Bài giảng khoan dầu khí tập 1 part 10 ppsx

- 127 - Trám xi mằng dới áp suất đợc 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 đợc đa 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 dới cùng của cần khoan và mực dụng dịch xi măng trong và ngoài cân bằng nhau, cột cần khoan sẽ đợc kéo lên khỏi vùng có dung dịch xi măng. Bộ phận bịt kín ở bề mặt đợc 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 đợc một lợng dung dịch ép đúng bằng lợng dung dịch xi măng. 2. Đổ cầu xi măng. Trong các trờng hợp thử vỉa ở các tầng phía trên hay lỗ khoan bị sự cố nh rơi các dụng cụ và giếng mà không tài nào cứu đợc. Ngời ta phải khoan xiên để tránh các dụng cụ bị rơi. Để khoan xiên đợc phải tiến hành đổ cầu xi măng nhằm lấp phần đáy lỗ khoan cũ. Đỗ cầu xi măng có thể tiến hành bằng nhiều phơng pháp. Phơng pháp đợc sử dụng nhiều nhất là phơng pháp cân bằng. Phơng pháp này sử dụng cột cần khoan hay ống ép khí đợc đa vào phía dới vùng cần đổ cầu. Bơm vào bên trong lợng 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 bớc sau: - Xác định chiều cao trám H C - Xác định thể tích dung dịch xi măng, lợng nớc và lợng xi măng khô dùng để pha chế. - Xác định lợng dung dịch ép. - Xác định áp suất cực đại khi bơm trám - 128 - - Xác định lợng dung dịch xi măng và dung dịch ép đợc 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 H C ( đã đợc đề cập tới ở phần xây dựng cấu trúc giếng khoan) 2, Xác định thể tích dung dịch xi măng, lợng nớc và xi măng khô cần thiết: Thể tích dung dịch xi măng để trám đợc tính theo công thức sau đây,(V dx ) ( hình vẽ dới) V dx = 4 ( D LK 2 - D n 2 ). H 1 + (D tt 2 - D n 2 ) . H 2 + D t 2 . h. m 3 Trong đó: D LK - Đờng kính lỗ khoan D LK = k.D c k - hệ số mở rộng thành,D c Đờng kính choòng D n ,D t - Đờng kính ngoài và trong của ống D tt - Đờng kính trong của ống trớc đó H C - 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 lợng vành đá xi măng ngoài ống chống, phần dung dịch xi măng bẩn này đợc giữ lại ở bên trong ống với chiều cao là h; h = 20 30m Để tính lợng xi măng khô và lợng nớc cần thiết cho chế tạo dung dịch xi măng ngời ta tính thể tích nớc và lợng xi măng khô để chế tạ 1m 3 dung dịch xi măng theo tỷ lệ N/x cho trớc rồi sau đó tính đợc khối lợng toàn bộ. Chúng ta lấy thể tích dung dịch xi măng là 1 đơn vị, ta có thể viết: 1 = v x + v n - 129 - Sau khi thay v x = q x x ; v n = q n n và tỷ lệ nớc xi măng m = q n q x , q n = m .q x Trong đó q x ,q n là lợng xi măng và nớc để điều ché 1m 3 dung dịch xi măng. Thay vào công thức trên ta có:1 = q x x + mq x n = q x ( 1 x + m n ) = q x ( n + m x x . n ) Từ đây ta rút ra : q x = x . n n +m x q x = x 1+ m x , T/m 3 thay ( n = 1) Trọng lợng riêng của dung dịch xi măng ( dx ): xuất phát từ công thức q dx = V dx . dx = q x + q n = q x (1+m) = (1+m). x 1+m x ; q x = dx 1+m Lợng xi măng khô cần thiết: (G x ) G x = k 2 .q x .V dx = k 2 . dx 1+m . V dx (tấn). k 2 - Hệ số hao hụt của xi măng bột(k 2 = 1,03 1,06) Thể tích nớc cần thiết là :V n . V n = m. G x m 3 Vì ta biết: G n = mG x . V n = n .G n = m.G x ( n = 1) 3, Thể tích của dung dịch ép (V dep ): Thể tích của dung dịch ép đợc tính tơng ứng với thể tích bên trong cột ống chống kể từ vòng dừng đến miệng. Đợc tính bằng công thức sau: V dc = . 4 D 2 ttb (H -h), m 3 Trong đó : - hệ số nén của dung dịch ép (= 1,03 1,05) D ttb - Đờng 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 : (P max ) - 130 - P max = P th + P cl P th = 0,01H + 8at (Đối với 12 thiết bị bơm) P th = 0,02H + 16at (Sử dụng 3 thiết bị bơm) P cl = (H c -h)( dx - dc ) 10 + (H- H x ) ( d - dc ) 10 Thiết bị bơm trám đợc lựa chọn dựa vào P max tính toán. Trong đó: P cl - áp suất sinh ra do sự chênh lệch tỷ trọng của dung dịch xi măng và dung dịch ép cũng nh sự chênh lệch tỷ trọng giữa dung dịch khoan và dung dịch ép P th Tổn hao áp suất để thắng sức cản thủy lực trong tuần hoàn H - chiều dài cột ống H c - chiều cao trám xi măng H x - chiều cao cột dung dịch sau ống chống 5, Xác định lợng dung dịch xi măng và dung dịch ép đợc bơm ở các tốc độ khác nhau của thiết bị bơm trám: Ngời ta có thể tính theo hai phơng pháp: a, Phơng pháp đồ thị: Để tính đợc ngời ta cần thiết xây dựng đồ thị biểu diễn đợc mối quan hệ giữa áp suất ở đầu bơm trám và thể tích của dung dịch xi măng và dung dịch ép đợc bơm vào giếng trong các thời điểm khác nhau. Trong thời gian bơm dung dịch xi măng vào giếng khoan, do dx > d do 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). Lợng dung dịch xi măng càng tăng thì áp suất ở đầu trám càng giảm. Trên đồ thị ta vẽ đợc đờng 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 đợc thể hiện bằng đờng CD. Nh vậy để xây dựng đợc đồ thị quan hệ P - V ta phải xác định đợc 4 điểm A, B, C, D ở 4 thời điểm khác nhau - 131 - * 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( P A = P th , V A = 0 ) * Toạ độ điểm B: Trong thời điểm này áp suất ở đầu bơm trám bằng không, nghĩa làP B = 0 P B = P th - P cl = 0 P th = P cl . Do chênh lệch áp lực mà dung dịch đi xuống dới 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 l B Ta có: P th = 1 10 ( dx - d ) . l B Rút ra l B = 10.P th dx - d Vậy V B = l B .A t = 10P th dx - d .A t Trong đó :A t là tiết diện ngang bên trong của ống chống. Vậy tọa độ điểm B sẽ là B ( P B = 0 , V B = 10P th dx - d . A t ) * Toạ độ điểm C: Tong ứng với thời điểm mực dung dịch xi măngbên trong và bên ngoài ống băng nhau. Tức là: P đ ,P I P II P III P th P IV 0 A D C B V , m 3 l B - 132 - P c = P th P cl = 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 l 0 l 0 = H - h o h 0 = V dx A n + A t Trong đó: h 0 - chiều cao của dung dịch xi măng cân bằng giữa trong và ngoài ống chống. A n , A t - diện tích tiết diện ngang khoảng không vành xuyến và bên trong ống. Thể tích của dung dịch ép đợc bơm vào đến thời điểm này là: V deo = A t . l 0 = A t ( H- V dx A n +A t ) Vậy thể tích của cả dung dịch xi măng và dung dịch ép đợc bơm đến thời điểm này là V C , V c = V dx + V deo = V dx +A t ( H - V dx A n +A T ) Toạ độ điểm C sẽ là: C : [P c = P th , V c = V dx + A t ( H- V dx A n +A t )] Toạ độ điểm D chọn theo P max và V dx + V dc Sau khi xây dựng xong đồ thị P - V ta tiến hành chọn thiết bị bơm trám theo P max . Gải sử thiết bị trám có 4 tốc độ, có các lu lợng q 1 ,q 2 ,q 3 ,q 4 ứng với các áp suất P 1 ,P 2 ,P 3 ,P 4 . Nh trên ta chọn tốc độ số 3 để bắt đầu công tác bơm vì ta biết P 4 <P th <P 3 . 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 lợng dung dịch xi măng và dung dịch ép đợc bơm ở các tốc độ khác nhau. b, Phơng pháp tính toán * Xác định lợng dung dịch xi măng và dung dịch ép đợc bơm ở các tốc độ khác nhau: l 0 h 0 - 133 - Cũng theo ví dụ trên chúng ta thấy dung dịch xi măng đợc bắt đầu bơm ở tốc độ số 3 vì P 4 <P th <P 3 . Gòi l 3 là chiều cao của cột dung dịch xi măng trong ống đợcbơm ở tốc độ số 3. Chiều cao l 3 đợc 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 P 4 . P 4 = P th - l 3 ( dx - d ) 10 l 3 = 10.(P th - P 4 ) dx - d Thể tích của dung dịch xi măng đợc bơm ở tốc độ số 3 sẽ là: V 3 dx = l 3 .A t = 10(P th -P 4 ) dx - d .A t Thể tích của dung dịch xi măng còn lại sẽ đợc bơm hết ở tốc độ số 4. V 4 dx = V dx - V 3 dx * Xác định thể tích của dung dịch ép đợc 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: h 0 = V dx A n +A t Trong đó: A t = 4 D 2 tb A n = 4 (k.D 2 c - D 2 n ) Chiều cao của cột dung dịch ép l 0 = H - h o Trong thời điểm này áp suất ở đầu bơm trám là P 0 . Khi : de = d thì P 0 = P th khi: dc khác d thì P 0 = P th + l 0 ( d - dc ) 10 l 3 h h 0 l 0 l h max H - 134 - 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 đợc 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 l o đến l thì áp suất ở đầu trám cũng tăng từ P o đến P. Do đó ta thiết lập đợc công thức sau: l - l o = a 1 ( P - Po) Trong đó a 1 là hệ số tỷ lệ cho biết sự tăng chiều dài của cột dung dịch ép khi tăng áp suất lên 1 đơn vị ( 1KG/cm 2 ) Giá trị a 1 cũng có thể tính đợc trong điều kiện tăng l từ l 0 l max và P o P max . Nghĩa là:l max - l 0 = a 1 (P max -P o ) a 1 = l max -l o P max -P o = h o -h P max - P o Từ hình vẽ trên ta nhận thấy rằng: l max - l o = h o -h Cho nên a 1 = h o -h P th +P cl -P th = h o -h P cl => a 1 = h o -h P 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 P 4 , P 3 , P 2 ,P 1 . - Chiều cao của cột dung dịch ép ở các tốc độ khác nhau là : l 4 =l 0 +a 1 (p 4 - P o ) l 3 = l 0 +a 1 (P 3 -P o ) l 2 = l o +a 1 (P 2 -P o ) l 1 = l 0 +a 1 (P max - P o ) - Ta cũng có thể xác định chiều cao dung dịch ép bơm riêng ở các tốc độ khác nhau nh sau: h 4 = l 4 =l 0 +a 1 (P 4 - P o ) h 3 = a 1 (P 3 - P 4 ) h 2 = a 1 (P 2 -P 3 ) - 135 - h 1 = a 1 (P max -P 2 ) Vậy lợng dung dịch ép đợc bơm ở các tốc độ khác nhau sẽ đợc tính là: v 4 đc = A t . h 4 = A t l 0 + a 1 (P 4 -P o ) V 3 dc = A t .h 3 =A t .a 1 (P 3 - P 4 ) V 2 de = A t .h 2 = A t .a 1 (P 2 -P 3 ) V 1 de = A t .h 1 = A t .a 1 (P max -P 2 ) 6, Tính thời gian bơm trám xi măng với 1 thiết bị bơm trám( T T ) T T = t 4 +t 3 +t 2 +t 1 +t Trong đó : t 4 ,t 3 ,t 2 ,t 1 - thời gian bơm ở các tốc độ 4, 3,2,1 t- Thời gian giải phóng nút trám trên đầu trám( t= 15phút) t 4 = V dx 4 +V dc 4 q 4 . 60 .1000 ( phút) t 3 = V dx 3 +V de 3 q 3 .60 .1000 (phút) t 2 = V de 2 q 2 .60 .1000 (phút) t 1 = V 1 dc q 1 .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. T đáy = T o + 0,025H T o - 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 phơng án sau: + Chọn số thiết bị trám căn cứ theo thời gian bơm trám cho phép của dung dịch xi măng n = T T T cf + 1 - 136 - ở đây T cf - thời gian cho phép bơm trám của dung dịch xi măng. T cf = 0,75 T ngk ; T ngk - thời gian ngng 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 .A n .1000 q 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 hớng và trung gian v 1,8 2 m/s đối với ống khai thác. q max - là lu lợng 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 T th T th = T T -t n-1 +15 * Chọn số xe trộn dung dịch xi măng: Dựa vào 2 cách tính nh sau: + Căn cứ vào dung tích của xe trộn: n tr = G x V Bke ; G x - Lợng xi măng cần trộn V Bke - dung tích của xe trộn + Căn cứ vào năng suất của xe trộn: n tr = Q max q tr Q max - lu lợng của xe trám q tr - Năng suất của xe trộn. Trong hai kết qủa tính đợc ta sẽ chọn kết quả lớn nhất. 4.2.4. Kiểm tra chất lợng trám xi măng [...]... pháp thử độ kín chủ yếu Trong thời gian thử phải duy trì các áp suất như sau: Đối với cỡ ống từ 11 4, 12 7, 14 0, 14 6, 15 9, 16 8 đến 19 4 thép D thì áp suất thử 80 10 0 bar; ống 219 áp suất thử > 10 0 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... coi là kín với điều kiện: Trong vòng 4h mực nước không dâng lên quá 1m trong ống 14 6 và 16 8; không qúa 0,5m trong ống 19 4 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 -13 8- ... 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 10 h 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... 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 -13 7- đến lúc bắt đầu đo ngoài ra phương pháp... 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 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 . phút) t 3 = V dx 3 +V de 3 q 3 .60 .10 00 (phút) t 2 = V de 2 q 2 .60 .10 00 (phút) t 1 = V 1 dc q 1 .60 .10 00 (phút) 7, Xác định nhiệt độ đay giếng khoan Để chọn xi măng trám phù hợp. các áp suất nh sau: Đối với cỡ ống từ 11 4, 12 7, 14 0, 14 6, 15 9, 16 8 đến 19 4 thép D thì áp suất thử 80 10 0 bar; ống 219 áp suất thử > 10 0 bar (thép D) Cột ống chống đợc xem là kín nếu nh. - 13 0 - P max = P th + P cl P th = 0,01H + 8at (Đối với 12 thiết bị bơm) P th = 0,02H + 16 at (Sử dụng 3 thiết bị bơm) P cl = (H c -h)( dx - dc ) 10 + (H- H x ) ( d - dc ) 10 Thiết