Bài giảng khoan dầu khí tập 2 part 6 docx

7.4.3.Tính toán bán kính cong nhỏ nhất phép của giếng khoan chọn bộ dụng cụ khoan lệch và xác định cường độ cong bé nhất có thể của bộ dụng cụ khoan lệch.. Xác định cường độ cong lớn nhấ

7.4.3.Tính toán bán kính cong nhỏ nhất phép của giếng khoan chọn bộ dụng cụ khoan lệch và xác định cường độ cong bé nhất có thể của bộ dụng cụ khoan lệch

7.4.3.1 Tính toán bán kính cong bé nhất cho phép của giếng khoan

Trong khoan định hướng cần phải xác định độ cong cho phép của giếng khoan Nếu như vượt qúa độ cong cho phép này thì sẽ gây những khó khăn cho quá trình khoan hoặc quá trình khai thác

Trong quá trình khoan độ cong giếng khoan bị giới hạn bởi các điều kiện sau đây

- Không vượt quá giới hạn bền của cần khoan và cần nặng

- Tránh tạo thành lỗ khoan hình chìa khoá

- Nâng thả bộ dụng cụ khoan và động cơ đáy một cách dễ dàng

- Chống ống dễ dàng

Cường độ cong của giếng là sựgia tăng độ cong so với sự gia tăng chiều sâu khoan được

  = 180

0 .R =

573

R Cường độ cong lỗ khoan khi gia tăng chiều sâu khoan 10m

 10 = 573

R =

573

R Trong đó: R - là bán kính cong của giếng khoan

* Độ cong của giếng giới hạn bởi độ bền của cần khoan (ống chống):

Trong “sức bền vật liệu” chúng ta đã biết rằng một thanh chịu uốn độ cong của nó được xác định bằng công thức:

1

R =

d2 y

d z2 = -

Muốn

E I R: bán kính cong

Mặt khác ứng suất uốn cực đại sẽ là : u= Muốn

I

D

2

D - đường kính ngoài của cần khoan

Từ hai công thức trên chúng ta có thể suy ra bán kính cong bé nhất lúc cần khoan làm việc trong đoạn lỗ khoan cong

- Trong trường hợp đoạn lỗ khoan cong gần dáy :

Rmin = D E

2c K

- Trong trường hợp đoạn lỗ khoan cong cách xa đáy

Rmin = DE

2 (c+ P Fmax )

K

Trong đó:

Pmax - lực chiều trục lớn nhất tác dụng lên đoạn cần ở phần cong của giếng (Lấy K - hệ số dự trữ bền K =1,2 1,5)

* Bán kính cong nhỏ nhất giới hạn bởi độ bền của tuốc bin được tính bằng công thức sau:

Rmin= 167 lT

2

Dc - dT- k + f Trong đó :

lT : Chiều dài tuốc bin và choòng khoan

D c- đường kính choòng khoan

dT- đường kính của tuốc bin khoan

f - độ uốn của tuốc bin

f = 0,13 106 qT l

2 T E.IT Trong đó :

k - khe hở nhỏ nhất giữa tuốc bin và thành giếng khoan (k = 5 8mm)

qT.-Trọng lượng 1 cm tuốc bin (KG)

E - Mođul unga kG/cm2

lT - chiều dài tuốc bin

IT - Momen quán tính của tuốc bin cm4.

IT = 0,049 d4

T Như vậy để đảm bảo quá trình khoan bình thường, bán kính cong của giếng bao giờ cũng phải lớn hơn bán kính cong nhỏ nhất của giếng khoan R> Rmin (lớn hơn từ 5 đến 10%)

Bán kính cong của giếng được xác định bằng công thức

R = 573

  =

573



7.4.3.2 Chọn và tính toán góc cong của bộ khoan lệch

a Cho cần cong và đầu nối cong

Nếu chúng ta biết đường cong sau 10m khoan 10 , góc lệch cuả giếng

là  và các thông số kỹ thuật của tuốc bin, cần khoan và cần nặng Góc lệch của đầu nối cong (cần cong) có thể tính bằng công thức:

 = 10

20 (b + 2

Q.b

2 q ) + [(

Dc - dT 35b + (1- .d

t ) (sin 

Qb 22I )

Trong đó : b = r + l + c - khoảng cách từ điểm cong của perekhốt (cần cong)

đến choòng khoan

r- khoảng cách từ điểm cong đến thân tuốc bin

l - Chiều dài tuốc bin

C - Khoảng cách từ tuốc bin đến choòng khoan

Q - Trọng lượng của tuốc bin và choòng khoan

q - Trọng lượng của 1m cần năng (cần cong )

Dc - đường kính choòng khoan

dT - đường kính ngoài tuốc bin

d, t - trọng lượng riêng của dung dịch khoan, của thép Icn Momen quán tính của cần nặng ( hoặc cần cong )

b) Chọn kích thước của đầu nối lệch tâm

Đường kính chủ yếu của đầu nối lệch tâm được xác định theo công thức:

DĐM =l 2(lT(Dc- dT)

T+ c) +

10c lT

1150 + dT C- khoảng cách từ đầu nối lệch tâm đến choòng khoan

Các thông só này chúng ta có thể tra bảng hoặc tìm trên đồ thị

7.4.3.3 Xác định cường độ cong lớn nhất có thể đạt được của các bộ dụng

cụ khoan lệch

Thông thường để thiết kế các giếng khoan định hướng, chúng ta cũng

có thể chọn bộ dụng cụ khoan lệch trước Sau đó sẽ tính cường độ cong khi

gia tăng 10m khoan 10, tiếp đó là bán kính cong R và góc lệch của lỗ khoan 

a) Đối với cần cong và đầu nối cong

Khi đã chọn góc cong của bộ làm lêch  và các thông số khác của bộ dụng cụ làm lệch Chúng ta có thể tính được cường độ cong sau 10 m khoan theo công thức sau:

10 =

20 - [Dc- dt

35b

+(1-d t) (

Qb 2q)

Qb 22I sin]

b + 2 Qb 2q

b) Đối với nhip pen lệch tâm cường độ cong có thể tính theo công thức sau:

10= 1150 c [ Dc l- dT

T - 2 (lDc- dT

T+ c) ]

Như vậy - sau khi đã xác định được cường độ cong 10, chúng ta sẽ xác định

được bán kính cong của giếng theo tính toán

R= 573 10 10

- So sánh giữa bán kính cong theo tính toán và bán kính cong cho phép của giếng Điều kiện để thực hiện qúa trình khoan bình thường R> Rmin

Lưu ý: Các giá trị 10 chúng ta cũng có thể thu được qua đồ thị hoặc qua biểu bảng khác nhau

7.3.3.4 Xác định chiềudài cần nặng lắp trên parekhốt cong:

Lcn = 6 Q.b

2qcn Trong đó:

Q - là trọng lượng tuốc bin và choòng

qcm- trọng lượng 1 m cần nặng

b - khoảng cách từ điểm cong perkhốt đến choòng

7.4.4 Xác định góc xoắn của cột cần khoan dưới tác dụng của momen phản của tuốc bin khoan

Trong thời gian khoan tuốc bin, phần dưới trên của cột cần khoan sẽ chịu xoắn dưới tác dụng của momen phản của tuốc bin Momen phản của tuốc

bin, có giá trị bằng momen xoắn của tuốc bin nhưng với chiều ngược lại Dưới tác dụng của momen phản phần dưới của cần khoan sẽ xoắn về trái (ngược chiều với choòng) với một góc 

Nếu như trong quá trình làm việc cột cần khoan không chạm thành giếng khoan, tức là giữa cột cần khoan và thành không tiếp xúc Góc xoắn của cột cần khoan sẽ bằng:

0= M G Ir L

0

Mt Mômen phải của TB

L chiều dài cần khoan

G.Modul đàn hồi ngang của thép

I0 momen quán tính độc cực của cần I0 = 32 (D4n- C4t),

Nhưng thực tế cột cần khoan dựa vào thành lỗ khoan, nên góc  sẽ bị giới hạn bởi ma sát giữa cần và thành lỗ khoan

Giá trị của momen ma sát giữa cần và thành lỗ khoan

Mm= q sin 2 L  D 2 (2)

Trong trường hợp này, góc xoắn của cột cần khoan sẽ là:

 =(Mt - M G Im)L =

MtL - q L2 D2  sin( 2)

Vì ma sát với thành lỗ khoan nên tác dụng của momen xoắn giới hạn ở một chiều dài nào đó của cần khoan, kể từ điểm dưới lên Ltc tương ứng với góc xoắn có giá trị lớn nhất

Để xác định Lth trong điều kiện max , chúng ta giải phương trình

d

dL = 0 Mt - q.Lth D. sin 2 = 0 Góc xoắn  trong trường hợp này sẽ là:

0 =M G It.Lth

0 Khi động hướng bộ dụng cụ ở đáy chúng ta cũng phải kể đến góc xoắn cần 

7.4.5 Thiết kế giếng khoan định hướng bằng phương pháp khoan tuốc bin

Để thiết kế một giếng khoan định hướng, chúng ta phải có các số liệu ban đầucần thiết cho công tác thiết kế và tính toán: Chiều sâu của lỗ khoan so với phương thẳng đứng: H

Khoảng lệch của đáy lỗ khoan so với phương thẳng đứng A

Chiều dài đoạn thẳng đứng đầu tiên và phương vị giếng khoan

Chiều dài của đoạn thẳng đứng đầu trên không nhỏ hơn 40 - 50 m Thông thường chiều dài này lớn hơn ống dẫn hướng một ít

- Đoạn lấy độ cong được chọn thông thường trong đất đá có độ cứng trung bình Sau một hiệp khoan, độ cong của giếng có thể đạt được từ 5 -60 Với mục đích giảm thời gian thả bộ dụng cụ khoan lệch để lấy độ cong (ở

đoạn lấy độ cong bán kính cong của giếng R> Rmin) Bán kính cong thông thường lấy khoảng (5 - 10%) lớn hơn bán kính cong theo tính toán

- Góc nghiêng của giếng ở đọan ổn định độ cong thông thường lớn hơn 10 -120

Đối với giếng khoan có mặt cắt dạng C Đoạn thẳng đứng cuối cùng

được chọn thông thường bằng khoảng cách từ nóc vỉa sản phẩm trên cùng đến

đáy của vỉa sản phẩm dưới cùng Và chiều sâu thiết kế thông thường lấy lớn hơn (5 - 10 )% phòng những sai lệch

Thứ tự để thiết kế lỗ khoan định hướng như sau:

1 Nghiên cứu một cách chi tiết các tài liệu của các lỗ khoan đã khoan trước đó trong vùng Xác lập quy luật cong tự nhiên

Nghiên cứu các yếu tố có ảnh hưởng đến độ cong cũng như phương vị

2 Nhờ bản đồ cấu tạo trên đó có xác định vị trí miệng lỗ khoan và đáy

lỗ khoan Xác định các số liệu ban đầu để tính toán mặt cắt của giếng Hình chiếu thẳng, chiếu ngang, khoảng lệch đáy, phương vị của giếng, độ giảm góc nghiêng

3 Dựa vào mặt cắt địa chất, điều kiện khoan để chọn mặt cắt của lỗ khoan hợp lý.,

4 Xác lập chiều dài các đoạn thẳng đứng

5 Chọn bộ dụng cụ khoan lệch, xác định cường độ cong 10 (hay ngược lại )

6 Xác định bán kính cong cho phép Rmin

Dựa theo 10tính bán kính cong LK theo tính toán R

R = 573 10 > Rmn

Sự giảm cường độ nghiêng của giếng khoan ở đoạn giảm độ cong chúng

ta có thể dựa theo tài liệu thực tế

7 Xác định góc nghiêng lớn nhất của giếng khoan Hình chiếucủa tấtcả các đoạnthân lỗ khoan theo mặt phẳng nằm ngang và thẳng đứng: Trong một

số trường hợp góc nghiêng  cho trước, chúng ta cần phải tính toán bán kính cong R và cường độ cong 10

8 Trên cơ sở kết quả tính toán chúng ta dựng mặt cắt của giếng theo cả phương thẳng đứng và phương nằm ngang trên giấy milimét theo những tỷ lệ nhất định - Khi vẽ hình chiếu lỗ khoan trên mặt phẳng nằm ngang Xác định miệng và đáy lỗ khoan Xác định góc phương vị của giếng Từ điểm là đáy lỗ khoan O1, vẽ đường tròn có bán kính là khoảng cho phép dịch chuyển đáy, khoảng này phụ thuộc vào chiều sâu và mục đích lỗ khoan Vòng tròn này khoanh giới hạn cho phép lệch đáygiếng

Từ O kẻ hai đường tiếp tuyến với đường tròn, giới hạn khoảng lệch cho phép của hình chiếu nằm ngang của giếng

- Vẽ mặt cắt của giếng theo phương thẳng

đứng, chúng ta vẽ hai trục toạ độ theo

phương thẳng đứng và nằm ngang Tại các

trục này chúng ta xác định toạ độ của các

điểm giới hạn các đoạn của lỗ khoan thẳng

đứng, lấy góc nghiêng, ổn định góc

nghiêng Sau đó dựng mặt cắt của giếng

OO1 - khoảng cách từ miệng đến

đáy lỗ khoan kí hiệu trên bản đồ

A - Khoảng lệch đáy

7.4.6 Thả định hướng bộ dụng cụ khoan lệch xuống lỗ khoan

7.4.6.1 Thả định hướng bộ dụng cụ khoan lệch khi độ cong của giếng khoan nhỏ hơn 5 0

Khi độ cong của lỗ khoan chưa đến 50 thì phải thả định hướng bằng cách theo dõi liên tục từ trên mặt đất vị trí của bộ phận làm lệch trong lỗ

Đ



B

O1

O

N

A

khoan Khi thả xong thì điều chỉnh hướng của nó đúng hướng thiết kế

Có nhiều phương pháp thả định hướng(dùng ống ngắm để ngắm vào dấu định hướng vạch sẵn trên cần dựng khi thả xuống lỗ khoan, dùng máy kinh vĩ để đo liên tục góc quay khi thả, dựa vào dấu trên cần khoan Hiện nay người ta thường thả bộ dụng cụ khoan lệch bằng phương pháp đánh dấu cần khoan trước khi thả người ta tiến hành đánh dấu ở hai đầu cần khoan nhờ có một cái dưỡng đặc biệt Các dẫn ở hai đầu phải nằm trên một đường sinh

a - cần khoan đóng dấu

b -Dưỡng để đặc biệt

1 - ống thăng bằng , 2- ống dưỡng , 3 - cần khoan

Đưa cần khoan ra đặt trên dàn Đặt dưỡng vào vị trí để cho bọt thuỷ trùng với vạch giữa của ống thăng bằng Chúng ta tiến hành đánh dấu nhờ mũi nhọn ở giữa của dưỡng ở cả 2 đầu da mốc cần dựng Dựa vào các đường

đã vạch người ta đánh dấu lên cần khoan bằng đục hoặc bằng hàn

Phải đủ số cần khoan đánh dấu để thả dụng cụ đến chỗ uốn cong, ngoài

ra còn thêm 7 - 8 cần nữa để tiếp cần cho một hiệp khoan Trước khi thả định hướng cần phải đánh dấu phương vị thiết kế của lỗ khoan bằng hai cái mốc (2 cọc gỗ) ở ngoài lỗ khoan và một dấu ở phần cố định của bàn Roto để thuận lợi cho công việc thả cần

Bộ dụng cụ ở phần dưới của cột cần khoan gồm có: choòng khoan, tuốc bin khoan và bộ phận làm lệch hướng Khi đã đặt tuốc bin vào các chấu chèn hoặc trên êlêvatơ, người ta định hướng cho mặt làm việc của bộ khoan lệch theo phương vị đã định (dựa vào dấu đã vạch trên bàn rôtơ) Trong lúc thả cần khoan người ta đánh mỗi dấu chữ thập lên da mốc dưới của cần khoan nối với

bộ phận làm lệch, sau khi đã vặn chặt bằng khoá máy Dấu chữ thập đó phải

đối diện với dấu vạch của bộ phận làm lệch Dùng thước đo góc để đo cung tròn giữa dấu vạch đã có trên da mốc và dấu chữ thập mới đánh theo hướng từ dấu vạch đến dấu chữ thập

a

b

3 2 1

Hình

Sau khi thả cần dựng xuống, người ta đặt cung tròn đã đo được lên da mốc trên (kể từ dấu vạch) và đánh một dấu chữ thập Sau khi đã vặn và xiết chặt cần dựng tiếp theo bằng khoá máy, người ta đánh một dấu chữ thập lên

da mốc dưới của nó Dấu này phải đối diên với dấu chữ thập của cần khoan dưới

Đo cung tròn giữa dấu vạch đã có và dấu chữ thập mới đánh Đặt cung tròn vừa đo được lên da mốc trên cua cần dựng và lại đánh dấu chữ thập

Dấu chữ thập ở da mốc trên của cần dựng sau cùng sẽ chỉ hướngcủa dụng cụ làm lệch ở trong lỗ khoan

Sau khi đã vặn chặt cần vuông bằng khoá máy, một trong các góc của

nó được dánh dấu bằng phấn lên phần cố định của bàn rôtơ, nhờ có dưõng đặc biệt (hình dưới a )

1 Rôtơ 2 êlêvatơ

3 Cần vuông

4 Dưỡng có tay cầm

5 Dấu

6 Dây dọi

7 Quả dọi

Giữ yên cột cần khoan và dùng một cái dưỡng khác (hình b) để đánh dấu lên bàn rotơ vị trí chữ thập ở da mốc của cần dựng Sau đó người ta đo khoảng cách của 2 dấu này theo chiều từ dấu thứ nhất đến dấu thứ 2 Đo xong

180 0

90 0 45 0

0

135 0

Thước đo góc

Tính ngược chiều

Tính thuận chiều

3

4

6

5

2

1

7

ngừời ta xoá các dấuđi Thả cột cần xuống, sao cho có thể lắp được chấu cặp cần vuông trong rôtơ

Người ta lại đánh dấu lên phần tĩnh của bàn rôtơ vị trí của một góc cần vuông (góc đã được lấy dấu trước kia) Từ dấu này ta đặt khoảng cách đã đo trước (theo hướng như trước ) và đánh dấu thứ 2 Chuyển dấu thứ 2 (dấu chỉ vị trí của bộ phận làm lệch )lên phần quay của bàn rôtơ Quay rôtơ theo chiều kim đồng hồ để đặt bộ phận làm lệch theo đúng hướng đã định rồi khoá rôtơ lại Để khử biến dạng xoắn đàn hồi trong cần khoan, người ta kéo cột cần khoan lên xuống vài lần cách đáy 2 - 3 m

Phương pháp thả định hướng đã trình bày trên không những có thể dùng cho một lần đầu mà còn có thể dùng cho các lần sau nữa Để xác định vị trí của bộ phận làm lệch trên đáy lỗ khoan trong các lần thả sau nhờ có các dấu chữ thập Người ta ghi lại khoảng sai lệch giữa hai dấu chữ thập trên các da mốc của 2 cần dựng kề nhau Các khoảng sai lệch này được đặt nối tiếp nhau trên băng giấy, kể từ một vạch "không" tuỳ ý Nếu vặn quá thì đặt sang trái nếu chưa đến thì đặt sang phải Sau khi thả hết cần khoan, dựa vào băng giấy

mà xác định hiệu số giữa khoảng " vặn quá " và " vặn chưa đến " Nếu khoảng

"vặn quá" lớn hơn khoảng" vặn chưa tới ", thì hiệu số này được đánh dấu lên

da mốc của cần dựng trên cùng theo chiều ngược kim đồng hồ, kể từ dấu chữ thập đã có sẵn Người ta cũng đưa dấu mới này lên bàn rôtơ Nếu khoảng “vặn chưa tới” lớn hơn thì hiệu số trên được đánh dấu lên da mốc theo chiều kim

đồng hồ và dấu này cũng được ghi lên bàn Roto Trong thời gian kéo cần, người ta xếp các cần dựng theo thứ tự như khi chúng nằm trong lỗ khoan Khi nối thêm cần trong quá trình khoan, việc đánh dấu chữ thập lên cần khoan mới

đưa vào và việc định hướng bộ khoan lệch cũng được tiến hành như trên

7.4.6.2 Định hướng cho bộ phận làm lệch ở trên đáy lỗ khoan trong các lỗ khoan có độ cong ở đáy lớn hơn 5 0

Trong trường hợp thả bộ dụng cụ khoan lệch ở các giếng khoan có độ cong lớn hơn 50, chúng ta có thể thả cần khoan theo cách thông thường như ở

lỗ khoan thẳng đứng Sau đó bằng các phương pháp khác nhau chúng ta xác

định được hướng làm việc của bộ khoan lệch đã thả xuống đáy và tiến hành