Tải bản đầy đủ
Bảng 7-1: Bảng thống kê hệ số bền cột cần khoan có chiều dài 3272.98m.

Bảng 7-1: Bảng thống kê hệ số bền cột cần khoan có chiều dài 3272.98m.

Tải bản đầy đủ

7.2. Kiểm toán bền các cột ống chống.

Việc kiểm toán và tính toán cột ống chống là rất cần thiết, ống chống
không những để gia cố thành giếng khoan, ngăn ngừa các sự cố phức tạp như:
sập lở, bó hẹp thành giếng khoan, mất dung dịch khoan... mà còn rất cần thiết
cho quá trình bơm trám ximăng, cách ly vỉa. Trong quá trình làm việc ống chống
chịu các lực rất phức tạp như: ứng lực bóp méo do áp suất dư bên ngoài, ứng lực
nổ ống do áp suất bên trong, tải trọng kéo đứt thân cột ống chống. Vì vậy, tính
toán ống chống được thực hiện khi thiết kế giếng khoan với mục đích lựa chọn
chiều dày thành ống, mác thép ống chống, hệ số dự phòng độ bền sao cho lượng
tiêu hao nguyên liệu là ít nhất mà vẫn đảm bảo an toàn. Khi tính toán cần tính
đến các điều kiện phức tạp địa chất, công nghệ và điều kiện môi trường làm
việc.
 Phương pháp tính toán.

* Kiểm toán ống chống theo áp suất dư bên ngoài:
Ống chống đạt độ bền về bóp méo ống khi thỏa mãn điều kiện sau.

n1=

Pbm
≥ 1,3
Pdn

(7-20)

Trong đó: - Pbm: Áp suất làm bóp méo ống chống.
- Pdn: Áp suất dư bên ngoài ống chống.
Có nhiều trường hợp xuất hiện áp suất dư bên ngoài cột ống chống, tùy
vào từng điều kiện cụ thể mà áp suất dư ngoài được tính theo các công thức khác
nhau.
- Trường hợp sau khi chống ống tiến hành khoan với dung dịch có trọng
lượng riêng nhẹ hơn.
Pdn= 0.1×Hx×(γna- γnh) (at)

(7-21)

Trong đó: - Hx: Chiều sâu tại điểm tính toán.
- γna: Trọng lượng riêng của dung dịch nặng khoan trước đó.
- γnh: Trọng lượng riêng của dung dịch nhẹ khoan sau đó.
- Trường hợp áp suất dư bên ngoài do cột vữa xi măng bên ngoài ống
chống gây ra trong quá trình đông cứng.
Pdn=0.1×(γxm- γep)×(Hx-h) (at)

(7-22)
110

Trong đó: - γep: Trọng lượng riêng dung dịch ép.
- H: Chiều cao cốc ximăng.
- Trường hợp mất dung dịch bên trong ống chống.
Pdn=0.1×[Ka×Hx-(Hx-H0)×γd] (at)

(7-23)

Trong đó: - Ka: Gradien áp suất vỉa tại điểm tính toán.
- γd: Trọng lượng riêng của chất lưu bên trong cột ống.
- H0: Chiều sâu hạ mực chất lỏng (tính từ miệng giếng
đến mặt chất lỏng trong ống).Được xác định như sau:

H0=Hv×(1-

Kv
γd

)

(7-24)
Trong đó: - Hv: Chiều sâu của giếng khoan.
- Kv: Gradien áp suất vỉa.
Trong tất cả các trường hợp trên thì áp suất dư ngoài đạt cực đại tại đáy
của các cột ống chống. Vì vậy kiểm toán bóp méo ống ta chỉ cần tính Pdn tại đáy
ống chống.
* Kiểm toán bền ống chống theo áp suất dư bên trong:
Ống chống đạt độ bền nổ khi thỏa mãn yêu cầu sau.

n2=

Pno
≥ 1,3
Pdt

(7-25)

Trong đó: - Pno: Áp suất làm nổ ống chống.
- Pdt: Áp suất dư bên trong cột ống chống.
Áp suất dư trong cũng được tính toán theo nhiều trường hợp khác nhau.
- Trường hợp khoan với dung dịch nặng hơn khi chống ống.
Pdt=0.1×Hx×(γna- γnh) (at)

(7-26)

Trong đó: - Hx: Chiều sâu tại điểm tính toán.
- γna: Trọng lượng riêng của dung dịch nặng khoan sau đó.
111

- γna: Trọng lượng riêng của dung dịch nhẹ khoan trước đó.
- Trường hợp áp suất dư bên trong cực đại xuất hiện trong quá trình bơm
trám.
Pdt=0.1×(γxm- γd)×(Hx-h)+(0,02H+16)+Pd (at)

(7-27)

Trong đó: - γxm: Trọng lượng riêng của vữa xi măng.
- γd: Trọng lượng riêng của dung dịch trong ống chống.
- Pd: Áp suất dư sinh ra để đánh thủng nút trám dưới, Pd=20at.
- h: Chiều cao cốc xi măng.
Trường hợp này áp suất dư trong đạt cực đại tại đáy ống chống.
- Trường hợp phải đóng giếng khi có hiện tượng phun.
Trong trường hợp này áp suất dư bên trong ống đạt cực đại tại miệng của
giếng khoan, áp suất dư bên trong được xác định theo công thức sau:
Pdt=0.1×H×(Kv-γt) (at)
(7-28)
Trong đó: - H: Chiều sâu của vỉa có xuất hiện dầu khí phun.
- Kv: Gradien áp suất của vỉa sản phẩm.
- γt: Trọng lượng riêng của chất lưu bên trong ống chống.
* Kiểm toán bền ống chống theo tải trọng kéo:
Ống chống đạt độ bền kéo khi thỏa mãn điều kiện sau:

n3=

Qk
≥ 1,3
QT

(7-29)

Trong đó: - Qk: Tải trọng kéo đứt mối nối.
- QT: Tải trọng lớn nhất tác dụng lên mối nối trên cùng
của cột ống chống. Được xác định như sau:
QT= Q+Qph

(7-30)

Trong đó: - Q: Là tải trọng của cột ống chống ngâm trong dung dịch.

112

Q=Qoc×(1-

γ ep
γ th

)

(7-31)

Trong đó: - Qoc: Trọng lượng của ống chống.
- γth: Trọng lượng riêng của thép, γth=7.85G/cm3.
- γep:Trọng lượng riêng dung dịch ép.
- Qph: Tải trọng phụ sinh ra trong giai đoạn cuối của quá trình bơm
trám.

Qph = (Pth+Pd).

Π.d vd2
4

(at)

(7-32)

Trong đó: - dvd: Đường kính trong của ống chống tại vòng dừng (cm).
- Pth: Áp suất tiêu thụ để thắng sức cản trong hệ thống tuần
hoàn. được xác định theo công thức sau:
Pth=0.02×H+16 (at)

(7-33)

- Pd: Áp suất dư sinh ra khi nút trám trên tì lên nút trám dưới, Pd=20(at).
7.2.2. Kiểm toán bền các cột ống chống.
* Cột ống chống định hướng φ762mm chống đến chiều sâu 120m.
Ta lựa chọn ống chống đường kính 762 mm với mác thép X - 52 với các
đặc tính của ống như sau:
- P = 91.18 at.
- P = 138.81at.
- Q = 1446.5tấn.
- Trọng lượng 1m ống chống: 461.3 kG/m.
- Kiểm toán ống chống theo áp suất bên ngoài.
Áp suất dư bên ngoài do chênh lệch về trọng lượng riêng dung dịch là
không đáng kể ta bỏ qua.
Áp suất dư ngoài do cột vữa xi măng gây ra cực đại tại đáy ống chống,
được xác định theo công thức (7-22):
113

Pdn=0.1×(1.68-1.10)×(120-10)=6.38 (at)
Áp suất dư ngoài trong trường hợp mất dung dịch bên trong ống được tính
theo công thức (7-23).
Trường hợp mất toàn bộ dung dịch trong ống.
Pdn= 0.1×[1.0×120-(120-120)×1.10]=12 (at).
Theo điều kiện bền (7-20) ta tính được:

n1=

91,18
= 7,6 > 1,3
12



Thỏa mãn điều kiện bền.

Ống chống đảm bảo độ bền bóp méo ống.
- Kiểm tra bền theo áp suất dư trong gây nổ ống.
Trường hợp khoan với dung dịch nặng hơn sau khi chống ống áp suất dư
bên trong nhỏ không đáng kể.
Trường hợp áp suất dư bên trong cực đại trong quá trình bơm trám được
xác định theo công thức (7-27).
Pdt=0.1×(1.68- 1.1)×(120-10)+(0.02×120+16)+20=44.78 (at).
Trường hợp đóng giếng khoan khi có hiện tượng phun không ảnh hưởng
nhiều đến ống định hướng ta bỏ qua.
Theo điều kiện bền (7-25) ta tính được

n2=

138,81
= 3,1 > 1,3
44,78



Thỏa mãn điều kiện bền.

Ống chống đảm bảo độ bền nổ ống.
- Kiểm tra bền theo tải trọng kéo.
Tải trọng của cột ống chống ngâm trong dung dịch là:

Q=Qoc×(1-

γ ep
γ th

)

Trong đó: - Qoc: Trọng lượng của ống chống.
114

Qoc=461.3×120=55356 kG=55.356 tấn.
- γth: Trọng lượng riêng của thép, γth=7.85G/cm3.
Thay số vào ta có : Q= 47.6 tấn.
Từ (7-32) và (7-33) ta tính được Qph như sau:
Với: dvd = 71.0cm

Qph = (0.02×120+16+20)×

3,14.71,02
4

=151.96 tấn.

Theo công thức (7-30) ta tính được tải trọng kéo lớn nhất của cột ống
chống như sau:
QT= 47.6+151×96=199.56 tấn.
Áp dụng điều kiện bền (7-29) ta được:

n3=

1446,5
= 7,25 > 1,3
199,56


Thỏa mãn điều kiện bền.

Vậy cột ống chống định hướng đã chọn đảm bảo điều kiện bền.
* Cột ống chống dẫn hướng φ508mm chống đến chiều sâu 250m.
- Đặc tính của cột ông chống dẫn hướng đường kính 508mm là:
+ P = 70at.
+ P = 195at.
+ Q = 403T.
+ Trọng lượng 1m ống chống là: 139.2kG/m .
- Kiểm toán ống chống theo áp suất bên ngoài.
Áp suất dư bên ngoài do chênh lệch về trọng lượng riêng dung dịch là
không đáng kể ta bỏ qua.
Áp suất dư ngoài do cột dung dịch ximăng gây ra cực đại tại đáy ống
chống. được xác định theo công thức (7-22).
Với: - Chiều cao cốc ximăng h=15m
115

- Trọng lượng riêng của vữa ximăng là 1.55G/cm3.
Pdn=0.1×(1.55-1.10)×(250-15)=10.575 (at).
Áp suất dư ngoài trong trường hợp mất dung dịch bên trong ống trung
gian thứ nhất được tính theo công thức (7-23).
Với chiều sâu mất dung dịch được tính theo công thức (7-24)
+ Kv=1.0G/cm3
γd= 1.10 G/cm3

⇒ H0=250×(1⇒

1,0
1,1

) = 22.73 (m).

Pdn= 0.1×[1.0×250-(250-22.73)×1.10]=3.10 (at).

Theo điều kiện bền (7-25) ta tính được

n1=

70
= 6,62 > 1,3
10,575



Thỏa mãn điều kiện bền.

Ống chống đảm bảo độ bền bóp méo ống.
- Kiểm tra bền theo áp suất dư trong gây nổ ống.
Trường hợp khoan với dung dịch nặng hơn sau khi chống ống áp suất dư
bên trong nhỏ không đáng kể.
Trường hợp áp suất dư bên trong cực đại trong quá trình bơm trám được
xác định theo công thức (7-27).
Với: γxm = 1.68G/cm3
γd = 1.10G/cm3
h = 15m.
Pdt = 0.1×(1.68- 1.1)×(250-15)+(0.02×250+16)+20=54.63 (at).
Trường hợp đóng giếng khoan khi có hiện tượng phun không ảnh hưởng
nhiều đến cột ống chống dẫn hướng nên ta bỏ qua.
Theo điều kiện bền (7-25) ta tính được
116

n2=

195
= 3,57 > 1,3
54,63



Thỏa mãn điều kiện bền.

Ống chống đảm bảo độ bền nổ ống.
* Cột ống chống trung gian φ340mm chống đến chiều sâu 900m.
- Kiểm tra bền theo tải trọng kéo:
Tải trọng của cột ống chống ngâm trong dung dịch là:

Q=Qoc×(1-

γ ep
γ th

)

Trong đó: - Qoc: Trọng lượng của ống chống.
Qoc=139.2×250=34800kG=34.8 tấn.
- γth: Trọng lượng riêng của thép, γth=7.85G/cm3.
Thay số vào ta có : Q = 29.2 tấn
Từ (7-32) và (7-33) ta tính được Qph như sau:
Với: - dvd = 48.6cm.

- Qph = (0.02×250+16+20)×

3,14.48,6 2
4

=76.02 tấn.

Theo công thức (7-30) ta tính được tải trọng kéo lớn nhất của cột ống
chống như sau:
QT= 76.02+29.2=105.22 tấn.
Áp dụng điều kiện bền (7-29) ta được:

n3=

403
= 3,83 > 1,3
105,22


Thỏa mãn điều kiện bền kéo.

Vậy cột ống chống dẫn hướng 508mm đã chọn đảm bảo điều kiện bền.
- Kiểm toán ống chống theo áp suất bên ngoài.

117

Áp suất dư bên ngoài do chênh lệch về trọng lượng riêng dung dịch là
không đáng kể ta bỏ qua.
Áp suất dư ngoài do cột vữa ximăng gây ra cực đại tại đáy ống chống
được xác định theo công thức (7-22).
Với: - Chiều cao cốc ximăng h=20m
- Trọng lượng riêng của vữa ximăng là 1.55G/cm3.
⇒ Pdn= 0.1×(1.55-1.10)×(900-20)=39.6 (at).
Áp suất dư ngoài trong trường hợp mất dung dịch bên trong ống trung
gian thứ nhất được tính theo công thức (7-23).
Với chiều sâu mất dung dịch được tính theo công thức (7-24)
Kv =1.0G/cm3
γd = 1.1 G/cm3

H0 = 900(1⇒

1,0
1,1

) = 81.82 (m).

Pdn= 0.1×[1.0×900-(900-81.82)×1.10]=2.10 (at).
Theo điều kiện bền (7-25) ta tính được

n1=

153,92
= 3,89 > 1,3
39,6



Thỏa mãn điều kiện bền.

Ống chống đảm bảo độ bền bóp méo ống.
- Kiểm tra bền theo áp suất dư trong gây nổ ống.
Trường hợp khoan với dung dịch nặng hơn sau khi chống ống áp suất dư
bên trong nhỏ không đáng kể.
Trường hợp áp suất dư bên trong cực đại trong quá trình bơm trám được
xác định theo công thức (7-27).
Với: γxm=1.55G/cm3
γd=1.10G/cm3
h=20m
118

Pdt=0.1×(1.55- 1.1)×(900-20)+(0.02×900+16)+20=93.6 (at).
Trường hợp đóng giếng khoan khi có hiện tượng phun không ảnh hưởng
nhiều đến cột ống trung gian nên ta bỏ qua.
Theo điều kiện bền (7-25) ta tính được
341,59
= 3,65 > 1,3
93,60

n2=



Thỏa mãn điều kiện bền.

Ống chống đảm bảo độ bền nổ ống.
- Kiểm tra bền theo tải trọng kéo:
Tải trọng của cột ống chống ngâm trong dung dịch là:

Q=Qoc.(1-

γ ep
γ th

)

Trong đó: - Qoc: Trọng lượng của ống chống.
Qoc=101.2×900=91080kG=91.08 tấn.
- γth: Trọng lượng riêng của thép, γth=7.85G/cm3.
Thay số vào ta có : Q=78.32 tấn.
Từ (7-32) và (7-33) ta tính được Qph như sau:
Với: dvd = 31.56cm

⇒ Qph = (0.02×900+16+20).

3,14.31,562
4

=42.22 tấn.

Theo công thức (7-30) ta tính được tải trọng kéo lớn nhất của cột ống
chống như sau:
QT= 78.32+42.22=120.54 tấn.
Áp dụng điều kiện bền (7-29) ta được:

n3=

705,8
= 5,86 > 1,3
120,54


Thỏa mãn điều kiện bền kéo.
119

Vậy cột ống chống trung gian 340mm đã chọn đảm bảo điều kiện bền.
*Cột ống chống khai thác φ245mm chống đến chiều sâu 2880m.
Đặc tính của cột ống chống φ245mm là:
+ P = 323.63 at.
+ P = 466.73 at.
+ Q = 492.6 tấn.
+ Trọng lượng 1m ống chống: 70kG/m.
- Kiểm toán ống chống theo áp suất bên ngoài.
Áp suất dư bên ngoài do chênh lệch về trọng lượng riêng dung dịch là
không đáng kể ta bỏ qua.
Áp suất dư ngoài do cột vữa ximăng gây ra cực đại tại đáy ống chống.
được xác định theo công thức (7-22).
Với: - Chiều cao cốc ximăng h=30m.
- Trọng lượng riêng của vữa ximăng là 1.80G/cm3.
⇒ Pdn=0.1×(1.80-1.15)×(2880-30)=185.25 (at).
Áp suất dư ngoài trong trường hợp mất dung dịch bên trong ống trung
gian thứ nhất được tính theo công thức (7-23).
Với chiều sâu mất dung dịch được tính theo công thức (7-24)
Kv=1.15G/cm3
γd= 1.15 G/cm3

H0=2880×(1⇒

1,06
1,15

) = 225.4 (m)

Pdn= 0.1×[1.15×2880-(2880-225.4)×1.15]=17.28 (at)
Theo điều kiện bền (7-25) ta tính được

n1=

323,63
= 1,75 > 1,3
185,25



Thỏa mãn điều kiện bền.
120