-Drill® của ED là một bước thay đổi công nghệ giải quyết các thách thức liên quan đến áp suất thường gặp ở nhiều giếng nước sâu trong suốt quá trình thi công giếng. EC-Drill không chỉ là một dạng khoan kiểm soát áp suất (MPD) mà còn là một công nghệ tiến tiến vượt xa công nghệ MPD hiện có vì một hệ thống EC-Drill duy nhất có thể cung cấp khả năng kiểm soát mức bùn khoan (controlled mud level –CML là hệ thống cho phép người vận hành “khoan cái không thể khoan được”, giải quyết thách thức lâu dài thường gặp ở nhiều giếng sâu là khoan trong cửa sổ khoan hẹp), kỹ thuật thu hồi bùn khoan không cần nâng (riserless mud recovery-RMR® là một công cụ không có bơm làm giảm thiểu rủi ro cho phép khoan các lỗ trên cùng với chất lượng tốt hơn, ổn định hơn và an toàn hơn cũng như nhanh hơn và ít tác động đến môi trường hơn và là một phương pháp cải tiến để đưa bùn khoan và các mảnh vụn trở lại giàn khoan trước khi vận hành ống chống đứng mà không thải ra đáy biển) và kỹ thuật thu gom bùn (cuttings transfer system-CTS cho phép thu gom bùn khoan ra khỏi khu vực giếng trong quá trình khoan lỗ trên cùng trên giàn khoan bán chìm, cũng như trong các hoạt động làm sạch dưới đáy biển dựa trên sử dụng công nghệ CTS có tác động lớn đến khả năng tồn tại của hoạt động khoan, đặc biệt là ở những khu vực nhạy cảm với môi trường).

Bằng cách sử dụng hệ thống EC-Drill®, người vận hành có thể cải thiện đáng kể hoạt động trong toàn bộ quy trình xây dựng giếng, đơn giản hóa việc thiết kế giếng, khoan phần dài hơn và giảm bớt lớp vỏ ống chống và lớp lót cũng như giảm lượng sắt thép, xi măng và dung dịch khoan phải sử dụng. Kết quả đạt được cụ thể là cắt giảm số ngày thuê giàn khoan và giảm thiểu đáng kể lượng phát thải khí nhà kính GHG.

Ngoài ra, hệ thống EC-Drill® có thể được sử dụng để giảm thất thoát chất dung dịch trong các vỉa chứa đã cạn kiệt, bể chứa khí bị mắc kẹt và giúp kéo dài tuổi thọ của các giếng đang khai thác cũng như tăng cường sử dụng cơ sở hạ tầng hiện có. Đồng thời cũng đã cho thấy tác động tích cực đáng kể đối với hoạt động rải sỏi bịt kín tấm chắn hay vòng lỗ thủng thành công, tạo ra sản lượng ban đầu cao hơn và tương lai dài hơn cũng như tăng trữ lượng dầu khí có thể thu hồi.

EC-Drill® được cho là khá thích hợp cho tàu khoan bán chìm, tàu khoan, và giàn khoan tự nâng jack-up. Hệ thống EC-Drill® cũng có thể được kết hợp xác định các thông số MPD cho giếng khoan với phản áp bề mặt hoặc áp suất hình khuyên kép (dual annular and surface back pressure-SBP), điều này cho phép hệ thống cung cấp cho người vận hành một phạm vi áp suất không thể đạt được chỉ với các công nghệ hiện tại mà còn là một công cụ thay đổi cuộc chơi thực sự.

Với đội ngũ chuyên gia toàn cầu của ED, các công ty dầu khí có thể chắc chắn tìm được giải pháp phù hợp được hỗ trợ bởi sự hỗ trợ phù hợp, bất kể môi trường có bất cứ thách thức như thế nào. Theo nhận xét của ông Bjørn Thor Ribesen, Phó Chủ tịch Drilling & Wells, (Vår Energi AS là một công ty dầu khí có trụ sở chính tại Stavanger, Na Uy thành lập vào năm 2018 sau sự hợp nhất giữa Eni Na Uy và Point Resources), sự tái phát triển giếng dầu Balder ở khu vực Biển Bắc là nền tảng trong việc tạo ra giá trị tương lai của công ty Vår Energi. Tầm quan trọng của dự án khai thác dầu khí đặt ra tất cả chúng ta một mũi nhọn của sự thành công trong tương lai của công ty Vår Energi. Hệ thống kiểm soát áp suất mức bùn khoan CML đã được lắp đặt cho phép công ty Vår Energi tiến hành an toàn hoạt động khoan đối với các giếng đã khai thác gần đây. Đây là giếng đầu tiên được hoàn thành việc khoan và bằng cách lắp đặt hệ thống công nghệ mới kiểm soát áp suất mùn khoan CML.

Các thách thức đặt ra

Khoan nhanh hơn và hiệu quả hơn

Kỹ thuật khoan thông thường, đặc biệt là ở trường hợp khoan giếng nước sâu thường gặp phải một số hạn chế và phức tạp liên quan một số áp suất. Ví dụ, quá tải nông, quá áp suất, cạn kiệt hoặc các vùng và độ bùn dốc yếu đều phải có khả năng được xử lý, trong khi mật độ tuần hoàn tương đương (equivalent circulating densities-ECD) khiến việc duy trì kiểm soát áp suất đáy giếng không đổi (bottom hole pressure-BHP) trở nên khó khăn. Khoan thông thường liên quan đến việc lắp đặt nhiều ống vách dây và thay đổi trọng lượng bùn để bù đắp cho ECD làm tạm dừng quá trình khoan mỗi lần trong một quy trình khoan kéo dài. Ngoài ra, còn có nhiều dây vỏ hoặc lớp lót của dây vỏ phải được lắp đặt khi xuất hiện những áp suất bất ngờ và những khu vực nền đáy yếu. Nói chung, đây là một quá trình tốn nhiều thời gian và khá tốn kém.

Giải quyết nhu cầu thực sự với EC-Drill®

Kiểm soát và độ chính xác cao hơn

EC-Drill cung cấp mức độ kiểm soát cao hơn trong các giếng nước sâu, nâng cao độ an toàn và cho phép người vận hành điều hành hiệu quả về mặt áp suất cửa sổ khoan hẹp để tấn công các mục tiêu sâu phi thực tế để tiếp cận kỹ thuật khoan truyền thống.

Bằng cách bơm hồi lưu bằng EC-Drill, sử dụng mức bùn khoan trong ống nâng có thể điều khiển BHP một cách chính xác. Hệ thống EC-Drill được gắn trực tiếp vào ống nâng song lại hoạt động như một bộ thiết bị độc lập. Điều này cho phép chuyển trở lại phương pháp khoan thông thường một cách dễ dàng và nhanh chóng bằng cách cách ly hệ thống EC-Drill.

Trong quá trình khoan, hệ thống EC-Drill giảm thiểu đáng kể nhu cầu phải điều chỉnh trọng lượng bùn khoan. Trong trường hợp này, mức độ bùn khoan trong ống nâng đứng có thể được điều chỉnh hết sức tinh vi, cho phép BHP được duy trì ngay trên áp suất lỗ rỗng hoặc ngay dưới áp suất gãy theo yêu cầu.

Bởi vì EC-Drill cho phép khoan bằng dung dịch khoan nặng hơn nên có thể đủ áp suất thủy tĩnh để thiết lập một giới hạn nâng trong trường hợp ngắt kết nối khẩn cấp nhằm đảm bảo duy trì tính toàn vẹn của giếng.

Xử lý sự cố bất ngờ một cách nhanh chóng

Ngoài việc bị mất cân bằng áp suất thủy tĩnh, hệ thống EC-Drill còn cung cấp khả năng phát hiện va đập và sự mất mát sớm hơn. Điều này có nghĩa là mọi vấn đề tiềm ẩn đều có thể được giải quyết nhanh chóng bởi vì người vận hành hệ thống sẽ được thông báo phải thực hiện hành động cần thiết nhanh nhất có thể.

Kiểm soát áp suất bằng EC-Drill® trong toàn bộ quá trình xây dựng giếng

Những lợi thế bổ sung của EC-Drill®

- Loại bỏ lớp vỏ và lớp lót sớm vì đường cong áp suất của CML phù hợp độ dốc lỗ rỗng và vết đứt gãy;

- Hình dạng khoan và áp suất cửa sổ khoan hẹp cao hơn so với áp suất lỗ rỗng;

- Hoàn thành bộ lọc bằng sỏi bít lỗ mở nơi mà trước đây không thể;

- Thực hiện kiểm soát áp suất MPD trong suốt quá trình thi công giếng

- Cho phép kiểm soát áp suất MPD không bị gián đoạn trong thời gian dài hơn (sự ngắt, lắp đặt lớp lót và vỏ bọc, đo lường, dọn dẹp, hoàn thiện);

- Cho phép sử dụng giàn khoan tiêu chuẩn và các quy trình kiểm soát giếng;

- Loại bỏ thời gian bị lãng phí khi bùn luân hồi giữa mùn khoan và bùn thải;

- Tốc độ khoan xuyên (rates of penetration-ROP) nhanh hơn mà không cần giới hạn số vòng quay trên phút (revolutions per minute-RPM);

- Tiết kiệm đáng kể thời gian và chi phí thuê giàn khoan giếng nước sâu;

- Khoan với khả năng tuần hoàn tối ưu trên giàn khoan là hệ thống cho phép tuần hoàn dung dịch khoan hoặc mù khoan xuống qua dây khoan rỗng và đi lên qua khoảng không gian hình khuyên giữa dây khoan và lỗ khoan;

- Cải thiện thao tác kiểm soát áp suất cho phép khoan hiệu quả các nguồn bể chứa đã cạn kiệt và các cửa sổ áp suất khoan hẹp;

- EC-Drill cũng có thể hỗ trợ khoan các giếng khoan nhiệt độ cao, áp suất cao (high pressure/high temperature-HPHT) vì BHP có thể được duy trì dưới áp suất gây nứt nẻ;

- Ít thiệt hại hơn khi sử dụng bùn khoan trong nước và tính linh hoạt và an toàn được nâng cao;

- Cân bằng khi khoan, không bị mất cân bằng;

- Cải thiện độ ổn định của lỗ khoan;

- Phát hiện (kick) và loại bỏ (loss) hiện tượng chất lưu vỉa xâm nhập vào giếng khoan nhanh hơn;

- Giống như khoan thông thường, không bị tắc nghẽn (rotating control device-RCD) là một thiết bị thiết bị điều khiển quay kiểm soát áp suất được sử dụng trong quá trình khoan là thành phần quan trọng tạo ra rào chắn kín áp suất trong vòng giếng để điều hướng dòng chảy hình khuyên qua hệ thống đo lường và điều khiển;

- Giảm thiểu rủi ro liên quan đến áp suất khoan;

- Kiểm soát áp suất khoan đáy giếng gần như không đổi BHP;

- Tính linh hoạt khi chuyển sang phương pháp khoan truyền thống bất cứ lúc nào.

II/ EC-Monitor™

Hệ thống phát hiện hiện tượng kick và loại bỏ loss khí/chất lưu xâm nhập

EC-Monitor™ là thế hệ công nghệ tiên tiến tiếp theo trong việc phát hiện hiện tượng kick - loss khí/chất lưu xâm nhập vào lòng giếng, dẫn đến gây mất dung dịch khoan, điều này cho phép vận hành khoan một cách an toàn hơn, đồng thời tiết kiệm thời gian hoạt động cho giàn khoan. Ngoài ra, EC-Monitor còn giảm thiểu nguy cơ phun trào ở tất cả các giai đoạn xây dựng giếng, bao gồm cả việc hoàn thiện, cải thiện đáng kể khả năng bảo vệ chống lại các trường hợp không mong muốn có thể xảy ra. Hệ thống này cũng cho phép người vận hành khoan giám sát quá trình khoan và bảo trì giếng trước khi cần tiến hành các biện pháp khắc phục tốn kém và mất thời gian.

EC-Monitor còn liên tục theo dõi dòng chảy vào và ra khỏi giếng khoan cũng như làm giảm thiểu đáng kể nhu cầu về kiểm tra dòng chảy tĩnh truyền thống, tiết kiệm thời gian đáng kể đối với toàn bộ giếng. Hệ thống này còn loại bỏ các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng của chuyển động của giàn khoan và khe nứt trượt, điều này đem lại kết quả đo đạc lưu lượng thể tích hồi lưu có độ chính xác cao.

EC-Monitor đã được trao giải Best Well Integrity của tổ chức World Oil Awards năm 2022. Đây là công nghệ duy nhất hoàn toàn tự động và được điều khiển bởi người vận hành khoan mà không cần thêm bất cứ thành viên giàn khoan nào khác (pilot on board-POB).

Việc phát hiện hiện tượng khí/chất lưu xâm nhập vào lòng giếng sớm và chính xác sẽ giúp giảm thiểu kích thước dòng chảy cũng như cắt giảm thời gian khắc phục cuối cùng cũng như khả năng thiệt hại hệ thống. Thông báo nhanh chóng và giảm thiểu dòng chảy tràn hoặc tổn thất, giúp cải thiện độ an toàn của mọi công trình xây dựng giếng.

Khi sự xáo trộn bên ngoài và các yếu tố không liên quan được loại bỏ, hệ thống EC-Monitor có thể sử dụng các thông số cảnh báo chặt chẽ hơn, loại bỏ nhu cầu giải thích của con người và giảm tải nhận thức của người vận hành khoan cũng như các chỉ báo sai, đây là một bước đi quan trọng hướng tới việc kiểm soát giếng hoàn toàn tự động. Với thời gian thi công xây dựng giếng nhanh hơn, EC-Monitor cũng còn cắt giảm lượng phát thải khí nhà kính GHG trên mỗi giếng là một lợi thế bổ sung cho người vận hành khoan.

EC-Monitor còn là một giải pháp độc đáo linh hoạt nhất trong lĩnh vực xây dựng và giám sát giếng khoan trên thị trường hiện nay.

Đơn giản, thông minh

EC-Monitor có thể được mô tả như một thùng bể kim loại nhỏ nội tuyến, trong đó ống dẫn dòng được đặt trực tiếp vào dây nâng, phía trên khớp nối ống lồng và bên dưới vỏ bộ chuyển hướng. Chất lỏng quay trở lại ống dẫn dòng chảy và được bơm ra bằng một máy bơm có tốc độ thay đổi đến hệ thống tuần hoàn giàn khoan. Các cảm biến phát hiện sự dao động của dòng hồi lưu do lực nâng của giàn khoan gây ra và phần mềm hệ thống EC-Monitor cung cấp khả năng kiểm soát để bù đắp cho những thay đổi về thể tích.

Máy bơm bùn khoan trên máy bơm trượt chuyển bùn từ ống dẫn dòng chảy nội tuyến sang đường dòng chảy, đảm bảo tất cả các đường chảy trong hệ thống EC-Monitor luôn đầy. Điều này cho phép kiểm soát khối lượng đầy đủ trong khi kết nối và khi ngắt kết nối dẫn đến vận hành có khả năng xảy ra nhiều dòng chảy vào hơn và các phương pháp phát hiện thông thường được cho là không đầy đủ. Các thuật toán tiên tiến tính toán chuyển động của tàu và tiếng ồn của cảm biến bộ lọc cũng như quy trình của sự xáo trộn. Phần mềm này cũng tự động phát hiện và tính toán sự thay đổi về thể tích sắt thép khi đưa vào hoặc rút ra.

Tuấn Hùng

Enhanced Drilling