6.2.1. Các thiết bị ống chống
Ống đƣợc chuẩn bị và đƣa đến khoan trƣờng trƣớc lúc thả từ 2÷4 ngày và cần phải kiểm tra để loại bỏ các ống hỏng, khi kiểm tra ống chống cần phải chú ý tới độ cong, khuyết tật, sự biến dạng của mupta và các đầu ren.
Sau khi kiểm tra độ ô van và kiểm tra bằng dƣỡng ngƣời ta xếp ống theo thứ tự sẽ thả xuống lỗ khoan. Ren của ống và mupta đƣợc đánh sạch bằng chổi cứng, rửa bằng dầu hỏa và kiểm tra bằng Calip, sau khi chuẩn bị ren xong cần đƣợc lắp các đầu bảo vệ để tránh biến dạng.
Đối với các giếng khoan sâu các ống chống cần phải đƣợc thử dò (ép thử) với áp suất bên trong tƣơng ứng với yêu cầu kĩ thuật.
* Đầu bơm trám vữa xi măng:
Đƣợc lắp trên đầu ống chống, nó có nắp và có thể tháo ra đƣợc, có các đầu nối với máy bơm piston. Trƣớc khi làm việc ta đặt các nút bơm trám vào vị trí thích hợp trong đó có các chốt giữ. Dung dịch xi măng đƣợc bơm qua đầu nối phía trƣớc đẩy nút trám dƣới cong dung dịch ép thì đi qua đầu nối phía trên và đẩy nút trám trên đi vào giếng. Có ba loại đầu bơm trám:
- Đầu bơm trám dùng cho một nút trám. - Đầu bơm trám dùng cho hai nút trám.
- Đầu bơm trám dùng cho trám ống chống lửng.
* Nút trám xi măng:
- Nút trám dƣới để ngăn cách dung dịch khoan và dung dịch xi măng, loại này rỗng và có màng cao su, khi đến vòng dừng nó bị phá thủng cho vữa xi măng đi qua để đi vào khoảng không gian vành xuyến.
- Nút trám trên để ngăn cách dung dịch ép và dung dịch xi măng.
Cả hai loại có cánh sao su đƣờng kính đo theo mép ngoài của cánh lớn hơn đƣờng kính trong của ống từ 20 đến 25 mm.
Hình 6.1.Các nút trám xi măng.
a. Nút dƣới: 1: Màng ngăn
2: Thân cao su 1 3 1 3: Khung nhôm 3 b. Nút trên 1: Thân cao su
2: Lõi nhôm 2 a b
* Đế ống chống:
Tạo bởi 3 chi tiết:
- Đầu định hƣớng: dẫn hƣớng cho cột ống chống.Chế tạo bằng nhiều vật liệu khác nhau nhƣ: gang, ximăng đúc, gỗ….
- Chân đế : Là ống thép dày 15-19mm, dài 300-600mm đầu dƣới có ren tiện để vặn vào đầu định hƣớng, đầu trên nối với phần dƣới của ống chân đế.
Hình 6.2.Ống chân đế.
- Ống chân đế : Đoạn ống thép dài 15-2m tiện ren hai đầu.Đầu dƣới nối với chân đế,đầu trên nối với ống chống.Sau khi lắp phải hàn lại để chống tự tháo.Ống chân đế có khoan các lỗ thoát dung dịch đề phòng bị tắc khi đáy giếng nhiều mùn.
* Vòng dừng:
Là một vòng thép dày 35 mm lắp váo giữa 2 ống chống cách đế ống chống bằng chiều cao cốc xi măng tạo ra một điểm tì giữa các nút trám.
* Van ngược:
Là loại van đƣợc lắp trong khoảng từ vòng dừng đến ống chống, có tác dụng ngăn không cho dung dịch chảy ngƣợc vào ống. Trong phƣơng pháp trám đặc biệt mupta chuyên dụng có thể thay thế cho vòng dừng và van ngƣợc.
1: Đế van 2: Đĩa van 3: Thanh đẩy 4: Lò xo
5: Êcu hãm Hình 6.3. Van ngược * Chổi quét:
Là một vòng thép trên có lắp các chổi thép mền lắp bằng cách khoá vào ống chống, trong khi thả ống chổi quét lớp màng sét trên thành giếng để tăng khả năng liên kết của đá xi măng với thành giếng.
* Vòng định tâm:
Là các bản thép đƣợc hàn 2 đầu vào 2 vòng thép và lắp bên ngoài ống chống bằng khóa. Các tấm thép cong tạo ra khoảng cách giữa ống chống và thành giếng khoan giúp cho đá xi măng tạo thành có độ dày đều nâng cao chất lƣợng trám xi măng. Lồng định
2
1 3
4 5
tâm và chổi quét đƣợc bố trí gần nhau dọc theo cột ống chống với khoảng từ 30 đến 40 m.
Hình 6.4. Vòng định tâm
* Các mupta đặc: Chức năng ngăn cách khoảng không gian vành xuyến và đóng các cửa sổ trám 2 tầng. chúng có các đầu ren để lắp vào ống chống.
6.2.2. Quy trình chống ống
a. Chuẩn bị tháp khoan và thiết bị khoan
Trƣớc khi thả ống chống phải kiểm tra cẩn thận tình hình của tháp, các thiếu sót hƣ hỏng phải đƣợc khắc phục ngay lập tức, phải kiểm tra độ thẳng đứng của tháp của tháp khoan, độ căng của các dây chằng. Khi kiểm tra tời khoan và thiết bị dẫn động cần chú ý đến độ vững chắc của các mối liên kết giữa chúng và nền móng, chú ý đến tình trạng của các đĩa xích và sự ăn khớp giữa các then và phanh tời. Để ngăn các hiện tƣợng phức tạp đối với hệ thống palăng cần kiểm tra đƣờng kính dây cáp tời đang sử fụng và khả năng thả ống bằng cáp đó, trong trƣờng hợp cần thiết thì phải thay cáp. Đặc biệt cần kiểm tra cẩn thận tình trạng của móc nâng, bộ ròng rọc tĩnh, bộ ròng rọc động và đồng hồ đo trọng lƣợng. Khi kiểm tra động cơ cần xác định tình trạng và khả năng làm việc của chúng trong điều kiện làm việc nặng nề và công tác thả ống chống và trám xi măng với áp suất cao.
* Hệ thống thiết bị trộn và bơm vữa xi măng
Gồm có máy bơm ly tâm, máy nén khí, các thùng đo, bồn chứa và các máy bơm piston. Hệ thống đƣợc vận hành nhƣ sau: Đầu tiên máy bơm ly tâm bơm nƣớc từ thùng đo vào máy trộn, tại đây xi măng khô đƣợc thổi qua dòng nƣớc nhờ máy nén khí, vữa xi măng đƣợc tạo thành và đƣợc trộn bằng cánh quạt máy trộn rồi chuyển vào thùng chứa. Ta có thể điều chỉnh lƣu lƣợng nƣớc, khí nén để có dung dịch vữa xi măng có tỷ
trọng cần thiết. Vữa xi măng thành phẩm đƣợc máy bơm piston hút từ thùng chứa vào giếng khoan. Một lƣợng xi măng, nƣớc và các hoá phẩm đã đƣợc tính toán và chuẩn bị sẵn sàng. Khi bơm hết lƣợng xi măng cần thiết máy bơm piston hút dung dịch ép từ thùng đo, bơm vào giếng khoan ép vữa xi măng lên khoảng không vành xuyến.
b. Chuẩn bị lỗ khoan
Cần phải doa rộng thành giếng khoan bị bó hẹp, cho thêm dầu mỏ hoặc các vật liệu khác vào dung dịch để giảm độ dính của vỏ sét. Trong thời gian rửa giếng khoan trƣớc khi thả ống chống, ta kiểm tra cẩn thận các thông số của dung dịch sét và điều chỉnh cho tới đạt mức yêu cầu. Trong thời gian chuẩn bị giếng khoan ta kiểm tra các dụng cụ vật liệu cần thiết nhƣ Elevato, các chấu chèn dự trữ, quang treo, khoá tròn vặn ống… Mọi công tác chuẩn bị thả ống đƣợc tiến hành trong tời gian doa rộng và rửa giếng khoan.
c. Thả ống chống xuống giếng khoan
Công tác thả ống chống cần tổ chức sao cho mỗi tổ viên thực hiện đúng nhiệm vụ của mình. Để tránh xảy ra các trƣờng hợp không may cần thu xếp gọn gàng nơi làm việc. Mọi công việc thả ống chống đều đƣợc tiến hành dƣới sự chỉ đạo của một ngƣời tổ trƣởng. Tổ trƣởng chịu trách nhiệm điều khiển công việc thả ống chống theo đề án kỹ thuật vạch ra. Nguyên tắc thả cột ống chống cũng giống nhƣ cột cần khoan nhƣng thiết bị phải phù hợp với đƣờng kính ống và với áp suất bóp méo ống nhỏ hơn. Khi thả ống chống đến đáy, ngƣời ta có thể điều chỉnh lại thành phần dung dịch tuần hoàn, đồng thời nâng thả cột ống chống để làm cho các dụng cụ nạo thành giếng khoan hoạt động. Khi cột ống chống đã đƣợc lắp đầu trám xi măng và các nút trám, việc trám xi măng mới bắt đầu.
6.3. Trám xi măng giếng khoan
6.3.1. Chọn phƣơng pháp trám cho các khoảng khoan a. Trám xi măng một tầng hai nút
Hình 6.5. Sơ đồ trám xi măng một tầng hai nút
* Phạm vi sử dụng: Phƣơng pháp trám này thƣờng áp dụng với cột ống chống có chiều sâu không lớn, nhiệt độ đáy giếng không cao, lƣợng vữa xi măng cần trám không nhiều và áp suất của thiết bị trám có thể đáp ứng đƣợc.
* Ƣu điểm: Trang bị gọn nhẹ, đơn giản và có độ tin cậy cao.
* Quy trình trám: Lỗ khoan sau khi đƣợc rửa sạch, các thiết bị đƣợc kiểm tra ngƣời ta bắt đầu khuấy trộn dung dịch vữa xi măng. Trƣớc khi bơm vữa xi
măng phải thả nút trám dƣới. Khi đã bơm đủ lƣợng vữa xi măng cần thiết ta bắt đầu bơm dung dịch ép đẩy nút trám trên ra khỏi đầu trám vào ống. Dƣới áp lực bơm ép nút trám trên,vữa xi măng và nút trám dƣới bị đẩy xuống phía đáy giếng, khi nút trám dƣới chạm vào vòng dừng, áp suất báo hiệu trên đồng hồ tăng vọt, ngƣời ta tiếp tục bơm ép với áp suất cao hơn để phá thủng màng cao su nút trám dƣới. Nhờ vậy, vữa xi măng qua đó để ra ngoài ống chống. Nút trám trên tiếp tục bị ép xuống cho đến khi chồng lên nút trám dƣới. Tại thời điểm này áp suất trên áp kế tăng đột ngột báo hiệu kết thúc quá trình bơm trám, giếng khoan lúc này cần đƣợc giữ yên tĩnh, các van trên đầu bơm trám
đƣợc đóng lại. Lúc này mọi hoạt động khoan đều dƣợc dừng lại chờ cho xi măng đông kết.
b. Trám xi măng phân tầng:
Trong phƣơng pháp trám xi măng phân tầng, tại mỏ Bạch Hổ hiện nay chủ yếu sử dụng trám hai tầng đối với các ống chống mà phƣơng pháp trám xi măng một tầng hai nút không thể thực hiện đƣợc.
* Phạm vi áp dụng: Phƣơng pháp này đƣợc áp dụng đối với giếng khoan có độ sâu
lớn, lƣợng vữa xi măng cần trám nhiều, nhiệt độ đáy giếng lớn.
* Đặc điểm: Phƣơng pháp này cho phép rút ngắn thời gian bơm trám do giảm đƣợc thời gian ngƣng kết, giảm đƣợc áp suất cực đại trong giai đoạn cuối của quá trình bơm trám. Phƣơng pháp trám này đƣợc thực hiện thông qua một đầu nối chuyên dụng gọi là Mupta trám phân tầng.
* Quy trình trám xi măng hai tầng: Trƣớc khi thả nút trám phân tầng phải thử độ nhạy của mupta trên mặt đất. Chuẩn bị giếng khoan xong ta bơm dung dịch xi măng tram tầng dƣới (V1), sau đó bơm dung dịch ép tầng dƣới (V2). Sau đó thả nút trám dƣới (3), tiếp theo bơm luôn phần dung dịch xi măng trám phần trên (V3) và thả nút trám trên (4), rồi bơm tiếp dung dịch ép phần trên (V4). Nút dƣới đẩy chất lỏng đi xuống đến một thời điểm nhất định nó sẽ tì lên đế của ống lót dƣới (7). Do tác dụng của áp suất cột dung dịch và áp suất bơm ống lót dƣới cắt đứt các chốt định vị (5) và dịch chuyển xuống phía dƣới đƣợc giữ lại ở vòng dừng (1), lúc đó các cửa sổ (8) xung quanh đƣợc mở ra và giai đoạn trám 1 tầng kết thúc, bắt đầu trám ở tầng 2. Phần dung dịch xi măng trám ở tầng 2 sẽ chui qua cửa sổ và dâng lên ngoài ống chống. Nút trám trên bị ép dần xuống và tỳ lên ống lót trên, do áp lực dƣ ống lót trên (6) sẽ cắt đứt chốt định vị và di chuyển xuống phía dƣới đóng kín các cửa sổ trám, ở thời điểm đó áp suất đầu bơm trám tăng lên đột ngột và quá trình trám xi măng coi nhƣ kết thúc.Ngƣời ta đóng các van đầu giếng, giữ yên tĩnh một thời gian cho vữa xi măng đông cứng.
Hình 6.7. Múp ta trám xi măng phân tầng
c. Trám xi măng cột ống chống lửng:
Phƣơng pháp trám này đƣợc sử dụng để trám các cột ống chống lửng thông qua một đầu nối chuyển tiếp chuyên dụng từ cần khoan đến ống chống
Hình 6.8. Trám xi măng cột ống chống lửng 1. Ống chống 2. Đầu nối 3. Cửa sổ trám 4. Ống lót trên 5. Ống lót dƣới 6. Chốt giữ 2 3 5 6 4 1
1 1. Đầu nối cần khoan
2 2. Bi
5 3. Ống lót
3 4. Cửa sổ thoát
4 5. Chốt định vị
6 6. Mufta ren trái
7 7. Đế
8. Ống chống
Hình 6.9. Sơ đồ đầu nối trám ống chống lửng
Quy trình trám: Đầu tiên cột ống chống lửng phải đƣợc thử rò rồi nối với cần khoan thông qua đầu nối chuyên dụng bằng ren trái. Sau khi cột ống chống đƣợc thả vào lỗ khoan, ngƣời ta bắt đầu bơm dung dịch đệm vào bên trong cần khoan, tiếp tục bơm vữa xi măng và dung dịch ép để ép vữa xi măng qua van ngƣợc vào đế ống chống. Sau đó thả viên bi thép (chú ý thời gian thả cần tính sao cho khi vữa xi măng dâng lên hết chiều cao cần trám thì viên bi sẽ tỳ lên ống lót). Khi viên bi tì lên ống lót, đồng hồ áp suất ở đầu giếng tăng vọt báo hiện viên bi đã nằm trên ống lót, lúc này thợ vận hành cho tăng áp suất bơm trám làm cho chốt định vị bị cắt đứt, ống lót di chuyển xuống phía dƣới và dừng lại trên vòng dừng. Lúc này lỗ thoát đƣợc mở ra, dung dịch ép qua lỗ thoát quét sạch phần xi măng thừa dâng lên phía trên đầu ống chống. Khi đó áp suất giảm đột ngột báo hiệu quá trình trám kết thúc. Sau đó ngƣời ta tháo cần khoan ra bằng cách quay phải rồi kéo chúng lên một đoạn và tiến hành bơm tuần hoàn để rửa sạch xi măng trong cần khoan và xi măng thừa trong lỗ khoan.
Với điều kiện hiện có của XN Vietsovpetro công tác trám hiện nay không bị giới hạn về áp suất bơm trám do sử dụng các loại máy bơm trám có áp suất làm việc lớn, nhƣng do điều kiện địa chất ảnh hƣởng trực tiếp tới chất lƣợng xi măng do giới hạn về thời gian đông kết. Vì vậy ta lựa chọn phƣơng pháp trám phù hợp cho các cột ống chống nhƣ sau:
Với các cột ống 762,508,: Ta chọn phƣơng pháp trám một tầng do chiều sâu không lớn.
Với cột ống 340: Chiều sâu đặt ống chống này lớn, thời gian bơm trám lâu, do đó để đảm bảo về thời gian đông kết xi măng ta chọn phƣơng pháp trám phân tầng.
Với cột ống 245,194: Ta thực hiện công tác trám cột ống lửng cho ống chốn
6.3.2. Tính toán trám xi măng cho các khoảng khoan
A. Phƣơng pháp trám tính toán
* Thể tích của dung dịch xi măng cần trám.
Thể tích dung dịch xi măng cần thiết đƣợc tính theo công thức:
4 xm V .[K1.( Dlk2 - Dn2).L1 + (dtt2 - Dn2)L2 + dt2.h] (6.1) Trong đó:
K1 : Hệ số hao hụt dung dịch xi măng do tiêu hao vào các khe nứt. Dlk : Đƣờng kính lỗ khoan. Dlk = M.Dc M : Hệ số mở rộng thành giếng khoan. Dc : Đƣờng kính choòng khoan. Dn : Đƣờng kính ngoài của ống chống cần trám. dtt : Đƣờng kính trong của ống chống trƣớc đó. dt : Đƣờng kính trong của ống chống cần trá L1 : Chiều dài thân giếng khoan đƣợc. L2 : Chiều dài của ống chống trƣớc đó.
h : Chiều cao cốc xi măng. h = 20 ÷ 30m .Chọn h=20m.
* Lượng xi măng khô cần thiết để điều chế dung dịch.
xm xm xm xm m V K G . 1 . . 2 (6.2) Trong đó:
Gxm : Lƣợng xi măng khô cần thiết (T).
K2 : Hệ số hao hụt xi măng bột. K2 = 1,03 1,05 xm : Trọng lƣợng riêng của bột xi măng (T/m3). m : Tỷ lệ nƣớc và xi măng. m = 0,45 0.5
* Lượng nước cần thiết để điều chế dung dịch xi măng.
* Thể tích dung dịch bơm ép. ) .( . 4 . d 2 L h Vep tb (m3) (6.4) Trong đó: : Hệ số nén của dung dịch ép. = 1,03 1,05. dtb : Đƣờng kính trong trung bình của cột ống chống. L : Chiều dài cột ống chống.
h : Chiều cao đặt vòng dừng (chiều cao cốc xi măng). h = 20m.
* Áp suất tối đa có thể đạt tới vào cuối quá trình bơm trám.
Pmax = Pth + Pcl (at) (6.5)
Trong đó:
Pth : Áp suất tiêu thụ để thắng sức cản trong hệ thống tuần hoàn và đƣợc xác định theo công thức:
Pth = 0,01.H + 16 (at) (6.6)
Pcl : Áp suất sinh ra do sự chênh lệch trọng lƣợng riêng giữa dung dịch xi măng và dung dịch bơm ép, giữa dung dịch khoan và dung dịch ép. Áp suất này đƣợc tính theo công thức: 10 ) ).( ( 10 ) ).( ( xm dx ep xm d ep cl H H h H P (at) (6.7) Trong đó:
Hxm : Chiều cao cột dung dịch xi măng.