CHƯƠNG 5: THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ KHOAN
6.3 Trám xi măng giếng khoan
6.3.2 Tính toán trám xi măng giếng khoan
6.3.2.1 Chọn vữa xi măng, dung dịch đệm và dung dịch ép
∗ Xi măng:
Với điều kiện địa chất tại vùng mỏ và từ kinh nghiệm thực tế người ta thường dùng loại xi măng G có trọng lượng riêng 1,89 G/, khi gia công có thể chịu được nhiệt độ lớn hơn 470C, chịu được áp suất cao, dùng được cả trong điều kiện địa chất có hàm lượng sulfat trung bình đến lớn.
Bảng thông số của xi măng giếng khoan chủng loại G
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Giá trị
1 Tỷ lệ nước/xi măng 0,44
2 Tỷ trọng vữa xi măng 1,89
3 Độ tách nước sau 2h
( T = 27ºC & P = 0,1MPa) % Max 1.4
4 Thời gian quánh
( T = 52ºC &P = 35,6MPa)
• Độ quánh của vữa trong 15-30 phút
• đầuThời gian quánh tối thiểu
• Thời gian quánh tối đa
Bc Phút Phút
30 90 120 5 Độ bền nén sau 8h
( T = 60ºC &P = 0,1MPa) MPa Min 10,3
∗ Dung dịch đệm:
Đây là dung dịch di chuyển ở đầu cột dung dịch xi măng có tác dụng loại bỏ dung dịch khoan đóng gel trên thành ống và cách ly dung dịch xi măng với dung dịch khoan. Thường dùng đó là Nước kỹ thuật + CMC HV + FCL.
∗ Dung dịch ép:
Với mục đích vừa đảm bảo về mặt kỹ thuật mà vẫn tiết kiệm tối đa về mặt kinh tế, nên người ta sẽ sử dụng dung dịch khoan của chính khoảng khoan đó làm dung dịch ép.
6.3.2.2 Phương pháp tính toán trám xi măng cho các cột ống chống
* Thể tích của dung dịch xi măng cần trám.
Thể tích dung dịch xi măng cần thiết được tính theo công thức:
4
=Π Vxm
.[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 : Đường kính lỗ khoan. Dlk = M.Dc
M : Hệ số mở rộng thành giếng khoan.
Dc : Đường kính choòng khoan.
Dn : Đường kính ngoài của ống chống cần trám.
dtt : Đường kính trong của ống chống trước đó.
dt : Đường kính trong của ống chống cần trám.
L1 : Chiều dài thân giếng khoan được.
L2 : Chiều dài của ống chống trước đó.
h : Chiều cao cốc xi măng. h = 20 ÷ 30m .Chọn h=20m.
* Lượng xi măng khô cần thiết để điều chế dung dịch.
(6.2) Trong đó:
Gxm : Lượng xi măng khô cần thiết (T).
K2 : Hệ số hao hụt xi măng bột. K2 = 1,03 ÷ 1,05 γxm : Trọng lượng riêng của bột xi măng (T/m3).
m : Tỷ lệ nước và xi măng. m = 0,44 ÷ 0.5
* Lượng nước cần thiết để điều chế dung dịch xi măng.
Vn = m.Gxm, (m3) (6.3) * Thể tích dung dịch bơm ép.
) .(
4 .
. d 2 L h Vep =∆ Π tb −
(m3) (6.4) Trong đó:
∆ : Hệ số nén của dung dịch ép. ∆ = 1,03 ÷ 1,05.
dtb : Đường 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 được xác định theo công thức:
Pth = 0,01.H + 16 (at) (6.6)
Pcl : Áp suất sinh ra do sự chênh lệch trọng lượng riêng giữa dung dịch xi măng và dung dịch bơm ép, giữa dung dịch khoan và dung dịch ép. Áp suất này được tính theo công thức:
10
) ).(
( 10
) ).(
( xm dx ep xm d ep
cl
H H h
P H γ γ − γ −γ
− +
= −
(at) (6.7) Trong đó:
Hxm : Chiều cao cột dung dịch xi măng.
H : Chiều cao ống chống.
γdx : Trọng lượng riêng của dung dịch xi măng.Theo API có thể tính : γdx = γd + (0,2 ÷ 0,3) G/cm3. γep : Trọng lượng riêng của dung dịch ép (G/cm3).
γd : Trọng lượng riêng của dung dịch khoan (G/cm3).
- Khi dung dịch ép có trọng lượng riêng bằng với trọng lượng riêng của dung dịch khoan thì ta có:
10
) ).(
( xm dx ep
cl
h
P H − γ −γ
= (at) (6.8) * Thời gian trám xi măng với một máy bơm trám.
T = ttr + t (6.9) 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 ttr Vxm + ep
= (6.10) Vxm : Thể tích dung dịch xi măng (m3).
Vep : Thể tích đung dịch ép (m3).
q : Lưu lượng bơm trám (l/ph). Lưu lượng lớn nhất của máy bơm trám có đường kính xi lanh bằng 6 inch là: q = 2375,93 (l/ph).
* Tính toán số thiết bị bơm trám
Số thiết bị bơm trám xi măng được lựa chọn theo các trường hợp sau :
- Chọn số thiết bị bơm trám căn cứ theo thời gian bơm trám cho phép của
dung dịch xi măng: n = cf
t
T T
+ 1 (6.11)
Trong đó: Tcf là thời gian cho phép bơm trám của dung dịch xi măng, Tcf = 0,75 Tngk
- Chọn số thiết bị trám căn cứ theo điều kiện bảo đảm vận tốc đi lên của dung dịch xi măng bên ngoài cột ống chống:
n = v.
1000 1 .
max
0 +
q A
(6.12) 6.4 Tính toán trám xi măng cho các cột ống chống
6.4.1 Tính toán trám xi măng cho cột ống chống dẫn hướng 508(165 –