Bài giảng khoan dầu khí tập 2 part 5 doc

Trên biểu đồ áp lực đáy xác đinh bằng khoảng cách giữa đường tròn tương ứng với độ lệch lớn nhất của kim đồng hồ vào cuối lúc thả cần và độ lệch bé nhất của kim đồng hồ trong quá trình k

199

đồng hồ vecnơ (4), đồng hồ tự ghi (5) Bơm tay (7) bơm chất lỏng từ bình chứa (6) vào hệ thống đồng hồ qua đường ống (8)

Mặt chia độ của đồng hồ chỉ trọng lượng (3) có 400 vạch chia Thường thường, bệ đồng hồ trọng lượng còn có thêm vecnơ Vecnơ là một áp kế mạnh

có vòng chia độ kín với 40 vạch chia không chi số Nhờ vậy dùng Vecnê để xác định áp lực đáy thuận lợi hơn

Toàn bộ hệ thống thuỷ lực có chứa đầy nước, về mùa đông thì chứa hỗn hợp nước với rượu hoặc với glixêrin Chất lỏng chứa trong hệ thống thuỷ lực phải trung tính ( đối với axit và kiềm) có hệ số giãn nở nhỏ, không hoà tan cao

su và không bị đông đặc Thông thường sử dụng dung dịch 50% glixêrin trong nước là tốt nhất

Mặt khác: R = 2Fc sin

suy ra p = 2Fc A.sin ; Fc là lực ở đầu cáp chết (sức căng)

góc  rất nhỏ nên chúng ta coi sin  tg = l/2y

p = 2FA.l/2c y = 4FAc yl Vậy: F c = P.A4 yl

Trọng lượng ở móc nâng được tính bằng công thức

Fm= 2n.Fc = 2.n PA4 yl

n - là số nhánh cáp động ở hệ thống palăng

l

y

Fc

Fc

R

Lực tác dụng xuống buồng chất lỏng R = A.p

P là áp suất ở buồng chất lỏng

P

Bởi vì góc  thay đổi theo lực căng ở đầu cáp chết nên áp suất ở buồng chất lỏng không tỷ lệ thuận với trọng lượng ở móc nâng Do đó các nấc chia ở

đồng hồ trọng lượng không phải là đơn vị trọng lượng, mà nó là những đơn vị tương đối ở mỗi đồng hồ có một bảng thuyết minh, nhờ các bảng thuyết minh này chúng ta có thể biến các đơn vị tương ứng thành đơn vị trọng lượng

Ví dụ 1 ở một đồng hồ đo trọng lượng, khi choòng khoan treo ở trên đáy lỗ

khoan, chúng ta đọc ở đồng hồ đo có 67 vạch Hệ thống palăng là 5x6 hãy tính: (số dây cáp động n = 10)

a) Trọng lượng của cột cần trong dung dịch

b) Nếu chúng ta muốn thả tải trọng xuống choòng khoảng 10 tấn, thì ở

đồng hồ đó cần chỉ bao nhiêu vạch Biết rằng trọng lượng chết 500 KG

Bảng thuyết minh

Vạch Trọng lượng

10

60

70

500

9450

11500 a) 60 vạch  9450 KG

70 vạch  11500

Một vạch ở đồng hồ đo trong khoảng này sẽ là:

1 vạch = 11500 - 945010 = 205 KG/vạch

Trọng lượng ở đầu móc nâng (trọng lượng cần khoan + Gchết)

G = n Fc - Gchết

Fc- Lực căng ở đầu cáp chết khi treo toàn bộ trọng lượng cột cần nằm trong dung dịch (trọng lượng của 67 vạch = 60 vạch + 7 vạch)

Fc = 9450 + 7.205 = 10.885 kG

G = 10 Fc - 500 kG = 108350 kG

G = 10 10885 - 500 = 108350 kG

b Nếu như chúng ta thả một tải trọng 10 tấn xuống choòng

Chúng ta xác định số vạch tương ứng với tải trọng10 tấn là:

Fc

205 =

Gc

n 205 =

10.000 10.205 = 5 vạch

201

Như vậy để thả tải trọng 10 tấn xuống choòng thì số vạch ở đồng hồ đo trọng lượng sẽ là 67 - 5 = 62 vạch

6.7.4 Cách đọc biểu đồ trọng lượng

Dựa vào biểu đồ trọng lượng của đồng hồ tự ghi , ta có tể đánh giá được công tác khoan, theo dõi việc chấp hành chế đọ khoan của tổ khoan Mọi sự thay đổi trọng lượng của cột cần khoan treo trên móc nâng trong một ngày

đêm đều được ghi lại trên biểu đồ Biểu đồ là một tờ giấy hình tròn trên đó có

100 vòng tròn đồng tâm Cứ 10 vòng lại có 1 vòng đậm tương ứng với 10  100

độ chia của đồng hồ đo trọng lượng Như vậy khoảng cách giữa hai đường tròn cạnh nhau sẽ tương ứng với một độ chia của đồng hồ đo trọng lượng Vòng tròn ngoài cùng được chia thành 24 phần bằng nhau tương ứng với 24 giờ trong một ngày đêm Biểu đồ này có cơ cấu quay giống như cơ cấu của

đồng hồ Nếu đường biểu dồ chạy song song với đường tròn thì có nghĩa là tải trọng trên móc nâng không thay đổi trong thời gian đó Tình trạng này có thể xảy ra khi ngừng khoan hoặc khi khoan với tải trọng không đổi Nếu đường biểu đồ song song với đường cong hướng tâm thì có nghĩa là có sự thay đổi tức thời về tải trọng ở móc nâng Các đường của biểu đồ ghi lại sự thay đổi các tải trọng ở móc nâng theo thời gian Nên khi nhìn vào biểu đồ chúng ta có thể xác định được diễn biến của lỗ khoan trong một ngày đêm Kéo, thả, thay choòng, bơm rửa v.v

áp lực đáy có thể xác đinh bằng hiệu số trọng lượng toàn bộ cột cần khoan và trọng lượng phần cần khoan treo trên móc Trên biểu đồ áp lực đáy xác đinh bằng khoảng cách giữa đường tròn tương ứng với độ lệch lớn nhất của kim đồng hồ vào cuối lúc thả cần và độ lệch bé nhất của kim đồng hồ trong quá trình khoan Độ chia trên đồng hồ phải đổi ra tấn

24 23 22 21 20 19

18

17 16 15 14

13 12 11

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

90 100

70 80 60 50 40

3020 10

Chương VII

Điều chỉnh hướng lỗ khoan

Trong quá trình khoan, lỗ khoan có thể có các hướng sau đây

1 Lỗ khoan hoàn toàn thẳng đứng (hình a)

2 Lỗ khoan nghiêng đi so với đường thẳng đứng (hình b)

3 Lỗ khoan cong đều trong một mặt phẳng (hình c)

4 Lỗ khoan cong trong không gian (hình d)

7.1.Chống cong các lỗ khoan thẳng đứng

7.1.1 Hậu quả của việc cong lỗ khoan

Lỗ khoan thẳng đứng phải có độ lệch bé nhất so với đường thẳng đứng

mà điều kiện kỹ thuật cho phép Kỹ thuật khoan hiện đại cho phép khoan các

lỗ khoan thẳng đứng chỉ cong đến 20

- 30

- Trong các lỗ khoan cong đặc biệt là những chỗ hướng cong thay đỏi

đột ngột, công tác khoan bình thường sẽ gặp khó khăn

- Nếu xảy ra đứt gãy dụng cụ khoan thì cứu chữa rất phức tạp

- Việc chống ống sẽ gặp khó khăn do ma sát với thành ống quá lớn

- Trám xi măng khó bảo đảm chất lượng ero

- Sự cong lỗ khoan làm cho đáy lỗ khoan sai lệch đi nhiều và khai thác sản phẩm không đúng chỗ, gây khó khăn cho công tác nghiên cứu địa chất, làm sai lệch khái niệm về bề dày thực của vỉa, có thể là nguyên nhân gây ra sai lầm khi xác định độ sâu thả ống chồng

7.1.2 Nguyên nhân cong lỗ khoan.,

- Các lỗ khoan thẳng đứng hay bị cong lệch vì việc kiểm tra hướng của

lỗ khoan được tiến hành ít hơn so với khi khoan nghiêng định hướng Thiếu

203

kiểm tra và thiếu các biện pháp ngăn ngừa dẫn đến cong lỗ khoan và đáy lệch

đi rất nhiều

- Trong quá trình khoan tuốc bin, hiện tượng cong do nhiều yếu tố: Một

số yếu tố gọi là yếu tố kỹ thuật hoàn toàn phụ thuộc vào việc tổ chức quá trình khoan Chúng mang tính chất ngẫu nhiên và có thể khắc phục được như: Chỉnh tâm tháp không đúng, cần khoan lắp trên TB bị cong, ren nối giữa cần khoan và đầu nối tuốc bin bị lệch v.v

Một số yếu tố khác không phụ thuộc vào việc tổ chức công tác khoan và không thể loại trừ được dùng trong quá trình khoan, chỉ có thể tìm cách hạn chế ảnh hưởng của chúng mà thôi Các yếu tố đó là:

- Trạng thái phần dưới của cột cần khoan do áp lực đáy tạo ra các lực tác dụng theo hướng vuông góc với trục của choòng khi khoan qua các lớp đất

đá có độ cứng khác nhau với thế nằm dốc đứng

7.1.3 Đề phòng cong lỗ khoan

Ngoài việc xây lắp thiết bị cho chuẩn thì khi chọn bộ dụng cụ để chống cong, người ta dựa vào ba nguyên tắc

- Nguyên tắc dây dọi

-Nguyên tắc đinh tâm choòng khoan trong lỗ khoan

- Nguyên tắc hiệu ứng con quay của vật thể quay lắp dưới tuôc bin

7.1.3.1 Chọn bộ dụng cụ khoan theo nguyên tắc dây dọi:

Các nhà bác học Mỹ Vudx và Liubinxki đã đề ra lý thuyết về sự hoạt

động của bộ dụng cụ ở phần dưới của cột cần khoan, khi khoan rôtơ Lý thuyết đó dựa trên cơ sở phân tích dạng uốn của cột cần khoan vói giả thuyết

là cột cần khoan luôn luôn quay xung quanh trục lỗ khoan Giả thuyết này cho phép bỏ qua ảnh hưởng của lực ly tâm xuất hiện khi quay cột cần khoan

mà chỉ nghiên cứu sự uốn do tác dụng của trọng lượng bản thân và áp lực nén chiều trục Vì vậy toàn bộ lý thuyết của Vudx, Liubinxki và các kết luận của của nó được ứng dụng khi khoan bằng các động cơ đặt ngầm trong lỗ khoan (tuốc bin, khoan điện)

* Điều kiện khoan tốt nhất là giữ cho cột cần khoan ở dạng thẳng đứng tức là khi tải trọng lên choòng nhỏ hơn lực tới hạn bậc một Nhưng những tải

trọng như thế thường không đủ để khoan, tốc độ khoan thấp Khi tải trọng tăng dần đến giá trị tới hạn thì cột cần khoan bị uốn và tiếp xúc với thành lỗ khoan Tiếp tục tăng tải trọng lên nữa, nó sẽ đạt tới một giá trị tới hạn mới, khi đó cột cần khoan bị uốn bậc 2, nếu còn tăng tải trọng thêm nữa thì sẽ xẩy

ra uốn bậc ba, bậc bốn

* Để giữ cho lỗ khoan thẳng, tốt nhất là nên khoan với áp lực gần bằng

áp lực tới hạn bậc ba, không nên dùng các áp lực đáy nhỏ, mà với các áp lực

đó cần cũng đã bị uốn cong,

* Nếu cần khoan với áp lực đáy lớn thì việc sử dụng đầy đủ cần nặng cũng sẽ cho phép tránh được hiện tượng uốn bậc cao (vì uốn bậc cao đối với cần nặng cũng đòi hỏi momen lớn )

* Nếu không thể khoan với áp lực đáy nhỏ hơn lực gây ra uốn dọc, thì

để hạn chế hiện tượng uốn dọc, người ta dùng các bộ phận định tâm lắp đúng chỗ theo chiều dài cột cần khoan Các bộ phận định tâm phải cách choòng một khoảng lớn nhất (sao cho đoạn từ choòng đến định tâm không tiếp xúc với thành lỗ khoan đoạn từ choòng đến chỗ lắp định tâm phụ thuộc vào độ cứng cần nặng, Dck, góc lệch lỗ khoan và áp lức đáy)

Chọn khoảng cách này có thể dựa theo biểu đồ:

Hình vẽ : Biểu đồ tính (l) với  choòng = 251mm có  cần nặng (a, b, c)

* Theo lý thuyết thì chỉ lắp một bộ định tâm ở khoảng cách hợp lý là

đủ Tuy vậy, trên thực tế thì việc lắp thêm một số bộ định tâm phụ phía trên bộ

định tâm thứ nhất cũng mang lại hiệu quả tốt

* Cần tránh việc thay đổi áp lực lúc đột ngột Việc thay đổi Gc trong một khoảng lớn cần phải tiến hành từ từ, qua 5 - 10mét khoan

2

3

4

6

10

15

2 3 4 6 10 15

2 3 4 6 10 15

Gc(T) 40 30 20 10 40

30 20 10 40

30 20 10

0

10

20

30

40

205

7.1.3.2 Bộ dụng cụ làm việc dựa theo nguyên tắc định tâm choòng khoan

Trong những điều kiện rất dễ gây ra cong lỗ khoan, bộ dụng cụ dựa trên nguyên tắc dây dọi nhiều khi không mang lại kết quả tốt Trong những trường hợp đó dùng bộ dụng cụ theo nguyên tắc định tâm choòng trong lỗ khoan thường thu được kết quả tốt nhất ví dụ, dùng bộ dụng cụ như hình vẽ trên Bộ dụng cụ hình bên dược dùng trong khoan tua bin Tuy vậy cũng có thể dùng chúng trong khoan rôtơ cũng cho với kết quả tốt Trong trường hợp này phải thay tuốc bin bằng cần nặng có đường kính tương ứng

Hình a Dùng trong điều kiện ít có khuynh hướng làm cong lỗ khoan trong đất đá rắn chắc ổn định

Hình b Dùng trong điều kiện dễ bị cong

1).Cần khoan

2)Bộ phận định tâm

3) Cần năng

4) Tuốc bin khoan

5) Choòng khoan

6) Bộ chỉnh tâm lắp trên choòng

Để đo độ cong lỗ khoan, hiện nay người ta dùng các dụng cụ đo lệch (kinômet) và dụng cụ có axit flohyđric Dụng cụ có axit flohydric được sử dung nhiều nhất là dụng petrôvan

7.1.4 Chữa cong lỗ khoan

Trong quá trình khoan, lỗ khoan có thể bị cong đến mức không thể khoan tiếp được nữa, vì kỹ thuật không cho phép hoặcvì không có ích lợi thực

tế nữa Trong trường hợp này có thể dùng hai cách

1 Bỏ lỗ khoan

2 Chữa lại lỗ khoan đó bằng cách khoan lại

Có thể chữa cong bằng phương pháp khoan tuốc bin hoặc rôtơ Để chữa

lỗ khoan, trước hết phải đo độ cong của toàn bộ phần lỗ khoan, nằm trên chỗ cong nhất, chọn đoạn lỗ khoan nào thẳng đứng nhất ở dưới đoạn lỗ khoan thẳng đứng người ta đặt cầu ximăng Sau khi ximăng đã đông rắn, người ta mở

lỗ khoan mới

Nên mở lỗ khoan mới trong đất đá có độ bền thấp hơn độ bền đá xi măng Tốc độ cơ học khoảng 10 - 12cm/h Khi miệng lỗ khoan mới vừa được tạo thành, tức là lúc mùn khoan không còn xuất hiện vụn xi măng nữa thì có thể tăng áp lực đáy lên đến mức bình thường vch có thể tăng lên 20cm/h

Khi khoan mở lỗ khoan mới bằng tuốc bin thì người ta dùng choòng 3 chóp xoay thông thường

Có thể sửa chữa cong lỗ khoan bằng phương pháp rôtơ Trình tự mở lỗ khoan và chế độ khoan cũng tương tự như trên

7.2 Khoan các lỗ khoan nghiêng định hướng

7.2.1 Mục đích của khoan định hướng

Qua khoan định hướng chúng ta hiểu rằng Khoan xiên lỗ khoan theo một hướng mong muốn và đáy của lỗ khoan cách phương thẳng đứng của lỗ khoan một khoảng nào đó Do đó muốn khoan được những lỗ khoan này chúng ta phải thi công giếng khoan bằng những dụng cụ và kỹ thuật đặc biệt theo mặt cắt của giếng khoan cho trước

Người ta dùng khoan nghiêng định hướng dể :

1.Khoan dưới khu vực có nhà ở hoặc có các công trình công nghiệp

2 Khoan dưới vìng đầm lầy, sông hồ hoặc các khe có bờ dốc đứng

3 Khoan từ trên xuống dưới đáy biển

4 Khoan ngoài biển

207

5 Khoan ở những mỏ có vỉa cắm dốc đứng

Ngoài ra khoan nghiêng còn được dùng trong trường hợp bị kẹt các dụng cụ trong lỗ khoan mà không lấy lên được Khi đó người ta khoan lỗ khoan nhánh mới, lệch khỏi lỗ khoan cũ

Khoan xiên để dập tắt các lỗ khoan đã bị phun tự do bằng cách khoan một lỗ khoan có đáy gần đáy của lỗ khoan đang bị phun để bơm dung dịch dập

Có hai phương pháp khoan nghiêng định hướng:

7.2.1.1 Phương pháp khoan nghiêng bằng rôtơ:

Đó là quá trình uốn cong lỗ khoan một cách gián đoạn, bằng nhiều lần khoan lệch hướng kế tiếp nhau

7.2.1.2.Khoan nghiêng định hướng bằng phương pháp khoan tua bin

Thực chất của phương pháp này là sử dụng bộ dụng cụ ở phần dưới của cột cần khoan để tạo ra trên choòng khoan một lực làm lệch theo hướng vuông góc với trục của nó Lực này tác dụng không ngừng trong suốt quá trìnhkhoan theo một góc phương vị đá sẵn

7.2.2 Mặt cắt (trắc đồ) của các giếng khoan định hướng:

Cần phải chọn mặt cắt của các lỗ khoan nghiêng sao cho tiêu hao vật tư

và thời gian khoan ít nhất, mà vẫn đảm bảo hoàn thành các nhiệm vụ của lỗ khoan Trong khoan nghiêng định hướng phổ biến nhất là các loại mặt cắt sau

đây: (5 loại) A; B; C; D và E:

Mặt cắt A: Là dạng phổ biến nhất Nó gồm ba đoạn, đoạn trên (1) là

đoạn thẳng đứng, đoạn giữa (2) đoạn cong đều tăng độ lệch, đoạn (3) là đoạn thẳng nằm nghiêng Dạng mặt cắt này được dùng để khoan nghiêng định

a

r1

2

r1

2

r1

2

r1

2

3

3

r2

4

4 5

2

Hình

hướng vào một vỉa có độ lệch lớn, khi lỗ khoan có độ sâu trung bình

Mặt cắt B: Cũng gồm ba đoạn Chỉ khác mặt mặt cắt A là đoạn thứ 3,

đoạn thứ (3) là đoạn cong đều giảm độ lệch của giếng Mặt cắt này áp dụng ở những giếng có độ giảm tự nhiên của góc cong không lớn, ở những giếng khoan sâu mà ổn định góc nghiêng khó

Mặt cắt C: Được dùng để khoan các lỗ khoan nghiêng có chiều sâu lớn Mặt cắt này có 5 đoạn Nên sử dụng mặt cắt này khi đoạn dưới của lỗ khoan cắt qua nhiều tầng sản phẩm, mà việc khai thác chúng được tiến hành từ dưới lên trên

Mặt cắt D: Gồm có 4 đoạn có độ sâu tới 2500m người ta thường dùng mặt cắt này để khoan những giếng khoan đến 2500m

Mặt cắt E: ít phổ biến hơn so với các dạng mặt cắt trên Mặt cắt này gồm có 2 đoạn : đoạn 1 thẳng đứng, đoạn 2 uốn cong với góc lệch tăng dần Người ta khoan theo dạng mặt cắt như thế trong trường hợp lỗ khoan cần phải cắm vào vỉa với một góc đã định trước

Các mặt cắt nói trên đều là những đường cong nằm trong một mặt phẳng thẳng đứng

7.3 Tính toán và xây dựng mặt cắt lỗ khoan nghiêng

7.3.1 Mặt cắt loại A:

7.3.1.1 Khoảng lệch của đáy là khoan theo phương nằm ngang:

 Góc lệch của lỗ khoan

Nếu điều kiện ban đầu chúng thiết kế: H, A, HB, R

Góc : Chúng ta có thể tính bằng công thức

 = arccos R(R - A) + H H

2 + A2- 2AR (R-A)2 + H2

l1 = HB, l2 = 0,01745 R

l3 = H

'

cos

L = l1 + l2 + l3

h = R.sin

H' = H0 - (HB + h) Hình vẽ



Hb

HO H H' l 3

h



l 2

l 1

a A' A