Tải bản đầy đủ
Ưu và nhược điểm của PowerDriver:

Ưu và nhược điểm của PowerDriver:

Tải bản đầy đủ

49

- Giảm thời gian tuần hoàn dung dịch và tối ưu hiệu quả mang mùn khoan lên bề mặt,
-

tránh hiện tượng lắng đọng mùn khoan gây kẹt cần.
Loại trừ thời gian dừng để chỉnh hướng bộ khoan cụ
Tạo ra những lỗ khoan đều và mịn hơn, giúp tránh những phức tạp trong quá trình

-

thả ống chống và và bơm trám xi măng cho ống chống suốt và ống chống lửng.
Thích hợp khoan những giếng ở mỏ cận biên vốn đòi hỏi độ chính xác về quỹ đạo

-

và chất lượng giếng khoan cao.
Thích hợp các giếng thăm dò, giếng đa nhánh, với độ dời đáy cao.
PowerDriver có thể nâng cao hiệu quả khoan định hướng từ 30% đến 50% so
với công nghệ khoan thông thường, tuỳ vào từng điều kiện cụ thể.
Nhược điểm:

- Nhược điểm lớn nhất của PowerDriver hiện nay là giá thành, chi phí đầu tư ban đầu
-

cao sẽ ngăn cản nhà đầu tư trong việc ứng dụng PowerDriver.
Không hoạt động hiệu quả trong môi trường nhiệt độ trên 150oC.
Không hoạt động hiệu quả khi khoan qua tầng đá móng, tầng gây mất dung dịch

-

nghiêm trọng.
Các chi tiết bên trong rất tinh vi, đắt tiền và các linh kiện điện tử rất dễ hỏng, do đó,
đòi hỏi người vận hành và bảo dưỡng thiết bị phải được đào tạo chuyên nghiệp.

-

Căn cứ vào ưu nhược điểm của từng phương pháp cho những khoảng khoan
trên. Căn cứ vào điều kiện cụ thể về địa chất, về hình dạng thân giếng, công nghệ
thi công ... ta lựa chọn các phương pháp khoan cho giếng 126 – BK15 như sau:
Khoảng khoan từ 0 ÷ 250 m: Đoạn này tiến hành khoan mở lỗ, đất đá mềm và bở
rời, đường kính lỗ khoan lớn đòi hỏi mô men quay lớn do đó ta chọn phương pháp
khoan bằng động cơ Top Drive.

-

Khoảng khoan từ 250 ÷ 3066 m: Đây là đoạn thẳng đứng của giếng khoan. Ta chọn
phương pháp khoan bằng động cơ Top Drive.

-

Khoảng khoan từ 3066 ÷ 4122 m: Đây là đoạn tăng góc nghiêng với điểm cắt xiên
tại chiều sâu 3089 m. Do đó, khoảng khoan này ta lựa chọn phương pháp khoan
bằng động cơ đáy để cắt xiên và tăng góc nghiêng.

-

Khoảng khoan từ 4122 ÷ 4582 m: Đây là đoạn thuộc đoạn ổn định góc nghiêng,
đất đá trong khoảng này có độ cứng từ mềm đến trung bình. Để đảm bảo việc ổn
định góc nghiêng theo yêu cầu thiết kế, ta chọn phương pháp khoan bằng động cơ
Top Drive.

MSSV 1221010220

Page 49

50

-

Khoảng khoan từ 4582 ÷ 4873 m: Đây là khoảng khoan ổn định góc nghiêng vào
tầng đá móng có độ cứng lớn, phương pháp khoan bằng động cơ Top Drive.

Bảng 5.1.Bảng lựa chọn phương pháp khoan cho từng khoảng khoan.
Khoảng khoan

Phương pháp khoan

Từ÷ Đến
85 ÷ 250m
250 ÷ 3066m
3066 ÷ 4122 m
4122 ÷ 4582m

Khoan bằng động cơ Top Drive
Khoan bằng động cơ Top Drive
Khoan bằng động động cơ đáy
Khoan bằng động cơ Top Drive

44582 ÷ 4873m

Khoan bằng động cơ Top Drive

5.3. Lựa chọn thông số chế độ khoan cho các công đoạn khoan
5.3.1 Tính toán lưu lượng
a. Phương pháp xác định lưu lượng cho các khoảng khoan
* Tính toán lưu lượng cho khoan động cơ đáy:
- Lưu lượng lớn nhất cho phép khoan được ở chiều sâu L được tính theo
công thức:
Qmax = 3

7,5.N .η b
( A p + A + B.L).γ d

(l/s)

Trong đó:
N: Công suất của máy bơm (mã lực);
ηb: Hiệu suất của máy bơm;
γd: Trọng lượng riêng của dung dịch (G/cm3);
Ap: Hệ số tổn thất áp suất ở tuabin;
Ap =

PT
γ d .Q 2

PT: Là áp suất tiêu thụ ở tuabin.
A: Hệ số tổn thất áp suất không phụ thuộc chiều dài cột ống.
A = abm + acn.lcn + ac + at
abm: Hệ số tổn thất áp suất ở bề mặt;
acn: Hệ số tổn thất trong cần nặng;

MSSV 1221010220

Page 50

(5.1)

51

ac: Hệ số tổn thất áp suất ở các lỗ thoát nước của choòng khoan.;
ac =

1,2
F2

F: Tổng tiết diện các lỗ thoát nước của choòng khoan. (mm2)
at: Hệ số tổn thất áp suất thực nghiệm.
lcn: Chiều dài cần nặng. (m)
B: Hệ số tổn thất áp suất phụ thuộc chiều dài cột cần khoan
a dn
B = atc + l + avx

atc: Hệ số tổn hao áp suất trong cần khoan.
adn: Hệ số tổn hao áp suất tại đầu nối.
l: Chiều dài cần dựng. (m)
avx: Hệ số tổn hao áp suất ở không gian vành xuyến.
L: Chiều dài cột cần. (m)
- Lưu lượng nhỏ nhất cho phép đảm bảo rửa sạch đáy và nâng mùn khoan lên
được tính theo công thức:
Qmin =

Π
.( D 2 − d 2 ).Vmin .10 3
4
(l/s)

(5.2)

Trong đó:
D: Đường kính lỗ khoan. (m)
d: Đường kính cần khoan. (m)
Vmin: Tốc độ đi lên tối thiểu của dung dịch ở khoảng không vành xuyến.
- Từ hai công thức (5.1) và (5.2) ta chọn lưu lượng máy bơm khoan Q thoả
mãn điều kiện: Qmin < Q < Qmax
Với lưu lượng Q đã chọn ta có thể xác định chiều sâu cho phép khoan với lưu
lượng đó:
Lcf =

7,5.N .η b − ( A p + A).γ .Q 3
B.γ .Q 3

m.
(5.3)
Nếu Lcf chưa đạt được chiều sâu thiết kế, chúng ta chọn lưu lượng bé hơn
nhưng vẫn nằm trong khoảng Qmax > Q > Qmin, như thế chiều sâu Lcf sẽ tăng lên
* Tính toán lưu lượng cho khoan bằng động cơ Top Drive:
Khoan bằng động cơ Top Drive cũng hoạt động dựa trên nguyên lý xoay bộ
dụng cụ giống như trong khoan Roto, vì vậy ta có thể áp dụng các công thức tính
toán trong khoan Roto vào trong khoan bằng động cơ Top Drive.

MSSV 1221010220

Page 51

52

- Lưu lượng lớn nhất cho phép khoan được ở chiều sâu L được tính theo
công thức:
Qmax = 3

7,5.N .η b
( A + B.L).γ d

(l/s)

(5.4)

trong đó:
A=abm+acn.lcn+ ac

(5.5)

- Lưu lượng nhỏ nhất cho phép được tính theo công thức:
Qmin =

Π
.( D 2 − d 2 ).Vmin .10 3
4
(l/s)

(5.6)
- Từ hai công thức (5.4) và (5.6) ta chọn lưu lượng máy bơm khoan Q thoả
mãn điều kiện: Qmin < Q < Qmax
Với lưu lượng Q đã chọn ta có thể xác định chiều sâu cho phép khoan với lưu
lượng đó:
Lcf =

7,5.N .η b − A.γ .Q 3
B.γ .Q 3
m.

(5.7)
Nếu Lcf chưa đạt được chiều sâu thiết kế, chúng ta chọn lưu lượng bé hơn
nhưng vẫn nằm trong khoảng Qmax > Q > Qmin, như thế chiều sâu Lcf sẽ tăng lên.
b.Tính toán lưu lượng cho các khoảng khoan
*Tính toán lưu lượng cho khoảng khoan từ 0 ÷ 250 m
Khoảng khoan này ta sử dụng phương pháp khoan bằng động cơ Top Drive, ta
tiến hành tính toán lưu lượng cho khoảng khoan này như sau:
- Tính toán lưu lượng lớn nhất cho phép:
Ta có:
Công suất máy bơm:
N = 1600 HP.
Hiệu suất máy bơm:

ηb = 0,9.

Chiều dài cột cần khoan trong khoảng khoan này là: L = 250 m.
Trọng lượng riêng của dung dịch: γd = 1,03G/cm3.
Tra bảng ta có các thông số như sau:
Hệ số tổn thất áp suất ở bề mặt:
abm = 250.10-5.
Đối với :
+ Cần nặng 228,6mm: acn = 2.10-5, lcn = 28,2m.
+ Cần nặng 203,2mm: acn = 2,24.10-5, lcn = 28,2m.
Chiều dài cần nặng: lcn = 56,40m.

MSSV 1221010220

Page 52

53

F: Tổng tiết diện các lỗ thoát nước của choòng khoan 660,4 L111. Choòng
khoan này gồm 3 vòi phun thuỷ lực với đường kính mỗi vòi là d v = 20,6 mm. Vậy F
được tính như sau:
π
F = 3. .d v2 = 999,37
4
(mm2)

Ta được hệ số tổn thất áp suất ở các lỗ thoát nước của choòng khoan là:
ac =

1, 2
= 0,12.10−5
2
999,37

Hệ số tổn thất áp suất trong cần khoan: atc = 1480.10-8.
Hệ số tổn hao áp suất tại đầu nối: adn = 8,6.10-8.
Chiều dài cần dựng: l = 28,2 m.
Hệ số tổn hao áp suất ở không gian vành xuyến: avx = 0,08.10-8.
- Hệ số tổn thất áp suất không phụ thuộc chiều dài cột ống được tính theo công
thức (5.5) là:
A = 250. 10-5 + (2,24+2).10-5.56,4 + 0,12.10-5
A = 489,26.10-5
- Hệ số tổn thất áp suất phụ thuộc chiều dài cột cần khoan theo công thức ta
8,6.10 −8
B = 1480.10-8 + 28,2 + 0,08.10-8 = 1480,38.10-8

được :
- Thay các thông số tìm được vào công thức (5.4) ta được lưu lượng máy bơm
cực đại:
Qmax =

3

7,5.1600.0,9
= 107,86
( 489, 26.10 + 1480,38.10−8.250 ) .1, 03
−5

(l/s)
- Tính toán lưu lượng nhỏ nhất đảm bảo rửa sạch đáy và nâng mùn khoan lên
được tính theo công thức (5.6):
trong đó:
D = 0,6604.1,3 = 0,8585m (D = M.Dc).
d = 0,127m.
Vmin = 0,1m/s.
Thay các thông số này vào công thức trên ta được:
Qmin =

MSSV 1221010220

π
.(0,85852 − 0,127 2 ).0,1.103 = 56, 6
4
(l/s).

Page 53

54

Từ những tính toán trên ta chọn lưu lượng cho máy bơm trong khoảng khoan
từ 0 ÷ 250m là: 60(l/s) ≤ Q ≤ 110(l/s).
Thực tế khoảng khoan này lưu lượng được chọn là: 50(l/s) ≤ Q ≤ 65(l/s).

-

*Tính toán lưu lượng cho khoảng khoan từ 3066 ÷ 4122 m
Khoảng khoan này ta sử dụng phương pháp khoan bằng động cơ đáy, ta tiến
hành tính toán lưu lượng cho khoảng khoan này như sau:
Tính toán lưu lượng lớn nhất cho phép:
Ta có:
Công suất máy bơm: N = 1600 HP.
Hiệu suất máy bơm: ηb = 0,9.
Chiều dài cột cần khoan trong khoảng khoan này là: L = 4122 m.
Trọng lượng riêng của dung dịch: γd = 1,25 G/cm3.
Tra bảng ta có các thông số sau:
Hệ số tổn thất áp suất ở bề mặt: abm = 250 10-5.
Hệ số tổn thất trong cần nặng: acn = 5,9.10-5.
Chiều dài cần nặng: lcn = 71,80 m.
Hệ số tổn thất áp suất ở các lỗ thoát nước của choòng khoan:
ac =

1,2
F2

F là tổng diện tích các lỗ thoát nước của choòng khoan 311,1 mm. Choòng
khoan này gồm 7 vòi phun thủy lực với đường kính mỗi vòi là d v = 11,1 mm. Vậy F
được tính như sau:
π
F = 7. .11,12 = 677.04
4
mm2

Thay vào công thức trên ta được:
ac =

1, 2
= 0, 26.10 −5
2
677, 04

Hệ số tổn thất trong cần khoan: atc = 1480.10-8.
Hệ số tổn thất áp suất tại đầu nối: adn = 8,6.10-8.
Chiều dài cần dựng: l = 28,2 m.
Hệ số tổn hao áp suất ở không gian vành xuyến: avx = 0,08.10-8.
Hệ số tổn thất áp suất thực nghiệm: at = 205.10-5.
Hệ số tổn thất áp suất không phụ thuộc chiều dài cột ống được tính theo công
thức:
A = abm + acn.lcn + ac
MSSV 1221010220

Page 54

55

A = 250.10-5 + 5,9.10-5.71,80 + 1,1.10-5 + 0,26.10-5 = 675.10-5
Ap là hệ số tổn thất áp suất của tuabin.
Ap =

PT
γ d .Q 2

PT là áp suất tiêu thụ ở tuabin.
Dựa vào bảng thông số của động cơ đáy ta chọn Ap = 8,5.10-3.
Hệ số tổn thất áp suất phụ thuộc chiều dài cần khoan:
B = atc +
B = 1480.10 −8 +

a dn
+ a vx
l

8,6.10 −8
+ 0,08.10 −8 = 1480,38.10 −8
28,2

Thay các thông số tìm được vào công thức (5.1) ta tính được lưu lượng của
máy bơm cực đại:
Qmax =

3

7,5.1600.0,9
= 48,38
( 8,5.10−3 + 675.10−5 + 1480,38.10−8.4122 ) .1, 25

l/s.
Tính toán lưu lượng nhỏ nhất đảm bảo rửa sạch đáy và nâng mùn khoan lên
được tính theo công thức (5.2):
Qmin =

π
.( D 2 − d 2 ).Vmin .10 3
4
(l/s).

trong đó:
D = 311,1.1,1 = 342,21 mm = 0,34221 m.
d = 0,127 m.
Vmin = 0,2 m/s.
Thay các thông số này vào công thức trên ta được:
Qmin =

π
.(0,342212 − 0,127 2 ).0, 2.103 = 15,85
4
l/s.

Từ những tính toán trên ta chọn lưu lượng cho máy bơm trong khoảng khoan
này là: 20 (l/s) ≤ Q ≤ 50 (l/s). Nhưng thực tế đã chọn lưu lượng cho khoảng khoan
này từ 30÷45 (l/s).
Tương tự như trên , ta tính được lưu lượng cho các khoảng khoan khác. Kết quả
tính toán lưu lượng cho các khoảng khoan được thể hiện trong bảng sau :
Bảng 5.2.Bảng lưu lượng bơm dung dịch cho các khoảng khoan
Khoảng khoan, m

MSSV 1221010220

Lưu lượng theo tính

Page 55

Lưu lượng lựa chọn, l/s

56

toán, l/s
0 ÷ 250

60 ÷ 100

50 ÷ 65

250 ÷ 3066

25 ÷ 55

30 ÷ 50

3066 ÷ 4122

20 ÷ 45

30 ÷ 45

4122 ÷ 4582

15 ÷ 45

20 ÷ 40

4582 ÷ 4873

10 ÷ 40

15 ÷ 25

5.3.2 Tính toán tải trọng đáy
a. Phương pháp xác định tải trọng đáy
Để tính được tải trọng đáy tối ưu ta phải đi xác định một số tải trọng sau:
* Xác định tải trọng nhỏ nhất để choòng phá huỷ đất đá.
G1 ≥ F.σ

(5.8)

Trong đó:
σ: Giới hạn bền nén của đất đá. (kg/mm2)
F: Diện tích tiếp xúc của răng choòng với đất đá ở đáy lỗ khoan
F=

n t .D c .K
2
(mm2)

(5.9)

nt: Hệ số phủ của răng choòng. nt = 1,05 ÷ 2
K: Hệ số mòn của choòng. K = 1÷ 1,5
Dc: Đường kính choòng khoan. (mm)
* Xác định tải trọng làm việc định mức của choòng khoan G2:
G2 = G T . D c
(5.10)
Trong đó:
Dc: Đường kính của choòng (cm)
GT: Tải trọng riêng (kg/1cm đường kính choòng).
* Xác định tải trọng cho phép lớn nhất tác động lên choòng G3: Tải trọng này
có trong bảng thống kê các thông số kỹ thuật của choòng.
* Xác định tải trọng thống kê thu được từ ngoài thực tế G 4 (tải trọng thống
kê).
* Tải trọng đảm bảo cho mô men của tuabin đạt giá trị cực đại GM:
GM = (0,8 ÷ 0,9). Gf

(5.11)

Gf: Tải trọng hãm của tuabin.
MSSV 1221010220

Page 56

57

* Tải trọng đảm bảo cho công suất của tuabin đạt giá trị cực đại GN:
GN = (0,6 ÷ 0,7). Gf

(5.12)

Tải trọng đáy Gc đặt lên choòng khoan để phá huỷ đất đá phải được tính chọn
sao cho:
* Đối với khoan bằng động cơ Top Drive:
G1 < G c < G 3
G2 ≈ G c ≈ G 4
* Đối với khoan tuabin:
G1 < G c < G 3
G2 ≈ G c ≈ G 4
Gc ≤ G N

-

Gc < G M
b.Tính toán tải trọng đáy cho các khoảng khoan
*Xác định tải trọng đáy cho khoảng khoan từ 0 ÷ 250 m
Khoảng khoan này ta sử dụng chế độ khoan bằng động cơ Top Drive (roto).
Tải trọng nhỏ nhất để choòng phá hủy đất đá trong miền phá hủy thể tích được tính
theo công thức:
G1 = F.σ
Tra bảng ta tính chọn được các thông số:
Giới hạn bền nén của đất đá: σ = 50 kG/mm2.
Diện tích tiếp xúc của răng choòng với đất đá ở đáy lỗ khoan:
F=

nt .Dc .K
2

Hệ số phủ của răng choòng: nt = 1,5.
Hệ số mòn của choòng: K = 1,1.
Đường kính choòng khoan: Dc = 66,04 cm.
Thay các thông số trên vào công thức tính F ta được:
F=

-

1,5.66,04.1,1
= 54,483
2
cm2.

Vậy ta tính được tải trọng: G1 = 50.54,483 = 2724 kG = 2,724 T.
Tải trọng làm việc định mức của choòng khoan G2:
G2 = GT.Dc
Tra bảng tải trọng trên 1 cm đường kính choòng ta có:
Tải trọng riêng: GT = 200 kG/cm.
MSSV 1221010220

Page 57

58

-

-

Đường kính choòng: Dc = 66,04 cm.
Vậy ta tính được tải trọng làm việc định mức của choòng:
G2 = 200.66,04 = 13208 kG = 13,208 T.
Tải trọng cho phép lớn nhất tác động lên choòng: G 3 = 40 T (tải trọng làm hỏng
choòng).
Tải trọng thống kê thực tế: G4 = 2 T.
Tải trọng đáy cho khoảng khoan từ 0 ÷ 250 m phải thỏa mãn điều kiện:
G1 < G c < G 3
G2 ≈ Gc ≈ G4
Tuy nhiên khoảng khoan này sử dụng choòng khoan có đường kính lớn nên
yêu cầu về công suất phá hủy đất đá lớn. Do đó, để đảm bảo cho động cơ khoan đủ
công suất để quay cột cần khoan và phá hủy đất đá ta chọn tải trọng đáy cho khoảng
khoan này là: Gc = 2 ÷ 6.
*Xác định tải trọng đáy cho khoảng khoan từ 3066 ÷ 4122 m
Khoảng khoan này ta sử dụng chế độ khoan bằng động cơ đáy.
Ta có :
- Tải trọng nhỏ nhất để choòng phá huỷ đất đá trong miền phá huỷ thể tích G 1
được tính theo công thức (5.8).
Tra bảng ta tính chọn được các thông số:
σ = 10 kG/cm2: Giới hạn bền nén của đất đá.
nt = 1,5: Hệ số phủ của răng choòng.
K = 1,1: Hệ số mòn của choòng.
Dc = 31,11 cm: Đường kính choòng khoan.
Thay các thông số trên vào công thức (5.9) ta được:
F=

1,5.31,11 .1,1
= 25,666
2
cm2

Vậy ta tính được tải trọng: G1 = 10.25,666 = 256,66 kG = 0,26 T.
- Tải trọng làm việc định mức của choòng: G2 tính theo (5.10).
Tra bảng tải trọng trên 1 cm đường kính choòng ta có:
GT = 400 kG/cm: Tải trọng riêng.
Thay vào được:
G2 = 400.31,11 = 12444 kG = 12,444 T.
- Tải trọng cho phép tác động lên choòng (tra bảng): G3 = 40 T.
- Tải trọng thống kê: G4 = 4 T.
- Tải trọng đảm bảo cho mômen của tuabin đạt giá trị cực đại GM tính theo (5.11).

MSSV 1221010220

Page 58

59

Tra bảng ta có: Gf = 27 T: Tải trọng hãm của tuabin.
Thay vào được: GM = (0,8 ÷ 0,9).27 = 22 ÷ 25 T.
- Tải trọng đảm bảo cho công suất của tuabin đạt giá trị cực đại G N tính theo
(5.12) ta được:

GN = (0,6 ÷ 0,7).27 = 16 ÷ 19 T.

Tải trọng đáy cho khoảng khoan từ 3066 ÷ 3425 khoan bằng động cơ tuabin
phải thoả mãn điều kiện:
G1 < Gc< G3
G 2 ≈ Gc ≈ G4
G c ≤ GN
Từ những kết quả tính toán trên ta tính được tải trọng tác dụng lên choòng
trong khoảng khoan này là:
Gc = 8 ÷ 10 T.
Tương tự như trên, ta tính được tải trọng đáy cho các khoảng khoan khác, kết
quả tính toán này được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 5.3.Bảng tải trọng đáy cho các khoảng khoan
Khoảng khoan, m

Tải trọng đáy theo tính
toán, T

Tải trọng đáy lựa chọn, T

0 ÷ 250

4÷13

4÷6

250 ÷ 3066

4÷8

4÷8

3066 ÷ 4122

4÷12

8÷10

4122 ÷ 4582

10÷14

10÷15

4582 ÷ 4873

15÷25

15÷22

5.3.2 Tính toán số vòng quay
a. Phương pháp xác định số vòng quay n
* Xác định tốc độ quay cho khoan bằng động cơ đáy:
Sau khi tính được Q và G, chúng ta tiến hành xác định số vòng quay n.
n = nkt -

n kt
Mf

( Mc + Mô) (vòng/phút)

Trong đó:
nkt : số vòng quay không tải, nkt = 2.no
n0 : được tính theo công thức: n0 = An. Q
Mc = 4,53.K.G.Dc
MSSV 1221010220

Page 59

(5.13)