Thực tập khoan 1

Tháp khoan Tháp khoan là cấu trúc dạng tháp, chịu lực dùng để nâng, kéo thả các vật như: cần khoan, ống chống và bộ khoan cụ thông qua hệ thống ròng rọc kết hợp với dây cáp.. Hệ thống cu

TP HỒ CHÍ MINH 14/01/2018

GEOPET

MỤC LỤC

I Các hệ thống, thiết bị chính của giàn 2

1 Tháp khoan 2

2 Hệ thống cung cấp năng lượng: 4

3 Hệ thống nâng thả: 7

a Tời khoan (Hình 7): 7

b Ròng rọc: 8

c Elevator: 8

4 Hệ thống xoay (Roto) 9

a Đầu xoay thủy lực: 9

b Bàn rotor: 10

5 Hệ thống tuần hoàn dung dịch: 12

6 Hệ thống đo trong khi khoan: 14

7 Dụng cụ khoan 14

a Cần chủ đạo 14

b Choong khoan 15

c Ống lấy mẫu 15

d Dụng cụ kẹp cần khoan 15

II Khoan khảo sát địa chất 16

1 Làm nền bằng phẳng, tạo hố khoan và bể đựng dung dịch khoan: 16

2 Quy trình lắp đặt các thiết bị và dựng tháp: 16

3 Quy trình khoan phá, tiếp cần: 16

4 Quy trình lấy mẫu: 17

5 Quy trình thí nghiệm SPT: 18

III Xác lập cột địa tầng 20

IV KẾT LUẬN 21

TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

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 15

Hình 13 Ống hút 16

Hình 14 Dung dịch khoan lên khỏi giếng được dẫn vào hố 16

Hình 15 Hố được đào sẵn 16

Hình 16 Đồng hồ đo lưu lượng 17

Hình 17 Cần chủ đạo vào cần thường 18

Hình 18 Choong khoan mở lỗ 18

Hình 19 Ống lấy mẫu nguyên dạng 19

Hình 20 Quang treo 19

LỜI NÓI ĐẦU

Người kỹ sư địa chất hay dầu khí đều là những người được đào tạo chuyên sâutrong lĩnh vực kỹ thuật Địa chất và dầu khí Họ là những người thầy về kỹ thuật, cókhả năng giải quyết sắc bén, sáng tạo và linh hoạt mọi vấn đề thực tế đặt ra liên quanđến chuyên môn của mình Để làm được điều đó, đòi hỏi kĩ sư không những phải nắmvững lý thuyết cơ bản đã học, mà còn phải có kinh nghiệm Muốn có được kinhnghiệm 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 phốHCM đã tổ chức những buổi thực tập đi kèm với các môn cơ sở ngành như Cơ sởkhoan khai thác dầu khí và Địa chất dầu khí Chính những cơ hội thực tập này đã giúpcho các sinh viên có cơ hội tiếp cận vơi thực tế và hiểu rõ hơn về lý thuyết trong quátrình 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 tuyhạn chế nhưng thật sự có ý nghĩa đối với chúng em Buổi thực tập giúp chúng em thựchành 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 năngmỗi bộ phận chúng mà qua sách vở chúng em vẫn còn mơ hồ Ngoài ra, còn giúpchúng em củng cố và hiểu hơn về lý thuyết, qua đó có mối liên hệ giữa lý thuyết vàthực 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 ThS 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 thiếusót trong bài báo cáo, nhóm chúng em rất mong nhận được sự góp ý chân thành từ quýthầy cô cùng các bạn sinh viên

TP Hồ Chí Minh 25/01/2018

Nhóm 5

I Các hệ thống, thiết bị chính của giàn

1 Tháp khoan

Tháp khoan là cấu trúc dạng tháp, chịu lực dùng để nâng, kéo thả các vật như: cần khoan, ống chống và bộ khoan cụ thông qua hệ thống ròng rọc kết hợp với dây cáp Trong tháp có bố trí hệ thống palang, nơi dựng cần khoan và một số thiết

bị khoan Giếng khoan càng sâu cần sử dụng tháp càng cao vì nó cho phép thả cầndựng 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 khácnhau 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)

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 đíchnâng 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

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

Hình 3 Động cơ Diezel

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

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

Hình 5: Các thông số của động cơ Diezel

Động cợ diezel phát lực truyền đến một máy ly hợp, máy ly hợp có nhiệm vụ

truyền lực cho 3 bộ phận khác hoạt động (Hình 6):

 Truyền lực đến Bơm pittong để hút dung dịch từ bình chứa nhớt API 10 truyền đến bộ phận thủy lực để đẩy 2 ty thủy lực kéo theo trục spidel có gắn cần chủ đạo đi lên Sau đó dung dịch lại trở về bình chứa nhờ vào một hê thống kín tuần hoàn

 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 pittongBình chứa dung dịch nhớt API 10

chuyển các vật nặng và thực hiện các chức năng phụ trợ khác.

Tời khoan là một khung bằng kim loại trên đó có gắn các ổ bi để đỡ trụctời và trục truyền Tời có trang bị phanh để hãm hoặc giảm tốc độ quay củatang tời Tời khoan gồm một tang tời chính để cuộn cáp khoan và một đến hai tang phụ, nhỏ hơn (thường gọi là sand rells) được dùng để tháo vặn cần khoan, nới lỏng ren khi tháo cần, thả các dụng cụ nhẹ xuống đáy, di chuyểncác vật nhẹ quanh sàn khoan Các tang phụ này được bố trí ngay bên cạnh tang tời chính hoặc được thiết kế độc lập thành tời phụ riêng

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

Hình 6 Tời khoan

b Ròng rọc:

Ròng rọc dùng để biến đổi chuyển đổi quay của tang rời thành chuyển

động tịnh tiến của móc nâng và đồng thời giảm tải cho dây cáp

Có 2 loại ròng rọc: Ròng rọc tĩnh và ròng rọc độngRòng rọc tĩnh có cấu tạo một khung đỡ, trên đó có lắp ổ trục và trục con lăn Khung đỡ này thường được gắn liền với nóc tháp Để cáp khoan khôngbật khỏi rãnh con lăn khi làm việc, người ta sử dụng vỏ bảo vệ.

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

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

Hình 7 Ròng rọc

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 ratrong quá trình kéo thả

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

Đầu xoay thủy lực gồm hai phần chính: phần không xoay (được treo vàomóc 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 từphương 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

Ti thủy lựcĐầu xa nhích

Trục spidel

Hình 10 Các bộ phận của hệ thống xoay

Hộp số Côn hộp số

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 thểtích 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

Hình 11 Bộ phận hộp số

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 thể tích giếng khoan Do đó, hệ thống tuần hoàn dung dịch ở đây là một hệ kín, dung dịch được tuần hoàn nhiều lần trong quá trình khoan

Hình 12 Máy bơm dung dịch

Hình 13 Ống hút

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 16 Đồng hồ đo lưu lượng

7 Dụng cụ khoan

khoan (gồm cần chủ đạo và cần khoan thường), choòng khoan, ống lấy mẫu và đầu nối chuyển tiếp.

Ống có nhiệm vụ chứa mẫu đất đá ở đáy lỗ khoan, bảo vệ mẫu nguyên dạng v định hướng cho lỗ khoan Có 2 dạng ống lấy mẫu:

- Ống lấy mẫu nguyên dạng

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 hốkhoan dẫn hướng để cho dụng cụ khoan bắt đầu hoạt động khi động cơ đượckhởi 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 bulông ốc vít và đầu này sẽ được nâng lên trở thành đỉnh tháp với chiều cao củatháp đạt khoảng 4m (tính từ mặt đất đến đỉnh)

Mắc một đầu cáp vào hệ thống tời khoan và cố định bằng cách quấnnhiều 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 ốcvít

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

Khởi động động cơ từ đó nhờ các kết nối chuyển động mà năng lượngđược 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 khoanthủy 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 tiếnhành 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 tiếpvới cần chủ đạo để tiến hành khoan phá, trong giai đoạn này có cả giai đoạn lấymẫu và đóng SPT sẽ được bàn luận sau Cần chủ đạo sẽ được giữ thẳng đứngnhờ bộ phận tiếp xúc nằm trong hệ thống xoay, đồng thời cần sẽ chịu tác dụngtải trọng P do dung dịch khoan (nhớt) được bơm từ hệ thống chứa lên bộ phậntạo 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 giảmtải 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 bộphận tạo áp chiều trục, hệ thống xoay này xoay được nhờ chuyển động khớpnối 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 máybơm nó được tăng vận tốc để đi qua đoạn ống dẫn dung dịch khoan (trên ốngdẫn này có lắp đặt đồng hồ đo áp nhằm điều chỉnh lưu lượng dòng khi có sự cố