Bài giảng khoan dầu khí tập 1 part 2 pps

- 15 - vậy trong quá trình quay các chóp xoay sẽ có sự dịch chuyển lên xuống và tác dụng va đập từng phần lên đáy. Nhờ thế mà chóp xoay tác dụng lên đáy cả tải trọng tĩnh lẫn tải trọng động. Tuỳ theo hình dạng của chóp xoay và vị trí tơng đối giữa trục của choòng và trục của chóp xoay mà tác dụng của răng choòng lên đất đá ở đáy là đập thuần tuý hoặc đập cộng với cắt. Trong quá trình quay xung quanh trục của mình và trục của choòng, các chóp xoay thực hiện một chuyển động phức tạp. Hình 6 : Phân tích sự chuyển động của chóp xoay Khi quay choòng quanh trục OA theo chiều kim đồng hồ với tốc độ OA các chóp xoay sẽ lăn và quay quanh trục OB ngợc chiều kim đồng hồ với tốc độ OB . Chuyển động tuyệt đối của chóp xoay (tổng hợp 2 chuyển động trên) là chuyển động quanh trục tức thời MN với tốc độ MN . Trục MN đi qua giao điểm O (giữa trục choòng và trục chóp xoay) và O 1 (là tiếp điểm giữa răng choòng với mặt đáy lỗ khoan). Mọi điểm nằm trên trục quay tức thời đều đứng yên. Mọi điểm nằm ngoài trục quay tức thời MN đều chuyển động trên đờng tròn bán kính bằng khoảng cách từ điểm đó đến MN. Khi chuyển động quay quanh trục quay tức thời, các chóp xoay cắt đất đá. Cờng độ trợt của choòng đợc đánh giá bằng hệ số trợt K (là tỷ số giữa diện tích trợt của choòng và M A B N b b a a O OB MN O 1 O 1 B a OA - 16 - diện tích đáy sau 1 vòng quay). Dựa vào vị trí tơng đối giữa các trục của chóp xoay ngời ta có thể phân ra: * Choòng có tác dụng đập thuần tuý: Là choòng có đờng sinh của chóp xoay trùng với trục tức thời MN hay đỉnh của côn trùng với tâm lỗ khoan (có hệ số trợt = 0). Choòng khoan chạy trục: Chóp có thể đơn côn hoặc đa côn. Trờng hợp đơn côn nhng có đỉnh vợt ra ngoài hay hụt vào trong tâm lỗ khoan đều đợc gọi là choòng chạy trục. Loại choòng này ngoài tác dụng đập còn có hiện tợng trợt vuông góc với đờng sinh. Khoảng chạy trục f càng lớn thì trợt càng nhiều. Nếu chóp đa côn, hiện tợng trợt đợc xem xét cho từng côn riêng rẽ. Côn nào có đỉnh nằm ở tâm sẽ không có hiện tợng trợt và ngợc lại. * Choòng lệch trục: Choòng lệch trục là choòng mà trục của chóp xoay và trục của choòng không giao nhau, nhằm tăng cờng hệ số trợt K (dọc + ngang) N B A M O Hình 7 O b,Choòng vợt trục a,Choòng hụt trục O Hình 8 - 17 - Hiện tợng lệch trục đợc xem là lệch dơng (a) nếu lệch về phía chiều quay của choòng. Trờng hợp ngợc lại (b) là lệch âm. Nh vậy nếu choòng lệch trục lại thêm hiện tợng trợt dọc hớng vào trong (lệch dơng) và trợt dọc hớng ra ngoài (lệch âm). Tóm lại: Dựa vào đặc tính phá huỷ của choòng ta có thể phân ra 3 nhóm: Choòng có tác dụng đập thuần tuý, choòng đập + cắt và choòng có tác dụng đập + cắt + dọc. Khi nghiên cứu sự làm việc của choòng ta cần quan tâm tới các khả năng trợt ngẫu nhiên và trợt cỡng bức. Choòng tự làm sạch: Sự cần thiết tăng hệ số trợt và thể tích côn sẽ dẫn đến sự xâm nhập lẫn nhau giữa các chóp. Nghĩa là hàng răng của chóp này đi vào rãnh giữa 2 hàng răng của chóp kia ngăn ngừa sự lấp nhét mùn khoan ở các choòng này. Hiện tợng đó đợc gọi là tự làm sạch. Hệ số phủ (): Là tỷ số giữa tổng chiều dài của các răng của 1 chóp tiếp xúc với đáy lỗ khoan ở một thời điểm nào đó và bán kính của choòng khoan. Với choòng thờng dùng có = 1,2 1,5 Đất đá càng mềm, dẻo thì dùng choòng có hệ số phủ càng lớn và ngợc lại. + Phơng pháp phân loại choòng chóp xoay: Để đáp ứng với sự đa dạng của điều kiện địa chất ở các nớc ngời ta chế tạo ra rất nhiều những loại choòng có đặc tính làm việc phù hợp. Theo OCT ngời ta phân ra 4 loại chính là: mềm, trung bình, cứng và rắn tơng ứng với các ký hiệu chữ cái là: M, C, T và K. Bên cạnh đó còn chế a, lệch trục dơng O O b, lệch trục âm - 18 - tạo ra các loại choòng liền kề để phù hợp với điều kiện đất đá cứng mềm và mài mòn xen kẹp. Cụ thể theo GOST - 20692-75 đợc thể hiện ở bảng dới đây (bảng 1). Ngoài các ký hiệu đợc nêu trong bảng còn các ký hiệu khác nh: B: Các ổ đỡ rãnh lăn, H: Một ổ đỡ trợt, các ổ đỡ còn lại là ổ đỡ có rãnh lăn, A: ổ đỡ trợt, U: Choòng có nớc rửa thờng, : Choòng có vòi phun thuỷ lực, : Choòng khoan thổi khí, v.V - 19 - Bảng phân loại choòng 3 chóp xoay theo GOST. 20692-75 bảng 1 Loại choòng Phạm vi sử dụng Dạng răng M Đất đá mềm Răng phay MZ Đất đá mềm, mài mòn Răng chốt MC Đất đá mềm có các lớp kẹp cứng vừa Răng phay MCZ Đất đá mềm mài mòn có các lớp kẹp cứng vừa Răng phay và răng chốt C Đá cứng trung bình Răng phay CZ Đá cứng trung bình có mài mòn Răng chốt CT Đá cứng trung bình có các lớp kẹp cứng Răng phay T Đá cứng Răng phay TZ Đá cứng mài mòn Răng phay TK Đá cứng có xen kẹp rắn Răng phay và răng chốt TKZ Đá cứng xen kẹp rắn mài mòn, liền khối Răng chốt K Đá rắn mài mòn Răng chốt OK Đá rất rắn mài mòn Răng chốt C1 Đá cứng trung bình và giòn Răng phay (1 chóp đờng kính) Ngoài ra theo tiêu chuẩn phơng Tây, cụ thể là theo hiệp hội các nhà thầu khoan (IADC) phân loại choòng 3 Chóp xoay bằng 4 ký hiệu gồm 3 chữ số và 1 chữ cái. Qua đó ta có thể phân biệt đợc loại choòng phù hợp với từng loại đất đá khi khoan. Ví dụ có loại choòng ATJ 22 của hãng Hughes có mã hiệu 5 - 1 - 7 (G) đợc hiểu là: 5: Choòng răng nhọn để khoan trong đá mềm và hơi mềm 1: Loại có độ cứng thấp - 20 - 7: Mảnh bảo vệ trên đờng kính và các ổ lăn trơn (nhẵn), G: Có bảo vệ tăng cờng (chống mòn đờng kính ngoài) Phân loại choòng chóp xoay theo mã hiệu IADC Bảng 2 Loại Loại đất đá Hạng ổ lăn tiêu chuẩn ổ lăn tiêu chuẩn thổi khí Mảnh bảo vệ chóp xoay ổ lăn kín Mảnh bảo vệ ổ lăn kín ổ lăn trơn Mảnh bảo vệ ổ lăn trơn 1 2 3 4 5 6 7 Dụng cụ răng phay 1 Đất đá mềm có độ khoan thấp 1 2 3 4 2 Đất đá mềm trung bình đến cứng trung bình sức kháng nén cao 1 2 3 4 3 Đất đá nửa mài mòn hoặc mài mòn 1 2 3 4 Dụng cụ răng chốt 4 Đất đá mềm có sức kháng nén thấp và độ khan cao 1 2 3 4 5 Đất đá mềm đến cứng trung bình sức kháng nén thấp 1 2 3 4 6 Đất đá cứng trung bình có sức kháng nén cao 1 2 3 4 7 Đất đá cứng nửa mài mòn đến mài mòn 1 2 3 4 8 Đất đá rất rắn và mài mòn lớn 1 2 3 4 - 21 - 1.2.4. Các loại choòng đặc biệt: + Choòng đầu nhọn: Dùng để khoan chuyển đờng kính từ lớn sang nhỏ, khoan phá nút xi măng trong ống chống, dùng để cứu sự cố (ha) + Choòng lệch tâm: Dùng để khoan mở lỗ nhánh trong trờng hợp cần có lỗ khoan đờng kính lớn hơn đờng kính đã cho (hb) + Choòng lỡi xoắn: Dùng để khoan xiên giếng khoan trong trờng hợp khoan bằng phơng pháp khoan roto có sử dụng máng nghiêng (hc) c, Choòng xoắn Hình 11 d, Choòng doa rộng a, Choòng đầu nhọn Hình 10 b, Choònh lệch tâm - 22 - + Choòng doa rộng: Là loại choòng dùng để mở rộng đờng kính thân lỗ khoan. Thờng có 2 loại: Loại cấu tạo cánh để doa trong đất đá mềm, loại bằng chóp xoay để doa trong đất đá cứng (h.D) + Choòng khoan mẫu: Là loại choòng phá huỷ đất đá ở đáy theo hình vành khăn sát thành lỗ khoan để lại mẫu lõi ở giữa: Choòng lấy mẫu có nhiều kiểu cấu trúc khác nhau. Loại lỡi cắt choòng kim cơng loại 4 chóp xoay có độ cứng cũng rất khác nhau phù hợp với từng loại đất đá khoan qua. Choòng khoan mẫu đợc lắp phía dới của ống mẫu bằng ren (h12) 1.3. Phơng pháp lựa chọn choòng khoan. Do tính chất rất khác nhau về độ cứng, độ mài mòn của đất đá cũng nh sự đa dạng, phong phú về chủng loại nên việc lựa chọn đợc choòng thật phù hợp cho từng đối tợng đất đá là công việc rất khó khăn và hầu nh không thể. ở đây ta chia ra 2 trờng hợp: 1.3.1.Đối với lỗ khoan thăm dò: Cột địa tầng mới chỉ là dự kiến sơ bộ các tính chất cơ lý của đất đá (cha hiểu rõ) và sự thay đổi đột ngột của chúng thờng gây rất nhiều khó khăn cho việc sử dụng choòng. Việc lựa chọn choòng ở đây hoàn toàn mang tính chất giả định. Vì vậy phải kết hợp chặt chẽ với sự phán đoán của kỹ thuật địa chất để làm cơ sở lựa chọn chủng loại hợp lý. Trong trờng hợp này các chủng loại choòng cần đợc chuẩn bị nhiều hơn để đề phòng mọi trờng hợp phát sinh bất ngờ. Hình 12 Choòng khoan mẫu - 23 - 1.3.2.Đối với các giếng khoan khai thác: Cột địa tầng đã biết trớc một cách khá chính xác về tính chất cơ lý, độ cứng và bề dày các lớp đất đá. Vì thế ta có thể chủ động lựa chọn đợc choòng phù hợp. Đối với một loại đất đá cụ thể ở chiều sâu nhất định có thể có nhiều loại choòng có khả năng phá huỷ tốt. Vì vậy công việc nghiên cứu mang tính so sánh đợc thực hiện ở giếng khoan đầu tiên sẽ tạo ra điều kiện thuận lợi cho phép thực hiện ở những giếng khoan khai thác tiếp theo đạt đợc hiệu quả cao về thời gian khoan cũng nh kinh tế. ở đây ta xem loại choòng khoan hợp lý nhất là choòng cho phép đạt giá thành 1m khoan thấp nhất trong điều kiện kỹ thuật tốt. Sau đây là những ví dụ để so sánh trong việc lựa chọn choòng phù hợp với địa tầng khoan qua: Ta đã biết, giá thành 1m khoan đợc tính nh sau; (G m ): G m = G c + G h (t c + t nt ) h ; VND/m Trong đó: G m - Giá thành 1m khoan G c - Giá thành của choòng G h - Giá thành 1 giờ làm việc của thiết bị khoan t c - Thời gian khoan thuần tuý t nt - Thời gian nâng thả h - Số lợng m khoan đợc Ví dụ1: Một choòng A loại hơi cứng khoan đợc 41m trong 17h. Cũng trong địa tầng ấy, một choòng B khác hơi mềm hơn khoan đợc 35m trong 12h. Trong khi đó đợc biết: giá 1h thuê thiết bị là: 8.000.000đ, giá thành choòng A = giá thành choòng B = 17.000.000 đ. Thời gian nâng thả hết 4 h 00. Từ kết quả trên ta tính đợc Đối với choòng A: G mA = 17.000.000 + 8.000.000 (17+4) 41 = 4.512.195 đ/m - 24 - Đối với choòng B: G mB = 17.000.000 + 8.000.000 (12+4) 35 = 4.142.857 đ/m Nh vậy việc sử dụng choòng B kinh tế hơn so với choòng A Ví dụ 2: Về sự lựa chọn giữa choòng chóp xoay và choòng kim cơng. Giếng khoan 1: Cần 3 choòng chóp xoay mới khoan đợc 310m trong 126 h , nh vậy 1 choòng trung bình khoan đợc 103m trong 42 h . Giá trung bình 1 choòng là 35.200.000 đ. Giá 1 h thuê thiết bị là: 12.500.000đ, thời gian kéo thả trung bình là: 12h Từ đó ta tính đợc: G m = 35.200.000 + 12.500.000 (42 + 12) 103 = 6.895.146 đ/m Giếng khoan thứ 2: Một choòng kim cơng khoan đợc 330m trong thời gian 117h giá choòng là: 500.000.000 đ (bằng giá thành choòng mới trừ đi giá kim cơng thu hồi đợc). Các điều kiện khác giống giếng khoan thứ nhất Vậy ta tính đợc G m là G m = 500.000.000 đ + 12.500.000 đ (117 + 12) 330 = 6.401.512 đ/m Nh vậy rõ ràng trong trờng hợp này nên chọn choòng kim cơng để khoan sẽ kinh tế hơn. 1.4. Phơng pháp loại bỏ choòng khoan hợp lý: Việc loại bỏ choòng khoan hợp lý có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật rất lớn. Giá thành 1m khoan phụ thuộc phần lớn vào mức độ hợp lý của việc thay choòng đúng thời điểm. Việc giảm thời gian làm việc của choòng trên đáy cho phép tăng đợc tốc độ cơ học cực đại, nhng việc thay choòng lại không thể căn cứ vào tốc độ cơ học đợc mà phải căn cứ vào tốc độ hiệp (v h ) sao cho v h đạt cực đại. v h = h t c + t nt (1) [...]... gian mỗi 15 như sau: h1 5 vh1 = t + t = = = 2, 22 (m/h) 025 + 2 c1 nt vh2 = 5+4 = 3,6 m/h 05 + 2 vh3 = 5+4+3 = 4,37 m/h 075 + 2 vh4 = 5 + 4 + 3 + 25 = 4,83 m/h 1+ 2 vh5 = 5 + 4 + 3 + 25 + 2 = 5,08 m/h 12 5 + 2 vh6 = 5 + 4 + 3 + 25 + 2 + 15 = 5 ,14 m/h 15 + 2 vh7 = 5 + 4 + 3 + 25 + 2 + 15 + 1 = 5,07 m/h 17 5 + 2 vh8 = (5 + 4 + 3 + 25 + 2 + 15 + 1 + 0,5) = 4,87 m/h 2+ 2 vh9 = 5 + 4 + 3 + 25 + 2 + 15 + 1 + 05... = 19 ,8m i 1 Tổng thời gian khoan thuần tuý sẽ là: tc = 9 x 0 ,25 = 2, 25 h Tổng thời gian sẽ là: tc + tnt = 2, 25 + 2 = 4 ,25 h Như vậy sẽ chênh lệch thời gian là: 4 ,25 - 3,5 = 0,75 h Cùng với thời gian này nếu thay choòng mới thì sẽ khoan được số mét tăng thêm là: 5 + 4 + 3 = 12 m Tổng số mét khoan được bằng 2 choòng trong trường hợp đầu tiên sẽ là: 18 + 12 = 30m, còn trường hợp thứ 2 chỉ là 19 ,8m và hiệu... m/h 22 5 + 2 -27 - Từ kết quả tính toán ta thấy vh6 = 5 ,14 m/h có giá trị cực đại với chiều 6 sâu khoan được là h i = 5 + 4 + 3 + 2, 5 + 2 + 1, 5 = 18 m i 1 Thời gian khoan thuần tuý là tc = 6 x 0 ,25 = 1, 5 h Tổng thời gian là: tc + tnt = 1, 5 + 2 = 3,5h Giả sử như sau khi khoan ở tốc độ hiệp vh9 = 4,66 m/h mới thay choòng sẽ hoàn toàn không phù hợp vì ta thấy ngay rằng 9 Chiều sâu khoan được là h i = 19 ,8m... lỗ khoan Thông thường hệ số k được tính theo công thức sau: vch ln v k= t 0 (7) Ta có thể xem một ví dụ cụ thể của việc cần thiết phải thay choòng mới sau đây: -26 - Nội dung là: Hãy tính thời gian cần thiết để thay choòng mới khi chiều sâu khoan là: 10 00m tnt = 2h Cứ sau mỗi 15 thân lỗ khoan lại tiến sâu được như sau: h1 = 5m; h2 =4m; h7 = 1m; h8 = 0,5m; h9 = 0,3m h3 = 3m; h4 = 2, 5m; h5 = 2m; h6 = 1, 5m...Từ (1) ta có thể phân tích thành (2) 1 tc tnt vh = h + h (2) Trong đó: vh - Tốc độ hiệp tc - Thời gian khoan thuần tuý tnt - Thời gian nâng thả h - Số mét khoan được Biểu thức (2) biểu thị sự phân bố thời gian để thực hiện được 1m trong 1 hiệp khoan t - Khi tăng thời gian làm việc của choòng trên đáy, thành phần c tăng h 1 tnt lên và h sẽ giảm xuống kết quả là v... thức (3) chúng ta có thể tính được tiến độ sau 1 hiệp -25 - t t h = v ch dt v 0 e kt dt 0 0 v0 1 e kt k (4) Thay giá trị ở (4) vào (1) ta tính được vh là: v0 (1 - e-kt) vh = k (t + t ) c nt (5) Từ (5) ta có nhận xét: tốc độ hiệp phụ thuộc vào chất lượng choòng khoan, chế độ khoan, độ cứng đất đá và chiều sâu của lỗ khoan ở một độ sâu xác định của lỗ khoan ta biết trước v0, tnt và hệ số k và có... là: 5 + 4 + 3 = 12 m Tổng số mét khoan được bằng 2 choòng trong trường hợp đầu tiên sẽ là: 18 + 12 = 30m, còn trường hợp thứ 2 chỉ là 19 ,8m và hiệu quả sẽ tăng được số mét khoan là 30m - 19 ,8m = 10 ,2m vẫn cùng một thời gian thi công -28 - ... gọi là thời gian khoan kinh tế, hay còn được xem là thời gian loại bỏ choòng hợp lý Vch,Vh(m/h) vh Vch t(h) tkt Hình 13 Quan hệ giữa vh, vch với thời gian làm việc của choòng Thời gian kinh tế (tkt) của choòng được xác định theo công thức tkt = 13 tnt k (6) Từ công thức (6) ta thấy rằng để tính được tkt ta cần phải biết được tnt và hệ số k Hệ số k phụ thuộc vào chất lượng choòng, chế độ khoan, độ cứng... thời gian làm việc của choòng trên đáy, thành phần c tăng h 1 tnt lên và h sẽ giảm xuống kết quả là v tăng lên vh giảm xuống h tnt - Khi giảm thời gian làm việc của choòng trên đáy thì h sẽ tăng lên rất 1 tc nhiều hơn hẳn mức độ giảm xuống của h , kết quả là v tăng lên suy ra vh h giảm đi Như vậy không thể đạt được vh cực đại khi kéo thật dài hoặc rút thật ngắn thời gian làm việc của choòng trên đáy Do . 3 + 25 + 2 12 5 + 2 = 5,08 m/h v h6 = 5 + 4 + 3 + 25 + 2 + 15 15 + 2 = 5 ,14 m/h v h7 = 5 + 4 + 3 + 25 + 2 + 15 + 1 17 5 + 2 = 5,07 m/h v h8 = (5 + 4 + 3 + 25 + 2 + 15 + 1 + 0,5). gian mỗi 15 nh sau: v h1 = h 1 t c1 + t nt = = 5 025 + 2 = 2, 22 (m/h) v h2 = 5 + 4 05 + 2 = 3,6 m/h v h3 = 5 + 4 + 3 075 + 2 = 4,37 m/h v h4 = 5 + 4 + 3 + 25 1+ 2 =. trung bình là: 12 h Từ đó ta tính đợc: G m = 35 .20 0.000 + 12 .500.000 ( 42 + 12 ) 10 3 = 6.895 .14 6 đ/m Giếng khoan thứ 2: Một choòng kim cơng khoan đợc 330m trong thời gian 11 7h giá choòng