dung dich và thủy lục khoan dầu khí

MÔN HỌC KHOAN VÀ HOÀN THIỆN GIẾNG DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN CBGD : ThS Đỗ Quang Khánh Email : dqkhanh@hcmut.edu.vn Tel : 0903 985730 NỘI DUNG  DUNG DỊCH KHOAN  Chức  Các thông số bản  Phân loại  CƠ SỞ TÍNH TOÁN THUỶ LỰC KHOAN DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN Chức Nâng mùn khoan DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN Chức Ổn định thành giếng khoan DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN Chức Giữ mùn khoan ở trạng thái lơ lửng ngừng tuần hoàn DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN Chức Làm mát và bôi trơn bộ khoan cụ DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN Chức Truyền thông tin (dữ liệu) địa chất lên bề mặt DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN Chức Đối với một số trường hợp khoan giếng định hướng có góc nghiêng lớn và khoan ngang, người ta sử dụng động đáy (tuabin hoặc động thể tích) Động này làm việc nhờ lượng của dòng dung dịch tuần hoàn giếng  Các thông số kỹ thuật ảnh hưởng đến hiệu rữa sạch:  Vận tốc dung dịch khoảng không vành xuyến  Tỉ trọng của dung dịch khoan  Độ nhớt DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN Tỉ trọng  Khối lượng riêng, g/cm3 (lbm/gal): ρ = m/V  Trọng lượng riêng, G/cm3 (lbf/gal): γ = F/V = mg/V = ρg  Khi điều chế sử dụng dung dịch, thường dùng ρ được xác định bằng phù kế Điều kiện khoan bình thường, ρ = 1,05 - 1,25 g/cm3  Thường dùng γ xác định áp suất thủy tĩnh đo cân DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN Tỉ trọng  Khi γ giảm  Sập lở thành giếng  Trương nở thành hệ  Xâm nhập chất lưu từ vỉa  Vận tốc học tăng giải phóng nhanh mùn khoan  Khi γ tăng  Mất dung dịch khoan  Vận tốc học giảm DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN 10 Mô hình hàm mũ  Các thông số n và K được tính theo các số liệu thực nghiệm: θ 600 n = 3,32 log θ 300 K= 510θ 300 511n với: θ 300 , θ 600 - số đo nhớt kế Fann tương ứng với tốc độ quay 300 và 600 vòng/phút  Trong mô hình này cần tính số Reynolds tới hạn trước xác định tổn thất áp suất ma sát  Vận tốc trung bình: tính theo mô hình Bingham  Số Reynolds tới hạn NReC: xác định bằng đồ thị hoặc bảng n NReC n < 0,2 4200 0,2 ≤ n ≤ 0,45 (5960 - 8800)n n > 0,45 2000 DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN 43 Mô hình hàm mũ  Số Reynolds  Đường ống: NRe 89100ρv ( 2−n) = K    0,0416d       3+   n  n  Vành xuyến: NRe 109000ρv = K ( 2−n) DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN    0,0208(d − d )      +     n n 44 Mô hình hàm mũ  Tổn thất áp suất ma sát  Đường ống:   3+   n dPf Kv n   −Chế độ chảy tầng: = dL 144000dn+1  0,0416      n dPf fρ v = −Chế độ chảy rối: dL 25,8d với f là hệ số ma sát được tra bằng đồ thị f(n, N Re) hoặc tính theo công thức sau: n  (1− )  0,395 = 0,75 log NRe f  − 1,2 f n   n DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN 45 Mô hình hàm mũ  Vành xuyến:  Chế độ chảy tầng:   2+   n dPf Kv n   = dL 144000(d − d1) 1+n  0,0208      n  Chế độ chảy rối: dPf fρ v = dL 21,1(d − d1) f được tính theo phương trình mô hình Bingham DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN 46 Tổn thất áp suất ở choòng  Giả thiết:  Áp suất thay đổi thay đổi chiều cao của dòng chảy là không đáng kể  Vận tốc của dòng chảy ở trước vòi phun thủy lực là rất nhỏ so với vận tốc tại vòi phun thủy lực  Tổn thất áp suất ma sát qua vòi phun thủy lực là không đáng kể  Vận tốc dòng chảy tại vòi phun thủy lực Vn = Q 3,117A T Vn - vận tốc dòng chảy tại vòi phun thủy lực, ft/s (ft/ph) Q - lưu lượng dòng chảy,gal/ph; AT - tổng tiết diện của vòi phun, in2 DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN 47 Tổn thất áp suất ở choòng  Tổn thất áp suất: ρQ 8,311.10 −5 ρq ∆Pb = = ( psi ) 2 2 12032Cd AT Cd AT Công thức này đúng cho cả chất lỏng Newton và phi Newton vì bỏ qua µ; Cd - hệ số giảm áp (thường lấy 0,95) (ppg); q (gal/ph), A T (in2) ∆Pb Q HHP =  Công suất thủy lực HHP: 1714  Lực va đập của vòi phun (jet impact force) tại choòng: Fi = 0,01823C d Q ρ∆Pb FI (lbf); ∆Pb (psi), Cd = 0,95; ρ (ppg)  Tổn thất áp suất tổng cộng PT hệ thống: PT = ∑Pp + ∑Pa + ∑Pb ∑Pp - tổng các tổn thất áp suất đường ống ∑Pa - tổng các tổn thất áp suất vành xuyến ⇒ Công suất của máy bơm (PHP): DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN 48 Tổn thất áp suất ở các thiết bị bề mặt  Ống đứng, ống mềm cao áp, đầu xoay thủy lực, ống cổ ngỗng cần chủ đạo DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN 49 Áp suất nâng và hạ bộ khoan cụ  Áp suất gây nâng hạ khoan cụ tính toán theo mô hình Bingham hàm mũ biết vận tốc nâng hạ  Áp suất dư (surge): áp suất tăng hạ bộ khoan cụ vào giếng  Áp suất thông (swab): áp suất giảm nâng bộ khoan cụ từ giếng  Đối với bộ cần kín, vận tốc trung bình vành xuyến được xác định theo công thức của Moore:   d  v v= K+ 2 p  d − d1   vp - vận tốc nâng (hạ)̣ cần, ft/ph; K - là hằng số (0,45)  Moore khuyến cáo sử dụng vận tốc cực đại để tính mức độ tăng hoặc giảm vận tốc chuyển động của cột cần khoan: vmax = 1,5v  Áp suất dư và áp suất thông: xác định nhờ thay vận tốc chất lỏng trung bình các công thức tính tổn thất áp suất ma sát ở phần trước bằng vận tốc chất lỏng cực đại  Cần tính tỉ trọng tuần hoàn tương đương ECD áp suất dư và áp suất thông gây DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN 50 Vận tốc trượt  Phương pháp hiệu chỉnh của Moore  Đề xuất công thức xác định Độ nhớt biểu kiến số Reynold  Độ nhớt biểu kiến:   1−n  +  K  d − d1   n    µa = 144  va   0,0208      n K - chỉ số độ sệt; n - chỉ số đặc trưng ứng xử của dòng chảy; d1, d2 - đường kính và ngoài của vành xuyến; va - vận tốc trung bình của chất lỏng vành xuyến, ft/ph  Số Reynolds của hạt mùn khoan ρf - khối lượng riêng của dung dịch, lbm/gal ds - đường kính hạt mùn khoan, in ds - đường kính hạt mùn khoan, in DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN 51 Vận tốc trượt Vsl - vận tốc trượt (ft/ph) được xác định: với ρs - khối lượng riêng của chất rắn, lbm/gal DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN 52 Vận tốc trượt  Phương pháp hiệu chỉnh của Chien  Tính độ nhớt biểu kiến: µa = µp + τ y ds va  Số Reynolds công thức  Vận tốc trượt: va: vận tốc trung bình của dòng chảy vành xuyến  Cả hai phương pháp hiệu chỉnh đều cần thực hiện phép lặp (phương pháp thử và sai) DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN 53 Hệ số vận chuyển mùn khoan  Phương trình: Vsl Ft = 1− va  Hệ số dương thì mùn khoan sẽ được vận chuyển lên bề mặt với một hiệu suất nào đó  Hệ số âm thì sẽ xảy hiện tượng tích tụ mùn khoan ở đáy và khoảng không vành xuyến ⇒ H số này cho biết hiệu suất nâng mùn khoan của một loại dung dịch nhất định DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN 54 Tính toán các thông số khác  Thể tích dung dịch  Thể tích cần khoan: Vp = 0,0407967d2 (gal/ft)  Thể tích vành xuyến: Va = 0,0407967(d22 – d12) (gal/ft)  Chọn máy bơm dung dịch  Hai xylanh, tổng thể tích bơm 01 chu trình bơm: π Fp = × L s (2d12 − dr2 )Ev  Ls - chiều dài hành trình của pittông, in; dl - đường kính bạc lót (liner), in; dr - đường kính cần bơm, in; Ev - hiệu suất thể tích  Ba xylanh: π Fp = × L sEv d12  Chọn vòi phun  Tối ưu hóa thủy lực choòng cho phép tăng tốc độ khoan và cải thiện mức độ làm sạch đáy giếng Nếu công suất thủy lực là cực đại thì lượng va đập thủy lực của vòi phun sẽ đạt khoảng 90% giá trị cực đại của nó và ngược lại DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN 55 Tính toán các thông số khác  Lực va đập (thủy lực) cực đại −Tổn thất áp suất của bơm: ∆Pp= ∆Pd + ∆Pb −Tổn thất áp suất ma sát: ∆Pd = CQm  m - số mũ lưu lượng dòng chảy (thường lấy 1,75) C số đặc trưng cho tính chất dung dịch khoan dạng hình học quỹ đạo giếng khoan −Lực  va đập của vòi phun: Fi = 0,01823C d Q ρ∆Pb = 0,01823C d Q ρ( ∆Pp − CQm ) với Cd = 0,95 (hệ số giảm áp) ∆Pp m + −Điều kiện cực đại : m ∆Pb Q ( ∆Pp − CQ ) HHP = = 1714 1714  Công suất thủy lực cực đại: ∆Pd = ∆Pp m+1 −Điều kiện cực đại  ∆Pd = DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN 56 Tính toán các thông số khác  Tính số mũ m  Giá trị số mũ m thường lấy bằng 1,75 tốt nhất là nên xác định m từ hai dữ liệu áp suất thực tế bơm tại hai chế độ lưu lượng khác nhau: log m= ∆Pp1 − ∆Pb1 ∆Pp2 − ∆Pb2 Q log Q2  Qi (i = 1, 2) - lưu lượng bơm;  ∆Ppi (i = 1, 2) - tổn thất áp suất của bơm  ∆Pbi (i = 1, 2) - tổn thất áp suất ở choòng DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN 57 ... giếng khoan DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN Chức Giữ mùn khoan ở trạng thái lơ lửng ngừng tuần hoàn DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN Chức Làm mát và bôi trơn bộ khoan cụ DUNG DỊCH VÀ THỦY...NỘI DUNG  DUNG DỊCH KHOAN  Chức  Các thông số bản  Phân loại  CƠ SỞ TÍNH TOÁN THUỶ LỰC KHOAN DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN Chức Nâng mùn khoan DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN Chức... của tầng chứa DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN 25 Dung dịch gốc dầu  Thường được dùng để khoan vào tầng chứa, dung dịch hoàn thiện giếng DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN 26 Dung dịch gốc