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.
Thay các thông số trên vào công thức (6.2) ta đƣợc:
- Lƣợng nƣớc cần thiết để điều chế 194,4m3 dung dịch xi măng: Thay vào (6.3) ta tính đƣợc:
Vn = 0,5. 112,01 = 56 (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 = 0,317m : Đƣờng kính trong trung bình của ống chống 340. L = 2384m : 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. .0,3172.(2384-20)=192,17(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 = 0,01.2384 +16 = 39,84(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 = 1,12G/cm3 dx = 1,3G/cm3
Hxm = 766 m.Chiều cao cột dung dịch xi măng. Thay các thông số đó vào công thức (6.9) ở trên ta đƣợc:
. Pcl=
=13,42 ( at)
- Áp suất cực đại ở cuối quá trình bơm trám theo (6.5): Pmax = Pth + Pcl = 39,84+ 13,42= 53,26(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 = 123,52m3 Vep = 192,17m3 q = 2375,93 (l/ph)
Thay các thông số trên ta có:
Vậy thời gian bơm trám với một máy bơm trám là: T = 147,87(ph).
Trám tầng thứ hai (0 ÷ 1618m).
Khoảng trám này từ đầu đến độ sâu 1618m.
- Thể tích dung dịch xi măng cần bơm vào lỗ khoan theo (6.1): Ta có các thông số:
L1 = 1218m : Chiều dài thân giếng khoan đƣợc. L2 = 400 m : Chiều dài của ống chống trƣớc đó. Dlk = M.Dc = 0,5334m : Đƣờng kính lỗ khoan.
dtt = 0,486m : Đƣờng kính trong của ống chống trƣớc đó. 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 (6.1) trên ta tính đƣợc: Vxm = 233,36(m3).
- Lƣợng xi măng khô cần thiết để điều chế 211,5 m3 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.
Thay các thông số trên vào công thức (6.2) ta đƣợc:
- Lƣợng nƣớc cần thiết để điều chế 191,80 m3 dung dịch xi măng: Thay vào (6.3) ta tính đƣợc: Vn = 0,5.211,62 = 105,81(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.
L = 1618m : 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. .0,3172.(1618-20)=129,90 (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 = 0,01.1618+ 16 = 32,18(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 = 1,12G/cm3 dx = 1,3G/cm3
Hxm = 1618 m.Chiều cao cột dung dịch xi măng. Thay các thông số đó vào công thức (6.9) ở trên ta đƣợc:
. . Pcl=
=28,76 ( at)
- Áp suất cực đại ở cuối quá trình bơm trám theo (6.5): Pmax = 32,18 + 28,76= 60,94(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 =233,36 m3 Vep =129,90 m3 q = 2375,93 (l/ph) Thay các thông số trên ta có:
Thay các thông số trên ta có:
Vậy thời gian bơm trám với một máy bơm trám là: T = 168(ph).
Tính toán tƣơng tự cho các cột ống tiếp theo ta đƣợc kết quả tính toán thể hiện trong bảng sau:
Bảng 6.1.Kết quả tính toán trám xi măng các cột ống chống giếng MT-1X. Tên cột ống chống Phƣơng pháp trám Lƣợng dd xi măng (m3) Lƣợng xi măng khô (T) Lƣợng nƣớc (m3) Lƣợng dd bơm ép (m3) Áp suất bơm cực đại (at) Thời gian trám với 1 máy bơm trám (phút) Ống đinh hƣớng 762 Một tầng 26,40 23,94 11,97 49,10 20,44 46,77 Ống dẫn hƣớng 508 Một tầng 184,2 167,03 83,5 76,42 30,26 124,6 Ống trung gian 340 Hai tầng 123,52 112,01 56 192,17 53,26 147,87 233,36 211,62 105,81 129,90 60,94 168 Ống trung gian 245 Một tầng 100,64 127,64 63,82 93,39 165,71 96,66 Ống chống 194 Trám lửng 15,03 19,07 9,53 99,59 187,68 63,24 Ống chống 140 Trám lửng 4,43 5,61 2,809 49,36 333,44 37,63
CHƢƠNG 7 KIỂM TOÁN