Tải bản đầy đủ
LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ KHOAN

LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ KHOAN

Tải bản đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp

2
3

Đại Học Mỏ Địa Chất

250 - 900
900 - 2204

250 – 935
935 – 2524

3.1.3. Chọn phương pháp khoan cho từng khoảng khoan
Trước hết ta xét đến ưu điểm và khuyết điểm của hai phương pháp khoan sau:

3.1.3.1. Phương pháp khoan bằng động cơ Top Drive
Phương pháp khoan bằng động cơ Top Drive hoạt động dựa trên nguyên lý
tương tự như trong phương pháp khoan Rotor, chuyển động xoay được truyền tới
choòng khoan thông qua cột cần khoan để phá huỷ đất đá. Tuy nhiên chuyển động xoay
này được truyền từ động cơ Top Drive thay vì được truyền động từ bàn Rotor như trong
phương pháp khoan Rotor. Chính vì vậy, khoan bằng động cơ Top Drive có đầy đủ các
đặc điểm giống khoan Rotor như: các thông số chế độ khoan có thể được điều chỉnh
độc lập, yêu cầu về công suất máy bơm khoan không cần lớn như trong khoan bằng
động cơ đáy, cho phép khoan với tải trọng đáy cao (nếu cùng độ sâu). Mặc dù vậy
khoan bằng động cơ Top Drive cũng có một số nét khác biệt với phương pháp khoan
Rotor là:
+ Ưu điểm:
- Có thể tiếp cần ở mọi độ cao khi khoan và có thể tiếp cần dựng nên giảm đáng kể thời
gian phụ trợ.
- Động cơ Top Drive có khả năng vừa quay vừa kéo bộ khoan cụ nên hiệu quả khắc
phục sự kẹt mút rất hiệu quả.
- Có khả năng lấy mẫu khoan dài.
+ Khuyết điểm:
- Phải lắp đặt thêm hệ thống dẫn hướng trong tháp để khử mô men cản.
- Phải gia cố kết cấu tháp do có lực xoắn phụ.
- Phải có các ống mềm hoặc cáp tải điện phụ trong tháp khoan.
- Tăng đáng kể khối lượng làm việc trên cao.
- Tăng thêm giá thành thiết bị và phải bảo dưỡng nhiều hơn so với hệ thống bàn Rotor
nên đó có thể coi là những trở ngại đáng kể.

3.1.3.2. Phương pháp khoan bằng động cơ đáy:
Phương pháp khoan bằng động cơ đáy sử dụng năng lượng dòng chảy dung dịch để
cho động cơ đáy làm việc và quay cho choòng khoan phá huỷ đất đá. Phương pháp này
có các ưu, khuyết điểm sau:
+ Ưu điểm:

SV: Trần Giáp Tuất

Lớp: Khoan Khai Thác B – K57
27

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

- Do cột cần khoan không quay nên nó chịu tải nhẹ hơn, hiện tượng mỏi sinh ra do tải
trọng động có giá trị nhỏ nên cột cần khoan ít gặp sự cố hơn so với phương pháp khoan
topdrive.
- Cột cần khoan không quay nên giảm được hiện tượng mài mòn cho các bộ phận của
cột cần khoan và các chi tiết quay của thiết bị bề mặt, tăng tuổi thọ cho cột cần.
- Sử dụng tốt trong khoan định hướng.
+ Khuyết điểm:
- Đặc tính làm việc của động cơ đáy là số vòng quay lớn và mô men nhỏ nên ít phù hợp
với sự làm việc của choòng chóp xoay (choòng chóp xoay làm việc tốt với số vòng
quay nhỏ và tải trọng lớn).
- Không phù hợp khi khoan với đất đá mềm dẻo.
- Vùng làm việc ổn định của số vòng quay hẹp. Khi ra ngoài vùng đó động cơ đáy sẽ
làm việc không ổn định hoặc không làm việc được.
- Vùng làm việc ổn định của số vòng quay hẹp. Khi ra ngoài vùng đó động cơ đáy sẽ
làm việc không ổn định hoặc không làm việc được.
- Yêu cầu về công suất thuỷ lực của máy bơm khoan lớn hơn rất nhiều so với khoan
Rotor (nếu cùng độ sâu). Do đó, khi khoan đến chiều sâu lớn, công suất máy bơm
không đáp ứng được yêu cầu do tổn thất thuỷ lực lớn, điều này giới hạn chiều sâu làm
việc của động cơ đáy.
- Những chi phí cho việc bảo dưỡng và sửa chữa động cơ đáy lớn dẫn đến tăng giá
thành thi công khoan.
Như vậy ta có thể lựa chọn phương pháp khoan cho từng khoảng khoan khi căn cứ
vào các ưu nhược điểm của các phương pháp khoan kể trên, vào điều kiện địa chất,
hình dạng thân giếng khoan và kinh nghiệm của các giếng khoan đã khoan trước đó ta
lựa chọn các phương pháp khoan cho các khoảng khoan của giếng No 504 RC5 như
sau:
* Từ 89 - 250m: Đất đá mềm bở rời, chống ống dẫn hướng. Đường kính lỗ khoan lớn
đòi hỏi mô men quay lớn do đó ta chọn phương pháp khoan bằng động cơ Top Drive.
* Từ 250 – 935m: Đây là đoạn tạo và gia tăng góc nghiêng, muốn vậy khi bắt đầu
khoan tạo góc của thân giếng khoan ở độ sâu 280m, ta sử dụng phương pháp khoan
Rotor và giếng được định hướng bằng các máng nghiêng định hướng.

SV: Trần Giáp Tuất

Lớp: Khoan Khai Thác B – K57
28

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

- Sau đó ta sử dụng phương pháp khoan bằng động cơ đáy trục vít, có sử dụng đầu nối
cong để tạo được góc nghiêng.
* Từ 935 - 2524m: Đoạn ổn định góc nghiêng. Thành phần đất đá chủ yếu cát pha sét,
đặc biệt là đoạn từ 1900 đến 2524m tỷ lệ sét cao dễ gây trương nở có thể gây kẹt mút
cần khoan. Chọn phương pháp khoan bằng động cơ Top Drive.
Bảng 3.2. Phương pháp khoan cho từng khoảng khoan
Khoảng khoan

Phương pháp khoan

120 – 250

Động cơ Top Drive

250 – 935

Động cơ đáy

935 – 2524

Động cơ Top Drive

3.2. Thiết bị khoan:
Các thông số cơ bản của giàn khoan tự nâng Tam Đảo – 01:
* Giàn có hình dạng 1 tam giác cân, có 3 chân mỗi chân có độ dài 100m. Khoan ở vùng
nước sâu tới 50 – 60m nước. Cạnh đáy dài 68m, hai cạnh bên dài 65m, thành tàu cao
8m.
* Khu vực làm việc chính của giàn là sàn khoan, năng lượng sử dụng trên giàn được
phát từ 4 máy phát
* Giàn di chuyển nhờ tàu lai dắt, trên giàn có 2 cẩu điện và 1 cẩu thủy lực, sức nâng
của mỗi cẩu là 30 tấn

3.2.1. Tháp khoan:
Các thông số về tháp khoan:
* Kích thước 44,8
* Chiều sâu khoan được: 6000 m.
* Kích thước khung đáy: 9,15 m x 9,15 m.
* Kích thước khung đỉnh: 2,44 m x 2,44 m.
* Tải trọng lên móc nâng cực đại: 600 Tấn.

3.2.2. Tời khoan:
Tời khoan được sử dụng để kéo thả cần khoan, thả ống chống, treo động cơ Top Drive
và cột cần khoan khi khoan. Tời khoan được sử dụng mang nhãn hiệu National Drecco2000, các thông số về tời khoan như sau:
* Công suất lớn nhất: 2000 (hp).

SV: Trần Giáp Tuất

Lớp: Khoan Khai Thác B – K57
29

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

* Sức nâng cực đại: 500 Tấn.
* Số tốc độ của tời: 4
* Đường kính rãnh cuốn cáp tời: 1.3/8''.
* Kích thước tang tời: 30'' x 56''.

3.2.3. Động cơ Top Drive:
Động cơ này dùng để quay cột cần khoan, giữ cột cần khoan khi kéo thả và các công
tác phụ trợ khác. Động cơ Top Drive mang nhãn hiệu National PS2-500 có các thông
số như sau:
* Công suất cực đại: 1395 (hp).
* Tải trọng cực đại: 500 Tấn.
* Số tốc độ: 4.
* Tốc độ quay không tải cực đại: 1200 v/p.
* Tốc độ quay cần 0 – 269v/ph
* Momen cực đại xiết cần 6222 KG.m
* Momen cực đại quay cần 4151 KG.m
* Sức nâng 500 Tấn

3.2.4. Máy bơm khoan:
Sử dụng ba máy bơm mang nhãn hiệu National-12P-160 (ba xilanh tác dụng đơn).
Máy bơm này được dẫn động bởi động cơ điện và có các thông số kỹ thuật như sau:
* Công suất định mức với tốc độ quay định mức 120v/p: 1600 (hp).
* Khoảng chạy của piston: 304,8 mm.
* Số xilanh: 3.
* Đường kính xilanh: 177,8 mm.
* Số tốc độ: 6.
* Áp suất cực đại: 241,1 at.
Bảng 3.3. Thông số máy bơm NATIONAL-12P-160
Đường kính xilanh (mm)
Áp suất bơm cực đại (at)
Tốc độ quay của
Công suất đầu
trục dẫn động
vào (hp)
(v/p)
140
1876
120
1600

177,8
241,1

SV: Trần Giáp Tuất

Công suất thuỷ lực
(hp)

Lưu lượng bơm
(lít/phút)

1680
1440

3178
2724

Lớp: Khoan Khai Thác B – K57
30

Đồ án tốt nghiệp

100
80
60
40

Đại Học Mỏ Địa Chất

1333
1067
800
533

1200
960
720
480

2270
1816
1362
908

3.2.5. Máy bơm trám:
Sử dụng hai máy bơm trám mang nhãn hiệu Fracmaster - Triplex Pump, được dẫn
động bởi hai động cơ diesel và có các thông số được trình bày trong bảng sau:
Bảng 3.4. Thông số máy bơm trám Fracmaster - Triplex Pump
Đường kính xi lanh (mm)

101,6

114,3

127

139,7

152,4

Áp suất bơm cực đại (at)

850,34

680,27

578,23

467,19

408,16

Tốc độ tay quay (v/p)

Lưu lượng bơm (lít/phút)

450

1055,55

1335,52

1649,53

2001,38

2375,93

300

635,6

892,87

1100,95

1331,73

1585,22

150

351,85

446,43

548,53

662,08

790,72

3.2.6. Hệ thống đối áp.
Hệ thống đối áp chịu được áp suất tối đa là 700at= 10290 Psi
- Sau khi chống ống 508mm lắp:
+ 1 đối áp vạn năng Cameron 21.1/4”2000 Psi
+ 2 đối áp ôm cần Cameron 20.1/4”
- Sau khi chống ống 340 và 245mm lắp:
+ 1 đối áp vạn năng Cameron 13.5/8”
+ 1 đối áp ôm cần Cameron 13.5/8”
+ 1 đối áp cắt cần 13.5/8”

3.3. Dụng cụ khoan:
3.3.1. Lựa chọn choòng khoan:
Để lựa chọn choòng khoan phù hợp cho từng khoảng khoan nhằm nâng cao hiệu quả
phá huỷ đất đá và đẩy nhanh tiến độ thi công giếng khoan người ta thường lựa chọn
choòng khoan dựa vào các yếu tố sau:
* Độ cứng của đất đá: Các loại choòng khoan khác nhau có cơ chế phá huỷ đất đá khác
nhau. Choòng chóp xoay phá huỷ đất đá theo cơ chế cắt vỡ và mài mòn, choòng cánh
dẹt phá huỷ đất đá theo cơ chế cắt, choòng kim cương phá huỷ đất đá theo cơ chế mài
mòn. Chính vì vậy, đối tượng đất đá để sử dụng các loại choòng khoan này cũng khác
nhau.

SV: Trần Giáp Tuất

Lớp: Khoan Khai Thác B – K57
31

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

- Đất đá có độ cứng cao sẽ không thích hợp cho cơ chế phá huỷ cắt, do đó choòng kim
cương được sử dụng để khoan qua các tầng từ cứng đến rất cứng.
- Đất đá mềm dẻo sẽ thích hợp cho cơ chế phá huỷ cắt nên choòng cánh dẹt thích hợp
để khoan qua các tầng đất đá này.
- Choòng chóp xoay phá huỷ đất đá theo cơ chế cắt vỡ và mài mòn nên đối tượng phá
huỷ của loại choòng này đa dạng hơn. Loại choòng chóp xoay có thể được lựa chọn để
phá huỷ đất đá từ mềm đến cứng hoặc rất cứng. Tuy nhiên, với đất đá rất cứng thì hiệu
quả sử dụng choòng chóp xoay thấp hơn choòng kim cương.
* Phương pháp khoan: Các phương pháp khoan khác nhau đòi hỏi phải có các thông số
chế độ khoan khác nhau, do đó tuỳ thuộc vào từng phương pháp khoan mà ta lựa chọn
choòng khoan cho phù hợp
Khi lựa chọn choòng khoan cần lưa ý những đặc điểm sau:
- Choòng kim cương có lực cắt và va đập thấp, do đó khi khoan bằng choòng kim
cương phải khoan với tải trọng thấp. Tiến độ khoan của choòng kim cương cao làm
giảm thời gian kéo thả (vì ít phải thay choòng) là một ưu điểm khi sử dụng choòng kim
cương.
- Đối với choòng PDC: Khi sử dụng phương pháp khoan bằng động cơ đáy nên dùng
choòng có số răng nhiều hơn để giảm sự mài mòn do tốc độ quay lớn, khi khoan bằng
phương pháp khoan Rotor (hoặc Top Drive) nên dùng choòng có hệ thống vòi phun
thủy lực nhằm mở đáy giếng và mặt choòng cho thông thoáng.

Hình 3.1. Choòng khoan

SV: Trần Giáp Tuất

Lớp: Khoan Khai Thác B – K57
32

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

Căn cứ vào lý thuyết về nguyên lý làm việc, ưu khuyết điểm của từng loại choòng và
tham khảo kinh nghiệm khi khoan ở những giếng khoan có điều kiện địa chất tương tự,
ta chọn choòng khoan cho các khoảng khoan của giếng No 504 RC5 như sau:
Bảng 3.5. Lựa chọn choòng khoan cho các khoảng khoan
Khoảng khoan (m)

Loại choòng

Từ

Đến

89

250

660.4 L111

250

935

17 ½” GTXCG1

935

2524

12 ¼” GF20BVC, GTXCG1

3.3.2. Lựa chọn cần khoan và cần nặng:
Trong quá trình làm việc, tải trọng tác dụng lên cột cần khoan rất phức tạp, khác nhau
về đặc tính và giá trị. Tải trọng tác dụng lên cột cần khoan bao gồm cả tải trọng tĩnh lẫn
tải trọng động như: kéo, nén, uốn, xoắn, ma sát, lực quán tính, và các dao động sinh ra
hiện tượng mỏi. Trong quá trình làm việc các lực này luôn thay đổi và phụ thuộc vào
chiều dài của cột cần khoan, càng gần đáy các lực này càng thay đổi, càng gần miệng
lỗ khoan thì tải trọng càng cố định dần.
Theo khả năng cung cấp vật tư của xí nghiệp liên doanh, bộ khoan cụ được chọn theo
các tiêu chuẩn của API. Tỷ lệ về kích thước bộ khoan cụ do API hướng dẫn sử dụng
như sau:
- Choòng khoan có đường kính Dc ≥ 393,7 mm: thì tỷ lệ đường kính choòng và cần
nặng là 1,6 - 2. Các choòng nhỏ hơn tỷ lệ này là 1,25 - 1,6.
- Tỷ lệ đường kính giữa hai cần nối tiếp nhau là 1,1 - 1,5 còn giữa cần nặng và cần
khoan là 1,2 - 1,6.
- Với giếng khoan có ống chống đến cấp đường kính 508 mm: Có khả năng dùng các
cấp đường kính cần khoan 139,7 mm; 127 mm; dùng cần nặng 203,2 mm; 228,6 mm;
165,1 mm.
* Lựa chọn cần khoan:
Theo kinh nghiệm của các giếng khoan đã khoan trước đây, cần khoan được lựa chọn
để khoan chống các ống có cấp đường kính từ 194 mm trở lên có thể sử dụng cần

SV: Trần Giáp Tuất

Lớp: Khoan Khai Thác B – K57
33

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

khoan đường kính 127mm với mác thép là: G- 105 và S- 135. Do đó ta lựa chọn cần
khoan 127mm với hai mác thép trên để thi công giếng khoan No 504 RC5.
* Lựa chọn bộ cần nặng:
Đường kính cần nặng có thể được xác định theo tỷ lệ gần đúng sau:
- Đối với choòng có đường kính D c ≥ 393,7 mm: Tỷ lệ giữa đường kính choòng và
đường kính cần nặng là 1,6 - 2.
- Đối với choòng có đường kính Dc < 393,7 mm: Tỷ lệ giữa đường kính choòng và
đường kính cần nặng là 1,25 - 1,6.
Như vậy, dựa vào đường kính của choòng khoan kết hợp với kinh nghiệm của các
giếng đã khoan ta có thể lựa chọn đường kính cần nặng cho giếng khoan No 504 RC5
như sau:

Bảng 3.6. Lựa chọn đường kính cần nặng cho giếng khoan No 504 RC5
Khoảng khoan (m)

Loại choòng

Đường kính cần nặng (mm)

250

660.4 L111

УБТ-241.3; УБТ-209.6

250

935

17 ½” GTXCG1

935

2524

12 ¼” GF20BVC, GTXCG1

Từ

Đến

89

УБТ-209.6; УБТ-203.2

3.3.3. Lựa chọn bộ khoan cụ cho các khoảng khoan:
Công tác thiết kế bộ dụng cụ khoan phù hợp cho các khoảng khoan là một yếu tố quan
trọng đảm bảo thi công giếng khoan theo đúng quỹ đạo thiết kế, giảm các phức tạp một
cách đáng kể khi khoan, nâng cao hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của giếng khoan.
Bằng kinh nghiệm khi khoan các giếng khoan trước đó và số liệu thu được từ thực tế ta
lựa chọn bộ khoan cụ cho từng khoảng khoan như sau:
Bảng 3.7. Lựa chọn bộ khoan cụ cho khoảng khoan 89 - 250m
STT

Bộ khoan cụ

Khoảng cách từ chi
tiết đến đáy giếng

SV: Trần Giáp Tuất

Đường kính
ngoài (mm)

Chiều
dài (m)

Trọng
lượng

Lớp: Khoan Khai Thác B – K57
34

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

(m)
1
2
3
4
5
6
7

Choòng
660.4L111
Cần nặng
xoắn
Định tâm
Cần nặng
xoắn
Cần nặng
xoắn
Đầu nối
Cần khoan
thành dày

(kG)

0

660.4

0.80

617

0.8

241.3

18.80

6076

19.6

660.4

2.41

1062

22.01

241.3

9.40

3038

31.41

209.6

28.20

6557

59.61

203.2

1

224

60.61

127.0

82.26

6040

142.87

23614

Tổng

SV: Trần Giáp Tuất

Lớp: Khoan Khai Thác B – K57
35

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

Hình 3.2. Bộ khoan cụ cho khoảng khoan 89 ÷ 250m

Bảng 3.8. Lựa chọn bộ khoan cụ cho khoảng khoan 250 – 935 m

SV: Trần Giáp Tuất

Lớp: Khoan Khai Thác B – K57
36

Đồ án tốt nghiệp

STT

Bộ khoan cụ

Đại Học Mỏ Địa Chất

Khoảng cách từ chỗ
lắp đặt đến đáy
giếng (m)

Đường kính
ngoài (mm)

Chiều dài
(m)

Trọng
lượng
(kG)

0

444.5

0.52

225

0.52

244.4

9.20

2450

9.72

203.2

0.8

180

10.52

396.9

2

374

12.52

203.2

6

1321

18.52

209.6

10.00

1713

28.52

203.2

18.00

3964

46.52

209.6

37.40

8696

8

Choòng 17 ½”
GTXCG1
Động cơ đáy
962
Đầu nối không
nhiễm từ
Định tâm
Cần nặng
không nhiễm từ
Cần nặng
không nhiễm từ
(MWD)
Cần nặng
không nhiễm từ
Cần nặng xoắn

9

Búa đóng

83.92

203.2

5.5

1205

10

Cần nặng xoắn
Đầu nối chuyển
tiếp
Cần khoan
thành dày

89.42

209.6

9.40

2186

98.82

203.2

1

224

99.82

127

140.25

10297

240.07

32843

1
2
3
4
5
6
7

11
12
Tổng

SV: Trần Giáp Tuất

Lớp: Khoan Khai Thác B – K57
37