nghiên cứu sự mòn của chồng khoan trong khoan dầu khí. tính toán sử dụng hợp lý chồng khoan

Tài liệu tham khảo nghiên cứu sự mòn của chồng khoan trong khoan dầu khí. tính toán sử dụng hợp lý chồng khoan

Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất MỞ ĐẦU Cơng nghiệp dầu khí ngành kinh tế mũi nhọn non trẻ đất nước ta Sản lượng dầu thô khai thác từ mỏ Bạch Hổ không ngừng tăng, với sản lượng từ mỏ phát mỏ Đại Hùng, Rồng, Rạng Đơng… Đã đóng góp phần khơng nhỏ cho phát triển kinh tế quốc dân Ngoại tệ thu cho đất nước từ việc suất khNu dầu thô đạt tỷ USD/năm N hìn vào số thống kê ta thấy phát triển vượt bậc ngành công nghiệp dầu khí điều kiện sở vật chất trang thiết bị phục vụ cho cơng tác tìm kiếm, thăm dị khai thác dầu khí cịn nhiều hạn chế so với nước khác khu vực giới khẳng định trưởng thành ngành thời gian qua Để đạt mục tiêu đề nhiệm vụ cấp bách ngành dầu khí tiếp tục đNy mạnh cơng tác tìm kiếm thăm dị bể trầm tích khNn trương đưa mỏ phát trữ lượng thương mại vào khai thác, thách thức lớn ngành, biểu tập trung cao độ đầu tư ( hàng tỷ USD) để thực khối lượng công việc khổng lồ mà thực tế tiến hành phần năm vừa qua Mặt khác điều kiện địa chất đặc thù vùng mỏ, chủ yếu dầu khí khai thác từ tầng móng độ sâu lớn có nhiệt độ áp suất cao Cho nên việc tiến hành khoan lỗ khoan thăm dò khai thác dầu khí gặp khơng khó khăn phức tạp, địi hỏi phải có trình độ khoa học kỹ thuật cao với trang thiết bị nâng cao tốc độ khoan nhằm tăng hiệu rút ngắn thời gian thi công Một dụng cụ khoan quan trọng định đến thành công trình khoan chng khoan Trong năm gần độ bền tuổi thọ choòng khoan tăng lên đáng kể sử dụng ngày rộng rãi loại chng kiểu có gắn hợp kim cứng vật liệu siêu cứng cho hiệu khoan cao Chng chóp xoay loại dụng cụ phá hủy đất đá chủ yếu để thi công giếng khoan tìm kiếm, thăm dị khai thác dầu khí, loại chng ba chóp xoay tỏ hiệu cả, chiếm khoảng 86% - 95% khối lượng choòng khoan sử dụng ngành dầu khí Trước ta thường dùng loại chng khoan Liên Xô (cũ) sản suất, năm gần guyễn Văn Hải Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất sử dụng rộng rãi loại choòng khoan Mỹ, Pháp, N hật… N hìn chung loại chng Mỹ tỏ ưu việt chng khoan N ga song khơng ổn định bằng: Có chng khoan 600m đến 800m, có chng khoan 50m đến 70m Lý nhà sản xuất chng khoan chưa có thiết kế phù hợp với điều kiện địa chất thi công vùng mỏ nước ta, đồng thời việc lựa chọn choòng khoan nước ta chưa có đủ sở khoa học thực tiễn Vì vậy, việc đánh giá hiệu làm việc chng khoan chóp xoay để sử dụng chúng cách hợp lý nhiệm vụ cấp bách hàng đầu nhằm nâng cao hiệu khoan, giảm giá thành khoan thăm dị khai thác dầu khí Việt N am Là sinh viên thuộc môn Thiết bị Dầu khí Cơng trình, khoa Dầu Khí, trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Hà N ội sau thời gian học tập nghiên cứu trường thực tập Xí nghiệp khoan sửa giếng Vietsovpetro, hướng dẫn nhiệt tình thầy N guyễn Văn Giáp em định chọn đề tài: ˝ ghiên cứu mòn choòng khoan khoan dầu khí Tính tốn sử dụng hợp lý chng khoan ˝ N hiệm vụ đề tài trước hết giới thiệu sơ chủng loại cấu tạo số loại choòng Tổng hợp, phân tích lý thuyết thực tế chng chóp xoay để đánh giá hiệu làm việc choòng , từ làm sở cho việc lựa chọn chng khoan thích hợp với điều kiện địa chất kỹ thuật cụ thể nước ta nhằm đạt suất khoan cao, tiết kiệm chi phí, hạ giá thành khoan Cấu trúc đề tài bao gồm phần mở đầu, chương nội dung, phần kết luận, tài liệu tham khảo, trình bày 84 trang với 14 bảng biểu, 42 hình vẽ Đề tài hồn thành trường Đại học Mỏ - Địa Chất hướng dẫn thầy guyễn Văn Giáp - Bộ môn Thiết bị Dầu khí Cơng trình Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo guyễn Văn Giáp - Bộ mơn Thiết bị Dầu khí cơng trình, anh chị thuộc xí nghiệp khoan sửa giếng Vietsovpetro, thầy cô giáo môn Thiết bị Dầu khí Cơng trình, mơn Khoan Khai thác, mơn Cơ khí, mơn Máy Thiết bị Mỏ trường Đại Học Mỏ - Địa guyễn Văn Hải Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất Chất Hà N ội toàn thể bạn sinh viên giúp đỡ tác giả hoàn thành tốt đề tài Trong trình làm đề tài, mức độ tìm hiểu dạng ngun lí, tài liệu hạn chế chưa trực tiếp sử dụng thực tế nên đề tài nhiều thiếu sót Rất mong góp ý thầy cô bạn đồng nghiệp Xin chân thành cảm ơn ! Hà nội, tháng năm 2011 Sinh viên thực guyễn Văn Hải guyễn Văn Hải Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất CHƯƠG TỔG QUA VỀ SỬ DỤG CHOÒG KHOA Ở VIETSOVPeTRO 1.1 Các loại choòng thường sử dụng Vietsovpetro 1.1.1 Tổng quan choòng khoan Choòng khoan dụng cụ khoan, phận lắp đặt tổ hợp thiết bị đáy với chức phá hủy đất đá để tạo thành lỗ khoan phục vụ cho cơng tác tìm kiếm thăm dị khai thác khống sản có ích vỏ trái đất Trong công tác khoan thăm dị khai thác dầu khí chng khoan đóng vai trị quan trọng định đến thành cơng q trình khoan Chính mà việc lựa chọn sử dụng choòng khoan cách hợp lý có hiệu quan tâm mức cơng tác khoan Choòng khoan Cần nặng Cần khoan Ống chống Giá đựng cần Đối áp Tháp khoan Sàn khoan Ròng rọc tĩnh 10 Cáp khoan 11 Bàn xoay 12 Tời khoan 13 Máy bơm 14.Máy phát điện guyễn Văn Hải Deleted: bề mặt Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất Hình 1.1 Ví trí chng khoan tổ hợp thiết bị khoan Về mặt cấu trúc chng khoan gồm phận : Phần hoạt động, phận dẫn dung dịch phần lắp nối Riêng loại choòng chóp xoay cịn có thêm phận đặc thù hệ thống ổ tựa chóp xoay - Phần lắp nối: Là phận để nối choòng khoan với phần cột cần khoan chuyền lượng cần thiết cho phần hoạt động thông qua đầu nối trực tiếp ren, ren ngồi ren tùy theo kích thước chng N ếu chng có kích thước lớn nối ren cịn chng có kích thước nhỏ nối ren - Phần hoạt động: Là phần tác dụng trực tiếp với đất đá để phá hủy, chúng làm dạng nêm lưỡi cắt, hợp kim cứng định hình, hạt kim cương…Chúng bố trí theo mặt tiếp xúc với đáy thành lỗ khoan nhằm tạo cho lỗ khoan có hình dáng đường kính định Đặc tính nguyên tắc phần hoạt động phụ thuộc vào đất đá - Hệ thống dẫn dung dịch: Là khoảng trống thân choòng với lỗ dẫn chất lỏng xuống đáy bố trí với tác dụng giải phóng mùn khoan, làm đáy lỗ khoan đồng thời có tác dụng làm mát chng khoan N ếu tốc độ dòng chất lỏng qua khỏi vòi 70m/s xem hệ thống rửa thường, vòi dẫn liền với thân choòng Còn với dòng chất lỏng qua khỏi vòi tăng lên từ 70-130m/s gọi mũi khoan kiểu vịi phun, lúc vịi chế tạo từ vật liệu bền mòn hợp kim gốm, thép gió,…thành chi tiết riêng thay Trong thực tế công tác khoan Vietsovpetro phổ biến loại choòng khoan sử dụng : Chng khoan dạng lưỡi cắt: Dùng để khoan đất đá mềm dẻo, làm việc theo nguyên lý cắt - vỡ Choòng khoan dạng hợp kim cứng choòng kim cương : Dùng để khoan đất đá từ cứng đến cứng, làm việc theo ngun lý mài-cắt-vỡ Chng khoan chóp xoay: Có thể sử dụng với nhiều loại đất đá khác từ mềm đến cứng, làm việc theo nguyên lý đập-vỡ Sau ta trình bày cụ thể loại choòng 1.1.2 Các loại choòng thường sử dụng Vietsovptro guyễn Văn Hải Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất 1.1.2.1 Choòng khoan lưỡi cắt Được chế tạo theo kiểu lưỡi cắt, ký hiệu 2L, 3L Chúng gồm thân phía có đầu nối ren phần lưỡi cắt Phía trước lưỡi cắt có lỗ thoát chất lỏng để rửa đáy lỗ khoan trính khoan Thân lưỡi cắt chế tạo từ thép hợp kim yếu trung bình theo phương pháp rèn dập Riêng mũi khoan 2L có thân lưỡi cắt chế tạo liền loại 3L thân chế tạo rời sau lưỡi cắt hàn vào cách 1200 Để tăng cường độ bền cho lưỡi cắt mặt trước mặt bên khảm hợp kim cứng dạng bột dạng kiểu bít vonfram tới chiều cao N gồi mũi khoan lưỡi cắt cịn có hệ thống nước rửa có tác dụng hướng dịng chất lỏng từ cần khoan chảy trực tiếp lên đáy khoảng cách 2/3 bán kính từ tâm mũi khoan với mục đích đảm bảo độ lệch dịng chảy mặt trước lưỡi cắt để rửa đáy làm mát lưỡi cắt Loại mũi khoan 2L gọi mũi khoan cá thường có đường kính từ 76-161(mm ) lớn để khoan đất đá mềm thường không dùng khoan tua bin mơ men phá hủy lớn Hình vẽ 1.2 Chng khoan lưỡi cắt ( 1- Thân choòng; - Cánh; - Răng; - Tấm cắt) guyễn Văn Hải Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất Loại mũi khoan 3L (hoặc nhiều hơn) có giá thành chế tạo cao loại 2L có ưu việt tạo định tâm tốt, có độ bền mịn cao hơn, khoan với cấp đường kính lớn từ 120-750 mm Chính mà mũi khoan cần gia cố hợp kim cứng với chiều dầy tới 1,5mm N gồi cịn chế tạo loại lưỡi khoan 3L dùng công tác khoan lấy mẫu với chất lượng đảm bảo 1.1.2.2 Choòng khoan hợp kim choòng khoan kim cương * Choòng khoan hợp kim Được sử dụng khoan hiệu tầng đất đá có nhiều xen kẹp cứng mài mòn N guyên lý phá hủy mũi khoan mài-cắt, làm việc có hiệu loại chng khoan thúc đNy q trình nghiên cứu hồn thiện cấu trúc chng khoan hợp kim Điển hình loại DIR( N ga ), từ thân đúc người ta hàn vào lưỡi cắt có mép cắt bố trí chiều cao khác so với đáy, chúng tham gia vào trình phá hủy đất đá, mép mịn hết có mép thay Các lưỡi cắt gắn hợp kim cứng hình trụ, ép thành hàng cho hàng cao hàng trước khoảng 1/3 chiều cao răng, mặt sau mặt bên (phần doa thành ) phần trước gia cố hợp kim cứng guyễn Văn Hải Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất Hình 1.3 Chng khoan hợp kim ( 1- Thân đúc; 2- Khn đầu; 3- Răng cắt ) Quá trình làm đáy lỗ khoan tiến hành thơng qua vịi phun hợp kim gốm, có vịi phân bố vòi lại phân bố lưỡi cắt khoảng cách 2/3 bán kính từ tâm chng đảm bảo cho q trình làm đáy hồn tồn N gồi cịn số loại chng có cấu trúc đặc biệt bố trí thành mức chiều cao tỏ có hiệu đất đá mềm trung bình * Chng khoan kim cương Choòng khoan kim cương làm việc theo nguyên lý cắt-vỡ, dùng để khoan đất đá từ trung bình đến cứng, khoan lỗ khoan thẳng đứng định hướng Dùng cho tất phương pháp khoan đặc biệt khoan tua bin đạt vận tốc quay cao N ếu sử dụng choòng kim cương cách hợp lý cho tiêu khoan tốt, cụ thể tiến độ khoan cao, giảm thời gian kéo thả, giảm độ cong khoan định hướng Tuy nhiên, việc sử dụng choòng chủ yếu phụ thuộc tính chất đất đá tính tốn kinh tế Cấu trúc choòng khoan kim cương gồm phần thân, lõi thép, khuôn đầu kim cương - Thân chế tạo từ thép hợp kim kết cấu thép crom 40X với hàm lượng bon 0,3-0,4%, phần có tiện ren để nối với cần khoan - Khuôn đầu nơi gắn kết hạt kim cương bố trí rãnh nước, phận quan trọng chng khoan Vật liệu chất lượng khuôn đầu định đến hiệu hoạt động chng kim cương Chính mà khn đầu phải có độ giãn nở nhiệt giống kim cương có độ mịn tỷ lệ với kim cương N ếu khuôn đầu mềm mòn nhanh dẫn đến tượng kim cương dễ bị tróc, rơi N ếu khn đầu cứng q làm cho kim cương khó nhơ lên mặt chng khoan để tham gia vào trình phá hủy Hiện khuôn đầu chế tạo từ vật liệu sở bột cacbit volfam chất chảy, sau nung nóng khí trơ hợp kim theo yêu cầu, guyễn Văn Hải Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất chất chảy thông dụng N i, Mn, Co, Mo Tùy theo tỷ lệ chất chảy mà ta thay đổi độ cứng khuôn đầu Đầu nối 2.Thân Rãnh Khn đầu 5,7 Răng cắt Vịi phun Góc dung dịch Hình 1.4 Cấu tạo chng kim cương(PDC) Bảng 1.1 Các thơng số thiết kế cho số loại choòng kim cương ( Hughes tool company) Mã IADC M142 M342 M132 M133 M333 M433 M122 Số lưỡi cắt 10 Số vòi phun 4 4-6 Đường kính 6’’3/4 11’’-12’’ 12’’-14’’ 6’’3/4 Bề mặt khn đầu có hình dạng khác tạo nên rãnh nước có mặt tiếp xúc với đất đá, rãnh xoắn rãnh quạt hướng tâm Thông qua rãnh xoắn mà chất lỏng hướng từ cần khoan khoảng không vành xuyến Trong thời gian gần người ta guyễn Văn Hải Formatted: Centered Đồ án tốt nghiệp Trường đại học Mỏ - Địa chất thiết kế cấu trúc rãnh thoát nước bảo đảm làm sạch, làm mát tốt khơng gây sói lở kim cương, chiều dài hình dáng phải lựa chọn cho với tốc độ chảy đảm bảo giảm áp mũi khoan khoảng 1530KG/cm2 N goài rãnh chảy qua thân hướng trực tiếp chất lỏng lên mặt hoạt động - Phần hoạt động mũi khoan kim cương dạng hạt dạng bột Sự phân bố kim cương khn đầu theo sơ đồ khác như: xoắn, bàn cờ, hướng tâm…Tùy theo tính chất đất đá, hệ thống dẫn nước, kích thước hình dáng, loại kim cương mà bố trí độ nhơ hạt mặt khn 1/3-1/8 kích thước hạt Việc sếp hạt kim cương choòng khoan khác nhau, chẳng hạn mặt trước phân bố hạt có kích thước từ 0,2-0,34 cara, cịn mặt bên phía có độ hạt nhỏ từ 0,1-0,25 cara Chng khoan kim cương chế tạo theo phương pháp khác như: khảm, đúc luyện kim bột… + Khảm phương pháp luyện cổ điển sử dụng, chủ yếu dùng để chế tạo kiểu mũi khoan lấy mẫu Trên mặt khuôn đầu đúc sẵn lỗ sau khảm hạt kim cương theo phương pháp thủ công + Phương pháp đúc sử dụng để chế tạo choòng khoan, nhờ khn đúc than chì, hạt kim cương sếp theo sơ đồ địnhvà rót hợp kim nhẹ vào sau gắn với lõi thân choòng + Phương pháp luyện kim bột tiến hành cách gắn hạt kim cương theo sơ đồ vào mặt khn sau đỏ hỗn hợp bột carbit volfram + Phương pháp thấm nhiễm tiến hành cách đặt kim cương vào khuôn đổ hỗn hợp bột carbit volfram vào, tiếp l phủ lên bột hợp kim liên kết có nhiệt độ nóng chảy thấp tiến hành ép nung, hợp kim liên kết chảy thấm vào bột vật liệu sở liên kết chúng lại với tạo thành khối thống Phạm vi sử dụng choòng kim cương sử dụng nhiều loại đất đá khác nhau: mềm, trung bình, cứng với cơng dụng khác nhau: phá tồn đáy lấy mẫu Các tiêu kỹ thuật mũi khoan liên quan đến tính chất guyễn Văn Hải 10 ... tài: ˝ ghiên cứu mịn chng khoan khoan dầu khí Tính tốn sử dụng hợp lý choòng khoan ˝ N hiệm vụ đề tài trước hết giới thiệu sơ chủng loại cấu tạo số loại chng Tổng hợp, phân tích lý thuyết thực... cơng q trình khoan Chính mà việc lựa chọn sử dụng chng khoan cách hợp lý có hiệu quan tâm mức cơng tác khoan Chng khoan Cần nặng Cần khoan Ống chống Giá đựng cần Đối áp Tháp khoan Sàn khoan Ròng... đảm bảo 1.1.2.2 Choòng khoan hợp kim choòng khoan kim cương * Choòng khoan hợp kim Được sử dụng khoan hiệu tầng đất đá có nhiều xen kẹp cứng mài mòn N guyên lý phá hủy mũi khoan mài-cắt, làm việc