Bài giảng khoan dầu khí tập 1 part 6 ppt

- 71 - l = 2 .g.F + 4 . g 2 . G 2 +4 2 . g. q . 2 . EI 2 . q . 2 - (11) Nếu chúng ta thay các giá trị: 2 10 ; G = q . z ; g = 1000cm/S 2 và E = 2.10 6 KG/cm 2 ta sẽ có biểu thức tính chiều dài nửa nớc sóng nh sau: l = 10 . 05z + 025z 2 + 02 I . 2 q - (12) Cột cần khoan có thể xem nh một thanh dầm có đờng kính không thay đổi theo suốt chiều dài của chúng. Đầu nối có ảnh hởng tới dạng uốn của dầm trong thời gian quay. Do khối lợng cua nó lớn, các đầu nối đặc biệt sẽ chiếm các điểm có độ võng cực đại. Do vậy chiều dài của nửa bớc sóng l tính bằng biểu thức (12) lớn hơn hoặc bằng chiều dài của một đoạn cần khoan thì lấy chiều dài của một đoạn cần. Nếu l < l c thì lấy giá trị l theo tính toán. 3.4. Kiểm toán cột cần khoan Khi khoan và khi kéo thả cột cần khoan chịu tải trọng tĩnh lẫn tải trọng động. Để kiểm toán bền cột cần phải tính toán ứng suất tổng hợp tại các tiết diện nguy hiểm của cột cần. ứng suất tổng hợp này không đợc phép vợt quá ứng suất cho phép của cột cần. Khi kiểm toán cần khoan kiểu mới ngời ta kiểm toán bộ bền tĩnh, nghiên cứu hiện tợng mỏi. Các phơng pháp kiểm toán độ bền trong khoan rôto và khoan tuabin cũng khác nhau. 3.4.1. Kiểm toán bền cột cần khoan trong khoan roto: Trong khoan roto chúng ta sẽ tiến hành kiểm toán cột cần tại 2 tiết diện nguy hiểm trong trờng họp có cần nặng. Khi không có cần nặng tại 3 tiết diện ( hình vẽ a,b): Các bớc kiểm toán đợc tiến hành nh sau: 1 1 1 1 2 2 2 2 Cần nặng 3 3 a) b) - 72 - a, Xác định chiều dài cần nặng: l cn = c. G c q cn (1 - d ) , m Trong đó: (c = 1,25 ) - Là hệ số kể đến sự tăng chiều dài cần nặng trên tải trọng đáy. G c - Tải trọng đáy ( KG) q cn - Trọng lợng 1m cần nặng (kg/m) b. Kiểm tra độ bền tĩnh phần trên cột cần khoan (tại tiết diện 1 - 1). Hệ số an toàn ở tiết diện trên cùng đợc xác định bằng công thức: k = c 1,4 c - giới hạn chảy của thép cần khoan KG/cm 2 - ứng suất tổng cộng tại tiết diện trên cùng. = k 2 + 4 2 K = [ (L - l cn ) q + l cn . q cn + G] ( 1 - d ) F , KG/cm 2 = M x W x M x - mômen xoắn. W x - Modul chống xoắn. Mômen xoắn lớn nhất M x = 71620 N n .k đ ở đây: k đ - hệ số động N- Công suất quay cột cần phục vụ choòng phá đá - 73 - N = N kt + N c N kt = C. d . D 2 .L . n 1.7 ,kw ( Công suất quay cột cần khôn tải) N c = 46,4 .10 -4 .k .G c .D c n, kw( Công suất tiêu thụ cho choòng phá đá) ở đây: C . hệ số phụ thuộc vào độ cong của giếng( xem bảng 1 dới đây) Bảng hệ số phụ thuộc vào độ công của giếng khoan Bảng 5 Góc nghiêng của giếng khoan Hệ số C 3 3 5 69 1016 1825 2635 18,8.10 -5 (22,6 28,8).10 -5 (30,8 34,3).10 -5 (35,2 40,3).10 -5 (41,5 46,6).10 -5 (47,5 52,2).10 -5 D - Đờng kính ngoài cần khoan, m L - Chiều dài cần khoan, m K - Hệ số phụ thuộc vào độ mòn của choòng. Nếu choòng mới K = 0,1 Nếu choòng đã mòn K = 0,2 0,3 G c - Tải trọng đáy (T) D c - Đờng kính choòng. W x - Modul chống xoắn, W x = (D 4 - d 4 ) 16.D Chúng ta có thể tính theo công thức sau: - 74 - = 71620 . N kt + N c W x . n k đ Thông thờng phần dới của cột cần khoan chịu những ứng suất tĩnh nhỏ dần, do đó chúng ta có thể lắp ở phần dới một khoảng chiều dài nào đó loại cần có chất lợng thấp hơn. Hệ số dự trữ bền phần dới đợc tính bằng công thức sau đây: k = c1 [(l 1 - l cn ) q 1 + l cn . q cn ] ( 1 - d ) F 2 + 4 2 1,4 Trong đó: q 1 , l 1 - là trọng lợng một mét cần và chiều dài của đoạn cần phía dới. Độ dài l 1 chúng ta phải ớc chừng, nếu nh đoạn l 1 đợc chọn mà tính toán có k<1,4 thì cần phải rút ngắn bớt chiều dài lại, nếu k>>1,4 thì lại tăng chiều dài lên. Nếu cột cần đợc lắp ráp bằng 2 đoạn cần có đờng kính khác nhau thì phần dới chúng ta cũng kiểm tra độ bền nh công thức trên. Để tính toán hệ số bền (an toàn) cho tiết diện trên cùng, chúng ta dùng công thức sau đây: k = c2 [(l 1 - l cn ) q 1 + l cn . q cn +l 2 q 2 ] ( 1 - d ) F 2 + 4 2 4 c. Kiểm tra độ bền phần dới của cột cần khoan: Hệ số dự trữ phần dới của cột cần khoan đợc tính theo công thức sau: k = c 1,4 - ứng suất tổng cộng xuất hiện ở phần dới cùng của cột cần khoan. = ( n + u ) 2 .4 2 - 75 - Trong trờng hợp lắp cần nặng (tiết diện 2 - 2), n = 0. ứng suất tổng sẽ là: = n 2 + 4 2 ứng suất uốn đợc tính theo công thức: u = 2000. f. I l 2 . W u , Trong đó: f = 11 D c - D g 2 I = ( D 4 2 - d 4 ) 64 W u = ( D 4 - d 4 ) 32D l - Chiều dài nửa bớc sóng đợc tính theo công thức của Sarkisov: l = 10 . 05z + 025z + 02 I . 2 q * , m z - khoảng cách từ tiết diện trung hoà đến tiết diện kiểm tra, m q * - trọng lợng 1 cm cần khoan. Nếu phần dới cột cần có lắp cần nặng thì z = 0, nên l sẽ đợc tính nh sau: l = 10 4 02 . I . 2 q , m - vận tốc góc rad/30 0 = n 30 Giá trị ứng suất tiếp ở tiết diện dới (3-3) không có cần nặng đợc tính nh sau: = 71620 N c n . W x k đ Trờng hợp có cần nặng đợc tính là: - 76 - = 71620 . N c + N cn n . W x k đ N cn - công suất quay cần nặng không tải. 3.4.2. Kiểm toán cột cần trong khoan tuabin: Tính toán cột cần trong khoan tuabin xuất phát từ việc xác định chiều dài cho phép của cột cần khoan có tính đến trọng lợng của tuabin, cần nặng và áp lực của nớc rửa. l cn = C. G c q cn (1 - d ) , m Xuất phát từ công thức: Q cf = [ (l - l cn ) q + l cn . q cn + Q T ] (1 - d ) + P 0 . F 0 , ta có: - Chiều dài cho phép của đoạn cần khoan dới cùng (l 1 ) nh sau: l 1 = Q cf 1 - (l cn .q cn + Q T ) ( 1 - d ) - P 0 .F 0 q 1 . ( 1 - d ) + l cn , m Q cf 1 - Tải trọng kéo cho phép của đoạn cần khoan tơng ứng, đợc tính bằng công thức: Q cf 1 = c . F 1 n Trong đó: P 0 - Tổn thất áp suất bên trong cột cần, tuabin và choòng F 0 - Diện tích tiết diện lỗ thoát nớc của cần ( F 0 = d 2 4 ) F 1 - Diện tích tiết diện ngang cần khoan (chỗ cắt ren) n - Hệ số an toàn của cần khoan. ở điều kiện khoan bình thờng lấy n 1,3 ở điều kiện khoan phức tạp lấy n 1,4 Q T - Trọng lợng của tuabin - 77 - - Nếu cột cần khoan gồm nhiều đoạn có bề dày hoặc mác thép khác nhau, thì chiều dài đoạn liền kề phía trên (l 2 ) đợc tính bằng công thức sau: l 2 = Q cf 2 - Q cf 1 - P 0 . F k ' q 2 ( 1 - d ) , m l 3 = Q cf 3 - Q cf 2 - Q cf _ p 0 .F k " q 3 ( 1 - d ) , m Nh vậy: F k ,F k hiệu giữa hai tiết diện trên và dới của các đoạn cần Chiều dài tổng cộng: L = l 1 + l 2 + l 3 , m 3.5. Sử dụng cần khoan 3.5.1. Đề phòng sự mài mòn cần khoan Trong quá trình làm việc, cột cần khoan bị mài mòn do chúng tiếp xúc với thành lỗ khoan hay cột ống chống. Các vùng sinh ra ma sát nhiều nhất là: - Cần nặng, do độ hở giữa cần nặng và thành lỗ khoan nhỏ. - Cần khoan nằm trong phần của lỗ khoan cong. - Các đoạn cần khoan có độ võng cực đại. - Vùng đầu nối da mốc, nhất là da mốc cái. Để tránh sự mài mòn nhanh chóng ở đầu nối da mốc, ngời ta có thể hàn bên ngoài đầu nối da mốc bằng lớp hợp kim cứng dới dạng vành nhẫn với nhiều kiểu khác nhau (xem hình dới). a) b) c) = Phủ hợp kim cứng bên ngoài đầu nối theo các dạng khac nhau = Chú thích: a - Phủ 1 lớp 1 - đầu nối b - Phủ 2 lớp 2 - Lớp vật liệu cứng (hợp kim cứng) c - Các vòng nhẫn 3 - Lớp thép cứng 4 - Vòng nhẫn hợp kim cứng. 1 2 2 3 - 78 - + Trong khoan roto để giảm sự mài mòn cho cần khoan, cần thiết phải lắp các vòng bảo vệ đợc chế tạo bằng cao su chống mòn. Các vòng này đợc lắp vào cần khoan bên cạnh da mốc bằng một thiết bị chuyên dụng. Vì có đờng kính lớn hơn đờng kính da mốc, vòng bảo vệ cao su này có tác dụng nh gối đệm ngăn không cho da mốc cọ xát vào thành lỗ khoan hoặc ống chống. 3.5.2. Đề phòng đứt cần khoan. Đứt cần là một sự cố khá phổ biến gây nhiều khó khăn trong quá trình thi công. Loại cần khoan đợc sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là loại đợc chồn dày bên trong và lắp với da mốc có lỗ mở bình thờng hay mở rộng (3H; 3) Hiện tợng đứt cần khoan xảy ra nhiều nhất khoảng (6070%) tại vòng ren đầu tiên không ăn khớp ở đầu cần. Bởi vì tại đây có sự tập trung ứng suất, đặc biệt là ứng suất động dẫn đến gẫy cần. Hiện tợng đứt cần thờng xảy ra ở nửa đoạn dới của cột cần. Nguyên nhân chủ yếu là do thành phần ứng suất thay đổi do lực ly tâm gây ra. Vì vậy để tránh cho hiện tợng gẫy cần ta phải có các biện pháp đề phòng sau đây: - Tăng độ bền mỏi của thép cần khoan. - Gia công nhiệt luyện 2 đầu ren để tăng cơ tính đầu nối. - Sử dụng các loại cần hàn vừa bền lại vừa kín. - Dùng cần có đầu nối không tháo lắp theo phơng pháp hàn hoặc ép. + Phơng pháp hàn: 1- Mối hàn 2- Cần khoan 3- Da mốc 2 1 - 79 - Sau khi lắp đầu nối vào cần khoan, ngời ta hàn liền mép đầu nối với cần nhiều lớp liên tục để tăng độ bền cho đầu nối (Đây là kỹ thuật khó vì thép cần khác tính chất của thép hàn). + Phơng pháp ép. Tạo nên mặt tiếp xúc căng, có độ dôi ở giữa đầu nối và phần hình trụ ở thân cần. Có thể ép trực tiếp hoặc thông qua một vòng phụ. - Phơng pháp ép trực tiếp. Trong phơng pháp ép trực tiếp, ngời ta chế tạo đầu nối có đờng kính trong ở phần không cắt ren nhỏ hơn đờng kính ngoài của cần. Khi lắp là lắp nóng, khi nguội mặt tiếp xúc sẽ có độ căng nhất định. (hình vẽ dới). - Phơng pháp ép thông qua một vòng phụ: Trớc khi lắp đầu nối ngời ta lắp vào thân cần một vòng ép từ vật liệu đầu nối ở vị trí sao cho khi lắp vào khoảng cách giữa vòng phụ là 1 2mm. Ngời ta sẽ cuốn sợi axebet vào khoảng này để ngăn cách mối hàn với thân cần khoan. Sau đó hàn nối giữa vòng ép (3) và đầu nối (2) qua mối hàn (5) (hình vẽ b). - Các phơng pháp ép đầu nối vào cần khoan a - Phơng pháp ép trực tiếp. b - Phơng pháp ép thông qua một vòng phụ. 1 - Cần khoan 2 - Đầu nối da mốc 3 - Vòng ép phụ. 5 - Lớp hàn 4 - Lớp axbet 1 2 Phần không tiện ren ở đầu nối 1 2 4 5 - 80 - 3.5.3. Chuẩn bị cần khoan: Trớc khi vận chuyển đến khoan trờng cần khoan phải đợc kiểm tra sơ bộ ở kho cần ống, đặc biệt lu ý ở đầu ren nối đầu tiên bằng mắt thờng sau đó bằng Calip. Ren không nứt đảm bảo liền và kín. Da mốc đợc lắp vào đầu cần tại xởng. Trớc khi lắp phải chải thật sạch đầu ren, bôi trơn và xếp thành từng bộ. Lắp da mốc ở trạng thái nguội hoặc nóng có 3 phơng pháp lắp: - Lắp bằng tời khoan. - Lắp bằng máy chuyên dụng. - Lắp bằng tay (da mốc đợc đốt nóng). Hai phơng pháp đầu lắp ở trạng thái nguội, lắp bằng tời có nhiều nhợc điểm là quá trình vặn không đợc liên tục, mô men vặn tuỳ tiện. Nếu da mốc không đợc vặn chặt thì trong quá trình khoan da mốc lại bị vặn thêm vào. Hiện tợng vặn thêm dới tác dụng của tải trọng chiều trục và mômen uốn làm cho ren dễ bị hỏng. Vì vậy việc lắp da mốc vào cần ở lỗ khoan cần hết sức hạn chế. Lắp da mốc ở trạng thái nóng là phơng pháp tốt nhất. Quá trình lắp nh sau: Các da mốc và cần ở trạng thái nguội không bôi trơn và vặn chết bằng tay. Sau đó đánh dấu mặt đầu của da mốc lên cần khoan. Dựa vào vạch dấu này mà vặn da mốc ở trạng thái nóng. Tháo da mốc cho vào lò nung nóng ở nhiệt độ khoảng 400 0 C. Trớc khi vặn da mốc phải bôi trơn ren cần khoan. Vặn da mốc cho đến khi mặt đầu của nó trùng với vạch đã đánh dấu trên cần. Lu ý không đợc vặn quá để tránh rạn nứt. Việc lắp da mốc ở trạng thái nóng bảo đảm mối nối chắc chắn và kín. [...]... giếng khoan 4 .1 Chống ống giếng khoan Chống ống là công tác gia cố giếng khoan bằng cách đưa vào giếng những cột ống chống được tạo thành bằng những ống kim loại nối với nhau bằng ren hoặc hàn ở mỗi giếng khoan có thể chống từ 1 đến 2 cột ống, cũng có thể phải chống nhiều hơn, đến 4 hoặc 5 cột ống, tuỳ thuộc vào mục đích, chiều sâu và điều kiện địa tầng của mỗi giếng 4 .1. 1 Cấu trúc giếng khoan Giếng khoan. .. gờ mắc êlêvatơ của các da mốc -82- Chương IV Chống ống và trám xi măng Khi khoan các giếng khoan dầu khí cần thiết phải tiến hành công tác chống ống và trám xi măng Với mục đích: - Giữ cho thành lỗ khoan không bị sập lở - Cách ly giữa các vỉa dầu và khí với nhau cũng như cách ly các tầng chứa nước v.v Điều đó đảm bảo cho dầu khí chảy từ vỉa vào giếng nâng lên miệng không bị hao hụt Người ta cách ly... Vậy cấu trúc của giếng khoan bao gồm: - Cấu trúc của các cột ống chống (số lượng loại, chiều sâu thả, đường kính) - Choòng khoan sử dụng (loại choòng, đường kính) - Khoảng trám xi măng (chiều cao trám kể từ đế ống chống HC 4 .1. 1 .1 Sơ đồ chống ống tổng quát Trong quá trình khoan hiện đại, chống ống mang một đặc tính không liên tục Khi khoan đến hết chiều sâu nào đó phải ngừng khoan, tiến hành thả ống... khoan Giếng khoan dầu khí được coi như một công trình xây dựng cơ bản, thi công theo một đề án được duyệt Yếu tố xuất phát cơ bản để lập thiết kế kỹ thuật là chọn lựa và xây dựng cấu trúc của giếng khoan Cấu trúc giếng khoan được tạo thành bởi một số cột ống chống có đường kính và chiều dài khác nhau thả lồng vào nhau trong lỗ khoan, kết hợp với những cỡ choòng khoan tương ứng dùng để khoan -83- Vậy cấu... việc của cần (số giờ khoan) Tuỳ theo độ mòn của cần người ta chia ra làm 3 loại: - Cần loại I - để khoan những giếng khoan sâu hay phức tạp - Cần loại II- để khoan những giếng có độ sâu trung bình - Cần loại III - để khoan những giếng có độ sâu nhỏ Khi lắp cần dựng chú ý cho chiều dài phải bằng nhau, không để đầu ren va đập vào bàn roto hay các vật kim loại khác trên sàn làm việc Khi khoan tua bin phải... dịch khoan đối với tầng nước trên mặt Tạo kênh dẫn cho dung dịch chảy vào máng Bảo vệ không cho dung dịch xới sập nền khoan và móng thiết bị Đường kính thông thường từ 500 60 0 mm, nhô cao hơn mặt đất khoảng 1, 52m Phương pháp thi công: Được đưa vào giếng khoan qua một cái hố hình chữ nhật sau đó đổ bê tông khoảng không ngoài ống và thành hố đã đào Được thực hiện đối với những ống có chiều sâu nhỏ (46m)... trám xi măng Sau đó tiếp tục khoan với choòng có đường kính bé hơn đường kính trong của ống chống thả trước đó và quá trình lại được lặp lại Sơ đồ chống ống một lỗ khoan bao gồm: 2 2 3 4 4 = Sơ đồ ống chống đơn giản= 1 ống định hướng ; 2 ống dẫn hướng ; 3 ống trung gian (hay gọi là ống kỹ thuật) ; 4 ống chống khai thác 1 ống định hướng: Có tác dụng định hướng ban đầu cho lỗ khoan, ngăn cản sự sập lở của... nhằm tránh gây ra sự cố đáng tiếc 3.5.5 Sửa chữa cột cần khoan Sau khi thi công xong một giếng khoan, các bộ cần khoan và cần chủ đạo được đưa về xưởng để kiểm tra Sau đó phải thử rò để phát hiện các hỏng hóc khác Trong xưởng sửa chữa tiến hành các công việc sau: + Nắn thẳng các cần khoan và cần chủ đạo + Uốn cong các cần định hướng đặc biệt - 81- + Phục hồi các bề mặt mài mòn của các chi tiết + Hàn...3.5.4 Sử dụng cần khoan Cần khoan mới lắp được xếp thành từng bộ Cho đến khi hết giá trị sử dụng chúng vãn nằm trong bộ ấy Trong mỗi bộ đều giống nhau về đường kính , chiều dài, bề dày và mác thép để nhằm tăng hiệu quả sử dụng và để loại bỏ đồng đều Chiều dài của một bộ thường là : 250m Tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng cần khoan là: + Độ mòn của cần khoan (tức là mức độ giảm đường kính . giếng khoan Hệ số C 3 3 5 69 10 16 18 25 263 5 18 ,8 .10 -5 (22 ,6 28,8) .10 -5 (30,8 34,3) .10 -5 (35,2 40,3) .10 -5 ( 41, 5 46, 6) .10 -5 (47,5 52,2) .10 -5 D - Đờng kính ngoài cần khoan, . c1 [(l 1 - l cn ) q 1 + l cn . q cn ] ( 1 - d ) F 2 + 4 2 1, 4 Trong đó: q 1 , l 1 - là trọng lợng một mét cần và chiều dài của đoạn cần phía dới. Độ dài l 1. - 71 - l = 2 .g.F + 4 . g 2 . G 2 +4 2 . g. q . 2 . EI 2 . q . 2 - (11 ) Nếu chúng ta thay các giá trị: 2 10 ; G = q . z ; g = 10 00cm/S 2 và E = 2 .10 6 KG/cm 2 ta