BÀI GIẢNG KHOAN dầu KHÍ

Lời nói đầu Bài giảng khoan dầu khí viết cho sinh viên chuyên nghành kỹ thuật khoan dầu khí Nội dung giảng đề cập cách hệ thống kiến thức từ việc phân tích điều kiện địa chất, xây dựng tính toán cấu trúc giếng khoan dầu khí đến phần lựa chọn dụng cụ, thiết bị để thi công Bài giảng đề cập đầy đủ phần tính toán lựa chọn cấu trúc khoan cụ, kiểm toán bền cột cần, tính toán cấu trúc cho cột ống chống, thiết kế chế độ khoan, công tác trám xi măng v.v Trong giảng đưa vào số tập có tính ứng dụng để minh hoạ cho phần lý thuyết hy vọng sinh viên tập làm quen với công tác tính toán Môn học kỹ thuật khoan dầu khí chứa đựng nhiều vấn đề phức tạp liên quan đến kiến thức địa chất, lý thuyết, sức bền vật liệu, khí, sở khoan, phá huỷ, dung dịch vữa trám Chính môn học cần thiết đuợc bắt đầu sau sinh viên học hết môn liên quan nói Trong trình học môn học, sinh viên có phần thực viết đồ án môn học thiết kế kỹ thuật giếng khoan thăm dò khai thác dầu khí Ngoài mục tiêu trên, giảng Khoan dầu khí dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành thuộc lĩnh vực dầu khí Do thời gian hạn chế nên nội dung chưa cập nhật hình thức trình bày có điểm chưa hợp lý mong nhận đóng góp đồng nghiệp nhà chuyên môn Xin chân thành cảm ơn! Tác giả biên soạn -1- mở đầu Trong ngành công nghiệp dầu khí công tác khoan giếng khâu quan trọng thiếu, thông qua giếng khoan để tiến hành việc tìm kiếm thăm dò khai thác sản phẩm làm nhiều công tác nghiên cứu Giếng khoan xem công trình hình trụ thi công vỏ trái đất có chiều sâu lớn gấp nhiều lần đường kính Để tạo thành giếng khoan thực phương pháp khoan xoay có rửa Để phá huỷ đất đá tạo thành lỗ khoan người ta sử dụng choòng khoan Căn vào đặc điểm phá huỷ choòng đáy mà thân giếng khoan tạo thành kiểu sau: - Khoan phá toàn đáy: Toàn bề mặt đáy phá huỷ thành mùn khoan đưa lên mặt dòng tuần hoàn (chủ yếu chất lỏng) bơm xuống đáy từ mặt - Khoan lấy mẫu: Chỉ phần đất đá thành lỗ khoan bị phá huỷ thành mùn theo hình vành khăn, lõi đá lấy lên nguyên dạng (bằng ống mẫu) gọi mẫu lõi để nghiên cứu cấu trúc địa chất, tính chất lý thành phần thạch học v.v Căn vào công dụng giếng khoan công nghiệp dầu khí người ta chia giếng khoan thành loại sau: 1, Giếng khoang tìm kiến cấu tạo: Để nghiên cứu kiến tạo, địa tầng, thạch học độ chứa sản phẩm tầng 2, Gếng khoan chuẩn: Để nghiên cứu điều kiện địa chất phương hướng tìm kiếm dầu khí vùng chưa nghiên cứu kỹ 3, Giếng khoan thăm dò: Để nghiên cứu tầng sản phẩm giá trị công nghiệp chúng Để khoanh giới hạn tầng dầu, khí, nước vỉa khai thác 4, Giếng khoan khai thác: Dùng để lấy sản phẩm dầu khí lên Giếng bơm ép: Được dùng để bơm nước, khí không khí nhằm trì áp lực vỉa với mục đích kéo dài thời gian khai thác tự phun -2- + Các phương pháp khoan khoan dầu khí: Trước (khoảng củaối kỷ XIX) tồn hai phương pháp khoan khoan đập (chủ yếu đập cáp) khoan xoay Chiều sâu kỷ lục phương pháp khoan đập đạt năm 1918 bang Techzat Mỹ 2250m Phương pháp khoan đập bên cạnh ưu điểm bộc lộ nhiều hạn chế khắc phục được, chủ yếu bị hạn chế chiều sâu giếng khoan cấu trúc phức tạp phải nhường chỗ cho phương pháp khoan xoay có rửa Ngày ưu việt vốn có, phương pháp khoan đập sử dụng để thi công giếng khoan khai thác nước, thăm dò sa khoáng giếng khoan phục vụ công tác nổ mìn Ngay Việt Nam đã, sử dụng Như nói công tác khoan giếng khoan thăm dò khai thác dầu khí tồn phương pháp khoan xoay Trong phương pháp khoan xoay, vào vị trí đặt động lại chia loại là: - Phương pháp khoan Roto (hoặc đầu quay di động): Có động đặt mặt đất truyền chuyển động quay cho choòng khoan thông qua cột cần khoan - Phương pháp khoan động chìm (chủ yếu động tuabin động trục vit): Động đặt ngầm lỗ khoan bên choòng khoan + Các trình công tác khoan bao gồm: - Công tác xây lắp chuẩn bị mặt cho công tác thi công - Công tác khoan tuý Choòng trực tiếp phá huỷ đất đá đáy tuần hoàn dung dịch Đây thao tác tạo giếng khoan lại cần người tham gia Chỉ có kíp trưởng khoan trực tiếp điều khiển thông qua tời, bàn quay Roto dẫn động dụng cụ phá huỷ nhờ cột cần khoan cần chủ đạo - Tiếp cần khoan: Khi khoan hết chiều dài làm việc cần chủ đạo ta cần phải nối dài thêm khoan cụ cách gắn thêm đoạn cần khác (có -3- chiều dài chiều dài làm việc cần chủ đạo) cần chủ đạo lắp vào cột cần khoan phía Cứ việc tiếp cần lặp lặp lại sau lần khoan hết chiều dài làm việc cần vuông - Công tác kéo thả: Khi choòng khoan mòn cần thay choòng hay đạt tới chiều sâu dự kiến, dụng cụ khoan cần kéo lên để thay choòng hay hạ cột ống chống - Công tác chống ống: Hạ xuống giếng cột ống chống tính toán trước tiến hành trám xi măng theo thiết kế duyệt - Công tác lắp đặt đầu ống chống (đầu giếng): Khi thả cột ống chống trám xi măng xong, bước lắp đặt thiết bị giá treo đầu ống chống làm kín phần mút phía cột ống chống (trừ ống bảo vệ không liên kết) Các thao tác thực tay đầu giếng mặt đất Các thiết bị cho phép lắp đặt đối áp đường ống cao áp, có đường dập giếng đường xả Sau lắp đặt cần kiểm tra độ an toàn giá treo ống, đối áp áp suất làm việc đầu ống chống - Công tác hoàn thiện giếng khoan: Đây công đoạn cuối (sau thả cột ống chống khai thác) gồm có công việc thả vào giếng thiết bị cần thiết theo thiết kế Pake, ống khai thác, van an toàn v.v thông giếng với tầng sản phẩm bắn vỉa, thông tầng phương pháp xử lý axit, vỡ vỉa phương pháp thuỷ lực v.v Sau bàn giao giếng khoan cho công ty khai thác quản lý Bước thu dọn khoan trường chuyển đến địa điểm -4- Sơ đồ loại thiết bị khoan dầu khí (thiết bị khoan xoay) -5- Chương I: Choòng khoan Choòng khoan loại dụng cụ phá huỷ đất đá tạo thành lỗ khoan 1.1.Phương pháp phân loại choòng khoan: Do đặc điểm lý đất đá đa dạng phương pháp khoan yêu cầu kỹ thuật địa chất, kỹ thuật thi công nên choòng khoan chế tạo theo nhiều kiểu khác cấu trúc nguyên lý phá huỷ Chính công tác phân loại choòng thực theo quan điểm khác nhau: + Căn vào cấu tạo, choòng chia ra: - Choòng cánh dẹt - Choòng chóp xoay - Choòng kim cương + Căn vào công dụng, choòng chia ra: - Choòng phá mẫu - Choòng lấy mẫu - Choòng có công dụng đặc biệt (choòng mở lỗ, choòng bậc, choòng doa rộng, choòng để khoan định hướng, ) + Căn vào cấu tạo lỗ thoát nước, choòng chia ra: - Choòng có nước chảy - Choòng có vòi phun thuỷ lực + Căn vào tính chất lý đất đá, choòng chia ra: - Choòng mềm - Choòng trung bình - Choòng cứng loại choòng liền kề (choòng mài mòn mài mòn) Về mặt cấu trúc, choòng khoan gồm có phận phần lắp nối, phần hoạt động phần dẫn dung dịch Riêng choòng chóp xoay có thêm phận đặc thù hệ thống ổ tựa chóp xoay -6- - Phần lắp nối phần nối choòng khoan phần cột cần, truyền lượng trực tiếp cho phần hoạt động Phần lắp nối tiện ren (trong ngoài) - Phần hoạt động: Là phần trực tiếp tác dụng lên bề mặt đáy Đất đá bị phá huỷ 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 thành lỗ khoan có hình dạng đường kính định - Hệ thống dẫn dung dịch: Được bố trí khoảng trống chân choòng với vòi dẫn dung dịch xuống đáy nhằm làm đáy làm mát choòng Căn vào vận tốc dòng dung dịch qua khỏi vòi phun (vj ) ta chia loại: Choòng có hệ thống rửa thường vj < 70m/s Choòng có vòi phun thuỷ lực vj 70 130m/s 1.2 Các loại choòng khoan khoan dầu khí 1.2.1 Choòng cánh dẹt: a b a Choòng cánh; b Choòng cánh Hình Choòng cánh dẹt + Phạm vi sử dụng : Choòng cánh làm việc theo nguyên lý cắt - vỡ, thường dùng đất đá mềm dẻo Không sử dụng khoan tuabin mô men phá huỷ lớn + Các loại choòng cánh cấu tạo Căn vào số cánh mà choòng phân loại choòng cánh, cánh cánh -7- Phía tiện ren để nối với cần khoan Mặt trước mặt bên gắn hợp kim để tăng độ cứng choòng Lỗ thoát nước hướng chất lỏng từ cột cần khoan chảy trực tiếp lên đáy bố trí khoảng cách 2/3 bán kính tính từ tâm choòng khoan Sự bố trí vòi phun đảm bảo lệch dòng chất lỏng phía trước lưỡi cắt chút nhằm đảm bảo làm đáy làm mát tốt Tốc độ khoan tốt lên tạo cho vòi phun đạt tốc độ 70 130m/s + Vật liệu chế tạo choòng Choòng cánh chế tạo từ thép có kết cấu hàm lượng bon trung bình Thân cánh sản xuất theo kiểu rèn dập: Thân thép bon không hợp kim Hàm lượng Cacbon từ 035 0,4% Cánh choòng thép hợp kim với Crom, Silic, Măngan Thông thường chế tạo, cánh hàn vào thân choòng, có rèn liền khối với thân Cánh choòng trám hợp kim Rêlit để tăng khả chống mòn 1.2.2 Choòng kim cương: Hình + Phạm vi sử dụng: Làm việc theo nguyên lý cắt - vỡ, dùng đất đá có độ cứng từ trung bình đến cứng, loại đất đá sa thạch, đôlômít, đá vôi loại đá mà hiệu suất khoan choòng chóp xoay đạt thấp Dùng cho tất phương pháp khoan Tuy nhiên khoan động đáy phù hợp đạt vận tốc quay cao -8- + Cấu trúc phân loại choòng kim cương Thông thường cấu trúc choòng kim cương gồm có phần như: đầu nối ren để nối với cần khoan, lõi thép khuôn đấu Trên bề mặt khuôn đấu có gắn hạt kim cương (xem hình vẽ) Trong khuôn đấu phận quan trọng phải có hệ số dãn nở nhiệt độ mài mòn gần giống với kim cương để tránh tượng bong tróc hạt kim cương khỏi khuôn đấu Và cuối phận dẫn dung dịch bố trí thích hợp bề mặt đáy gắn kim cương theo hình dạng khác Căn vào cách gắn hạt kim cương kích thước hạt kim cương mà người ta phân loại chính: - Choòng kim cương lớp (khoan đá đồng nhất) - Choòng kim cương nhiều lớp (khoan đá nứt nẻ) - Choòng kim cương thấm nhiễm (khoan đá nứt nẻ) Ngoài người ta có cách phân loại như: Choòng kim cương gắn lưỡi cắt kim cương tự nhiên, loại choòng có lưỡi cắt PDC hay kim cương đa tinh thể cuối lưỡi cắt TSP hay kim cương đa tinh thể bền nhiệt (Độ chịu nhiệt PDC 8000C, loại TSP có độ ổn định nhiệt tốt hơn) + Tính chất kim cương: Là khoáng vật cứng tự nhiên (cấp Xii), nhiệt độ nóng chảy 36500C Kim cương bị grafit hoá 14500C Đơn vị đo khối lượng kim cương Cara (1 cara = 0,2053 g) Kích thước hạt kim cương gắn vào choòng thay đổi từ 2-12 hạt/cara Đặc điểm kim cương cứng dòn, không chịu va đập nhiệt độ đáy cao Kim cương dùng để chế tạo choòng kim cương thường kim cương nhân tạo giá thành rẻ kim cương tự nhiên + Sử dụng choòng kim cương: Việc có định chọn sử dụng choòng kim cương hay vào nhiều yếu tố, yếu tố giá thành quan trọng Những -9- trường hợp sau để sử dụng choòng kim cương thay cho choòng chóp xoay: - Khi tuổi thọ chóp xoay ngắn mòn ổ lăn, gãy - Khi tốc độ khoan nhỏ (1,5m/h), tỷ trọng dung dịch khoan lớn thiếu công suất thuỷ lực thiết bị khoan - Khi gk mà tuổi thọ choòng chóp xoay bị hạn chế - Khi độ nghiêng tăng lên khoan định hướng tải trọng lên choòng bị hạn chế - Trong khoan tuabin có số vòng quay lớn đất đá phù hợp hiệu so với khoan Roto Tuy nhiên đá rắn nứt nẻ, loại đá chứa đá lửa pirit không phù hợp với choòng kim cương Nếu sử dụng hợp lý choòng kim cương thay tới 15 choòng chóp xoay Trước bắt đầu khoan choòng kim cương cần phải doa thân lỗ khoan, lấy hết mảnh vụn đất đá kim loại lên khỏi đáy Vì trước khoan kim cương hay hiệp khoan choòng chóp xoay cuối cùng, cần phải thả ống mùn để lấy hết vụn kim loại đá ống mùn lắp choòng khoan Roto tuabin khoan tuabin Trong trường hợp cần doa lỗ khoan bơm rửa thêm cần phải khoan hiệp khoan đặc biệt có sử dụng ống mùn 1.2.3 Choòng chóp xoay: 1.2.3.1.Phạm vi sử dụng ưu nhược điểm choòng chóp xoay: Trong công tác khoan dầu khí choòng chóp xoay sử dụng rộng rãi chiếm tỷ lệ 90% Dùng loại đất đá có độ cứng tính chất khác Choòng chóp xoay có ưu điểm bật là: - Diện tích tiếp xúc với đáy nhỏ độ dài mép làm việc lại lớn hiệu suất phá đá cao -10- Các dụng cụ thử vỉa đại có lắp thêm áp kế tự ghi chân dựa phía ống lọc Qua biểu đồ tự ghi áp kế biết xác giá trị áp suất vỉa, hệ số sản phẩm, giai đoạn hoạt động dụng cụ Đồ thị biều diễn biến thiên áp suất trình làm việc dụng cụ thử vỉa vỉa mở van nạp áp kế tự ghi A C mở van lưu thông P, at B G F E D H O t Thời gian (h) Hình c - Khoảng 0A tương ứng với thời gian thả dụng cụ thử xuống giếng Điểm A áp suất đáy ( vỉa sản phẩm) - Khoảng AB tương ứng với thay đổi đột ngột áp suất paker thời điểm mở van giữ - Khoảng BC tương ứng khoảng phục hồi áp lực thời điểm bắt đầu mở van lưu thông điểm C - Trong thời điểm mở van lưu thông áp suất giảm đột ngột từ C xuống D - Đường cong DE tương ứng vớithời gian chất lỏng chảy từ vỉa vào bên cần - Từ điểm E bắt đầu kéo dụng cụ lên ( đóng van giữ) điểmầtmở van cân sau áp kế tự ghi toàn áp suất áp suất cột dung dịch giếng khoan - Khoảng GH tương ứng với thời điểm kéo dụng cụ lên mặt c Bộ dụng cụ thử vỉa đưa vào giếng khoan nhờ dây cáp carota.(hình d) Cấu tạo dụng cụ bao gồm bình đựng mẫu 1, (lắp phía dụng cụ) có dung tích khoảng 1520l Một paker đặc biệt 271 tạo thành bạc cao su chốt giữ Dụng cụ thả xuống giếng khoan nhờ cáp CAROTA Nguyên tắc làm việc dụng cụ sau: - Sau thả dụng cụ thử vào giếng khoan tầng sản phẩm, dùng hệ thống điều khiển thủy lực để định hướng paker thành lỗ khoan - Sau tạo dòng chảy từ vỉa vào bình đựng mẫu cách đục lỗ luồng khí tập trung - Sau lấy đầy ống mẫu, tiến hành tháo paker nhờ hệ thống điều khiển thuỷ lực đưa chúng lên mặt Hình d 10.2.3 Cấu trúc giếng khoan vỉa sản phẩm Cấu trúc giếng khoan tầng sản phẩm phụ thuộc vào mức độ liên kết đất đá tầng sản phẩm Các tầng sản phẩm có xen kẹp lớp có chứa chất lưu khác hay không? Thông thườngcó ba loại cấu trúc giếng khoan tầng sản phẩm a) Cấu trúc giếng khoan không gia cố tầng sản phẩm (hình a) Cấu trúc (hình a) áp dụng trường hợp đá tầng sản phẩm tầng sản phẩm vững ổn định trình khai thác Trong trường hợp đế ống chống khai thác nằm vách tầng khai thác trám ximăng sau ống chống Khai thác dầu tiến hành toàn diện tích mở giếng khoan b) Cấu trúc giếng khoan gia cố tầng sản phẩm (hình b) Cấu trúc giếng khoan sử dụng tầng sản phẩm bền vững Với cấu trúc cột ống khai thác phần có lắp ống lọc ( hình b1) hay đoạn ống lửng đục lỗ sẵn mặt treo phía cột ống khai thác Trám xi măng tiến hành phái bên tầng sản phẩm Trong trường hợp khai thác dầu tiến hành toàn diện tích mở giếng 272 c) Cấu trúc giếng khoan bao gồm gia cố ngăn cách vỉa chống ống tráng xi măng (hình c) Loại cấu trúc thường gặp thực tế sử dụng trường hợp tầng sản phẩm xen kẽ với tầng chứa chất lưu khác Với cấu trúc này, đế ống chống khai thác nằm đáy vỉa sản phẩm, sau chống ống khai thác tiến hành trám xi măng toàn chiều cao vỉa Sau công tác tráng xi măng cột ống khai thác tiến hành đục lỗ cột ống chống để tạo kênh rãnh để dầu chảy từ vỉa vào giếng khoan Trong trường hợp lưu lượng dung dịch giới hạn số lượng đường kính lỗ đục qua thân ống chống, vành đá xi măng vào vỉa Hình a Hình b1 Hình b2 Hình c 10.2.4 Đục lỗ ống chống Đục lỗ ống chống để tạo lỗ thủng qua ống chống, vành đá xi măng vào vỉa để dầu khí chảy từ vỉa vào bên lỗ khoan Trên thực tế người ta sử dụng loại dụng cụ đục lỗ - Dụng cụ đục lỗ đầu đạn - Dụng cụ đục lỗ luồng khí nổ tập trung - Dụng cụ đục lỗ phương pháp thủy lực a Dụng cụ đục lỗ đầu đạn (hình a) Dụng cụ đục lỗ đầu đạn thường có hình trụ, có chiều cao khoảng 3m chế tạo loại thép đặc biệt đưa xuống giếng khoan nhờ cáp điện carota tời lắp mặt hệ thống điều khiển bên dụng cụ đục lỗ có 273 Hình a luồng đạn, đặt kíp nổ, thuốc nổ, đầu đạn Dụng cụ đục lỗ đầu đạn chia thành hai loại: Loại bắn đồng thời ( không tự động) Loại bắn thứ tự (tự động) *) Dụng cụ đục lỗ đầu đạn bắn đồng thời Trong loại đầu đạn bắn từ thân dụng cụ vào vỉa xảy lúc Bộ dụng cụ bao gồm từ 10 15 khối hình trụ nối với ren Một khối hình trụ buồng đạn (hình b) Bao gồm buồng cháy lắp phía dụng cụ Hình b truyền xuống buồng đạn qua ống dẫn lửa 5, buồng cháy 1, làm đầu đạn bắn lửa lại truyền xuống ống dẫn lửa truyền xuống buồng đạn Thời gian nổ tất đầu đạn xảy nhanh, người ta xem nổ đồng thời Dụng cụ đục lỗ loại có cấu trúc đơn giản có nhược điểm tất đầu đạn nổ đồng thơì nên ảnh hưởng lớn đến độ bền ống chống vòng đá xi măng *) Dụng cụ đục lỗ đầu đạn bắn theo thứ tự điều khiển Loại dụng cụ đầu đạn bắn theo thứ tự điều khiển từ mặt nên tránh nhược điểm dụng cụ trước Để điều khiển nổ, buồng đạn lắp dây cháy chậm nổ đấu vào mạch điện nhờ phân bố điện lắp phía dụng cụ điều khiển từ mặt Hình c 1-dây cháy chậm 2- ống thép 3- đầu đạn 4- Buồng nổ 5- Nutds cao su Loại dụng cụ đục lỗ bắn theo thứ tự điều khiển M - Rumania bao gồm: ống hình trụ, lắp thành phần nổ theo hình sau (hình c) 274 Hiệu dụng cụ đục lỗ đầu đạn thường không đạt yêu cầu, đập vào ống chống lượng đạn bị giảm nhanh b) Dụng cụ đục lỗ luồng khí nổ tập trung.(hình d) Hiện người ta sử dụng rộng rãi dụng vụ đục lỗ đầu đạn Trong trường hợp ống chốngbị đục thủng đầu đạn mà luồng khí nổ tập trung hình thành nổ khối thuốc nổ định hướng Người ta đặt vào dụng cụ đục lỗ khối thuốc nổ có chỗ lõm phía đối diện với kíp nổ Khi tượng nổ xẩy hình thành Hình d 1- Buồng nổ 2- chỗ lõm 3- luồng khí định hướng luồng khí định hướng, có sức đâm xuyên lớn Dùng phương pháp đục lỗ đầu đạn, đục lỗ mà không làm hư hỏng cột ống chống vành đá ximăng Ngoài ra, phương pháp bảo đảm mở vỉa cách chắn làm tăng độ thấm đất đá hình thành kẽ nứt sâu so với đục đầu đạn c) Đục lỗ phương pháp thuỷ lực Để nâng cao chất lượng khu vực đáy lỗ khoan, gần người ta sử dụng rộng rãi phương pháp mở vỉa phương pháp thuỷ lực Dùng ống dẫn khí ép để thả xuống lỗ khoan phận phun nước gồm có lỗ phun Khi bơm chất lỏng cát vào ống dẫn với áp suất cao, chúng bắn khỏi lỗ khoan với tốc độ lớn cát làm thủng ống chống, xi măng đất đá thành lỗ khoan Phương pháp đục lỗ thuỷ lực cát có nhiều ưu điểm phương pháp khác, ống chống vành đá ximăng không bị nứt đục lỗ, điều chỉnh đường kính độ sâu lỗ, đục lỗ nằm ngang thẳng đứng Nhược điểm phương pháp la giá thành cao, thiết bị mặt cồng kềnh - Khi đục lỗ ống chống người ta phải lắp miệng lỗ khoan cácthiết bị đối áp cho phép đóng kín lỗ khoan có xuất dầu sau bắn 275 - Trong trình đục lỗ giếng khoan luôn để đầy dung dịch để tạo đối áp lên vỉa - Trong trường hợp tuỳ theo tính chất tích tụ vỉa, cấu trúc giếng khoan, nhiệt độ áp suất vùng mà chọn loại dụng cụ đục lỗ mật độ đục lỗ ( số lỗ đục m) cho thích hợp 276 chương 11 Khoan biển Trong năm gần lượng dầu giới khai thác mỏ nằm biển ngày tăng Chiếm khoảng 25% tổng sản lượng toàn phần hàng năm Cho đến có 75 nước có hoạt động tìm kiếm thăm dò khai thác mỏ dầu nằm biển Trong nhiều năm tới hướng khoan biển ngày phát triển Cấu trúc bè khoan, thiết bị khoan, kỹ thuật công nghệ khoan ngày cải tiến đại hoá Do tiêu phụ cho công tác thiết kế chế taọ giàn khoan biển, điều kiện tự nhiên biển khắc nghiệt (gió, bão, sóng, dòng nước biển, chiều sâu nước, ăn mòn thiết bị môi trường nước biển) Giàn khoan xa đất liền, công tác vận chuyển vật liệu thiết bị, người v.v gặp nhiều khó khăn Do giá thành khoan biển đắt nhiều so với khoan cạn Với mét khoan lòng đất giá thành khoan biển tăng lên theo chiều sâu mực nước biển Dó tiêu phí cho trình khoan biển lớn Nhưng ngược lại tiêu phí cho trình khai thác lại thấp Vì giá thành dầu lấy biển rẻ đất liền Đưa đến lợi nhuận kinh tế khai thác biển cao Các giếng khoan thăm dò khai thác thường nằm khoảng chiều sâu mực nước 400m lớp nước sâu, để tiến hành công tác lắp ráp, kiểm tra, sửa chữa thiết bị đặt ngầm biển, người ta sử dụng vô tuyến điều khiển thợ lặn Vì điều kiện làm việc công nhân lặn gặp nhiều khó khăn độ sâu nước lớn Vì gần người ta chế tạo người máy làm việc biển đến độ sau 1000m Telenaute( Pháp ) Aute(Mỹ) Mobot 277 11.1 Dàn khoan biển khoan biển, thiết bị phụ trợ, chỗ làm việc sinh hoạt cán công nhân đặt dàn bè khoan biển có cấu trúc đặc biệt Các dàn khoan biển chia thành năm loại sau đây: - Dàn cố định - Dàn khoan chìm - Dàn tự nâng - Dàn tự nâng - Dàn - Dàn bán chìm 1) Dàn cố định giữ chân kim loại hay betông đóng xuống đáy biển Loại dàn bè sử dụng độ sâu mực nước biển (khoảng 60- 90 m ) Lắp ráp loại dàn bè khó khăn tốn (h.a) 2) Dàn chìm: Loại dàn có đến chân, đường thẳng đứng, hình trụ, không đổ nước vào bên chúng thời gian di chuyển, bảo đảm cho bàn để móc chúng vào tàu để kéo chúng Trong thời gian làm việc người ta bơm đầy nước vào chân Và dàn từ từ chìm xuống đáy vị trí làm việc Loại dàn sử dụng hạn chế làm việc ổn định giới hạn độ sâu mực nước biển khoảng 40 - 60 m (h.b) Dàn tự nâng lắp từ đến hay nhiều chân tự nâng, chân điều khiển thuỷ lực điện Trong thời gian di chuyển dàn tư nổi, chân vị trí nâng lên Để cắm xuống đáy biển vị trí làm việc, việc hạ chân xuống cắm xuống đáy biển, dàn nâng lên khoảng 12 20 m mực nước Loại dàn sử dụng chiều sâu mực nước biển đến 90 100m Hiện dàn tự nâng loại dùng phổ biến giới Loại dàn làm việc ổn định Chân cắm sâu vào đáy biển khoảng 10 15 m Vì cho phép làm việc điều kiện thời tiết xấu Cho phép nâng dàn cao trường hợp sóng biển dữ, giá thành rẻ loại dàn khác 278 Dàn tự nâng có ưu điểm a) Vận chuyển lắp ráp nhẹ nhàng b) Cắm vững đáy biển c) Dàn có khả tự nâng lên độ cao cần thiết để chống sóng lớn Dàn - tàu khoan Là tàu có cấu trúc đặc biệt với kích thước 100 110m chiều dài 20 25 m chiều rộng Trọng lượng 10.000 - 12.000 Nó tự dy chuyể n hay nhờ tàu khác móc vào để kéo Trên tàu có lắp tất thiết bị khoan phụ trợ, chỗ làm việc cán công nhân Loại dàn sử dụng rộng rãi dùng để khoan vùng biển có chiều sâu mực nước lớn Di chuyển nhanh dễ dàng Nhưng rẩt dễ nhạy cảm với sóng gió, thời gian chết không làm việc nhiều Dàn khoan nửa chìm Dàn khoan sử dụng phổ biến so với loại tàu khoan vào khoan chiều sâu có mực nước biển lớn Trên dàn khoan lấp tất thiết bị khoan, thiết bị phụ trợ chỗ cán công nhân khoan Dàn khoan giữ chân nổi, bao gồm chân hình trụ thẳng đứng(với đường kính 11m chiều cao từ 30 35m) Việc liên kết bên nhiều ống nối nằm ngang hình trụ với đường kính từ m Trong thời gian dy chuyển chân nổi lên cách mặt nước khoảng (6- m) Trong thời gian làm việc, người ta bơm vào bên chân đầy nước chân bị chìm xuống cách mặt nước khoảng 15 25 m Vì tăng độ ổn định tác dụng sóng gió Chiều cao chân so với mặt nước biển lên tới 15 18 m Dàn khoan giữ vị trí làm việc nhờ phận dây chằng neo với đáy biển Loại dàn nửa chìm đại tự di động với công suất khoảng 5000 6500 mã lực làm việc chiều sâu mặt mực nước từ 200 400m Dàn có chiều dài khoảng 80100 m, chiều rộng từ 60 - 70 m, chịu trọng lượng thiết bị từ 2000 - 2500 279 11.2 - Thiết bị khoan dàn khoan đứng yên, thiết bị khoan lắp dàn khoan sau dàn khoan dựng vị trí làm việc tháo dỡ sau kết thúc trình khoan Trong dàn khoan di động, thiết bị khoan lắp vĩnh viễn dàn khoan, di chuyển đồng thời với dàn khoan từ địa điểm khoan đến địa điểm khoan khác Trong hai trường hợp trên, thiết bị khoan lắp loại bình thường chạy tổ hợp máy: Điêzen - Điện có công suất thiết bị lớn (4000 - 6000 ml) cho phép khoan đến chiều sâu (6000 - 7000m).Giá thành thiết bị chiếm khoảng 20 - 30% giá thành toàn dàn khoan 11.3 Các thiết bị lắp ráp miệng lỗ khoan Các thiết bị lắp ráp phần giếng khoan biển bao gồm : - Đầu ống chống (đầu bít ) - Cột ống bao (cột ống chống qua phần nước biển) - Thiết bị chống phun (đối áp preventor) Cấu trúc phương pháp lắp ráp, vận hành chúng phụ thuộc vào chiều sâu mực nước loại dàn khoan biển Thông thường có phương pháp lắp ráp đầu ống chống thiết bị đối áp chống phun(preventor) Đầu ống chống thiết bị đối áp (preventor) thông thường lắp mực nước biển; Loaị thông thường sử dụng dàn khoan dựng đáy biển chiều sâu mực nước biển 100m Đầu ống chống thiết bị đối áp lắp đặt ngầm đáy biển; loại thông thường sử dụng để khoan giếng khoan có chiều sâu mực nước biển > 100m Bài tập: Tính bền cột ống chống khác: 146mm Chiều sâu thả: L = 3800m d = 1,33G/cm3 = 0,8 G/cm3 280 Pv = 460 kG/cm2 Bề dày tầng sản phẩm b = 150m Bài giải: Tính cột ống theo áp suất bóp méo: + Chiều cao hạ mực chất lỏng giếng (ống chống): 2 H0 = H = 3800 = 2533m (Tính áp suất bóp méo ống 146 bảng sau) Thép D) Bảng 1mm 10 11 12 Pbm, kG/cm2 190 255 320 375 430 485 540 + Tính chiều sâu cho phép hạ cột ống 146 theo công thức: hay H= 10.Plm (ở vùng chất lỏng) n2.d H= 10 Pbm - H.0.n2 ,m n2(d - 0) HD6 = 10 x 190 = 1242 m; 115 x 133 HD7 = 10 x 255 = 1667 m; 115 x 133 HD8 = 10 x 320 = 2092m; 115 x 133 HD9 = 10 x 375 = 2452m; 115 x 133 HD10 = 10 x 430 = 2811 115 x 133 Nhưng đến chiều sâu 2533m bên ống có chất lỏng (0 = 0,8G/cm3) thả ống có = 10mm chiều sâu thả cho phép là: HD10 = 10 x 430 - 2533 x 08 x 115 = 3210 m 115 (133 - 08) 281 HD11 = 10 x 485 - 2533 x 08 x 115 = 4110m 115 (133 - 08) Nhưng đến chiều sâu: 3650m bắt đầu vào tới vỉa sản phẩm nên hệ số an toàn lúc phải lấy lớn hơn, n2 = 1,3 ta tính HD11 = 10 x 485 - 2533 x 08 x 13 = 3210m 13 (133 - 08) Có nghĩa thép mác D chiều dày = 11mm hạ đến chiều sâu : 3650m HD12 = 10 x 540 - 2533 x 08 x 13 = 4030m 13 (133-08) lấy HD12 = 3800m Tổng hợp kết tính bảng (2) đây: Bảng (2) Thứ tự ống Bề dày thép D (mm) Chiều sâu thả m Chiều dài từ đến (m) Trọng Trọng lượng lượng 1m(kg) (tấn) 1242 1242 21,6 26,80 1242 1667 425 24,9 10,60 1667 2092 425 28,0 11,90 2092 2452 360 31,3 11,26 10 2452 3210 758 34,4 26,13 11 3210 3650 440 37,5 16,50 12 3650 3800 150 40,6 6,09 109,18 Tính cột ống theo tải trọng kéo đứt: - Tải trọng phụ sinh bơm trám: Qphụ = (Pth + Pd) d2tv Pth = 0,02 x H + 16 = 0,02 x 3800 + 16; Pd = 15 20 kG/cm2 (nút tỳ lên nút vòng tầng) Qphụ = (0,02 x 3800 + 16 + 15) x 314 x 12,2 = 12.400 kG = 12,4 282 Vậy tải trọng thực tế tác dụng lên ren nối ống gần miệng giếng khoan là: Q = 109,18 + 12,4 = 121,58 (tấn) Xem tham khảo bảng (3) giới hạn bền kéo ống 146 thép D có bề dày thành khác nhau: Bảng mm 10 11 12 Qkéo, 56 71 85 100 115 130 145 + Tính hệ số tự trữ bền kéo gần miệng ống có = 6mm tính: n61 = Q6 56 = < 1,3; Q 1216 phía ống có = 6m là: (Q1 - trọng lượng đoạn ống có = 6mm) n61 = Q6 56 = < 1,3; Q - Q1 1216 - 268 Tương tự ta tính: (phía trên) n71 = Q7 71 = < 1,3; Q - Q1 1216 - 268 (phía dưới) n71 = Q7 < 1,3; 1216 - 268 - 106 (phía trên) n81 = Q8 85 = < 1,3; 1216 - 268 - 106 1216 - 268 - 106 (Phía dưới) n81 = Q8 100 = 1216 - 268 - 106 - 119 1216 - 268 - 106 - 119 = 1,38 > 1,3 Như vậy: ống có = 9mm lắp vào cột ống từ đoạn thứ trở lên Ta bắt đầu tính: * lD9 = Q9 - n1.Q 100 - 13 x 723 n1 q9 = 13 x 00313 = 147 m đây: [Q = Q - (Q1 + Q2 + Q3) = 1216 - (26,8 +10,6+11,9) =72,3] q9= 31,3 kg - Trọng lượng 1m ống có bề dày = 9mm 283 - Số m lại phải thay bề dày lớn 2092 - 147 = 1945m Q10 - Q9 115 - 100 = 334m * lD10 = n q10 = 13 x 00344 - Số m lại phải thay bề dày lớn là: 1945 - 334 = 1611m * lD11 = 130 - 115 = 307m 13 x 00375 - Số m lại là: 1611 - 307 = 1304m * lD12 = 145 - 130 = 320m 13 x 00406 - Số m lại là: 1304 - 320 = 984m Bây phải chuyển sang thép K có độ bền cao thép D ta tính: *lK10 = 150 - 145 = 116m 13 x 00344 - Số m lại: 984 - 116 = 868 m * lk11 = 170 - 150 = 411m 13 x 00375 - Số m lại là: 868 - 411 =457m * lk12 = 190 - 170 = 388m 13 x 00406 - Số mét lại là: 457 - 388 = 69m Bây chuyển sang thép E có độ bền cao thép K ta tính: lE12 = 205 - 190 = 284m 13 * 00466 Vậy ta lấy lE12 = 69m đủ Kết tính toán bền cột ống tổng hợp lại Bảng (4) Bảng tổng hợp tính bền cột ống 146 bảng sau: 284 Bảng Thứ tự ống (mm) mét Chiều sâu thả, m thép Từ đến Chiều Trọng Trọng dài, lượng 1m lượng (m) ống (kg) ống, (tấn) 12 E 69 69 40,6 2,80 12 K 69 457 388 40,6 15,80 11 K 457 868 411 37,5 15,40 10 K 868 984 116 34,4 4,00 12 D 984 1304 320 40,6 13,00 11 D 1304 1611 307 37,5 11,50 10 D 1611 1945 334 34,4 11,50 D 1945 2452 507 31,3 15,90 10 D 2452 3210 758 34,4 26,13 10 11 D 3210 3650 440 37,5 16,50 11 11 D 3650 3800 150 40,6 6,09 138,62 Tính cột ống theo áp suất nổ bên trong: n3 = P12E 905 = = 5,8 > 1,3 H.0 3800 x 08 Pv 10 460 10 Kết luận: Cột ống chọn đủ bền 285 [...]... Choòng đầu nhọn: Dùng để khoan chuyển đường kính từ lớn sang nhỏ, khoan phá nút xi măng trong ống chống, dùng để cứu sự cố (ha) a, Choòng đầu nhọn Hình 10 b, Choònh lệch tâm + Choòng lệch tâm: Dùng để khoan mở lỗ nhánh trong trường hợp cần có lỗ khoan đường kính lớn hơn đường kính đã cho (hb) + Choòng lưỡi xoắn: Dùng để khoan xiên giếng khoan trong trường hợp khoan bằng phương pháp khoan roto có sử dụng... mặt và trên cao -31- 2.1.2.Tời khoan 2.1.2.1.Công dụng Tời khoan dùng để kéo thả cột cần khoan, ống chống tháo vặn cần, treo cột cần khi khoan Trong một số trường hợp tới khoan còn dùng để truyền động cho Roto Tời còn được dùng để di chuyển các vật nặng phục vụ cho công tác dựng hạ tháp và công tác phụ trợ khác 2.1.2.2.Cấu tạo và nguyên lý làm việc của tời khoan: Tời khoan gồm 1 khung bằng kim loại... Gm = Gc + Gh (tc + tnt) ; VND/m h Trong đó: Gm - Giá thành 1m khoan Gc - Giá thành của choòng Gh - Giá thành 1 giờ làm việc của thiết bị khoan tc - Thời gian khoan thuần tuý tnt - Thời gian nâng thả h - Số lượng m khoan được Ví dụ1: Một choòng A loại hơi cứng khoan được 41m trong 17h Cũng trong địa tầng ấy, một choòng B khác hơi mềm hơn khoan được 35m trong 12h Trong khi đó được biết: giá 1h thuê thiết... lợi cho phép thực hiện ở những giếng khoan khai thác tiếp theo đạt được hiệu quả cao về thời gian khoan cũng như 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 được tính như sau; (Gm): Gm = Gc... thu hồi được) Các điều kiện khác giống giếng khoan thứ nhất Vậy ta tính được Gm là Gm = 500.000.000đ + 12.500.000đ (117 + 12) = 6.401.512 đ/m 330 Như vậy rõ ràng trong trường hợp này nên chọn choòng kim cương để khoan sẽ kinh tế hơn 1.4 Phương 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... 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 thể biểu diễn vh = f (t) là một đường cong (hình vẽ dưới) Đường cong có một điểm cực đại rõ rệt Thời gian để đạt được điểm cực đại đó của vh gọi là thời gian khoan kinh tế, hay còn được xem là thời gian loại bỏ choòng... m/h có giá trị cực đại với chiều 6 sâu khoan được là h i = 5 + 4 + 3 + 2,5 + 2 + 1,5 = 18m 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 i 1 Tổng thời gian khoan thuần tuý sẽ là: tc = 9 x 0,25... nếu thay choòng mới thì sẽ khoan được số mét tăng thêm là: 5 + 4 + 3 = 12m 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- Chương ii Thiết bị khoan và các công trình trên mặt Để tiến hành thi công một giếng khoan cần phải có một tổ hợp... mặt Sự phân loại thiết bị khoan thường người ta căn cứ vào khả năng khoan sâu tối đa: - Thiết bị nhẹ : 1500 2000 m - Thiết bị trung bình : 3500 m - Thiết bị nặng: 6000 m - Thiết bị siêu nặng: 8000 10.000 m Tính năng khoan sâu của thiết bị thường được thể hiện bằng tải trọng định mức ở móc nâng (kể cả khối lượng của bộ khoan cụ và các cột ống chống) Tương ứng với chiều sâu khoan được của từng loại... nó được sử dụng rất rộng rãi cho các thiết bị khoan, nhất là những thiết bị khoan trên đất liền Ngoài hai loại tháp chủ yếu trên còn có tháp dạng cột thường được lắp trên các thiết bị khoan tự hành công suất nhỏ + Cách chọn tháp khoan: Trong quá trình làm việc có 2 loại tải trọng tác dụng lên tháp: Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên móc nâng của cột cần khoan, hay ống chống và tải trọng theo phương