Tìm hiểu về cấu tạo và sự làm việc của tổ hợp thiết bị khoan trên giàn tự nâng tam đảo 01 – vietsovpetro

1 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ST T Hình vẽ Tên hình vẽ Tran g 10 11 12 Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Tháp khoan giàn Tam Đảo – 01 Sơ đồ cấu tạo tời khoan National D2000E Một phần tời khoan National D2000E Tam Đảo - 01 Hình 1.4 Ròng rọc cố định 13 Hình 1.5 Ròng rọc động móc nâng 14 Hình 1.6 Mặt bàn Rotor 15 Hình 1.7 Mặt bàn Rotor 16 Hình 1.8 Cấu tạo Topdriver PS2-500/500 18 10 Hình 1.9 20 11 Hình 1.10 12 Hình 1.11 Cấu tạo máy bơm 12 - P - 160 National Oil Well Cấu tạo phần truyền động máy bơm 12-P-160 National Oil Well Sơ đồ cấu tạo máy bơm piston tác dụng đơn 13 Hình 1.12 Phễu trộn 24 14 Hình 1.13 Sàn rung 25 15 Hình 1.14 Máy lọc cát 26 16 Hình 1.15 Sơ đồ hệ thống tách khí phương pháp học 27 18 Hình 2.1 Cấu trúc dụng cụ khoan 28 20 Hình 2.2 Cấu tạo za mốc cần khoan 29 21 Hình 2.3 Búa đập thủy lực 32 22 Hình 2.4 Choòng kim cương 35 23 Hình 2.5 Cấu tạo choòng ba chóp xoay 36 24 Hình 2.6 Các loại choòng đặc biệt 37 21 22 DANH MỤC BẢNG BIỂU ST T Bảng Tên bảng Trang Bảng Thông số kỹ thuật máy bơm 12 - P - 160 National Oil Well dùng giàn Tam Đảo - 01 23 Bảng Bảng lựa chọn đường kính cần nặng cho khoảng khoan giếng 407RC - DM giàn Tam Đảo – 01 30 Bảng Thông số khoan cụ khoảng khoan 3478 – 3956 m 48 Bảng Bảng thông số tính toán bền cột cần khoan khoảng khoan 3478 – 3956 m 48 HỆ CHUYỂN ĐỔI ĐƠN VỊ TÍNH TOÁN • • • • • • Độ dài - foot (ft) = 0,305 m - inch (in) = 25,4 mm Thể tích - gallon (gal) = 4,55 lít Khối lượng - pound (pl) = 0,45 kg Áp suất - Psi = 6,89 Kpa = 0,061 atm Công suất - mã lực (HP) = 0,4757 KW Mômen - ft.lb = 1,356 N.m - CHƯƠNG CÁC THÀNH PHẦN TRONG TỔ HỢP THIẾT BỊ KHOAN TRÊN GIÀN TỰ NÂNG TAM ĐẢO – 01 1.1 Thiết bị nâng thả 1.1.1 Tháp khoan 1.1.1.1 Đặc điểm chung tháp khoan Tháp khoan đặc trưng chiều cao, sức chịu tải, kích thước sàn làm việc đất cao Vật liệu chế tạo tháp vật liệu chuyên dụng Trong tháp khoan có bố trí hệ thống PaLăng, chỗ dựng cần khoan phần thiết bị khoan, thiết bị điều khiển che chắn cho công nhân làm việc Thông thường tải trọng làm việc lớn tháp khoan có chiều cao tăng, cho phép kéo thả cần dựng dài, giảm thời gian nâng thả Tuy vậy, tháp khoan cao có bất lợi vì: cần dựng dài nên dễ bị uốn cong dựng thẳng đứng tải trọng thân cần dựng, ren zamốc đầu cần đặt giá đỡ dễ bị biến dạng Hơn tăng giá thành đầu tư thời gian xây lắp tháp khoan 1.1.1.2 Chức nhiệm vụ tháp khoan - Lắp đặt ròng rọc sàn làm việc cao - Treo dụng cụ phụ trợ khoan dầu khí - Gá đặt cần dựng cần khoan - Nâng thả dụng cụ khoan, ống chống thiết bị khai thác - Treo phần trọng lượng cột cần khoan giảm tải Bảo vệ người thiết bị Xuất phát từ mục đích nên tháp khoan phải thỏa mản yêu cầu sau: Đảm bảo đủ độ bền ổn định Chiều cao tháp phải hợp lý Kết cấu đơn giản, tiện lợi cho việc tháo lắp di chuyển Trọng lượng kích thước phải nhỏ Đảm bảo an toàn thuận tiện cho trình thi công 1.1.1.3 Thông số kỹ thuật tháp khoan giàn Tam Đảo – 01 - Chiều cao tháp khoan: 44,8 m - Sức nâng tối đa tháp: 631,6 Tấn - Kích thước khung nền: 9,15 m x 9,15 m - Kích thước khung đỉnh: 2,44 m x 2,44 m - Khả chứa cần dựng: 186 cần loại 127 mm Hình 1.1 Tháp khoan giàn Tam Đảo – 01 1.1.2 Tời khoan 1.1.2.1 Công dụng tời khoan Tời khoan dùng để kéo thả cột cần khoan, ống chống, tháo vặn cần khoan, treo cột cần khoan Trong số trường hợp tời khoan dùng để truyền động cho rotor Tời khoan dùng để di chuyển vật nặng phục vụ cho công tác hạ tháp công tác phụ trợ khác 1.1.2.2 Cấu tạo tời khoan Sơ đồ cấu tạo tời khoan National D2000E dùng giàn tự nâng Tam Đảo – 01 - Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo tời khoan National D2000E Đầu kẹp cáp Động điện Cáp khoan Bộ lọc khí quạt làm mát Phanh điện từ Hộp số Cảm biến công tắc 1.1.2.3 Thông số kỹ thuật tời khoan National D2000E Thông số kỹ thuật tời khoan National D2000E sử dụng giàn tự nâng Tam Đảo – 01 : Công suất trục tời : 1472 kW - - Chiều sâu khoan được: 4572 6706 m Đường kính cáp: 35 mm Đường kính tang tời: 462 mm Chiều dài tang tời: 1422,4 mm Đường kính tang phanh: 1371,6 mm Chiều rộng tang phanh: 263,53 mm Số tốc độ: Khối lượng: 54,3 Tấn Hình 1.3 Một phần tời khoan National D2000E Tam Đảo – 01 1.1.3 Hệ thống PaLăng 1.1.3.1 Cấu tạo chung chức hệ thống PaLăng Hệ thống PaLăng biến chuyển động quay tang tời thành chuyển động tịnh tiến lên xuống móc nâng làm giảm tải cho dây cáp Dây cáp mắc vào lăn hệ thống ròng rọc tĩnh ròng rọc động theo trình tự định Một đầu cáp giữ cố định (thường chân tháp cho kíp trưởng dễ quan sát làm việc) gọi đầu cáp chết, đầu mắc vào tời khoan gọi cáp tời (hay đầu cáp cuốn) 1.1.3.2 Các phận hệ thống PaLăng Ròng rọc cố định: Ròng rọc cố định tham gia chuyển động quay quanh trục Nó lắp cố định đỉnh tháp khoan, gồm nhiều puli lắp trục trục song song với Các puli quay trục nhờ ổ bi, phía có chắn bảo vệ Kích thước rãnh độ cứng bề mặt rãnh yếu tố ảnh hưởng đến độ bền cáp - Hình 1.4 Ròng rọc cố định Ròng rọc động móc nâng: Ròng rọc động ròng rọc trình làm việc tham gia chuyển động: vừa quay quanh trục thân chuyển động tịnh tiến lên xuống Càng nhiều ròng rọc động nhánh cáp động cáp nhanh mòn, ròng rọc động nhánh cáp động khả kéo giảm, cáp làm việc nặng nhọc Thực tế cho thấy rằng: điều kiện cho phép giảm số ròng rọc, tăng đường kính ròng rọc, sử dụng cáp bền tốt dùng nhiều ròng rọc Điều giải thích việc giảm số lần cáp lên tang tời, cáp quấn lên tang tời nhiều vòng cáp nhanh bị phá hủy Móc nâng: lắp bên ròng rọc động hệ thống chốt có hai lò xo đồng tâm nhằm mục đích dự trữ lực kéo để tháo cần sức căng lò xo nâng cần khỏi vị trí vừa tháo đồng thời có tác dụng giảm xóc Móc nâng thường có cấu chốt an toàn miệng, tự động đóng kín có vật móc Hai bên có tai để gắn quang treo 10 Hình 1.5 Ròng rọc động móc nâng - - Cáp khoan: Cáp khoan có lõi kim loại, người ta bện rãnh làm sợi thép Chiều xoắn sợi thép rãnh ngược chiều với chiều xoắn rãnh lõi cáp khoan Chính điều làm cáp cứng phần giúp chống xoay 1.2 Hệ thống quay 1.2.1 Bàn quay Rotor 1.2.1.1 Chức Bàn quay Rotor dùng để quay cột cần khoan, làm bệ tỳ để giữ cột cần khoan, ống chống kéo thả làm nhiều công tác phụ trợ khác Đóng vai trò truyền trung gian, biến chuyển động quay trục nằm ngang thành chuyển động quay trục thẳng đứng để truyền mômen quay từ bề mặt xuống choòng khoan 1.2.1.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc Cấu tạo: Bàn quay rotor bao gồm phận sau: trục dẫn, cặp bánh nón, bàn quay hệ thống ổ đỡ (vòng bi) Cặp bánh nón dùng để truyền chuyển động quay từ trục dẫn nằm ngang đến bàn quay xung quanh trục thẳng đứng Tất hệ thống ổ đỡ cặp bánh bôi trơn dầu 33 - - Hình 2.6 Các loại choòng đặc biệt Choòng đầu nhọn; Choòng lệch tâm; Choòng doa Choòng xoắn; Choòng lấy mẫu Choòng đầu nhọn: Dùng để khoan chuyển đường kính từ lớn sang nhỏ, khoan phá nút xi măng ống chống, khoan cứu cố Choòng lệch tâm: Dùng để khoan mở lỗ nhánh trường hợp cần có lỗ khoan đường kính lớn đường kính cho Choòng lưỡi xoắn: Dùng để khoan xiên giếng khoan trường hợp khoan phương pháp khoan Rotor có sử dụng máng nghiêng Choòng doa rộng: Là choòng dùng để mở rộng đường kính thân lỗ khoan Thường có hai loại, loại có cánh để doa đất đá mềm, loại có cấu tạo chóp xoay để doa đất đá cứng Choòng khoan lấy mẫu: Là loại choòng phá hủy đất đá đáy theo hình vành khăn sát thành lỗ khoan để lại mẫu lõi Choòng lấy mẫu có nhiều kiểu cấu trúc khác nhau, loại lưỡi cắt kim cương, loại bốn chóp xoay có độ cứng khác phù hợp với nhiều loại đất đá khác 2.3 Quy trình sử dụng bảo dưỡng cần khoan 2.3.1 Quy trình sử dụng Để tránh sảy cố đứt gẫy cần khoan, yêu cầu cần khoan phải đạt tiêu sau: 34 - - - - Mặt mặt cần phải nhẵn, không rạn nứt, gỉ sét Cần không cong 1mm/1m Độ giòn cần phải giới hạn cho phép Mupta , za mốc không mòn 3,5 mm so với đường kính Trong trình khoan, cần phân nhóm cần để sử dụng, số cần nhóm yêu cầu chất lượng phải nhau, cần tốt sử dụng độ sâu lớn lỗ khoan Mỗi cần dựng nên lắp đến vòng cao su để bảo vệ Để giảm độ rung cần khoan nên bôi mỡ chông rung Nếu nên sử dụng cần nặng thay cần thường phần sát lỗ khoan Các ren nối za mốc phải đảm bảo tốt Nếu vặn từ 1,2 đến ren để chặt ren mòn, za mốc phải loại bỏ 2.3.2 Bảo dưỡng cần khoan Để tăng khả năng, thời hạn làm viêc cột cần khoan phải ý bảo dưỡng, cụ thể là: Khi di chuyển không quăng, quật làm cho cong cần khoan hỏng ren Các cần khoan chưa dùng phải bôi mỡ vào ren nối, đầu ren phải lắp vòng bảo vệ ren Không để lẫn lộn cần khoan có chất lượng khác Khi cần bảo quản lâu dài, phải tháo cần khỏi cần dựng, xếp chúng đà kê có đà trở lên Để cần khoan không bị võng sinh cong cần 2.4 Một số cố sảy với dụng cụ khoan Kẹt cần khoan Cần khoan bị đứt gãy Cần khoan bị mòn không đủ tiêu chuẩn Bị tuột ren đầu nối dụng cụ khoan Trong trình khoan, tác dụng mô men cần khoan bị uốn cong Choòng khoan bị mòn không đảm bảo tiêu chuẩn làm việc lâu, hạt kim cương bị bong tróc choòng kim cương Gẫy choòng rơi dụng cụ khoan 35 CHƯƠNG SỰ LÀM VIỆC CỦA CỘT CẦN KHOAN Trong trình làm việc tải trọng tác dụng lên cột cần khoan đa dạng khác đặc tính giá trị Chịu tải trọng động lẫn tải trọng tĩnh bao gồm: Kéo, nén, uốn, xoắn, lực ma sát, lực quán tính dao động Đặc tính lực tác dụng lên cột cần khoan luôn thay đổi phụ thuộc vào chiều dài cột cần khoan, gần đáy lực biến đổi, gần miệng tải trọng ổn định dần Nói tóm lại đặc điểm làm việc cột cần khoan ổn định tác dụng lực ngang, lực dọc trục lực xoắn Trục cột cần khoan trường hợp chung có hình xoắn không gian Độ dài bước xoắn thay đổi theo chiều sâu giếng khoan Chiều dài bước xoắn nhỏ điểm trung hòa tăng dần lên miệng giếng khoan Sau ta xét làm việc cột cần khoan trình kéo thả khoan thi công giếng 3.1 Trong trình kéo thả 3.1.1 Quá trình kéo thả Công tác kéo thả cột cần khoan quy trình phục vụ thi công giếng khoan, hoạt động kéo cần khỏi giếng, thay choòng khoan thả cần khoan trở lại giếng để khoan tiếp Việc kéo thả cột cần khoan dùng thay thành phần dụng khoan, kéo thả kỹ thuật Doa lại thành giếng khoan Trong trình kéo thả đoạn giếng thân trần người ta trì vận tốc kéo cột cần khoan thấp đoạn giếng có ống chống Ở 10 đoạn cần kéo người ta kéo với vận tốc v = 0,2 m/s đoạn ống người ta kéo với vận tốc lớn không lớn 0,4 m/s Khi kéo, thả địa tầng dễ sạt lỡ, ta phải lưu ý trì vận tốc kéo thấp để tránh sập lỡ thành giếng khoan làm bị bó kẹt cần gây lực ma sát thành giếng cột ống chống lớn Khi kéo thả tới chân đế ống chống ta phải lưu ý tốc độ kéo thả tránh xảy tượng làm vỡ chân đế ống chống Trong trình kéo thả đoạn giếng có cấp ống chống độ cong giếng khoan gần tương đương địa tầng giống ta nên trì vận tốc kéo thả ổn định để tránh lực quán tính lên cột cần khoan Và nên lựa chọn vận tốc kéo thả phù hợp cho đoạn giếng trì ổn định vận tốc để tránh dao động cột cần lực quán tính tác dụng lên cột cần khoan kéo thả dụng cụ 36  Biện pháp an toàn kéo thả cần : - - - Trước bắt đầu thao tác kéo thả cần khoan, thành viên kíp phải kiểm tra tình trạng thiết bị, phương tiện dụng cụ khoan theo trách nhiệm quy định - Cấm thực kéo thả chưa đủ thành viên - Cấm hạ cần chủ lực vào lỗ phụ với tốc độ lớn - Chỉ tháo móc nâng khỏi quang treo, thợ phụ mở chốt bảo hiểm - Đưa lấy Elevater khỏi mâm Rotor Elevater đóng - Cấm quay Rotor trình tháo quang treo khỏi Elevater - Chỉ lắp Elevater vào cột cần khoan dừng hẳn Công việc tháo Elevater khỏi cần khoan bàn Rotor phải hai công nhân thực Kíp trưởng phải theo dõi ròng rọc động thao tác nâng thả Trong kéo ròng rọc không tải, kíp trưởng không để hệ thống ròng rọc động dao động lắc qua lắc lại Trong kéo cần phải dùng vuốt cần, làm cần - Khi kéo cần, thợ phụ phải theo dõi bề mặt cần để phát khuyết tật - Kíp trưởng có động tác kéo thả nhẹ nhàng - Khi thả cần phải giảm tốc độ đầu gia mốc bàn quay Rotor Nếu giếng khoan có đoạn bị vướng, phải dừng kéo thả, tiến hành bơm rửa khoan doa Cấm kéo thả khóa AKБ chưa vị chí an toàn Khi thực tháo lắp cần khoan, công nhân không đứng phạm vi bán kính hoạt động khoá Cấm sử dụng Rotor để tháo lắp cần Chỉ kíp trưởng thợ phép sử dụng tời phụ Để tháo lắp choòng phải sử dụng cối chuyên dụng Cấm sử dung Elevater bị khuyết tật, hỏng hóc, mòn đường kính đường kính không phù hợp Chỉ sử dụng khoá máy, Clin có đường kính phù hợp với cần khoan Khoá УМК cáp làm việc, phải có cáp an toàn dài 15-20 mm móc riêng biệt đường kính cáp không nhỏ 18mm Trước kéo cần phải bơm rửa giếng khoan, điều chỉnh thông số dung dịch, cho chất bôi trơn Trong thời gian kéo cần phải bơm rót dung dịch đầy giếng khoan Khi kéo thả kíp trưởng phải theo dõi số đồng hồ trọng lượng Nếu bị vướng không phép dạo khoan cụ với trọng tải không vượt 10 Tấn so với trọng lượng khoan cụ Khi thả cần số trọng lượng đồng hồ hạ xuống vạch phải dừng lại bơm rửa, khoan doa Khi đặt cột cần khoan lên đáy giếng khoan tránh kẹt cần 37 - - Sau thả xong phải bơm rửa, khôi phục tuần hoàn khoan Khi kéo thả, xuất dầu khí phải khẩn trương lắp cần vuông lại bơm rửa, khắc phục có biện pháp chống dầu khí phun 3.1.2 Ứng suất kéo cột cần khoan Trong trình kéo thả cột cần khoan chịu tác dụng tải trọng động tải trọng tĩnh mà chủ yếu ứng suất kéo Còn ứng suất xoắn số ứng suất khác gây cho cột cần khoan nhỏ không đáng kể, bỏ qua Ứng suất kéo lớn trình kéo cột cần khoan, tổng hợp lực phần là: Qk = Q + Qm + Qqt (3.1) Trong đó: - Q - Trọng lượng thân cột cần, Tấn - Qm - Lực ma sát với thành giếng khoan - Qqt - Lực quán tính ; Qqt = q - a - Gia tốc kéo; g – gia tốc trọng trường (m/s2) - Qm = Q ; = 0,2 0,3 (hệ số ma sát) - Q - Trọng lượng cột cần khoan làm việc dung dịch, tính công thức [3, tr.57]: Q= (3.2) Trong : L - Chiều dài cột cần, m Lcn - Chiều dài cần nặng, m q, qcn - Trọng lượng 1m cần khoan, cần nặng, Kg G - Trọng lượng choòng tuabin, Kg d , - Trọng lượng riêng dung dịch thép, T/m Như vậy, ứng suất kéo cột cần khoan tính theo công thức [3, tr.57]: = (3.3) 2 F = (D - d ) - Tiết diện cần khoan, cm D, d - Đường kính cột cần khoan, cm 3.2 Trong trình khoan Trong trình khoan, khoan khoảng khoan ban đầu người ta sử dụng việc khoan tăng tải toàn tải trọng khoan cụ tác dụng lên đáy khoảng khoan sâu người ta sử dụng việc khoan giảm tải (chỉ phần tải trọng khoan cụ tác dụng lên đáy) Các ứng suất uốn, xoắn, kéo ứng suất không gian Tuy nhiên ta coi ứng suất phẳng tiện việc tính toán dễ dàng xét tới chúng 38 - - 3.2.1 Ứng suất phần cột cần khoan 3.2.1.1 Ứng suất xoắn Trong trình khoan đồng thời với ứng suất kéo, cột cần phải chịu ứng suất xoắn quay cột cần khoan Trong khoan Rotor, Mx có giá trị tăng dần từ đáy lên miệng Trong khoan tuabin, biến thiên ngược lại, phía có giá trị lớn mômen phản tuabin giảm dần lên mặt tuỳ thuộc vào ma sát với thành giếng khoan Trong khoan Rotor, ứng suất xoắn cực đại τmax phần cột cần cần tính theo [3, tr.59]: (3.4) max = = 71620 Trong đó: - Mmax : Mômen xoắn lớn - n: Tốc độ quay động - Nkt: Công suất để quay cột cần không tải Nkt = c.γd.Dc2.n1,7.L (3.5) c: Hệ số phụ thuộc vào độ cong giếng, [3, tr.67, bảng 5] γd: Trọng lượng riêng dung dịch khoan Dc: Đường kính choòng khoan L: Chiều dài cột cần Nc: Công suất tiêu thụ choòng [3, tr.66] Nc = 46,4.10-4.K.Gc.Dc.n (3.6) - K: Hệ số mòn choòng Nếu choòng K = 0,1 Nếu choòng cũ K = 0,2 – 0,3 - Gc: Tải trọng đáy - Wx = Mô men chống xoắn (3.7) 3.2.1.2 Ứng suất kéo Trong trình khoan phần cột cần chịu ứng suất kéo Ứng suất tính theo công thức [3, tr57]: = (3.8) Trong đó: - Qk : Trọng lượng cột cần khoan tác dụng lên móc nâng khoan tính theo công thức [3, tr.57]: = (3.9) Trong đó: - Qk 39 L: Chiều sâu giếng khoan, m Lcn: Chiều dài cần nặng, m q: Trọng lượng m cần khoan, Tấn/m qcn: Trọng lượng m cần nặng, Tấn/m G: Tải trọng đáy, Tấn : Trọng lượng riêng dung dịch khoan : Trọng lượng riêng thép F: Diện tích tiết diện cần khoan Vậy: Ứng suất tác dụng lên phần cột cần khoan tổng hợp ứng suất kéo ứng suất xoắn Ứng suất tổng cộng xuất tiết diện cột cần khoan tính [3, tr59]: = (3.10) 3.2.2 Ứng suất phần cột cần khoan Trong trình khoan phần cột cần chịu ứng suất: xoắn, uốn nén - 3.2.2.1 Ứng suất nén (σn) Khi khoan với tải trọng đáy G c, ứng suất nén có giá trị lớn tiết diện cột cần công thức tính ứng suất nén cho tiết diện cột cần [3, tr59]: σn = (3.11) 3.2.2.2 Ứng suất uốn (σu) - Ứng suất uốn tác dụng lên phần cần khoan tính theo công thức [3, tr.61]: = 2000 (3.12) Trong đó: - f : Độ võng cung uốn f tính theo công thức [3, tr.61]: f= (3.13) - Dc: Đường kính choòng khoan - D: Đường kính cần khoan - I: Mô men quán tính tiết diện cần khoan I tính theo công thức [3, tr.61]: I = (D4 - d4) (3.14) - l: Độ dài cung uốn Độ dài tính theo công thức [3, tr.65]: l= (3.15) Trong đó: - Z: khoảng cách từ điểm trung hòa đến tiết diện tính toán.Do khoan cụ có lắp cần nặng nên Z = 0, nên l tính sau: l= (3.16) 40 - ω: Vận tốc góc = rad/s - q’ : Trọng lượng 1cm cần khoan - wu: Mô men chống uốn wu xác định theo công thức [3, tr61]: wu = - - (3.17) 3.2.2.3 Ứng suất xoắn Trong trình khoan đồng thời với ứng suất nén, ứng suất uốn cột cần phải chịu ứng suất xoắn quay cột cần khoan: Trong khoan Rotor, Mx có giá trị tăng dần từ đáy lên miệng Trong khoan tuabin, biến thiên ngược lại, phía có giá trị lớn mô men phản tuabin giảm dần lên mặt tuỳ thuộc vào ma sát với thành giếng khoan Trong khoan Rotor, ứng suất xoắn (τ) phần cột cần cần tính theo [3, tr.59]: = = 71620 (3.18) Trong đó: - M: Mô men xoắn - n: Tốc độ quay động - Nc: Công suất tiêu thụ choòng [3, tr.66] Nc = 46,4.10-4.K.Gc.Dc.n (3.19) - K: Hệ số mòn choòng - Gc: Tải trọng đáy - Dc: Đường kính choòng khoan - n: Tốc độ quay động - Wx = Mô men chống xoắn (3.20) Như vậy: trình khoan phần cột cần khoan chịu tác dụng ứng suất nén, ứng suất uốn ứng suất xoắn Tổng hợp ứng suất tính công thức [3, tr.68]: = (3.21) 41 CHƯƠNG KIỂM TOÁN BỀN CỘT CẦN KHOAN GIẾNG 407RC-DM 4.1 Lý phải kiểm toán cột cần khoan Trong trình làm việc rình kéo thả, cần khoan chịu tác dụng tải trọng tĩnh lẫn tải trọng động Các tải trọng làm cho cần khoan làm việc ổn định chí gây cố cần khoan Để tránh điều ta tiến hành kiểm tra độ bền cần khoan trình khoan mở vỉa sản phẩm với trường hợp sau: - Kiểm toán trình kéo - Kiểm toán trình khoan Đối với giếng khoan 407RC - DM giàn Tam Đảo – 01, em chọn khoảng khoan 3478 3956 m Em chọn khoảng khoan để kiểm toán khoảng khoan khoảng khoan mà cần khoan vừa phải chịu nén, chịu uốn chịu xoắn Vì trình khoan, cột cần khoan chuyển động quay cho choòng để phá hủy đất đá tạo lỗ khoan Trong trình kéo choòng khoan tạo ma sát lớn với cột ống chống nên dễ đứt gãy choòng cột cần Do cần phải kiểm toán bền cột cần khoan để tránh đứt gãy cần khoan dụng cụ, gây tổn thất kinh tế 4.2 Các thông số giếng khoan 407RC – DM Để phục vụ cho việc tính toán cột cần khoan, ta cần số liệu sau: - Thông số chế độ khoan khoảng khoan 3478 – 3956 m • Lưu lượng: Q = 30 – 32 (l/s) • Tải trọng đáy: Gc = 10 – 14 (Tấn) • Tốc độ quay: n = 60 (v/p) - Thông số dung dịch khoan khoảng khoan 3478 – 3956 m • Trọng lượng riêng dung dịch: d = 1,05 (G/cm3) • Độ nhớt quy ước: 40 – 60 s - Thông số khoan cụ khoảng khoan 3478 – 3956 m 42 Bảng 3: Thông số khoan cụ khoảng khoan 3478 – 3956 m S T Bộ dụng cụ khoan T Đường kính (mm) Chiều dài (m) Trọng lượng (KG) Tổng chiều dài (m) 215,9 212,7 203,2 203,2 165,1 0,35 7,95 9,4 0,65 9,4 40 984 2728 150 1282 0,35 8,03 17,7 18,35 27,75 Tổng trọng lượng (KG) 40 1020 3798 3898 5180 165,1 127 165,1 127 84,6 37,4 8,8 178,6 11538 2746 136 13113 112,35 149,75 158,55 337,15 16718 19464 19600 32713 Choòng khoan ½ ’’ Động khoan Cần nặng xoắn Hệ thống định vị UBHO Cần nặng không nhiễm từ (MWD) Cần nặng xoắn Cần khoan nặng Búa thủy lực ½ ’’ Cần khoan nặng - Thông số tính toán: Bảng 4: Bảng thông số tính toán bền cột cần khoan khoảng khoan 3478 – 3956 m STT 10 11 Thông số Trọng lượng cần nặng (Qcn) Chiều dài cột cần (L) Chiều dài cần nặng (lcn) Trọng lượng riêng dung dịch khoan (d) Trọng lượng riêng thép ) Đường kính cần khoan (D) Đường kính cần khoan (d) Giới hạn chảy thép làm cần Hệ số phụ thuộc độ cong giếng (c) Hệ số mòn choòng (K) Trọng lượng 1m cần (q) Giá trị 32,713 3956 337,15 1,05 7,85 12,7 10,7 10500 18,8.105 0,1 0,033 Đơn vị m m m KG/cm3 KG/cm3 mm mm KG/cm2 Tấn/m 4.3 Kiểm toán cột cần khoan 4.3.1 Kiểm toán cần khoan trình kéo Trong trình kéo cột cần khoan, tiết diện phía cột cần khoan phải chịu tải trọng lớn bao gồm: trọng lượng cột cần, lực quán tính lực ma sát Sau ta kiểm toán cho trường hợp này: Phần cần khoan gọi đạt bền thỏa mãn điều kiện [3, tr.66]: K = 1,4 (4.1) Trong đó: - K: Hệ số an toàn 43 : Giới hạn chảy thép làm cần Với cần khoan 127, mác thép S-135 ta có c = 105 KG/mm2 = 10500 KG/cm2 - : Ứng suất kéo phần cột cần Ứng suất tính theo công thức: = (4.2) - Qk: tải trọng kéo tác dụng lên phần cột cần Đây tải trọng tác dụng lên móc nâng Qk = Qdc + Qms + Qqt (4.3) - Qdc : Trọng lượng cột cần khoan ngâm dung dịch Qdc = [(L – lcn)q + lcn.qcn + Gc](1 - ) (4.4) Thay số liệu vào công thức (4.4) ta được: Qdc = 144 (T) - Qms : Tải trọng gây lực ma sát với thành giếng khoan Qms = (0,2 – 0,3).Qdc Chọn Qms = 0,2.Qdc = 0,2.144 = 28,8 Tấn - Qqt : Tải trọng lực quán tính gây Qqt = - a: gia tốc kéo, lấy a = 0,2 m/s2 - g: gia tốc trọng trường, lấy g = 10 m/s2 Thay số vào ta được: Qqt = 144 = 2,88 (T) Vậy tải trọng kéo tác dụng lên phần cột cần là: Qk = 144 + 28,8 + 2,88 = 175,68 (T) - F: Tiết diện ngang cần khoan, F = 36,7 cm2 Thay giá trị Qk F vào (4.2) ta được: = = 4,787 (T/cm2) = 4787 (KG/cm2) Thay giá trị vào (4.1) ta được: K = = 2,19 > 1,4 Vậy cần khoan đạt bền trình kéo 4.3.2 Kiểm toán cần khoan trình khoan Trong trình khoan, cần khoan phải chịu tải trọng bao gồm: kéo, nén, uốn, xoắn Trong tồn tiết diện nguy hiểm phần cột cần phần cột cần 4.3.2.1 Kiểm toán độ bền phần cột cần khoan Trong công tác khoan thăm dò khai thác dầu khí, người ta thực việc khoan giảm tải (chỉ phần tải trọng cột cần khoan tác dụng lên đáy) nên trình khoan, phần cột cần phải chịu tải trọng kéo vào tải trọng xoắn Phần cột cần khoan gọi đạt bền [3, tr.68]: : K = 1,4 (4.5) Trong đó: - c 44 - K: Hệ số an toàn - c : Giới hạn chảy thép làm cần Ta có c = 105 KG/mm2 = 10500 KG/cm2 - : Ứng suất tương đương Ứng suất tính theo công thức: = (4.6) - = : Ứng suất kéo phần cột cần - Qk = [(L – lcn)q + lcn.qcn + Gc](1 - ) Thay số vào ta tính được: Qk = Qdc = 144 T - F = 36,7 cm2, tiết diện ngang cần khoan Thay số liệu Qk F vào (4.7) ta được: = = 3,924 T/cm2 = 3924 KG/cm2 - : ứng suất xoắn tác dụng lên phần cột cần = - Wx : Mô men chống xoắn cột cần khoan (4.7) (4.8) Wx = = = 199,5 cm3 - Mx : Mô men xoắn Mx = 71620 (4.9) - n: Tốc độ quay động cơ, n = 60 v/p - Nkt : Công suất quay cột cần không tải Nkt = c L (4.10) - Dc = 215,9 mm = 0,2159 m, Đường kính choòng khoan - L = 3956 m - = 1.05 T/m3, Trọng lượng riêng dung dịch khoan Thay số liệu vào (4.10) ta được: Nkt = 18,8.10-5.1,05.0,21592.601,7.3956 = 38,37 KW - Nc : Công suất tiêu thụ choòng Nc = 46,4.10-4.k.Gc.Dc.n (4.11) - k = 0,1, hệ số mòn choòng - Gc = 14000 KG, Tải trọng đáy - Dc = 0,2159 m, Đường kính choòng khoan - n = 60 v/p, Tốc độ quay Thay số liệu vào (4.11) ta được: Nc = 46,4.10-4.0,1.14000.0,2159.60 = 84,15 KW Thay giá trị Nkt, Nc, n vào (4.9) ta Mx = 71620 = 146248 KG.cm Thay giá trị Mx Wx vào (4.8) ta được: 45 = = 733,1 KG/cm2 Thay giá trị vào (4.6) ta được: = = 4188,98 KG/cm2 Vậy hệ số an toàn cần khoan là: K = = 2,51 > 1,4 Vậy phần cột cần khoan đạt bền 4.3.2.2 Kiểm toán phần cột cần khoan Trong trình khoan, tiết diện nguy hiểm cần khoan phần cột cần nằm sát với dụng cụ đáy Tại tiết diện cần khoan chịu tải trọng uốn tải trọng xoắn Sau ta kiểm toán bền cho cần khoan tiết diện Phần cột cần khoan gọi đạt bền [3, tr.68]: K = 1,4 (4.12) Trong đó: - K: Hệ số an toàn - c : Giới hạn chảy thép làm cần Ta có c = 105 KG/mm2 = 10500 KG/cm2 - : Ứng suất tương đương Ứng suất tính theo công thức: = - Ứng suất nén: () Khi khoan với tải trọng đáy Gc, ứng suất nén nén có tải trọng lớm trị phần cột cần = = = 381,5 KG/cm2 - Ứng suất uốn tác dụng lên phần cột cần khoan tính theo công thức: = 2000 (4.13) Trong đó: - f = , Độ võng cung uốn - Dc = 215,9 mm; Đường kính choòng khoan - Dg = 127 mm; Đường kính cần khoan Thay số vào ta được: f = = 55,25 mm = 5,525 cm - I : Mômen quán tính tiết diện cần khoan I = (D4 – d4) = (12,74 – 10,74) = 633,5 cm4 - l: độ dài nửa cung uốn l= Trong đó: 46 - Z: khoảng cách từ điểm trung hòa đến tiết diện tính toán.Do khoan cụ có lắp cần nặng nên Z = 0, nên l tính sau: l= - ω: Vận tốc góc (4.14) = = = 6,28 rad/s q' : Trọng lượng 1cm cần khoan, q’ = 0,33 KG/cm Thay thông số vào (4.13) ta được: l = = 5,3 cm - wu: Mô men chống uốn wu xác định theo công thức: wu = = = 99,7 cm3 Thay giá trị f, I, l, wu vào (4.12) ta được: = 2000 = 2499,55 KG/cm2 - Ứng suất xoắn tác dụng lên phần cột cần khoan = (4.15) Trong đó: Mx: Mô men xoắn Mx = 71620 (4.16) - n: Tốc độ quay động cơ, n = 60 v/p - Nc: Công suất tiêu thụ choòng Nc = 46,4.10-4.K.Gc.Dc.n = 46,4.10-4.0,1.14000.0,2159.60 = 84,15 KW Do Nkt = nên ta có: Mx = 71620 = 71620 = 100454 KG.cm - wx : Mômen chống xoắn wx = = = 199,5 cm3 Vậy ứng suất xoắn tính theo (4.14) ta có: = = 503,53 KG/cm2 Ứng suất tương đương tác dụng lên phần cột cần là: = (4.17) Thay thông số vào (4.17) ta được: = = 3051,98 Kg/cm2 Thay thông số vào (4.12) ta K = = = 3,4 > 1,4 Vậy phần cột cần khoan đạt bền khoan - - Kết luận: Vậy khoan cụ đạt yêu cầu thi công giếng 407RC-DM mỏ Rồng 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TSKH Trần Xuân Đào, Thiết kế công nghệ khoan giếng dầu khí, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2007 [2] GVC Lê Văn Thăng, Thiết kế công nghệ khoan dầu khí, Hà nội 2007 [3] GVC Lê Văn Thăng, Giáo trình công nghệ khoan, Hà nội 2007 [4] Giáo trình sức bền vật liệu tập 1, tập [5] Nguyễn Văn Giáp, Thiết bị khoan thăm dò, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội [6] Cao Ngọc Lâm, Thiết kế chế độ khoan tối ưu, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội ... TRONG TỔ HỢP THIẾT BỊ KHOAN TRÊN GIÀN TỰ NÂNG TAM ĐẢO – 01 1.1 Thiết bị nâng thả 1.1.1 Tháp khoan 1.1.1.1 Đặc điểm chung tháp khoan Tháp khoan đặc trưng chiều cao, sức chịu tải, kích thước sàn làm. .. 1.3.1.3 Cấu tạo nguyên lý làm việc Cấu tạo máy bên máy bơm 12 - P - 160 National Oil Well dùng giàn khoan Tam Đảo - 01 Hình 1.10 Cấu tạo máy bơm 12 - P - 160 National Oil Well 17 - Cấu tạo phần... Tháp khoan giàn Tam Đảo – 01 1.1.2 Tời khoan 1.1.2.1 Công dụng tời khoan Tời khoan dùng để kéo thả cột cần khoan, ống chống, tháo vặn cần khoan, treo cột cần khoan Trong số trường hợp tời khoan