4.2. Thiết kế chế độ khoan
4.2.2. Xác định lưu lượng cho các khoảng khoan
4.2.2.1. Phương pháp tính toán.
a. Tính toán lưu lượng cho khoan Turbine.
- Lưu lượng bơm lớn nhất được tính theo công thức:
Qmax=3 (A 7,5A.N.ηB.L)γ
p
+ b
+ (l/s) (4- 4)
Trong đó: Ap-Hệ số tổn thất áp suất ở tua bin.
Ap= .Q2
Pt γ
(4-5)
Pt- Áp suất tiêu thụ ở tua bin.
A- Hệ số tổn thất áp suất không phụ thuộc chiều dài cần.
A= abm+acn.lcn+ac+at (4- 6)
at- Hệ số tổn thất áp suất thực nghiệm.
- Lưu lượng nhỏ nhất cho phép để nâng mùn khoan và rửa sạch đáy được tính theo công thức.
Qmin= 0,785.103(Dc2-D2).Vmin (l/s) (4-7) Lưu lượng ta chọn nằm trong khoảng Qmax > Q > Qmin
Với lưu lượng Q đã chọn ta có thể xác định chiều sâu cho phép khoan với
lưu lượng đó:
Lcf= 3
3
. .
. ).
( . . 5 , 7
Q B
Q A A N b p
γ
γ η − +
(m) (4-7)
Nếu Lcf chưa đạt được chiều sâu thiết kế, chúng ta chọn lưu lượng bé hơn nhưng vẫn nằm trong khoảng Qmax > Q > Qmin, như thế chiều sâu Lcf sẽ tăng lên.
b. Tính toán lưu lượng cho khoan Top Driver.
Chúng ta cần xác định Qmax ở đầu khoảng thiết kế, Qmin. Dựa vào đặc tính của máy bơm để chọn Q.
Qmax > Q > Qmin (4-8) - Lưu lượng bơm lớn nhất được tính theo công thức:
Qmax=3
) . (
. . 5 , 7
γ η L B A
N b
+ (l/s) (4-9) Trong đó: N- Công suất động cơ bơm (HP).
ηb- Hiệu suất truyền từ động cơ đến bơm.
γ- Trọng lượng riêng của dung dịch khoan.
A- Hệ số tổn thất áp suất không phụ thuộc chiều dài cần.
A= abm+acn.lcn+ac (4-10)
Trong đó: abm- Hệ số tổn thất áp suất bề mặt.
acn- Hệ số tổn thất áp suất trong cần nặng.
ac- Hệ số tổn thất áp suất ở lỗ thoát nước của choòng.
ac=1,22
F (4-11)
F- Tổng diện tích các lỗ thoát nước của choòng.
lcn- Chiều dài cần nặng.
B- Hệ số tổn thất áp suất phụ thuộc chiều dài cần khoan.
B=atc+
l adn
+avx (4-
12)
SV: Phạm Văn Phóng Lớp : Khoan – Khai thác A K56
Trong đó: atc- Hệ số tổn thất áp suất trong cần.
adn- Hệ số tổn thất tại đầu nối.
l- Chiều dài cần dựng.
avx- Hệ số tổn thất áp suất ở khoảng không vành xuyến.
L- Chiều dài cột cần.
- Lưu lượng nhỏ nhất cho phép để nâng mùn khoan và rửa sạch đáy được tính theo công thức.
Qmin= 0,785.103(Dc2-D2).Vmin (l/s) (4- 13)
Trong đó: Dc- Đường kính choòng khoan.
D- Đường kính cần khoan.
Vmin- Vận tốc đi lên tối thiểu của dung dịch khoan ở không gian vành xuyến.
Với lưu lượng Q đã chọn ta có thể xác định chiều sâu cho phép khoan với lưu lượng đó:
Lcf= 3
3
. .
. . . . 5 , 7
Q B
Q A N b
γ γ
η − (m) (4-14)
Nếu Lcf chưa đạt được chiều sâu thiết kế, chúng ta chọn lưu lượng bé hơn nhưng vẫn nằm trong khoảng Qmax > Q > Qmin, như thế chiều sâu Lcf sẽ tăng lên.
4.2.2.2. Xác định lưu lượng bơm cho từng khoảng khoan.
a. Khoảng khoan 80m-120m
Khoảng khoan này ta sử dụng phương pháp khoan Top Diver nên ta áp dụng các công thức từ (4-8) đến (4-14) để tính.
-Tính toán lưu lượng lớn nhất theo công thức (4-9) Ta có các thông số:
+ Công suất máy bơm ở tốc độ số VI là: N=480HP
ηb=0,89; L=120m; γ=1,03G/cm3.
Tra bảng hệ số tổn thất áp suất ta có các thông số:
+ Hệ số tổn thất bề mặt (gồm tổn thất trong ống đừng, manhefon, ống nằm ngang, ống mềm, đầu thủy lực...):
abm=40.10-5+210.10-5+100.10-5=350.10-5 + Hệ số tổn thất trong cần nặng: acn=2,24.10-5.
+ Hệ số tổn thất áp suất ở các lỗ thoát nước của choòng theo công thức (4-4) : trong đó F tổng diện tích các lỗ thoát nước của choòng 660,4mm có 3 vòi phun thủy lực dv=20,6mm.
F=3. . 2
4 dv
π =999.37 mm2 ⇒ ac= 2 1,2.10 6
37 , 999
2 ,
1 −
=
⇒ A=350.10-5 + 2,24.10-5 + 1,2.10-6=352,34.10-5 + Hệ số tổn thất trong cần: atc= 1,48.10-5 + Hệ số tổn thất tại đầu nối adn=8,6.10-8 + Chiều dài cần dựng: l=28,2m
+ Hệ số tổn hao áp suất ở không gian vành xuyến:
axv=0,008.10-5
⇒ B= 1,48.10-5+
2 , 28
10 . 6 , 8 −8
+ 0,008.10-5= 1,4883.10-5 Thay vào công thức 6-2 ta được:
Qmax=3 5 5
03 , 1 ).
120 . 10 . 4883 , 1 10 . 34 , 352 (
480 . 9 , 0 . 5 , 7
−
− + =83,99 (l/s)
- Tính lưu lượng nhỏ nhất đảm bảo rửa sạch đáy và nâng mùn khoan lên được xác định theo công thức (6-13).
Qmin= 0,785.103(D2c-D2).Vmin
Trong đó: + Dc=914,4mm=0,9144m
+ D=127mm=0,127m
+ Vmin được xác định theo kinh nghiệm như sau: Đất đá từ bở rời đến cứng Vmin=0,10 ÷ 0,8m/s;còn với đất đá sét Vmin=0,5 ÷ 1m/s.
SV: Phạm Văn Phóng Lớp : Khoan – Khai thác A K56
Với khoảng khoan 80-120m là đất đá bở rời ta chọn Vmin=0,1m/s.
Thay vào công thức trên ta được:
Qmin= 0,785.103(0,91442-0,1272).0,20=64,3 (l/s)
⇒ Lưu lượng Q lựa chọn phải thỏa mãn điều kiện:
64,3< Q < 83,99 (l/s)
Kết hợp với kinh nghiệm thi công các giếng khoan trước ta chọn lưu lượng bơm cho khoảng 80-120m là: Q= 65 ÷ 76 (l/s).
- Chiều sâu khoan cho phép ứng với lưu lượng đã chọn theo (4-7):
Lcf= 3 3
. .
. . . . 5 , 7
Q B
Q A N b
γ γ
η − =
m 76 246
. 03 , 1 . 10 . 4883 , 1
76 . 03 , 1 . 10 . 12 , 350 9 , 0 . 480 . 5 , 7
3 5
3
5 =
−
−
−
Vậy lưu lượng đã chọn đảm bảo khoan đến chiều sâu thiết kế.
* Tính toán tương tự như trên cho các khoảng khoan còn lại ta được kết quả như sau: