Bài giảng khoan dầu khí tập 2 part 7 pps

229 Nối O 1 với O 1 cắt trục ON . Góc tạo thành giữa O 1 O 1 với ON là góc 3 . Góc phơng vị chỉ hớng cần phải điều chỉnh lỗ khoan đi đúng hớng thiết kế. 7.5. Khoan định hớng bằng phơng pháp khoan rôtơ. 7.5.1. Dụng cụ làm lệch hớng bằng phơng pháp khoan rôtơ. Trong khoan rôtơ dụng cụ thờng đợc sử dụng để khoan lệch là máng nghiêng có thể chia làm 2 loaị: - Dụng cụ làm lệch hớng ở giếng khoan cha chống ống. - Dụng cụ làm lệch hớng ở giếng khoan đã chống ống. 7.5.1.1). Dụng cụ làm lệch hớng ở giếng khoan cha chống ống: a). Máng nghiêng lấy lên đợc loại hở. Máng nghiêng nmày chế tạo bằng thép, thông thơngg thép crom - niken và có dạng hình dới đây: Thân của máng hớng đợc vát nghiêng và có hình lòng máng bên trong. Có góc vát v tạo thành với trục khoảng v = 2 1 2 3 0. Đầu nối (cổ) 2 trong đó đa vào choòng (5) cần (6) và đợc định vị bằng chốt (3). Nguyên tắc làm việc: Sau khi thả và định hớng bộ dụng cụ lệch hớng. Tiến hành thả một tải trọng cần thiết để đầu nhọn phía dới của máng hớng cắm vào đất đá ở đáy lỗ khoan tránh cho máng hớng bị xoay trong qúa trình làm việc. Tiếp tục tăng tải trọng để cắt chốt định vị (3) và để giải phóng choòng (5). Choòng (5) sẽ làm việc và trợt trên máng để khoan lệch lỗ khoan. 4 2 3 6 5 1 A A - A 1. Thân 2. Cổ. 3- Chốt định vị . 4- Phần cắm . 5 - choòng. Hình a 230 b) Máng nghiêng lấy lên đợc loại kín: Máng nghiêng đợc cấu tạo bằng thép chất lợng tốt. Có dạng hình trụ và có lỗ bên trong tạo thành một góc vát với trục của máng hớng một góc khoảng 3 0 . Choòng khoan và cần khoan đợc đa vào qua lỗ và đợc định vị nhờ chốt tự cắt. 7.5.1.2. Dụng cụ làm lệch hớng ở giếng khoan đã chống ống: Trong trờng hợp này chúng ta sử dụng máy hớng cố định tức là không rút lên đợc. Máng hớng cố định đợc sử dụng ở những lỗ khoan đã chống ốngvà chúng ta cần xuyên qua ống chống để làm lệch hớng lỗ khoan hay ở những tầng đất đá rất cứng. Thân (1) của máng nghiêng có góc vát khoảng 2,5 0 3 0 nửa phía dới có đục lỗ(2). Phía dới cùng để nối với một đoạn cần khoan cũ (có thể gắn choòng) để có khả năng tuần hoàn (giữa cột cần khoan và máng nghiêng có nối liền một đoạn ống (4)). Máng hớng đợc đa vào nhờ những chốt định vị tự cắt (5). Và chúng có thể tự cắt với tải trọng 1 2 tấn. Sau khi thả và định hớng bộ dụng cụ, tiến hành trám xi măng để bao phủ hết bộ dụng cụ (máy + cần cũ ). Sau khi xi măng đông cứng (48 72 giờ), tiến hành khoan phá lỗ ống chống nhờ choòng đặc biệt. 6 5 4 1 2 3 v 3 2 4 7 6 5 1 Hình b Hình c 231 7.5.2. Chế độ làm việc trong khoan định hớng (với máng nhỏ lên đợc). Thông thờng trớc khi thả máng hớng thì tiến hành tạo đáy bằng cách khoan với đờng kính nhỏ hơn đờng kính lỗ khoan một khoảng nào đó. Sau đó đa định hớng bộ dụng cụ khoan lệch bao gồm: máng hớng (1), choòng khoan rắn (2) cần mềm(3). Có đờng kính nhỏ hơn đờng kính cần khoan sử dụng 1 2 " 4 - 2 1 " 2 . chiều dài từ 6 8m. Đầu nối (5) và cần khoan (6), sau khi tiến hành xong các công tác trên thì thả tải trọng để cắt chốt định vị . Tải trọng cần thiết để cắt chốt định vị là: Q = c . d 2 45 n. c ứng suất cắt của ngyên liệu làm chốt . d. Đờng kính của chốt. n. Số chốt (đinh ốc ). Sau khi cắt chốt xong tiến hành khoan xiên với chế độ khoan nh sau: n =30 - 40 v/ph. G= 0,6 1,5T Q = 10 16l/s. a) Bộ tạo lỗ mới b) Bộ mở sâu c) Bộ doa 1 2 4 3 6 5 cần mềm 6 8m 4 2 3 1 1 1,5m cần mềm cần nặng 2 4m cần nặng 1 2 3 232 Sau khi choòng khoan đã qua đợc phần dới của máng hớng thì có thể thay đổi chế độ làm việc n = 70 v/ph, G = 3 3,5T. Và lu lợng sẽ tăng dần đến Q định mức . Sau khi khoan qua đáy máng hớng từ 2 - 8 m, kéo cần khoan lên, chú ý khi choòng chạm đầu trên của máng thì tiến hành giật mạnh để nhổ máng xiên lên mặt đất. Sau đó tiến hành mở sâu lỗ khoan, nhờ bộ dụng cụ mở sâu (hình b). Bao gồm choòng cánh(1) hay (choòng chóp xoay) có đờng kính bằng choòng khoan trớc đó với đoạn cần năng (2) có độ dài 1 1,5 m, và từ 2 3m cần mềm (3) và trên đó là cần khoan (4) . Chế độ khoan đợc áp dụng là: n =70 - 70v/ph , G =3 4T , Q = Q bình thờng Sau giai đoạn mở sâu lỗ khoan, chúng ta kéo cần khoan lên và thay đổi bộ dụng cụ mở sâu bằng bộ dụng cụ doa (hình c), để mở rộng miệng lỗ khoan bằng đờng kính bình thờng của lỗ khoan. Dụng cụ bao gồm bộ doa (1), cần nặng (2) dài 2 4m và cần khoan (3). 7.5.3. Xác định góc lệch của máng hớng m - góc tăng độ nghiêng, góc tạo thành giữa trục giếng và trục cần khoan l m chiều dài phầnm đáy máng hớng. l 1 - chiều dài phần đáy máng hớng. v góc vát của máng hớng. D g , D, D c D m - đờng kính giếng, cần, choòng và máng. Góc m < v. Trong quá trình làm việc, choòng khoan trợt trên máng nghiêng và góc m tăng dần từ 0 max . Trong thời điểm choòng khoan đạt đến phần đáy của máng hớng . Khi choòng ra khỏi phần dới của máng hớng góc m giảm dần vì D < D c và cần sẽ dựa vào thành máng. Trong suốt D g D N m m M S D m l 1 l m v 233 thời gian làm việc từ điểm này trở đi m = const. Để xác định góc m chúng ta xét tam giác MNS. tg m = MS MN MS = D m 2 + D 2 cos m tg m = D m 2 + D 2 .cos m l m - l 1 = D m cos m + D 2 cos m (l m - l 1 ) Vì m rất nhỏ nên cos m 1; tg m m ; l 1 rất nhỏ so với l m m = D m + D 2l m đổi ra độ m = 573 D m + D 2l m góc vát v sẽ là : tg v = D m l m tg v v v 0 = 57,3 D m l m Mặt vát góc xiên của máng hớng sẽ là: v - m =57,3. ( D m l m - D m + D 2 l m ) = 57,3 ( 2D m - D m - D 2 l m ). 7.5.4. Xác định vị trí đặt máng hớng ở đáy lỗ khoan nhằm thay đổi góc phơng vị. Trong thực tế quá trình khoan, góc phơng vị thực của giếng khoan nó có khác với góc phơng vị thiết kế. Do đó để điều chỉnh lỗ khoan đúng theo góc phơng vị thiết kế chúng ta cần điều chỉnh góc phơng vị thật theo nhiều phơng pháp, đó là: - Phơng pháp toán học của Sanghin. - Phơng pháp đồ thị. Sau đây chỉ giới thiệu phơng pháp điều chỉnh góc phơng vị bằng biểu đồ (đồ thị). Để xác định hớng đặt máng nghiêng ở dới đáy lỗ khoan theo phơng pháp biểu đồ, chúng ta cần phải biết góc thiên đỉnh ban đầu của giếng khoan 1 , góc phơng vị ban đầu của giếng 1 và góc nghiêng của máng hớng m . v - m = 57,3 D m - D 2 l m 234 * Phơng pháp tính toán bằng đồ thị sẽ đợc tiến hành nh sau: - Trên một tờ giấy milimét kẻ trục toạ độ theo các hớng N-S, E-V. Kẻ đờng thẳng o o tơng ứng hớng nghiêng ban đầu của lỗ khoan (góc 1 ) mà tại đáy chúng ta sẽ đặt máng hớng. - Trên đờng thẳng này chúng ta chọn tỷ lệ thích hợp (ví dụ 1cm - 1 0 ) . chiều dài của đoạn thẳng OA 1 tơng ứng với góc thiên đỉnh 1 của giếng khoan. - Lấy điểm A 1 làm trung tâm chúng ta vẽ một đờng tròn (có cùng tỷ lệ với đừờng thẳng trớc đó OA 1 ) có bán kính R có độ dài bằng góc nghiêng của máy hớng . Và tất cả các điểm trên đờng tròn đều biểu diễn khả năng thay đổi vị trí đặt máng hớng ở đáy lỗ khoan. Ví dụ: chúng ta cần thay đổi góc phơng vị từ 1 2 . chúng ta sẽ kẻ đờng thẳng OA 2 gặp đờng tròn tại A 2 . Góc thiên đỉnh của lỗ khoan sẽ là đoạn OA 2 = 2 Góc : góc xoay vị trí máng hớng so với hớng ban đầu. 2 phơng vị của lỗ khoan cần điều chỉnh. Hình a Góc phơng vị của máng ở đáy lỗ khoan sẽ là: m = 1 + (hình a) Các trờng hợp riêng: * Tăng độ nghiêng cực đại của giếng mà không thay đổi góc phơng vị E S N O V 2 1 m O A 2 A 1 R= m N E S O V O 1 A 1 A 2 1 = 2 = m R= m A 2 A 2 A 1 2 2 m 1 2 E N S O V Hình a Hình b 235 2 = OA 2 = OA 1 + R. c = 1 + m . = 0. m = 1 . (hình b) * Giữ góc thiên đỉnh ban dàu của giếng mà thay đổi cực đại góc phơng vị. Từ O vẽ cung tròncó bán kính bằng OA cắt vòng tròn tâm A 1 tại 2 điểm là A 2 , A 2 hớng A 1 A 2 và A 1 A 2 là 2 hớng đặt máng hớng góc phơng vị mới sẽ là 2 hoặc 2 ` . (hình c ). * Thay đổi cực đại góc phơng vị Từ O ta vẽ đờng tiếp tuyến với đờng tròn tâm A 1 và gặp đờng tròn tại hai điểm A 2 và A 2 ; A 1 A 2 và A 1 A 2 là 2 hớng có thể đặt máng hớng (hình d) Hình d A 2 A 2 A 1 2min 2max m 1 2 E N S O V 1 O 1 236 Chơng 8 Các hiện tợng phức tạp trong quá trình khoan và biện pháp khắc phục Trong quá trình khoan thờng gặp các hiện tợng phức tạp gây khó khăn cho quá trình khoan, các hiện tợng đó thờng là: - Sập lở đất đá ở thành lỗ khoan. - Bó hẹp thành lỗ khoan. - Mất nớc rửa. - Hiện tợng phun (Dầu, khí, nớc) - Kẹt bộ dụng cụ khoan. 8.1. Sập lở đất đá ở thành lỗ khoan và các biện pháp phòng ngừa: Đất đá bị sập lở thờng xảy ra trong hai trờng hợp sau đây: a- Do tác dụng của nớc rửa, đất đá ở thành lỗ khoan bị giảm độ bền, chúng bị mất ổn định và sập lở xuống lỗ khoan . Đất đá bở rời, các tầng chứa muối, đất sét là dễ bị nớc tác dụng nhất. Loại sét Bentonit Na, chứa trong các tầng khi hấp phụ nớc thì chúng sẽ tăng thể tích lên rất nhiều lần và gây lở. Đối vớicác tầng chứa muối thông thờng các tầng này kém chắc , không ổn định và có khả năng chứa khí, nếu khoan bằng dung dịch gốc nớc ngọt thì sẽ gây sập lở. Mức độ sập lở của đất đá cũng còn phụ thuộc vào góc nghiêng của các tầng có khả năng gây sụp lở . Nếu góc nghiêng càng lớn thì khả năng sụp lở càng lớn. b- Trong trờng hợp thứ 2 (thì áp lực nén của đất đá lớn hơn nhiều so với áp lực nớc rửa, sự chênh lệch đó có thể đa đến hiện tợng sập lở). Trong nhiều trờng hợp thì cả hai nguyên nhân tác dụng đồng thời. Hiện tợng sập lở trong lỗ khoan thể hiện qua những dấu hiệu sau: - áp lực ở máy bơm tăng lên đột ngột. - Dung dịch đa lên từ dới lỗ khoan nhiều vụn đất đá. - Thả dụng cụ không đúng lỗ khoan nếu không bơm rửa. 237 Các biện pháp đề phòng và ngăn ngừa sập lở thành lỗ khoan. - Biện pháp có hiệu quả nhất là làm nặng dung dịch và tăng cờng phẩm chất của nó bằng gia công hoá học. Dung dịch có độ thải nớc nhỏ nhất và có tỷ trọng bảo đảm cho áp lực dung dịch cao hơn áp lực vỉa. - Đối với các tầng có chứa sét Bentorit Natri, hay các tầng chứa muối thì nên sử dụng các loại dung dịch bão hoà muối, dung dịch gốc vôi để khoan qua. Việc dùng dung dịch mặn có anion hoà tan nó sẽ có tác dụng làm cho sét Bendonit không bị trơng nở. Và dung dịch mặn bão hoà muốn nó sẽ không làm mất ổn định của các tầng chứa muối. Với những dung dịch góc can xi, qua tác dụng hoá học của nó với sét Bentonit gốc Na sẽ bién thành Bentônit gốc canxi loại sét này không gây trơng nở dới tác dụng của nớc. Trong quá trình khoan phải định kỳ kiểm tra thân lỗ khoan bằng dụng cụ đo đờng kính. Tiến hành đo đờng kính nhiều lần cho phép xác định đợc các vùng gây sập lở. Xác định đợc hiệu quả của các biện pháp ngăn ngừa đã sử dụng. Hệ số sập lở K đợc xác định bằng tỷ số giữa thể tích lỗ khoan thực tế của vùng sập lở và thể tích lý thuyết lỗ khoan. K= V t V lt Trong đó : K - là hệ số hình thành sụp lơ . V t - thể tích thực của lỗ khoan. V lt - thể tích lý thuyết lỗ khoan. K = V r V lt = R t 2 R lt 2 Trong đó : R t - là bán kính thực trung bình của lỗ khoan. R lt - là bán kính trung bình lý thuyết của lỗ khoan. K = 1 - Giếng khoan không sụp lở. K > 1 - Giếng khoan sụp lở K<1 - Lỗ khoan bị bó hẹp. 238 8.2. Hiện tợng bó hẹp thành lỗ khoan. Có rất nhiều trờng hợp lỗ khoan bị bó hẹp thành nhất là đối với các tầng sét Bentônit trơng nở dới tác dụng của nớc ngọt. Trong các trờng hợp này, giải quyết đợc vấn đề sập lở tức đồng thời cũng giải quyết đợc vấn đề bó hẹp thành lỗ khoan. Cũng có những loại đất đá làm giảm đờng kính của lỗ khoan dới tác dụng mà nớc ngọt nhng không gây sập lở nh accghilit và lignit, trong trờng hợp trên thì có thể xử lý bằng phơng pháp dùng dung dịch có độ thoát nớc bé. Trong trờng hợp khó hơn thì có thể sử dụng dung dịch gốc vôi - thạch cao. Hiện tợng bó hẹp thành lỗ khoan nhiều khi đa đến việc không thể tiếp tục khoan đợc nữa. Bó hẹp lỗ khoan do sự biến dạng dẻo bó hẹp lỗ khoan trong trờng hợp này nên dùng dung dịch có tỷ trọng lớn a = 1,8 - 2,2 G/cm 3 và có trờng hợp lên tới 2,4 . Đối với các tầng muối biện pháp xử lý tốt là dùng dung dịch bão hoà muối. 8.3. Ngăn ngừa và chống mất nớc rửa. Hiện tợng mất nớc rửa sinh ra trong quá trình khoan thờng gặp rất nhiều, nhất là khi khoan qua các tầng đá vôi. 8.3.1. Các nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tợng mất nớc rửa: a - Nguyên nhân do các tầng đất đá khoan qua: Các tầng có độ thấm và độ rỗng lớn, các tầng đã bị khai thác nhiều, áp lực vỉa giảm xuống, các khe rãnh đợc hình thành, qua đó nớc rửa chảy đi hết. Hiện tợng mất nớc cũng sinh ra ở các tầng đất đá bị hủy hoại do chuyển động kiến tạo, đất đá nứt nẻ , hang hốc, hang động cactơ. b - Nguyên nhân kỹ thuật: - Trọng lợng riêng của dung dịch quá lớn, áp lực thủy tĩnh của dung dịch lớn hơn áp lực vỉa chênh lệch áp lực càng lớn thì mất nớc càng mạnh. - Sự tạo thành các kẽ nứt trong đất đá trong quá trình khoan. Do kéo thả bộ dụng cụ khoan với vận tốc quá lớn gây nên hiện tợng piston tác dụng xuống thành lỗ khoan làm nứt nẻ chúng. [...]... nhanh và gen ximăng qua cần khoan Đầu cần khoan nên đặt cao hơn tầng mặt nước Lượng dung dịch ép bơm vào cần khoan sau hỗn hợp trám bằng thể tích bên trong cột cần khoan + Cũng có thể dùng phương pháp "khoan mò" (không cho nước trào lên miệng lỗ khoan) trong đất đá cứng như đá vôi, sa thạch Khi khoan mò mùn khoan sẽ thu được nhờ ống mùn Sau khi khoan qua vùng mất nước phải ngừng khoan để trám ghen ximăng... ximăng cả hai tầng, đầu tiên người taỉtám tầng dưới trước sau đó kéo cần khoan lên cao để trám tầng trên 24 2 8.4 Phòng và chống kẹt cột cần khoan Các nguyên nhân chính làm kẹt cột cần khoan là : - Rửa lỗ khoan bằng dung dịch sét có độ thải nước quá lớn, dung dịch này tạo một lớp vỏ sét dày lên thành lỗ khoan, làm thu hẹp đường kính lỗ khoan lại Khi kéo cần lên, vỏ sét bị dồn lại, và phía trên choòng hình... thu hẹp lỗ khoan lại làm tăng áp lực máy bơm và kẹt cần Trường hợp này thông thường xảy ra ở những tầng có độ nghiêng lớn (hình a) - Kẹt cần khoan do mùn khoan bị tích đọng lại làm thu hẹp lỗ khoan tạo thành những cái "nút" và gây kẹt cần Nguyên nhân tích đọng mùn khoan là do: + Không thường xuyên lọc sạch mùn khoan ra khỏi dung dịch, nên dung dịch lại mang theo nhiều mùn khoan xuống lỗ khoan Hình... được mùn khoan lên mặt (tốc độ đi lên của nước rửa không đủ đẩy mùn khoan lên mặt ) + Do sự sập lở của đất đá ở một số tầng (hình b) tại đó vận tốc đi lên của dung dịch bé, mùn khoan bị lắng đọng + Khi khoan bằng các choòng có đường kính khác nhau, lỗ khoan có hình bậc thang, ở chỗ chuyển tiếp từ đường kính lớn sang đường kính nhỏ mùn khoan bị thu hẹp lại và gây kẹt cần (hình c) - Cột cần khoan bị... lở, bó hẹp thành giếng khoan 8.3 .2 Nghiên cứu vùng mất nước Để chống mất nước có hiệu quả và tìm biện pháp ngăn ngừa mất nước cho lỗ khoan sau cần phải nghiên cứu tổng hợp ngay sau khi khoan vào vùng mất nước Công tác nghiên cứu tổng hợp bao gồm: 1 - Nghiên cứu thuỷ động để tìm hiểu cường độ mất nước 2- Xác định ranh giới, độ hút nước của tầng 3- Xác định đường kính thực của lỗ khoan ở vùng mất nước... biến đủ lớn Khi mất nước với cường độ 100 - 20 0m3/h tốt nhất nên rửa lỗ khoan bằng dung dịch sét bọt khí và dung dịch sét nhũ tương Để xác định d của dung dịch trong điều kiện khoan mất nước ta H tính như sau: H1 H: chiều sâu của giếng H2là chiều sâu từ mặt nước tĩnh đến đáy lỗ khoan tương ứng với 1; 24 1 1 phải xác định Pv= 0,1 H11 = 0,1 H H1 = 1 H G/cm3 + Một trong những phương pháp bít các khe... tượng mất nước Về mặt kinh tế khoan mò chỉ có lợi khi nước rửa là nước lã Để khắc phục các hiện tượng mất nước rất mạnh trước hết người ta phải làm giảm bớt cường độ mất nước bằng cách bồi cát hay mùn khoan vào vùng mất nước hoặc bằng cách ép các vật liệu trơ (như rơm, than bùn, trấu ) vào đấy và sau đó trám ximăng lại Khi xi măng đã đông rắn thì tiến hành khoan bình thường Khi khoan có thể xảy ra hai hay... giữa lỗ khoan và vỉa bằng cách thay đổi các thông số của dung dịch, trám các khe rãnh của tầng mất nước bằng dung dịch và vữa ximăng đặc biệt Bơm ép các vật liệu trơ vào trong vỉa Khoan không bơm rồi chống ống - Để phòng và chống mất dung dịch sét, dung dịch phải có tỷ trọng nhỏ nhất, có độ nhớt, ứng suất cắt tĩnh và độ xúc biến đủ lớn Khi mất nước với cường độ 100 - 20 0m3/h tốt nhất nên rửa lỗ khoan. .. thị tọa độ hệ số p có thể tính theo công thức sau: p = 0,1 (Ht- H0) Ht là khoảng cách từ miệng lỗ khoan đến mặt nước tĩnh H0 mực nước tính toán - khoảng cách từ miệng lỗ khoan đến điểm p 10 5 giữa mỗi đoạn 10 - trọng lượng riêng của dung dịch Trên trục tung đặt các giá trị p, trục hoành dặt t 24 0 20 30 t, phút Nối các điểm nhận được chúng ta được một đường cong đều Nhờ có biểu đồ đã vẽ người ta... đường cong đều Nhờ có biểu đồ đã vẽ người ta tìm được thời gian hạ mực nước của các đoạn có áp suất lên tầng mất nưóc là 1 bar và 10 bar Muốn thế kéo đường cong cắt đường p = 1 bar t1 H1 H01 H1 t2 H2 H 02 H2 t3 H3 H03 H3 và p = 10 bar Khi biết khoảng cách H và thời gian hạ xuống mực nước t thì tính được tốc độ hạ trung bình mỗi đoạn H v= có thể xác định bằng toán đồ t Ht t4 H4 H04 H4 t5 H5 H05 H5 Các . 2 1 m O A 2 A 1 R= m N E S O V O 1 A 1 A 2 1 = 2 = m R= m A 2 A 2 A 1 2 2 m 1 2 E N S O V Hình a Hình b 23 5 2 =. tại hai điểm A 2 và A 2 ; A 1 A 2 và A 1 A 2 là 2 hớng có thể đặt máng hớng (hình d) Hình d A 2 A 2 A 1 2min 2max m 1 2 E N S . kính bằng OA cắt vòng tròn tâm A 1 tại 2 điểm là A 2 , A 2 hớng A 1 A 2 và A 1 A 2 là 2 hớng đặt máng hớng góc phơng vị mới sẽ là 2 hoặc 2 ` . (hình c ). * Thay đổi cực đại góc