Tải bản đầy đủ
CHỐNG ỐNG VÀ TRÁM XI MĂNG GIẾNG KHOAN

CHỐNG ỐNG VÀ TRÁM XI MĂNG GIẾNG KHOAN

Tải bản đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

Gia cố các đoạn than giếng khoan bằng cột ống chống và trám ximăng là rất quan
trọng phù hợp với từng giai đoạn xây dựng giếng. Để thực hiện các công việc tiếp theo
trong giếng bảo đảm độ tin cậy, độ bền của công trình.

6.2. Công tác chống ống.
* Chuẩn bị cột ống chống.
Ống được chuẩn bị và đưa đến khoan trường trước lúc thả từ 2 – 4 ngày. Việc
bốc rỡ ống chống khi vận chuyển từ kho vật tư đến lỗ khoan phải được thực hiện bằng
các máy lăn chuyên dụng hoặc các xe cần cẩu. Nghiêm cấm việc rỡ ống bằng cách
ném xuống các ống chống. Ống chống được chuyển đến khoan trường cần được kiểm
tra để loại bỏ các ống hỏng. Khi kiểm tra ống chống cần phải chú ý đến, khuyết tật, sự
biến dạng của các múp ta và các đầu ren.
* Chuẩn bị lỗ khoan trước và trong khi chống ống.
Cần tiến hành doa rộng các đoạn lỗ khoan bị bó hẹp, cho thêm dầu mỏ hoặc các
chất bôi trơn khác, vào dung dịch nhằm làm giảm độ dính của vỏ sét. Trong thời gian
rửa lỗ khoan trước khi thả ống cần phải kiểm tra cẩn thận các thông số của dung dịch
và điều chỉnh cho đến mức đạt yêu cầu. Tốc độ đi lên của dung dịch phải đạt tới 1m/s
đối với loại choòng No8’’ – 12’’ và ít nhất cũng phải 0,6m/s đối với các loại choòng lớn
hơn. Trong khi chuẩn bị lỗ khoan đồng thời phải kiểm tra, chuẩn bị các dụng cụ cần
thiết: 3 êlêvatơ còn tốt, 3 khóa bản lề có kích thước phù hợp, các chấu chèn dự trữ, các
quang treo, khóa tròng vạn năng…
* Thả ống chống xuống giếng khoan.
Công tác thả ống chống sao cho mọi thành viên trong đội khoan tham gia thả ống
chống đều thực hiện đúng chức năng công việc của mình để tránh xảy ra sự cố trong
quá trình thả ống và đảm bảo an toàn lao động.
Trong quá trình thả phải liên tục đo và kiểm tra các thông số của dung dịch cũng
như các thông số của giếng khoan.
Tốc độ thả ống từ 0.5 ÷0.6 m/s
Trong quá trình thả ống chống với những cột ống chống có lắp van ngược để tránh
hiện tượng bóp méo ống chống thì cứ 100÷200 m ta phải đổ thêm dung dịch vào ống.
Khi thả ống chống đến chiều sâu thiết kế tiến hành lắp các thiết bị bơm rửa vào rửa
giếng khoan để chuẩn bị cho công trám xi măng giếng khoan.
* Đầu bơm trám vữa xi măng:

SV: Trần Giáp Tuất

Lớp: Khoan Khai Thác B – K57
68

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

Được lắp trên đầu ống chống, nó có nắp và có thể tháo ra được, có các đầu nối với
máy bơm piston. Trước khi làm việc ta đặt các nút bơm trám vào vị trí thích hợp trong
đó có các chốt giữ. Dung dịch xi măng được bơm qua đầu nối phía trước đẩy nút trám
dưới cong dung dịch ép thì đi qua đầu nối phía trên và đẩy nút trám trên đi vào giếng.
Có ba loại đầu bơm trám:
- Đầu bơm trám dùng cho một nút trám;
- Đầu bơm trám dùng cho hai nút trám;
- Đầu bơm trám dùng cho trám ống chống lửng.
* Nút trám xi măng:
- Nút trám dưới để ngăn cách dung dịch khoan và dung dịch xi măng, loại này rỗng
và có màng cao su, khi đến vòng dừng nó bị phá thủng cho vữa xi măng đi qua để đi
vào khoảng không gian vành xuyến;
- Nút trám trên để ngăn cách dung dịch ép và dung dịch xi măng.
Cả hai loại có cánh sao su đường kính đo theo mép ngoài của cánh lớn hơn đường kính
trong của ống từ 20 ÷ 25mm.

a. Nút dưới:

b. Nút trên

1: Màng ngăn
2: Thân cao su
3: Khung nhôm
1: Thân cao su
2: Lõi nhôm

1

3

1
2

2
a
b
Hình 6.1. Các nút trám xi măng

* Đế ống chống:
Tạo bởi 3 chi tiết:
- Đầu định hướng: dẫn hướng cho cột ống chống.Chế tạo bằng nhiều vật liệu khác
nhau như: gang, ximăng đúc, gỗ;
- Chân đế: Là ống thép dày 15 ÷19mm, dài 300 ÷ 600mm đầu dưới có ren tiện để
vặn vào đầu định hướng, đầu trên nối với phần dưới của ống chân đế;

SV: Trần Giáp Tuất

Lớp: Khoan Khai Thác B – K57
69

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

Hình 6.2. Ống chân đế
- Ống chân đế: Đoạn ống thép dài 15 ÷ 2m tiện ren hai đầu. Đầu dưới nối với chân
đế, đầu trên nối với ống chống. Sau khi lắp phải hàn lại để chống tự tháo. Ống chân đế
có khoan các lỗ thoát dung dịch đề phòng bị tắc khi đáy giếng nhiều mùn.
* Vòng dừng:
Là một vòng thép dày 35mm lắp váo giữa 2 ống chống cách đế ống chống bằng
chiều cao cốc xi măng tạo ra một điểm tì giữa các nút trám.
* Van ngược:
Là loại van được lắp trong khoảng từ vòng dừng đến ống chống, có tác dụng ngăn
không cho dung dịch chảy ngược vào ống. Trong phương pháp trám đặc biệt mupta
chuyên dụng có thể thay thế cho vòng dừng và van ngược.

1: Đế van
2: Đĩa van
3: Thanh đẩy
4: Lò xo
5: Êcu hãm

5
4
3

1

2

Hình 6.3. Van ngược
* Chổi quét:
Là một vòng thép trên có lắp các chổi thép mền lắp bằng cách khoá vào ống chống,
trong khi thả ống chổi quét lớp màng sét trên thành giếng để tăng khả năng liên kết của
đá xi măng với thành giếng.

SV: Trần Giáp Tuất

Lớp: Khoan Khai Thác B – K57
70

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

Hình 6.4. Chổi quét
* Vòng định tâm:
Là các bản thép được hàn 2 đầu vào hai vòng thép và lắp bên ngoài ống chống bằng
khóa. Các tấm thép cong tạo ra khoảng cách giữa ống chống và thành giếng khoan giúp
cho đá xi măng tạo thành có độ dày đều nâng cao chất lượng trám xi măng. Lồng định
tâm và chổi quét được bố trí gần nhau dọc theo cột ống chống với khoảng từ 30 ÷ 40m.

Hình 6.5. Vòng định tâm
* Các mupta đặc: Chức năng ngăn cách khoảng không gian vành xuyến và đóng
các cửa sổ trám 2 tầng. chúng có các đầu ren để lắp vào ống chống.

6.3. Tính toán và lựa chọn ống chống:
6.3.1. Phương pháp lựa chọn ống chống:
Nguyên tắc của việc lựa chọn ống chống :
- Đảm bảo đủ bền cho quá trình thi công và khai thác sau này.
- Có giá thành thấp nhất có thể.

SV: Trần Giáp Tuất

Lớp: Khoan Khai Thác B – K57
71

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

Việc tính toán lựa chọn ống chống có nhiều phương pháp, tùy thuộc vào nhiệm vụ của
mỗi loại ống.
Tuy nhiên, với kinh nghiệm khi khoan và chống ống của những giếng khoan đã thi
công cùng với khả năng cung cấp ống chống của xí nghiệp liên doanh, ta tiến hành tính
chọn ống chống theo cách là: chọn mác thép và bề dày cho các cột ống chống theo kinh
nghiệm rồi từ đó kiểm toán lại ống chống theo áp suất dư bên trong, áp suất dư bên
ngoài và tải trọng kéo cho phép.
Mặt khác, nhằm đảm bảo cho quá trình thả ống chống diễn ra nhanh chóng và thuận
lợi, đối với mỗi cột ống chống người ta thường chỉ sử dụng một loại mác thép với chiều
dày và độ bền phù hợp. Tuy nhiên, để đảm bảo về độ bền kéo thì đoạn trên cùng nên
chọn ống có bề dày lớn. Đồng thời, với mục đích giảm nguy cơ gây sự cố cho ống
chống do sự mài mòn của cột cần khoan thì đoạn dưới cùng của ống chống cũng nên
chọn ống có bề dày lớn (ngay cả với cột ống chống kỹ thuật).

6.3.2. Lựa chọn các cột ống chống:3.4.2.1. Ống dẫn hướng Φ508mm
Ống chống này có chiều sâu nhỏ nên áp lực dư bên trong và bên ngoài tác dụng lên ống
chống này không lớn, do đó theo kinh nghiệm của các giếng đã khoan trước đó ta chọn
ống có mác thép K-55 và bề dày thành là 11 mm với các thông số được trình bày trong
bảng 3.10:
Bảng 6.1. Thông số ống chống Φ508mm
Đoạn
ống

Mác
thép

I

K- 55

Bề dày
Trọng
ống
lượng 1m
(mm) ống (kG)
11

139,2

Chiều sâu
thả (m)
Từ

Đến

Chiều dài
đoạn ống
(m)

0

250

250

Trọng
lượng
đoạn ống
(T)
34,8

Tổng
trọng
lượng
(T)
34,8

6.3.2.2. Ống chống trung gian Φ340mm
Chọn mác thép K-55 cho ống chống này với chiều dày và các thông số được trình bày
trong bảng sau:
Bảng 6.2. Thông số ống chống Φ340mm
Đoạn
ống

Mác
thép

Bề
dày

Trọng
lượng

Chiều sâu thả
(m)

SV: Trần Giáp Tuất

Chiều
dài

Trọng
lượng

Lớp: Khoan Khai Thác B – K57
72

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

ống
(mm)

1m ống
(kG)

Từ

Đến

đoạn
ống (m)

đoạn ống
(T)

I

K- 55

12

99,4

0

400

400

39,76

II

K- 55

11

91,6

400

935

535

49.00

Tổng
trọng
lượng (T)
88.76

6.3.2.3. Ống chống khai thác ( ống chống lửng)
Bảng 6.3. Thông số ống chống Φ245mm
Đoạn
ống

Mác
thép

I

P- 110

Bề
dày
ống
(mm)
11

Trọng
lượng
1m ống
(kG)
60,3

Trọng
Chiều sâu thả Chiều
Tổng
lượng
(m)
dài đoạn
trọng
đoạn ống
lượng (T)
Từ
Đến ống (m)
(T)
710
910
200
12,06

II

P- 110

10

54,7

910

2310

1400

76,58

III

P- 110

11

60,3

2310

2524

214

12,91

101,55

6.4. Trám xi măng giếng khoan.
Là công tác bơm ép dung dịch xi măng vào khoảng chống giữa thành giếng và
cột ống chống. Sau khi bơm xong, dung dịch xi măng bắt đầu cứng lại và tạo thành
vành đá xi măng bao quanh cột ống chống. Vành đá xi măng này có tác dụng ngăn
cách các chất lưu khác nhau, cách li vỉa sản phẩm với các tầng nham thạch, bảo vệ cột
ống khỏi bị ăn mòn của dung dịch chứa trong các vỉa.

6.4.1. Yêu cầu về xi măng trám.
Việc trám xi măng ống chống có một vai trò hết sức quan trọng trong quá trình
thi công giếng khoan và trong quá trình khai thác. Mọi sự cố xảy ra với công việc này
đều có thể dẫn tới hậu quả nghiêm trọng đối với việc khoan tiếp theo hoặc việc đưa
giếng vào khai thác. Do đó xi măng dùng để trám giếng cần phải đạt được các yêu cầu
sau:

SV: Trần Giáp Tuất

Lớp: Khoan Khai Thác B – K57
73

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

- Có độ hạt nhỏ theo yêu cầu.
- Có độ ẩm theo tiêu chuẩn(8 – 12%).
- Có trọng lượng riêng thích hợp.
- Khi chế tạo thành dung dịch xi măng thì phải có thời gian ngưng kết phù hợp.
- Khi dung dịch xi măng đông đặc phải tạo thành vành đá có độ bền cơ học cao,
độ thẩm thấu nhỏ và trong quá trình đông cứng không được thay đổi thể tích.

6.4.2. Các phương pháp bơm trám xi măng
Hiện nay có rất nhiều phương pháp trám ximăng giếng khoan. Song với điều
kiện hiện có của XN Vietsovpetro và điều kiện thi công giếng khoan ở vùng biển
Việt Nam thường sử dụng các phương pháp sau:

6.4.2.1. Trám xi măng một tầng hai nút

Hình 6.6. Sơ đồ trám một tầng
*Phạm vi sử dụng:
Phương pháp trám này thường áp dụng với cột ống chống có chiều sâu không lớn,
nhiệt độ đáy giếng không cao, lượng vữa xi măng cần trám không nhiều và áp suất của
thiết bị trám có thể đáp ứng được.
* Ưu điểm: Trang bị gọn nhẹ, đơn giản và có độ tin cậy cao.

SV: Trần Giáp Tuất

Lớp: Khoan Khai Thác B – K57
74

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

*Quy trình trám:
Lỗ khoan sau khi được rửa sạch, các thiết bị được kiểm tra người ta bắt đầu khuấy
trộn dung dịch vữa xi măng và bơm dung dịch vào lỗ khoan. Trước khi bơm vữa xi
măng phải thả nút trám dưới. Khi đã bơm đủ lượng vữa xi măng cần thiết ta bắt đầu
bơm dung dịch ép đẩy nút trám trên ra khỏi đầu trám vào ống. Dưới áp lực bơm ép nút
trám dưới bị đẩy đến vòng dừng, tiếp tục bơm ép phá thủng màng cao su nút trám dưới,
vữa xi măng qua đó ra ngoài ống chống, nút trám trên tiếp tục bị ép xuống cho đến khi
chồng lên nút trám dưới. Tại thời điểm này áp suất trên áp kế tăng đột ngột báo hiệu
kết thúc quá trình bơm trám, giếng khoan lúc này cần được giữ yên tĩnh, các van trên
đầu bơm trám dược đóng lại. Lúc này mọi hoạt động khoan đều dược dừng lại chờ cho
xi măng đông kết.

6.4.2.2. Trám xi măng cột ống lửng
Phương pháp trám này được sử dụng để trám các cột ống chống lửng thông
qua một đầu nối chuyển tiếp chuyên dụng từ cần khoan đến ống chống
* Quy trình trám:
Đầu tiên cột ống chống lửng phải được thử rò rồi nối với cần khoan thông qua đầu
nối chuyên dụng bằng ren trái. Sau khi cột ống chống được thả vào lỗ khoan, người ta
bắt đầu bơm dung dịch đệm vào bên trong cần khoan, tiếp tục bơm vữa xi măng và
dung dịch ép để ép vữa xi măng qua van ngược vào đế ống chống. Sau đó thả viên bi
thép (chú ý thời gian thả cần tính sao cho khi vữa xi măng dâng lên hết chiều cao cần
trám thì viên bi sẽ tỳ lên ống lót). Khi viên bi tì lên ống lót, đồng hồ áp suất ở đầu
giếng tăng vọt báo hiện viên bi đã nằm trên ống lót, lúc này thợ vận hành cho tăng áp
suất bơm trám làm cho chốt sẽ bị cắt đứt, ống lót di chuyển xuống dưới đế dừng. Lúc
này lỗ thoát được mở ra, dung dịch ép qua lỗ thoát quét sạch phần xi măng dâng lên
phía trên đầu nối. Khi đó áp suất giảm đột ngột báo hiệu quá trình trám kết thúc. Sau
đó người ta tháo cần khoan ra bằng cách quay phải rồi kéo chúng lên một đoạn và tiến
hành bơm tuần hoàn để rửa sạch xi măng trong cần khoan và xi măng thừa trong lỗ
khoan

SV: Trần Giáp Tuất

Lớp: Khoan Khai Thác B – K57
75

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

Hình 6.7. Sơ đồ trám ximăng cột ống chống lửng

Hình 6.8. Sơ đồ đầu nối trám ống chống lửng

6.4.3. Lựa chọn phương pháp trám xi măng cho các cột ống chống.
Với kinh nghiệm hiện có của xí nghiệp vietsopetro công tác trám hiện nay
không bị giới hạn về áp suất bơm trám do sử dụng các loại máy bơm trám có áp suất
làm việc lớn, nhưng do điều kiện địa chất ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng xi măng
do giới hạn về đông kết. Vì vậy ta lựa chọn phương pháp trám phù hợp cho các cột ống
chống như sau:
- Với cột ống dẫn hướng (Φ508)): Ta chọn phương pháp trám một tầng do
khoảng trám nhỏ. Trám toàn bộ cột ống

SV: Trần Giáp Tuất

Lớp: Khoan Khai Thác B – K57
76

Đồ án tốt nghiệp
-

Đại Học Mỏ Địa Chất

Với cột ống trung gian (Φ340): Ta chọn phương pháp trám một tầng , trám toàn
bộ cột ống
Với cột ống trung gian 2 (Φ245) : Ta thực hiện công tác trám cột ống lửng cho
ống chống này.

6.5. Chọn vữa xi măng, dung dịch đệm và dung dịch ép
6.5.1.Xi măng:
Với điều kiện địa chất tại vùng mỏ và từ kinh nghiệm thực tế người ta thường dùng 2
loại xi măng chính đó là: OWC và OWCL có trọng lượng riêng từ 1,48 đến 1,52G/cm 3,
chịu nhiệt độ từ 30 - 90 0C, khi gia công có thể chịu được ở 160 0C, phù hợp với điều
kiện nhiệt độ và gradient áp suất của vỉa trong mỏ.
6.5.2.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 gen trên thành ống và cách ly dung dịch xi măng với dung dịch
khoan. Thường dùng đó là Nước kỹ thuật + CMC HV + FCL
6.5.3.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.
Bảng 6.4. Các thông số cho quá trình bơm trám xi măng
Khoảng khoan
(m)

Trọng lượng riêng
vữa xi măng

89 – 250

Chiều cao trám
Phương pháp trám
Từ

Đến

1,26

0

250

Một tầng 2 nút

250 - 935

1,33

0

935

935 - 2524

1,40

710

2524

Một tầng 2 nút
Cột ống chống
lửng

6.6. Tính toán trám xi măng.
6.6.1. Phương pháp tính toán
6.6.1.1. Thể tích của dung dịch xi măng cần trám:
Thể tích dung dịch xi măng cần thiết được tính theo công thức:
.[K1.( Dlk2 - Dn2).L1 + (dtt2 - Dn2)L2 + dt2.h]
(6.1)
Trong đó:

SV: Trần Giáp Tuất

Lớp: Khoan Khai Thác B – K57
77

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Mỏ Địa Chất

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 .
6.6.1.2.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 = 0,45 ÷ 0.5
6.6.1.3.Lượng nước cần thiết để điều chế dung dịch xi măng:
Vn = m.Gxm.(m3)
6.6.1.4. Thể tích dung dịch bơm ép:

Π 2
V ep = ∆ . .d tb .( L − h)
4
(m3)

(6.3)

(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)
6.6.1.5. Áp suất tối đa có thể đạt tới vào cuối quá trình bơm trám:
Pmax = Pth + Pcl (at)
(6.5)
Trong đó:
P th : Áp suất tiêu thụ để thắng sức cản trong hệ thống tuần hoàn và được xác định
theo công thức:

SV: Trần Giáp Tuất

Lớp: Khoan Khai Thác B – K57
78