Đề tài Cấu tạo, chức năng của cột cần khoan và kiểm toán cột cần giếng khoan 7003 giàn nhẹ BK 7 mỏ Bạch Hổ

Q ; m = 0,2 ¸ 0,3 (hệ số ma sát) Bây giờ xét từng trường hợp cụ thể. Q - Trọng lượng của cột cần khoan khi ngâm trong dung dịch, được tính bằng công thức sau: Q = [(L - lcn) q + lcn . qcn + G ] ( 1 - ) Trong đó : L - Chiều dài cột cần, m Lcn - Chiều dài cần nặng, m q, qcn - Trọng lượng 1m cần khoan, cần nặng,kg G - Trọng lượng của choòng và tuabin,kg gd , gt - Trọng lượng riêng của dung dịch và của thép Như vậy, ứng suất kéo của cột cần khoan được tính theo công thức: sK = F = (D2 - d2) - Tiết diện cần khoan D,d - Đường kính ngoài và trong của cột cần khoan. Ta xét ứng suất kéo ở phần trên cột cần trong 3 trường hợp sau: - Trường hợp cột cần treo trên đáy lỗ khoan: sK’ sK’ = - Trường hợp cột cần treo trên đáy lỗ khoan nhưng có sự tuần hoàn của nước rửa: sK” sK” = sK’ + Trong đó: P – Tổn thất áp suất bên trong cần khoan, cần nặng, tuabin, choòng. Ft - Diện tích tiết diện ngang lỗ thoát nước trong cần khoan. - Trong trường hợp choòng làm việc với tải trọng Gc : sK”’ sK”’ = + Độ dãn cần : Trong trường hợp giếng khoan thẳng đứng độ dãn nở toàn phần do trọng lượng bản thân của cột cần được xác định theo biểu thức sau đây: DL = . K . [(L - lcn)2 + l2cn + 2lcn (L - lcn) . ] Trong đó: E – Môđun đàn hồi của thép cần khoan. Fcn - Tiết diện ngang của cần nặng. 2.3.2. Ứng suất xoắn của cột cần khoan Trong khi khoan đồng thời với ứng suất kéo, cột cần phải chịu ứng suất xoắn do sự quay của cột cần khoan: ( Được mô tả theo hình vẽ dưới đây). 0 0 Ma sát với thành nhỏ, Mx còn truyền tới miệng Ma sát với thành lớn, Mx bi trượt tiếp tuyến tại một điểm nào đó L L Khoan Roto Khoan tuabin Hình 2.6 Ứng suất xoắn của cột cần - Trong khoan Roto Mx có giá trị tăng dần từ đáy lên miệng. - Trong khoan tuabin: biến thiên ngược lại, phía dưới cùng có giá trị lớn nhất bằng mô men phản của tuabin và giảm dần lên mặt và tuỳ thuộc vào ma sát với thành giếng khoan (hình vẽ). Trong khoan Roto ứng suất xoắn cực đại tmax ở phần trên cùng của cột cần cần được tính như sau: tmax = = 71620 Trong đó: Nkt – Công suất để quay cột cần khoan không tải Nc – Công suất tiêu thụ để quay choòng phá đá N - Số vòng quay Mmax – Mô men xoắn lớn nhất. Wx = Môđun chống xoắn. Như vậy ứng suất tổng cộng xuất hiện tại tiết diện trên cùng của cột cần khoan được tính : så så = 2.3.3. Ứng suất phần dưới cột cần khoan Trong quá trình làm việc phần dưới của cột cần chịu các ứng suất: Xoắn. Kéo, nén, uốn. a, Ứng suất nén: (sn) Khi khoan với tải trọng đáy là Gc , ứng suất nén sẽ có giá trị lớn nhất tại tiết diện dưới cùng của cột cần. sn = b, Ứng suất uốn: ( su) + Ứng suất uốn do cong lỗ khoan: R Ứng suất uốn sinh ra trong cột cần khoan, khi cần khoan làm việc trong một giếng khoan xiên có bán kính cong R được tính bằng công thức: su = - (1) D - Đường kính ngoài cần khoan. E - Modul đàn hồi của thép cần khoan. R – Bán kính cong của giếng khoan. + Mômen uốn do lực ly tâm tác dụng Trong quá trình quay cột cần . Hình 2.7 Độ cong của giếng Khi quay dưới tác dụng của lực ly tâm cộng với áp lực chiều trục cột cần khoan bị lệch khỏi hướng cân bằng ban đầu, tạo thành các cung uốn. Mômen xoắn sẽ làm cho cột cần khoan tạo thành cung uốn một hình xoáy ốc. Trong điều kiên bình thường ở giếng khoan thẳng đứng phương trình của cung uốn của trục cần khoan là: P y = f . sin - (2) l - Độ dài nửa cung uốn. l f F - Độ võng ở nửa cung uốn. P Z Hình 2.8 Chịu uốn của cột cần khoan Mômen uốn được xác định qua biểu thức đường trung hoà: (3) Lấy đạo hàm bậc 2 của phương trình (2) thay vào (3) ta được: Mu = Mômen uốn sẽ đạt giá trị cực đại khi sin = 1. Tức là: tại điểm z = sin = sin ® nghĩa là giữa cung uốn: z=l/2 Mumax= f Mômen này tương đương với ứng suất uốn là: su = = . f Nếu ta thay E = 2 .106 KG/cm2 và p2 »10 sẽ có được công thức sau: su = 2000 . Trong đó: f - Độ võng của cung uốn, tính bằng cm, f = Dc ; Dd - Đường kính choòng và zamốc (tính bằng cm) I – Mômen quán tính của tiết diện cần khoan. I = (D4 - d4) W – Môdunl chống uốn của cần W = D,d - Đường kính ngoài và trong của cần ở chỗ chôn dày. Trong khoan Roto ứng suất uốn có đặc tính thay đổi. Qua 1 vòng quay ứng suất của nó thay đổi liên tục từ giá trị cực đại đến giá trị cực tiểu. Sự tuần hoàn của thay đổi ứng suất này dẫn đến hiện tượng mỏi cần khoan. 2.4. Ổn định cột cần khoan. Dưới tác dụng của một số tải trọng cần khoan có thể mất ổn định. Nói chung sự mất ổn định của cột cần khoan là do tải trọng đáy, lực ly tâm, lực uốn, xoắn và áp lực... Quan trọng nhất vẫn do tải trọng đáy và lực ly tâm làm cho cột cần tạo thành một đường cong trong không gian. + Cột cần khoan mất ổn định do áp lực đáy sinh ra: Trong quá trình khoan cần phải tạo áp lực đáy xuống choòng bằng một phần trọng lượng của cột cần. Nếu tải trọng này vượt quá một giá trị tới hạn thì cột cần khoan sẽ bị mất ổn định và bị võng ở phần dưới cột cần. Nếu cần khoan quay thì lực ly tâm còn hỗ trợ thêm cho độ võng tăng lên. Để nghiên cứu độ võng của cột cần khoan chúng ta chỉ đề cập đến tác dụng của tải trọng chiều trục do trọng lượng riêng bản thân cột cần ở vùng giếng thẳng đứng. Với giả thiết rằng ở 2 đầu của thanh dầm, phần dưới ngàm cố định, phần trên di động. Theo Tymisenko sự mất ổn định của thanh dầm do trọng lượng riêng của nó sẽ vượt qua một lực tới hạn (Pth). Lực tới hạn bằng một nửa trọng lượng riêng của dầm ở chiều tới hạn. Như vậy cân bằng lực tới hạn cho bằng công thức culer với trường hợp trên, lực tới hạn theo Tymisenko sẽ thu được : Pth = Từ đó rút ra: lth = EI – Độ cứng của cần. Bất kỳ điều kiện nào ở hai đầu của dầm, chiều dài tới hạn uốn võng của cần khoan ở phía dưới có thể viết qua biểu thức chung: lth = u . Trong đó u là hệ số mà giá trị của nó phụ thuộc vào điều kiên giới hạn ở 2 đầu. Gần nhất với điều kiện thực tế là trường hợp u = 1. Trong thực tế khi khoan tải trọng đáy được chọn lớn hơn rất nhiều so với tải trọng giới hạn. Có thể nói rằng, cần khoan làm việc bị uốn võng. Nhưng độ võng cực đại bị giới hạn bởi đường kính giếng khoan và đường kính cần nặng. Khi tải trọng đáy đạt tới giá trị tới hạn, cần khoan sẽ rời khỏi trạng thái ổn định. Cần sẽ chạm vào thành giếng khoan ở một điểm nằm trong khoảng giữa choòng và điểm trung hoà. Nếu tiếp tục tăng tải trọng đáy thì sẽ xuất hiện 2 hay nhiều nửa cung uốn. + Ổn định cột cần khoan trong chuyển động quay: 1 1 1 1 2 2 2 2 Cần nặng 3 3 a) b) Khi khoan Roto cột cần khoan quay, phần dưới chịu nén. Dưới tác dụng của lực ly tâm, nêu số vòng quay vượt quá một giá trị tới hạn thì sẽ rời khỏi vị trí thẳng đứng và tạo ra cung uốn. 2.5. Kiểm toán cột cần khoan Khi khoan và khi kéo thả cột cần khoan chịu tải trọng tĩnh lẫn tải trọng động. Để kiểm toán bền cột cần phải tính toán ứng suất tổng hợp tại các tiết diện nguy hiểm của cột cần. Ứng suất tổng hợp này không được phép vượt quá ứng suất cho phép của cột cần. Khi kiểm toán cần khoan kiểu mới người ta kiểm toán bộ bền tĩnh, nghiên cứu hiện tượng mỏi. Các phương pháp kiểm toán độ bền trong khoan rôto và khoan tuabin cũng khác nhau. 2.5.1. Kiểm toán độ bền cột cần khoan trong khoan Rôto Trong khoan roto chúng ta sẽ tiến hành kiểm toán cột cần tại 2 tiết diện nguy hiểm trong trường hợp có cần nặng. Khi không có cần nặng tại 3 tiết diện (hình vẽ a,b): Các bước kiểm toán tiến hành như sau: a, Xác định chiều dài cần nặng: lcn = , m Trong đó: (c = 1,25 ®) - Là hệ số kể đến sự tăng chiều dài cần nặng trên tải trọng đáy. Gc - Tải trọng đáy ( KG) qcn - Trọng lượng 1m cần nặng (kg/m) b. Kiểm tra độ bền tĩnh phần trên cột cần khoan (tại tiết diện 1 - 1). Hệ số an toàn ở tiết diện trên cùng được xác định bằng công thức: k = ³ 1,4 sc - giới hạn chảy của thép cần khoan KG/cm2 så - ứng suất tổng cộng tại tiết diện trên cùng. så = sK = , KG/cm2 t = Mx - mômen xoắn. Wx - Modul chống xoắn. Mômen xoắn lớn nhất Mx = 71620 .k đ Ở đây: kđ- hệ số động N- Công suất quay cột cần phục vụ choòng phá đá N = Nkt + Nc Nkt= C. gd. D2.L . n 1.7, kw ( Công suất quay cột cần không tải) Nc= 46,4 .10 -4.k .Gc.Dcn, kw( Công suất tiêu thụ cho choòng phá đá) ở đây: C . hệ số phụ thuộc vào độ cong của giếng( xem bảng dưới ) Bảng 2.2.Bảng hệ số phụ thuộc vào độ cong của giếng khoan Góc nghiêng của giếng khoan Hệ số C £3 3¸ 5 6¸9 10¸16 18¸25 26¸35 18,8.10-5 (22,6¸ 28,8).10-5 (30,8¸ 34,3).10-5 (35,2¸ 40,3).10-5 (41,5¸ 46,6).10-5 (47,5¸ 52,2).10-5 D - Đường kính ngoài cần khoan, m L - Chiều dài cần khoan, m K - Hệ số phụ thuộc vào độ mòn của choòng. Nếu choòng mới K = 0,1,nếu choòng đã mòn K = 0,2 ¸ 0,3 Gc - Tải trọng đáy (T) Dc - Đường kính choòng. Wx - Modul chống xoắn, Wx = Chúng ta có thể tính t theo công thức sau: t = 71620 . kđ Thông thường phần dưới của cột cần khoan chịu những ứng suất tĩnh nhỏ dần, do đó chúng ta có thể lắp ở phần dưới một khoảng chiều dài nào đó loại cần có chất lượng thấp hơn. Hệ số dự trữ bền phần dưới được tính bằng công thức sau đây: k = ³ 1,4 Trong đó: q1, l1 - là trọng lượng một mét cần và chiều dài của đoạn cần phía dưới. Độ dài l1 chúng ta phải ước chừng, nếu như đoạn l1 được chọn mà tính toán có k>1,4 thì lại tăng chiều dài lên. Nếu cột cần được lắp ráp bằng 2 đoạn cần có đường kính khác nhau thì phần dưới chúng ta cũng kiểm tra độ bền như công thức trên. Để tính toán hệ số bền (an toàn) cho tiết diện trên cùng, chúng ta dùng công thức sau đây: k = ³ 4 c. Kiểm tra độ bền phần dưới của cột cần khoan: Hệ số dự trữ phần dưới của cột cần khoan được tính theo công thức sau: k = ³ 1,4 så - ứng suất tổng cộng xuất hiện ở phần dưới cùng của cột cần khoan. så = Trong trường hợp lắp cần nặng (tiết diện 2 - 2), sn = 0. Ứng suất tổng sẽ là: så = Ứng suất uốn được tính theo công thức: su = 2000. , Trong đó: f = ; I = Wu = l - Chiều dài nửa bước sóng được tính theo công thức của Sarkisov: l = . , m z - khoảng cách từ tiết diện trung hoà đến tiết diện tính toán, m q* - trọng lượng 1 m cần khoan. Nếu phần dưới cột cần có lắp cần nặng thì z = 0, nên l sẽ được tính như sau: l = , m w - vận tốc góc rad/300 ® w = Giá trị ứng suất tiếp t ở tiết diện dưới (3-3) không có cần nặng được tính như sau: t = 71620 kđ Trường hợp có cần nặng được tính là: t = 71620 . kđ Ncn - công suất quay cần nặng không tải. CHƯƠNG III KIỂM TOÁN CỘT CẦN GIẾNG KHOAN 7003 GIÀN NHẸ Bk -7 Do cấu tạo của địa chất nên trong quá trình khoan giếng 7003 người ta chia thành 5 khoảng khoan với thông số của bộ khoan cụ được biểu thị trên bảng. Bảng 3.1. Bộ khoan cụ trong khoảng khoan từ 85 ¸ 250m Bộ khoan cụ Đường kính (mm) Chiều dài (m) Trọng lượng (kG) Tổng chiều dài (m) Tổng trọng lượng (T) Choòng 660,4 3S 660,4 0,80 617 0,80 0,617 Cần nặng xoắn 228,6 18,80 5456 19,60 6,073 Định tâm 660,4 2,41 1062 22,01 7,135 Cần nặng xoắn 228,6 9,40 2728 31,41 9,863 Cần nặng xoắn 203,1 28,20 6210 59,61 16,072 Cần khoan nặng 127 82,26 6040 141,87 22,112 Bảng 3.2. Bộ khoan cụ trong khoảng khoan từ 250 ¸ 706m Bộ khoan cụ Đường kính (mm) Chiều dài (m) Trọng lượng (kG) Tổng chiều dài (m) Tổng trọng lượng (T) Choòng 660,4 3S 660,4 0,80 617 0,80 0,617 Động cơ khoan BL962 244,4 8,16 1500 8,96 2,17 Định tâm 444,5 2,17 1000 11,13 3,17 Hệ thống định vị UBHO 203,0 0,65 150 11,78 3,267 Cần nặng không nhiễm từ 203,2 18,8 4140 30,58 7,407 Búa đóng 196,9 5,50 1040 36,08 8,447 Cần nặng xoắn 203,2 9,40 2070 45,48 10,517 Búa giật 196,9 5,95 1050 51,43 11,567 Cần nặng xoắn 165,1 28,20 3846 79,63 15,413 Cần khoan nặng 127,0 82,26 6040 161,89 21,453 Bảng 3.3. Bộ khoan cụ trong khoảng khoan từ 706 ¸ 2423m Bộ khoan cụ Đường kính (mm) Chiều dài (m) Trọng lượng (kG) Tổng chiều dài (m) Tổng trọng lượng (T) Choòng 17 1/2'' MGSSH+2C 444,5 0,52 225 0,52 0,225 Động cơ đáy BL962 244,4 8,16 1500 8,68 1,725 Định tâm 393,7 1,10 374 9,78 2,099 Hệ thống định vị UBHO 203,0 0,65 150 10,43 2,249 Cần nặng không nhiễm từ 203,2 18,8 4140 29,23 6,389 Búa đóng 196,9 5,50 1040 34,73 7,429 Cần nặng xoắn 203,2 9,40 2070 44,13 9,499 Búa giật 196,9 5,95 1050 50,08 10,549 Cần nặng xoắn 165,1 56,40 7693 106,08 18,242 Cần khoan nặng 127,0 137,10 10066 243,58 28,307 Bảng 3.4. Bộ khoan cụ trong khoảng khoan từ 2423 ¸ 3223m Bộ khoan cụ Đường kính (mm) Chiều dài (m) Trọng lượng (kG) Tổng chiều dài (m) Tổng trọng lượng (T) Choòng 12 1/4'' S94HPX 311,1 0,35 100 0,35 0,100 Động cơ đáy BL962 244,4 8,16 1500 8,51 1,600 Cần nặng xoắn 203,2 9,40 1070 17,91 2,670 Định tâm 308,0 1,75 531 19,66 3,201 Cần nặng không nhiễm từ 203,2 9,45 2081 29.11 5,282 Búa đóng 196,9 5,50 1040 34,61 6.322 Cần nặng xoắn 203,2 9,40 1070 44,01 7,392 Búa giật 196,9 5,59 1050 49,96 8,442 Cần nặng xoắn 165,1 28,2 3846 78,16 12,288 Cần khoan nặng 127,0 82,60 6064 160,76 18,352 Bảng 3.5. Bộ khoan cụ trong khoảng khoan từ 3223 ¸ 3443m: Bộ khoan cụ Đường kính (mm) Chiều dài (m) Trọng lượng (kG) Tổng chiều dài (m) Tổng trọng lượng (T) Choòng 8 1/2'' FGS+ 215,9 0,35 40 0,35 0,040 Động cơ đáy A675M 171,5 7,95 984 8,30 1,024 Cần nặng xoắn 165,1 9,40 1282 17,7 2,306 Định tâm 214,0 1,68 259 19,38 2,565 Cần nặng 165,1 150,40 20515 169,78 23,08 Cần khoan nặng 127,0 27,42 2013 197,2 25,093 Búa đóng 158,8 5,30 510 202,5 25,603 Cần khoan nặng 127,0 9,14 671 211,64 26,278 Búa giật 158,8 5,60 540 217,24 26,814 Cần khoan nặng 127,0 109,68 8053 326,92 34,867 Bảng 3.6. Bộ khoan cụ trong khoảng khoan từ 3443 ¸ 3663m Bộ khoan cụ Đường kính (mm) Chiều dài (m) Trọng lượng (kG) Tổng chiều dài (m) Tổng trọng lượng (T) Choòng 6 1/2'' XR40YODPD 165,1 0,31 21 0,31 0,021 Cần nặng xoắn 127,0 9,40 977 9,17 0,998 Định tâm 165 0,80 1405 10,51 2,403 Cần nặng xoắn 127 197,40 20529 207,91 22,932 Búa đóng 120,7 4,80 260 212,71 23,192 Cần nặng xoắn 127 9,40 977 222,11 24,169 Búa giật 120,7 5,40 293 227,51 24,462 Cần khoan nặng 127,0 82,60 6064 310,11 30,526 Các thông số chế độ khoan của giếng khoan 7003 được tổng kết trong bảng sau: Bảng3.7 Thông số chế độ khoan Khoảng khoan (m) Lưu lượng (l/s) Tải trọng đáy (T) Tốc độ quay (v/p) Từ Đến 85 250 60 ¸ 70 6 ¸ 8 50 ¸ 60 250 706 60 ¸ 70 6 ¸ 8 80 ¸ 90 706 2423 50 ¸ 54 5 ¸ 9 70 ¸ 100 2423 3223 39 ¸ 44 9 ¸ 12 70 ¸ 90 3223 3443 37 ¸ 44 14 ¸ 20 80 ¸ 90 3443 3663 16 ¸ 22 20 ¸ 22 70 ¸ 80 Bảng 3.8. Bảng thông số tính toán. STT Thông số Giá trị thông số Đơn vị 1 Trọng lượng cần nặng (Qcn) 30,526 Tấn 2 Chiều dài cột cần (L) 3663 m 3 Chiều dài cần nặng (lcn) 310 m 4 Trọng lượng riêng của dung dịch khoan (γd) 1,05 Tấn/m3 5 Trọng lượng riêng của thép (γ) 7,85 Tấn/m3 6 Đường kính ngoài cần khoan (D) 127 mm 7 Tiết diện ngang của cần khoan (F) 36,7 cm2 8 Giới hạn chảy của thép cần khoan (sc) 10500 kG/cm2 9 Hệ số phụ thuộc độ cong của giếng (c) 18,8.10-5 10 Hệ số mòn của choòng (k) 0,1 11 Trọng lượng 1m cần (q) 0,033 Tấn/m 3.1. Kiểm toán cột cần khoan: Trong quá trình làm việc cũng như quá trính kéo thả, cần khoan chịu tác dụng của cả tải trọng tĩnh lẫn tải trọng động, các tải trọng này làm cho cần khoan làm việc mất ổn định và thậm chí có thể gây ra sự cố đối với cần khoan. Để tránh được điều này ta tiến hành kiểm tra độ bền của bộ cần khoan trong quá trình khoan mở vỉa sản phẩm với các trường hợp như sau: *Kiểm toán cần khoan trong quá trình kéo: Trong quá trình kéo cột cần khoan, tiết diện phía trên cùng của cột cần phải chịu tải trọng là lớn nhất bao gồm: Trọng lượng cột cần, lực quán tính và lực ma sát. Sau đây ta đi kiểm toán cho trường hợp này: Phần trên của cột cần khoan được gọi là đạt bền khi thoả mãn điều kiện: ( Theo tiêu chuẩn API của Mỹ) (3.1) Trong đó: K: Hệ số an toàn sc: Giới hạn chảy của thép làm cần. Cần khoan 127 với mác thép S - 135 có giới hạn chảy: sc = 165 kG/ mm2 = 16500kG/cm2 sk: Ứng suất kéo tại phần trên cột cần. Ứng suất này được tính theo công thức: (3.2) Qk : Tải trọng kéo tác dụng lên phần trên cột cần. Đây cũng chính là tải trọng tác dụng lên móc nâng mà ta đã tính được trong phần kiểm toán thiết bị nâng thả: Qk = 149,3 T F: Tiết diện ngang của cần khoan (3.3) D: Đường kính ngoài của cần khoan. D = 12,7cm d: Đường kính trong của cần khoan. d = 10,7cm Thay các số liệu vào công thức (3.3) ta được: Thay các giá trị Qk và F vào công thức (3.2) ta được: Thay các giá trị sc và sk vào công thức (3.1) ta được: Vậy cột cần khoan đạt bền trong quá trình kéo. 3.2. Kiểm toán cần khoan trong quá trình khoan: Trong quá trình khoan, cột cần khoan phải chịu các tải trọng bao gồm: Kéo, nén, uốn và xoắn. Trong đó tồn tại hai tiết diện nguy hiểm nhất đó là phần trên của cột cần và phần dưới cột cần. 3.2.1. Kiểm toán phần trên của cần khoan: Trong công tác khoan thăm dò và khoan khai thác dầu khí, người ta thực hiện việc khoan giảm tải (chỉ một phần tải trọng của cột cần khoan tác dụng lên đáy) nên trong quá trình khoan, phần trên cùng của cột cần chỉ phải chịu tải trọng kéo và tải trọng xoắn. Phần trên của cột cần khoan được gọi là đạt bền khi thoả mãn điều kiện: (3.4) Trong đó: K: Hệ số an toàn sc = 165kG/mm2 = 16500 kG/cm2 sS: Ứng suất tương đương, ứng suất này được tính theo công thức: (3.5) sk: Ứng suất kéo tại phần trên cột cần. Ứng suất này được tính theo công thức: (3.6) Qk: Trọng lượng cột cần khoan tác dụng lên móc nâng khi khoan. Qk được tính theo công thức: Qk = [Qcn + (L - l).q + Gc].(1- ) (3.7) Xét khoảng khoan (85 ÷ 250)m Tại vị trí l = 85m Ta có các thông số: Qcn = 30,526 T L = 3663 m l = 85 m q = 33 kG/m = 0,033 T/m gd = 1,05 T/m3 g = 7,85 T/m3 Gc: Tải trọng đáy. Gc = 20 T Thay các thông số trên vào công thức (3.7) ta tính được: Qk = [30,526 + (3663 - 85).0,033 + 20].(1- ) = 146 T Tiết diện ngang của cần khoan: F = 36,7 cm2 Thay các giá trị Qk và F vào công thức (3.6) ta được: t: Ứng suất xoắn tác dụng lên phần trên của cột cần khoan. t được tính theo công thức: (3.8) wx: Mô men chống xoắn của cần khoan. wx = = = 199,5 cm3 Mx: Mô men xoắn. Mx được tính theo công thức: Mx = (3.9) n: Tốc độ quay của động cơ. n = 60 v/p Nkt: Công suất để quay cột cần không tải Nkt = c.gd.Dc2.n1,7.L (3.10) c: Hệ số phụ thuộc vào độ cong của giếng. c = 18,8.10-5 gd: Trọng lượng riêng của dung dịch khoan. gd = 1,05 T/m3 Dc: Đường kính choòng khoan. Dc = 0,6604m L: Chiều dài cột cần. L = 3663m Thay các thông số vào công thức (3.10) ta được: Nkt = 18,8.10-5. 1,05. 0,66042. 601,7. (3663 – 85) = 322,02 (kw) Nc: Công suất tiêu thụ ở choòng Nc = 46,6.10-4.K.Gc.Dc.n (3.11) K: Hệ số mòn của choòng. K = 0,1 Gc: Tải trọng đáy. Gc = 20000 kG Thay các thống số vào công thức (3.11) ta được: Nc = 46,6.10-4. 0,1. 20000. 0,6604. 60 = 367,7 (kw) Vậy ta tính được mô men xoắn theo công thức (3.9): Mx = kG.cm Thay Mx và wx vào công thức (3.8) ta được: Thay các giá trị t và sk vào công thức (3.5) ta có: Thay các giá trị sS và sc vào công thức (3.4) ta được: Vậy phần trên của cột cần khoan đạt bền Xét khoảng khoan (85 ÷ 250)m Tại vị trí l = 250m Ta có các thông số: Qcn = 30,526 T L = 3663 m l = 250 m q = 33 kG/m = 0,033 T/m gd = 1,05 T/m3 g = 7,85 T/m3 Gc: Tải trọng đáy. Gc = 20 T Thay các thông số trên vào công thức (3.7) ta tính được: Qk = [30,526 + (3663 – 85 - 250).0,033 + 20].(1- ) =138,9 T Tiết diện ngang của cần khoan: F = 36,7 cm2 Thay các giá trị Qk và F vào công thức (3.6) ta được: t: Ứng suất xoắn tác dụng lên phần trên của cột cần khoan. t được tính theo công thức: wx: Mô men chống xoắn của cần khoan. wx = = = 199,5 cm3 Mx: Mô men xoắn. Mx được tính theo công thức: Mx = n: Tốc độ quay của động cơ. n = 60 v/p Nkt: Công suất để quay cột cần không tải Nkt = c.gd.Dc2.n1,7.L c: Hệ số phụ thuộc vào độ cong của giếng. c = 18,8.10-5 gd: Trọng lượng riêng của dung dịch khoan. gd = 1,05 T/m3 Dc: Đường kính choòng khoan. Dc = 0,6604m L: Chiều dài cột cần. L = 3663m Thay các thông số vào công thức (3.10) ta được: Nkt = 18,8.10-5. 1,05. 0,66042. 601,7. (3663 – 85 - 250) = 302 (kw) Nc: Công suất tiêu thụ ở choòng Nc = 46,6.10-4.K.Gc.Dc.n K: Hệ số mòn của choòng. K = 0,1 Gc: Tải trọng đáy. Gc = 20000 kG Thay các thống số vào công thức (3.11) ta được: Nc = 46,6.10-4. 0,1. 20000. 0,6604. 60 = 369 (kw) Vậy ta tính được mô men xoắn theo công thức (3.9): Mx = kG.cm Thay Mx và wx vào công thức (3.8) ta được: Thay các giá trị t và sk vào công thức (3.5) ta có: Thay các giá trị sS và sc vào công thức (3.4) ta được: Vậy phần trên của cột cần khoan đạt bền 3.2.2. Kiểm toán phần dưới cột cần: Trong quá trình khoan, tiết diện nguy hiểm của cần khoan tại phần dưới cột cần nằm ngay sát với bộ dụng cụ đáy. Tại tiết diện này, cần khoan chịu tải trọng uốn và tải trọng xoắn. Sau đây ta đi kiểm toán bền cho cần khoan tại tiết diện này: - Ứng suất nén: (sn) Khi khoan với tải trọng đáy là Gc , ứng suất nén sẽ có giá trị lớn nhất tại tiết diện dưới cùng của cột cần. sn = = (kG/cm2) - Ứng suất uốn tác dụng lên phần dưới cần khoan được tính theo công thức: (3.12) Trong đó: f: Độ võng cung uốn. f được tính theo công thức: Dlk: Đường kính lỗ khoan. Dlk = M.Dc = 1,05. 165,1 = 173,4 mm D: Đường kính ngoài của cần khoan. D = 127 mm Vậy: I: Mô men quán tính của tiết diện cần khoan. I được tính theo công thức: Thay D = 12,7cm và d = 10,7cm vào công thức trên ta được: = 633,5.10-8 m4 l: Độ dài của nửa cung uốn. Độ dài này được tính theo công thức: (3.13) Trong đó: Z: Khoảng cách từ điểm trung hoà đến tiết diện tính toán. Với tải trọng đáy là 20T theo bảng 3.6 thì: Z = 132m w: Vận tốc góc. q': Trọng lượng 1m cần khoan. q' = 33kG/m Thay các thông số tìm được vào công thức (3.13) ta được: wu: Mô men chống uốn. wu được xác định theo công thức: Thay các giá trị f, I, l và wu vào công thức tính toán ứng suất uốn tại phần dưới của cần khoan (3.12) ta được: - Ứng suất xoắn tác dụng lên phần trên của cột cần khoan. t được tính theo công thức: wx = 199,5cm3 Mx: Mô men xoắn. Mx được tính theo công thức: Mx = n: Tốc độ quay của động cơ. n = 70 v/p Nkt: Công suất để quay cột cần không tải tính từ tiết diện tính toán đến choòng khoan: Xét khoảng khoan ( 3443 ÷ 3663)m Tại vị tri L = 3443m Nkt = c.gd.Dc2.n1,7.l c = 18,8.10-5 gd = 1,05 T/m3 Dc = 0,1651 m l: Chiều dài cần khoan từ choòng đến tiết diện tính toán . l = 220 m Thay các thông số vào công thức trên ta được: Nkt = 18,8.10-5. 1,05. 0,16512. 701,7. 220 = 1,62 (kw) Nc: Công suất tiêu thụ ở choòng Nc = 46,6.10-4.K.Gc.Dc.n K: Hệ số mòn của choòng. K = 0,1 Gc: Tải trọng đáy. Gc = 20000 kG Thay các thống số vào công thức (3.11) ta được: Nc = 46,6.10-4. 0,1. 20000. 0,1651. 70 = 107,7 (kw) Vậy ta tính được mô men xoắn theo công thức (3.9): Mx = 111850 kG.cm Thay Mx và wx vào công thức (3.8) ta được: - Ứng suất tương đương tác dụng lên phần dưới cần khoan được tính theo công thức: Thay các thông số su và t vào ta được - Hệ số an toàn trong phần này là: Vậy phần dưới của cần khoan đạt bền trong quá trình thi công giếng khoan. Xét L = 3663m l: Độ dài của nửa cung uốn. Độ dài này được tính theo công thức: Do lắp cần nặng trên choòng nên z = 0 l = = 3,68 m Thay các giá trị f, I, l và wu vào công thức tính toán ứng suất uốn tại phần dưới của cần khoan (3.12) ta được: Nc: Công suất tiêu thụ ở choòng Nc = 46,6.10-4.K.Gc.Dc.n K: Hệ số mòn của choòng. K = 0,1 Gc: Tải trọng đáy. Gc = 20000 kG Thay các thống số vào công thức (3.11) ta được: Nc = 46,6.10-4. 0,1. 20000. 0,1651. 70 = 107,7 (kw) Vậy ta tính được mô men xoắn theo công thức (3.9): Mx = kG.cm Thay Mx và wx vào công thức (3.8) ta được: - Ứng suất tương đương tác dụng lên phần dưới cần khoan được tính theo công thức: Thay các thông số su và t vào ta được - Hệ số an toàn trong phần này là: Vậy phần dưới của cần khoan đạt bền trong quá trình thi công giếng khoan CHƯƠNG IV CÁC SỰ CỐ TRONG KHOAN VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 4.1. Những phức tạp và sự cố trong công tác khoan. Những phức tạp và sự cố trong quá trình khoan là tất cả các hiện tượng làm cho công tác thi công giếng khoan không thể tiến hành bình thường được, do đó phải chi phí thêm thời gian, kinh phí và nhân lực để khắc phục (trong đó không kể đến hiện tượng hư hỏng thiết bị, dụng cụ). Các phức tạp và sự cố phổ biến nhất là: Sập lở đất đá trên thành giếng khoan, mất dung dịch, xuất hiện dầu- khí hoặc nước và hiện tượng mút kẹt cột cần khoan. 4.1.1. Sập lở đất đá và các biện pháp phòng ngừa chúng * Đất đá ở thành giếng khoan bị sập lở khi mất ổn định. Theo quan điểm cơ học, sự ổn định của đất đá bị mất khi ứng suất trên thành giếng khoan vượt quá giới hạn đàn hồi của nó. Điều này có thể sảy ra hai trường hợp: - Trường hợp phổ biến hơn cả đó là ứng suất trên thành giếng khoan không thay đổi nhiều, còn độ bền của đất đá bị giảm xuống do tác dụng của dung dịch, do đó làm cho đất đá bị mất ổn định và sập lở vào giếng khoan. Đất đá bở rời dễ bị dung dịch tác dụng nhất. Nước tự do ngấm vào vỉa, làm cho chúng trương nở, phân rã gây ra sập lở. - Trường hợp thứ hai: Khi áp lực nén của đất đá (do lực kiến tạo) lớn hơn nhiều so với áp lực dung dịch. Sự chênh lệch giữa áp lực trong đất đá và trong giếng khoan có nguy cơ gây sập lở, nguy cơ này càng tăng khi chế độ khoan bất hợp lý. Trong nhiều trường hợp cả hai nguyên nhân trên tác dụng đồng thờilàm sập lở thành giếng khoan. Khi tổ chức và tiến hành khoan trong vùng có thể bị sập lở, cần phải tính đến các điều kiện sau: - Tất cả các loại đất sét, diệp thạch sét phải dự tính là không ổn định. - Khi mở vỉa có áp lực bất thường (áp lực vỉa lớn hơn áp lực thuỷ tĩnh của cột dung dịch có độ cao bằng độ sâu của vách vỉa) cũng như khi khoan vào vùng phá huỷ kiến tạo với góc cắm của đất đá lớn thì rất khó giữ ổn định cho thành giếng khoan. - Lựa chọn và điều chỉnh đúng chế độ khoan qua các tầng không ổn định cũng tạo khả năng ngăn ngừa sập lở tốt. * Hiện tượng sập lở thành giếng khoan thể hiện qua những dấu hiệu sau: - Áp lực trong maý bơm tăng lên đột ngột. - Dung dịch đưa từ giếng khoan lên chứa nhiều vụn đất đá. - Trong khi khoan và kéo thả cần khoan bị mắc. - Thả dụng cụ không đến đáy giếng khoan. * Các biện pháp ngăn ngừa: - Các đoạn sập lở được chỉ ra trong thiết kế kỹ thuật địa chất. Trước khi khoan vào đoạn sập lở cần phải áp dụng các biện pháp ngăn ngừa. Biện pháp hiệu quả nhất là làm nặng dung dịch sét và tăng cường chất lượng của nó bằng gia công hoá học. - Có thể khoan qua vùng sập lở với dung dịch sét đã gia công hoá học có độ thải nước và trọng lượng riêng đảm bảo cho áp lực của dung dịch cao hơn áp lực vỉa. - Khoan lỗ khoan với đường kính nhỏ nhất khi có thể. Người ta đã chứng minh rằng giảm đường kính giếng khoan thì mức độ sập lở cũng giảm xuống. - Dùng các choòng khoan cùng một cỡ đường kính để khoan từ chân cột ống trước đến chân cột ống sau. - Tốc độ dung dịch đi lên ở ngoài cần khoan phải không nhỏ hơn 1,5m/s. - Thả cột cần khoan xuống đáy êm, không giật cục. Tránh thay đổi trọng lượng riêng của dung dịch sét trong một khoảng lớn. Trước khi kéo cần khoan lên cần phải bù dung dịch vào giếng khoan. - Không để cần khoan nằm yên trong giếng khoan trong một thời gian dài để tránh hiện tượng bó cột cần. 4.1.2. Hiện tượng mất dung dịch khoan 4.1.2.1. Các nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng mất dung dịch * Áp lực cột dung dịch lớn hơn áp lực vỉa (chênh áp càng lớn thì gây mất dung dịch càng nặng, ở những tâng thấm và tầng đất đá nứt nẻ) * Do đặc tính của tầng mất dung dịch: - Các tầng mất dung dịch có thể là tầng chứa dầu - khí - nước có độ rỗng và độ thấm lớn, các tầng đã được khai thác có áp lực vỉa giảm xuống. - Tầng đất đá bị vò nhàu, huỷ hoại do chuyển động kiến tạo, các hang động các- tơ và đặc biệt là tầng móng dễ bị mất dung dịch nhất. 4.1.2.2. Nghiên cứu vùng mất dung dịch Để chống mất dung dịch có hiệu quả và có biện pháp ngăn ngừa cho giếng khoan sâu, cần phải nghiên cứu tổng hợp ngay sau khi khoan vào tầng mất dung dịch. Công tác nghiên cứu tổng hợp bao gồm: * Nghiên cứu thuỷ động để tìm hiểu cường độ mất dung dịch. * Xác định ranh giới sự hút nước của các tầng, sự tồn tại dòng chảy từ vỉa này sang vỉa khác trong giếng khoan. * Xác định đường kính thực của giếng khoan trong vùng mất dung dịch. 4.1.2.3. Các biện pháp phòng chống mất dung dịch Để khắc phục các hiện tượng mất dung dịch có cường độ khác nhau và mất hoàn toàn, người ta dùng các phương pháp chủ yếu sau: * Giảm chênh lệch áp lực giữa giếng khoan và vỉa bằng cách thay đổi thông số dung dịch. * Đối với các vùng có nguy cơ mất dung dịch cao như tầng móng có thể cho thêm chất độn vào dung dịch (vỏ trấu, xơ dừa và các chất dạng sợi). * Dự trữ đầy đủ lượng dung dịch cần thiết kịp thời khi sảy ra hiện tượng mất dung dịch. 4.1.3. Hiện tượng kẹt mút bộ cần khoan 4.1.3.1. Các nguyên nhân gây kẹt bộ cần khoan Hiện tượng kẹt cần khoan có thể xảy ra do những nguyên nhân sau: * Bộ cần khoan bị kẹt do sự trương nở của sét. * Hiện tượng kẹt do chênh áp: Hiện tượng này xảy ra mạnh mẽ ở những đoạn thân giếng nghiêng vì khi đó cột cần khoan dựa vào thành giếng và do sự chênh lệch áp lực giữa cột dung dịch và áp lực vỉa tạo ra lực dư ép cần khoan vào thành giếng. Ngoài ra lực dư còn do cột cần khoan tạo nên dẫn tới kẹt cần do bám dính mà không dạo được cột cần. * Hiện tượng kẹt do sập lở thành giếng khoan làm chôn vùi bộ dụng cụ. * Để cột cần khoan nằm yên trong giếng với thời gian dài làm mùn khoan lắng xuống. * Các thông số dung dịch và tốc độ bơm rửa không đủ để đưa mùn khoan lên. 4.1.3.2. Các biện pháp phòng tránh * Dùng dung dịch sét có chất lượng cao, tạo lớp vỏ sét mỏng và chặt sít trên thành giếng khoan. * Bảo đảm tốc độ đi lên của dòng dung dịch dưa mùn khoan lên bề mặt. Trước khi kéo cần lên phải rửa sạch choòng khoan và điều chỉnh thông số dung dịch cho phù hợp với yêu cầu thiết kế. * Thường xuyên doa lại những đoạn có khả năng hình thành lớp vỏ sét dày. * Trong trường hợp bắt buộc phải dừng khoan thì cứ 3 ¸ 5phút lại dạo dụng cụ lên xuống và cho quay cột cần khoan. 4.1.3.3. Các biện pháp cứu kẹt Dùng hệ thống tời kéo và quay bàn roto với lực kéo lớn nhất. Nếu không giải phóng được bộ dụng cụ bằng cách trê thì xác định điểm kẹt và dựa vào đó lập kế hoạch sửa chữa. Điểm kẹt được xác định theo công thức: Trong đó: L: Độ dài phần tự do trên điểm kẹt 1,05: Hệ số chỉ sự tồn tại của khoá nối E: Mô đun đàn hồi của thép. E = 2.106kG/cm2 P1: Lực kéo lần thứ nhất P2: Lực kéo lần thứ hai I: Độ giãn cần khoan sau hai lần kéo * Nếu sử dụng thiết bị lắc đập để cứu kẹt thì trước hết phải tháo đoạn cần tự do bằng cách quay trái bộ cần ở trạng thái không nén lực hoặc bằng dây đạn nổ. * Cần phải đặt khoá an toàn phía trên cần nặng vì đó là điểm nguy hiểm nhất khi bị kẹt. Bộ khoá an toàn sẽ cho phép tháo được nhanh chóng. * Trước khi thả thiết bị lắc đập phải kiểm tra vỏ và ren bằng khoá máy. * Khi nối thiết bị lắc đập với bộ phận bị kẹt thì tiến hành đập 12 ¸ 15phút trong tình trạng căng bộ cần. Lực đập và lực kéo trong suốt quá trình thực hiện phải bằng nhau. * Nếu sau 5 ¸ 6 chu kỳ lắc đập không có kết quả thì dừng lại 10 ¸ 15 phút rồi tiếp tục các chu kỳ lắc đập với lực kéo và lực đập lớn hơn. Lực đập đầu tiên bằng 1 phần bộ dụng cụ 12 ¸ 15T, sau mỗi chu kỳ tăng từ 2 ¸ 3T. Lực kéo cực đại không quá 15 ¸ 20T (không kể trọng lượng bộ dụng cụ đặt phía trên thiết bị lắc đập. * Nếu bộ phận bị kẹt được giải phóng 1 phần thì xác định điểm được giải phóng để kéo lên, sau đó tiếp tục các quy trình tiếp theo để giải phóng nốt phần còn lại. 4.1.5. Sự xuất hiện của dầu- khí và phun trào * Dấu hiệu báo trước khi xuất hiện dầu khí phun trào: - Dấu hiệu trực tiếp: tăng thể tích dung dịch trong bể chứa, tăng dòng chảy chảy của dung dịch đi lên từ giếng khoan khi không tăng lưu lượng máy bơm. - Dấu hiệu gián tiếp: tăng tốc độ cơ học khoan, thay đổi chỉ số của dung dịch khoan, thay đổi áp suất bơm, thay đổi thông số chế độ khoan. * Nguyên nhân và điều kiện xuất hiện dầu khí phun: - Có sự sai sót trong việc xác định áp suất vỉa, khi thi công giếng và kiểm tra không đủ các thông số vỉa trong quá trình khảo sát mỏ. - Giảm áp suất thuỷ tĩnh vỉa. - Sử dụng dung dịch có trọng lượng riêng nhỏ hơn trọng lượng riêng của dung dịch thiết kế. - Không bơm rót dung dịch vào giếng khi kéo cần tại các vỉa đã mở. Giếng khoan dừng lâu khi đã mở tầng sản phẩm nhưng không bơm rửa. - Tăng hàm lượng của khí trong dung dịch trong quá trình khoan. - Không áp dụng biện pháp dóng kín miệng giếng khi có dấu hiệu xuất hiện dầu khí * Các biện pháp phòng chống: - Sử dụng dung dịch có trọng lượng riêng đúng với trọng lượng riêng thiết kế. - Luôn theo dõi các thông số dung dịch, nếu thấy hiện tượng như trên phải điều chỉnh lại các thông số dung dịch, nhất là phải tăng trọng lượng riêng, độ nhớt và ứng suất cắt tĩnh. - Thường xuyên kiểm tra lại mặt bích của thiết bị chống phun. - Khi kéo thả cần phải thường xuyên rót dung dịch vào giếng. - Khi thấy xuất hiện dầu khí phải nhanh chóng đóng các đối áp làm kín miệng giếng. - Lúc kéo thả, nếu thấy xuất hiện dầu khí cũng phải dừng ngay kéo thả và đóng kín miệng giếng. 4.2. Sử dụng cần khoan 4.2.1. Đề phòng sự mài mòn cần khoan Trong quá trình làm việc, cột cần khoan bị mài mòn do chúng tiếp xúc với thành lỗ khoan hay cột ống chống. Các vùng sinh ra ma sát nhiều nhất là: - Cần nặng, do độ hở giữa cần nặng và thành lỗ khoan nhỏ. - Cần khoan nằm trong phần của lỗ khoan cong. - Các đoạn cần khoan có độ võng cực đại. - Vùng đầu nối za mốc, nhất là za mốc cái. Để tránh sự mài mòn nhanh chóng ở đầu nối za mốc, người ta có thể hàn bên ngoài đầu nối za mốc bằng lớp hợp kim cứng dưới dạnh vành nhẫn với nhiều kiểu khác nhau (xem hình dưới). 1 2 2 3 4 a) b) c) Hinh 4.1 Phủ lớp kim loại lên đầu nối Zamốc = Phủ hợp kim cứng bên ngoài đầu nối theo các dạng khác nhau= Chú thích: a- Phủ một lớp 1- Đầu nối b- phủ hai lớp 2- Lớp vật liệu cứng c- Các vòng nhẫn 3- Lớp thép cứng 4- Vòng nhẫn hợp kim cứng + Trong khoan Roto để đảm bảo sự mài mòn cho cần khoan, cần thiết phải lắp các vòng bảo vệ được chế tạo bằng cao su chống mòn. Các vòng này được lắp vào cần khoan bên cạnh za mốc bằng một thiết bị chuyên dụng. Vì có đường kính lớn hơn đường kính za mốc, vòng bảo vệ cao su này có tác dụng như gối đệm ngăn không cho za mốc cọ xát vào thành lỗ khoan hoặc ống chống. 4.2.2. Đề phòng đứt cần khoan Đứt cần khoan là một sự cố khá phổ biến gây nhiều khó khăn trong quá trình thi công. Loại cần khoan được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là loại được chôn dày bên trong và lắp với za mốc có lỗ mở bình thường hay mở rộng Hiện tượng đứt cần khoan xảy ra nhiều nhất khoảng (60 ÷ 70%) tại vòng ren đầu tiên không ăn khớp với đầu cần. Bởi vì tại đây có sự tập trung ứng suất, đặ biệt là ứng suất động dẫn đến gãy cần. Hiện tượng đứt cần thường xảy ra ở nửa đoạn dưới cột cần. Nguyên nhân chủ yếu là do thành phần ứng suất thay đổi do lực ly tâm gây ra. Vì vậy để tránh cho hiện tượng gãy cần ta phải có các biện pháp đề phòng sau đây: - Tăng độ bền mỏi của thép cần khoan. - Gia công nhiệt luyện 2 đầu ren để tăng cơ tính đầu nối - Sử dụng các loại cần hàn vừa bền lại vừa kín. - Dùng cần có đầu nối không tháo lắp theo phương pháp hàn hoặc ép. + Phương pháp hàn 2 1 3 Hình 4.2 Hàn nối cần khoan 1-Mối hàn 2- Cần khoan 3- Za mốc Sau khi lắp đầu nối vào cần khoan, người ta hàn liền mép đầu nối với cần nhiều lớp liên tục để tăng độ bền cho đầu nối( đây là kỹ thuật khó vì thép cần khác tính chất của thép hàn). + Phương pháp ép. Tạo lên mặt tiếp xúc căng, có độ dôi ở phía đầu nối và phần hình trụ ở thân cần. Có thể ép trực tiếp hoặc thông qua một vòng phụ. - Phương pháp ép trực tiếp. Trong phương pháp ép trực tiếp, Người ta chế tạo đầu nối có đường kính trong ở phần không cắt ren nhỏ hơn đường kính ngoài của cần. Khi lắp là giáp nóng, khi nguội mặt tiếp xúc có độ căng nhất định ( Hình vẽ dưới). - Phương pháp ép thông qua một vòng phụ: Trước khi lắp đầu nối người ta lắp vào thân cần một vòng ép từ vật liệu đầu nối ở vị trí sao cho khi lắp vào khoảng này để ngăn cách mối hàn với thân cần khoan. Sau đó hàn nối giữa vòng ép (3) và đầu nối (2) qua mối hàn (5) (hình vẽ b). - Các phương pháp ép đầu nối vào cần khoan. a – Phương pháp ép trực tiếp. b – Phương pháp ép thông qua một vòng phụ. 1 2 Phần không tiện ren 1 Cần khoan 2 Đầu nối za mốc 3 Vòng ép phụ 4 Lớp axbet 5 Lớp hàn Hình 4.3 Ép trực tiếp cần khoan 1 2 4 5 3 Hình 4.4 Ép cần khoan thông qua vòng phụ 4.2.3. Chuẩn bị cần khoan Trước khi vận chuyển đến khoan trường cần khoan phải được kiểm tra sơ bộ ở kho cần ống, đặc biệt lưu ý ở đầu ren nối đầu tiên bằng mắt thường sau đó bằng calip. Ren không nứt đảm bào liền và kín. Za mốc được lắp vào đầu cần tại xưởng. Trước khi lắp phải chải thật sạch đầu ren, bôi trơn và sếp thành từng bộ. Lắp za mốc ở trạng thái nguội hoặc nóng → có 3 phương pháp lắp: - Lắp bằng tời khoan. - Lắp bằng máy chuyên dụng. - Lắp bằng tay (za mốc được đốt nóng). Hai phương pháp đầu lắp ở trạng thái nguội, lắp bằng tời có nhiều nhược điểm là quá trình vặn không được liên tục, mômen vặn tuỳ tiện. Nếu za mốc không được vặn chặt thì trong quá trình khoan za mốc lại bị vặn thêm vào. Hiện tượng vặn thêm dưới tác dụng của tải trọng chiều trục và mômen uốn làm cho ren dễ bị hỏng. Vì vậy việc lắp za mốc vào cần ở lỗ khoan cần hết sức hạn chế. Lắp za mốc ở trạng thái nóng là phương pháp tốt nhất. Quá trình lắp như sau: Các za mốc và cần ở trạng thái nguội không bôi trơn và vặn chết bằng tay. Sau đó đánh dấu mặt đầu của za mốc lên cần khoan. Dựa vào vạch dấu này mà vặn za mốc ở trạng thái nóng. Tháo za mốc cho vào lò nung nóng ở nhiệt độ khoảng 4000C. Trước khi vặn za mốc phải bôi trơn ren cần khoan. Vặn za mốc cho đến khi mặt đầu của nó trung với vạch đã đánh dấu trên cần. Lưu ý không được vặn quá tránh rạn nứt. Việc lắp za mốc ở trạng thái nóng đảm bảo mối nối chắc chắn và kín. 4.2.4. Sử dụng cần khoan Cần khoan mới lắp được xếp thành từng bộ. Cho đến khi hết giá trị sử dụng chúng vẫn nằm trong bộ ấy. Trong mỗi bộ đều giống nhau về đường kính, chiều dài, bề dày và mác thép để nhằm tăng hiệu quả sử dụng và để loại bỏ đồng đều.Chiều dài của một bộ thường là: 250m. Tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng cần khoan là: + Độ mòn của cần khoan ( tức là mức độ giảm đường kính và trọng lượng) + Thời gian làm việc của cần ( số giờ khoan). Tuỳ theo độ mòn của cần người ta chia ra làm 3 loại: - Cần loại I - để khoan những giếng khoan sâu hay phức tạp. - Cần loại II - để khoan những giếng có độ sâu trung bình. - Cần loại III - để khoan những giếng có độ sâu nhỏ. Khi lắp cần dựng chú ý cho chiều dài phải bằng nhau, không để đầu ren đập vào bàn Roto hay các vật kim loại khác trên sàn làm việc. Khi khoan tuabin phải vặn chặt các đầu ren để tránh tự tháo do mômen phản của tuabin. Đề phòng sự cong của cần chủ đạo khi di chuyển từ ngoài tháp vào phải giữ phần giữa thân bằng cáp. Khi thả cần không phanh hãm đột ngột hoặc để elevantơ đập vào bàn Roto nhằm tránh gây ra sự cố đáng tiếc. 4.2.5. Sửa chữa cột cần khoan Sau khi thi công xong một giếng khoan các bộ cần khoan và cần chủ đạo được đưa về xưởng để kiểm tra. Sau đó phải thử dò để phát hiện các hỏng hóc khác.Trong xưởng sửa chữa tiến hành các công việc sau. + Nắn thẳng các cần khoan và cần chủ đạo. + Uốn cong các cần định hướng đặc biệt. + Phục hồi các bề mặt mài mòn của các chi tiết. + Hàn vào za mốc các vòng nhẫn bằng hợp kim cứng. + Hàn za mốc vào cần. + Sửa chữa lại ren bị hư hỏng. + Phục hồi gờ mắc êlêvatơ các za mốc. KẾT LUẬN Kiểm toán cột cần khoan là khâu rất quan trọng trong quá trình khoan giếng, kiểm toán giúp ta xác định được mặt cắt nguy hiểm trên cột cần khoan từ đó giúp ta có cách giải quyết. Do sự hạn chế về tài liệu kỹ thuật, kinh nghiệm thực tế nên bản đố án không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ bảo góp ý, bổ sung của các thầy, các cán bộ chuyên môn, các bạn đồng nghiệp để bản đồ án này không chỉ là công trình khoa học của một sinh viên chuẩn bị ra trường còn nhiều non nớt về kinh nghiệm, mà nó sẽ có tính hiện thực hơn, có thể được áp dụng vào thực tế sản xuất Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của thầy Lê Đức Vinh và các thầy cô trong Khoa Dầu khí, Bộ môn Thiết bị dầu khí và công trình cùng các bạn trong lớp đã giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ STT SỐ HÌNH VẼ TÊN HÌNH VẼ TRANG 1 Hình 1.1 Các loại tháp 4 chân 4 2 Hình 1.2 Ròng rọc tĩnh 7 3 Hình 1.3 3 Sơ đồ truyền động của 1 loại tời khoan 9 4 Hình 1.4 Hệ thống phanh 9 5 Hình 1.5 Bộ hãm thuỷ động 10 6 Hình 1.6 Bàn Rôto 13 7 Hình 1.7 Cấu tạo đầu xa nhích 14 8 Hình 1.8 Cụm đầu quay di động 15 9 Hình1.9 Cấu tạo đầu quay di động 16 10 Hình 1.10 Sơ đồ động học của bơm piston 17 11 Hình 2.1 Mặt cắt ngang cần chủ đạo 21 12 Hình 2.2 Mặt chồn và tiện ren của cần khoan 21 13 Hình 2.3 Đầu chồn Za mốc 22 14 Hình 2.4 Cần nặng 24 15 Hình 2.5 Các loại định tâm 26 16 Hình 2.6 Ứng suất xoắn của cột cần 28 17 Hình 2.7 Độ cong của giếng 29 18 Hình 2.8 Chịu uốn của cột cần khoan 30 19 Hình 4.1 Phủ lớp kim loại lên đầu nối Zamốc 49 20 Hình 4.2 Hàn nối cần khoan 50 21 Hình 4.3 Ép trực tiếp cần khoan 51 22 Hình 4.4 Ép cần khoan thông qua vòng phụ 51 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU STT SỐ HIỆU BẢNG TÊN BẢNG TRANG 1 1 Bảng phân bố thiết bị động lực 19 2 2.1 Các đặc tính của cần khoan 22 3 2.2 Bảng hệ số phụ thuộc vào độ cong của giếng 34 4 3.1 Bộ khoan cụ trong khoảng khoan từ 85 ¸ 250m 38 5 3.2 Bộ khoan cụ trong khoảng khoan từ 250 ¸ 706m 38 6 3.3 Bộ khoan cụ trong khoảng khoan từ 706 ¸ 2423m 39 7 3.4 Bộ khoan cụ trong khoảng khoan từ 2423 ¸ 3223m 39 8 3.5 Bộ khoan cụ trong khoảng khoan từ 3223 ¸ 3443m 40 9 3.6 Bộ khoan cụ trong khoảng khoan từ 3443 ¸ 3663m 40 10 3.7 Thông số chế độ khoan 41 11 3.8 Bảng thông số tính toán 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Well engineering & contruction 1. [2]. Trương Biên, Nguyễn Xuân Thảo, Phạm Thành, Trần Văn Bản (2006), Cẩm nang kỹ sư-Công nghệ khoan các giếng sâu, Nxb Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. Trương Biên, Thiết bị khoan, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội [3]. Lê Phước Hảo, Cơ sở khoan và khai thác dầu khí, NXB ĐHQG Tp Hồ Chí Minh. [4]. Cao Ngọc Lâm, Thiết kế chế độ khoan tối ưu, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội. [6]. Nguyễn Văn Giáp, Thiết bị khoan thăm dò, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội. [7]. Rabia H (1987) "Fundamentals of Casing Design". Kluwer Group [8]. European Federation of Corrosion Publication, Number 16 (1995) [9]. "Guidelines onmaterials requirements for carbon and low alloy steels for H2S-containing environments in oil and gas production" Published by The Institute of Materials [10]. API Bulletin 5C1 (1994)"Recommended Practice for Care and Use of casing and tubing"Seventeenth Edition, November 1 [11]. API Bulletin 5C2 (1999)" Bulletin on Performance Properties of casing, Tubing and Drillpipe" Twenty First Edition October. [12]. Bourgoyne, A.T., Chenevert, M.E., Milheim, K.K. and Young, F.S. Applied drilling engineering, Vol. 2 SPE textbook series, Richardson, Texas, 1986 [13]. API Bulletin 5C3 (1994)" Bulletin on Formulas and Calculations for casing, Tubing, Drillpipe, and Line Pipe Properties "Sixth edition, October. [14]. Klementich, E f and Jellison, MJ (1986). A service model for casing strings. SPE Drilling Engineering, April, pp 141-151. MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ...............………......................................................................1 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ TỔ HỢP THIẾT BỊ KHOAN .. .............. 2 1. Cơ sở phân loại thiết bị khoan ......................................................................2 1.1. Thiết kế ..................................................................................................... 2 1.2. Thông số của tổ hợp thiết bị khoan ............................................................3 1.3. Các thiết bị trong tổ hợp thiết bị khoan ...…………………..................... 4 1.3.1. Tháp khoan 4 chân ………………………………………......................4 1.3.2. Tháp chữ A ............................................................................................ 6 1.4. Cơ học hệ thống nâng thả ………............................................................. 6 1.4.2. Tời khoan ………………………............................................................7 1.4.3. Hệ thống phanh của tời ………...………………................................... 9 1.4.4. Các dụng cụ trên giàn khoan ……...………………............................. 11 1.5. Các thiết bị xoay……………………………………….......................... 12 1.5.1. Bàn Rôto……………………………...............................…................ 12 1.5.2. Cần chủ đạo.................…………………………...……........................13 1.5.2.1. Cần chủ đạo ........................................................................................13 1.5.2.2. Đầu nối chống mòn …………………………………........................14 1.5.2.3. Đầu xoay thuỷ lực...............…………………...……….....................14 1.5.2.4. Đầu quay................................……………………….........................15 1.6 Thiết bị bơm dung dịch...........……………...…………………................17 1.7 Thiết bị động lực dùng trong công tác khoan.……………...................... 18 CHƯƠNG II: CHỨC NĂNG VÀ CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CỦA CỘT CẦN KHOAN ..................................................................................... 20 2.1. Chức năng ............................................................................................... 20 2.2. Các bộ phận của cột cần khoan ............................................................... 20 2.2.1. Cần chủ đạo............................................................................................20 2.2.2. Cần khoan .............................................................................................21 2.2.3. Za mốc nối cần khoan ...........................................................................22 2.2.4. Cần nặng ...............................................................................................23 2.2.5. Đầu nối chuyển tiếp ..............................................................................24 2.2.6. Định tâm cần khoan ..............................................................................25 2.2.7. Vật liệu chế tạo các chi tiết cần khoan ..................................................27 2.3. Chịu tải của cột cần khoan trong quá trình làm việc ................................26 2.3.1. Ứng suất kéo của cột cần khoan .................................................... ......27 2.3.2. Ứng suất xoắn của cột cần khoan .........................................................28 2.3.3. Ứng suất phần dưới cột cần khoan........................................................ 29 2.4. Ổn định cột cần khoan ............................................................................ 31 2.5. Kiểm toán cột cần khoan ................................................................... ......33 2.5.1. Kiểm toán độ bền cột cần khoan trong khoan Rôto...............................33 CHƯƠNG III: KIỂM TOÁN CỘT CẦN GIẾNG KHOAN 7003 GIÀN NHẸ BK -7 .....................................................................................................37 3.1. Kiểm toán cột cần khoan ......................................................................... 40 3.2. Kiểm toán cần khoan trong quá trình khoan.............................................41 3.2.1. Kiểm toán phần trên của cần khoan...................................................... 41 3.2.2. Kiểm toán phần dưới cột cần................................................................ 44 CHƯƠNG IV: CÁC SỰ CỐ TRONG KHOAN VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC ............................................................................................................ 48 4.1. Những phức tạp và sự cố trong công tác khoan ...................................... 48 4.1.1. Sập lở đất đá và các biện pháp phòng ngừa chúng ...............................48 4.1.2. Hiện tượng mất dung dịch khoan.......................................................... 49 4.1.2.1. Các nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng mất dung dịch...... .......49 4.1.2.2. Nghiên cứu vùng mất dung dịch........................................................ 49 4.1.2.3. Các biện pháp phòng chống mất dung dịch....................................... 50 4.1.3. Hiện tượng kẹt mút bộ cần khoan......................................................... 50 4.1.3.1. Các nguyên nhân gây kẹt bộ cần khoan............................................. 50 4.1.3.2. Các biện pháp phòng tránh................................................................ .50 4.1.3.3. Các biện pháp cứu kẹt........................................................................ 51 4.1.5. Sự xuất hiện của dầu- khí và phun trào..................................................52 4.2. Sử dụng cần khoan....................................................................................52 4.2.1. Đề phòng sự mài mòn cần khoan.......................................................... 52 4.2.2. Đề phòng đứt cần khoan................................................................. .......53 4.2.3. Chuẩn bị cần khoan................................................................................55 4.2.4. Sử dụng cần khoan.................................................................................56 4.2.5. Sửa chữa cột cần khoan.................................................................. .......56 KẾT LUẬN .................................................................................................... 57