Bài giảng khoan dầu khí tập 2 part 7 pps

Trong khoan rôtơ dụng cụ thường được sử dụng để khoan lệch là máng nghiêng có thể chia làm 2 loaị: - Dụng cụ làm lệch hướng ở giếng khoan chưa chống ống.. Tiến hành thả một tải trọng cần

Nối O1với O1’ cắt trục ON Góc tạo thành giữa O1O1’với ON là góc 3 Góc phương vị chỉ hướng cần phải điều chỉnh lỗ khoan đi đúng hướng thiết kế

7.5 Khoan định hướng bằng phương pháp khoan rôtơ

7.5.1 Dụng cụ làm lệch hướng bằng phương pháp khoan rôtơ

Trong khoan rôtơ dụng cụ thường được sử dụng để khoan lệch là máng nghiêng có thể chia làm 2 loaị:

- Dụng cụ làm lệch hướng ở giếng khoan chưa chống ống

- Dụng cụ làm lệch hướng ở giếng khoan đã chống ống

7.5.1.1) Dụng cụ làm lệch hướng ở giếng khoan chưa chống ống:

a) Máng nghiêng lấy lên được loại hở

Máng nghiêng nmày chế tạo bằng thép, thông thươngg thép crom -niken và có dạng hình dưới đây:

Thân của máng hướng được vát

nghiêng và có hình lòng máng bên

trong Có góc vát v tạo thành với trục

khoảng v= 2 1

2  3

0

Đầu nối (cổ) 2 trong đó đưa vào

choòng (5) cần (6) và được định vị bằng

chốt (3)

Nguyên tắc làm việc: Sau khi thả

và định hướng bộ dụng cụ lệch hướng

Tiến hành thả một tải trọng cần thiết để

đầu nhọn phía dưới của máng hướng

cắm vào đất đá ở đáy lỗ khoan tránh

cho máng hướng bị xoay trong qúa trình

làm việc Tiếp tục tăng tải trọng để cắt chốt

định vị (3) và để giải phóng choòng (5)

Choòng (5) sẽ làm việc và trượt trên máng

để khoan lệch lỗ khoan

4

2

3

6

5

1

1 Thân 2 Cổ

3- Chốt định vị 4- Phần cắm

5 - choòng

Hình a

b) Máng nghiêng lấy lên được loại kín:

Máng nghiêng được cấu tạo bằng thép

chất lượng tốt

Có dạng hình trụ và có lỗ bên trong tạo

thành một góc vát với trục của máng hướng một

góc khoảng 30 Choòng khoan và cần khoan

được đưa vào qua lỗ và được định vị nhờ chốt tự

cắt

7.5.1.2 Dụng cụ làm lệch hướng ở giếng

khoan đã chống ống:

Trong trường hợp này chúng ta sử dụng

máy hướng cố định tức là không rút lên được

Máng hướng cố định được sử dụng ở

những lỗ khoan đã chống ốngvà chúng ta cần

xuyên qua ống chống để làm lệch hướng lỗ

khoan hay ở những tầng đất đá rất cứng

Thân (1) của máng nghiêng có góc vát

khoảng 2,50  30 nửa phía dưới có đục lỗ(2) Phía

dưới cùng để nối với một đoạn cần khoan cũ (có

thể gắn choòng) để có khả năng tuần hoàn (giữa

cột cần khoan và máng nghiêng có nối liền một

đoạn ống (4)) Máng hướng được đưa vào nhờ

những chốt định vị tự cắt (5) Và chúng có thể tự

cắt với tải trọng 1  2 tấn Sau khi thả và định

hướng bộ dụng cụ, tiến hành trám xi măng để

bao phủ hết bộ dụng cụ (máy + cần cũ ) Sau khi

xi măng đông cứng (48  72 giờ), tiến hành khoan

phá lỗ ống chống nhờ choòng đặc biệt

6

5

4

1

2

3



v

3

2

4

7

6

5

1

Hình b

Hình c

7.5.2 Chế độ làm việc trong khoan định hướng (với máng nhỏ lên được)

Thông thường trước khi thả máng hướng thì tiến hành tạo đáy bằng cách khoan với đường kính nhỏ hơn đường kính lỗ khoan một khoảng nào đó Sau đó đưa định hướng bộ dụng cụ khoan lệch bao gồm: máng hướng (1), choòng khoan rắn (2) cần mềm(3) Có đường kính nhỏ hơn đường kính cần khoan sử dụng 12

"

4 - 2

1"

2 chiều dài từ 6  8m Đầu nối (5) và cần khoan (6), sau khi tiến hành xong các công tác trên thì thả tải trọng để cắt chốt định vị Tải trọng cần thiết để cắt chốt định vị là:

Q = c  d

2

45 n

c ứng suất cắt của ngyên liệu làm chốt

d Đường kính của chốt

n Số chốt (đinh ốc )

Sau khi cắt chốt xong tiến hành khoan xiên với chế độ khoan như sau:

n =30 - 40 v/ph

G= 0,6  1,5T

Q = 10 16l/s

a) Bộ tạo lỗ mới b) Bộ mở sâu c) Bộ doa

1

2

4

3

6

5

4

2

3

1

1

2

3

Sau khi choòng khoan đã qua được phần dưới của máng hướng thì có

thể thay đổi chế độ làm việc n = 70 v/ph, G = 3  3,5T Và lưu lượng sẽ tăng

dần đến Qđịnh mức

Sau khi khoan qua đáy máng hướng từ 2 - 8 m, kéo cần khoan lên, chú

ý khi choòng chạm đầu trên của máng thì tiến hành giật mạnh để nhổ máng

xiên lên mặt đất

Sau đó tiến hành mở sâu lỗ khoan, nhờ bộ dụng cụ mở sâu (hình b) Bao

gồm choòng cánh(1) hay (choòng chóp xoay) có đường kính bằng choòng

khoan trước đó với đoạn cần năng (2) có độ dài 1 1,5 m, và từ 2 3m cần

mềm (3) và trên đó là cần khoan (4) Chế độ khoan được áp dụng là:

n =70 - 70v/ph , G =3 4T , Q = Q bình thường

Sau giai đoạn mở sâu lỗ khoan, chúng ta kéo cần khoan lên và thay đổi

bộ dụng cụ mở sâu bằng bộ dụng cụ doa (hình c), để mở rộng miệng lỗ khoan

bằng đường kính bình thường của lỗ khoan Dụng cụ bao gồm bộ doa (1), cần

nặng (2) dài 2  4m và cần khoan (3)

7.5.3 Xác định góc lệch của máng hướng

m - góc tăng độ nghiêng, góc tạo thành

giữa trục giếng và trục

cần khoan

lm chiều dài phầnm đáy máng hướng

l1- chiều dài phần đáy máng hướng

v góc vát của máng hướng

Dg, D, DcDm - đường kính giếng, cần,

choòng và máng Góc m<v

Trong quá trình làm việc, choòng khoan

trượt trên máng nghiêng và góc m tăng

dần từ 0  max Trong thời điểm choòng

khoan đạt đến phần đáy của máng hướng

Khi choòng ra khỏi phần dưới của máng

hướng góc m giảm dần vì D < Dc và cần sẽ dựa vào thành máng Trong suốt

D N

M

S

thời gian làm việc từ điểm này trở đi m = const Để xác định góc mchúng ta xét tam giác MNS

tgm= MS

MN  MS =

Dm

2 +

D

2 cos m

tg m =

Dm

2 +

D

2 cosm

lm - l1 =

Dmcosm+ D

2 cosm(lm- l1) Vì mrất nhỏ nên cosm 1; tg m  m ; l1 rất nhỏ so với lm

m = D 2lm+ D

m đổi ra độ

m = 573 Dm 2l + D

m

góc vát vsẽ là : tgv=D lm

m

tg vv

v0= 57,3 D lm

m Mặt vát góc xiên của máng hướng sẽ là:

v- m=57,3 (D lm

m

- D 2 lm+ D

m

) = 57,3 (2Dm 2 l- Dm - D

m )

7.5.4 Xác định vị trí đặt máng hướng ở đáy lỗ khoan nhằm thay đổi góc phương vị

Trong thực tế quá trình khoan, góc phương vị thực của giếng khoan nó

có khác với góc phương vị thiết kế Do đó để điều chỉnh lỗ khoan đúng theo góc phương vị thiết kế chúng ta cần điều chỉnh góc phương vị thật theo nhiều phương pháp, đó là:

- Phương pháp toán học của Sanghin

- Phương pháp đồ thị

Sau đây chỉ giới thiệu phương pháp điều chỉnh góc phương vị bằng biểu

đồ (đồ thị) Để xác định hướng đặt máng nghiêng ở dưới đáy lỗ khoan theo phương pháp biểu đồ, chúng ta cần phải biết góc thiên đỉnh ban đầu của giếng khoan 1, góc phương vị ban đầu của giếng 1và góc nghiêng của máng hướng m

v- m = 57,3 D 2 lm- D

m

* Phương pháp tính toán bằng đồ thị sẽ được tiến hành như sau:

- Trên một tờ giấy milimét kẻ trục toạ độ theo các hướng N-S, E-V Kẻ

đường thẳng o o’ tương ứng hướng nghiêng ban đầu của lỗ khoan (góc 1) mà tại đáy chúng ta sẽ đặt máng hướng

- Trên đường thẳng này chúng ta chọn tỷ lệ thích hợp (ví dụ 1cm - 10) chiều dài của đoạn thẳng OA1tương ứng với góc thiên đỉnh 1của giếng khoan

- Lấy điểm A1làm trung tâm chúng ta vẽ một đường tròn (có cùng tỷ lệ với đừờng thẳng trước đó OA1) có bán kính R có độ dài bằng góc nghiêng của máy hướng Và tất cả các điểm trên đường tròn đều biểu diễn khả năng thay

đổi vị trí đặt máng hướng ở đáy lỗ khoan

Ví dụ: chúng ta cần thay đổi góc

phương vị từ 1  2 chúng ta sẽ kẻ

đường thẳng OA2gặp đường tròn tại A2

Góc thiên đỉnh của lỗ khoan sẽ là đoạn

OA2 = 2

Góc  : góc xoay vị trí máng hướng so

với hướng ban đầu

2 phương vị của lỗ khoan cần điều chỉnh Hình a

Góc phương vị của máng ở đáy lỗ khoan sẽ là: m= 1+  (hình a)

Các trường hợp riêng:

* Tăng độ nghiêng cực đại của giếng mà không thay đổi góc phương vị

E

S

N

O

V

2

 1

m

O ’

A2

N

E

S

O

V

O 1

A1

A2

 1 =  2 =  m

R= m

2

 ’

2

2

E N

S

O V

2 = OA2= OA1 + R

c= 1+ m

 = 0

m= 1 (hình b)

* Giữ góc thiên đỉnh ban dàu của giếng mà thay đổi cực đại góc phương

vị Từ O vẽ cung tròncó bán kính bằng OA cắt vòng tròn tâm A1 tại 2 điểm là

A’

2 , A2 hướng A1 A2và A1 A’

2là 2 hướng đặt máng hướng góc phương vị mới

sẽ là 2 hoặc ’

2

` (hình c )

* Thay đổi cực đại góc phương vị

Từ O ta vẽ đường tiếp tuyến với đường tròn tâm A1và gặp đường tròn tại hai điểm A2 và A’2; A1A’2 và A1A2là 2 hướng có thể đặt máng hướng (hình d)

Hình d

A ’

2

 ’

2min

2max

E N

S

O

Chương 8 Các hiện tượng phức tạp trong quá trình khoan và

biện pháp khắc phục

Trong quá trình khoan thường gặp các hiện tượng phức tạp gây khó khăn cho quá trình khoan, các hiện tượng đó thường là:

- Sập lở đất đá ở thành lỗ khoan

- Bó hẹp thành lỗ khoan

- Mất nước rửa

- Hiện tượng phun (Dầu, khí, nước)

- Kẹt bộ dụng cụ khoan

8.1 Sập lở đất đá ở thành lỗ khoan và các biện pháp phòng ngừa:

Đất đá bị sập lở thường xảy ra trong hai trường hợp sau đây:

a- Do tác dụng của nước rửa, đất đá ở thành lỗ khoan bị giảm độ bền, chúng bị mất ổn định và sập lở xuống lỗ khoan Đất đá bở rời, các tầng chứa muối, đất sét là dễ bị nước tác dụng nhất Loại sét Bentonit Na, chứa trong các tầng khi hấp phụ nước thì chúng sẽ tăng thể tích lên rất nhiều lần và gây lở

Đối vớicác tầng chứa muối thông thường các tầng này kém chắc , không ổn

định và có khả năng chứa khí, nếu khoan bằng dung dịch gốc nước ngọt thì sẽ gây sập lở Mức độ sập lở của đất đá cũng còn phụ thuộc vào góc nghiêng của các tầng có khả năng gây sụp lở Nếu góc nghiêng càng lớn thì khả năng sụp

lở càng lớn

b- Trong trường hợp thứ 2 (thì áp lực nén của đất đá lớn hơn nhiều so với áp lực nước rửa, sự chênh lệch đó có thể đưa đến hiện tượng sập lở)

Trong nhiều trường hợp thì cả hai nguyên nhân tác dụng đồng thời Hiện tượng sập lở trong lỗ khoan thể hiện qua những dấu hiệu sau:

- áp lực ở máy bơm tăng lên đột ngột

- Dung dịch đưa lên từ dưới lỗ khoan nhiều vụn đất đá

- Thả dụng cụ không đúng lỗ khoan nếu không bơm rửa

Các biện pháp đề phòng và ngăn ngừa sập lở thành lỗ khoan

- Biện pháp có hiệu quả nhất là làm nặng dung dịch và tăng cường phẩm chất của nó bằng gia công hoá học Dung dịch có độ thải nước nhỏ nhất

và có tỷ trọng bảo đảm cho áp lực dung dịch cao hơn áp lực vỉa

- Đối với các tầng có chứa sét Bentorit Natri, hay các tầng chứa muối thì nên sử dụng các loại dung dịch bão hoà muối, dung dịch gốc vôi để khoan qua

Việc dùng dung dịch mặn có anion hoà tan nó sẽ có tác dụng làm cho sét Bendonit không bị trương nở Và dung dịch mặn bão hoà muốn nó sẽ không làm mất ổn định của các tầng chứa muối

Với những dung dịch góc can xi, qua tác dụng hoá học của nó với sét Bentonit gốc Na sẽ bién thành Bentônit gốc canxi loại sét này không gây trương nở dưới tác dụng của nước

Trong quá trình khoan phải định kỳ kiểm tra thân lỗ khoan bằng dụng

cụ đo đường kính Tiến hành đo đường kính nhiều lần cho phép xác định được các vùng gây sập lở Xác định được hiệu quả của các biện pháp ngăn ngừa đã

sử dụng

Hệ số sập lở K được xác định bằng tỷ số giữa thể tích lỗ khoan thực tế của vùng sập lở và thể tích lý thuyết lỗ khoan

K= VVt lt Trong đó : K - là hệ số hình thành sụp lơ

Vt- thể tích thực của lỗ khoan

Vlt - thể tích lý thuyết lỗ khoan

K = VVr

lt = Rt 2

Rlt2 Trong đó : Rt - là bán kính thực trung bình của lỗ khoan

Rlt - là bán kính trung bình lý thuyết của lỗ khoan

K = 1 - Giếng khoan không sụp lở

K > 1 - Giếng khoan sụp lở K<1 - Lỗ khoan bị bó hẹp

8.2 Hiện tượng bó hẹp thành lỗ khoan

Có rất nhiều trường hợp lỗ khoan bị bó hẹp thành nhất là đối với các tầng sét Bentônit trương nở dưới tác dụng của nước ngọt Trong các trường hợp này, giải quyết được vấn đề sập lở tức đồng thời cũng giải quyết được vấn

đề bó hẹp thành lỗ khoan Cũng có những loại đất đá làm giảm đường kính của lỗ khoan dưới tác dụng mà nước ngọt nhưng không gây sập lở như accghilit và lignit, trong trường hợp trên thì có thể xử lý bằng phương pháp dùng dung dịch có độ thoát nước bé Trong trường hợp khó hơn thì có thể sử dụng dung dịch gốc vôi - thạch cao

Hiện tượng bó hẹp thành lỗ khoan nhiều khi đưa đến việc không thể tiếp tục khoan được nữa Bó hẹp lỗ khoan do sự biến dạng dẻo bó hẹp lỗ khoan trong trường hợp này nên dùng dung dịch có tỷ trọng lớn a = 1,8 - 2,2 G/cm3

và có trường hợp lên tới 2,4

Đối với các tầng muối biện pháp xử lý tốt là dùng dung dịch bão hoà muối

8.3 Ngăn ngừa và chống mất nước rửa

Hiện tượng mất nước rửa sinh ra trong quá trình khoan thường gặp rất nhiều, nhất là khi khoan qua các tầng đá vôi

8.3.1 Các nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng mất nước rửa:

a - Nguyên nhân do các tầng đất đá khoan qua:

Các tầng có độ thấm và độ rỗng lớn, các tầng đã bị khai thác nhiều, áp lực vỉa giảm xuống, các khe rãnh được hình thành, qua đó nước rửa chảy đi hết Hiện tượng mất nước cũng sinh ra ở các tầng đất đá bị hủy hoại do chuyển

động kiến tạo, đất đá nứt nẻ , hang hốc, hang động cactơ

b - Nguyên nhân kỹ thuật:

- Trọng lượng riêng của dung dịch quá lớn, áp lực thủy tĩnh của dung dịch lớn hơn áp lực vỉa chênh lệch áp lực càng lớn thì mất nước càng mạnh

- Sự tạo thành các kẽ nứt trong đất đá trong quá trình khoan Do kéo thả

bộ dụng cụ khoan với vận tốc quá lớn gây nên hiện tượng piston tác dụng xuống thành lỗ khoan làm nứt nẻ chúng

Trọng lượng riêng và độ nhớt của dung dịch qúa lớn dẫn đến áp suất tại bơm lớn Từ đó cũng dẫn đến hiện tượng nứt nẻ đất đá và mất dung dịch Cần phải lưu ý rằng, một tầng đã bị tạo thành kẽ nứt thì sau đó sẽ tạo thành kẽ nứt với áp suất bé hơn Các kẽ nứt xuất hiện dưới áp lực cao không những có thể gây ra mất nước mà có thể gây ra các hiện tượng phức tạp khác như : sập lở,

bó hẹp thành giếng khoan

8.3.2 Nghiên cứu vùng mất nước

Để chống mất nước có hiệu quả và tìm biện pháp ngăn ngừa mất nước cho lỗ khoan sau cần phải nghiên cứu tổng hợp ngay sau khi khoan vào vùng mất nước Công tác nghiên cứu tổng hợp bao gồm:

1 - Nghiên cứu thuỷ động để tìm hiểu cường độ mất nước

2- Xác định ranh giới, độ hút nước của tầng

3- Xác định đường kính thực của lỗ khoan ở vùng mất nước

- Nghiên cứu thuỷ động bằng phương pháp xác định đặc tính tầng chứa nước bằng cách theo dõi chuyển động của mực nước động Người ta làm mất trạng thái cân bằng trong lỗ khoan bằng cách đổ thêm nước hoặc hạ thấp mực nước trong đó Và vị trí của mực nước trong giếng khoan sẽ có khuynh hướng trở về trạng thái cân bằng cho đến khi áp lực của cột chất lỏng trong lỗ khoan cân bằng với áp lực vỉa

Quá trình phục hồi mực nước phụ thuộc vào đặc tính địa chất vật lý của vỉa Việc theo dõi tốc độ phục hồi mực nước giúp chúng ta xác đinh được độ thấm tương đối của vỉa

- Việc xác định ranh giới của vỉa mất nước rửa có thể tiến hành bằng nhiều phương pháp khác nhau như (đo nhiệt độ, đo điện trở, nghiên cứu tầng mất nước bằng chất đồng vị vv )

Xác định độ hút nước của các tầng bằng cách đo lượng dung dịch chảy vào vỉa

Việc phân tích sơ bộ phải tiến hành ngay tại giếng khoan Kết quả phân tích được sử dụng ngay dùng để tổ chức chống mất nước