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. H : Chiều cao ống chống.
dx : Trọng lƣợng riêng của dung dịch xi măng.Theo API có thể tính :
dx = d + (0,2 0,3) G/cm3. (6.8) ep : Trọng lƣợng riêng của dung dịch ép (G/cm3).
d : Trọng lƣợng riêng của dung dịch khoan (G/cm3).
- Khi dung dịch ép có trọng lƣợng riêng bằng với trọng lƣợng riêng của dung dịch khoan thì ta có: 10 ) ).( ( xm dx ep cl h H P (at) (6.9)
* Thời gian trám xi măng với một máy bơm trám.
T = ttr + t (6.10)
Trong đó:
t : Thời gian giải phóng nút trám trên. t = 15 phút ttr : Thời gian bơm dung dịch xi măng và dung dịch ép (p)
.1000 q V V ttr xm ep (6.11) Vxm : Thể tích dung dịch xi măng (m3). Vep : Thể tích đung dịch ép (m3).
q : Lƣu lƣợng bơm trám (l/ph). Lƣu lƣợng lớn nhất của máy bơm trám có đƣờng kính xi lanh bằng 6 inch là: q = 2375,93 (l/ph).
B. Tính toán trám xi măng cho các cột ống
* Tính toán trám xi măng cho cột ống định hướng (0 ÷ 120m).
- Thể tích dung dịch xi măng cần bơm vào lỗ khoan: 4 xm V .[K1.( Dlk2 - Dn2).L + dt2.h] (6.12) Ta có các thông số: L = 120m : Chiều dài cột ống chống. H = 120m : Chiều cao trám cột ống chống. Dc = 0,6604m : Đƣờng kính choòng khoan sử dụng. Dlk = M.Dc = 0,914m : Đƣờng kính lỗ khoan. Dn = 0,762m : Đƣờng kính ngoài của ống cần trám. dt = 0,7112m : Đƣờng kính trong của ống cần trám. K1 = 1,2 : Hệ số tiêu hao dung dịch xi măng.
Thay vào (6.12) các số liệu này vào công thức trên ta tính đƣợc: Vxm =26,40 (m3).
- Lƣợng xi măng khô cần thiết để điều chế 26,40m3 dung dịch xi măng Ta có các thông số:
K2 = 1,05 : Hệ số hao hụt xi măng bột.
xm = 1,52 G/cm3 = 1,52 T/m3 : Trọng lƣợng riêng của xi măng bột. m = 0,5 : Tỷ lệ nƣớc xi măng.
- Lƣợng nƣớc cần thiết để điều chế dung dịch xi măng: Thay vào (6.3) ta tính đƣợc:
Vn = 0,5. 23,94 = 11,97(m3).
- Lƣợng dung dịch bơm ép:
Ta sử dụng dung dịch khoan trƣớc đó làm dung dịch bơm ép. Ta có các thông số:
= 1,03 : Hệ số nén của dung dịch ép.
Dtb = 0,7112m : Đƣờng kính trong trung bình của ống chống 762. L = 120m : Chiều dài cột ống.
Thay các thông số trên đây vào công thức (6.4) ta tính đƣợc thể tích của dung dịch bơm ép cần thiết:
Vép=1,03. .0,71122.(120)=49,10 (m3)
- Áp suất tối đa đạt đƣợc vào cuối quá trình bơm trám:
+ Áp suất để thắng sức cản trong hệ thống tuần hoàn đƣợc tính theo công thức (6.6):
Pth = 0,01.120 +16 = 17,2(at)
+ Áp suất sinh ra do sự chênh lệch trọng lƣợng riêng giữa dung dịch xi măng và dung dịch bơm ép theo công thức (6.7):
ep = d = 1,03G/cm3 dx = 1,52G/cm3
Hxm = H = 120m.Chiều cao cột dung dịch xi măng. Thay các thông số đó vào công thức (6.9) ở trên ta đƣợc:
Pcl=
=3,24 ( at)
- Áp suất cực đại ở cuối quá trình bơm trám theo (6.5): Pmax = Pth + Pcl = 17.2+ 3,24 = 20,44(at)
- Thời gian trám xi măng với một máy bơm trám theo (6.10): + Thời gian giải phóng nút trám trên: t = 15 phút.
+ Thời gian bơm dung dịch xi măng và dung dịch ép theo (6.11): Ta có các thông số:
Vep = 49,10m3 q = 2375,93 (l/ph) Thay các thông số trên ta có:
Vậy thời gian bơm trám với một máy bơm trám là: T = 31,77 + 15 = 46,77(ph).
* Tính toán trám xi măng cho cột ống dẫn hướng 508.
- Thể tích dung dịch xi măng cần bơm vào lỗ khoan: 4 xm V .[K1.( Dlk2 - Dn2).L + dt2.h] (6.12) Ta có các thông số: L = 400m : Chiều dài cột ống chống. H = 400m : Chiều cao trám cột ống chống. Dc = 0,6604m : Đƣờng kính choòng khoan sử dụng. Dlk = M.Dc = 0,8585m : Đƣờng kính lỗ khoan. Dn = 0,508m : Đƣờng kính ngoài của ống cần trám. dt = 0,486m : Đƣờng kính trong của ống cần trám. K1 = 1,2 : Hệ số tiêu hao dung dịch xi măng. h = 20m : Chiều cao cốc xi măng.
Thay vào (6.12) các số liệu này vào công thức trên ta tính đƣợc: Vxm =184,2 (m3).
- Lƣợng xi măng khô cần thiết để điều chế 184,2 m3 dung dịch xi măng Ta có các thông số:
K2 = 1,05 : Hệ số hao hụt xi măng bột.
xm = 1,52 G/cm3 = 1,52 T/m3 : Trọng lƣợng riêng của xi măng bột. m = 0,5 : Tỷ lệ nƣớc xi măng.
Thay các thông số trên vào công thức (6.2) ta đƣợc:
- Lƣợng nƣớc cần thiết để điều chế dung dịch xi măng: Thay vào (6.3) ta tính đƣợc:
Vn = 0,5. 167,03 = 83,5 (m3).
- Lƣợng dung dịch bơm ép:
Ta có các thông số:
= 1,03 : Hệ số nén của dung dịch ép.
Dtb = 0,486m : Đƣờng kính trong trung bình của ống chống 508. L = 400 m : Chiều dài cột ống.
h = 20m : Chiều cao cốc xi măng.
Thay các thông số trên đây vào công thức (6.4) ta tính đƣợc thể tích của dung dịch bơm ép cần thiết:
Vép=1,03. .0,4862.(400)=76,42 (m3)
- Áp suất tối đa đạt đƣợc vào cuối quá trình bơm trám:
+ Áp suất để thắng sức cản trong hệ thống tuần hoàn đƣợc tính theo công thức (6.6):
Pth = 0,01.400 +16 = 20(at)
+ Áp suất sinh ra do sự chênh lệch trọng lƣợng riêng giữa dung dịch xi măng và dung dịch bơm ép theo công thức (6.7):
ep = d = 1,03G/cm3 dx = 1,3G/cm3
Hxm = H = 400 m.Chiều cao cột dung dịch xi măng. Thay các thông số đó vào công thức (6.9) ở trên ta đƣợc:
. Pcl=
=10,26 ( at)
- Áp suất cực đại ở cuối quá trình bơm trám theo (6.5): Pmax = Pth + Pcl = 20+ 10,26 = 30,26(at)
- Thời gian trám xi măng với một máy bơm trám theo (6.10): + Thời gian giải phóng nút trám trên: t = 15 phút.
+ Thời gian bơm dung dịch xi măng và dung dịch ép theo (6.11): Ta có các thông số:
Vxm = 184,2m3 Vep = 76,42m3 q = 2375,93 (l/ph) Thay các thông số trên ta có:
Vậy thời gian bơm trám với một máy bơm trám là: T = 109,6 + 15 = 124,6 (ph).
* Tính toán trám xi măng cho cột ống trung gian 340.
Do chiều cao trám xi măng của cột ống chống này tƣơng đối lớn nên để đảm3 bảo hiệu quả trám ta chọn phƣơng pháp trám 2 tầng.
Tƣơng tự theo (6.8) ta chọn dx = 1,3G/cm3 và ep = d = 1,12G/cm3
Theo (*) ta có : chiều cao đặt mupta phân tầng kể từ đáy của cột ống là : hm =
=766m
Vậy chiều cao đặt mupta từ trên xuống là hm1 = 2384 – 766 = 1618 m
Chiều cao đặt mupta phân tầnghm1 = 1618m nên khoảng trám này từ độ sâu 1618
2384m.
Trám tầng thứ nhất (1618 ÷ 2384m).
- Thể tích dung dịch xi măng cần bơm vào lỗ khoan là: 4 xm V .[K1.( Dlk2 - Dn2).L + dt2.h] (6.13) Ta có các thông số:
L = 766 m : Chiều dài thân giếng khoan đƣợc. Dlk = M.Dc = 0,5334m : Đƣờng kính lỗ khoan. Dn = 0,340m : Đƣờng kính ngoài của ống cần trám. dt = 0,317m : Đƣờng kính trong của ống cần trám. K1 = 1,2 : Hệ số tiêu hao dung dịch xi măng. h = 20m : Chiều cao cốc xi măng.
Thay các số liệu này vào công thức trên ta tính đƣợc: Vxm = 123,52(m3).
- Lƣợng xi măng khô cần thiết để điều chế 113,2m3 dung dịch xi măng Ta có các thông số:
K2 = 1,05 : Hệ số hao hụt xi măng bột.
xm = 1,52G/cm3 = 1,52T/m3 : Trọng lƣợng riêng của xi măng bột. m = 0,5 : Tỷ lệ nƣớc xi măng.