khoan khai thác dầu khí, thiết bị và dụng cụ khoan

Các hệ thống thiết bị trên giàn khoan 3.. CÁC LOẠI GIÀN KHOAN BIỂN Ở biển, tùy thuộc độ sâu mực nước mà người ta sử dụng các loại giàn khoan khác nhau:  Xà lan khoan badge  Giàn t

THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ KHOAN

Bài giảng được soạn bởi

Bộ môn Khoan – Khai thác Dầu khí

Khoa Kỹ thuật Địa chất và Dầu khí Đại học Bách Khoa TP HCM

NỘI DUNG

1 Các loại giàn khoan

2 Các hệ thống thiết bị trên giàn khoan

3 Bộ khoan cụ

dầu khí và chức năng của từng hệ thống.

1 CÁC LOẠI GIÀN KHOAN

CÁC LOẠI GIÀN KHOAN

 Giàn khoan đất liền

 Giàn khoan biển

theo:

 Chiều sâu khoan được: nhẹ, trung bình, sâu và siêu sâu.

• Thiết bị khoan nhẹ: dưới 650 mã lực, khoan tối đa 2000 m.

• Thiết bị khoan trung bình: 650 - 1300 mã lực, khoan tối đa 4000 m.

• Thiết bị khoan sâu: 1300 - 2000 mã lực, khoan tối đa 7000 m.

• Thiết bị khoan siêu sâu: khoảng 3000 mã lực, khoan tối đa 9000 m.

 Tải trọng nâng: công suất tời khoan.

 Tính cơ động: cố định, tự hành, bán tự hành.

GIÀN KHOAN TRÊN ĐẤT LIỀN

 Các giàn khoan nhẹ (khoan tối đa 2000m) được gắn trực tiếp trên

xe tải cỡ lớn và dễ dàng di chuyển từ nơi này đến nơi khác.

 Các giàn khoan trung bình và sâu thường gắn trên rơ móc

chuyên dụng hoă ăc xe lăn khổng lồ Các thiết bị khoan này có thể di chuyển nguyên bô ă

ở cự ly ngắn Khi cần di chuyển xa, thiết bị được tháo rời từng phần.

GIÀN KHOAN TRÊN ĐẤT LIỀN

định:

 Được sử dụng để khoan các giếng sâu và siêu sâu

 Các bôô phâôn chính trên giàn có thể được tháo rời thành từng môđun, dễ dàng vâôn chuyển trên các xe tải có

rơ-móc chuyên dụng và được lắp ráp lại tại khoan trường

CÁC LOẠI GIÀN KHOAN BIỂN

 Ở biển, tùy thuộc độ sâu mực nước mà người ta sử dụng các loại giàn khoan khác nhau:

 Xà lan khoan (badge)

 Giàn tự nâng (jack-up)

 Giàn bán tiềm thủy (semi-submersible)

 Tàu khoan (drill-ship)

 Trên giàn khoan biển di động, thiết bị đầu giếng và thiết bị chống phun được lắp ngay dưới sàn khoan (nếu mực nước biển nhỏ hơn

60 m) hoă ăc dưới đáy biển (nếu mực nước biển lớn hơn 60 m).

 Đối với mực nước biển dưới 100 m, người ta có thể dùng các giàn khoan biển cố định.

CÁC LOẠI GIÀN KHOAN BIỂN DI ĐỘNG

XÀ LAN KHOAN

 Xà lan có đáy bằng, sử dụng tại các vùng sông nước nô ăi địa, mă ăt nước yên tĩnh và nông (khoảng 3 - 5 m)

 Xà lan được làm ngâ ăp và nằm trực tiếp lên đáy

 Giếng khoan được thực hiê ăn từ sàn

GIÀN TỰ NÂNG

 Có cấu tạo như mô ăt xà lan nằm trên

các chân thép khổng lồ Giàn có thể

khoan ở vùng nước sâu 20 – 120 m.

 Tại vị trí khoan, các chân thép được

hạ xuống đáy biển Nước được bơm vào các boong xà lan làm cắm sâu các chân thép vào đáy biển, giúp ổn định giàn khoan trong quá trình làm viê ăc.

 Các thiết bị đă ăt trên giàn thường nhô

ra bên ngoài và trượt được để có thể

tiến hành khoan ngoài phạm vi của sàn khoan.

GIÀN BÁN TIỀM THỦY

 Cấu tạo từ hai hoă ăc nhiều khoang chứa

nước dưới các chân đế, giúp giàn nổi lưng chừng, tạo thế ổn định giàn tốt nhất.

 Nhờ hê ă thống máy tính điê ăn tử, hê ă thống

kiểm soát dằn được tự đô ăng giữ đô ă cao nhúng chìm giàn thích hợp và ổn định giàn.

 Các giàn khoan bán tiềm thủy có thể

được sử dụng để khoan thăm dò và khai thác trong vùng biển có mực nước sâu

TÀU KHOAN

 Có tính cơ đô ăng cao nhất và thường

được sử dụng cho các giếng khoan tìm kiếm, thăm dò xa đất liền

 Có thể vâ ăn hành trong vùng biển có

chiều sâu mức nước từ 30 - 2000 m đôi khi đến 2800 m.

 Hê ă thống định vị đô ăng học có khả

năng hiê ău chỉnh tự đô ăng vị trí thiết bị khoan nhờ các đô ăng cơ đẩy dọc

(propellers) và đẩy ngang (thrusters) gắn dưới tàu Các đô ăng cơ này được kích hoạt và điều khiển bằng máy tính.

GIÀN KHOAN BIỂN CỐ ĐỊNH

 Giàn khoan và khai thác cố định chế tạo lần đầu tiên vào năm 1937.

 Đa số giàn khoan cố định có cấu trúc chân đế bằng thép, mô ăt số giàn khoan thế hê ă mới có chân đế bằng bê tông cốt thép.

 Các chân đế của giàn khoan được cắm vững chắc xuống đáy biển.

 Từ mô ăt giàn khoan cố định có thể khoan 16 - 32 giếng, hoă ăc 40 giếng đối với mô ăt số giàn đă ăc biê ăt.

CÁC LOẠI GIÀN KHOAN BIỂN KHÁC

 Công nghệ hiện nay cho

phép khoan và khai thác ở

vùng biển sâu hơn 300m

với các thiết bị sau đây:

 Tháp chằng cáp (Guyed Towers) sử dụng khung

thép nhẹ với các cáp neo xuyên tâm giữ cho tháp đứng thẳng.

 Giàn nổi có chân đế căng (Tension Leg Platforms),

nối với đáy biển bằng các chân thép ở trạng thái căng.

2 CÁC HỆ THỐNG THIẾT BỊ

TRÊN GIÀN KHOAN

CÁC HỆ THỐNG THIẾT BỊ TRÊN GIÀN KHOAN

Các hệ thống thiết bị chính của giàn khoan bao gồm:

 Có hai loại tháp khoan chủ yếu là tháp tiêu chuẩn (tháp 4 chân)

và tháp chữ A (tự hành, tháp gâ ăp, tháp lồng).

THÁP KHOAN

1 Giá xếp cần – Pipe Racks

2 Dốc tiếp khoan – Ramp

3 Tháp khoan – Derrick

4 Chuồng khỉ – Monkey board

5 Ròng rọc đỉnh – Crown block

6 Cáp khoan – Drill line

7 Khối ròng rọc động & móc treo

– Block & hook

8 Quang treo /đầu nâng – Links

3 4

5 6

HỆ THỐNG CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG

 Đô ăng cơ diezel hoă ăc tuabin khí.

 Được trang bị nhiều động cơ tuỳ thuộc vào kích thước và chiều sâu tối đa khoan được.

 Truyền tải cơ năng và truyền tải điê ăn năng.

HỆ THỐNG CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG

Năng lượng yêu cầu cho giàn khoan là tổng công suất các thiết

bị chính sau:

lighting etc),

HỆ THỐNG CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG

HỆ THỐNG NÂNG THẢ

Các thành phần của

hệ thống nâng thả

HÊô THỐNG NÂNG THẢ

Hê ă thống ròng rọc: biến đổi chuyển đô ăng quay của tang tời thành chuyển đô ăng tịnh tiến của móc nâng và đồng thời giảm tải cho dây cáp.

HÊô THỐNG NÂNG THẢ

Sơ đồ móc cáp trong hệ thống ròng rọc

HÊô THỐNG NÂNG THẢ

Cáp khoan

HÊô THỐNG NÂNG THẢ

Phanh chính: kiểm soát tốc độ chuyển động khi nâng thả bộ

khoan cụ.

HÊô THỐNG NÂNG THẢ

HÊô THỐNG NÂNG THẢ

được sử dụng để nâng thả thiết

bị dạng ống (các loại cần khoan

và ống chống).

HÊô THỐNG XOAY

Đầu xoay thủy lực

 Bô ă phâ ăn nối giữa hê ă thống palăng

và cô ăt cần khoan.

 Đỡ toàn bô ă trọng lượng bô ă khoan

cụ.

 Cho phép bô ă khoan cụ quay.

 Làm kín áp suất và là đường dẫn

dung dịch khoan trong bô ă khoan cụ.

HÊô THỐNG XOAY

Cần chủ đạo: là mô ăt chi tiết đă ăc biê ăt bằng thép rất cứng vững, rỗng ở tâm và có tiết diê ăn vuông (4 cạnh) hoă ăc lục giác đều (6

cạnh), cho phép truyền chuyển

đô ăng quay của bàn rôto cho bô ă khoan cụ, trượt dọc theo trục giếng khoan và dẫn dung dịch khoan xuống chuỗi cần khoan.

HÊô THỐNG XOAY

Bàn rôto

 Tên gọi bàn rôto xuất phát từ phương pháp khoan rôto

 Bàn rôto gồm nhiều chi tiết và vâôn hành nhờ đôông cơ điêôn riêng

HÊô THỐNG XOAY

Đô ăng cơ treo

(top drive): phổ

biến trong các

thiết bị khoan

hiê ăn đại, đă ăc

biê ăt khi cần thi

công giếng

sâu.

HÊô THỐNG TUẦN HOÀN DUNG DỊCH

HÊô THỐNG TUẦN HOÀN DUNG DỊCH

Máy bơm hút dung dịch từ bể chứa dung dịch và đẩy chúng theo đường ống cao áp đến ống đứng Ống đứng là mô ăt ống bằng thép lắp thẳng đứng trên mô ăt chân của tháp khoan Dung dịch qua ống đứng vào tuyô cao áp đến đầu xoay thủy lực

HÊô THỐNG TUẦN HOÀN DUNG DỊCH

 Dung dịch tiếp tục chảy vào cần chủ đạo, cần khoan, cần nă ăng rồi thoát ra các vòi phun thủy lực ở choòng khoan

 Sau đó dung dịch đi ngược lên bề mă ăt theo khoảng không vành xuyến giữa thành giếng và bô ă khoan cụ.

 Cuối cùng dung dịch rời khỏi giếng theo đường hồi dung dịch và chảy vào bể chứa dung dịch sau khi dẫn qua các thiết bị xử lý dung dịch như sàn rung, thiết bị tách cát, thiết bị lắng bùn, thiết

bị tách khí

 Dung dịch hồi về các bể chứa dung dịch và được gia công lại rồi bơm tiếp tục vào giếng.

HÊô THỐNG TUẦN HOÀN DUNG DỊCH

HÊô THỐNG TUẦN HOÀN DUNG DỊCH

HÊô THỐNG KIỂM SOÁT GIẾNG

Hệ thống kiểm soát giếng

HÊô THỐNG KIỂM SOÁT GIẾNG

BỘ ĐỐI ÁP (BOP)

HÊô THỐNG KIỂM SOÁT GIẾNG

Sơ đồ kiểm soát giếng trong

trường hợp phun trào

CÁC LOẠI ĐỐI ÁPCác loại đối áp

CÁC LOẠI ĐỐI ÁP

Đối áp vành xuyến

Đối áp dạng ngàm

HÊô THỐNG KIỂM SOÁT GIẾNG

HÊô THỐNG ĐO

 Đồng hồ đo tải trọng: mă ăt đồng hồ có hai kim, mô ăt kim chỉ tải trọng treo ở móc nâng và kim kia chỉ tải trọng lên choòng (WOB).

 Đồng hồ hiển thị tổng thể tích dung dịch.

 Đồng hồ hiển thị mức thay đổi thể tích dung dịch.

 Đồng hồ hiển thị thể tích bể chứa đang vâ ăn hành.

 Đồng hồ hiển thị lưu lượng dung dịch hồi về bể chứa.

 Đồng hồ hiển thị số hành trình của bơm.

HÊô THỐNG ĐO

 Đồng hồ hiển thị tổng số hành trình của bơm.

 Đồng hồ hiển thị áp lực bơm.

 Đồng hồ hiển thị chu kỳ bơm tính bằng số lần đâ ăp/phút.

 Đồng hồ hiển thị vâ ăn tốc quay của bàn rôto.

 Đồng hồ hiển thị mômen ở đô ăng cơ điê ăn.

 Đồng hồ hiển thị mômen ở khóa tháo vă ăn cần.

 Đồng hồ hiển thị mômen ở bàn rôto.

 Bôô phâôn tiếp nhâôn tín hiêôu: hoạt đôông bằng cơ khí hoăôc khí nén.

Nguyên lý hoạt đô ăng: khi các thông số khoan thay đổi làm cho hê ă thống tiếp nhâ ăn tín hiê ău thay đổi theo Sự thay đổi này làm kim dao đô ăng theo phương ngang và vẽ lên

HÊô THỐNG ĐO

Máy tự ghi có thể ghi liên tục 6 thông số:

 Tải trọng ở móc nâng

 Vâôn tốc khoan

 Vâôn tốc quay

 Ngẫu lực ở bàn rôto

 Lưu lượng bơm

 Áp suất bơm.

Ngoài các thiết bị đo trên, hiê ăn nay sử dụng phổ biến các hê ă thống đo trong khi khoan (MWD) Các hê ă thống này cho phép đo và truyền tức thì các thông số của đất đá và chất lưu vỉa lên bề mă ăt, giúp hiê ău chỉnh kịp thời và tối ưu các thông số chế đô ă khoan.

3 BỘ KHOAN CỤ

CHỨC NĂNG CỦA BỘ KHOAN CỤ

 Truyền chuyển đô ăng quay của bàn rôto tới choòng khoan hoă ăc nhâ ăn mômen của đô ăng cơ đáy trong quá trình phá hủy đất đá ở đáy giếng.

 Cho phép thiết lâ ăp tuần hoàn dung dịch khoan từ bề mă ăt đến đáy

giếng và ngược lại.

 Tạo tải trọng cho choòng.

 Dẫn hướng và điều khiển quỹ đạo của choòng trong quá trình khoan (đă ăc biê ăt trong khoan định hướng và khoan ngang).

 Đảm bảo tính ổn định của bô ă dụng cụ đáy (BHA) nhằm giảm thiểu sự rung đô ăng và lắc lư của choòng.

 Cho phép tiến hành các công tác phụ trợ khác như doa, mở rô ăng

thành giếng, thử vỉa bằng cần, khảo sát giếng, khắc phục các sự cố.

CHỨC NĂNG CỦA BỘ KHOAN CỤ

Tổ hợp lực tác dụng lên bô ă khoan cụ

 Lực kéo do trọng lượng bản thân của bôô khoan cụ

 Lực nén do tác dụng của tải trọng lên choòng

 Mômen xoắn do tác dụng quay của bôô khoan cụ

 Mômen uốn

 Áp suất dư của dung dịch khoan trong và ngoài cần

 Các tải trọng đôông

THÀNH PHẦN CỦA BỘ KHOAN CỤ

 Chuỗi cần khoan (drillpipe): gồm các cần đơn nối

trực tiếp với nhau bằng chính các đầu nối cần.

 Bô ă dụng cụ đáy BHA bao gồm:

THÀNH PHẦN CỦA BÔô KHOAN CỤ

CẦN KHOAN

 Chú ý đường kính ngoài, đường kính trong, trọng lượng danh

định và mác thép

Phân loại dựa vào mức độ mòn

 Cần mới: không mòn (đánh dấu bằng một vòng sơn màu trắng).

 Cần loại 1 (premium): cần bị mòn đều, chiều dày thành ống còn lại

85 % (đánh dấu bằng hai vòng sơn màu trắng).

 Cần loại 2: một cạnh mòn với chiều dày thành ống còn lại là 65%, những phần khác bị mòn với chiều dày thành ống còn lại 80%

(đánh dấu bằng một vòng sơn màu vàng).

 Cần loại 3: chiều dày thành ống chỉ còn lại 55% ở một cạnh (đánh dấu bằng một vòng sơn màu xanh da trời)

CẦN KHOAN

 Các cần khoan được nối với nhau tạo thành chuỗi cần nhờ các

đầu nối (tool joint) Đầu nối có loại ren ngoài (đầu đực) và ren trong (đầu cái) Đầu nối có chiều dày lớn hơn phần thân cần khoan để tăng đô ă bền của mối nối Phần dày hơn này gọi là phần chồn

 Kiểu chồn hỗn hợp IEU: đường kính ngoài của đầu nối lớn hơn

đường kính ngoài của thân cần khoan nhưng đường kính trong của đầu nối thì nhỏ hơn đường kính trong của cần khoan.

 Kiểu chồn trong IU: đường kính trong của đầu nối nhỏ hơn đường kính trong của thân cần và đường kính ngoài của đầu nối bằng đường kính ngoài của cần khoan.

 Kiểu chồn ngoài EU: đường kính ngoài của đầu nối lớn hơn đường kính ngoài của thân cần khoan còn đường kính trong đầu nối bằng đường kính trong của cần khoan.

CẦN KHOAN

CẦN KHOAN

CẦN KHOAN THÀNH DÀY

 Chuyển tiếp giữa cần nă ăng và cần

khoan nhằm tăng đô ă cứng và giảm hiê ăn tượng mỏi do chênh lê ăch đô ă cứng giữa cần khoan và cần nă ăng.

 Cung cấp tải trọng cho choòng để phá

hủy đất đá

 Giảm nguy cơ làm hỏng các đầu nối khi

khoan qua những đoạn giếng bị gâ ăp.

 Giảm mômen xoắn và kéo trên chuỗi

cần khoan.

 Giảm nguy cơ kẹt cần do chênh áp.

 Tăng khả năng chỉnh xiên.

CẦN NĂôNG

biê ăt, cung cấp tải trọng trực tiếp cho choòng để phá hủy đất đá ở đáy giếng khoan Hai dạng hình học chủ yếu:

 Giảm nguy cơ gây sự cố.

Dựa theo kiểu cánh và nguyên lý hoạt đô ăng của dụng cụ ổn định, người ta phân biê ăt: cánh quay và cánh cố định.

BÚA ĐÂôP THỦY LỰC (JARS)

 Búa đâ ăp thủy lực được sử dụng nhằm tạo mô ăt lực giâ ăt hướng lên hoă ăc hướng xuống lớn gấp nhiều lần lực tác dụng để giải phóng

bô ă khoan cụ trong trường hợp bị kẹt

 Búa hoạt đô ăng theo nguyên lý cơ học hoặc thủy lực hoă ăc phối hợp giữa cơ học - thủy lực.

ỐNG GIẢM XÓC (SHOCK SUB)

 Ống giảm xóc được lắp phía trên choòng khoan nhằm mục đích hấp thụ toàn bô ă hoă ăc làm giảm bớt những dao đô ăng dọc trục do choòng gây ra khi khoan trong đá cứng.

 Thành phần chính của ống giảm xóc là lò xo thép cứng hoặc các đệm cao su.

KẾT THÚC