Tải bản đầy đủ
THIẾT BỊ - DỤNG CỤ KHOAN

THIẾT BỊ - DỤNG CỤ KHOAN

Tải bản đầy đủ

35

− Yếu tố công nghệ: phương pháp khoan, chiều sâu tiến hành, . . .;
− Yếu tố kỹ thuật: các thiết bị hiện đang được dùng phổ biến, phù hợp với trình
độ của cán bộ nhân viên làm việc;
− Yếu tố kinh tế: giảm tối đa chi phí về thời gian,nguyên vật liệu cho quá trình
khoan . . .;
− Phù hợp với điều kiện khoan khắc nhiệt ngoài biển.
Giếng khoan 126 – BK15 được lắp đặt trên giàn nhẹ BK – 15, do vậy việc thi
công giếng khoan này phải được thực hiện thông qua giàn tự nâng khác. Để thi công
giếng khoan 126 – BK15 và điều kiện thực tế của Xí nghiệp liên doanh
Vietsovpetro ta lựa chọn giàn tự nâng Cửu Long. Các trang thiết bị được sử dụng để
thi công giếng khoan 126 – BK15 phải dựa trên điều kiện thực tế của giàn này.
4.1.2 Lựa chọn tổ hợp thiết bị khoan
Hiện nay trên giàn tự nâng Cửu Long được trang bị một số trang thiết bị khoan như
sau :

-

-

a. Tháp khoan
Các thông số về tháp khoan:
Chiều sâu khoan được: 6000 m.
Chiều cao tháp: 50,9 m.
Kích thước khung đáy: 9,14 m x 9,14 m.
Kích thước khung đỉnh: 2,4 m x 2,4 m.
Tải trọng lên móc nâng cực đại: 500 T.
b. Tời khoan
Tời khoan được dùng để kéo thả cần khoan, thả ống chống, treo động cơ Top
Drive và cột cần khoan khi khoan. Tời khoan được sử dụng trên giàn khoan tự nâng
Cửu Long mang nhãn hiệu NATIONAL 1625 – DE, các thông số về tời khoan như
sau:
Công suất lớn nhất: 3000 HP.
Sức nâng cực đại: 500 T
Số tốc độ của tời: 4
Đường kính rãnh cuốn cáp tời: 1 5/8’’.
c. 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 - 500/500
Power Swivel và có các thông số như sau:
MSSV 1221010220

Page 35

36

-

Công suất cực đại: 1395 HP.
Tải trọng cực đại: 500 T.
Số tốc độ: 4.
Tốc độ quay không tải cực đại: 1200 v/p.
d. Máy bơm khoan
Hiện nay trên giàn Cửu Long đang sử dụng loại máy bơm khoan mang nhãn
hiệu National - 12P - 1600. 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 120 v/p: 1600 HP.
- Khoảng chạy của piston: 304,8 mm.
- Số xilanh: 3.
- Đường kính xilanh: 171,45 mm.
- Số tốc độ: 6.
- Áp suất cực đại: 259 at.
Bảng 4.1. Bảng thông số máy bơm NATIONAL - 12P – 1600
Đường kính xi lanh, mm

171,45

Áp suất bơm cực đại
259
Tốc độ quay của
Công suất đầu vào,
Công suất thủy
Lưu lượng bơm,
trục dẫn động, v/p
HP
lực, HP
l/p
140
1876
1680
3178
120
1600
1440
2724
100
1333
1200
2270
80
1067
960
1816
60
800
720
1362
40
533
480
908
e. Máy bơm trám
Hiện trên giàn Cửu Long sử dụng hai máy bơm trám mang nhãn hiệu
Fracmaster - Triplex Pump, được dẫn động bởi hai động cơ điezen và có các thông
số được trình bày trong bảng sau:
Bảng 4.2. Bảng 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

MSSV 1221010220

Lưu lượng bơm, l/p

Page 36

37

450

1055,5

1335,5

1649,52

2001,38

2375,93

300

857,85

1035,7

1100,95

1331,73

1585,22

150

635,6
351,85

892,87
446,43

548,53

662,08

790,72

4.2 Dụng cụ khoan
4.2.1 Lựa chọn choòng khoan
a. Các yếu tố cơ bản để lựa chọn choòng khoan
Để lựa chọn choòng khoan phù hợp cho từng khoảng khoan nhằm nâng cao
hiệu quả phá hủy 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 hủy đất

-

đá khác nhau. Choòng chóp xoay phá hủy đất đá theo cơ chế cắt vỡ và mài
mòn, choòng cánh dẹt phá hủy đất đá theo cơ chế cắt, choòng kim cương phá
hủy đất đá theo cơ chế mài mòn. Chính vì vậy, đối tượng đất đá để sửu dụng
các loại choòng khoan này cũng khác nhau.
Đất đá có độ cứng cao sẽ không thích hợp cho cơ chế phá hủy 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 hủy cắt nên choòng cánh dẹt thích hợp
để khoan qua các tầng đất đá này.
Choòng chóp xoay phá hủy đất đá theo cơ chế cắt vỡ và mài mòn nên đối tượng phá
hủy của loại choòng này đa dạng hơn. Loại choòng chóp xoay có thể được lựa chọn
để phá hủy đất đá từ mềm dẻo đến cứng hoặc rất cứng. Tuy nhiên, với đất đá rất
cứng thì hiệu quả sử dụng choòng chóp xoay không bằng choòng kim cương.

∗ Hệ dung dịch: Loại dung dịch khoan và các đặc tính của nó có ảnh hưởng
đến tốc độ khoan nhờ khả năng rửa sạch đáy giếng khoan. Mặt khác, áp suất
đáy do cột dung dịch tạo ra luôn lớn hơn áp suất thàn hệ, điều này làm giảm
hiệu quả phá hủy đất đá của choòng khoan.
∗ Phương pháp khoan: Các phương pháp khoan khác nhau sẽ có các thông số
chế độ khoan khác nhau, do đó tùy thuộc vào từng phương pháp khoan mà ta
lựa chọn choòng khoan cho phù hợp.
Khi lựa chọn choòng khoan cần lưu ý những đặc điểm sau:

MSSV 1221010220

Page 37

38

-

-

Choòng kim cương chịu 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 lớn làm
giảm thời gian kéo thả khi phải thay choòng là một nhân tố tích cực khi sử dụng
choòng khoan 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 trung hòa sự mài mòn do tốc độ quay lớn, khi
khoan bằng phương pháp khoan roto (hoặc Top Drive) nên dùng choòng có hệ
thống vòi phun nhằm mở đáy giếng và mặt choòng.

Hình 4.1 Choòng khoan chóp xoay

MSSV 1221010220

Page 38

39

Hình 4.2 Choòng kim cương
b.Lựa chọn choòng khoan cho các khoảng khoan
Với các cơ sở lựa chọn trên và kinh nghiệm khi khoan ở những giếng có điều
kiện địa chất tương tự ta lựa chọn choòng khoan cho các khoảng khoan như sau:
Bảng 4.3. Bảng lựa chọn các loại choòng cho các khoảng khoan
Khoảng khoan, m
0 ÷ 250
250 ÷ 3066
3066 ÷ 4122
4122 ÷ 4582
4582 ÷ 4873

Loại choòng
660.4 L111
17 ½’’ XR + CPS
12 ¼’’ QD605X
8 ½’’ QD605X
6 ½’’ XR20TPS, MX20

4.2.2 Lựa chọn cần khoan và cần nặng
Trong quá trình làm việc cột cần khoan giữ vai trò truyền chuyển động từ bề
mặt sàn khoan xuống đáy giếng.nhất là trong khoan rôto. Ngoài ra thông qua cột
cần khoan để chuyển tải các máy móc thiết bị cần thiết xuống chiều sâu cho
trước.Chính vì vậy cột cần luôn chịu tác dụng của rất nhiều tải trọng khác nhau cả
về đặc tính và giá trị. Bao gồm tải trọng tĩnh và tải trọng động : kéo, nén, uốn, xoắn,
ma sát, lực quán tính và các dao động sinh ra 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 luôn thay đổi, càng gần miệng lỗ khoan thì tải trọng càng ổn định dần.

∗ Lựa chọn bộ cần nặng :

MSSV 1221010220

Page 39

40

- Cần nặng được lắp trên chòong khoan, nhằm giữ hướng thẳng đứng phần
dưới của lỗ khoan , tạo áp lực cho mũi khoan trong quá trình làm việc do
có trọng lượng lớn, tránh gãy cần bởi hiện tượng mài mòn.
Đường kính cần nặng được lựa chọn theo tương quan tỷ lệ gần đúng sau:

- Đối với chòong có đường kính Dc ≥ 393,7 mm thì tỷ lệ giữa đường kính
-

chòong và đường kính cần nặng là : 1,6 ÷ 2.
Đối với chòong có đường kính Dc < 393,7 mm thì tỷ lệ giữa đường kính

-

chòong và đường kính cần nặng là : 1,25 ÷ 1,6.
Tỷ lệ đường kính giữa hai cần nặng nối tiếp nhau là: 1,1÷1,5.
Đối với giếng khoan có ống chống đến cấp đường kính 508mm có khả

năng sử dụng cần nặng 203,2mm ; 228,6mm ; 165,1mm.
Như vậy , dựa vào đường kính của chòong khoan kết hợp với kinh nghiệm
của các giếng lân cận ta có thể lựa chọn đường kính cần nặng cho giếng
khoan 126-BK15 như sau :
Bảng 4.4. Đường kính cần nặng cho các khoảng khoan
Khoảng khoan, m

Loại choòng

Đường kính cần nặng, mm

0 ÷ 250

660.4 L111

228,6; 203,2

250 ÷ 3066

17 ½’’ XR + CPS

203,2; 165,1

3066 ÷ 4122

12 ¼’’ QD605X

203,2

4122 ÷ 4582

8 ½’’ QD605X

165,1

4582 ÷ 4873

6 ½’’ XR20TPS, MX20

120,7

∗ Lựa chọn cần khoan
Một số loại cần thường dùng tại Liên doanh : 127×9,19S135; 127×9,19G105;
101,6×8,38S135; 101,6×8,38G105; 88,9×9,35S135; 73×9,19S135…
Theo kinh nghiệm của các giếng khoan trước đây ở mỏ Bạch Hổ , ta lựa chọn
cần khoan 127 với mác thép S – 135 để thi công giếng khoan 126-BK15.
Bảng 4.5. Đặc tính cần khoan dùng cho giếng 126 – BK15

MSSV 1221010220

Page 40

41

Kí hiệu cần
khoan

Đường
kính
ngoài (mm)

Chiều
dày thân
(mm)

Mác
thép

Đường
kính ren
(mm)

Trọng
lượng
1m (kG/m)

CБT-127×9,19

127

9,19

S-135

133

32

∗ Lựa chọn định tâm
Bộ phận định tâm bảo đảm sự đồng trục giữa cột cần khoan và giếng khoan.
Đường kính định tâm được chọn theo đường kính choòng khoan được sử dụng
trong từng khoảng khoan. Số lượng định tâm quá nhiều sẽ dẫn đến momen cản lớn.
Trong thực tế, người ta lắp không quá 3 định tâm cho một bộ khoan cụ.

Hình 4.3a Định tâm thẳng

Hình 4.3b Định tâm xoắn

Dựa vào kinh nghiệm thi công những giếng trên vùng mỏ với phương pháp
thống kê và so sánh mà người ta chọn đường kính định tâm. Đường kính định tâm
được trình bày dưới bảng sau:
Bảng 4.6. Kích thước tương ứng giữa đường kính choòng và định tâm
Đường kính, mm
Choòng

Định tâm

660,4

660,4

444,5

393,7

311,1

308

215,9

214

MSSV 1221010220

Page 41

42

165,1

163,5

∗ Lựa chọn búa thủy lực
Trong khi khoan thường hay gặp các sự cố kẹt bộ khoan cụ. Vì vậy, ta nên lắp
búa để phòng trường hợp này.
Búa là một dụng cụ dùng trong cứu kẹt, nó tạo ra một shock mạnh làm cho bộ
khoan cụ có thể dịch chuyển từ đó ta có thể kéo cần lên được.
Các loại búa sử dụng trong giếng khoan này:
Búa 203,2 mm dùng với cần nặng 203,2 mm.
Búa 165,1 mm dùng với cần nặng 165,1 mm.
Búa 120,7 mm dùng với cần nặng 120,7 mm.
4.2.3 Lựa chọn bộ khoan cụ cho các khoảng khoan
Từ những kết quả đã xác định ở trên cùng kinh nghiệm thực tế ta chọn bộ
khoan cụ cho từng khoảng khoan giếng 126 – BK15 như sau:
Bảng 4.7. Bộ khoan cụ cho từng khoảng khoan.
Khoảng
Khoan

0
÷
250

250
÷
3066

Bộ Khoan Cụ
Choòng 660,4 L111
Cần nặng xoắn
Định tâm
Cần nặng xoắn
Cần nặng xoắn
Cần Khoan nặng
Chòong 444,5
Đầu nối không
nhiễm từ
Cần nặng xoắn
Định tâm
Cần nặng xoắn
Định tâm
Cận nặng xoắn
Búa
Cần nặng xoắn
Cần khoan nặng
Chòong 311,1
Động cơ đáy BL962

MSSV 1221010220

Khoảng cách
Khối lượng,
từ chỗ lắp
kg
đặt đến đáy
giếng , m
617
0,8
5456
19,6
1062
22,01
2728
31,41
6210
59,61
6040
141,87
225
0,52

Đường
kính, mm

Chiều
dài, m

660,4
228,6
660,4
228,6
203,2
127
444,5

0,8
18,8
2,41
9,4
28,2
82,26
0,52

203,2

0,4

88

0,92

203,2
393,7
203,2
393,7
203,2
203,2
165,1
127
311,1
244,5

9,4
1,1
18,8
1,1
37,6
9,77
28,2
140,25
0,35
8,53

2070
374
4140
374
8280
2090
3846
10297
100
2450

10,32
11,42
30,22
31,32
68,92
78,69
106,89
247,14
0,35
8,88

Page 42

43

3066
÷
4122
4122
÷
4582

Định tâm
Cần nặng không
nhiễm từ
Đầu nối đực – cái
Thiết bị đo trong khi
khoan
Đầu nối fin lọc
Cần nặng không
nhiễm từ
Cần nặng xoắn
Đầu nối
Cần nặng xoắn
Búa
Cần khoan nặng
Chòong 215,9
Định tâm
Cần nặng xoắn
Định tâm

308

1,75

531

10,63

241,3

3

983

13,63

241,3

1

313

14,63

241,3

9,4

2792

24,03

203,2

1,7

374

25,73

203,2

3

661

28,73

203,2
203,2
203,2
203,2
127
215,9
214
165,1
214

47
1
18,8
9,77
47
0,35
1,68
9,4
1,68

10349
224
4140
2090
3451
21
259
1282
259

75,73
76,73
95,53
105,3
152,3
0,35
2,03
11,43
13,11

4.3 Lựa chọn ống chống
a.Phương pháp lựa chọn ống chống
Nguyên tắc của việc lựa chọn ống chống là đi tính toán áp lực dư bên ngoài
cực đại mà ống chống đó phải chịu trong suốt quá trình làm việc từ khi thả cho đến
khi loại bỏ giếng khoan, từ đó ta tiến hành chọn mác thép và bề dày sao cho ống
chống đó đảm bảo được độ bền về bóp méo ống chống. Từ những tính chọn đó,
người ta kiểm toán lại ống chống theo áp suất dư bên trong và tải trọng kéo cho
phép.
Tuy nhiên, với kinh nghiệm khi khoan 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

MSSV 1221010220

Page 43

44

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.
b. Lựa chọn các cột ống chống
Theo kinh nghiệm của các giếng đã khoan trước đây cùng với khả năng cung
cấp ống chống của xí nghiệp, ta có thể chọn mác cho các cột ống như sau:
Bảng 4.8. Các thông số của các ống chống.

Ống
chống

Đoạn
ống

Mác
thép

508mm

I
I
II
III

K - 55
L - 80
L - 80
L - 80
P110
P110
P110
P110

340mm

I
245mm

II
III

178mm

I

Bề
dày
ống,
mm

Khối
lượng
1m
ống,
kg

11
12
11
12

Chiều sâu
thả, m

Chiều
dài
đoạn
ống,
m

Khối
lượng
đoạn
ống , T

Tổng
khối
lượng,
T
34,8

Từ

Đến

139,2
99,4
91,6
99,4

0
0
100
2966

250
100
2966
3066

250
100
2866
100

34,8
9,94
262,53
9,94

11

65,8

0

100

100

6,58

10

60,3

100

4022

3922

246,5

11

65,8

4022

4122

100

6,58

10

42,5

3922

4582

660

28,05

282,41

259,66

28,05

CHƯƠNG 5
CHẾ ĐỘ KHOAN
5.1. Mục đích và yêu cầu của việc chọn thông số chế độ khoan :
Các thông số là tải trọng phá huỷ đất đá G, lưu lượng nước rửa Q, tốc độ
quay của choòng n, được tính sao cho:
- Việc thi công giếng khoan được tiến hành một cách nhanh nhất, có tốc độ
thương mại cao;
- Tận dụng hết khả năng làm việc cho phép của thiết bị trong đó phải khống
chế trong vùng làm việc hợp lý của choòng, máy bơm khoan, Rôto hoặc động cơ
thủy lực đáy. Vì nếu vượt quá giới hạn này thì sự cố khoan luôn đe doạ như sập lở
thành giếng, choòng bị phá huỷ (nếu quay với tốc độ quá nhanh ngoài vùng chỉ tiêu,
nhất là ổ tựa của chóp xoay bị phá huỷ);
MSSV 1221010220

Page 44

45

Để bảo đảm được như vậy là ta đã thiết lập được một hệ thống số chế độ
khoan cho các khoản khoan một cách tối ưu. Có một tốc độ quay tối ưu, lưu lượng
nước rửa hợp lý khi tải trọng phá huỷ lên choòng phù hợp nhất.
Trên quan điểm như vậy ta tiến hành tính toán để lựa chọn các thông số chế
độ khoan. Song ta có thể thừa hưởng các kinh nghiệm đã được tổng kết lại khi
khoan các giếng trước đây tại mỏ Bạch Hổ để lựa chọn sao cho chế độ khoan của
giếng thiết kế được phù hợp với điều kiện địa chất, chỉ tiêu kỹ thuật của giếng.
5.2.Lựa chọn phương pháp khoan cho giếng 126 – BK15
Lựa chọn phương pháp khoan cho các công đoạn khoan
Các yếu tố cơ bản để lựa chọn phương pháp khoan cho từng khoảng khoan:
-

Độ sâu và hình dạng thân lỗ khoan

-

Tính chất cơ lý của đất đá khoan qua

-

Thiết bị dẫn động hiện có

Trong khoan dầu khí thường sử dụng 3 phương pháp khoan: khoan roto, khoan
Tuabin, khoan bằng động cơ điện. Hiện nay trong xí nghiệp khoan thường sử dụng
2 phương pháp cơ bản là: khoan bằng động cơ TopDrive và khoan Tuabin. Việc lựa
chọn phương pháp khoan có ý nghĩa rất quan trọng ở giai đoạn thiết kế qui trình
công nghệ khoan, quyết định các giải pháp kỹ thuật như: chế độ công nghệ khoan,
thủy lực, bộ cần khoan, loại giàn khoan, công nghệ gia cố giếng khoan,...
Trong các giếng khoan tại vùng mỏ Rồng, hiện nay người ta sử dụng phương
pháp khoan chính là khoan Roto, Top Driver và khoan động cơ đáy.
Trong phương pháp khoan bằng động cơ đáy ở vùng mỏ Bạch Hổ thường sử
dụng một trong hai loại: Tuabin và động cơ trục vít. Nhưng ngày nay chủ yếu sử
dụng động cơ đáy là động cơ trục vít, hệ thống lái chỉnh xiên POWERDRIVER,
RSS…
a. Phương pháp khoan bằng roto
Phương pháp khoan roto là phương pháp khoan truyền chuyển động quay từ bàn
roto đến choòng thông qua cột cần khoan làm cho choòng khoan cùng quay.

• Ưu điểm của phương pháp khoan bằng roto:
- Phương pháp khoan roto có thể điều chỉnh độc lập và hợp lý các thông số chế
độ khoan.
- Đảm bảo sự làm việc tối ưu của choòng khoan trong các lớp đất đá khác
nhau.
MSSV 1221010220

Page 45