Bài giảng khoan dầu khí tập 2 part 8 doc

- Kẹt cần khoan cũng có thể gây ra do chênh lệch giữa áp lực vỉa và áp lực nước rửa, độ dính của vỏ sét khi cột cần khoan dựa vào thành lỗ khoan.. Trong quá trình khoan thì áp lực vỉa nh

- Kẹt cần khoan cũng có thể gây ra do chênh lệch

giữa áp lực vỉa và áp lực nước rửa, độ dính của vỏ sét khi

cột cần khoan dựa vào thành lỗ khoan (hình d)

Khi cần khoan đang quay (hình d) xung quanh cần

khoan bị tác dụng bởi áp lực của nước rửa Khi cần

khoan đứng yên và dựa vào thành lỗ khoan (hình e)

Trong quá trình khoan thì áp lực vỉa nhỏ hơn áp lực nước

rửa, cho nên phần áp lực dư của dung dịch sẽ ép lên cần

khoan và gây kẹt cần

Thiết diện tiếp xúc giữa cần khoan và thành lỗ

khoan, có thể tính bằng công thức:

A = c D H 

360 Trong đó : A: Thiết diện tiếp xúc

c nửa góc tiếp xúc

D Đường kính của giếng khoan

H độ dài của phần tiếp xúc

Lực kéo cần thiết để nhổ cần khoan

khỏi thành giếng khoan sẽ là :

T = f A P

Trong đó : T - là lực kéo

f- hệ số dính kết giữa sắt và sét, f trung bình:

f = 0,6

P = Pt- Pv áp suất chênh lệch giữa nước rửa và vỉa

- Kẹt cần khoan trong lỗ khoan hình chìa khoá

Thường xảy ra ở những lỗ khoan có độ cong

lớn Cần khoan có khuynh hướng cọ xát và

bào mòn vào thành những lỗ hình chìa khoá (hình f)

có cạnh gần bằng đường kính của lỗ

Pv Pd

P d

P d

P d

P d

P d

Pd

P d

Pd

Pd

P d

Pv

Pv

Vỏ sét

Hình c

Hình d

Pd

Pd Pd

Pd

Pd

Pd

Pd

Pd

Pv

Pv

Pv

Pv

Pv

P

c

Hình e

khoan hay lớn nhất bằng  của đầu nối

Trong quá trình kéo thả, cần nặng có

đường kính lớn hơn nên dễ bị kẹt ở vùng này

Để phòng và ngăn ngừa kẹt cần khoan phải:

1- Dùng dung dịch sét có chất lượng cao,

tạo lớp vỏ sét mỏng và chặt xít lên thành

lỗ khoan

2- Bảo đảm tốc độ đi lên của dung dịch

sét đủ lớn, trước khi kéo cần lên phải bơm

rửa sạch lỗ khoan và phải điều chỉnh thông

số của dung dịch cho phù hợp với yêu cầu của thiết kế

3 - Bảo đảm lọc sạch mùn khoan ra khỏi dung dịch

4 - Thường xuyên doa lại những đoạn có khả năng hình thành lớp vỏ sét dày

5 - Trong các lỗ khoan sâu, cần phải theo dõi nhiệt độ chảy từ lỗ khoan Sự giảm nhiệt độ đột ngột chứng tỏ rằng dung dịch khoan chảy qua các chỗ rò rỉ của cột cần bên trên lỗ khoan

6 - Để ngăn ngừa kẹt cột cần khoan, khi sử dụng dung dịch nặng phải cho thêm các chất bôi trơn không quá 0,8% grafit, 1 - 3% Xunfanôn (dung dịch 1-3% trong nước) Tỷ lệ pha chế dung dịch cho từng trường hợp riêng phải được xác định chính xác trong phòng thí nghiệm

Hiện tượng kẹt nhẹ thường được cứu chữa bằng cách dạo bộ dụng cụ (kéo thả nhiều lần) và quay cần nhờ bàn quay rôtơ Lực kéo cần khoan có thể lớn hơn nhiều so với trọng lượng bản thân của cần khoan nhưng phải giới hạn trong độ bền của nó và hệ thống palăng, cần theo dõi đồng hồ trọng lượng Nếu biện pháp dạo bộ dụng cụ không có kết quả mà nước rửa vẫn còn lưu thông thì dùng biện pháp ngâm dầu, nước hoặc axit

Lượng dầu (nước, axit) cần thiết để ngâm được tínhtheo công thức sau

đây:

V = 4 (D2

c - dn2 )H1+ 4 d2

t h1 m3 Trong đó

Hình f

V - thể tích của chất lỏng để ngâm (m3)

Dc - đường kính lỗ khoan (m)

H1 - độ cao (dầu , axit, nước ) dâng lên chung quanh cần khoan (m)

dt - đường kính trong của cần khoan (m)

h - độ cao của dầu (axit, nước ) trong cần khoan (m)

dn đường kính ngoài của cần khoan

Thực tế cho thấy là khi ngâm dầu ở các lỗ khoan rửa bằng nước lã hay

lỗ khoan đã chứa đầy nước lã thì dầu bị nổi lên rất nhanh, trong trường hợp đó

để có kết quả tốt cần phải bơm vài m3dung dịch sét trước và sau khi bơm dầu Dung dịch sét sẽ hạn chế hiện tượng dầu bị nổi lên và biện pháp ngâm dầu mới có kết quả

Trong thời gian ngâm dầu, người ta dự trữ một lượng dầu (axit, nước ) trong cần khoan, để cứ sau 1 - 2 giờ thì bơm ép thêm cho (dầu, axit, nước ở ngoài cần khoan) phần bị kẹt

Để biện pháp ngâm dầu có kết quả cần phải xác định đúng độ sâu kẹt cần khoan Trong thực tế sản xuất thường xác định độ sâu kẹt bằng cách dựa vào độ dãn dài của phần cần khoan tự do bị kéo căng Để xác định chính xác hơn chiều dài phần cần tự do (theo độ dãn dài) người ta làm như sau:

1- Kéo cần lên với lực P1lớn hơn trọng lượng của toàn bộ cột cần khoan khi chưa bị kẹt là 5 vạch chia ở đồng hồ trọng lượng và đánh dấu lên cần vuông hay cần khoan vào ngang mặt bàn roto

2 - Kéo thêm một lực phụ bằng 5 vạch chia ở đồng hồ trọng lượng rồi lại hạ xuống đến P1rồi đánh dấu Hai đầu thứ nhất và thứ 2 không trùng nhau vì có lực kéo trong hệ thống ròng rọc

3- Chia đôi khoảng cách giữa 2 dấu, lấy điểm giữa hai dấu làm vạch

“trên” để tính độ dãn dài

4 - Kéo cần lên với lực P2 lớn hơn P1 từ 10 - 20 vạch đồng hồ đo trọng lượng và đánh dấu thứ 3 lên cần

5 - Kéo thêm một lực bằng 5 vạch rồi lại hạ xuống đến P2 rồi đánh dấu thứ 4 lên cần Lấy điểm giữa hai dấu (thứ 3 và 4) làm vạch “dưới” để tính độ dãn dài

6 - Đo chính xác khoảng cách giữa vạch “trên” và vạch “dưới” ta thu

được độ dãn dài của phần cần khoan bị kẹt (tự do)

Bề dài của phần cần khoan tự do (không bị kẹt) được tính bằng công thức sau đây:

L = 1,05 E.A.l

p (m) Trong đó : L - độ sâu bị kẹt của cột cần (m)

1,05 - hệ số điều chỉnh do hiện diện của các đầu nối

A là thiết diện của cần, cm2

l là độ dãn dài của phần cần khoan không bị kẹt

P = P2 - P1 tính bằng KG

Nếu biện pháp ngâm dầu (axit, nước ) không có kết quả thì phải rửa toàn bộ lỗ khoan bằng dầu mỏ hoặc nước Chỉ cho phép rửa bằng nước lã khi khoan trong đất đá ổn định

Trong trường hợp tuần hoàn của dung dịch không lưu thông được hay lưu thông rất khó, việc đầu tiền là ngừng bơm, sau đó dạo lên dạo xuống nhiều lần Nếu như không thành công thì cho bơm từ từ dung dịch, tốt nhất là dùng thiết bị bơm trám ximăng, tăng dần lưu lượng từng bước cho đến khi phục hồi lưu lượng bình thường Trong bất cứ tình huống nào cũng không nên dùng áp suất bơm quá lớn sẽ gây nên hiện tượng nứt nẻ ở các tầng làm mất dung dịch rửa

Nếu như dùng các biện pháp trên mà vẫn không kéo cần khoan lên được thì phải tháo rời từng đoạn bằng cần trái, cắt cần hoặc nổ mìn để tháo cần khoan

Trước khi tháo đoạn cần khoan bị kẹt phải khoan rửa vỏ sét bao quanh

đó là một quá trình mất nhiều thời gian và ít kết quả nhất Vì vậy nếu cứu cần khoan kẹt tốn nhiều thời gian thì người ta bỏ phần còn laị của cần, đổ cầu ximăng và khoan xiên

Việc dùng biện pháp nổ mìn để tháo cần khoan đã tạo một bước tiến mới cho kỹ thuật cứu kẹt Trong phương pháp này sóng va đập làm nới lỏng chỗ nối ren Nếu như trước lúc nổ mìn ta đặt vào cột cần khoan một momen quay trái vào đầu ren cần tháo, được giải phóng khỏi lực nén bởi trọng lượng

của cần trên đó, thì sau khi nổ mìn đầu ren được nới lỏng và sau đó có thể tháo ra bằng rôtơ một cách dễ dàng Rất nhiều trường hợp phương pháp này cho phép tháo đoạn cần trên chỗ bị kẹt mà không cần dùng cần khoan trái

8.5 Phòng và chống phun

8.5.1 Nguyên nhân và hiện tượng xuất hiện dầu khí hoặc nước

Trong các vỉa khoan qua, có thể có khí nước hoặc dầu Qua các kẽ nứt,

lỗ hổng, khí xâm nhập vào lỗ khoan Nếu áp lực vẫn lớn hơn áp lực dung dịch thì khí đẩydung dịch ra khỏi lỗ khoan, gây ra phun khí và nhiều khí sẽ phun dầu Hiện tượng phun xẩy ra không phải chỉ do khí có áp lực xâm nhập vào lỗ khoan Khí có thể xâm nhập dần dần vào dung dịch, dưới dạng những bọt khí cùng dung dịch đi lên, áp lực lên bọt khí giảm dần, kích thước của chúng tăng dần lên Cuối cùng, các bọt khí trở nên rất lớn chiếm phần lớn thể tích và làm cho tỷ trọng dung dịch giảm hẳn xuống Trọng lượng của cột nước không đủ

để chống lại áp lực của vỉa và hiện tượng phun sẽ xảy ra

Nước và dầu ngấm dần vào dung dịch cũng làm giảm tỷ trọng của nó và gây phun Hiện tượng phun cũng có thể xảy ra khi mực nước rửa trong lỗ khoan bị hạ thấp (do ngừng tuần hoàn hoặc do kéo cần khoan lên mà không

bù dung dịch vào lỗ khoan)

Các dấu hiệu xuất hiện khí như sau:

a) Khi phục hồi tuần hoàn, dung dịch đi lên mặt đất có chứa nhiều khí, b) Sủi bọt trong lỗ khoan, trong trường hợp khí xâm nhập với một lượng hạn chế và dung dịch sét có độ nhớt, ứng suất cắt tĩnh nhỏ

c) Tăng mực nước rửa trong hố chứa của bơm (dù không thêm nước rửa vào hệ thống tuần hoàn )

d) Có xuất hiện khí do trạm carota báo hiệu

8.5.2.Các biện pháp ngăn ngừa và khắc phục hiện tượng phun

a) - Để ngăn ngừa các hiện tượng phun, áp suất trong lỗ khoan phải lớn hơn với áp suất vỉa Trị số áp lực dư phải phụ thuộc vào độ sâu lỗ khoan, độ rỗng và độ thấm của đất đá ở vỉa Người ta tạo áp lực dư bằng dung dịch nặng Khi làm nặng dung dịch sét phải chú ý giữ độ nhớt của nó nhỏ nhất Trong suốt thời gian khoan qua, tỷ trọng dung dịch phải kiểm tra thường xuyên

b) - Trong trường hợp khí xâm nhập vào dung dịch cần phải tiến hành

sử dụng các biện pháp khử khí ở trên mặt Trong trường hợp khoan các tầng khí có áp lực lớn, để hạn chế lượng khí lớn xâm nhập vào dung dịch, trong thời gian ngắn, cần khoan với tốc độ cơ học bé và lưu lượng dung dịch tuần hoàn lớn

c) -Không mở vỉa có khả năng xuất hiện dầu khí mà trước đó không chống ống theo thiết kế

d) - Khi kéo cần khoan lên phải đổ thêm dung dịch vào lỗ khoan một cách liên tục, không đổ gián đoạn

đ) - Cột ống định hướng phải được trám ximăng đến tận miệng, bảo

đảm bịt kín lỗ khoan khi chống phun dầu khí

e) - Khi tỷ trọng dung dịch giảm đi hơn (0,02 )phải tìm cách phục hồi g) - Phải dự trữ một lượng dung dịch bằng 1,5  3 lần thể tích lỗ khoan với các thông số quy định trong bảng thiết kế, phải dự trữ chất làm nặng

h) - Chỉ được kéo cần khoan lên sau khi đã bơm rửa sạch lỗ khoan bằng dung dịch có thông số như đã quy định theo thiết kế, và quay cột cần khoan

i) Khi dó cần, nếu mực dung dịch sét ở ngoài cần khoan không hạ xuống thì có nghĩa là đã xuất hiện hiện tượng piston Trong trường hợp đó phải hạ cột cần xuống dưới đoạn xuất hiện, bơm rửa rồi mới tiếp tục kéo cột cần lên

k) Trước khi mở vỉa áp lực lớn, phải đặt van ngược ở dưới cần vuông l) Để ngăn chặn hiện tượng phun đột ngột, cần phải đóng kín lỗ khoan bằng một thiết bị được gọi là máy đối áp preventor Người ta đã đặt các thiết

bị đối áp khi mới bắt đầu khoan Sau đó bơm dung dịch nặng vào lỗ khoan

8.5.3 Thiết bị đối áp preventor

Thiết bị đối áp được lắp ở mặt bích ở đầu ống chống của ống chống sau cùng đã được trám ximăng Thiết bị đối áp cho phép đóng kín miệng lỗ khoan trong trường hợp giếng khoan có xuất hiện hiện tượng phun, và cho phép bơm dung dịch nặng vào giếng để khắc phục hiện tượng phun

Thiết bị đối áp miệng giếng :

1 - máy đối áp thẳng đứng 2 - Máy đối áp có chấu cặp vào cần khoan

3 - Máy đối áp có thớt đóng toàn bộ lỗ khoan 4 - Bảng điều khiển

5 - ống nối điều chỉnh 6 - bộ phận khử khí 7 - đường ra đuốc

8 - mặt bích kép

= Sơ đồ bố trí thiết bị đối áp =

Một thiết bị đôí áp chống phun cấu tạo bởi các thành phần chính sau

đây Máy đối áp thẳng đứng 1 Hai máy đối áp ngang 2 và 3 có thớt đóng Máy đối áp 2 có thớt đóng cặp vào cần khoan, máy đối áp ngang 3 có thớt

đóng toàn phần (đóng miệng lỗ khoan) Hai máy đối áp ngang được nối với nhau qua moson (4) Mặt bích đúp 8 để lắp thiết bị đối áp preventor với mặt bích của đầu ống chống Manifon (6) của thiết bị đối áp được tạo thành bởi nhiều van cao áp, ống nối và ống nối điều chỉnh van xả áp suất và đồng hồ đo

áp suất Thiết bị đối áp phải bảo đảm khả năng rửa lỗ khoan bằng bơm khoan với áp lực dư trong miệng lỗ khoan và nước rửa có thể chảy qua hệ thống máng lắng, qua bộ khử khí Cũng cần phải bảo đảm khả năng bơm chất lỏng vào khoảng trống giữa cần khoan và ống chống bằng bơm khoan hoặc thiết bị bơm ximăng Có thể rửa ngược theo ống đứng đặc biệt Người ta dùng các ống nối đặc biệt để điều chỉnh tốc độ dòng chất lỏng từ lỗ khoan ra và vì thế mà

điều chỉnh được áp lực dư trong miệng lỗ khoan

1

2

3

7

8

6

4

5

Nếu hiện tượng phun xảy ra trong thời gian cần khoan ở trong giếng thì việc đầu tiên là phải đóng máy đối áp thẳng đứng và sau đó bơm dung dịch nặng vào lỗ khoan Khi máy đối áp ngang cần phải thay bạc lót thì phải đóng máy đối áp ngang có thớt đóng ở ngang thân cần khoan

Trường hợp giếng khoan phun khi cần khoan đã kéo hết ra ngoài thì phải đưa nhanh vào giếng khoan một số bước cần dựng rồi tiến hành đóng van

đối áp như đã nói ở trên Trường hợp không thành công thì tiến hành đóng van đối áp ngang có thớt đóng toàn phần để đóng kín miệng lỗ khoan

Máy đối áp:

Về phương diện cấu trúc, máy đối áp có thể chia thành các loại theo bảng dưới đây:

Máy đối

áp

Loại

đứng yên

Thẳng đứng Điều khiển bằng cơ học loại A

Đối áp vạn năng điều khiển bằng thuỷ lực VH

Nằm ngang

Điều khiển bằng cơ học

Loại B1 Kép loại B2 đóng khoảng không vàng xuyến và toàn

phần

Điều khiển thuỷ lực - kép loại DF và T - dùng

để đóng khoảng vành xuyến và toàn phần Loại

quay

Để khoan lỗ khoan dưới áp suất

Để khoan bằng phương pháp thổi khí

8.5.3.1 Máy đối áp thẳng đứng

a)- Máy đối áp loại A điều khiển bằng cơ học

Máy đối áp thẳng đứng loại A điều khiển bằng cơ học được tạo thành bởi các chi tiết sau Thân bằng thép1, conus 2, hai chẽ ngang 3 và 4 để thông với ống chống và ống thoát nước

ở phía trên có ren ngoài (5) để vặn ốc 6 có đường kính lớn và rìa 7

Conus 2 được tạo thành bởi bạc cao su 11 lắp giữa hai vòng nhẫn thép 9,10 nhờ đinh ốc 12 Comus được tạo thành từ hai nửa với thiết diện thẳng

đứng Có thể đóng vào mở ra nhờ các khớp bản lề

Hình a Máy đối áp thẳng đứng laọi A (Điều khiển kiểu cơ học)

Phương pháp sử dụng máy đối áp thẳng đứng loại A khi giếng khoan có hiện tượng phun như sau:

ở miệng lỗ khoan lắp thân 1 với mặt bích trên của đầu ống chống qua mặt bích 8 Phía trên thân 1 có lắp ốc 6 nhưng không xiết chặt

- Kéo cột cần khoan với cần chủ đạo lên phía trên bàn quay rôtơ

- Nâng conus 2 gần miệng lỗ khoan nhờ tời phụ và sau đó đóng conus vào thân của cần khoan nhờ chấu ở thân conus

- Thả nhẹ cần khoan sao cho conus 2 vào trong thân 1 qua miệng 7 của ốc 6

- Thả một phần trọng lượng của cần khoan xuống conus và bạc cao su

11 bị nén lại và ép khít vào thân của cần khoan Sau đó vặn ốc 6 lại và miệng

7 của ốc 6 cũng sẽ giữ cho bạc cao su ở vị trí ép Để tháo máy đối áp chỉ việc kéo cần khoan lên,giải phóng conus khỏi trạng thái nén Mở ốc 6 và sau đó lấy cunus ra ngoài

b) Máy đối áp vạn năng loại VH điều khiển bằng thủy lực (hình b)

Được tạo thành bằng thân 1 đúc bằng thép (phần dưới có mặt bích 2) và trong đó có xi lanh 3 làm việc, xi lanh 3 được điều khiển bằng thủy lực Thành phần để đậy kín cần khoan là bạc cao su đặc biệt 4

8

3

4

10

1

11

5

2

6

7

9

Hình b Máy đối áp vạn năng điều khiển bằng thuỷ lực (loai VH)

Trong trường hợp cần đóng máy đối áp Chúng ta cho chất lỏng dưới áp suất cao vào lỗ số 5 và pitton 3 sẽ chuyển dời lên phía trên và nén ép cao su 4 Cao su 4 bị nén và bị biến dạng ngang và áp sát vào thân cần khoan Khi mở

đối áp, thì ngược lại tháo chất lỏng khỏi lỗ số 5 và cho chất lỏng dưới áp suất vào lỗ số 7 và đẩy piston 3 xuống, bạc cao su 4 lại trở về vị trí ban đầu

Đo biến động của bạc cao su lớn, do đó máy đối áp vạn năng có thể

đóng với bất cứ vị trí nào của của cột cần khoan (thần cần, đầu nối) và ngay cả khi đóng toàn phần giếng khoan khi cần khoan kéo hoàn toàn ra ngoài

8.5.3.2 Máy đối áp nằm ngang

a) Máy đối áp vạn năng điều khiển bằng cơ học loại B1 là một máy đối

áp đơn giản Bên trong thân của chúng lắp các cặp thớt được chế tạo dùng để

đóng vào thân của cần, hay đóng kín toàn phần miệng lỗ khoan (hình c)

Hình c Đối áp có thớt đóng ngang thân cần điều khiển bằng cơ học

2

5

1

7

6

3

4

1

2