7.1.1. Xác định chiều dài cần nặng : Đoạn từ 1020 m ÷ 2440 m Chiều dài cần nặng được xác định theo công thức :
Lcn = (1 )
t d
qcn
CG γ
−γ , m (7-1) Trong đó :
C = 1,25 là hệ số tính đến số gia của tải trọng đáy khi có sử dụng cần nặng
G: Tải trọng dọc trục ; G = 13000 kg .
qcn :Trọng lượng một mét cần nặng ; qcn = 220 kg
γd : Tỷ trọng dung dịch; γd = 1,16 ÷ 1,32 g/cm3
γt : Tỷ trọng của thép ; γt = 7,85 g/cm3 Thay vào (7-1) ta được :
Lcn = 85 m
Trong quá trình khoan khoảng này cần phải đo địa vật lý để biết chính xác quỹ đạo của giếng. Do đó, ta chọn l01 gồm 2 cần nặng không nhiễm từ.
l01= 2.9,4 = 18,2 m.
7.1.2. Kiềm tra độ bền tĩnh của cột cần khoan tại tiết diện trên cùng Hệ số an toàn ở tiết diện trên cùng được xác định bằng công thức :
K = ≥1,4
σ∑
σc
(7-2)
SV: Phạm Văn Phóng Lớp : Khoan – Khai thác A K56
σc: Giới hạn chảy của thép cần khoan . KG/cm2
Tài liệu tham khảo (Drilling data handbook) tại bảng B 1 ta tìm được
σc= 115000 psi với thép mác G 105 = (7823,12 KG/cm2) σc= 145000 psi với mác thép S 135 = (9863,94 KG/cm2) σ∑: Ứng suất tổng cộng tại tiết diện trên cùng .
σ∑ = σ +k2 4τ2 (7 -3)
[ ]
F
G q l q l L
t d cn
cn cn
k
) 1 ( .
).
( γ
γ σ
− + +
−
=
Trong đó : L = 2440 m
lcn φ165,1 mm = 28,2 m
lcnφ 203,2mm = 28,2 + 9,4 = 37,6 m lcnknt = 18,2 m
F = 34 cm2
lck = 2440 – 28,2 – 37,6 – 18,2 = 2366 m Tổng trọng lượng bộ khoan cụ theo tính toán là:
Qcn = 28,2.136 + 37,6.220 + 9,4.( 321 + 290 ) =17850 = 17,85 tấn
Qck = 2366 m . 74 kg/m = 175084 kg = 175,084 (tấn) (trọng lượng cần khoan)
G = 40 kg
Thay vào ( 7 – 2) ta có :
σk= 3864,82 ÷ 3940,85 kg . Ta lấy giá trị lớn hơn
X X
W
=M τ
Mx : mômen xoắn
Wx : Môdul chống xoắn . Mômen xoắn lớn nhất
Mx = 71620Nn kd (7-5) kd : hệ số động (kd = 1,5 ÷ 2 )
N : Công suất quay cột cần phục vụ choòng phá đá
N = Nkt + Nc (7 – 6 )
Nkt = C .γd..D2 .L .n1,7 , kw (Công suất quay cột cần không tải ) (7 – 7)
Nc = 46,4 .10-4 .k .Gc. Dc .n ; kw (Công suất tiêu thụ cho choòng phá đá ) (7 – 8)
Ở đây : C .hệ số phụ thuộc vào độ cong của giếng(Bảng 5 tài liệu công nghệ khoan )
Với giếng thiết kế góc lệch 35,400 ta có C = (47,5 ÷ 52.2).10-5 Ta chọn C = 50.10-5
D: Đường kính ngoài cần khoan , 0,127 m L : Chiều dài cần khoan, 2366 m K : Hệ số phụ thuộc vào độ mòn của choòng Choòng mới K = 0,1 Choòng đã mòn K = 0,2 ÷ 0,3 Ở đây ta chọn K = 0,1 Gc : Tải trọng đáy (18 tấn)
Dc : Đường kính choòng ( 0,4445 m) n = 90 v/ph
Wx : Modul chống xoắn ,W =
D d D
16 ) ( 4− 4
π ( 7-9) D : Đường kính ngoài của cần khoan ( cm )
SV: Phạm Văn Phóng Lớp : Khoan – Khai thác A K56
d : Đường kính trong của cần khoan (cm ) Chúng ta có thể tính τ theo công thức sau : τ= 71620 NW nN
x c kt
.
+ kd (7 -10) Từ (7 – 5) ta có:
Nkt = 50.10-5 . 1,75 . 0,1272. 2366 . 901,7 Nkt = 70,12 ( kw)
Từ (7 – 6) ta có :
Nc = 46,4.10-4.0,1.18.0,4445 .90 Nc = 334,12 ( kw)
Thay vào (7 – 4) ta có :
N = 70,12 + 334,12 = 404,24 (kw) N = 404,24 ( kw)
Thay vào (7 – 3) ta có : Mx = 71620. .(1,5 2)
90 24 ,
404 ÷
Mx = 482528 ÷ 643370 kg.cm
Tìm Wx : Theo Drilling data handbook (Tài liệu tham khảo ) tại bảng B 12 ta được :
Wx = 237458 mm3 Wx = 237,458 cm3
) 2 5 , 1 458.(
, 237 . 90
24 , . 404
71620 ÷
τ =
τ = (2032 ÷ 2709) KG/cm2
Theo (7 – 2) ta có :
σ∑ = 3940,852 +4.27092
σ∑ = 6699 KG/cm2 K =
tc c
σ∑
σ
Thay vào ta có :
Với thộp G105, cần ỉ 127 mm , F = 34 cm2
σc = 7823,12 KG/cm2 Tính K :Thay vào (7 – 2) ta có : K = 6699
12 ,
7823 =1,167
Như vậy phần trên cột cần khoan không đủ bền với thép G105.
Với thộp S135, cần ỉ 127 mm , F = 34 cm2
σc= 9863,94 KG/cm2
Tính K :Thay vào (7 – 2) ta có : K = 6699
94 ,
9863 = 1,47
Như vậy phần trên cột cần khoan đủ bền
7.1.3. Kiểm tra độ bền phần dưới cột cần khoan (2-2):
Hệ số dự trữ phần dưới của cột cần khoan được tính theo công thức sau
K = ≥1,4
σ∑
σc
(7-11)
σ∑ : ứng suất tổng cộng xuất hiện ở phần dưới cùng của cột cần khoan .
σ∑ = (σn +σu)2+4τ2 (V-12) Trong bộ khoan cụ có lắp cần nặng nên tại tiết diện (2-2), σn =0
Ứng suất tổng sẽ là :σ∑ = σ2u +4τ2 (7-13) Ứng suất uốn được tính theo công thức :
u
u l W
I f . 2000 2 .
σ = ( 7-14)
SV: Phạm Văn Phóng Lớp : Khoan – Khai thác A K56
Trong đó : f =
2 1 ,
1 Dc−Dg
, (7-15) Dc : đường kớnh chũong khoan ỉ 444,5 mm
Dg :đường kớnh za mốc . ỉ 165 mm I =
64 ) (D2 −d2
π (7-16)
D :đường kớnh ngoài cần khoan ỉ 127 mm d : đường kớnh trong cần khoan. ỉ108,6 mm Wu =
D d D
32 ) ( 4 − 4
π . (7-17) l : chiều dài nửa bước sóng được tính theo công thức của Sarkisov : l = Ζ+ Ζ+ ∗
q I. 2 . 2 , 25 0 , 0 5 ,
10 0 ω
ω ,m (7-18) Z : khoảng cách từ tiết diện trung hòa đến tiết diện kiểm tra ,m
q∗ : khối lượng 1 cm cần khoan 0,32 kg/cm
Do bộ khoan cụ có lắp cần nặng nên Z = 0, L được tính như sau :l = 104 0,2. . 2
q Iω
ω ,(m) (7-19)
ω : vận tốc góc rad/s →
30 π.n
ω = (7-20) Theo công thức ( 6-14) ta có :
u
u l W
I f . 2000 2 .
σ = .
Trong đó : Theo( 7-15)
f = 2
165 5 , 444 . 1 ,
1 −
= 162 mm = 16,2 cm Theo (V-16)
I =
64
) 86 , 10 7 , 12 .(
14 ,
3 4 − 4 = 593,89 cm4 Theo (6-17)
Wu =
7 , 12 . 32
86 , 10 7 , 12 .(
14 ,
3 4− 4)
Wu = 93,525 cm3
Theo (VI-19) ta có: l = 4
. 2
. 2 , 0 10
q∗
Iω
ω (m) (7-19) Trong đó :
42 , 30 9
90 . 14 ,
3 =
ω=
( rad/s)
l = 4 2
32 , 0
42 , 9 . 89 , 593 . 2 , 0 42 , 9
10 = 14,30 m
Theo( 7-14) ta có :
525 , 93 . 3 , 14
89 , 593 . 6245 , 20003 2
u =
σ = 225,1 KG/cm2
Theo( 7-13) trong đó , τ = 1997,6 KG/cm2 ta có :
σ∑ = 225,12 +4.1997,62 σ∑ = 4001,5 KG/cm2 Vậy K =98634001,,945 = 2,46
Kết luận :Phần dưới cột cần đủ bền 7.2. Kiểm toán cột ống chống :
7.2.1.Tính toán và lựa chọn cột ống chống :
Trong quá trình thả ống chống cũng như trong suốt quá trình đưa ống vào khai thác, cột ống chống chịu các tải trọng, kéo, nén, uốn, xoắn…Vì vậy mỗi cột ống chống khi được thả vào trong giếng khoan đều phải được tính toán và lựa chọn theo đúng nguyên tắc của nó, đảm bảo độ bền của
SV: Phạm Văn Phóng Lớp : Khoan – Khai thác A K56
ống chống trong những trường hợp nguy hiểm nhất, phát sinh trong quá trình thi công khoan cũng như trong quá trình khai thác về sau.
Để thực hiện công việc tính toán chúng ta xét những quá trình thủy động xẩy ra trong giếng từ đó xây dựng biểu đồ áp suất dư dọc theo thành ống tại các thời điểm nguy hiểm ,sau đó sử dụng giá trị lớn nhất của áp suất dư để tính toán bền cho từng cột ống .Mỗi cột ống sẽ được tính độ bền theo áp suất dư trong ,dư ngoài và tải trọng kéo có tính đến tác động của tải trọng kéo đối với khả năng chịu áp suất bóp méo và áp suất nổ ống
7.2.2 .Tính áp suất dư ngoài và dư trong cho các cột ống chống:
Áp suất dư ngoài (áp suất bóp méo) và áp suất dư trong (áp suất nổ) cho mỗi cột ống được tính toán như sau :
-Áp suất dư trong :
Pdt = Pt - Pn
-Áp suất dư ngoài :
Pdn = Ptt - Pt
Trong đó :
Pn : áp suất bên ngoài cột ống Pt : áp suất bên trong cột ống Suy ra : Pdtmax = Ptmax - Pn
Pdnmax = Pn - Ptmin
Các trường hợp cụ thể của áp suất dư trong và áp suất dư ngoài được tính như sau :
*Áp suất dư trong :
Áp suất dư trong tại thời điểm lớn nhất là khi giếng bị phun phải đóng giếng .
Áp suất tại miệng giếng :
Pm = Pv – 0,1.γ0Hv ( 7-20) Pv : áp suất vỉa
γ0 : tỷ trọng hỗn hợp phun
Hv : chiều sâu thả cột ống chống sau đó ,kể từ trên xuống (tính từ bàn rotor m )
Để đảm bảo an toàn khi thử ống, áp suất bơm thử :
Pbt = 1,1.Pm =1,1.(Pv −0,1.γ0.Hv) (7-21 ) Áp suất dư tại thời điểm lớn nhất ở độ sâu Z
)]
35 ( .
[ 1 ,
0 − −
+
=P Z K Z
PdtZ bt γd a nếu Z > Lo (7-22)
Pdtz =Pbt +0,1.Z.(γ −d γcl ) nếu Z < Lo (7-23 ) Ka : gradient áp suất vỉa , Lo chiều sâu ống chống trước .
γd : tỷ trọng dung dịch bơm thử ,thường lấy bằng tỷ trọng dung dịch khoan đoạn đó .
*Áp suất dư ngoài :
-Trong trường hợp mất dung dịch tại độ sâu mất dung dịch là L :
L
Pdm =0,1.γcl. nếu L< Lo (7-24)
) 35 ( . 1 ,
0 −
= K L
Pdm a nếu L>Lo ( 7-25) -Áp suất dư ngoài trong quá trình trám xi măng :
Pdn = 0,1.(γ −xm γd)Z ( 7-26 )
-Áp suất dư ngoài trong trường hợp phun trào không đóng miệng giếng
Z Z
Pdn =0,1.γcl. −0,1γ0 nếu γcl = ,103g/cm3>Ka (7-27)
Z Z
K
Pdn =0,1. a( −35)−0,1γ0 nếu γcl =1,03g/cm3 <Ka (7-28)
Sau khi tính toán Pdt,Pdn biểu diễn các giá trị tương ứng trên hệ trục ( H,P ) ứng với mỗi giá trị H thuộc mỗi cột ống chống ,chọn Pmax ,nối các giá trị Pmax, ta được đường biểu diễn áp suất dư của cột ống theo độ sâu .
SV: Phạm Văn Phóng Lớp : Khoan – Khai thác A K56
7.2.2.1 .Tính áp suất dư ngoài và dư trong cho ống chống (508 mm) Hv = 2140 m (Chiều sâu khoan để thả ống chống sau đó 340 mm) Hoc = 400 m (Chiều sâu thả ống chống 508 mm )
γd = 1,1 ± 0,02 g/cm3 (Tỷ trọng dung dịch khoan để chống ống 340 mm )
γ0 = 0,85 g/cm3 L = 202 m
γxm = 1,52 g/cm3 Ka = 1
*Tính áp suất dư trong :
v v
a
m K H H
P =0,1. ( −35)−0,1.γ0 (7 -29 ) Theo (7-28) ta có :
Pm = 0,1 .1.(2140 – 35 ) – 0,1 .0,85 .2140 = 28,6 KG/cm2 Theo (7-21 ) ta có :
Pbt = 1,1 .28,6 = 31,46 KGf/cm2 Pbt < 50 ,
Để đảm bảo độ kín của ống chống lấy : Pbt = 1,52 .50 = 76 KGf/cm2
Theo (7-22 ) ta có :
Pdtz = 76 + 0,1 .[1,1 .400 – 1 .(400 – 35 )] = 83,5 KGf/cm2
*Áp suất dư ngoài :
-Trong trường hợp mất dung dịch ( ta giả thiết mức chất lỏng hạ 200 m) Trong đó :
/ 3
03 ,
1 g cm
cl =
γ
Theo (7-24) ta có :
Pdn = 0,1 .1,03.200 = 20,6 KGf/cm2
7.2.2.2. Tính áp suất dư ngoài và dư trong cho cột ống trung gian (340 mm) Hv = 3240 m (Chiều sâu thả ống chống 245 mm )
K = 1,15
γd = 1,32 ± 0,02 ( Tỷ trọng dung dịch khoan đến 3240 m ) Hoc = 2140 m (Chiều sâu thả ống chống 340 mm ) L = 200 m ( Hạ mực chất lỏng trong giếng khoan )
/ 3
52 ,
1 g cm
xm =
γ (Tỷ trọng dung dịch xi măng )
3 0 =0,85g/cm
γ (Tỷ trọng hỗn hợp phun )
*Áp suất dư trong : Theo (7 -27 ) ta có:
Pm = 0,1 .1,15 .(3240 – 35) – 0,1 .0,85 .3240 = 93,175 KGf/cm2
Áp suất dư lớn nhất tại thời lớn nhất ở độ sâu khi nút trám trên ngồi lên vòng dừng khi đó độ sâu Z sẽ là 3240 – 20 = 3220 m (20m là chiều dài từ vòng dừng đến chân đế ống chống )
Tại Z = 3220 m Theo (7 – 22 )
Pdtz = Pbt + 0,1 .[Z.γd −Ka(Z −35)]
Pdtz = 76 + 0,1 [3220 .1,32 – 1.(3220 – 35)] = 111,7 KGf/cm2 Tại Z = 201,5 m (0,5 m chiều dài chân đế ống chống )
Pdt = 76 + 0,1 [201,5 .1,32 – 1(201,5 – 35)] = 81,515 KGf/cm2
*Áp suất dư ngoài :
-Trong trường hợp mất dung dịch , chiều cao cột dung dịch giảm đi 200 m lúc đó:
Pdn = 0,1 .1,03.(200 – 35) = 17 KGf/cm2 (Do Ka = 1 <γcl = 1,03 )
SV: Phạm Văn Phóng Lớp : Khoan – Khai thác A K56
Trong quá trình bơm trám :
P dn = 0,1 .(γ −xm γd)Hoc (7- 30) Trong đó:
Hoc : chiều sâu thả cột ống chống 2140 m
γd= 1,12 ± 0,02 g/cm3 Theo (V – 29) ta có :
Pdn = 0,1 .(1,52 – 1,12 ± 0,02 ).2140 = (81,32 ÷ 85,6 KGf/cm2 ) -Trong trường hợp phun trào :
oc oc
a
dn K H H
P =0,1. ( −35)−0,1.γ0 (7 -31) Theo (VI – 31) ta có :
Pdn = 0,1 .1 .(2140 – 35 ) – 0,1 .0,85 .2140 = 28,6 KGf/cm2 ( Do Ka >γcl)
7.2.2.3. Tính áp suất dư ngoài và dư trong cho ống chống khai thác (245 mm)
Hv = 3390 m
Ka = 1,65 (Gradient áp suất vỉa tính cho đoạn khoan chống ống 194 mm)
γd = 1,32 ± 0,02 (Tỷ trọng dung dịch dể khoan đến độ sâu 3240 m )
Hoc = 3240 m (Chiều sâu thả ống chống 245 mm)
γ0 = 0,85 g/cm3 (Tỷ trọng hỗn hợp phun )
*Tính áp suất dư trong :
Pm1 = P3390– 0,1γ0.Hv (7 -32 ) Pm1 = 0,1.1,65.(3390 – 35) - 0,1 .0,85.3390 = 265,42 KGf/cm2
Vì sau cột ống 245mm là thân trần,do đó áp suất vỉa ở đáy giếng khoan cũng gây ảnh hưởng đến cột ống chống 245 mm do đó :
Pm2 = P3390 – 0 ,1. 3390. 0,85
= 0,1.0,9.(3390 – 35) – 0,1. 3390 .0,85 = 13,8 KG/cm2
Pm1 > Pm2 , ta chọn Pm1
Pbt = 1,1. Pm1 = 1,1. 265,42 = 292 KGf/cm2
-Tính áp suất dư trong khi thử độ kín tại chiều sâu Z theo áp suất vỉa . Theo (7 – 22)
Pdt = Pbt + 0,1[γd.Z −KaZ(Z −35)]
Tại Z = 3240 m
γd= 1,32 ± 0,02 ,
Pdt = 292 + 0,1 [1,32.3240 – 1,15.(3240 – 35)] = 351,1 KGf/cm2 Tại Z = 2140 m
Pdt = 351,1 + 0,1[1,32.2140 – 1,15 (2140 – 35) = 391,5 KGf/cm2 -Tính áp suất dư trong khi xảy ra hiện tượng phun trào:
Do khai thác thân trần nên khi phun trào áp suất dư cũng tác động lên ống chống 245 mm.
Tại Z = 3000 m (phía trên )
Pdt = 0,1.[0,9.(3390 – 35) – 3000.(1,06 – 0,73) – 3390.0,73] = – 44,52 KGf/cm2
Phía dưới 3000 m :
Pdt = 0,1.[0,9.(3390 – 35) – 3000.(1,15 – 0,73) – 3390.0,73] = - 54,35 KGf/cm2
*Tính áp suất dư ngoài :
-Trong trường hợp mất dung dịch (mực chất lỏng hạ 500 m ), theo (7 – 25) ta có :
Pdn = 0,1.1,03.(500 – 35) = 47,9 KGf/cm2. -Trong quá trình bơm trám :
SV: Phạm Văn Phóng Lớp : Khoan – Khai thác A K56
Pdn = 0,1 .(1,52 – 1,20).3240 = 103,68 KGf/cm2. -Trong trương hợp phun trào :
Khi phun trào ở đáy giếng γ0= 0,73 g/cm3. +Tại Z = 3000 m phía trên.
Theo (7 – 27 )
Pdn = 0,1.(γ −cl γ0).Z
= 0,1.(1,03 – 0,73).3000 = 90 KGf/cm2 +Tại Z phía dưới
Ka = 1,15
Pdn = 0,1 .Ka.(Z – 35) – 0,1γ0.Z (7 -28 ) = 0,1 .1,15.(3000 – 35) – 0,1.0,73.3000 = 121,975 KGf/cm2 Tại Z = 3240 m
Pdt = 0,1.Ka.(Z – 35) – 0,1. γ0.Z (7 -28 ) = 0,1.1,15.(3240 – 35) – 0,1.0,73.3240 = 132,055 KGf/cm2
Chương 8:
BIỆN PHÁP PHềNG CHỐNG SỰ CỐ TRONG QUÁ TRèNH THI CÔNG GIẾNG KHOAN
Do ảnh hưởng của các yếu tố địa chất, công nghệ và kỹ thuật nên quá trình khoan thường xảy ra các phức tạp, sự cố làm giảm tiến độ thi công tăng chi phí cho công tác khoan, đôi khi phải thay đổi phương án. Vì vậy trong thiết kế khoan chúng ta phải dự đoán các phức tạp và sự cố, đề ra biện pháp xử lí kịp thời nhằm nâng cao hiệu quả công tác khoan.