Thiết bị đối áp

Hình 30

Hình 32 Đối áp ngàm

1.1.9.1Vai trò của đối áp trong hê ̣ thống kiểm soát giếng.

Trong quá trình khoan và sửa giếng thường xuất hiê ̣n sự cố phun trào dầu,khí từ lỗ khoan. Sự phun trào nếu không được kiểm soát ki ̣p thời có thể gây nên hậu quả trầm trọng như đã đề cập ở chương 1.

Để ngăn chă ̣n hiê ̣n tượng phun trào, bên ca ̣nh viê ̣c sử dụng các thiết bi ̣ chống phun khác, đối áp là một thiết bi ̣ quan trong nhất trong hê ̣ thống chống phun trào, kiểm soát giếng. Nhờ có thiết bi ̣ đối áp mà cho phép chúng ta tiến hành công tác khoan hay sữa giếng một cách an toàn.

Hình 33 Vị trí đối áp trong hệ thống thiết bị khoan

Trong công tác khoan và sƣ̉a giếng đối áp có các nhiê ̣m vụ cụ thể sau:

 Đóng kín khoảng không vành xuyến giƣ̃a cần khoan và ống chống, treo bô ̣ cần khoan hoă ̣c cắt nếu cần.

 Kiểm soát chất lƣu trong giếng

 Nâng thả cần khoan trong khi khoan

 Bơm tuần hoàn vào giếng và tuần hoàn chất lƣu kick ra ngoài. 1.1.9.2Phân loa ̣i đối áp.

 Theo hãng sản xuất : Camaron, Shaffer, Hydril, Rumania.

 Áp suất làm việc : tƣ̀ 1000 psi đến 20000 psi

 Theo kích thƣớc đƣờng kính lỗ cho phép cần khoan đi qua. 7 1/16’’. 11’’. 13 5/8’’. 16 ¾’’ , 18 ¾’’ , 20 ¾’’ , ….

 Theo nguyên lý làm viê ̣c: Đối áp ngàm và đối áp vạn năng.

 Vị trí lắp đặt: đối áp trên bề mă ̣t và đối áp lắp ngầm dƣới biển. 1.1.9.3Giới thiệu các loại đối áp.

1.1.9.3.1 Đối áp vạn năng. ( Annualar BOP ).

Giới thiê ̣u chung.

Đối áp vạn năng, đôi khi vẫn được go ̣i là túi chống phun hoă ̣c là đối áp hình cầu, là một thiết bị kiểm soát áp suất đầu giếng khá linh hoạt. Chúng được sử dụng để đóng giếng khi không có cần khoan hoă ̣c đóng giếng trong khi kéo cần. Hầu hết các loại đối áp kiểu này sẽ đóng được giếng khoan khi có cần nặng, cần chủ đa ̣o, cô ̣t cần khoan, ống khai thác và trong trường hợp khẩn cấp khi giếng khoan không có cần.

Cấu ta ̣o của nó gồm có một má cao su làm kín, mô ̣t piston, thân và đầu đối áp. Khi chất lưu thủy lực được bơm vào buồng đóng nó sẽ ép má làm kín vào bên trong. Má cao su phải đủ đàn hồi để phình ra và co lại sao cho phù hợp với kích thước và hình dạng khác nhau của các loại cần. Khi có khí H2S xuất hiê ̣n, nó sẽ làm giảm độ bền và tuổi thọ của vành má làm kín. Trong các thao tác với đối áp va ̣n năng, cố gắng làm giảm áp suất hoạt động càng tốt vì như vậy sẽ kéo dài tuổi thọ của đối áp.

Hình 34 Cấu ta ̣o của đối áp va ̣n năng

Có rất nhiều nhà sản xuất với nhiều model, ví dụ như, Hydril GL, GX và GK, Camaron D và DL, Shaffer SLX, SL. Các hãng sản xuất này đều sản xuất các model dạng cặp đôi khi mà không gian lắp đặt hạn chế hoặc là lắp đặt ở đáy biển.

Hình 35 Đối áp nghép đôi

Mỗi loa ̣i đều có những thuộc tính, áp suất hoạt động và hạn chế khác nhau. Chính vì thế mà bộ điều khiển thủy lực phù hợp cho tất cả các loại đối áp vạn năng và cho phép điều chỉnh áp suất hoa ̣t động khi cần. Van điều chỉnh áp suất đóng sẽ cho phép chất lưu thủy lực chảy theo cả 2 hướng. Đây là một đă ̣c điểm rất quan trọng cho

phép kéo cần và các thao tác khác xuyên qua nó trong khi vẫn giữ được độ kín khít của má cao su. Khi mà áp suất giếng quá cao hoặc sự làm kín không đảm bảo thì áp suất giếng có thể xả thông qua bộ điều chỉnh thủy lực của đường đóng và trở về với thùng tích áp. Mô ̣t điều khá quan trọng là bộ làm kín phải được đóng với áp suất vừa đủ để giữ được cần và sự làm kín cần thiết. Tuy nhiên, áp suất đó sẽ không được quá chặt vì sẽ làm cho má cao su bị phồng ra, mất đi sự đàn hồi cần thiết để làm kín trong lần hoa ̣t đô ̣ng tiếp theo.

Hình 36 Má làm kín và segment

Segment thép được lắp bên ngoài má làm kín để ngăn không cho má làm kín phình ra quá mức khi đóng giếng ở áp suất quá cao. Segment này sẽ co vào khi má làm kín quay về vị trí mở.

Hầu hết các đối áp va ̣n năng được thiết kế với áp suất đóng là khoảng 1500 psi. Mô ̣t vài loa ̣i đối áp có áp suất làm viê ̣c của buồng hoa ̣t động lên tới 3000 psi. Áp suất nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo được sự làm kín cần khoan sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, ví dụ như, đường kính ngoài của cần khoan, áp suất giếng, kích thước giếng. Thông thường, kích thước giếng càng lớn và đường kính cần khoan càng nhỏ thì áp suất đóng

càng lớn để đảm bảo sự làm kín. Các hãng chế tạo thường có qui định áp suất đóng cụ thể cho mỗi model.

Nguyên lý hoạt động.

Khi cần đóng giếng, ta bơm dầu thủy lực vào cổng đóng. Dầu sẽ đẩy piston đi lên. Piston sẽ đội má cao su làm kín ép vào cần khoan, đóng kín giếng khoan.

Khi cần mở giếng thì ta làm ngược la ̣i. Xả dầu thủy lực qua lỗ mở để vào khoang mở. Dầu sẽ đẩy piston đi xuống, làm cho má ngàm mở ra, giải phóng cột cần khoan.

Hình 37 Trạng thái đóng của đối áp vạn năng.

Như vâ ̣y, sự đóng mở của đối áp là do chuyển động lên hoă ̣c xuống của piston, làm cho má cao su đóng hoặc mở cần khoan. Trên mỗi đối áp va ̣n năng có 2 cổng để nối với đường thủy lực tới cụm điều khiển.

Hình 38 Các đƣờng đóng và mở đối áp.

Qui trình kéo chậm cần khoan.

Kéo cần khoan trong khi đóng giếng là một điều không mong muốn vì nó sẽ làm mài mòn bộ phận làm kín và ảnh hưởng tới tuổi thọ của nó. Nhưng khi bắt buô ̣c phải kéo cần, chúng ta cần cẩn thận để giảm thiểu tối đa sự mài mòn. Nhằm kéo dài tuổi tho ̣ của nó, cần tuân thủ qui trình kéo cần theo các bước như sau.

1. Đóng đối áp vạn năng với áp suất 1500 psi

2. Trƣớc khi đóng, giảm nhẹ áp suất tới một giá trị thích hợp mà tạo ra một khe hở không đáng kể.

3. Nếu điều kiê ̣n cho phép, thƣ̣c hiê ̣n kéo cần qua khe hở đấy để bôi trơn và ngăn chă ̣n sƣ̣ tăng nhanh nhiê ̣t đô ̣ trong bô ̣ làm kín. Khi má cao su bi ̣ mòn, cần tăng áp suất đóng lên để đảm bảo khe hở không quá lớn.

Hình 39 Kéo cần khoan qua đối áp.

Mô ̣t điều cần tránh trong khi kéo cần là không được đóng với áp suất cao vì điều đó sẽ làm má cao su nhanh bi ̣ mài mòn. Mă ̣c dù bộ điều khiển thủy lực sẽ duy trì áp suất đóng không đổi nhưng thao tác của bộ điều khiển cần làm chậm và đòi hỏi sư trâ ̣p trung cao đô ̣. Các đoạn nối cần phải được kéo chậm khi qua đối áp để đảm bảo bộ điều khiển có đủ thời gian thay đổi và tránh sự mài mòn bộ làm kín.

Lƣ̣a chọn bộ làm kín.

a, b, c, Hình 40 Các loại bộ làm kín

( a ) Natural rubber. Bô ̣ làm kín bằng cao su tự nhiên. Nó có thể hoạt động trong điều kiê ̣n nhiê ̣t đô ̣ từ -300F tới 2250F. nó sử dụng phù hợp với dung dịch khoan có nước.

( b ) Neoprene rubber .Dùng trong trường hợp khi khoan với dung dịch gốc dầu và điều kiện nhiệt độ thấp từ -300F đến 1700F. Nó thì bị ảnh hưởng rất lớn trong điều kiê ̣n nhiê ̣t đô ̣ cao.

( c ) Nitrile rubber. Đây là một loa ̣i cao su tổng hợp. Nhiê ̣t đô ̣ hoa ̣t đô ̣ng phù hợp từ 200F tới 1900F. Phù hợp với dung dịch gốc dầu hoặc dung dịch khoan có thêm dầu.

1.1.9.3.2 Đối áp ngàm. ( ram BOP )

Giới thiê ̣u chung.

Đối áp ngàm là loại đối áp thiết yếu nhất trong công tác khoan. Hầu hết các đối áp ngàm đều đóng ở áp suất 1500 psi và hầu như không thay đổi ngoa ̣i trừ trong trường hợp đă ̣c biê ̣t hoă ̣c là do thay đổi loa ̣i ngàm. Đối áp ngàm được chế tạo với kích thước đa da ̣ng và dải áp suất hoạt động tương đối rộng. Loại đối áp ngàm đơn giản nhất có thể có một cần trơn được điều khiển bằng tay để khóa ngàm vào bên trong, xung quanh cô ̣t cần khoan. Loại phức tạp có thể có nhiều đối áp được xếp chồng trên cùng một thân và được điều khiển từ xa bằng thủy lực. Ngàm được khóa vào cột cần khoan là do lực ép từ piston truyền vào. Mô ̣t vài loa ̣i ngàm thì dùng tay để đóng, nhưng đa số bô ̣ ngàm sẽ được đóng bằng thủy lực. Khi hê ̣ thống thủy lực hỏng thì có thể đóng bằng tay (sử dụng dụng cụ kiểu bánh xe để khóa ngàm). Hầu hết đối áp ngàm được thiết kế để làm kín giếng (đóng giếng) theo 1 hướng duy nhất, từ dưới lên. Do đó, ngàmsẽ không đóng giếng nếu như nó bị lắp ngược từ trên xuống dưới, đòi hỏi khi lắp đă ̣t phải chú ý đến vi ̣ trí của ngàm đã đúng hay chưa.

Hình 41 Cấu ta ̣o của đối áp ngàm

1. Thân 6. Piston 11. Cupen cao su 2. Đệm cao su 7. Ty 12. Đệm thay 3. Vít 8. Ống gom 13. Thân chấu 4. Nắp xả 9. Ống dẫn 14. Vít cốđịnh 5. Xilanh thủy lực 10. Ống hơi

Nguyên lý hoạt động.

Nguyên lý hoa ̣t động của đối áp ngàm hoàn toàn tương tự như đối áp va ̣n năng, đều là do sự dịch chuyển của piston để đẩy các má làm kín ôm vào cần khoan. Tương tự như đối áp va ̣n năng, trên đối áp ngàm cũng có 2 cổng thủy lực (nối với các đường dẫn thủy lực tới hê ̣ thống điều khiển).

Hình 42 Hoạt động (đóng và mở) của ngàm.

Đối áp ôm cần (pipe ram).

Đối áp ôm cần dùng để đóng giếng khi có cần khoan bên trong. Khi đóng các má của đối áp sẽ ôm lấy cột cần khoan và bịt kín khoảng không vành xuyến. Hầu hết ngàm đều có rãnh dẫn tới tâm của cần khoan. Đặc biệt phải chú ý khi đóng ngàm gần đoa ̣n đầu nối trong khi khoan vì đầu nối có đường kính lớn hơn. Khi đóng ta ̣i những điểm như vâ ̣y có thể gây phá hủy ngàm. Khi thử đối áp ôm cần, cần phải có loa ̣i cần có kích thước phù hợp. Ngoài ra, nó cũng sẽ không được đóng khi trong giếng không có cần khoan vì cũng có thể dẫn tới sự phá hủy má ngàm. Cần khoan hoă ̣c ống khai thác có thể di chuyển bên trong ngàm. Do đó, để giảm sự mài mòn cho má ngàm. Áp suất đóng sẽ giảm xuống tới 200 đến 300 psi. Sự di chuyển của cột cần trong ngàm cần ha ̣n chế tối đa. Đặc biệt là sự đổi hướng đột ngột hướng chuyển động.

Hình 43 Khối ngàm ôm cần của Shaffer

1.1.9.3.3 Đối áp cắt cần (shear ram )

Đối áp ngàm cắt cần là một dạng đặc biệt của của đối áp ngàm. Thay vì má ôm cần, nó được trang bị một lưỡi cắt, dùng để cắt cần khoan, cần nă ̣ng, cần chủ đa ̣o. Áp suất cắt cần thường cao hơn và còn phụ thuộc vào loa ̣i ống trong giếng và loa ̣i lưỡi cắt.

Hình 44 Ngàm cắt cần khoan

1.1.9.3.4 Đối áp bịt giếng khoan (blind ram)

Đây là một da ̣ng đăc biê ̣t của đối áp ngàm. Nó dùng để đóng giếng khoan khi không có cần khoan. Bô ̣ phâ ̣n làm kín của loa ̣i này tương đối lớn.

Hình 45 Ngàm bịt giếng khoan

Đối áp loại loại này có khả năng đóng giếng với cần khoan có nhiều đường kính khác nhau. Mô ̣t loa ̣i đối áp da ̣ng này có khả năng ôm cần khoan có đường kính ngoài từ 3 ½’’ tới 5’’. Nó sử dụng vai đỡ và các vít định vị như các loại ngàm khác. Nhưng nó lắp một bộ làm kín đặc biệt. Khi ngàm đóng cần khoan, bô ̣ segment thép lắp trong khối ngàm sẽ di chuyển vào trong theo bán kính và làm giảm kích thước lỗ khoan đến khi đóng vào cần khoan. Cơ cấu segment này tương tự như trong đối áp va ̣n năng. Với loại đối áp này thì sẽ không cần thiết phải thay đổi đối áp khi thay đổi đường kính cần khoan.

Hình 46 Đƣờng kính ôm cần

1.1.9.3.6 Đối áp xoay (rotating BOPs )

Đây là loa ̣i đối áp có khả năng làm kín giếng khoan trong khi khoan, nghĩa là nó sẽ quay cùng cần nặng hoặc cần khoan. Và nó thường được lắp trên các đối áp khác. Nó dùng trong trường hợp khoan ởnhững vùng dễ bi ̣ kick hoă ̣c phun trào, khoan dưới cân bằng, khoan với tuần hoàn ngược và tuần hoàn với khí. Nó cho phép khoan khi áp suất lỗ khoan lên tới 500 đến 700 psi. Trong khi khoan, đĩa cao su bao quanh ống (stripper rubber) sẽ quay cùng cột cần khoan. Trong khi kéo cần lên hoă ̣c ha ̣ cần xuống, đĩa cao su sẽ mở rộng cho phép các đầu nối cần khoan có thể xuyên qua mà vẫn đảm bảo độ kín.

1.1.9.3.7 Cụm đối áp lắp dƣới biển ( subsea BOP stack )

Hê ̣ thống đối áp dưới biển thì đắt hơn, to lớn hơn, phức ta ̣p hơn. Để điều khiển nó cần một hệ thống điều khiển từ xa. Thời gian để đóng đối áp cũng sẽ lâu hơn. Với đối áp ngàm là 30 đến 40 s, còn đối áp vạn năng là từ 45 đến 60s. Khoảng thời gian này lâu hơn tiêu chuẩn của viện dầu khí mỹ.

Hình 48 Đối áp xoay

1.1.9.4Hê ̣ thống kiểm soát đối áp.

1.1.9.4.1 Hê ̣ thống kiểm soát đối áp trên mă ̣t.

Thiết bi ̣ đóng (hê ̣ thống tích áp) đơn giản chỉ là những bình nén thủy lực dùng để điều khiển đối áp. Chất lỏng thủy lực được dẫn bằng ống thép hoă ̣c ống mềm tới cổng đóng và cổng mở trên thân của bộ đối áp. Đối áp có thể được đóng từ hệ thống tích áp hoặc thông qua một bảng điều khiển từ xa. Mỗi hê ̣ thống tích áp gồm có bốn bộ phâ ̣n cơ bản sau : bình tích áp, hê ̣ thống máy bơm, hê ̣ thống ống dẫn, và các bể chứa.

Hình 50 1.1.9.4.1 Hê ̣ thống kiểm soát đối áp trên mă ̣t

1.1.9.4.2 Bình tích áp.

Bình chứa thì được thiết kế với nhiều kích cỡ và hình dạng khác nhau nhưng về nguyên lý thì giống nhau. Có ba loại bình tích sau thì phổ biến.

 Bình tích hình trụ với ruột mềm :

Đây là loa ̣i được sử dụng phổ biến nhất trong công nghiê ̣p dầu khí. Nó gồm một bình hình trụ dài và một cái ruột mềm được gắn với đỉnh của bình thông qua một vít nối và cho phép phao được nạp đầy nitro. Lượng nitro được na ̣p vào bình phụ thuộc

vào kích thước của bình. Áp suất tương ứng của bình được gọi là áp suất trước khi nạp, nó được ghi lại sau khi ruột được nạp đầy.

Khi máy bơm tích áp bơm chất lưu thủy lực vào trong bình (thông qua mô ̣t cái van ở đáy bình), ruô ̣t bên trong bình sẽ bi ̣ ép la ̣i và nến khí nitro ở bên trong. Khi áp suất ở trong bình đa ̣t tới áp suất hoa ̣t động của hê ̣ thống thì máy bơm dừng la ̣i và chất lưu được chứa trong bình dưới da ̣ng nén. Bình tích này thì có rất nhiều kích thước. Loại 11 và 35 gallons thì được sử dụng phổ biến hơn. Đối với loại 11 gallons, thể tích

Choòng cánh để khoan phá mẫu

Thành phần của cột cần khoan