Tải bản đầy đủ
a. Trám xi măng một tầng hai nút

a. Trám xi măng một tầng hai nút

Tải bản đầy đủ

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)

75

γep : Trọng lượng riêng của dung dịch ép (G/cm3).
γd : Trọng lượng riêng của dung dịch khoan (G/cm3).
- Khi dung dịch ép có trọng lượng riêng bằng với trọng lượng riêng của dung
dịch khoan thì ta có:

Pcl =

( H xm − h).( γ dx − γ ep )
10

(at)

* Thời gian trám xi măng với một máy bơm trám.
T = ttr + t
Trong đó:
t : Thời gian giải phóng nút trám trên. t = 15 phút
ttr : Thời gian bơm dung dịch xi măng và dung dịch ép (p)

t tr =

V xm + Vep
q

(6.10)

.1000
(6.11)
3

-

(6.9)

Vxm : Thể tích dung dịch xi măng (m ).
Vep : Thể tích đung dịch ép (m3).
q : Lưu lượng bơm trám (l/ph). Lưu lượng lớn nhất của máy bơm trám có
đường kính xi lanh bằng 6 inch là: q = 2375,93 (l/ph).
Tính toán trám xi măng cho các cột ống
Tính toán trám xi măng cho cột ống dẫn hướng 508 mm:
Thể tích dung dịch xi măng cần bơm vào lỗ khoan:
Vxm =

π 
.  K1. ( Dlk2 − Dn2 ) .L1 + ( dtt2 − Dn2 ) .L2 + dt2 .h 
4

trong đó:
Hệ số tiêu hao dung dịch xi măng: K1 = 1,2.
Đường kính choòng khoan sử dụng: Dc = 0,6604 m.
Đường kính lỗ khoan: Dlk = M.Dc = 0,8585 m.
Đường kính ngoài của ống chống cần trám: Dn = 0,508 m.
Đường kính trong của ống chống trước đó: dtt = 0,698 m.
Đường kính trong của ống chống cần trám: dt = 0,486 m.
Chiều dài cột thân giếng: L1 = 250 m.
Chiều dài ống chống trước đó: L2 = 120 m.
Chiều cao cốc xi măng: h = 20 m.
Thay các số liệu vào công thức trên ta tính được: Vxm = 138,1 m3.

MSSV 1221010220

Page 75

76

-

Lượng xi măng khô cần thiết để điều chế 138,1 m3 dung dịch xi măng:
Ta có các thông số:
Hệ số hao hụt xi măng bột: K2 = 1,03.
Trọng lượng riêng của xi măng bột: γxm = 1,52 G/cm3 = 1,52 T/m3.
Tỷ lệ nước xi măng: m = 0,5.
Thay các thông số vào công thức (6.2) ta được:
Gxm =

-

-

1, 03.138,1.1,52
= 122,85
1 + 0,5.1,52
T.

Lượng nước cần thiết để điều chế 138,1 m3 dung dịch xi măng:
Từ công thức (6.3) ta tính được:
Vn = 0,5.122,85 = 61,425 m3.
Lượng dung dịch bơm ép:
Ta sử dụng dung dịch khoan trước đó làm dung dịch bơm ép.
Ta có các thông số:
Hệ số nén của dung dịch ép: Δ = 1,03.
Đường kính trong trung bình của ống chống 508 mm: Dtb = 0,486 m.
Chiều dài cột ống: L = 250 m.
Chiều cao cốc xi măng: h = 20 m.
Thay các thông số trên vào công thức (6.4) ta tính được thể tích của dung dịch ép
cần thiết:
π
Vep = 1, 03. .0, 4862. ( 250 − 20 ) = 43,92
4
(m3).

Áp suất tối đa đạt được vào cuối quá trình bơm trám:
• Áp suất để thắng sức cản trong hệ thống tuần hoàn được tính theo công thức:
-

Pth = 0,02.H + 16 = 0,02.250 + 16 = 21 (at)
• Áp suất sinh ra do sự chênh lệch trọng lượng riêng giữa dung dịch xi măng và dung
dịch bơm ép:
Vì ta sử dụng dung dịch bơm ép là dung dịch khoan trước đó nên áp suất này
được tính theo công thức (6.9).
trong đó:
γep = γd = 1,03 G/cm3.
Trọng lượng riêng của dung dịch xi măng theo tiêu chuẩn API được tính theo
công thức (6.8). Ta được γdx = 1,23 ÷ 1,33 G/cm3.
Vậy ta chọn γdx = 1,3 G/cm3.

MSSV 1221010220

Page 76

77

Chiều cao cột dung dịch xi măng: Hxm = H = 250 m.
Thay các thông số vào công thức (6.9) ta được:
Pcl =


-

-

( 250 − 20).(1,3 − 1,03)
10

= 6,21

at.

Áp suất cực đại ở cuối quá trình bơm trám:
Pmax = Pth + Pcl = 21 + 6,21 = 27,2 at.
Xác định lượng dung dịch xi măng và dung dịch ép được bơm ở các tốc độ khác
nhau của thiết bị bơm trám:
Theo thông số kỹ thuật của máy bơm trám Fracmaster Triplex thì ta sẽ bắt
đầu bơm trám ở tốc độ số IV vì Pth = 21 at << PIV = 408,16 at.
Xác định nhiệt độ đáy giếng khoan:
T = 25 + 0,025.250 = 31,25 °C.
Thời gian trám xi măng với một máy bơm trám:
T = ttr + t
trong đó:
t = 15 phút.
Thời gian bơm dung dịch xi măng và dung dịch ép:
V xm + Vep
t tr =
.1000
q
Vxm = 138,1 m3.
Vep = 43,92 m3.
q = 2375,93 l/ph.
Thay các thông số vào công thức trên ta có:
ttr =

138,1 + 43,92
.1000 = 76,61
2375,93
phút.

Vậy thời gian bơm trám với một máy bơm trám là T = 91,61 phút.
Tính toán trám xi măng cho cột trung gian 340 mm
Ta có : chiều cao đặt mupta phân tầng kể từ đáy của cột ống 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)

(m).

Vậy chiều cao đặt mupta từ trên xuống là hm1 = 3066 - 1022 = 2044m

MSSV 1221010220

Page 77

78

Chiều cao đặt mupta phân tầng hm1 = 2044m nên khoảng trám này từ độ sâu
2044 ÷ 3066m.
Trám tầng thứ nhất (2044 ÷ 3066m).
- Thể tích dung dịch xi măng cần bơm vào lỗ khoan là:
Vxm =

π 
.  K1. ( Dlk2 − Dn2 ) .L1 + ( d tt2 − Dn2 ) .L2 + dt2 .h 
4

Ta có các thông số:
Hệ số tiêu hao dung dịch xi măng: K1 = 1,2
Đường kính lỗ khoan: Dlk = M.Dc = 1,2.0,4445 = 0,5334m.
Đường kính ngoài của ống chống cần trám : Dn = 0,340m.
Đường kính trong của ống chống cần trám : dt = 0,318m.
Chiều dài thân giếng khoan: L1= 1022 m.
Chiều cao cốc xi măng : h = 20m.
Thay các số liệu trên vào công thức ta tính được:
Vxm = 164,21 m3.
- Lượng xi măng khô cần thiết để điều chế 164,21 m3 dung dịch xi măng
Ta có các thông số:
Hệ số hao hụt xi măng bột K2 = 1,03
Trọng lượng riêng của xi măng bột : γxm = 1,52G/cm3 = 1,52T/m3.
Tỷ lệ nước xi măng : m = 0,5.
Thay các thông số trên vào công thức (6.2) ta được:
Gxm =

1, 03.164, 21.1,52
= 146, 07
1 + 0,5.1,52
T.

- Lượng nước cần thiết để điều chế 164,21m3 dung dịch xi măng:
Thay vào (6.3) ta tính được:
Vn = 0,5. 146,07 = 73,04 m3.
- Lượng dung dịch bơm ép:
Ta sử dụng dung dịch khoan trước đó làm dung dịch bơm ép.
Ta có các thông số:
∆ = 1,03 : Hệ số nén của dung dịch ép.
Đường kính trong trung bình của ống chống 340 là Dtb = 0,318m
Chiều dài cột ống L= 3066 m.
Chiều cao cốc xi măng : h = 20m.
MSSV 1221010220

Page 78

79

Thay các thông số trên đây vào công thức (6.4) ta tính được thể tích của dung dịch
bơm ép cần thiết:
3,14
Vep = 1,03.
.0,3182.(3066 − 20) = 249, 05( m3 )
4
- Áp suất tối đa đạt được vào cuối quá trình bơm trám:

• Áp suất để thắng sức cản trong hệ thống tuần hoàn được tính theo
công thức (6.6):
Pth = 0,02.3066 +16 = 77,32 (at).

• Áp suất sinh ra do sự chênh lệch trọng lượng riêng giữa dung dịch xi
măng và dung dịch bơm ép theo công thức (6.7):
γep = γd = 1,03G/cm3
γdx = 1,3G/cm3
Chiều cao cột dung dịch xi măng: Hxm = 1022m.
Thay các thông số đó vào công thức (6.9) ở trên ta được:
(1022 − 20).(1, 3 − 1, 03)
Pcl =
= 27, 05( at )
10
- Áp suất cực đại ở cuối quá trình bơm trám theo (6.5):
Pmax = Pth + Pcl = 77,32 + 27,05 = 104,37(at)
- Thời gian trám xi măng với một máy bơm trám theo (6.10):
+ Thời gian giải phóng nút trám trên: t = 15 phút.
+ Thời gian bơm dung dịch xi măng và dung dịch ép theo (6.11):
Ta có các thông số:
Vxm = 164,21m3
Vep = 249,05m3
q = 2375,93 (l/ph)
ttr =

164, 21 + 249, 05
.1000 = 173,94
2375, 93
(ph). Vậy thời

Thay các thông số trên ta có:
gian bơm trám với một máy bơm trám là: T = 188,94(ph).

Trám tầng thứ hai (0 ÷ 2044m).
Hệ số tiêu hao dung dịch xi măng: K1 = 1,2
Đường kính lỗ khoan: Dlk = M.Dc = 1,2.0,4445 = 0,5334m.
MSSV 1221010220

Page 79