Tải bản đầy đủ
GIA CỐ THÀNH GIẾNG KHOAN

GIA CỐ THÀNH GIẾNG KHOAN

Tải bản đầy đủ

64

Ống được chuẩn bị và đưa đến khoan trường trước lúc thả từ 2÷4 ngày và cần
phải kiểm tra để loại bỏ các ống hỏng, khi kiểm tra ống chống cần phải chú ý tới độ
cong, khuyết tật, sự biến dạng của mupta và các đầu ren.
Sau khi kiểm tra độ ô van và kiểm tra bằng dưỡng người ta xếp ống theo thứ tự
sẽ thả xuống lỗ khoan. Ren của ống và mupta được đánh sạch bằng chổi cứng, rửa
bằng dầu hỏa và kiểm tra bằng Calip, sau khi chuẩn bị ren xong cần được lắp các
đầu bảo vệ để tránh biến dạng.
Đối với các giếng khoan sâu các ống chống cần phải được thử dò (ép thử) với
áp suất bên trong tương ứng với yêu cầu kĩ thuật.
Cùng với các ống chống ta vận chuyển đến khoan trường các bộ phận sau:
* Đầu bơm trám vữa xi măng:
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 đến 25 mm. .

a. Nút dưới: 1.màng ngăn; 2. Thân cao su;
3. Khung nhôm.
b. Nút trên: 1. Thân cao su; 2. Lõi nhôm

MSSV 1221010220

Page 64

65

Hình 6.1.Các nút trám xi măng
* Đế ống chống:
Được tạo thành bởi 3 chi tiết lắp nối vào nhau :
- Đầu định hướng: có nhiệm vụ dẫn hướng cho cột ống chống đi xuống , không
cho ống cắt đất đá trên thành lỗ khoan. Được 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 có ren để nối với phần dưới của ống chân đế.
Chân đế chịu toàn bộ tải trọng tác động lên phần dưới của ống chống. Là khâu nối
giữa đầu định hướng và ống chân đế.
- Ống chân đế : Đoạn ống thép dài 15-2m tiện ren 2 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 bằng gang, dày 15 ÷ 20 mm, được lắp trong mupta của ống chống
cách đáy một khoảng h = 20 ÷ 30 m. Công dụng của vòng dừng là giữ lại các nút
trám xi măng phục vụ cho công tác bơm trám. Vòng dừng được lắp đặt ở độ cao
như vậy để ngăn lại lượng dung dịch xi măng cuối cùng ( có lẫn bùn sét ) không bị
ép ra ngoài ống chống
* Van ngược:
Dùng để giảm bớt trojngluowjng trên móc nâng khi thả ống , đẩy dung dịch bẩn
bên ngoài ống chống lên trên mặt , không cho dung dịch xi măng chảy ngược vào
bên trong ống chống.Van ngược được lắp ở phía trên đế ống chống.Trong phương
pháp trám đặc biệt mupta chuyên dụng có thể thay thế cho vòng dừng và van
ngược.
Hình 6.2.Van ngược.
1: Đế van
5
2: Đĩa van
3: Thanh đẩy
4
3
1
4: Lò xo
5: Êcu hãm
2

MSSV 1221010220

Page 65

66

* 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.
* Vòng định tâm:
Là các bản thép được hàn 2 đầu vào 2 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 đến 40 m.
Hình 6.3.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.
* Hệ thống thiết bị trộn và bơm vữa xi măng
Gồm có máy bơm ly tâm, máy nén khí, các thùng đo, bồn chứa và các máy bơm
piston. Hệ thống được vận hành như sau: Đầu tiên máy bơm ly tâm bơm nước từ
thùng đo vào máy trộn, tại đây xi măng khô được thổi qua dòng nước nhờ máy nén
khí, vữa xi măng được tạo thành và được trộn bằng cánh quạt máy trộn rồi chuyển
vào thùng chứa. Ta có thể điều chỉnh lưu lượng nước, khí nén để có dung dịch vữa
xi măng có tỷ trọng cần thiết. Vữa xi măng thành phẩm được máy bơm piston hút từ
thùng chứa vào giếng khoan. Một lượng xi măng, nước và các hoá phẩm đã được

MSSV 1221010220

Page 66

67

tính toán và chuẩn bị sẵn sàng. Khi bơm hết lượng xi măng cần thiết máy bơm
piston hút dung dịch ép từ thùng đo, bơm vào giếng khoan ép vữa xi măng lên
khoảng không vành xuyến.
6.2.3. Quy trình chống ống
a. Chuẩn bị tháp khoan và thiết bị khoan
Trước khi thả ống chống phải kiểm tra cẩn thận tình hình của tháp, các thiếu sót
hư hỏng phải được khắc phục ngay lập tức, phải kiểm tra độ thẳng đứng của tháp
của tháp khoan, độ căng của các dây chằng. Khi kiểm tra tời khoan và thiết bị dẫn
động cần chú ý đến độ vững chắc của các mối liên kết giữa chúng và nền móng, chú
ý đến tình trạng của các đĩa xích và sự ăn khớp giữa các then và phanh tời. Để ngăn
các hiện tượng phức tạp đối với hệ thống palăng cần kiểm tra đường kính dây cáp
tời đang sử fụng và khả năng thả ống bằng cáp đó, trong trường hợp cần thiết thì
phải thay cáp. Đặc biệt cần kiểm tra cẩn thận tình trạng của móc nâng, bộ ròng rọc
tĩnh, bộ ròng rọc động và đồng hồ đo trọng lượng. Khi kiểm tra động cơ cần xác
định tình trạng và khả năng làm việc của chúng trong điều kiện làm việc nặng nề và
công tác thả ống chống và trám xi măng với áp suất cao.
b. Chuẩn bị lỗ khoan
Cần phải doa rộng thành giếng khoan bị bó hẹp, cho thêm dầu mỏ hoặc các vật
liệu khác vào dung dịch để giảm độ dính của vỏ sét. Trong thời gian rửa giếng
khoan trước khi thả ống chống, ta kiểm tra cẩn thận các thông số của dung dịch sét
và điều chỉnh cho tới đạt mức yêu cầu. Trong thời gian chuẩn bị giếng khoan ta
kiểm tra các dụng cụ vật liệu cần thiết như Elevato, các chấu chèn dự trữ, quang
treo, khoá tròn vặn ống… Mọi công tác chuẩn bị thả ống được tiến hành trong tời
gian doa rộng và bơm rửa giếng khoan.
c. Thả ống chống xuống giếng khoan
Công tác thả ống chống cần tổ chức sao cho mỗi tổ viên thực hiện đúng nhiệm
vụ của mình. Để tránh xảy ra các trường hợp không may cần thu xếp gọn gàng nơi
làm việc. Mọi công việc thả ống chống đều được tiến hành dưới sự chỉ đạo của một
người tổ trưởng. Tổ trưởng chịu trách nhiệm điều khiển công việc thả ống chống
theo đề án kỹ thuật vạch ra. Nguyên tắc thả cột ống chống cũng giống như cột cần
khoan nhưng thiết bị phải phù hợp với đường kính ống và với áp suất bóp méo ống
nhỏ hơn. Khi thả ống chống đến đáy, người ta có thể điều chỉnh lại thành phần dung
dịch tuần hoàn, đồng thời nâng thả cột ống chống để làm cho các dụng cụ nạo thành

MSSV 1221010220

Page 67

68

giếng khoan hoạt động. Khi cột ống chống đã được lắp đầu trám xi măng và các nút
trám, việc trám xi măng mới bắt đầu.
6.3. Trám xi măng giếng khoan
Trám xi măng giếng khoan cụ thể là công tác bơm ép dung dịch xi măng vào
khoảng trống giữa thành giếng khoan và cột ống chống. Sau khi bơm xong , dung
dịch xi măng bắt đầu cứng lại và tạo ra vành đá xi măng bao quanh cột ống chống.
Vành đá xi măng này có tác dụng ngăn vách các vỉa chứa các chất lưu khác nhau ,
cách ly vỉa sản phẩm với các tầng nham thạch. Vành đá xi măng phải tạo được mối
liên kết vững chắc giữa cột ống chống và thành lỗ khoaan , bảo vệ cột ống chống
khỏi bị ăn mòn của dung dịch chứa trong cac vỉa và dung dịch khoan xâm nhập nào
trong các vỉa này.
6.3.1. Chọn phương pháp trám cho các khoảng khoan
a. Trám xi măng một tầng hai nút

Hình 6.4. Sơ đồ trám xi măng một tầng hai nút
* 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.

MSSV 1221010220

Page 68

69

* 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. 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 trên,vữa xi măng và nút trám dưới bị đẩy xuống phía đáy giếng, khi nút
trám dưới chạm vào vòng dừng, áp suất báo hiệu trên đồng hồ tăng vọt, người ta
tiếp tục bơm ép với áp suất cao hơn để phá thủng màng cao su nút trám dưới. Nhờ
vậy, vữa xi măng qua đó để 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 được đóng lại. Lúc này mọi hoạt động khoan đều
dược dừng lại chờ cho xi măng đông kết.
b. Trám xi măng phân tầng:
Trong phương pháp trám xi măng phân tầng, tại mỏ Bạch Hổ hiện nay chủ
yếu sử dụng trám hai tầng đối với các ống chống mà phương pháp trám xi măng
một tầng hai nút không thể thực hiện được.
* Phạm vi áp dụng: Phương pháp này được áp dụng đối với giếng khoan có độ
sâu lớn, lượng vữa xi măng cần trám nhiều, nhiệt độ đáy giếng lớn.
* Đặc điểm: Phương pháp này cho phép rút ngắn thời gian bơm trám do giảm
được thời gian ngưng kết, giảm được áp suất cực đại trong giai đoạn cuối của quá
trình bơm trám. Phương pháp trám này được thực hiện thông qua một đầu nối
chuyên dụng gọi là Mupta trám phân tầng.
* Quy trình trám xi măng hai tầng: Trước khi thả nút trám phân tầng phải thử
độ nhạy của mupta trên mặt đất. Chuẩn bị giếng khoan xong ta bơm dung dịch xi
măng trám tầng dưới , sau đó bơm dung dịch ép tầng dưới , tiếp theo đó thả nút trám
dưới rồi bơm luôn phần dung dịch xi măng trám phần trên. Sau đó thả nút trám trên
và bơm tiếp dung dịch ép phần trên . Nút dưới đẩy chất lỏng đi xuống đến một thời
điểm nhất định nó sẽ tì lên đế của ống lót dưới . Do tác dụng của áp suất cột dung
dịch và áp suất bơm ống lót dưới cắt đứt các chốt định vị và dịch chuyển xuống
phía dưới được giữ lại ở vòng dừng , lúc đó các cửa sổ xung quanh được mở ra và
giai đoạn trám 1 tầng kết thúc, bắt đầu trám ở tầng 2. Phần dung dịch xi măng trám
ở tầng 2 sẽ chui qua cửa sổ và dâng lên ngoài ống chống. Nút trám trên bị ép dần
MSSV 1221010220

Page 69

70

xuống và tỳ lên ống lót trên, do áp lực dư ống lót trên sẽ cắt đứt chốt định vị và dịch
chuyển xuống phía dưới đóng kín các cửa sổ trám, ở thời điểm đó áp suất đầu bơm
trám tăng lên đột ngột và quá trình trám xi măng coi như kết thúc. Người ta đóng
các van ở đầu giếng, giữ yên tĩnh một thời gian cho vữa xi măng đông cứng

MSSV 1221010220

Page 70

71

Hình 6.5. Sơ đồ trám xi măng phân tầng
èng chèng

chèt tù c¾
t

èng lãt trªn

lç tho¸t bªn c¹nh

èng lãt d í i

Gê gi÷èng lãt d í i

Hình 6.6. Múp ta trám xi măng phân tầng
c. Trám xi măng cột ống chống 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

MSSV 1221010220

Page 71

72

Hình 6.7. Trám xi măng cột ống chống lửng

1
2

1. Đầu nối cần khoan
2. Bi
3. Ống lót
4. Cửa sổ thoát
5. Chốt định vị
6. Mufta ren trái
7. Đế
8. Ống chống

5
3
4
6
7
8

Hình 6.8. Đầu nối trám ống chống lửng
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 định vị bị cắt đứt, ống lót
di chuyển xuống phía dưới và dừng lại trên vòng dừng. Lúc này lỗ thoát được mở
ra, dung dịch ép qua lỗ thoát quét sạch phần xi măng thừa dâng lên phía trên đầu
ống chống. 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.
6.3.2. Tính toán trám xi măng cho các khoảng khoan
a. Lựa chọn phương pháp trám xi măng cho các cột ống chống

MSSV 1221010220

Page 72

73

- Với cột ống 508 mm: Do khoảng trám nhỏ và được trám hết toàn bộ chiều
dài cột ống nên ta chọn phương pháp trám 1 tầng 2 nút.
- Với cột ống 340 mm: Ở cột ống chống này ta trám toàn bộ chiều dài của nó.
Chiều sâu đặt ống chống này lớn và thời gian bơm trám lâu vì vậy để đảm bảo về
thời gian đông kết xi măng ta chọn phương pháp trám hai tầng với chiều cao lắp
mupta phân tầng kể từ đáy lên là:
hm =

-

(m).
Với cột ống 245 mm: ta tiến hành trám một phần cột ống chống này, từ độ sâu 4122
÷ 2866 m. Ta chọn phương pháp trám hai tầng với chiều cao lắp mupta phân tầng kể
từ đáy lên là :
hm =

-

H c . ( γ dx − γ d )
3066. ( 1,3 − 1,1)
=
= 1022
2. ( γ dx − γ d + 0,1) 2. ( 1,3 − 1,1 + 0,1)

H c . ( γ dx − γ d )
1256. ( 1, 3 − 1,1)
=
= 419 ( m )
2. ( γ dx − γ d + 0,1) 2. ( 1,3 − 1,1 + 0,1)

Với ống 178 mm: Ta thực hiện công tác trám cột ống lửng cho ống chống, từ độ sâu
4582 ÷ 3922 m.
b. Phương pháp trám tính toán
* Thể tích của dung dịch xi măng cần trám.
Thể tích dung dịch xi măng cần thiết được tính theo công thức:
V xm =

Π
4 .[K1.( Dlk2 - Dn2).L1 + (dtt2 - Dn2)L2 + dt2.h]

Trong đó:
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 .Chọn h=20m.
* Lượng xi măng khô cần thiết để điều chế dung dịch.

MSSV 1221010220

Page 73

(6.1)

74

G xm =

K 2 .V xm .γ xm
1 + m.γ xm

(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
* Lượng nước cần thiết để điều chế dung dịch xi măng.
Vn = m.Gxm, (m3)
* Thể tích dung dịch bơm ép.
Π
2
Vep = ∆. .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). h = 20m.
* Áp suất tối đa có thể đạt tới vào cuối quá trình bơm trám.
Pmax = Pth + Pcl
(at)
(6.5)
Trong đó:
Pth : Áp suất tiêu thụ để thắng sức cản trong hệ thống tuần hoàn và được xác
định theo công thức:
Pth = 0,02.H + 16 (at)
(6.6)
Pcl : Áp suất sinh ra do sự chênh lệch trọng lượng riêng giữa dung dịch xi
măng và dung dịch bơm ép, giữa dung dịch khoan và dung dịch ép. Áp suất này
được tính theo công thức:
Pcl =

( H xm − h).( γ dx − γ ep )
10

+

( H − H xm ).( γ d − γ ep )
10

(at)

(6.7)

Trong đó:
Hxm : Chiều cao cột dung dịch xi măng.
H : Chiều cao ống chống.
γdx : Trọng lượng riêng của dung dịch xi măng.Theo API có thể tính :
γdx = γd + (0,2 ÷ 0,3) G/cm3.
MSSV 1221010220

Page 74

(6.8)