Tuygn tap bao cao Hoi nghj KHCN "30 nam Phu khi Viet Nam: Co hoi moi, thach thuc moi" "773
N G H I E N CLTU VA D A N H GIA T R A N G T H A I D O N G H O C C U A H E T H O N G C O N G N G H E K H O A N D A U KHI
Nguyen The Vinh, Le Xuan Lan Trirdng Dai hoc Md - Dia chdt Tran Xuan Dao XNLD Vietsovpetro
TOM T A T
Du&i tucmg tdc cua cdc thdng sd cdng nghi nhu chi do khoan, thdng sd dung dich, V.V., chodng khoan phd va ddt da & day giing. Qud trinh ndy diin ra trong mdi trud'ng thay ddi nhu tinh chdt co ly ciia ddt dd khoan qua, cdc thdng sd ddc thu cua via, v.v. tgo nen mdt hi thdng khip kin "giing - via " md ddc thu cua nd dugc thi hiin qua trgng thdi ddng ciia hi thdng. Trgng thdi ddng hoc ndy cd dnh. hu&ng true dip din hiiu qud qud trinh phd va ddt da ciia chodng. Vdy khi ldm viec hi thdng cdng nghi khoan ndm trong trgng thdi ndo, bdng cdch gi di ddnh gid dugc trgng thdi ndy. Thdng qua bdo cdo, nhdm tdc gid mudn di cap din mdt phuong phdp todn hgc - ly thuyit tai biin "Castastrof vd ung dung nghien cim ddnh gid trgng thdi ddng hgc cua hi thdng cdng nghi trong qud trinh khoan vd xdy dung giing.
MO D A U
Trong qua trinh khoan, de pha vo dat da, eho6ng khoan dupe truyen nang lugng th6ng qua cac th6ng s6 dieu khien tir tren be mat nhu tai trgng len choong, van t6e quay can, luu lugng bom dung dieh khoan, m6men quay, ty trgng dung dich, tham s6 luu bien dung dich, v.v.. Ngoai ra, eon phai ke den mgt loat cac yeu to tuong tac true tiep hay gian tiep:
Luc ly tam do van t6e quay can khoan Thiiy lire voi phun
Chuyen dgng dpc true
Chuyen dpng quay quanh true ciia cho6ng va true cua cac chop Tac dpng ciia trpng lupng
Goc d6c, m6i truong kh6ng d6ng nhat eiia via Dp nghieng ciia than gieng, v.v..
Trong su tuong tac nay, cho6ng khoan lu6n lam viec trong m6i truong dpng het sire phire tap, ban than cac th6ng s6 dieu khien ciing thuong xuyen thay d6i mpt each khaeh quan hoae chii quan theo su6t chieu sau ciia gilng. D6i voi cae gilng khoan dinh huong thi goc nghieng eiia than gieng cung gop phan lam tang tinh chat phirc tap ciia m6i truong
774 •Nghien cuu va danh gia trang thai dong hoc cua he th6no cong nghe khoan dhu khi
lam viec cua choong khoan. Mac dii trong qua trinh lam viec choong khoan van tao nen s6 met khoan, nhung no lam viec trong trang thai dpng hpc nhu thi nao. 6n dinh ha>- kh6ng 6n dinh. Dimg tren quan diem dpng hpc thi trang thai eua ea he thing via - gieng co ben vting hay kh6ng.
D6i voi cac gieng khoan e6 dp doi day lan thi viec dam bao tinh 6n dinh eiia he thong via - gieng lu6n gitr mpt vai tr6 het sire quan trpng trong viec dam bao buong chuyen dpng ciia cho6ng khoan. Co nghia la he th6ng eo 6n dinh va ben vtrng dpng hpc thi kha nang dam bao 6n dinh huong di va g6c nghieng eua than gieng theo cac gia tri thiet ke ban dau moi thue hien dupe. Thue te eho thay, khi thi c6ng cac gieng khoan xien co dp doi day Ion thi viee dam bao 6n dinh phuong vi va goe nghieng theo chieu sau gieng la het sire kh6 khan, viee sai lech huong di ciia than gieng khoan la hau qua ciia viec choong khoan lam viec trong m6i truang bat 6n dinh (Hinh 1 ^ 4).
Qua day CO the thay rang qua trinh lam viec cua cho6ng khoan trong m6i truang via vai cac th6ng s6 ky thuat - c6ng nghe co su thay d6i nao do, noi mpt each khae la eo su thay d6i trang thai dpng hpc ciia ca he thong. Do do, can phai tim hieu. nghien eiru va danh gia trang thai ciia he th6ng dpng hpc khoan nhat la qua trinh khoan cac gieng c6 dp doi day Ion. Th6ng qua cae e6ng eu va phuang phap toan hpc hien dai tren eo so ciia cac ly thuyet tai bien - Catastroph, nguyen ly tu t6 chiic, v.v. cho phep di sau nghien eiiu ve trang thai dpng hpc hay e6n gpi la trang thai ben dpng ciia he th6ng.
1600 1400
1000
0
f^\
' 3570S*C25.00
I I 2950^
1 1 1
L* ' J i ro < t 1
^ - 0 0 i i i
1 2t)8oS\«:5d
1 1 16i5^'s^<
; . . ' ' 13D0
p ; j
'^•^^^&fiO -1
; ;
! , • . i
r ^
-1600 -1400 -1200 -1000 -800 -600 -4O0 -200 0 200
Hinh 1: Hinh chieu bang quy dao gieng khoan 919-BT
Tuygn tap bao cao Hoi nghj KHCN "30 nam Phu khi Viet Nam: Co' hoi moi, thach thuc moi 775
800
700
600
500
400
300
200
100 0 -100 -200
- 1 T -
so^^^^s.SK,^ yM
3020 TOS.OOT
2640>O6.00 r 24g0-^-<16^0
f198Z^<2e.2^-
-1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0
Hinh 2: Hinh chieu b^ng quy d^o gieng khoan 911-BT
1200
1050--
-1350 -1200 -1050 -900 -750 -600 -450 -300 -150
Hinh 3: Hinh chieu b§ng quy d^o gieng khoan 918-BT
776 Nghien cuu va danh gia trang thai dong hoc cvia he th6ng cong nghe khoan dajjjjjij^
300
150
0
-150
-300
-450
•&SS
-750
-900
1050
(^m^^sP^ 1
V4_y
7 ? 5 0 ^
^BS=>'3f25 1 1 50 ; ; ;
L .
-1350 -1200 -1050 -900 -750 -600 -450 -300 -150 0 150
Hinh 4: Hinh chieu bang quy dao gieng khoan 914-BT
PHUONG
P H A P N G H I E NClTU TRANG
T H A IBEN
D Q N GCUA HE THONG CONG NGHE KHOAN
1. Ly thuyet toan hoc Catastroph - "Tai bien"
Ly thuyit tai bien - Catastroph do nha toan hpc nguoi Phap R. Tom sang lap. Ly thuyet tai bien - Catastroph dua ra mpt phuong phap nghien cim cho tat ea cac buoc chuyen tiep kh6ng d6ng nhat, dirt doan, nhting thay d6i dinh tinh bat ngo. N6 dugc ap dung vao cac d6i tupng nghien eim het sire da dang trong nhieu ITnh vuc [2, 3].
Ly thuyet tai bien - Catastroph dupe gpi la sir bien d6i bat d6ng nhat tire thoi xuat hien 6 trang thai dot bien qua sir phan anh ciia he th6ng trong sir thay d6i deu dan cua cac dieu kien ngoai bien. Ly thuyet tai bien cho rang, trang thai eiia qua trinh (he th6ng) dang xem xet dupe dieu khien boi mpt vai ham s6 the nang ma diem cue tieu cue bp eiia no tuong img voi trang thai can bang. Trong truong hgp nay ly thuyet tai bien - ly thuyet R. Tom cho phep phan loai trang thai tat ca cac ham the nang phang [2, 4] va cac qui trinh dugc nghien ciiu co the chpn mpt vai ham tuong quan tir mpt s6 cac ham chuan ehinh tac, hay c6n gpi la cac tai bien so cap.
Gia sir rang, m6 hinh h6a he thing dupe m6 phong duai dang phuong trinh vi phan:
dx/dt = d f(x, e 1, C2. . . Cn)/dx
6 day f la ham ciia biin d6i trang thai x voi eae tham s6 dieu khien c,, C2, . . c^.
Gia thilt rang, day la mot he thing rat nhay cam va nhanh chong chuyin d6i trang thai c6 dinh. tuong img voi ham cue tiiu f, dupe xac dinh tir phuang trinh df/dx = 0. Nlu nhu eae tham s6 dilu khiln c,, e2 . . • Cn kh6ng ngimg bien d6i, voi gia tri nao d6 cua
Tuygn tap bao cao HQi nghj KHCN "30 nam D5u khi Viet Nam: Co hoi moi, thach thuc moi" 777
chung se dat dupe cue tiiu ma 6 do he thing roi vao va bien d6i trang thai eiia n6, c6n gia tri cue tiiu kbac se lai xuht hien voi gia tri kbac ciia x. Cho nen nhan biet va xac dinh dugc dilm dot biin (hay dilm toi ban) la dieu hit siic quan trpng.
Trong ly thuyit tai biin - Catastroph, diem dot bien hay diem tai ban duge phan loai tir nhimg kit qua ma no xac nhan rang ham f tai diem u eo diem toi ban kh6ng d6i, nghTa la xac dinh duge dilm dot biin (hay diem toi ban) neu:
(df/dx), = 0, (d^f/dx^), ^ 0
Day chinh la dieu kien dam bao eho boat dpng ciia he th6ng tuong img 6 trang thai can bang. Con khi cae gia tri (df/dx), = 0, (d^f/dx^), = 0 thi chiing ta xac dinh duge diem u6n ma tai gia tri nay cho thay trang thai ciia he th6ng dang chuyen tir trang thai nay sang trang thai kbac, hay noi mgt each khae la trang thai dpng hpc ciia he th6ng bi thay d6i mpt each dot bien. Khi thay d6i tir tir tham s6 dieu khien "t/", he dpng bpc 6 trang thai can bang, img vai diem tai ban, tire la diem cue tieu ciia ham f. Voi mpt vai gia tri eiia "w" , he th6ng c6 the co mpt cue tieu f, co nghTa la, mpt trang thai can bang ben vtrng, e6n truang hop khae co the co mpt vai cue tieu. Ro rang khi t6n tai hai cue tieu thi gitra chiing phai CO mpt cue dai, hay neu he th6ng d6ng thoi co hai trang thai can bang ben thi gitra ehiing se co trang thai kh6ng can bang ben [4].
2. Nghien cii'u, danh gia he thong dong hoc khoan tren co' so' ly thuyet tai bien - Catastroph De img dung ly thuyet tai bien - Catastroph trong nghien ciiu va danh gia trang thai dac trung ciia he dpng bpc ma cu the la trang thai 6n dinh dpng hpc eiia quy trinh c6ng nghe khoan, lira chpn m6 hinh van t6c ca hpc theo dang nep gap ciia R. Tom. Qua trinh pha hiiy dat da ciia cho6ng dugc phan anh th6ng qua phuong trinh:
dx/dt = df/dt = at^ + bt + c Trong do:
t: Thai gian khoan ciia Im
a, b, c: He s6 dac tnmg cho su lien he giOa cac dieu kien dia chat va cac th6ng s6 c6ng nghe khoan. Cac he s6 nay dugc xac dinh th6ng qua xir ly s6 lieu khoan thuc te [1].
Muc dich phan tich la xac dinh cac trang thai ciia he th6ng dgng hpc ma a do eho6ng khoan lam viec trong trang thai ben vting va 6n dinh hoae kh6ng ben viing dpng hpc theo chieu sau gieng khoan:
Neu A = b - 4ae > 0 thi sir on dinh dpng hpc ciia qua trinh khoan dugc bao dam tiic la cho6ng khoan pha hiiy dat da trong trang thai dpng hpc 6n dinh;
Khi b - 4ae < 0, tiic la qua trinh khoan bi roi vao trang thai mat ben vung va kem 6n dinh, ket qua la lam lech hucmg eiia quy dao than gieng d6ng thai hieu qua lam viec eua cho6ng se giam;
Con khi b - 4ae = 0, day chinh la gia tri ma trang thai ciia he th6ng het sire nhay cam, de dang chuyin d6i duoi anh huong ciia m6i truong lam viec ciia choong va ciing kho co the dam bao dupe rang qua trinh khoan a trong trang thai 6n dinh - bin dpng hpc [4, 5].
778 Nghien ciiu va danh gia trang thai dong hoc cua he thdng cong nghe khqaiij5uJi|lL_
Ly thuyet tai bien - Castastrof dupe img dung nghien eiiu tren 25 gilng khoan a cac d6i tugng khae nhau cua m6 Bach H6. Ket qua tinh toan dugc thi hien tren cae Hinh 5 ii 13 ehi ra rang hau het cac gia tri A > 0, dieu nay co nghTa he th6ng dpng hpc qua trinh c6ng nghe khoan lu6n nam trong trang thai 6n dinh va dam bao ben dpng hpc. Tuy nhien, 6 mpt s6 khoang chilu sau ma 6 do gia tri A = 0, voi cac gia tri nay he dpng hpc khoan dang rai vao trang thai hit sire nhay cam, kha nang mat 6n dinh eiia trang thai lu6n tin tai. N6i bat nhat la hau bet khoang chilu sau tir Mioeen duoi, Oligocen va ro net nhat la khoang khoan trong mong granit nirt ne. Dilu nay noi len rang, choong khoan lam viee hay t6ng the ban la he th6ng e6ng nghe khoan dang roi vao trang thai kem ben dpng, sir kem ben dpng nay dugc the hien ro net 6 sir lam viec kem hieu qua ciia choong, tiic la van t6c eo hgc 6 nhtrng khoang khoan nay kh6ng cao. Dilu nay eo thi khang dinh ring, che dp c6ng nghe chua phii hgp voi thiet bi ky thuat, m6i trudng va dieu kien dia chat khoan qua.
Chi^u sau gieng khoan, m
Hinh 5: Gia tri b"-4ac phan bo theo chieu sau ciia gieng 919-BT
o
I
* X) X)
Chieu sau gieng khoan. m
Hinh 6: Gia tri b^-4ac phan bo theo chieu sau cua gieng 911-BT
Tuygn tap bao cao Hoi nghj KHCN "30 nam Phu khi Viet Nam: Co hoi moi, thach thuc mdi" 779^
Chieu sau gieng khoan, m
Hinh 7: Gia tri b -4ac phan bo theo chieu sau ciia gieng 914-BT
Hinh 8: Gia tri b^-4ac phan bo theo chieu sau cua gieng 918-BT
Hinh 9: Gia trj b^-4ac phan bo theo chieu sau cua gilng 7001-BT
780 Nghien cuu va d^nh gia t r a n g thai dong hoc cua he th6ng cong nghe khoan j 5 u j < h i ^
o
I
*
J2
u
CQ
* I
x>
X) * X5
5( 1500 2 5 0 0 3 5 0 0 4 5 0 0
Chieu sau gieng k h o a n , m
Hinh 10: Gia trj b -4ac phan bo theo chieu sau ciia gieng 9001-BT
I l u ^T
M|Ti-i^l|l?pJ^nll ilfl
1000 2000 3000 4030
Chieu sau gieng khoan, m
Hinh 11: Gia tri b^-4ac phan b6 theo chilu sau cua gilng 9002-BT
C h i e u sau g i e n g k h o a n , m
Hinh 12: Gia tri bMac phan bo theo chieu sau cua gieng 9003-BT
Tuygn tap bao cao Hoi nghj KHCN "30 nam Phu khi Viet Nam: C o hoi moi, thach thiic moi" 781
•<t X> *
kJrI« TI
a h & M M i
2 0 0 0 2 5 0 0
J,mm1fkm^JKat%<
.3000 ,3 5 00 4 0 0 0 4 5 3 0
C h i 6 u sSu g i e n g k h o a n . m
Hinh 13: Gia tri b -4ac phan bo theo chieu sau ciia gieng 7004-BT
Ket hgp voi sir phan tich dia chat, dia tang ciia cac khoang khoan, ket qua tinh toan cho thay mgt birc tranh t6ng the ve trang thai dgng hgc ciia he th6ng e6ng nghe khoan theo chieu sau ciia gieng. Qua do, co the khang dinh trang thai dgng bpc ciia he th6ng khi lam viec trong m6i truong da mong granit nirt ne c6 dp eirng va dp mai m6n eao ciia hau bet cae gieng deu roi vao trang thai kem 6n dinh va ben dpng. Ngoai ra, c6n phai ke den cac khoang khoan trong tram tieh Oligocen ma nhat la Oligocen tren voi dac diem dia tang phire tap nhu ap suat via di thuong eao, set truong no, v.v. he th6ng e6ng nghe khoan
lu6n nam trong trang thai kem ben va mat tinh 6n dinh ciia n6.
Cling can phai nhan manh mpt diem nira la trang thai eiia he thong c6ng nghe khoan CO sir bien d6i bat binh thuong khi khoan qua khoang chuyen tiep eiia ranh gioi dia tang voi dat da CO tinh chat co - ly thay d6i. Qua day eho thay, khi m6i truong thay doi, dieu kien lam viec ciia cho6ng ciing nhu eae gia tri che dp c6ng nghe khoan thay d6i theo chieu sau gieng da keo theo sir thay d6i trang thai ciia he th6ng. Sir ket hgp hai boa gitra m6i truong via va gieng chua that su ciing nhjp. Ciing chinh tir sir bat phii hgp nay da dan den tinh hieu qua ciia he th6ng c6ng nghe khoan kh6ng cao tren quan diem ben dpng hpc.
Phuang phap nghien ciru va danh gia he th6ng e6ng nghe khoan bang ly thuyet tai bien - Catastroph da phan nao mo ra mpt huong moi trong viee tiep can d6i tupng nghien cim (he dgng hpc) tren ea so nghien eim ban chat ciia he th6ng th6ng qua nghien eiiu trang thai dpng ciia n6. Ket qua nghien ciiu nay eho phep danh gia dung ban chat ciia he th6ng theo thoi gian, nham khoanh vung dupe timg khoang chieu sau ma 6 d6 he thong c6ng nghe khoan the hien va bpc 16 nhimg nhupc diem cua quy trinh e6ng nghe. Qua do, cac nha c6ng nghe c6 the lam eo so de hoan thien hoae dua ra eae giai phap e6ng nghe t6i uu nhat cho quy trinh nham dam bao he th6ng lam viec mpt each phii hgp va hoan hao nhat trong m6i truong cu the.
KET LUAN
• Ly thuyet tai bien - Catastroph cho phep nghien cuu va danh gia dugc trang thai dpng hpc qua trinh e6ng nghe khoan tren quan dilm bin dpng bpc.
782 Nghien ciiu va danh gia trang thai dong hoc ciia he thdng cong nghe khoan^auJvhi_
• Hau het cac gieng khi khoan vao dia tang Miocen duoi, Oligocen va nhat la trong tang da mong granit mit ne, he th6ng dpng hpc e6ng nghe khoan lu6n roi vao trang thai dpng hpc bet sire nhay cam va kem ben viing. Huong eiia than gilng (phuong vi) thay d6i manh va vugt ra ngoai su kiem soat.
• Phai CO mpt nghien eim t6ng the ban nham hieu va danh gia chinh xac ve ban chat ciia qua trinh c6ng nghe khoan tren quan diem ben dpng hpc lam ca so cho qua trinh t6i uu boa quy trinh khoan trong qua trinh xay dung cac gieng khoan dinh hucmg co dp doi day Icm a cac m6 dau khi tai them luc dia Viet Nam noi chung va cae m6 Bach H6 va R6ng eiia XNLD Vietsovpetro noi rieng.
TAI LIEU THAM KHAO
1. Nguyen Ngpc Kieng, 1996. Thdng ki hgc trong nghien ciru khoa hgc. NXB Giao due.
Ha Npi, tr. 203-232.
2. V.I. Amold, 1990. Ly thuyit tai biin - Catastroph. NXB Khoa hpc, Matxccrva. (tieng Nga).
3. M.L. Blank, 1990. Bin viing vd khu vuc hgc trong ddng hgc hdn logn. NXB MSNMO, Matxcova, tr. 9 - 26, 95 - 101 (tiing Nga).
4. A.KH. Mirzadzanzade, S.A. Chirin-Zade, 1986. Ndng cao hiiu qud vd chdt lugng khoan cdc giing khoan sdu. NXB lAAeA, Matxcova, tr. 241 - 250 (tieng Nga).
5. Tran Xuan Dao, 1999. Cdc nguyin ly hiin dgi phdn tieh vd thiit ki cdc chi tiiu khoan giing. NXB Vung Tau, tr. 100 - 116 (tiing Nga).