7.2.1. Phƣơng pháp kiểm toán ống chống
Kiểm toán ống chống theo áp suất dƣ bên ngoài
Ống chống đạt độ bền về bóp méo khi thoả mãn điều kiện: 1 1,3 dn bm P P n (7.3) Trong đó: Pbm: Áp suất làm bóp méo ống chống.
n1: Hệ số an toàn đối với áp lực dƣ bên ngoài. Pdn: Áp suất dƣ bên ngoài cột ống.
Có nhiều trƣờng hợp làm xuất hiện áp suất dƣ bên ngoài cột ống chống, tuỳ thuộc vào từng ống chống cụ thể mà áp suất dƣ này có thể xuất hiện và đƣợc tính toán nhƣ sau:
Trường hợp sau khi chống ống tiến hành khoan với dung dịch có trọng lượng riêng nhẹ hơn: .( ) 10 na nh x dn H P (7.4) Trong đó:
na : Trọng lƣợng riêng của dung dịch nặng đã khoan trƣớc đó. nh : Trọng lƣợng riêng của dung dịch nhẹ khoan đoạn tiếp theo. Hx : Chiều sâu tính toán.
Áp suất dư bên ngoài do cột vữa xi măng bên ngoài ống chống gây ra trong quá trình đông cứng:
Pdn = 0,1.(xm- ep).(Hx- h) (7.5) Trong đó:
ep : Trọng lƣợng riêng của dung dịch ép. h : Chiều cao của cốc xi măng. Chọn h=20m.
Trường hợp mất dung dịch bên trong cột ống:
Trong trƣờng hợp áp lực vỉa thấp có thể làm cho cột dung dịch bên trong ống chống bị hạ xuống. Khi đó áp suất dƣ bên ngoài cột ống chống đƣợc tính theo công thức:
Pdn = 0,1.[Ka.Hx - (Hx - H0).d] (7.6) Trong đó:
Ka : Gradien áp suất vỉa tại điểm tính toán. Hx : Chiều sâu tại điểm tính toán.
H0 : Chiều sâu hạ mực chất lỏng (từ miệng ống đến bề mặt chất lỏng bên trong ống chống).
d : Trọng lƣợng riêng của chất lƣu bên trong cột ống.
Nhƣ vậy, trong tất cả các trƣờng thì áp suất dƣ bên ngoài cột ống luôn đạt giá trị cực đại tại đáy của cột ống chống. Vì vậy, khi kiểm toán ống chống theo áp suất bóp méo ta chỉ cần tính chọn thông qua áp suất dƣ bên ngoài cột ống tại phần đáy của cột ống chống đó.
Kiểm toán ống chống theo áp suất dư bên trong
Ống chống đạt độ bền nổ khi thoả mãn điều kiện: 2 1,3 dt no P P n (7.7) Trong đó: Pno: Áp suất nổ ống chống.
n2: Hệ số an toàn đối với áp lực dƣ bên trong. Pdt: Áp suất dƣ bên trong cột ống.
Tính toán Pdt trong các trƣờng hợp làm xuất hiện áp suất dƣ bên trong cột ống:
Trường hợp khoan với dung dịch nặng hơn sau khi chống ống:
) .( 10 . nh na x dt H P (7.8) Trong đó:
na: Trọng lƣợng riêng của dung dịch nặng khoan sau đó. nh: Trọng lƣợng riêng của dung dịch khoan nhẹ trƣớc đó. Hx: Chiều sâu tính toán.
Trong trƣờng hợp này, Pdt đạt giá trị cực đại tại tại đáy ống chống.
Áp suất dư bên trong cực đại xuất hiện trong quá trình bơm trám:
Pdt = 0,1.(xm- d).(Hx- h) + (0,01.H + 8) + Pd (7.9) Trong đó:
xm : Trọng lƣợng riêng của vữa xi măng. d : Trọng lƣợng riêng của dung dịch. h : Chiều cao của cốc xi măng. H : Chiều sâu thân giếng.
Pd : Áp suất dƣ sinh ra để đánh thủng nút trám dƣới. Pd = 20at Trong trƣờng hợp này, Pdt đạt giá trị cực đại tại tại đáy ống chống.
Trường hợp phải đóng giếng khi có hiện tượng phun:
Trong trƣờng hợp này, áp suất dƣ bên trong đạt giá trị cực đại tại miệng giếng khoan và đƣợc tính theo công thức:
Pdt = 0,1.H.(Kv - t) (7.10) Trong đó:
Kv : Gradien áp suất của vỉa sản phẩm
H : Chiều sâu của vỉa có xuất hiện dầu khí phun
t : Trọng lƣợng riêng của chất lƣu bên trong ống chống
Kiểm toán ống chống theo tải trọng kéo
Ống chống đạt độ bền kéo khi thoả mãn điều kiện: 3 1,3 T K Q Q n (7.11) Trong đó:
QK: Tải trọng kéo đứt mối nối n3: Hệ số an toàn kéo của mối nối
QT: Tải trọng lớn nhất tác dụng lên mối nối trên cùng của cột ống chống
QT = Q + Qph (7.12)
Q: Trọng lƣợng cột ống chống ngâm trong dung dịch
.(1 ) ep oc Q Q (7.13) Qoc: Trọng lƣợng của cột ống chống
ep: Trọng lƣợng riêng của dung dịch ép
: Trọng lƣợng riêng của thép chế tạo ống chống
Qph: Tải trọng phụ sinh ra trong giai đoạn cuối của quá trình bơm trám Qph = (Pth + Pd).
4 .dvd2
(7.14) Pth: Áp suất tiêu thụ để thắng sức cản trong hệ thống tuần hoàn
(Đối với ≥3 thiết bị bơm).
Pth = 0,01.H + 8 (at) (7.15) Pd: Áp suất dƣ sinh ra khi nút trám trên tì lên nút trám dƣới. Pd = 20at dvd: Đƣờng kính trong của ống chống tại vòng dừng1
7.2.2. Kiểm toán bền ống chống
Ống dẫn hƣớng 508mm (0 ÷ 240m)
Trong phần lựa chọn ống chống, ta đã lựa chọn ống chống 508 với mác thép K- 55 và bề dày là 11mm. Tra bảng ta có đặc tính bền của ống chống này nhƣ sau:
Pbm = 36at : Áp suất làm bóp méo ống chống. Pno = 143at : Áp suất gây nổ ống.
QK = 659T : Tải trọng kéo cho phép làm đứt mối nối ống. Qoc = 53,88T : Trọng lƣợng cột ống.
Kiểm toán ống dẫn hướng 508 theo áp suất dư bên ngoài:
- Áp suất dƣ bên ngoài cột ống 508 chỉ xuất hiện và đạt giá trị cực đại tại đáy ống chống trong quá trình trám xi măng.
- Áp suất dƣ bên ngoài do cột dung dịch xi măng gây ra theo công thức (7.6).
Trong đó:
xm = 1,3G/cm3
ep = 1,03G/cm3 h = 20m
Hx = H = 400m
Thay các thông số vào công thứcPdn ta đƣợc:
) .( 10 na nh x dn H P = 0,1.(1,3 - 1,03).(400 - 20) = 10,26(at).
- Hệ số an toàn đối với áp lực dƣ bên ngoài theo: 1 1,3
dn bm
P P n
n1= =
= 3,5 >1,3
Vậy ống dẫn hƣớng đạt độ bền bóp méo.
Kiểm toán ống dẫn hướng 508 theo áp suất dư bên trong:
- Áp suất dƣ bên trong do khoan với dung dịch nặng hơn sau khi chống ống:
Pdt=
.( ) =
( 1,12-1,03) = 3,6 (at)
- Đối với ống chống 508, áp suất dƣ bên trong chỉ xuất hiện và đạt giá trị cực đại tại đáy ống trong quá trình bơm trám và đƣợc tính theo công thức (7.10).
xm = 1,3kG/cm3
d = 1,03kG/cm3 Hx = H =400m
h = 20m Pd = 20at Thay các thông số vào ta tính đƣợc:
Pdt = 0,1.(1,3- 1,03).(400- 20) + (0,01.400+ 8) + 20 = 42,26(at).
- Hệ số an toàn đối với áp lực dƣ bên trong:
n2=
=
= 3,3 >1,3
Vậy ống dẫn hƣớng đạt độ bền nổ.
Kiểm toán ống dẫn hướng 508 theo tải trọng kéo cho phép:
- Tải trọng lớn nhất tác dụng lên mối nối trên cùng của cột ống chống:
Trong đó: Q= 53,88. (1- ) = 46,81 Pth = 0,01.H + 8 = 12at = 12kG/cm2 Pd = 20at = 20kG/cm2 dvd = 48,6cm Vậy: Qph = (12 + 20). 4 6 , 48 . 2 = 59362(kG) = 59,362(T)
Thay các giá trị Q và Qph vào công thức (7.25) ta đƣợc: QT = 106,172(T)
- Hệ số an toàn kéo của mối nối ống chống theo (7.24):
n3=
= 6,2 >1,3
Ống trung gian 340mm
Trong phần lựa chọn ống chống, ta đã lựa chọn ống chống 340 với mác thép K- 55 và bề dày là 11mm. Tra bảng ta có đặc tính bền của ống chống này nhƣ sau:
Pbm = 105at : Áp suất làm bóp méo ống chống. Pno = 210at : Áp suất gây nổ ống.
QK = 428T : Tải trọng kéo cho phép làm đứt mối nối ống. Qoc = 212,41T : Trọng lƣợng cột ống.
Kiểm toán ống trung gian 340 theo áp suất dư bên ngoài:
Áp suất dƣ bên ngoài cột ống 340 xuất hiện và đạt giá trị cực đại tại đáy ống chống trong quá trình trám xi măng.
- Áp suất dƣ bên ngoài do cột dung dịch xi măng gây ra theo (7.6).
Trong đó: xm = 1,3G/cm3 ep = 1,12G/cm3 h = 20m
Hx = H =2384m
Thay các thông số vào công thức trên ta đƣợc: Pdn = 0,1.(1,3- 1,12).(2384- 20) = 42,5at
- Hệ số an toàn đối với áp lực dƣ bên ngoài theo (7.16).
n1= =
= 2,46 >1,3 Vậy ống chống trung gian 340 đạt độ bền bóp méo.
Kiểm toán ống trung gian 340 theo áp suất dư bên trong:
- Áp suất dƣ bên trong do khoan với dung dịch nặng hơn sau khi chống ống
Pdt=
.( ) =
( 1,20-1,12) = 19,072(at)
- Áp suất dƣ bên trong xuất hiện và đạt giá trị cực đại tại đáy ống trong giai đoạn bơm trám và đƣợc tính theo công thức (7.10).
xm = 1,3kG/cm3 d = 1,12kG/cm3 Hx = H = 2384m h = 20m
Thay các thông số vào công thức trên ta tính đƣợc:
Pdt = 0,1.(1,3- 1,12).(2384- 20) + (0,01.2384+ 8) + 20 = 94,392(at).
- Hệ số an toàn đối với áp lực dƣ bên trong:
n2=
=
= 2,22>1,3
Vậy ống chống 340 đạt độ bền nổ.
Kiểm toán ống trung gian 340 theo tải trọng kéo cho phép:
- Tải trọng lớn nhất tác dụng lên mối nối trên cùng của cột ống chống:
Trong đó: Q= 212,41. (1- ) = 182,1 (T) Pth = 0,01.2384 + 8 = 31,84(at) = 31,84(kG/cm2) Pd = 20at = 20kG/cm2 dvd = 31,77cm Vậy: Qph = (31,84 + 20). = 41,09 (T)
Thay các giá trị Q và Qph vào công thức (7.25) ta đƣợc: QT = 223,19T
- Hệ số an toàn kéo của mối nối ống chống:
n3=
= 1,91 >1,3
Nhƣ vậy, ống chống trung gian 340 đạt độ bền kéo.
Ống chống trung gian 245mm
Trong phần lựa chọn ống chống, ta đã lựa chọn ống chống 245 với mác thép P- 110 và bề dày 11 mm. Tra bảng ta có đặc tính bền của ống chống này nhƣ sau:
Pbm = 301at : Áp suất làm bóp méo ống chống. Pno = 592at : Áp suất gây nổ ống.
QK = 615T : Tải trọng kéo cho phép làm đứt mối nối ống. Qoc = 243,3T : Trọng lƣợng cột ống.
Kiểm toán ống chống trung gian 245 theo áp suất dư bên ngoài:
Áp suất dƣ bên ngoài cột ống 245 chỉ xuất hiện và đạt giá trị cực đại tại đáy ống chống trong quá trình trám xi măng.
Trong đó:
xm = 1,81kG/cm3
h=20m , Hx=1982m , H=4209m Thay số vào công thức trên ta đƣợc: Pdn= 0,1.(1,81-1,26).(1982-20)= 107,91 at Hệ số an toàn với áp lực bên ngoài theo (7.16)
n1=
=
=2,78 > 1,3
Vậy ống chống 245 đạt độ bền bóp méo.
Kiểm toán ống 245 theo áp suất dư bên trong
Áp suất dƣ bên trong do khoan với dung dịch nặng hơn sau khi chống ống
Pdt=
.( ) =
( 1,48-1,20) = 117,85(at)
Áp suất dƣ bên trong xuất hiện và đạt cực đại tại đáy ống trong giai đoạn bơm trám và đƣợc tính toán theo CT: xm = 1,81kG/cm3 xm = 1,26kG/cm3 H=4209m Hx=1982m h = 20m Pd=20 at
Thay số vào công thức trên ta tính đƣợc:
Pdt=0,1.(1,81-1,26).(1982-20)+(0,01.4209+8)+20=178 at
Hệ số an toàn đối với áp lực dƣ bên trong:
n2=
=
=3,32 > 1,3
Vậy ống chống 245 đạt độ bền nổ.
* Kiểm toán ống 245 theo tải trọng kéo cho phép:
- Tải trọng lớn nhất tác dụng lên mối nối trên cùng của cột ống chống
QT = Q + Qph Trong đó: Q= 243,3. (1-
) = 204,2(T)
Tải trọng phụ sinh ra trong giai đoạn cuối của quá trình bơm trám: Qph = (Pth + Pd).
Pth = 0,01.H + 8 = 0,01.4209+ 8 = 50,09at = 50,09 kG/cm2 4
.dvd2
Pd = 20at = 20 Kg/cm2 dvd = 22,24 cm
Vậy: Qph = (50,09 + 20). = 27,22(T)
Thay các giá trị Q và Qph vào công thức tính QT ta đƣợc: QT = 231,42 T
- Hệ số an toàn kéo của mối nối ống chống:
n3=
= 2,65>1,3
Nhƣ vậy, ống chống 245 đạt độ bền kéo.
. Ống chống 194:
Trong phần lựa chọn ống chống, ta đã lựa chọn ống chống 194 với mác thép P- 110 và bề dày thành là 9,5mm. Tra bảng ta có đặc tính bền của ống chống này nhƣ sau:
Pbm = 364 at Pno = 644 at QK = 418 T
* Kiểm toán ống 194 theo áp suất dư bên ngoài ống chống: Áp suất dƣ ngoài
Pdn=
( 1,48 -1,05) = 212(at)
- Áp suất dƣ bên ngoài tại đáy cột ống do cột dung dịch xi măng gây ra:
Pdn = 0,1.(xm- ep).(Hx- h) (at) Trong đó: xm = 1,81G/cm3 ep = 1,48G/cm3 h = 20m Hx = 4008 m
Thay các thông số vào công thức trên ta đƣợc:
Pdn = 0,1.(1,81 - 1,48).(4008- 20) = 131,604 at Hệ số an toàn đối với áp lực dƣ ngoài :
n1=
= 2,76 >1,3
Vậy ống chống 194 đạt độ bền bóp méo.
- Áp suất dƣ bên trong xuất hiện và đạt giá trị cực đại tại đáy ống trong quá trình bơm trám và đƣợc tính theo công thức:
Pdt = 0,1.(xm- d).(Hx- h) + (0,02.H + 16) + Pd xm = 1,81Kg/cm3 d = 1,48Kg/cm3 Hx = 4008 m H = 4929m h = 20 m
Do không sử dụng nút trám nhƣ trong trƣờng hợp trám một tầng hoặc phân tầng nên Pd = 0.
Thay các thông số vào công thức trên ta tính đƣợc: Pdt = 246,1 at
- Hệ số an toàn đối với áp lực dƣ bên trong:
n2=
= 2,61>1,3
Vậy ống chống 194 đạt độ bền nổ.
* Kiểm toán ống 194 theo tải trọng kéo cho phép:
- Tải trọng lớn nhất tác dụng lên mối nối trên cùng của cột ống chống
QT = Q + Qph
Trong đó:Q= 37,76. (1-
) = 30,64(T)
Tải trọng phụ sinh ra trong giai đoạn cuối của quá trình bơm trám: Qph = (Pth + Pd).
Pth = 0,02.H + 16 = 0,02. 4929 + 16 = 114,58 at = 114,58 kG/cm2 Pd = 0
dvd = 17,46 cm
Vậy: Qph = (114,58). = 27,43(T)
Thay các giá trị Q và Qph vào công thức tính QT ta đƣợc: QT = 58,07 T - Hệ số an toàn kéo của mối nối ống chống:
n3= =7,19>1,3 Nhƣ vậy, ống chống 194 đạt độ bền kéo. 4 .dvd2
7.3. Kiểm toán bền cột cần khoan
Trong quá trình làm việc cũng nhƣ quá trình kéo thả, cần khoan chịu tác dụng của cả tải trọng động và tải trọng tĩnh. Các tải trọng này làm cho cần khoan mất ổn định và gây ra sự cố. Để tránh đƣợc điều này ta tiến hành kiểm tra độ bền của bộ phận cần khoan trong quá trình mở vỉa sản phẩm ứng với chiều sâu lớn nhất. Tính toán ứng suất tổng hợp tại các tiết diện nguy hiểm. Ứng suất này không đƣợc phép vƣợt quá ứng suất cho phép của cột cần.
Trong khoan roto ta tiến hành kiểm toán cột cần tại hai tiết diện nguy hiểm trong trƣờng hợp có sử dụng cần nặng, tại ba tiết diện trong trƣờng hợp không sử dụng cần nặng. Trong đó giếng khoan MT-1X này ta kiểm nghiệm tại hai vị trí tiết diện nguy hiểm đó là (1-1) và (2-2), các bƣớc tiến hành kiểm nghiệm ta tiến hành nhƣ sau:
Hình 7.1. Vị trí mặt cắt kiểm toán trên bộ cần khoan có cần nặng
1-1: Mặt cắt 1-1 2-2: Mặt cắt 2-2
1: Cần khoan. 2: Cần nặng. 3: Choòng.
Tính toán cần nặng
Trong quá trình khoan, cột cần khoan phải chịu các tải trọng bao gồm: Kéo, nén, uốn và xoắn. Trong đó tồn tại hai tiết diện nguy hiểm nhất đó là phần trên của cột cần và phần dƣới cột cần.
Trong qu á trình khoan và thả ống chống, vì ống chống cuối cùng có đƣờng kính 140 nên ta dùng cần 127 để khoan lỗ khoan và thả ống chống có đƣờng kính 140 nên khi kiểm toán quá trình thả ống chống ta kiểm toán cần khoan 127.
Dcn= 0,75.165,1= 123,825 (mm). 1 1 2 2 1 2 3
Chọn : + Đƣờng kính cần nặng: Dcn = 120,65mm. + Đƣờng kính trong của cần nặng: dcn = 32mm. + Trọng lƣợng 1m cần nặng: qcn = 67kG/m.
Những cần nặng này có đủ độ cứng khi khoan để thả ống chống khai thác
140mm. Theo công thức: 4 4 4 2. 1 ( ) 1 ( ) oc oc cn oc cn oc cn D D D d D D (7.16)
Thay số liệu vào công thức trên ta đƣợc:
= 0,861> √ = 0,612
Nhƣ vậy đƣờng kính cần khoan 127 đảm bảo bền khi thả ống chống.
Trong khoảng khoan cuối dùng cần 127 ta có :
* Chiều dài cần nặng đƣợc xác định theo công thức: Lcn = dd