Bài giảng khoan dầu khí tập 2 part 10 pdf

Loại bắn thứ tự tự động * Dụng cụ đục lỗ bằng đầu đạn bắn đồng thời Trong loại này các đầu đạn được bắn đi từ thân của bộ dụng cụ vào vỉa hầu như xảy ra cùng một lúc.. Bao gồm buồng chá

luồng đạn, trong đó đặt các kíp nổ, thuốc nổ, đầu đạn Dụng cụ đục lỗ bằng

đầu đạn có thể chia thành hai loại:

Loại bắn đồng thời ( không tự động)

Loại bắn thứ tự (tự động)

*) Dụng cụ đục lỗ bằng đầu đạn bắn đồng thời

Trong loại này các đầu đạn được bắn đi từ

thân của bộ dụng cụ vào vỉa hầu như xảy ra cùng

một lúc Bộ dụng cụ này bao gồm từ 10  15

khối hình trụ và nối với nhau bằng ren Một khối

hình trụ là một buồng đạn (hình b) Bao gồm

buồng cháy được lắp ở phía trên của bộ dụng cụ

và được truyền xuống các buồng đạn qua các

ống dẫn lửa 5, buồng cháy 1, làm đầu đạn 2 bắn đi và lửa lại được truyền xuống ống dẫn lửa 5 truyền xuống buồng đạn tiếp theo

Thời gian nổ của tất cả đầu đạn xảy ra rất nhanh, người ta xem như nó

nổ đồng thời

Dụng cụ đục lỗ loại này có cấu trúc đơn giản nhưng có nhược điểm là tất cả đầu đạn cùng nổ đồng thơì nên ảnh hưởng lớn đến độ bền của ống chống cũng như vòng đá xi măng

*) Dụng cụ đục lỗ bằng đầu đạn bắn theo thứ tự

điều khiển

Loại dụng cụ này các đầu đạn được bắn đi theo

thứ tự điều khiển từ trên mặt nên tránh được các

nhược điểm của dụng cụ trước

Để điều khiển nổ, mỗi buồng đạn được lắp một

dây cháy chậm và chỉ nổ khi được đấu vào mạch điện

nhờ một bộ phân bố điện lắp ở phía trên bộ dụng cụ và

điều khiển từ trên mặt

Loại dụng cụ đục lỗ bắn theo thứ tự điều khiển M - 1 của Rumania bao gồm: một ống hình trụ, trong đó lắp các thành phần nổ theo hình sau đây (hình c)

1

4

2

3

5

5

Hình b

1

3

2

4

Hình c

1-dây cháy chậm 2- ống thép 3- đầu đạn 4- Buồng nổ 5- Nutds cao su

Hiệu quả của dụng cụ đục lỗ bằng đầu đạn thường không đạt yêu cầu, vì khi đập vào ống chống năng lượng của đạn bị giảm đi rất nhanh

b) Dụng cụ đục lỗ bằng luồng khí nổ tập trung.(hình d)

Hiện nay người ta đã sử dụng rộng rãi các

dụng vụ đục lỗ không có đầu đạn Trong trường

hợp này ống chốngbị đục thủng không phải là đầu

đạn mà bằng một luồng khí nổ tập trung hình

thành khi nổ các khối thuốc nổ định hướng

Người ta đặt vào dụng cụ đục lỗ các khối

thuốc nổ có một chỗ lõm ở phía đối diện với kíp

nổ Khi hiện tượng nổ xẩy ra sẽ hình thành một

luồng khí định hướng, có sức đâm xuyên rất lớn

Dùng phương pháp đục lỗ không có đầu đạn, có thể đục lỗ mà không làm hư hỏng cột ống chống và vành đá ximăng Ngoài ra, phương pháp này bảo đảm mở vỉa một cách chắc chắn và làm tăng độ thấm của đất đá do hình thành các kẽ nứt sâu hơn so với khi đục bằng đầu đạn

c) Đục lỗ bằng phương pháp thuỷ lực

Để nâng cao chất lượng của khu vực đáy lỗ khoan, gần đây người ta đã

sử dụng rộng rãi một phương pháp mở vỉa mới đó là phương pháp thuỷ lực Dùng ống dẫn khí ép để thả xuống lỗ khoan một bộ phận phun nước gồm có

lỗ phun Khi bơm chất lỏng và cát vào ống dẫn với áp suất cao, chúng sẽ bắn

ra khỏi lỗ khoan với tốc độ rất lớn và cát sẽ làm thủng ống chống, xi măng cũng như đất đá trên thành lỗ khoan

Phương pháp đục lỗ bằng thuỷ lực cát có nhiều ưu điểm hơn các phương pháp khác, ống chống và vành đá ximăng không bị nứt khi đục lỗ, có thể điều chỉnh đường kính và độ sâu các lỗ, có thể đục lỗ nằm ngang hoặc thẳng đứng Nhược điểm của phương pháp này la giá thành cao, thiết bị mặt cồng kềnh

- Khi đục lỗ ống chống người ta phải lắp trên miệng lỗ khoan cácthiết

bị đối áp cho phép đóng kín lỗ khoan khi có xuất hiện dầu khi sau khi bắn

1

2

3

Hình d

1- Buồng nổ 2- chỗ lõm 3- luồng khí định hướng

- Trong quá trình đục lỗ giếng khoan luôn luôn để đầy dung dịch để tạo

đối áp lên vỉa

- Trong mỗi trường hợp tuỳ theo tính chất tích tụ của vỉa, cấu trúc của giếng khoan, nhiệt độ và áp suất trong vùng mà chọn loại dụng cụ đục lỗ và mật độ đục lỗ ( số lỗ đục trên 1 m) cho thích hợp

chương 11 Khoan biển

Trong những năm gần đây lượng dầu thế giới khai thác ở các mỏ nằm dưới biển càng ngày càng tăng Chiếm khoảng hơn 25% tổng sản lượng toàn phần hàng năm Cho đến nay đã có trên 75 nước có hoạt động tìm kiếm thăm

dò và khai thác các mỏ dầu nằm dưới biển

Trong nhiều năm tới hướng khoan biển sẽ càng ngày càng phát triển Cấu trúc của bè khoan, thiết bị khoan, kỹ thuật và công nghệ khoan càng ngày càng được cải tiến và hiện đại hoá

Do các chỉ tiêu phụ cho công tác thiết kế chế taọ các giàn khoan biển,

điều kiện tự nhiên ở trên biển rất khắc nghiệt (gió, bão, sóng, dòng nước biển, chiều sâu của nước, ăn mòn thiết bị của môi trường nước biển) Giàn khoan ở

xa đất liền, do đó công tác vận chuyển vật liệu thiết bị, con người v.v gặp nhiều khó khăn Do đó giá thành của khoan biển đắt hơn rất nhiều so với khoan ở trên cạn Với mét khoan bằng nhau ở lòng đất giá thành khoan biển

sẽ tăng lên theo chiều sâu của mực nước biển Dó đó tiêu phí cho quá trình khoan biển rất lớn Nhưng ngược lại tiêu phí cho quá trình khai thác lại rất thấp Vì vậy giá thành một tấn dầu lấy ở biển sẽ rẻ hơn ở đất liền Đưa đến lợi nhuận kinh tế khai thác ở biển vẫn rất cao

Các giếng khoan thăm dò hoặc khai thác thường nằm ở khoảng chiều sâu mực nước dưới 400m

ở các lớp nước sâu, để tiến hành các công tác lắp ráp, kiểm tra, sửa chữa các thiết bị đặt ngầm dưới biển, hiện giờ người ta sử dụng vô tuyến điều khiển và thợ lặn Vì điều kiện làm việc của công nhân lặn gặp nhiều khó khăn nhất là ở độ sâu của nước rất lớn Vì vậy gần đây người ta đã chế tạo ra được các người máy làm việc dưới biển có thể đến độ sau 1000m như Telenaute( Pháp ) Aute(Mỹ) Mobot

11.1 Dàn khoan biển

ở khoan biển, thiết bị phụ trợ, chỗ ở và làm việc sinh hoạt của cán bộ công nhân đều đặt trên dàn bè khoan biển có cấu trúc đặc biệt

Các dàn khoan biển có thể chia thành năm loại chính sau đây:

- Dàn cố định

- Dàn khoan chìm

- Dàn tự nâng

- Dàn tự nâng

- Dàn nổi

- Dàn bán chìm

1) Dàn cố định được giữ bằng 4 chân bằng kim loại hay bằng betông và

được đóng xuống đáy biển Loại dàn bè này được sử dụng ở độ sâu mực nước biển (khoảng  60- 90 m ) Lắp ráp loại dàn bè này khó khăn và tốn kém (h.a)

2) Dàn chìm:

Loại dàn này có 4 đến 8 chân, nổi đường thẳng đứng, hình trụ, không

đổ nước vào bên trong chúng trong thời gian di chuyển, bảo đảm cho bàn nổi

để móc chúng vào tàu để kéo chúng đi Trong thời gian làm việc người ta bơm đầy nước vào các chân Và dàn từ từ chìm xuống đáy ở vị trí làm việc Loại dàn này sử dụng hạn chế vì làm việc kém ổn định và giới hạn ở độ sâu mực nước biển khoảng 40 - 60 m (h.b)

Dàn tự nâng được lắp từ 3 đến 5 hay nhiều các chân tự nâng, các chân này được điều khiển bằng thuỷ lực hoặc bằng điện

Trong thời gian di chuyển dàn ở tư thế nổi, và chân ở vị trí nâng lên Để cắm nó xuống đáy biển ở vị trí làm việc, chỉ việc hạ các chân xuống và cắm

nó xuống đáy biển, và dàn sẽ nâng lên khoảng 12  20 m trên mực nước

Loại dàn này có thể sử dụng ở chiều sâu của mực nước biển đến 90  100m Hiện nay dàn tự nâng là loại được dùng phổ biến nhất trên thế giới Loại dàn này làm việc ổn định Chân của nó cắm sâu vào đáy biển khoảng 10

 15 m Vì vậy cho phép nó làm việc trong những điều kiện thời tiết xấu Cho phép nâng dàn cao hơn trong trường hợp sóng biển dữ, giá thành rẻ hơn các loại dàn khác

Dàn tự nâng có 3 ưu điểm chính

a) Vận chuyển và lắp ráp nhẹ nhàng

b) Cắm vững chắc trên đáy biển

c) Dàn có khả năng tự nâng lên độ cao cần thiết để chống sóng lớn

3 Dàn nổi - tàu khoan

Là những chiếc tàu có cấu trúc đặc biệt với kích thước 100  110m chiều dài và 20  25 m chiều rộng Trọng lượng 10.000 - 12.000 tấn Nó có thể tự dy chuyể n hay nhờ các tàu khác móc vào để kéo Trên tàu có lắp tất cả các thiết bị khoan phụ trợ, chỗ ở làm việc của cán bộ công nhân Loại dàn này cũng được sử dụng rộng rãi và dùng để khoan ở vùng biển có chiều sâu mực nước lớn Di chuyển nhanh và dễ dàng Nhưng rẩt dễ nhạy cảm với sóng và gió, do đó thời gian “chết” không làm việc nhiều

4 Dàn khoan nửa chìm

Dàn khoan này được sử dụng phổ biến hơn so với các loại tàu khoan vào khoan ở chiều sâu có mực nước biển lớn

Trên dàn khoan này có thể lấp tất cả các thiết bị khoan, thiết bị phụ trợ cũng như chỗ ở của các cán bộ công nhân khoan Dàn khoan được giữ bởi một

bộ chân nổi, bao gồm các chân nổi hình trụ thẳng đứng(với đường kính 7  11m và chiều cao từ 30  35m) Việc liên kết bên dưới bằng nhiều các ống nối nằm ngang hình trụ với đường kính từ 5  7 m Trong thời gian dy chuyển bộ chân nổi này nổi lên cách mặt nước khoảng (6- 8 m) Trong thời gian làm việc, người ta bơm vào bên trong bộ chân nổi này đầy nước và chân nổi này bị chìm xuống cách mặt nước khoảng 15  25 m Vì vậy tăng độ ổn định dưới tác dụng của sóng và gió Chiều cao của chân so với mặt nước biển có thể lên tới 15  18 m Dàn khoan được giữ ở vị trí làm việc nhờ các bộ phận dây chằng được neo với đáy biển Loại dàn nửa chìm hiện đại có thể tự di động - với công suất khoảng 5000  6500 mã lực và có thể làm việc ở chiều sâu của mặt mực nước từ 200  400m Dàn có chiều dài khoảng 80100 m, chiều rộng

từ 60 - 70 m, và có thể chịu được trọng lượng thiết bị từ 2000 - 2500 tấn

11.2 - Thiết bị khoan

ở các dàn khoan đứng yên, thiết bị khoan được lắp trên dàn khoan sau khi dàn khoan đã dựng ở vị trí làm việc và được tháo dỡ sau khi kết thúc quá trình khoan Trong khi đó các dàn khoan di động, thiết bị khoan được lắp vĩnh viễn trên dàn khoan, và được di chuyển đồng thời với dàn khoan từ địa điểm khoan này đến địa điểm khoan khác

Trong cả hai trường hợp trên, thiết bị khoan được lắp vẫn là loại bình thường chạy bằng tổ hợp máy: Điêzen - Điện và có công suất của thiết bị lớn (4000 - 6000 ml) và cho phép khoan đến chiều sâu (6000 - 7000m).Giá thành của thiết bị chiếm khoảng 20 - 30% giá thành của toàn bộ dàn khoan

11.3 Các thiết bị lắp ráp ở miệng lỗ khoan

Các thiết bị lắp ráp ở phần trên của giếng khoan biển bao gồm :

- Đầu ống chống (đầu bít )

- Cột ống bao (cột ống này được chống qua phần nước biển)

- Thiết bị chống phun (đối áp preventor)

Cấu trúc và phương pháp lắp ráp, vận hành chúng phụ thuộc vào chiều sâu của mực nước và từng loại dàn khoan biển

Thông thường có 2 phương pháp lắp ráp đầu ống chống và thiết bị đối

áp chống phun(preventor)

1 Đầu ống chống và thiết bị đối áp (preventor) thông thường lắp ở trên mực nước biển;

Loaị này thông thường được sử dụng ở các dàn khoan được dựng ở đáy biển và chiều sâu của mực nước biển  100m

2 Đầu ống chống và thiết bị đối áp được lắp đặt ngầm dưới đáy biển; loại này thông thường được sử dụng để khoan những giếng khoan có chiều sâu mực nước biển > 100m

Bài tập: Tính bền cột ống chống khác:  146mm

Chiều sâu thả: L = 3800m

d = 1,33G/cm3

0 = 0,8 G/cm3

Pv = 460 kG/cm2

Bề dày tầng sản phẩm b = 150m

Bài giải:

1 Tính cột ống theo áp suất bóp méo:

+ Chiều cao hạ mực chất lỏng trong giếng (ống chống):

H0 = 23 H = 23 3800 = 2533m

(Tính áp suất bóp méo đối với ống  146 ở bảng sau) Thép D)

Bảng 1

Pbm, kG/cm2 190 255 320 375 430 485 540

+ Tính chiều sâu cho phép hạ cột ống 146 theo công thức:

H = 10.Plm

n2.d (ở vùng không có chất lỏng)

hay H = 10 Pbm - H.0.n2

n2(d - 0) , m

HD6 = 10 x 190 115 x 133 = 1242 m;

HD

7 = 10 x 255 115 x 133 = 1667 m;

HD8 = 10 x 320 115 x 133 = 2092m;

HD

9 = 10 x 375 115 x 133 = 2452m;

HD10 = 10 x 430

115 x 133 = 2811

 Nhưng đến chiều sâu 2533m thì bên trong ống có chất lỏng (0 = 0,8G/cm3) cho nên nếu thả ống có  = 10mm thì chiều sâu thả cho phép sẽ là:

HD

10 = 10 x 430 - 2533 x 08 x 115

115 (133 - 08) = 3210 m

HD11 = 10 x 485 - 2533 x 08 x 115

115 (133 - 08) = 4110m Nhưng đến chiều sâu: 3650m là bắt đầu vào tới vỉa sản phẩm nên hệ số

an toàn lúc này phải lấy lớn hơn, n2 = 1,3 vì thế ta tính

HD

11 = 10 x 485 - 2533 x 08 x 13

13 (133 - 08) = 3210m

Có nghĩa là thép mác D chiều dày  = 11mm có thể hạ đến chiều sâu : 3650m

HD12 = 10 x 540 - 2533 x 08 x 13

13 (133-08) = 4030m

và lấy HD12 = 3800m

Tổng hợp kết quả tính ở bảng (2) dưới đây:

Bảng (2) Thứ tự

ống

Bề dày thép D (mm)

Chiều sâu thả m

Chiều dài (m)

Trọng lượng 1m(kg)

Trọng lượng (tấn)

2 Tính cột ống theo tải trọng kéo đứt:

- Tải trọng phụ sinh ra khi bơm trám: Qphụ = (Pth + Pd) d

2 tv

4

Pth = 0,02 x H + 16 = 0,02 x 3800 + 16;

Pd = 15  20 kG/cm2 (nút trên tỳ lên nút dưới ở vòng tầng)

Qphụ = (0,02 x 3800 + 16 + 15) x 314 4 x 12,22 = 12.400 kG = 12,4 tấn

Vậy tải trọng thực tế tác dụng lên “ren” nối của ống gần miệng giếng khoan là:

Q = 109,18 + 12,4 = 121,58 (tấn) Xem tham khảo bảng (3) dưới đây về giới hạn bền kéo của ống 146 thép D có bề dày thành khác nhau:

Bảng 3

+ Tính hệ số tự trữ bền kéo gần miệng ống có  = 6mm được tính:

n6

1 = Q

6

Q

= 56 1216 < 1,3;

ở phía dưới của ống có  = 6m là: (Q1 - là trọng lượng của đoạn ống có

 = 6mm)

n6

1 = Q

6

Q - Q1 =

56 1216 - 268 < 1,3;

Tương tự ta tính:

(phía trên) n7

1 = Q

7

Q - Q1 =

71 1216 - 268 < 1,3;

(phía dưới) n7

7

1216 - 268 - 106 < 1,3;

(phía trên) n81 = Q

8

1216 - 268 - 106 =

85 1216 - 268 - 106 < 1,3;

(Phía dưới) n81 = Q8

1216 - 268 - 106 - 119 =

100 1216 - 268 - 106 - 119 = 1,38 > 1,3

Như vậy: ống có  = 9mm có thể lắp vào cột ống từ đoạn thứ 4 trở lên

Ta bắt đầu tính: * lD9 = Q

9 - n1.Q

n1 q9 =

100 - 13 x 723 13 x 00313 = 147 m

ở đây: [Q = Q - (Q1 + Q2 + Q3) = 1216 - (26,8 +10,6+11,9) =72,3]

- Số m còn lại phải thay bằng bề dày lớn hơn là 2092 - 147 = 1945m

* lD

10 = Q

10 - Q9

n1 q10 = 115 - 100

13 x 00344 = 334m

- Số m còn lại phải thay bằng bề dày lớn hơn là:

1945 - 334 = 1611m

* lD11 = 130 - 115

13 x 00375 = 307m

- Số m còn lại là:

1611 - 307 = 1304m

* lD

12 = 145 - 130 13 x 00406 = 320m

- Số m còn lại là:

1304 - 320 = 984m Bây giờ phải chuyển sang thép K có độ bền cao hơn thép D ta sẽ tính:

*lK10 = 150 - 145

13 x 00344 = 116m

- Số m còn lại: 984 - 116 = 868 m

* lk

11 = 170 - 150 13 x 00375 = 411m

- Số m còn lại là: 868 - 411 =457m

* lk

12 = 190 - 170 13 x 00406 = 388m

- Số mét còn lại là: 457 - 388 = 69m

Bây giờ chuyển sang thép E có độ bền cao hơn thép K ta sẽ tính:

lE12 = 205 - 190 13 * 00466 = 284m Vậy ta chỉ lấy lE

12 = 69m là đủ Kết quả tính toán bền cột ống được tổng hợp lại ở Bảng (4)

Bảng tổng hợp tính bền cột ống 146 ở bảng sau: