L ỜI NÓI ĐẦU
1.6 Đối áp quay (rotaring BOPs)
Loại này có khả năng làm kín giếng khoan khi khoan, nó sẽ quay cùng cần nặng hoặc cần khoan. Nó được dùng khi khoan ở những vùng dễ bị “kích” hoặc phun trào, khoan với tuần hoàn ngược và tuần hoàn với khí.
Ghi chú:
1. Thân đối áp 5. Ống dẫn hướng 2. Đệm cao su 6, 7. Ổđỡ
3. Chốt định vị 8. Mâm cặp định tâm 4. Gioăng làm kín 9. Piston
Đối áp quay còn được sử dụng trong khoan cân bằng (khoan với áp suất của cột thủy tĩnh của dung dịch khoan trong giếng cân bằng với vỉa), áp suất khoan âm (dưới mức cân bằng), khoan tuần hoàn đếm (counter circulation drilling) và khoan giếng được vận hành bởi khí nén, khí tự nhiên hoặc bọt khí như phương tiện tuần hoàn cũng như để vận hành bảo dưỡng.
CHƯƠNG 2
THIẾT BỊ ĐỐI ÁP LẮP ĐẶT TẠI GIẾNG KHOAN THC – 08 Ở TIỀN
HẢI – THÁI BÌNH (CHẾ TẠO BỞI CÔNG TY THIẾT BỊ DẦU KHÍ
SANDONG JINZHOU) 2.1 Thông số cơ bản của giếng khoan
Tên giếng khoan : THC-08 Lô : Miền võng Hà Nội Cấu tạo : Tiền Hải "C' Loại giếng khoan : Khai thác Toạđộ giếng khoan (dự kiến) : 200 24’ 41.63” Vĩ độ Bắc 1060 31’31.68” Kinh độ Đông (Phép chiếu Gauss)
Vị trí : Xã Tây Ninh, Huyện Tiền Hải, Tỉnh Thái Bình.
Chiều cao từ mặt đất tới sàn khoan: TBA
Chiều sâu thiết kế : 1100 mBGL Công ty điều hành : PVEP-SH Loại giàn khoan : Tự hành đất liền
Đối tượng khai thác : Khí trong trầm tích Mioxen trên T1, T3, T4, T7
Độ lệch đáy cho phép : 50 m Dự kiến thời gian thi công : 28 ngày
Giếng khoan THC-08 là giếng khoan khai thác nhằm tìm kiếm các tập khí trong trầm tích Mioxen trên của vòm Tây Bắc mỏ Tiền Hải “C”.
Giếng khoan được thiết kế với cấu trúc 2 cột ống chống: 9 5/8" và ống 7". Sử dụng hệ thống đầu giếng cho giàn khoan đất liền. Chiều sâu chống của các cột ống 9 5/8’’ và ống 7’’ lần lượt là 310m, 1100m.
Hình 2.2.1. Sơ đồ hệ thống đối áp 13 5/8” x 10000 psi cho công đoạn khoan 8 ½” tại giếng THC-08 Tiền Hải – Thái Bình
2.2 Đối áp vạn năng
Bảng 2.2.1. Dữ liệu kỹ thuật và đặc điểm của đối áp vạn năng
Mẫu FH18-35 FH28 －35 FH28-35/70
Đường kính thân giếng mm(in) 179.4(7 1/16) 279.4 (11) Áp suất làm việc tối đa MPa (Psi) 35 (5000)
Áp suất điều khiển thủy lực MPa (Psi) ≤10.5 (1500)
Thể tích mở buồng xylanh - Hydro (L) 12.8 58 58 Thểtích đóng buồng xylanh - Hydro (L) 18.8 72 72 Kiểu kết nối giữa nắp và phần vỏ khung
chứa phía dưới Mặt bích Mặt bích Mặt bích
Loại thiết bị paker Hình cầu Hình cầu Hình cầu Phía trênKiểu kết nôi Phía trên Có vít Đinh ốc M36 ×3 M48 ×3 M48 ×3 Vòng đệm R46 R54 R54 Kiểu kết nối đáy Đáy Mặt bich Đinh ốc M36 ×3 M48 ×3 M45 ×3 Vòng đệm R46 R54 BX158 Đặc điểm của kết nối kiểm soát thủy lực Z1" ×2 Khối lượng thực kg 1572 4300 4423 Trọng tâm
(Tâm của đáy mặt bích là điểm ban đầu) 338 462 468
Đường kính ngoài Mm A 737 1138 1138 H 790 1081 1096 Đường kính paker (dài × rộng × cao) mm 1380×940 ×1195 1500×1310 ×1640 1500×131 0 ×1640 Tổng khối lượng kg 1755 4560 4683
Mẫu FH35- 35 FH35- 35/70 FH35-7 0/105 FHZ54-14
Đường kính thân mm(in) 346.1 (13 5/8) 539.8 (21 1/4) Áp suất làm việc tối đa MPa (Psi) 35(5000) 70(10000) 14（2000）
Áp suất điều khiển thủy lực MPa (Psi) ≤10.5 Thể tích mở buồng xylanh – Hydro (L) 71.3 71.3 124 72 Thểtích đóng buồng xylanh - Hydro (L) 93.5 93.5 152 118 Kiểu kết nối giữa nắp và phần khung phía dưới Mặt bích Mặt bích Mặt bích Dạng kẹp Loại thiết bị paker Hình cầu Hình cầu Hình cầu Hình nêm Kiểu kết nối phía trên Phần trên Có vít Đai ốc M42×3 M42×3 M48×3 M42×3 Vòng đệm BX160 BX160 BX159 R73 Kiểu kết nối đáy Đáy Mặt bích Đai ốc M42×3 M48×3 M58×3 M42×3 Vòng đệm BX160 BX159 BX159 R73 Đặc điểm kết nối kiểm soát thủy lực Z1"(2")× 4 Z1"(1 1 /2")×2 Khối lượng thực kg 6843 14760 6780 Trọng tâm
(Tâm của mặt bích đáy là điểm ban đầu) 525 910 744 Đường kính bên ngoài mm A 1270 1270 1640 1516 H 1160 1227 1634 1337 Đường kính gói （Dài×rộng×cao）mm 1620×13 80 ×1700 2200 ×2100 ×2310 Tổng khối lượng kg 7138
2.2.1 Nguyên tắc làm việc và đặc điểm kết cấu cơ bản của đối áp vạn năng với packer hình cầu năng với packer hình cầu
2.2.1.1 Nguyên tắc làm việc
Đối với đối áp vạn năng áp suất làm việc tối đa 35 MPa hoặc ít hơn, kết nối giữa nắp và phần khung dưới là được kết nối mặt bích. Nó bao gồm phần vỏ bên dưới, nắp, piston, packer, vòng chuyển tiếp và một vài cái bít kín…(Hình 2.2.2) Đối với đối áp vạn năng với áp suất làm việc tối đa 70 MPa hoặc hơn nữa, việc nối giữa nắp và khung bên dưới là nối dạng nêm. Nó bao gồm phần khung bên dưới, nắp, piston, paker, vòng chắn dung dịch, nêm, vòng kẹp, và 1 vài thành phần bít kín…(Hình 2.2.3) Nắp Packer hình cầu Vòng chuyển tiếp Piston Khung chứa phía dưới Thành phần làm kín Hình 2.2.2. Đối áp vạn năng FH35-35/70
(giữa nắp và phần khung chứa paker là đầu nối mặt bính)
Khi sự phun trào giếng xảy ra và cần phải đóng giếng, dầu cao áp của thiết bị điều khiển thủy lực được bơm vào đóng phần buồng của đối áp bên dưới piston, khi piston nâng lên, nó đẩy thiết bị bịt kín lên. Do giới hạn của nắp bán cầu, thiết bị bít kín di chuyển lên dọc bề mặt nắp hình cầu tới tâm của đầu giếng suốt quá trình đi lên. Cho đến khi cao su giữa gờ giữ bị chạm ôm
chặt lấy dụng cụ khoan hoặc bịt kín lỗ mởhoàn toàn, và sau đó bịt kín giếng. Khi dòng chảy thủy lực được bơm vào mở buồng của đối áp phía bên trên piston. Khi piston đi xuống, lực ép tác động vào bề mặt cầu của paker bị đóng lại, thiết bị bịt kín sẽ quay trở về vị trí ban đầu của nó bằng cách dựa vào tính có giãn của chính nó để mở giếng.
Hình 2.2.3. Đố áp vạn năng FH35-70/105 (Giữa nắp và phần khung dưới là phần nối dạng nêm)
2.2.1.2 Đặc điểm cấu tạo
Những phần chính như nắp, phần khung bên dưới chứa paker, piston, vòng chuyển tiếp làm từ thép hợp kim chất lượng cao. Những vật liệu này thích hợp đối với đặc điểm kỹ thuật của NACE MR-01-75 và ứng dụng đối với điều kiện làm việc của môi trường axit trung bình. Nó được xử lý gia nhiệt đặc biệt. Sự kiểm tra kiểm nghiệm thủy tĩnh được thực hiện dựa vào đặc điểm kỹ thuật của đặc điểm của kỹ thuật 16A của API đểđảm bảo an toàn và sẵn sàng cho việc sử dụng dưới áp suất làm việc.
Phần giao nhau hình chữ “Z” của piston có đặc điểm hành trình ngắn và chiều cao thấp. Có 2 vòng bạc giữa đường kính ngoài piston và vỏ, cũng có 1 vòng bạc giữa đường kính trong piston và vỏ để tránh xa sự tiếp xúc trực
tiếp giữa piston và vỏ suốt quá trình di chuyển của piston để bảo vệ vỏ và piston. Thay thế vòng bạc nếu nó bị mài mòn.
Đối với đối áp vạn năng với áp suất làm việc tối đã 35 MPa hoặc thấp hơn, mặt bích đinh tán (xem hình 2.2.2) và bu lông mũ được sử dụng cho việc nối giữa nắp và phần khung chứa paker bên dưới đểngăn ngừa sự gỉ giữa đai ốc và chốt.
Vòng bít kín miệng được sử dụng ở 3 vị trí bịt kín động lực trong đối áp vạn năng. Chúng tự thực hiện bịt kín để giảm ăn mòn của vòng bít. Vì thế chúng có thể bít một cách chắc chắn để tránh xa rò rỉ (xem hình 2.2.2, hình 2.2.3)
Piston O.D: trên piston O.D bao gồm mở và đóng buồng
Piston I.D: trên piston vỏ bao gồm áp suất thân giếng và đóng buồng
Vòng chuyển tiếp: trên vòng chuyển tiếp bao gồm áp suất thân giếng và mở buồng
Đối với đối áp vạn năng áp suất làm việc tối đa 70 MPa hoặc hơn, 12 cái nêm (ví dụ đối áp vành xuyến loại FH35-70/105, xem hình 2.2.3) được sử dụng cho kết nối giữa nắp và phần khung dưới chứa paker. Chúng có một sự kết nối chắc chắn và mạnh, và phần khung dưới nằm dưới ứng suất đồng nhất. Nó dễ dàng lắp đặt và tháo ra.
Hình 2.2.5. Bản vẽ phác họa đối áp vạn năng với paker hình nêm
Chú ý: Kích thước của phần trên và mặt bích đáy thích ứng với đặc điểm kỹ thuật 16A của API.
2.2.1.3 Nguyên lý bít kín & cấu tạo và đặc điểm của paker hình cầu
A. Nguyên lý bít kín của paker: đối áp vạn năng được bít kín trong 2 giai đoạn.
Giai đoạn 1: piston đẩy thiết bị bít kín lên bằng áp suất thủy lực và là nguyên nhân nó di chuyển dọc lên phía trên bề mặt hình cầu tới tâm của đầu giếng và sau đó gờ giữ đóng cùng với nhau để đẩy cao su tới tâm của đầu giếng để hình thành sự bít kín ban đầu.
Giai đoạn 2: nếu có áp suất giếng trong lỗ, áp suất thân giếng tác dụng vào phần trên bề mặt của phần buồng bên trong của piston đẩy piston lên xa hơn gây ra sựbít kín hơn đểbít kín ban đầu. Đó được gọi là sựđóng trợ giúp của áp suất thân giếng.
B. Ảnh hưởng của phễu:
Từ trạng thái tự do tới trạng thái nén, sự suy giảm của mỗi đường kính phần giao nhau của paker vành hàng năm là khác nhau. Sự suy giảm ở phần trên là lớn và ở phần dưới là nhỏ. Vì thế, cao su nén vững chắc chống lại phần thép ở phía trên của paker, nhưng cao su ở đáy chỉ bị nén nhẹ. Đây là một dạng “phễu cơ bản” mà không chỉ nâng cao đặc tính bít kín mà còn làm cho dễdàng đưa một phần dụng cụ kết nối vào paker. Khi tháo trong, áp suất thân giếng nén phần cao su của paker để tránh xa ứng suất kéo để kéo dài tuổi thọ phục vụ của cao su.
Khi một lỗ bịđóng. Áp suất thân giếng kéo tấm paker ép lại, nhưng phần đĩa trên của của bề mặt cầu của gờđỡ có thể chống lại điều đó, vì thế cao su ở trạng thái nén trợ giúp áp suất lớn do đó nó sẽ không bị rách.
D. Lượng lớn dự trữ cao su:
Loại paker hình cầu này có nhiều cao su thay thế hơn cho việc bổ sung sau khi các dụng cụ khoan bị rách vì lực kéo tháo lắp và không cần thay thế cao su trong suốt quá trình tháo lắp. Đặc biệt nó thích hợp cho tình trạng nơi mà ma sát dụng cụ khoan chống lại cao su thường xuyên.
E. Paker là bán cầu (hình 2.2.6):
Nó được lưu hóa bởi bức xạ 12 -14 uốn cong trợ giúp cho gờ và cao su. Gờlà được làm từ thép hợp kim.
Hình 2.2.6. Bản vẽ phác họa packer hình cầu
2.2.2 Nguyên tắc làm việc và đặc điểm kết cấu cơ bản của đối áp vạn năng với packer dạng nêm năng với packer dạng nêm
2.2.2.1 Nguyên lý làm việc:
Kết nối giữa phần nắp và phần khung bên dưới của BOP vạn năng bằng paker hình nêm là thiết bị kẹp. Nó được kết hợp của phần khung, phần nắp, piston, packer, ống lót ngoài, ống lót trong, đĩa bạc và một vài thành phần…(hình 2.2.7)
Hình 2.2.7. Đối áp vạn năng FH54-14 (Giữa nắp và phần vỏ dưới là nối dạng má kẹp)
Khi sự phun trào xảy ra và cần đểđóng giếng, dòng thủy lực được bơm vào buồng của BOP bên dưới piston. Khi piston đi lên nó đẩy bộ phận đóng lên. Vì giới hạn của vòng bạc, bộ phận đóng di chuyển lên dọc bề mặt hình nón piston và đĩa bạc đến tâm của đầu giếng suốt quá trình di chuyển cho đến khi cao su giữa gờ đỡ chạm ôm chạy lấy dụng cụ khoan hoặc bịt kín đầu giếng hoàn toàn, và sau đó sẽ bịt kín giếng. Khi dòng thủy lực được bơm vào buổng mở của BOP phía trên của piston. Khi piston đi xuống, lực nén tác động vào đĩa bạc được đóng lại, thiết bị đóng quay trở lại vị trí bởi tính đàn hồi của nó để mở giếng.
2.2.2.2 Đặc điểm cấu tạo
Những phần chính như nắp, phần khung dưới, piston, và ống lót bên ngoài làm bằng thép hợp kim tốt. Những vật liệu này thích ứng đối với đặc điểm kỹ thuật của NACE MR-01-75 và ứng dụng đối với điều kiện làm việc là môi trường axit trung bình. Nó được gia nhiệt đặc biệt. Kiểm tra thử nghiệm thủy tĩnh đã được tiến hành theo tiêu chuẩn kỹ thuật của API tiêu chuẩn 16A đối với việc đảm bảo an toàn và có khảnăng sử dụng dưới áp suất làm việc.
Vòng bịt kín miệng được sử dụng ở 3 vị trí bịt kín động lực trong BOP vành xuyến. Chúng có đặc tính tựbít kín để giảm sựăn mòn của vòng bít. Vì thế chúng có thểđảm bảo bịt kín tránh xa rò rỉ.
Piston O.D : trên piston O.D bao gồm cả việc mởvà đóng buồng. Piston I.D: trên phần khung bao gồm cả áp suất thân giếng và đóng buồng.
Nắp: trên nắp bao gồm áp suất thân giếng và mở buồng.
Có một lỗ kiểm tra piston trên nắp, phản ánh hành trình piston từ lần này sang lần khác để dựđoán tuổi thọ của packer.
Hai mươi thiết bị kẹp được sử dụng cho việc nối nắp và vỏ. Chúng đảm bảo kết nối nắp và vỏ dưới ứng lực tập trung. Nó dễ dàng để cố định và tháo lắp. Có 2 vòng bịt kín chữ O trên mỗi thiết bị kẹp bắt vít để ngăn chặn gỉ sét giữa thiết bị kẹp và nắp.
Buồng bên trong phía trên của của piston là hình nêm, tiếp xúc với packer bề mặt hình nón trực tiếp. Do mức độ của packer là bé, lực đẩy của piston cho việc đóng cũng như là đường kính ngoài nhỏhơn kiểu BOP khác. Một sơ đồ về sự mài mòn tháo lắp được lắp đặt trên bề mặt ma sát nơi mà phần trên buồng trong của nắp tiếp xúc với gờ đỡ của packer (hình 2.2.7) để bảo vệ nắp và dễ dàng thay thế.
2.2.2.3 Nguyên tắc bịt kín, đặc điểm cấu tạo của packer hình nêm
A. Nguyên tắc bịt kín của packer:
BOP vành xuyến được bịt kín qua 2 giai đoạn.
Giai đoạn một: piston đẩy bộ phận đóng lên bằng áp suất thủy lực và nguyên nhân nó di chuyển dọc theo bề mặt hình nón piston và đĩa bạc tới tâm của đầu giếng, và sau đó vòng đỡ đóng cùng với nhau chạm vào cao su tới tâm của đầu giếng hình thành bịt kín ban đầu.
Giai đoạn 2: nếu có áp suất giếng trong lỗ, áp suất thân giếng gây ra trên phần trên bề mặt vành xuyến của buồng trong của piston đẩy piston lên xa hơn nguyên nhân bịt kín hơn để gia tăng hoàn thiện sự bịt kín của packer. Nó được gọi là sự trợgiúp đóng của áp suất thân giếng.
B. Bên ngoài của packer hình nêm. Góc giữa những thanh dẫn của bề mặt hình nón và trục của packer là 250. Packer được lưu hóa bởi 22 gờ đỡ và cao su. Gờđỡđược lắp đặt tỏa tròn.
Hình 2.2.8. Bản vẽ phác họa của paker hình nêm
C. Lượng lớn dự trữ cao su: packer có khảnăng chứa lớn. Những cao su giữa những gờ đỡ của packer có thể tiếp xúc với đầu giếng và bịt kín. Thể tích của packer là lớn hơn nhiều so với không gian cần để đóng nó. Vì thế, chúng có thểđóng dụng cụ khoan có hình dạng và kích thước khác nhau, và cũng có thể đóng đầu giếng hoàn toàn. Nếu áp suất điều khiển thủy lực được điều chỉnh bởi van điều chỉnh suy giảm áp suất hoặc bộ tích lũy đệm, packer có thể kéo tháo lắp và cho phép dụng cụ kết nối đi qua dưới 1 góc là 180. Vì lượng dự trữ lớn cao su, nếu packer không bị hư hỏng nghiêm trọng, nó vẫn có thể bịt kín và tuổi thọ của nó có thể được kiểm tra. Suốt quá trình làm việc của BOP vành xuyến, packer bịhư hỏng liên tục, vì thế nó cần bổ sung qua sựgia tăng