CHƯƠNG IV: CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG CÁC MÔ HÌNH NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN CHUYỂN MÙN KHOAN CHO GIẾNG KHOAN NGANG X, MỎ Y, THỀM LỤC CHUYỂN MÙN KHOAN CHO GIẾNG KHOAN NGANG X, MỎ Y, THỀM LỤC
IV.2.1 Thiết bị Hydroclean System
Một trong những phương án giải quyết vấn đề về vận chuyển mùn khoan và làm sạch đáy giếng là ứng dụng bộ khoan cụ được cải tiến để tạo dòng chảy rối trong khoảng không vành xuyến. (Hình 4.11)
Hình 4.11 – Các mẫu cần khoan Hydroclean.
Các loại cần khoan dòng Hydroclean có những rãnh được gia công đặc biệt chia thành hai vùng riêng biệt: vùng làm sạch Hydro-CleaningZone và vùng vận chuyển BearingZone. Chính nhờ thiết kế đặc biệt này kết hợp với sự xoay cột cần khoan và lưu lượng chất lỏng đã tạo ra những hiệu ứng cơ học và thủy động lực giúp cải thiện đáng kể việc vận chuyển mùn khoan, làm sạch giếng và làm giảm thời gian khoan không hiệu quả liên quan đến việc loại bỏ ảnh hưởng của sự tích tụ mùn khoan.
Hình 4.12 – Nguyên lý hoạt động của cần Hydroclean.
IV.2.1.1 Nguyên lý cấu tạo và tác dụng của nguyên mẫu (profile) Thiết kế và nguyên lý hoạt động:
Các loại cần khoan dòng Hydroclean có những rãnh được gia công đặc biệt chia thành hai vùng riêng biệt: vùng làm sạch Hydro-CleaningZone (HCZ) và vùng vận chuyển BearingZone (HBZ).
Có hai sự thay đổi khác nhau của trạng thái dòng chảy tương ứng với hai vùng khác nhau của nguyên mẫu thiết kế, trong đó có hiệu ứng làm sạch và hiệu ứng vận chuyển thủy động lực (bearing effect).
Hình 4.13 – Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nguyên mẫu thiết bị
Vùng làm sạch (HCZ): Thiết kế của vùng HCZ có ba góc định hướng αhc, βhc và γhc. Cấu trúc hình học của nguyên mẫu thiết kế này bao gồm những rãnh xoắn (thông thường là 5 rãnh -được mô tả trong hình 4.13). Đường kính ngoài tối đa của vùng HCZ luôn nhỏ hơn đường kính ngoài tối thiểu của vùng HBZ. Điều này đảm bảo rằng vùng làm sạch HCZ không bao giờ tiếp xúc với thành giếng khoan vì sự tiếp xúc nằm ở đường kính lớn hôn của vùng vận chuyển thủy động lực HBZ.
Vùng vận chuyển (HBZ): Thiết kế của vùng HBZ cũng có 5 rãnh xoắn gắn liên thông với 5 rãnh của vùng HCZ. Vùng vận chuyển HBZ có hai góc nhọn dương θ1 và θ2. Độ sau dhb và độ rộng của những rãnh trong vùng HBZ giảm dần từ đầu vào đến đầu ra.
Mặt ngoài các rãnh từ đầu vào đến đầu ra tăng tính liên tục của cấu trúc hình học giữa bề mặt bên ngoài của thiết bị khoan với chính nguyên mẫu thiết kế. Góc vát αhc của vùng
IV.2.1.2 Ảnh hưởng đối với dòng chảy dung dịch và hạt mùn
Tác động của vùng làm sạch HCZ: Sự kết hợp giữa tốc độ quay cột cần khoan Ω và lưu lượng dòng chảy Q và tính năng của vùng HCZ sẽ sinh ra một số hiệu ứng lên những ổ lắng động mùn khoan. Những hiệu ứng này là kết quả của những tác động cơ học lên các hạt, hoặc tác động thủy lực dựa trên sự điều chỉnh quỹ đạo dòng chảy.
- Hiệu ứng nâng: Khi các rãnh sắc của vùng làm sạch HCZ xoay, các hạt rắn lắng đọng sẽ bị cuốn vào khoảng trống trong các rãnh xoắn. Một hiệu ứng khuếch tán thủy lực nâng các hạt mùn và tạo dòng xoáy giữ chúng bên trong khoảng trống của các rãnh vùng HCZ.
- Hiệu ứng xúc: Tác động của hiệu ứng giống như hiệu ứng nâng được mô tả ở trên, tuy nhiên nguyên lý nền tảng hoàn toàn là do cơ chế cơ học. Mặt của góc âm βhc sẽ đào sâu vào các ổ mùn lắng đọng và giữ chúng trong khoảng trống giữa các rãnh xoắn.
- Hiệu ứng Archimedian Screw: Góc vát αhc kết hợp với góc cạnh dẫn âm βhc
sẽđẩy các hạt ở lại trong các hốc rãnh xoắn, và dưới tác động quay của cột cần khoan và dòng chảy sẽ đưa các hạt mùn này lên trên. Góc vát αhc được điều chỉnh để khớp với điều kiện của tốc độ dòng chảy Q và tốc độ quay của cột cần khoan Ω. Điều này sẽ tạo ra một vận tốc dọc trục của dòng chảy và các hạt mùn cao hơn vận tốc trung bình ở những đoạn khác trong khoảng không vành xuyến. Hiệu ứng này xuất hiện vì góc âm βhc, nếu không có góc này các hạt rắn sẽ thoát ra khỏi các rãnh xoắn một cách nhanh chóng và lắng ngược trở lại thành giếng khoan.( hình 4.14)
- Hiệu ứng tăng cường sự dịch chuyển hạt mùn và tái tuần hoàn (Partical Boosting and Recirculating): Các hạt rắn trượt trong các rãnh xoắn của vùng HCZ sẽ được tuần hoàn trở lại với gia tốc đáng kể (do tác động của sự hỗn loạn quỹ đạo của hạt mùn trong các hốc rãnh xoắn).
Hình 4.14 - Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nguyên mẫu thiết bị Tác động của vùng vận chuyển HBZ:
Sự kết hợp giữa tốc độ quay cột cần khoan Ω và lưu lượng dòng chảy Q và và cấu trúc hình học của vùng HBZ sẽ tạo ra 2 hiệu ứng sau:
- Hiệu ứng Hydrodynamic Bearing: Hiệu ứng này được hình thành bởi dòng chảy tiếp tuyến của chất lỏng khi vùng HBZ tiếp xúc với phần phía dưới thành giếng. Dòng chảy tiếp tuyến này kết hợp với độ nhớt của dung dịch khoan tạo ra một lớp màng trơn giữa thành giếng và cần khoan, góp phần làm giảm sự ma sát.
- Hiệu ứng tăng cường sự dịch chuyển hạt mùn và tái tuần hoàn (Partical Boosting and Recirculating): Liên kết với vùng HCZ gia tăng tác động lên thành phần hạt mùn rắn.