Bài giảng khoan dầu khí tập 1 part 10 ppsx

Khi dung dịch xi măng tiến tới phần dưới cùng của cần khoan và mực dụng dịch xi măng trong và ngoài cân bằng nhau, cột cần khoan sẽ được kéo lên khỏi vùng có dung dịch xi măng.. 4.2.3 Tí

Trám xi mằng dưới áp suất được tiến hành trong cần khoan Phần trên giữa cần khoan và ống chống cần có bộ phận bịt kín Để tiến hành trám cần khoan phải được đưa vào giếng khoan tại vùng cần trám Sau khi thiét lập tuần hoàn để rửa rồitiến hành bơm dung dịch xi măng, tiếp theo là dung dịch đẩy (dụng dịch ép) Khi dung dịch xi măng tiến tới phần dưới cùng của cần khoan

và mực dụng dịch xi măng trong và ngoài cân bằng nhau, cột cần khoan sẽ

được kéo lên khỏi vùng có dung dịch xi măng Bộ phận bịt kín ở bề mặt được

đóng lại và bơm tiếp dung dịch ép đẩy dung dịch xi măng vào vỉa Công tác trám sẽ dừng lại sau khi đóng thiết bị bịt kín bề mặt và đã bơm được một lượng dung dịch ép đúng bằng lượng dung dịch xi măng

2 Đổ cầu xi măng

Trong các trường hợp thử vỉa ở các tầng phía trên hay lỗ khoan bị sự cố như rơi các dụng cụ và giếng mà không tài nào cứu được Người ta phải khoan xiên để tránh các dụng cụ bị rơi Để khoan xiên được phải tiến hành đổ cầu xi măng nhằm lấp phần đáy lỗ khoan cũ Đỗ cầu xi măng có thể tiến hành bằng nhiều phương pháp Phương pháp được sử dụng nhiều nhất là phương pháp cân bằng Phương pháp này sử dụng cột cần khoan hay ống ép khí được đưa vào phía dưới vùng cần đổ cầu Bơm vào bên trong lượng dung dịch xi măng theo tính toán và sau đó là dung dịch ép Khi dung dịch xi măng có mức cân bằng giữa trong và ngoài cần thì kéo lên phía trên vùng có dung dịch xi măng và tiến hành bơm rửa và kéo lên

4.2.3 Tính toán trám xi măng:

Tính toán cho công tác trám xi măng một cột ống chống bao gồm các bước sau:

- Xác định chiều cao trám HC

- Xác định thể tích dung dịch xi măng, lượng nước và lượng xi măng khô dùng để pha chế

- Xác định lượng dung dịch ép

- Xác định áp suất cực đại khi bơm trám

- Xác định lượng dung dịch xi măng và dung dịch ép được bơm ở các tốc độ khác nhau

- Xác định thời gian cần cho bơm trám

- Xác định số xe trám , xe trộn

1, Xác định chiều cao bơm trám HC ( đã được đề cập tới ở phần xây dựng cấu trúc giếng khoan)

2, Xác định thể tích dung dịch xi măng, lượng nước và xi măng khô cần thiết:

Thể tích dung dịch xi măng để trám được tính theo công thức sau

đây,(Vdx) ( hình vẽ dưới)

Vdx = 

4 ( DLK

2 - Dn2 ) H1+ (Dtt2 - Dn2) H2+ Dt2 h m3 Trong đó: DLK- Đường kính lỗ khoan

DLK= k.Dc

k - hệ số mở rộng thành,Dc Đường kính choòng

Dn,Dt- Đường kính ngoài và trong của ống

Dtt- Đường kính trong của ống trước đó

HC- Chiều cao trám xi măng

h - Chiều cao cốc xi măng Trong quá trình bơm trám khi nút xi măng trên chuyển động bên trong cột ống nó sẽ cạo màng sét bên trong cột ống Do vậy phần dung dịch xi măng bơm sau cùng sẽ bị trộn lẫn với dung dịch sét này Để đảm bảo chất lượng vành đá xi măng ngoài ống chống, phần dung dịch xi măng bẩn này được giữ lại ở bên trong ống với chiều cao là h; h = 20 30m

Để tính lượng xi măng khô và lượng nước cần thiết cho chế tạo dung dịch xi măng người ta tính thể tích nước và lượng xi măng khô để chế tạ 1m3 dung dịch xi măng theo tỷ lệ N/x cho trước rồi sau đó tính được khối lượng toàn bộ

Chúng ta lấy thể tích dung dịch xi măng là 1 đơn vị, ta có thể viết:

1 = v x+ vn

Sau khi thay vx = qx

x ; vn= qn

n và tỷ lệ nước xi măng m =

qn

qx , qn= m qx Trong đó qx,qn là lượng xi măng và nước để điều ché 1m3dung dịch xi măng

Thay vào công thức trên ta có:1 = qx

x +

mqx

n = qx (1

x +

m

n ) = qx (n+ mx

x.n )

Từ đây ta rút ra :

qx = x.n

n +mx  qx = x

1+ mx , T/m

3 thay (n= 1) Trọng lượng riêng của dung dịch xi măng (dx): xuất phát từ công thức

qdx = Vdx.dx = qx+ qn = qx(1+m) = (1+m).x

1+mx ; qx=

dx 1+m Lượng xi măng khô cần thiết: (Gx)

Gx= k2 qx.Vdx= k2.1+mdx Vdx(tấn)

k2- Hệ số hao hụt của xi măng bột(k2= 1,03  1,06)

Thể tích nước cần thiết là :Vn

Vn= m Gx m3 Vì ta biết: Gn = mGx

Vn = n.Gn= m.Gx (n = 1)

3, Thể tích của dung dịch ép (Vdep):

Thể tích của dung dịch ép được tính tương ứng với thể tích bên trong cột ống chống kể từ vòng dừng đến miệng Được tính bằng công thức sau:

Vdc=  4 D2

ttb (H -h), m3 Trong đó :  - hệ số nén của dung dịch ép (= 1,03  1,05)

Dttb - Đường kính trong trung bình của cột ống chống H- chiều dài cột ống

h- chiều cao vòng dừng

4, Xác định áp suất cực đại ở đầu bơm trám trong thời gian cuối của quá trình bơm trám : (Pmax)

Pmax= Pth+ Pcl

Pth= 0,01H + 8at (Đối với 12 thiết bị bơm)

Pth = 0,02H + 16at (Sử dụng 3 thiết bị bơm)

Pcl = (Hc-h)(10dx-dc) + (H- Hx10) (d-dc) Thiết bị bơm trám được lựa chọn dựa vào Pmax tính toán

Trong đó: Pcl- áp suất sinh ra do sự chênh lệch tỷ trọng của dung dịch xi măng và dung dịch ép cũng như sự chênh lệch tỷ trọng giữa dung dịch khoan

và dung dịch ép

Pth Tổn hao áp suất để thắng sức cản thủy lực trong tuần hoàn

H - chiều dài cột ống

Hc- chiều cao trám xi măng

Hx- chiều cao cột dung dịch sau ống chống

5, Xác định lượng dung dịch xi măng và dung dịch ép được bơm ở các tốc độ khác nhau của thiết bị bơm trám:

Người ta có thể tính theo hai phương pháp:

a, Phương pháp đồ thị:

Để tính được người ta cần thiết xây dựng đồ thị biểu diễn được mối quan hệ giữa áp suất ở đầu bơm trám và thể tích của dung dịch xi măng và dung dịch ép được bơm vào giếng trong các thời điểm khác nhau

Trong thời gian bơm dung dịch xi măng vào giếng khoan, do dx>ddo

đó dung dịch xi măng sẽ góp phần ép dung dịch khoan đi xuống áp suất chênh lệch trong khi bơm dung dịch xi măng sẽ giảm dần (biểu thị ở đồng hồ

áp suất ở đầu trám) Lượng dung dịch xi măng càng tăng thì áp suất ở đầu trám càng giảm Trên đồ thị ta vẽ được đường AB Trong quá trình bơm dung dịch ép, dung dịch xi măng bị ép ra ngoài ống chống và dâng lên ở ngoài vành xuyến thì áp suất chênh lệch cũng tăng lên áp suất chênh lệch tăng lên được thể hiện bằng đường CD

Như vậy để xây dựng được đồ thị quan hệ P - V ta phải xác định được 4

điểm A, B, C, D ở 4 thời điểm khác nhau

* Toạ độ điểmA:

= Đồ thị quan hệ giữa P và V khi bơm trám xi măng =

Thời điểm bắt đầu bơm trám xi măng có tọa độ điểm A là

A( PA= Pth, VA= 0 )

* Toạ độ điểm B:

Trong thời điểm này áp suất ở đầu bơm trám bằng không, nghĩa làPB = 0

PB = Pth - Pcl = 0  P th = Pcl Do chênh lệch áp lực mà dung dịch đi xuống dưới ống chống để tạo sự cân bằng tại điểmC

Trong thời gian này dung dịch xi măng đã đựơc bơm vào trong ống với chiều dài là lB

Ta có: Pth = 101 (dx- d) lB Rút ra lB = 10.Pth

dx- d Vậy VB = lB.At= 10Pth

dx- d At Trong đó :At là tiết diện ngang bên

trong của ống chống

Vậy tọa độ điểm B sẽ là

B ( PB = 0 , VB= 10Pth

dx- d At)

* Toạ độ điểm C:

Tưong ứng với thời điểm mực dung dịch xi măngbên trong và bên ngoài ống băng nhau Tức là:

Pđ,PI

PII

PIII

Pth

PIV

0

A

D

C

B

V, m3

lB

Pc= PthPcl = 0 Thể tích dung dịch đựơc bơm đến thời điểm này sẽ bằng thể tích của dung dịch xi măng cộng với thể tích của dung dịch ép bên trong ống với chiều dài là l0

l0 = H - ho

h0= A Vdx

n+ At Trong đó: h0 - chiều cao của dung dịch

xi măng cân bằng giữa trong

và ngoài ống chống

An , At - diện tích tiết diện ngang

khoảng không vành xuyến và bên trong ống

Thể tích của dung dịch ép được bơm vào đến thời điểm này là:

Vdeo = At l0 = At ( H- AVdx

n+At ) Vậy thể tích của cả dung dịch xi măng và dung dịch ép được bơm đến thời điểm này là VC,

Vc= Vdx+ Vdeo = Vdx+At( H - Vdx

An+AT ) Toạ độ điểm C sẽ là:

C : [Pc= P th, Vc= Vdx+ At( H- AVdx

n+At )]

Toạ độ điểm D chọn theo Pmax và Vdx+ Vdc

Sau khi xây dựng xong đồ thị P - V ta tiến hành chọn thiết bị bơm trám theo Pmax Gải sử thiết bị trám có 4 tốc độ, có các lưu lượng q1,q2,q3,q4 ứng với các áp suất P1,P2,P3,P4 Như trên ta chọn tốc độ số 3 để bắt đầu công tác bơm vì ta biết P4<Pth<P3 Sau đó chuyển sang tốc độ 4 và cuối cùng kết thúc ở tố độ

1 ( trên đồ thị)

Trên đồ thị chúng ta có thể xác định trực tiếp lượng dung dịch xi măng

và dung dịch ép được bơm ở các tốc độ khác nhau

b, Phương pháp tính toán

* Xác định lượng dung dịch xi măng và dung dịch ép được bơm ở các tốc độ khác nhau:

l0

h0

Cũng theo ví dụ trên chúng ta thấy dung dịch xi măng được bắt đầu bơm ở tốc độ số 3 vì P4<Pth<P3

Gòi l3 là chiều cao của cột dung dịch xi măng trong ống đượcbơm ở tốc

độ số 3 Chiều cao l3 được xác định trên cơ sở cân bằng áp suất khi chuyển từ tốc độ 3 sang tốc độ 4 Trong thời điểm này áp suất ở đầu trám sẽ là P4

P4= Pth - l3(10dx- d)

l3= 10.(Pth- P4)

dx- d Thể tích của dung dịch xi măng được

bơm ở tốc độ số 3 sẽ là:

V3dx= l3.At= 10(Pth-P4)

dx- d At Thể tích của dung dịch xi măng còn lại sẽ được bơm hết ở tốc độ số 4

V4

dx= Vdx- V3

dx

* Xác định thể tích của dung dịch ép được bơm ở các tốc độ khác nhau: Chúng ta hãy xét thời điểm khi mà mực dung dịch xi măng ở trong và ngoài ống chống bằng nhau:

h0 = AVdx

n+At Trong đó: At= 4 D2tb

An = 4 (k.D2

c- D2

n) Chiều cao của cột dung dịch ép

l0 = H - ho Trong thời điểm này áp suất

ở đầu bơm trám là P0

Khi : de= d thì P0 = Pth

khi: dc khác d thì P0 = Pth+ l0(10 d- dc)

l3

h

h0

l0 l

hmax H

Tiếp tục bơm dung dịch ép vào giếng khoan, áp suất chênh lệch tăng dẫn đến áp suất đầu bơm trám cũng tăng áp suất đầu trám tỷ lệ thuận với sự tăng cột dung dịch ép

Chúng ta có thể tính được ở một thời điểm trung gian nào đó mà chiều cao của cột dung dịch ép là: l ( hình vẽ trên) và áp suất ở đầu trám là P Khi tăng chiều cao cột dung dịch ép từ lo đến l thì áp suất ở đầu trám cũng tăng từ

Po đến P Do đó ta thiết lập được công thức sau:

l - lo= a1( P - Po)

Trong đó a1là hệ số tỷ lệ cho biết sự tăng chiều dài của cột dung dịch ép khi tăng áp suất lên 1 đơn vị ( 1KG/cm2)

Giá trị a1 cũng có thể tính được trong điều kiện tăng l từ l0  lmax

và Po Pmax Nghĩa là:lmax- l0 = a1(Pmax-Po)

a1 = Plmax-lo max-Po =

ho-h

Pmax- Po

Từ hình vẽ trên ta nhận thấy rằng:

lmax- lo = ho-h

Cho nên a1= P ho-h

th+Pcl-Pth =

ho-h

Pcl => a1= hPo-h

cl

Từ công thức (*) chúng ta có thể triển khai theo các giá trị áp suất ở các tốc độ khác nhau của thiết bị bơ trám P4, P3, P2,P1

- Chiều cao của cột dung dịch ép ở các tốc độ khác nhau là :

l4=l0+a1(p4- Po)

l3= l0+a1(P3-Po)

l2= lo+a1(P2-Po)

l1= l0+a1(Pmax- Po)

- Ta cũng có thể xác định chiều cao dung dịch ép bơm riêng ở các tốc

độ khác nhau như sau:

h4= l4=l0+a1(P4- Po)

h3= a1(P3- P4)

h2= a1(P2 -P3)

h1= a1(Pmax-P2) Vậy lượng dung dịch ép được bơm ở các tốc độ khác nhau sẽ được tính là:

v4đc = At h4 = At l0+ a1(P4-Po)

V3

dc= At.h3 =At.a1 (P3- P4)

V2

de= At.h2= At.a1(P2-P3)

V1

de= At.h1= At.a1(Pmax-P2)

6, Tính thời gian bơm trám xi măng với 1 thiết bị bơm trám( TT)

TT = t4+t3 +t2+t1+t Trong đó : t4,t3,t2,t1 - thời gian bơm ở các tốc độ 4, 3,2,1

t- Thời gian giải phóng nút trám trên đầu trám( t= 15phút)

t4= Vdx

4+Vdc4

q4 60 1000 ( phút)

t3= Vdx

3+Vde3

q3.60 1000 (phút)

t2= Vde

2

q2 .60 1000 (phút)

t1= V

1 dc

q1.60 1000 (phút)

7, Xác định nhiệt độ đay giếng khoan

Để chọn xi măng trám phù hợp chúng ta cần phải dựa vào nhiệt độ ở

đáy lỗ khoan

Tđáy = To + 0,025H

To - nhiệt độ không khí trên mặt H- chiều sâu lỗ khoan

8, Chọn số thiết bị bơm trám và số máy trộn dung dịch xi măng

* Chọn số thiết bị bơm trám xi măng có thể dựa theo 1trong 2 phương

án sau:

+ Chọn số thiết bị trám căn cứ theo thời gian bơm trám cho phép của dung dịch xi măng

n = TTT cf + 1

ở đây Tcf- thời gian cho phép bơm trám của dung dịch xi măng

Tcf= 0,75 Tngk;

Tngk- thời gian ngưng kết của dung dịch xi măng + Chọn số thiết bị trám căn cứ theo điều kiện bảo đảm vận tốc đi lên của dung dịch xi măng bên ngoài cột ống chống

n = v Aqn.1000

max +1 v- vận tốc dâng của dung dịch xi măng ngoài ống chống yêu cầu v  1,5 m/s đối với ống định hướng và trung gian

v 1,8  2 m/s đối với ống khai thác

qmax- là lưu lượng bơm của thiết bịvới vận tốc lớn nhất

Theo quan điểm cho rằng v càng lơn sẽ tạo khả năng đẩy hết dung dịch sét lên mặt đất

Trong hai phép tính trên ta chọn ra số thiết bị trám lớn nhất

Lúc đó thời gian thực tế cho bơm trám sẽ là Tth

Tth= n-1TT-t +15

* Chọn số xe trộn dung dịch xi măng:

Dựa vào 2 cách tính như sau:

+ Căn cứ vào dung tích của xe trộn:

ntr= VGx Bke ; Gx- Lượng xi măng cần trộn

VBke- dung tích của xe trộn + Căn cứ vào năng suất của xe trộn:

ntr= Qmax

qtr

Qmax- lưu lượng của xe trám

qtr - Năng suất của xe trộn

Trong hai kết qủa tính được ta sẽ chọn kết quả lớn nhất

4.2.4 Kiểm tra chất lượng trám xi măng

Kết thúc bơm trám, các van trên đầu bơm trám được đóng lại Giếng khoan được giữ yên tĩnh trong thời gian chờ cho dung dịch xi măng đông rắn Thời gian đông rắn phụ thuộc vào chất lượng xi măng, nhiệt độ và áp suấ ở

đáy lỗ khoan Trong mọi điều kiện, thời gian đông rắn không quá 24h Quá trình đông rắn xi măng là quá trình toả nhiệt Vì vậy thành lỗ khoan, ống chống và dung dịch ở trong và ngoài ống chống đều được sấy nóng lên Theo các số liệu thực tế do quá trình toả nhiệt này mà áp suất tăng đến một trị số nguy hiểm đối với ống chống đang trám thì phải lập tức giảm áp lực bằng cách mở các van trên đầu trám

Sau thời gian đông rắn của dung dịch xi măng, người ta thả nhiệt kế xuống lỗ khoan để xác định độ cao dâng lên thực tế của dung dịch xi măng ở ngoài cột ống

Quá trình đông rắn xi măng là quá trình toả nhiêt, nhiều nhất vào khoảng thời gian 5 10h sau khi quấy trộn Vì vậy muốn xác định rõ độ cao của dung dịch xi măng cần phải thả nhiệt kế xuống lỗ khoan trong 24h kể từ lúc kết thúc trám Ranh giới trên của xi măng được xác định bởi sự tăng nhiệt độ một cách đột ngột ( hình vẽ dưới)

O T

Mực xi măng

H

Hình Biểu đồ nhiệt kiểm tra chất

lượng trám xi măng

Để xác định chiều cao trám xi măng

Hc cũng như độ đồng đều của vành đá xi măng , hiện nay người ta sử dụng rộng rải phương pháp phóng xạ Thực chất của phương pháp này là dùng dung dịch xi măng

có pha thêm chất phóng xạ để trám lỗ khoan

và sau khi xi măng đã đông rắn ở xung quanh ống chống người ta sẽ ghi lại đường cong biểu thị sự thay đổi cường độ của độ phóng xạ gama theo chiều sâu lỗ khoan

Phương pháp này thu được kết quả rõ ràng không phụ thuộc vào độ sâu

lỗ khoan, lượng dung dịch xi măng trám và thời gian từ lúc bắt đầu trám cho

đến lúc bắt đầu đo ngoài ra phương pháp này còn có khả năng nghiên cứu sự phân bố của dung dịch xi măng bên ngoài ống chống

Sau khi xác định được độ cao dung dịch xi măng, người ta tiến hành lắp

đặt các thiết bị miệng giếng khoan Lắp thiết bị giếng xong, thả choòng mũi nhọn vào ống chống để xác định vị trí của xi măng trong ống chống, tiến hành khoan phá các nút trám, phần dung dịch xi măng đã đông cứng và các chi tiết ở phần chân của ống chống

Sau khi đã khoan phá “ cốc xi măng” người ta thử độ kín của ống khai thác Bơm ép là phương pháp thử độ kín chủ yếu Trong thời gian thử phải duy trì các áp suất như sau:

Đối với cỡ ống từ 114, 127, 140, 146, 159, 168 đến 194 thép D thì áp suất thử 80 100 bar; ống  219 áp suất thử > 100 bar (thép D)

Cột ống chống được xem là kín nếu như áp suất không giảm quá 5 bar sau 30 phút

Trong tất cả các lỗ khoan thăm dò ngoài phương pháp ép thử độ kín như trên người ta còn dùng thêm phương pháp hạ thấp mực nước: Cột ống chống

được coi là kín với điều kiện: Trong vòng 4h mực nước không dâng lên quá 1m trong ống  146 và  168; không qúa 0,5m trong ống 194 và 219; không quá 0,3m trong ốn 245 và 273

Để thử ống chống bằng cách bơm ép người ta sử dụng các xe trám xi măng- Để thử kín bằng cách hạ thấp mực nước người ta sử dụng ống múc thả xuống lỗ khoan bằng dây cáp