Báo cáo thực tập khoan

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH KHOA KĨ THUẬT ĐỊA CHẤT DẦU KHÍ BỘ MÔN KHOAN KHAI THÁC  BÁO CÁO MÔN HỌC THỰC TẬP KHOAN Nhóm 5 Lớp DC15KK GVHD ThS Trần Nguyễn Thiện Tâm Thầy Lê Nguyễn Hải N[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

KHOA KĨ THUẬT ĐỊA CHẤT DẦU KHÍ

BỘ MÔN KHOAN KHAI THÁC

Page 1

MỤC LỤC

I Các hệ thống, thiết bị chính của giàn 4

1 Tháp khoan 4

2 Hệ thống cung cấp năng lượng: 6

3 Hệ thống nâng thả: 9

a Tời khoan (Hình 7): 9

b Ròng rọc: 10

c Elevator: 11

4 Hệ thống xoay (Roto) 12

a Đầu xoay thủy lực: 12

b Bàn rotor: 13

5 Hệ thống tuần hoàn dung dịch: 15

6 Hệ thống đo trong khi khoan: 17

7 Dụng cụ khoan 18

a Cần chủ đạo 18

b Choong khoan 19

c Ống lấy mẫu 19

d Dụng cụ kẹp cần khoan 20

II Khoan khảo sát địa chất 21

1 Làm nền bằng phẳng, tạo hố khoan và bể đựng dung dịch khoan: 21

2 Quy trình lắp đặt các thiết bị và dựng tháp: 21

3 Quy trình khoan phá, tiếp cần: 21

4 Quy trình lấy mẫu: 22

5 Quy trình thí nghiệm SPT: 23

III Xác lập cột địa tầng 25

IV KẾT LUẬN 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

Page 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Tháp khoan 5

Hình 2 chân cố định và 1 chân di động 6

Hình 3 Động cơ Diezel 7

Hình 4 Các thông số của động cơ Diezel 7

Hình 5 Máy ly hợp 8

Hình 6 Tời khoan 10

Hình 7 Ròng rọc 11

Hình 8 Elevator 12

Hình 9 Hệ thống xoay 13

Hình 10 Các bộ phận của hệ thống xoay 14

Hình 11 Bộ phận hộp số 14

Hình 12 Máy bơm dung dịch 16

Hình 13 Ống hút 16

Hình 14 Dung dịch khoan lên khỏi giếng được dẫn vào hố 17

Hình 15 Hố được đào sẵn 17

Hình 16 Đồng hồ đo lưu lượng 18

Hình 17 Cần chủ đạo vào cần thường 18

Hình 18 Choong khoan mở lỗ 19

Hình 19 Ống lấy mẫu nguyên dạng 20

Hình 20 Quang treo 20

Page 3

LỜI NÓI ĐẦU

Người kỹ sư địa chất hay dầu khí đều là những người được đào tạo chuyên sâu trong lĩnh vực kỹ thuật Địa chất và dầu khí Họ là những người thầy về kỹ thuật, có khả năng giải quyết sắc bén, sáng tạo và linh hoạt mọi vấn đề thực tế đặt ra liên quan đến chuyên môn của mình Để làm được điều đó, đòi hỏi kĩ sư không những phải nắm vững lý thuyết cơ bản đã học, mà còn phải có kinh nghiệm Muốn có được kinh nghiệm đó, phải gắn liền thực hành với lý thuyết ngay từ khi còn học tập tại trường Chính vì lẽ đó, hằng năm khoa KT Địa chất & Dầu khí trường ĐHBK Thành phố HCM đã tổ chức những buổi thực tập đi kèm với các môn cơ sở ngành như Cơ sở khoan khai thác dầu khí và Địa chất dầu khí Chính những cơ hội thực tập này đã giúp cho các sinh viên có cơ hội tiếp cận vơi thực tế và hiểu rõ hơn về lý thuyết trong quá trình thực tập ngoài khoan trường

Trong năm 2018, khóa 2015 chúng em đã có được những buổi thực tập môn Cơ

sở khoan vào ngày 21/01/2018 tại trường Đại học Bách Khoa Thời gian thực tập tuy hạn chế nhưng thật sự có ý nghĩa đối với chúng em Buổi thực tập giúp chúng em thực hành thuần thục từng thao tác khi làm việc, quan sát thực tế được các dụng cụ và thiết

bị khoan được vận hành bởi các các công nhân, cũng như hiểu rõ hơn về chức năng mỗi bộ phận chúng mà qua sách vở chúng em vẫn còn mơ hồ Ngoài ra, còn giúp chúng em củng cố và hiểu hơn về lý thuyết, qua đó có mối liên hệ giữa lý thuyết và thực hành, cũng như có cái nhìn tổng quan về công tác khoan

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn thầy ThS Trần Nguyễn Thiện Tâm cùng thầy Lê Nguyễn Hải Nam đã tận tình hướng dẫn chúng em, và khoa KT Địa chất

& Dầu khí đã tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành môn thực tập Khoan này

Sự thiếu kinh nghiệm thực tế của chúng em nên chắc chắn vẫn còn nhiều thiếu sót trong bài báo cáo, nhóm chúng em rất mong nhận được sự góp ý chân thành từ quý thầy cô cùng các bạn sinh viên

TP Hồ Chí Minh 25/01/2018

Nhóm 5

bị khoan Giếng khoan càng sâu cần sử dụng tháp càng cao vì nó cho phép thả cần dựng dài Có hai loại tháp chủ yếu là tháp tiêu chuẩn (tháp 4 chân) và tháp chữ A (tự hành, tháp gập, tháp lồng)

Trong thực tế, người ta gọi chung là tháp khoan nhưng cần phân biệt điểm khác nhau giữa chúng sau đây:

• Tháp 4 chân (tiêu chuẩn): được lắp ráp từ các chi tiết riêng biệt bằng bu long và hàn tại khoan trường và phải tháo dỡ khi di chuyển thiết bị khoan đến vị trí khác Loại tháp này thường có kích thước: 40-40-163 ft (tháp động học) và 30-30-147 ft(tháp tĩnh) Tháp 4 chân thường dùng cho khoan khoáng sản cứng, khoan dầu khí và giếng khoan sâu trên đất liền sử dụng các dàn khoan cố định

• Tháp chữ A (tự hành): khác với tháp 4 chân, tháp chữ A được lắp ráp toàn bộ tại xưởng chế tạo và không bao giờ tháo rời nữa Loại tháp này

có thể gập được hoặc lồng vào nhau để giảm kích thước khi di chuyển hoặc sử dụng khi mặt bằng bị giới hạn Tháp chữ A thường sử dụng cho các giếng khoan sâu như giếng khoan dầu khí

Tháp khoan được sử dụng trong buổi thực tập là loại tháp 3 chân Loại này dùng chủ yếu cho khoan tay và khoan khảo sát ĐCCT (Hình 1)

Page 5

Hình 1 Tháp khoan

Tháp 3 chân:

- Tháp 3 chân gồm: 2 chân cố định và 1 chân di động (Hình 2 )

- Tháp được dựng với chiều cao phù hợp với điều kiện địa hình và yêu cầu công tác làm việc

- Trên đỉnh tháp được treo một ròng rọc tĩnh luồn dây cáp nhằm mục đích nâng hạ bộ khoan cụ

Tùy theo chiều dài cần dựng mà chọn chiều cao tháp Chiều cao tháp cần dựng được chọn theo chiều sâu giếng khoan

Page 6

2 Hệ thống cung cấp năng lượng:

Mỗi giàn khoan sử dụng các động cơ diesel hoặc tuabin khí làm nguồn cung cấp năng lượng chính Tùy thuộc vào kích thước và chiều sâu tối đa khoan được, thiết bị khoan có thể được trang bị một hoặc nhiều động cơ Các thiết bị khoan sâu

có từ 3 đến 4 động cơ, với tổng công suất hơn 3000 mã lực, đủ năng lượng cung cấp cho các hoạt động của giàn khoan

Hai phương pháp truyền tải năng lượng là truyền tải cơ năng và truyền tải điện năng được sử dụng rộng rãi

Hệ thống cung cấp năng lượng được sử dụng trong buổi thực tập là máy khoan XY-1 (Hình 4) có động cơ Diezel (bộ phận phát lực) với nhiệm vụ cấp năng cho toàn bộ các thiết bị trên máy khoan hoạt động

Hình 2 chân cố định và 1 chân di động

Page 7

Hình 3 Động cơ Diezel

Các thông số của động cơ Diezel (Hình 5):

• Công suất của động cơ Diezel: 10,5 kW

• Truyền lực đến máy bơm dung dịch khoan nhờ vào 1 cánh tay đòn

• Truyền lực đến tời khoan để nâng thả bộ khoan cụ

Bộ phận truyền lực lên tời khoan

Bơm pittong

Bình chứa dung dịch nhớt API 10

Hình 5 Máy ly hợp

Hệ thống tời khoan được sử dụng trong buổi thực tập gồm: một tang tời chính

để cuộn cáp khoan, 2 phanh để hãm hoặc tăng giảm tốc độ quay tang tời Trong lúc khoan, tời khoan không hoạt động

Ròng rọc động gồm một vỏ hàn, trong đó có lắp các ổ trục, các trục lăn con lăn như trong ròng rọc tĩnh

Cáp khoan được mắc và các con lăn của ròng rọc tĩnh (cố định) và ròng rọc động theo một sơ đồ nhất định trong hệ thống ròng rọc

Page 11

Ròng rọc được sử dụng trong buổi thực

tập là 1 ròng rọc tĩnh (Hình 8) được gắn

vào móc ở trên đỉnh tháp khoan Dây cáp

luồn qua ròng rọc: một đầu dây gắn trực

tiếp vào tời khoan, đầu còn lại được gắn

vào các cần khoan và bộ khoan cụ thông

qua 1 Elevator gắn vào đầu nối của các

cần khoan hoạt động cùng với tời khoan

trong lúc tiếp cần và tháo cần

Dùng để móc vào đầu nối ở đầu cột cần dựng trong quá trình kéo, thả bộ dụng

cụ khoan, nhằm giúp cho việc lắp vào và tháo ra cột cần được nhanh chóng Vòng chốt của elevator có chốt giữ có thể trượt lên, trượt xuống theo thân của nó

Khi móc elevator vào cột cần khoan phải nâng nó lên trên cùng để “mở cửa” cho cột cần bắt vào, còn khi đã móc xong phải bật vòng chốt xuống, xoay cho chốt vào vị trí rãnh khóa giữ không cho cột cần khoan tuột ra trong quá trình kéo thả

Hình 7 Ròng rọc

Page 12

Cần chú ý tới quy định về tải trọng nâng, kích thước loại đầu nối của cột cần khoan để chọn cho phù hợp, tránh nhầm lẫn, ví dụ trên mặt ngoài của elevator ghi ký hiệu 2,5H – 42, nghĩa là tải trọng nâng 2,5tấn, dùng cho đầu nối đường kính 42mm

Hình 8 Elevator

4 Hệ thống xoay (Roto)

Bao gồm: Đầu xoay thủy lực (còn gọi là đầu xa nhích), cần chủ đạo và bàn rotor

a Đầu xoay thủy lực:

Đầu xoay thủy lực là bộ phận nối giữa hệ thống pa lăng và cột cần khoan, thực sự là một chi tiết rất quan trọng và phức tạp vì nó:

• Đỡ toàn bộ trọng lượng bô khoan cụ

• Cho phép bộ khoan cụ quay

• Làm kín áp suất và là đường dẫn dung dịch khoan trong bộ khoan

cụ

Page 13

Đầu xoay thủy lực gồm hai phần chính:

phần không xoay (được treo vào móc nâng)

và phần xoay (nối với cột cần khoan) Để

làm kín giữa hai phần xoay và không xoay,

người ta sử dụng các vòng đệm đặt giữa ty

và thân (ngăn dòng dung dịch cao áp và

ngăn dầu bôi trơn không bị rò ra ngoài)

Đầu xoay thủy lực có một vòng đỡ lớn, hợp

với bên trong của móc nâng ở đáy ròng rọc

động Vòi xoay (rotary hose) được gắn vào

cổ ngỗng (gooseneck) ở một bên đầu xoay

Nhờ khuỷu rỗng này mà dung dịch khoan đi

qua đầu xoay thủy lực

b Bàn rotor:

Tên gọi bàn rotor xuất phát từ phương pháp khoan rotor Vận hành nhờ động

cơ điện riêng, bàn rotor gồm nhiều chi tiết Bàn dẫn động cần chủ đạo dẫn động ống lót cần chủ đạo và làm phù hợp với các chấu lót Bộ chấu lót là một dụng cụ dạng dải (tấm) có gắn các răng kẹp chặt khi đặt nó xung quanh cần khoan, giữ cần khoan treo lơ lửng trong giếng khi tháo cần chủ đạo

Hệ thống xoay (Hình 10, Hình 11, Hình 12) được sử dụng trong buổi thực tập bao gồm 1 đầu xoay thủy lực (được gắn vào cổ ngỗng treo trên đỉnh tháp) nối với cần chủ đạo; 1 đầu xa nhích giữ chặt cần chủ đạo và được điều khiển bằng khóa; 2

ti thủy lực có thể di chuyển lên xuống kéo theo trục spidel có gắn cần chủ đạo bên trong nhờ áp suất được tạo ra từ việc nén ép dung dịch nhớt API 10 nhờ hệ thống tuần hoàn thủy lực, áp suất này được điều chỉnh bằng bộ phận hộp số

Hình 9 Hệ thống xoay

Page 15

5 Hệ thống tuần hoàn dung dịch:

Hệ thống tuần hoàn dung dịch có nhiệm vụ vận chuyển mùn khoan từ đáy giếng lên bề mặt kịp thời và nhanh chóng, đồng thời tạo điều kiện tốt nhất (thay đổi kịp thời tính chất dung dịch phù hợp với thành hệ) để thi công giếng an toàn và hiệu quả

Máy bơm hút dung dịch từ các bể chứa dung dịch và đẩy chúng theo đường ống cao áp đến ống đứng Ống đứng là một ống bằng thép lắp thẳng đứng trên một chân của tháp khoan Dung dịch chảy qua ống đứng vào đoạn ống mềm bằng cao su được gia cường cốt thép rất bền đến đầu xoay thủy lực

Dung dịch tiếp tục chảy vào cần chủ đạo, cần khoan, cần nặng rồi thoát ra các vòi phun thủy lực ở choong khoan Sau đó dung dịch đi ngược lên bề mặt theo khoảng không vành xuyến giữa thành giếng và bộ khoan cụ Cuối cùng dung dịch rời khỏi giếng theo đường hồi dung dịch và chảy vào bể chứa dung dịch sau khi dẫn qua các thiết bị xử lí dung dịch như sàn rung, thiết bị tách cát, thiết bị lắng bùn, thiết bị tách khí Dung dịch hồi về các bể chứa dung dịch và được gia công lại rồi bơm tiếp tục và giếng

Như vậy, hệ thống tuần hoàn dung dịch là một hệ thống kín Dung dịch khoan được tuần hoàn nhiều lần trong quá trình khoan giếng Theo định kỳ người ta thêm nước, sét và các hóa chất để bù và sự mất dung dịch và thành hệ, do tang thể tích giếng khoan hoặc phải điều chỉnh các tính chất của dung dịch cho thích ứng với các thành hệ đang khoan

Hệ thống tuần hoàn dung dịch (dung dịch ở đây là nước bình thường) được sử dụng trong buổi thực tập khoan bao gồm: Một máy bơm dung dịch (máy bơm pittong với lưu lượng Q không đổi) hút nước qua một ống hút đặt trong một cái hố

đã được đào và đổ đầy nước; dung dịch được đưa lên trên tháp khoan trong một đoạn ống và tiếp tục đi xuống cần chủ đạo, chuỗi cần khoan và đi xuống giếng sau

đó đi lên theo khoảng không vành xuyến; cuối cùng trở lại hố được đào sẵn nhờ một đoạn đất được bồi lên để dẫn nước vào hố; thỉnh thoảng công nhân khoan phải cho thêm thêm nước vào hố để bù vào sự mất mát dung dịch của thành hệ do tăng

Page 17

6 Hệ thống đo trong khi khoan:

Hệ thống thiết bị đo các thông số khoan gồm hai loại thiết bị hiển thị và thiết bị

tự ghi

Hệ thống đo trong buổi thực tập gồm 2 đồng hồ đo áp suất của tải trọng lên choong khoan và lưu lượng của dung dịch khoan trong máy bơm dung dịch (Hình 17)

Chiều sâu của giếng được xác định bằng cách cộng tổng chiều dài của chuỗi cần khoan giếng dưới với nhau

Hình 14 Hố được đào sẵn Hình 15 Dung dịch khoan lên khỏi

giếng được dẫn vào hố

Page 21

II Khoan khảo sát địa chất

1 Làm nền bằng phẳng, tạo hố khoan và bể đựng dung dịch khoan:

Công đoạn đầu tiên trong quá trình thi công giếng khoan là tạo nên hố khoan dẫn hướng để cho dụng cụ khoan bắt đầu hoạt động khi động cơ được khởi động

2 Quy trình lắp đặt các thiết bị và dựng tháp:

Cấu trúc tháp gôm 3 chân được quy tụ tại một đầu nhờ kết nối bằng bu lông ốc vít và đầu này sẽ được nâng lên trở thành đỉnh tháp với chiều cao của tháp đạt khoảng 4m (tính từ mặt đất đến đỉnh)

Mắc một đầu cáp vào hệ thống tời khoan và cố định bằng cách quấn nhiều sao cho khi làm việc hệ thống tời này cung cấp đủ chiều dài để nâng thả

bộ khoan cụ Đầu còn lại của cáp khoan được nối với thiết bị kẹp giữ nâng thả (elevator) được vắt qua ròng rọc cố định chốt trên đỉnh tháp bằng bu-lông ốc vít

Kiểm tra hệ thống cung cấp năng lương diesel, nếu thiếu cần bổ sung năng lượng ngay lập tức để tránh tình trạng thiếu nhiên liệu khi hệ thống đang làm việc

Khởi động động cơ từ đó nhờ các kết nối chuyển động mà năng lượng được chuyển hóa từ nhiệt năng sang cơ năng truyền cho chuyển động cho các

hệ thống khác cùng nhau làm việc (trừ hệ thống nâng thả và hệ thống khoan thủy lực không thể làm việc cùng lúc) thông qua các kết nối bằng dây cua-roa Kiểm tra các hệ thống xem có hoạt động bình thường hay không rồi tiến hành lắp đặt dụng cụ khoan vào lỗ khoan đã tạo ra trước đó và tiến hành khoan

3 Quy trình khoan phá, tiếp cần:

Khởi đầu những mét khoan đầu tiên, chòong khoan được nối trực tiếp với cần chủ đạo để tiến hành khoan phá, trong giai đoạn này có cả giai đoạn lấy mẫu và đóng SPT sẽ được bàn luận sau Cần chủ đạo sẽ được giữ thẳng đứng nhờ bộ phận tiếp xúc nằm trong hệ thống xoay, đồng thời cần sẽ chịu tác dụng tải trọng P do dung dịch khoan (nhớt) được bơm từ hệ thống chứa lên bộ phận

Page 22

tạo áp lực nếu muốn tăng tỷ trọng để khoan sâu hơn, còn nếu muốn nâng dụng

cụ khoan lên thì dung dịch khoan được bơm trở lại bể chứa dung dịch để giảm tải trọng lên bộ khoan cụ Ngoài ra cần chủ đạo xoay được nhờ hệ thống xoay (giống như hệ thống xoay bàn roto trong khai thác dầu khí) lắp đặt ngay trên bộ phận tạo áp chiều trục, hệ thống xoay này xoay được nhờ chuyển động khớp nối với nhau giữa các bánh răng được thiết kế bên trong hệ thống này

Trong quá trình làm việc, bơm dung dịch cũng đồng thời hoạt động, nước chứa trong bể được bơm từ bể chứa đi vào máy bơm, sau khi ra khỏi máy bơm nó được tăng vận tốc để đi qua đoạn ống dẫn dung dịch khoan (trên ống dẫn này có lắp đặt đồng hồ đo áp nhằm điều chỉnh lưu lượng dòng khi có sự cố xảy ra) đi vào đầu xa nhích đi xuống cột cần khoan ra khỏi choong khoan và tiến hành bôi trơn làm mát bộ khoan cụ, nâng mùn khoan từ đáy lên bề mặt, với

tỷ trọng nhất dung dịch này giúp cân bằng áp suất thành hệ và củng cố thành giếng khoan tránh gây sụp lở

Sau khi khoan hết chiều dài cần chủ đạo, thợ khoan tiến hành nâng bộ khoan cụ lên (bằng cách giảm tải chiều trục P), hệ thống khoan thủy lực ngừng hoạt đông, hệ thống tời khoan bắt đầu hoạt động để giữ và tháo rời cần chủ đạo

và choòng khoan nhờ thiết bị vinca và các thiết bị táo lắp kẹp cần (choòng khoan vẫn được đặt trong giếng), sau đó thợ khoan tiến hành điều chỉnh bộ phận nâng thả để đưa cần nặng vào vị trí tiếp cần, elevator được tháo rời khỏi cần nặng và mắc vào cần khoan 1, cần khoan được lắp vào choòng khoan nhờ các dụng cụ tháo lắp và tời nâng, thả từ từ hệ thống xuống giếng và nhờ vinca giữ đầu cần khoan còn lại trên miệng giếng, lúc này elevator được tháo ra khỏi cần khoan và lắp vào cần chủ đạo để đưa cần chủ đạo qua hệ thống xoay và gắn vào cần khoan, hệ thống nâng thả được tháo ra và hệ thống khoan thủy động lực học lại tiếp tục hoạt động, quy trình này được lặp đi lặp lại trong đó nếu hệ thống nâng thả hoạt động thì hệ thống khoan thủy lực không hoạt động và ngược lại hệ thống nâng thả không hoạt động thì hệ thoonags thủy lực hoạt động

4 Quy trình lấy mẫu: