Tải bản đầy đủ
Bảng 5-1: Lựa chọn phương pháp khoan cho từng khoảng khoan của giếng khoan N-1208.

Bảng 5-1: Lựa chọn phương pháp khoan cho từng khoảng khoan của giếng khoan N-1208.

Tải bản đầy đủ

Trong đó: -

ηz

: Hệ số phủ của răng, giá trị trung bình,

ηz

÷

= 1.05 2.

÷

- k: Hệ số mòn của răng choòng, k=1 1.5.
- Tải trọng làm việc định mức của choòng khoan.
G2=Gt.Dc

(5-3)

Trong đó: - G t: Tỷ tải trọng hay tải trọng trên 1cm đường kính choòng.
- Tải trọng lớn nhất cho phép tác dụng lên choòng G3 (số liệu do nhà sản
xuất đưa ra, do vậy thông số lựa chọn theo bảng).
- Tải trọng chọn lọc ngoài thực tế, dựa vào tài liệu thống kê của các lỗ
khoan gần đây cho năng suất cao G4 .




Để chọn G khi khoan bằng Top Drive chúng ta cần lưu ý: G >G1; G G2;

G G4; G< G3.
Đối với khoan trục vít ta cần xác định thêm:
+ Tải trọng đảm bảo cho trục vít đạt momen cực đại.
÷

GM= (0,8 0,9)Gf

(5-4)

+ Tải trọng đảm bảo cho trục vít đạt công suất cực đại.
÷

GN=(0,6 0,7)Gf

(5-5)

Trong đó G là tải trọng hãm động cơ trục vít.
Để chọn G cho khoan tua bin. Chúng ta cần chọn như sau:






G>G1; G G2; G G4; G5.2.2. Chọn tốc độ vòng quay n.

* Đối với phương pháp khoan roto.
Để xác định tốc độ vòng quay hợp lý của choòng khoan ta cần căn cứ vào
kinh nghiệm khoan trước đó tại vùng mỏ theo phương pháp thống kê, đồng thời
phải tính đến sự hạn chế do độ bền của cột cần khoan và công suất truyền lực
cho choòng khoan. Thông thường máy khoan có nhiều tốc độ, mỗi tốc độ ứng
với một số vòng quay nhất định. Do đó, dựa vào tính chất cơ lí đất đá và phương
pháp khoan mà chúng ta có thể lựa chọn được tốc độ vòng quay phù hợp với
74

tính chất phá hủy đất đá của choòng. Sau đó kiểm tra lại khả năng làm việc của
bộ khoan cụ dựa vào phương trình cân bằng công suất của Roto hoặc động cơ.
Công suất động cơ:
N =N+N+N

(5-6)

Trong đó: - N: công suất tiêu thụ bề mặt.
N=a×n+a×n

(5-7)

Trong đó: - a, a: là các hệ số tổn hao công suất dẫn động theo thực
nghiệm. a1=25.10-3; a2=0.12×10-3.
- n: Tốc độ vòng quay của động cơ ( vòng/ phút).
- N : công suất quay cột cần khoan không tải.
N=C×γ×D×n×L

(5-8)

Trong đó: - C: là hệ số phụ thuộc vào độ cong của giếng, với
giếng có góc nghiêng ≤ 3 thì C = 18.8×10 .
- γ: tỷ trọng của dung dịch khoan.
- D: Đường kính choòng khoan.
- L: chiều dài thân giếng.
- N: công suất tiêu thụ ở choòng.
N=34.2×10×K×G×D×n

(5-9)

Trong đó: - K: là hệ số phụ thuộc độ mòn của choòng
- G: tải trọng đáy.
Thay các công thức (5-9), (5-8), (5-7) vào công thức (5-6) ta tính được
chiều sâu chuyển tốc độ:

Lcf=

N − ( a1.n + a2 .n 2 + 34,2.10 −4.k .Gc .Dc .n)
C.γ d .D 2 .n1,7

(5-10)

Nếu chiều dài thân giếng khoan lớn hơn chiều sâu cho phép thì bắt buộc ta
phải chuyển sang tốc độ quay nhỏ hơn.
75

* Đối với phương pháp khoan bằng động cơ đáy (tua bin hoặc trục vít) ta
xác định số vòng quay n như sau:
Sau khi xác định được Q và G, chúng ta tiến hành xác định vận tốc quay n.
n= (Theo đặc tính lý thuyết)

(5-11)

Trong đó: - nkt: là tốc độ vòng quay không tải, nkt=2n0.
- n0: Được tính theo công thức: n0= An×Q (Dựa
vào đặc tính thực nghiệm).
5.2.3. Phương pháp xác định lưu lượng bơm Q.

* Xác định Q trong phương pháp khoan trục vít:
Chúng ta cần xác định Qmax ở đầu khoảng thiết kế, Qmin. Dựa vào đặc tính
của máy bơm để chọn Q.
Q > Q > Qmin

(5-12)

- Lưu lượng bơm lớn nhất được tính theo công thức:
Qmax=

ηb

(l/s)

(5-13)

Trong đó: - N: Công suất động cơ bơm (HP).
-

ηb

: Hiệu suất truyền từ động cơ đến bơm.

- γ : Trọng lượng riêng của dung dịch khoan.
- A: Hệ số tổn thất của động cơ trục vít.
A=

(5-14)

Trong đó: P - áp suất tiêu thụ ở trục vít.
Q - lưu lượng tiêu thụ ở trục vít.
- A: Hệ số tổn thất áp suất không phụ thuộc chiều dài cần.
A= abm+acn.lcn+apt +a
Trong đó: abm- Hệ số tổn thất áp suất bề mặt.
acn- Hệ số tổn thất áp suất trong cần nặng.
76

(5-15)

ac- Hệ số tổn thất áp suất ở lỗ thoát nước của choòng.

ac=

1,2
F2

(5-16)

Trong đó: F- Tổng diện tích các lỗ thoát nước của choòng.
lcn- Chiều dài cần nặng.
a: hệ số tổn thất trong trục vít.
- B: Hệ số tổn thất áp suất phụ thuộc chiều dài cần khoan.

B=atc+

adn
l

+avx

(5-17)

Trong đó: atc - Hệ số tổn thất áp suất trong cần.
adn- Hệ số tổn thất tại đầu nối.
l- Chiều dài cần dựng.
avx - Hệ số tổn thất áp suất ở khoảng không vành xuyến.
- L: Chiều dài cột cần.
- Lưu lượng nhỏ nhất cho phép để nâng mùn khoan và rửa sạch đáy được
tính theo công thức.
2
c

Qmin= 0.785×103(D -D2)×Vmin

(l/s)

(5-18)

Trong đó: - Dc: Đường kính choòng khoan.
- D: Đường kính cần khoan.
- Vmin: Vận tốc đi lên tối thiểu của dung dịch khoan ở không
gian vành xuyến.
Với lưu lượng Q đã chọn ta có thể xác định chiều sâu cho phép khoan với
lưu lượng đó:

Lcf=

7,5.N .ηb − A.γ .Q 3
B.γ .Q 3

77

(m)

(5-19)

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.
* Xác định lưu lượng bơm Q trong khoan roto.
Chúng ta cần xác định Qmax ở đầu khoảng thiết kế, Qmin. Dựa vào đặc tính
của máy bơm để chọn Q.
Qmax > Q > Qmin

(5-20)

- Lưu lượng bơm lớn nhất được tính theo công thức:
3

Qmax=

7,5.N .ηb
( A + B.L)γ

(l/s)

(5-21)

- Lưu lượng nhỏ nhất cho phép để nâng mùn khoan và rửa sạch đáy được
tính theo công thức.
2
c

Qmin= 0.785×103×(D -D2)×Vmin

(l/s)

(5-22)

Trong đó: - Dc: Đường kính choòng khoan.
- D: Đường kính cần khoan.
- Vmin: Vận tốc đi lên tối thiểu của dung dịch khoan ở
không gian vành xuyến để nâng mùn khoan lên mặt.
Với lưu lượng Q đã chọn ta có thể xác định chiều sâu cho phép khoan với
lưu lượng đó:

Lcf=

7,5.N .ηb − A.γ .Q 3
B.γ .Q 3

(m)

(5-23)

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.
5.3. Thiết kế chế độ khoan cho từng khoảng khoan.
Khoảng khoan 85 ÷ 120m.
* Xác định tải trọng G.
- Tải trọng nhỏ nhất để choòng phá hủy đất đá trong miền phá hủy thể tích
được tính theo công thức (5-1):
78

G1

≥ F .σ

Trong đó tra bảng ta tính được các thông số:
σ

+ : Giới hạn bền nén của đất đá tầng Plioxen,

σ

=50kG/cm2

+ F: Diện tích tiếp xúc của răng choòng và đất đá ở đáy lỗ khoan.

F=

η z .Dc .k
2

Trong đó: -

ηz

: Hệ số phủ của răng, chọn

ηz

=1.5.

- k: Hệ số mòn của răng choòng, k=1.1.
- Dc= 66.04 cm.
⇒F=

1,5.66,04.1,1
= 54,5cm 2
2

.


Thay vào công thức (5-1) ta được: G1 50×54.5= 2725 kG.


G1 2.725 (tấn).
- Tải trọng làm việc định mức của choòng khoan G2 được xác định theo
công thức (5-3):
G2=Gt×Dc.
Tra bảng về tỷ tải trọng, tải trọng trên 1cm đường kính choòng ta được:
Gt=200 (kG/cm)


G2= 200×66.04=13208kG= 13.2 tấn.

- Tải trọng lớn nhất cho phép tác dụng lên choòng: G3. Tải trọng G3 tra
trong bảng (3-3) các thông số kỹ thuật của choòng ta được G3=40 tấn.
- Tải trọng chọn lọc ngoài thực tế G4 dựa vào tài liệu thống kê của các lỗ
khoan gần đây cho năng suất cao ta thấy G4= 6 tấn.
Để chọn G ta có điều kiện:
79

G > 2.7; G



13.2 tấn; G



6 tấn; G < 40 tấn.

÷

Vậy ta chọn G=3 6 tấn.
* Xác định tốc độ vòng quay n.
Khoảng khoan này ta sử dụng phương pháp khoan rôto, dựa vào tài liệu
các giếng khoan trước trong vùng và tốc độ vòng quay của Top Driver ta chọn n
= 50 ÷ 60 v/ph. Kiểm tra chiều sâu khoan cho phép với n đã chọn :

Lcf =

N − (a1.n + a2 .n 2 + 34,2.10 −4.k .Gc .Dc .n)
C.γ d .D 2 .n1,7

,m

Trong đó: - Công suất cực đại của động cơ N =1395kW.
- Đường kính choòng khoan D = 0.6604m.
- Tải trọng đáy G = 6000kG.
- Hệ số tính đến độ mài mòn của choòng k = 0.3.
- Hệ số tính đến độ cong của thân giếng khoan C = 18.8×10.
- Trọng lượng riêng của dung dịch khoan γ = 1100 kG/m.
- Đường kính ngoài của cần khoan D =0.127 m.
- Chiều sâu khoan lớn nhất trong khoảng khoan này là 250m.
- a1=25×10-3; a2=0.12×10-3.
Thay các thông số vào công thức trên ta được L = 461.54m. Vậy n đã
chọn đảm bảo khoan đến chiều sâu thiết kế.
*Xác định lưu lượng bơm Q.
Khoảng khoan này ta sử dụng phương pháp khoan Top Drive nên ta áp
dụng các công thức từ (5-20), (5-21), (5-15), (5-16) và (5-17)để tính.
- Tính toán lưu lượng lớn nhất theo công thức (5-21)
Ta có các thông số:
+ Công suất máy bơm là: N=1600hp

80

+

ηb

=0.9; L=120m; γ=1.1G/cm3.

Tra bảng hệ số tổn thất áp suất ta có các thông số:
+ Hệ số tổn thất bề mặt (gồm tổn thất trong ống đừng, manhefon, ống
nằm ngang, ống mềm, đầu thủy lực...): abm = 250.10-5
+ Hệ số tổn thất trong cần nặng: acn = 2.24×10-5
+ Chiều dài cần nặng: lcn=56.4 m.
+ Hệ số tổn thất áp suất ở các lỗ thoát nước của choòng theo công
thức (5-16): trong đó F tổng diện tích các lỗ thoát nước của choòng 660.4mm có
3 vòi phun thủy lực dv=20.6 mm.

F= 3.

π 2
.d v
4

= 999.87 mm2


ac=

1,2
= 1,2.10 −6
2
999,87

A=250.10-5+2.24×10-5×56.4+1.2×10-5=376.10-5
+ Hệ số tổn thất trong cần: atc= 1.48×10-5
+ Hệ số tổn thất tại đầu nối adn=2.2×10-5
+ Chiều dài cần dựng l=28.2 m.
+ axv= 0.08×10-8

B= 1.48×10-5+

2,2.10 −5
+
28,2

0.08×10-8= 1.56.10-5

Thay vào công thức (5-21) ta được:
3

7,5.0,9.1600
(376.10 + 1,56.10 −5.120).1,1
−5

Qmax=

=128.25 (l/s)

- Tính lưu lượng nhỏ nhất đảm bảo rửa sạch đáy và nâng mùn khoan lên
được xác định theo công thức (5-22).
81

2
c

Qmin= 0,785×103×(D -D2)×Vmin.
Trong đó: + Dc=660.4mm=0.6604 m
+ D=127mm=0.127m
+ Vmin được xác định theo kinh nghiệm như sau: Dựa vào
đường kính giếng khoan (D) và tính chất của đất đá: Đất đá từ bở rời đến cứng
Vmin=0.20

÷

0.8m/s; còn với đất đá sét Vmin=0.5

÷

1m/s.

Với khoảng khoan 85-120m là đất đá mềm, bở rời và D=660.4mm nên ta
chọn Vmin=0.15m/s.
Thay vào công thức (5-22) ta được:
Qmin= 0.785×10×(0.66042-0.1272)×0.15=50 (l/s)


Lưu lượng Q lựa chọn phải thỏa mãn điều kiện:
50 < Q < 108.6 (l/s).

Từ kết quả các tính toán tương tự ta tiến hành chọn các thông số chế độ khoan
hợp lí theo từng khoản khoan như ở bảng 5.2

82

Bảng 5-2: Các thông số chế độ khoan cho từng khoảng khoan.
Khoảng khoan
(m)
Từ

Lưu lượng bơm

Tải trọng đáy

(Q)

(G )

(l/s)

Đến

Tốc độ vòng
quay
(n)

(tấn)

(v/phút)
÷

85

120

55

120

250

50

250

900

52 54

900

1750

48 50

1750

2880

42 44

2880

3272.98

16 22

÷

÷

3 6

55

4

÷

65

÷

÷

50 60
6

÷

16 20

÷

÷

16 18

÷

÷

10 16

÷

÷

18 20

83

50

÷

60

÷

70 80
÷

100 150
80
÷

70 90

CHƯƠNG VI
TRÁM XI MĂNG GIẾNG KHOAN
6.1. Các loại xi măng và phương pháp trám đã và đang được sử dụng tại vùng mỏ.
6.1.1. Các loại xi măng đã được sử dụng.

Với điều kiện địa chất tại vùng mỏ và kinh nghiệm thực tế người ta
thường dùng hai loại xi măng đó là OWCL và OWC có trọng lượng riêng
2.7G/cm3và 2.9G/cm3, chịu được nhiệt độ khoảng 300C ÷ 900C, khi được gia
công hóa học có thể chịu được ở 1600C, phù hợp với điều kiện nhiệt độ và
gradien áp suất của vỉa trong mỏ.
6.1.2. Các phương pháp trám xi măng giếng khoan thông dụng.
6.1.2.1. Phương pháp trám xi măng thuận một tầng hai nút.

* Phạm vi áp dụng: phương pháp trám này thường áp dụng với cột ống
chống có chiều sâu không lớn, nhiệt độ đáy giếng không cao và áp suất của thiết
bị bơm trám có thể đáp ứng được.

84