Mục đích và ý nghĩa, nhiệm vụ của công tác khoan
Nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng gia tăng đã thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp dầu khí tại Việt Nam, một lĩnh vực quan trọng trong việc sản xuất năng lượng Công tác thăm dò, tìm kiếm và khai thác dầu khí hiện nay trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết, không chỉ ở Việt Nam mà trên toàn thế giới Tuy nhiên, sản lượng khai thác dầu tại mỏ Bạch Hổ đang có xu hướng giảm dần trong những năm gần đây, điều này đặt ra thách thức lớn cho ngành công nghiệp dầu khí trong bối cảnh nhu cầu năng lượng tiếp tục tăng cao.
Công tác khoan thăm dò và khai thác Dầu khí ngày càng được chú trọng để củng cố an ninh năng lượng quốc gia Tập đoàn Dầu khí quốc gia Việt Nam đang tích cực mở rộng hoạt động khoan thăm dò không chỉ trong nước mà còn ra quốc tế Trong ngành công nghiệp Dầu khí, khoan thăm dò đóng vai trò quan trọng, không chỉ là bước khởi đầu trong việc khai thác tài nguyên thiên nhiên mà còn ảnh hưởng quyết định đến năng suất và hiệu quả của quá trình tìm kiếm và khai thác.
Nhiệm vụ của công tác khoan
Trong quá trình tìm kiếm, thăm dò và khai thác dầu khí, giếng khoan đóng vai trò quan trọng và hiện có nhiều giếng khoan đang được đưa vào khai thác Các giếng khoan dầu khí có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau.
- Giếng khoan dùng để bơm ép.
Tuy nhiên, các giếng khoan trên có thể chuyển đổi cho nhau trong những thời điểm thích hợp của quá trình sản xuất.
Nhiệm vụ chính của công tác khoan là tạo ra giếng khoan dầu an toàn và hiệu quả Hiện nay, nhờ vào nghiên cứu chuyên sâu và ứng dụng khoa học kỹ thuật, công tác khoan đã trở nên đa dạng hơn, bao gồm cả khoan xiên, khoan ngang, và khả năng khoan đến độ sâu lớn hơn.
Những chu trình thi công giếng khoan thăm dò– khai thác Nhiệm vụ của công tác rửa giếng
1.3.1 Chu trình thi công giếng khoan
- Công tác rửa giếng khoan
- Quá trình gia cố thành giếng khoan.
1.3.2 Nhiệm vụ của công tác rửa giếng
Trong quá trình khoan, việc đưa mùn khoan lên bề mặt là một nhiệm vụ quan trọng để đạt được độ sâu cần thiết Trước đây, việc này gặp nhiều khó khăn do chưa ứng dụng khoa học kỹ thuật Tuy nhiên, với sự phát triển công nghệ hiện nay, con người đã áp dụng các thiết bị như máy bơm áp lực cao, chẳng hạn như bơm piston, để đưa chất lỏng xuống giếng khoan và đẩy mùn khoan lên bề mặt Dung dịch lỏng không chỉ hòa tan mùn khoan mà còn gia cố tạm thời thành giếng và làm sạch giếng khoan, giảm thiểu ma sát với cần khoan Vì vậy, công việc rửa giếng khoan rất quan trọng, quyết định độ sâu và hiệu quả của quá trình khoan.
Tình hình sử dụng máy bơm dung dịch khoan ở Vietsovpetro
Trước đây, hầu hết các thiết bị máy bơm trong liên doanh dầu Vietsovpetro đều do Liên Xô chế tạo Hiện nay, Vietsovpetro vẫn sử dụng các máy bơm như YHБ-600 và 9MPT-73 của Nga để bơm dung dịch khoan, bên cạnh các loại máy bơm từ Canada như FMC và ADENA cho việc bơm ép vỉa Xu hướng hiện tại là chuyển sang sử dụng máy bơm từ các nước tư bản do hiệu quả cao trong quá trình khoan Tuy nhiên, máy bơm Liên Xô vẫn được sử dụng rộng rãi trên các giàn khoan của Vietsovpetro, đóng góp quan trọng cho công tác bơm dung dịch khoan.
Cần thiết phải tiến hành nghiên cứu và áp dụng các biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả bơm dung dịch, từ đó đáp ứng tốt hơn các yêu cầu của ngành Dầu khí.
Xí Nghiệp Vietsovpetro nói chung và của thế giới nói riêng Tất cả đều hướng tới việc phát triển ngành công nghiệp Dầu khí lâu bền và vững mạnh.
Sơ đồ công nghệ của hệ thống tuần hoàn dung dịch khoan
Dung dịch khoan được tuần hoàn theo sơ đồ dưới:
Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ của hệ thống tuần hoàn.
1,2 Máy bơm dung dịch 14 Manifold hút
3,4 Bể chứa dung dịch sạch 15 Đầu xa nhích
5 Manifold cao áp 16.Cần chủ động
6 Van một chiều 17 Cần khoan
7 Vòi cao áp 18 Cần nặng
10.Bể chứa chất thải 21 Khoảng trống
11 Bể chứa dung dịch Giữa ống trống và cần khoan 12.Máng lọc bùn
Dung dịch từ bể chứa (11) sẽ đi qua máy lọc bùn (12) để giữ lại bùn, sau đó được tách khí tại máy tách khí (13) Dung dịch tiếp tục chảy vào bể chứa (3 và 4), từ bể chứa (3) sẽ được bơm ra, trong khi dung dịch từ bể chứa (4) đi qua manifold hút và xuống cần khoan Tại đây, dung dịch và tạp chất sẽ được đưa ngược lên thành giếng và quay về máng xả (8) để qua sàng rung Cuối cùng, chất thải được đưa về bể chứa (10), còn dung dịch sẽ quay trở lại bể chứa (11) để tiếp tục quá trình tuần hoàn.
Trong công tác khoan Dầu khí thì dung dịch đóng vai trò quan trọng Bởi vì dung dịch khoan có chức năng sau:
Chức năng nâng mùn khoan trong quá trình tuần hoàn dung dịch khoan là rất quan trọng, giúp đưa mùn khoan lên miệng giếng Quá trình này phụ thuộc vào vận tốc, trọng lượng riêng và độ nhớt của dung dịch khoan, những yếu tố này lại chịu ảnh hưởng bởi tính chất của đất đá tạo mùn ở từng tầng địa chất.
Chức năng giữ mùn khoan lơ lửng sau khi ngưng tuần hoàn dung dịch là nhờ vào tính lưu biến của dung dịch, giúp mùn khoan duy trì trạng thái này trong khoảng không vành xuyến Điều này cho thấy rằng tất cả các dung dịch nhớt đều sở hữu tính lưu biến, góp phần quan trọng trong quá trình khoan.
Chức năng làm mát dụng cụ khoan là rất quan trọng để giảm ma sát cho bộ khoan Khi dụng cụ khoan hoạt động, ma sát cơ học tạo ra nhiệt, kết hợp với nhiệt độ cao ở đáy giếng, dẫn đến việc dụng cụ bị nóng lên Để cải thiện hiệu suất và giảm ma sát giữa bộ khoan và thành giếng, người ta thường thêm vào dung dịch khoan các chất chống ma sát như dầu và các phụ gia khác.
Chức năng gia cố thành giếng khoan là quá trình mà dung dịch khoan thẩm thấu vào thành, tạo ra một lớp màng keo gọi là vỏ sét Lớp vỏ sét này được giữ vững nhờ các sản phẩm đặc biệt, được biết đến là chất khử lọc, giúp tăng cường độ bám dính và ổn định cho thành giếng.
- Chức năng khống chế sự xâm nhập các chất lỏng từ vỉa: dung dịch khoan tác động một áp suất tĩnh lên thành giếng có giá trị bằng
H: Chiều cao của cột dung dịch ( m ) Ρ: Khối lượng riêng của dung dich khoan ( kg/m 3 )
Nếu áp suất thủy tĩnh Ph lớn hơn áp suất chất lỏng trong thành, chất lỏng sẽ không chảy vào giếng Do đó, dung dịch khoan có thể được xem như một yếu tố đầu tiên kiểm soát áp suất tại đáy giếng.
Chức năng truyền dẫn công suất cho động cơ đáy là rất quan trọng trong các ứng dụng khoan định hướng và khoan bằng choòng kim cương Động cơ đáy, có thể là tuabin hoặc động cơ thể tích, được lắp vào bộ khoan để làm quay dụng cụ phá đá nhờ dung dịch khoan Tuy nhiên, khi vận hành, động cơ này gây ra sụt áp lớn và tổn thất áp suất trong hệ thống đẩy của bơm.
Chức năng truyền thông tin địa chất của dung dịch khoan rất quan trọng, giúp nhà địa chất và thợ khoan nắm bắt được địa tầng của từng khu vực khoan thông qua quá trình tuần hoàn.
Dung dịch khoan đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ quá trình khoan Sau khi mùn khoan được đưa lên, dung dịch sẽ bị ô nhiễm Để tái sử dụng, dung dịch cần được làm sạch trước khi bơm lại Các thiết bị cần thiết cho việc bơm và làm sạch dung dịch bao gồm nhiều loại máy móc chuyên dụng.
+ Máy bơm dung dịch và hệ thống vòi cao áp
+ Các thiết bị chứa và điều chế dung dịch khoan
2.2.1 Máy bơm dung dịch khoan
Hiện nay, trên các giàn khoan, máy bơm khoan chủ yếu là loại máy bơm piston, bao gồm máy bơm hai xi lanh tác dụng kép và máy bơm piston ba xi lanh tác dụng đơn, được sử dụng để bơm dung dịch rửa giếng khoan.
Máy bơm khoan được dùng nhiều là loại bơm piston bởi vì nó có một số ưu điểm sau:
- Bơm được nhiều loại chất lỏng có tỷ trọng khác nhau
- Tạo được áp suất lớn
- Lưu lượng bơm và áp suất bơm độc lập với nhau
- Cấu tạo đơn giản dễ thoan thay thế, lắp ráp và bảo dưỡng
- Độ bền cao phù hợp với công tác khoan trên biển
Bơm piston có khả năng tạo ra áp lực cao, vì vậy chúng thường được sử dụng để bơm dung dịch khoan xuống giếng khoan Các loại chất lỏng mà bơm có thể vận chuyển bao gồm nước, sét và dung dịch nhũ tương.
Sàng rung là một bộ máy lọc nước đầu tiên sau khi dung dịch từ giếng khoan ra.
Sàng rung được cấu tạo từ các tấm lưới kim loại đặt nghiêng 13-15 độ.
Dung dịch chảy vào bể chứa nhờ sự rung động nhịp nhàng của đối trọng và lò xo giảm đối Các phần tử nhỏ, nhẹ sẽ chảy xuống máng, trong khi các phân tử nặng, lớn sẽ rơi ra ngoài.
Máy lọc cát là thiết bị sử dụng để xử lý dung dịch sau khi đã qua sàng rung và máng lắng Dung dịch được bơm ly tâm xả vào các côn theo phương tiếp tuyến, giúp các phân tử nặng rơi xuống dưới và chảy ra ngoài Trong khi đó, các phân tử nhẹ hơn (có kích thước nhỏ hơn 74 μm) sẽ nổi lên trên và chảy vào máng dung dịch Máy lọc cát có khả năng tách các hạt có kích thước lớn hơn 74 μm, đảm bảo hiệu quả trong quá trình lọc.
2.2.4 Máng lắng Được dùng để tách bớt một phần chất rắn trong dung dịch đã lọt qua sang rung Máng lắng có chiều rộng từ 600-700 mm, chiều sâu từ 400 – 600 mm và chiều dài từ 40 – 50 m Máng lắng có tác dụng làm chậm tốc độ chảy của dung dịch Tạo điều kiện cho mùn khoan dễ lắng đọng trên suốt chiều dài máng.
Máy xử lý dung dịch khoan là thiết bị quan trọng giúp loại bỏ khí lẫn trong dung dịch, giảm nguy cơ phun trào và hỏa hoạn, đồng thời nâng cao hiệu suất hoạt động cho các loại máy bơm.
Bể chứa dung dịch khoan
Bể chứa dung dịch khoan có dạng hình hộp chữ nhật với các kích thước tiêu chuẩn sau:
Bể chứa được chế tạo từ các tấm tôn dày, được hàn chắc chắn bằng các thanh thép định hình Số lượng bể chứa cần thiết cho mỗi giàn khoan có thể thay đổi tùy thuộc vào vị trí của giàn khoan đó.
Thùng trộn dung dịch khoan
Thùng trộn dung dịch khoan được cấu tạo đơn giản, thường để trộn sét khô, hóa phẩm và nước lã để tạo thành dung dịch khoan.
Thùng trộn có thể tích từ 4000 đến 10000 mm³, được trang bị cánh khuấy trên trục để trộn đều đất sét hóa phẩm và nước Thiết bị này có một máy khuấy hoạt động bằng động cơ điện, giúp tối ưu hóa quá trình trộn Nước được bơm vào thùng thông qua ống dẫn ở phía trên, trong khi hóa chất được đưa vào từ nắp thùng.
Với loại thùng trộn dạng này có thể tạo dung dịch khoan từ sét cục.
Phễu trộn
Phễu trộn là thiết bị quan trọng trong quá trình gia công dung dịch khoan từ sét bột, hoạt động dựa trên tác động của dòng xoáy lực và xoáy cuộn, giúp trộn đều sét, hóa phẩm và nước.
4.Máy quấy và sung phun
Thiết bị quấy dung dịch trong bể giúp ngăn chặn sự lắng đọng của chất rắn, đặc biệt là trong các dung dịch nặng chứa bột đá ba-rít Việc khuấy động này đảm bảo rằng các thành phần trong bể luôn được phân tán đồng đều.
Nhờ vào máy quấy và sung phun làm cho các hạt rắn phân bố đều trong dung dịch Cả hai loại này thường được lắp ở bể chứa
2.3 Những yêu cầu công nghệ của máy bơm dung dịch khoan Đối với bơm dung dịch khoan cần được đáp ứng những yêu cầu sau:
- Do độ sâu của khoan là rất lớn vì vậy bơm cần có áp suất lớn cũng như đạt được độ ổn định trong quá trình truyền dung dịch
- Bơm được nhiều loại chất lỏng có tỷ trọng khác nhau
- Có khả năng bơm dung dịch một cách ổn định
- Đáp ứng được những yêu cầu của công tác khoan
- Có mối liên kết lắp đặt hợp lý với các thiết bị trên giàn
2.4 Những kết quả đã đạt được, những tồn tại cần tập chung nghiên cứu.
Từ khi ngành Dầu khí ra đời, máy bơm đã được áp dụng hiệu quả trên giàn khoan của Xí nghiệp Liên Doanh Vietsovpetro, góp phần quan trọng vào sự phát triển của nền công nghiệp Việt Nam Việc sử dụng máy bơm hợp lý trong khai thác Dầu khí đã nâng cao hiệu quả trong quá trình tìm kiếm và thăm dò tài nguyên.
Mặc dù giàn khai thác dầu khí hiện nay đã áp dụng nhiều công nghệ hiện đại, nhưng vẫn tồn tại một số hạn chế trong việc đáp ứng các yêu cầu công nghệ này.
Để nâng cao hiệu suất và tuổi thọ của máy bơm, cần thực hiện các biện pháp phù hợp nhằm đáp ứng yêu cầu công việc Việc cải thiện thời gian làm việc là điều cần thiết để đảm bảo máy bơm hoạt động hiệu quả hơn.
Lý thuyết cơ bản của máy bơm piston
3.1.1Tổng quan về máy bơm piston và việc phân loại chúng
Máy bơm piston là thiết bị quan trọng trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế, được ứng dụng để bơm nước lã, dung dịch và hóa chất, phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau.
Dung dịch khoan đóng vai trò quan trọng trong công tác khoan dầu khí hiện nay, được sử dụng để bơm xuống giếng khoan Các dung dịch này mang lại nhiều tác dụng thiết yếu, giúp tối ưu hóa quá trình khoan.
- Làm mát dung cụ khoan
- Gia cố thành giếng khoan
Máy bơm piston có khả năng tạo ra áp suất và lưu lượng độc lập, điều này rất quan trọng cho công nghệ khoan Với cấu tạo đơn giản, máy dễ dàng sửa chữa và lắp ráp, đồng thời có độ bền cao và thuận tiện trong việc thay thế.
3.1.2.Phân loại máy bơm piston
* Phân loại theo cách bố trí xylanh:
* Phân loại theo các tác dụng:
+ Bơm 1: xylanh tác dụng kép + Bơm 2: xylanh tác dụng đơn
- Bơm tác dụng ba: ghép 3 xylanh tác dụng đơn
+ Hai xylanh tác dụng kép + Bốn xylanh tác dụng đơn
* Phân loại theo cấu tạo của piston:
* Phân loại theo lưu lượng:
- Bơm lưu lượng trung bình: Q÷60 m 3 /h
* Phân loại theo áp suất:
- Bơm có áp suất thấp: P