Tải bản đầy đủ
Nhp: Hàm lượng hóa phẩm trong dung dịch khoan (kg/m3).

Nhp: Hàm lượng hóa phẩm trong dung dịch khoan (kg/m3).

Tải bản đầy đủ

(4.9)

Trong đó:
: Trọng lượng riêng của sét

(T/m3).

: Trọng lượng riêng của dung dịch (T/m3).
r: Hệ số tổn hao sét (r = 1,03).
Lượng nước cần thiết để điều chế 1 đơn vị thể tích dung dịch là:
(4.10)
Thể tích nước tính cho toàn bộ khoảng khoan là:
Vnctb = r . Vnc . Vdd (m3)
(4.11)
4.4.2. Tính toán lượng dung dịch, sét, hóa phẩm và nước cho mỗi khoảng
khoan:
4.4.2.1. Khoảng khoan từ độ sâu 89 - 250m:
Khoảng khoan này sử dụng nước biển có trọng lượng riêng γ d = 1,05T/m3.
4.4.2.2. Khoảng khoan từ độ sâu 250 - 935m:
Thi công ở tầng Pliocene và Miocene trên, gradient áp suất vỉa bằng 1 nên
khoảng khoan này ta sử dụng dung dịch có trọng lượng riêng γ d = 1,10T/m3.
Khoảng trước đó chống ống chống Φ508mm đến độ sâu 250m.

* Thể tích dung dịch khoan:
- Thể tích bể dung dịch: V1 = 30m3.
- Thể tích máng lắng sàng rung: V2 = 10m3.
- Thể tích giếng của công đoạn khoan trước (V3):

Ta có các thông số:
+ Hệ số dự trữ dung dịch: a = 2,5.
+ Chiều dài thân giếng trước khoảng khoan: L = 250m.
+ d = 0,486m là đường kính trong của ống 508mm
Thay các thông số trên vào công thức (4.5) ta được:

51

- Thể tích dung dịch tiêu hao trong quá trình khoan với choòng có đường kính 444,5
mm:
+ Định mức tiêu hao dung dịch khoan là K = 0,42m3/m.
+ Chiều dài khoảng khoan: l = 935 - 250 = 685m.
+ Hệ số mở rộng thành M = 1,25.
Thay các thông số trên vào công (4.6) thức ta có:
V4 = 0,42 . 685 = 288m3
- Thể tích dung dịch trong khoảng khoan (V5):
Dg = M .Dc = 1,25 . 0,4445 = 0,5556m
Thay các thông số đã có vào công thức (4.7) ta được:
V5 = . Dg2 . l = 0,785 . 0,55562. 685 = 166m3.
- Thể tích dung dịch cho toàn khoảng khoan là thay vào (4.4):
Vdd = V1 + V2 + aV3 + V4 + V5 = 610 m3. (Chọn a=2,5).

* Lượng hóa phẩm gia công dung dịch khoan.
Thay vào công thức (4.8) được :
- P(Bentonit) = 1,03.0,06.610 = 37,7 (T)
- P(CMC HV) = 1,03.0,007.610 = 4,4(T)
- P(NaOH) = 1,03.0,002.610 = 1,26 (T)
-

= 1,03.0,00085.610=0,534 (T)

-

= 1,03.0,0004.610 = 0,251 (T)

-

= 1,03.0,007. 610 = 4,4(T)

* Thể tích nước gia công dung dịch:
- Lượng nước cần thiết để điều chế một đơn vị thể tích dung dịch khoan là:

- Lượng nước cần thiết cho toàn bộ khoảng khoan là:
Vnctb = r . Vnước . Vdd = 1,03 . 0,9375 . 610 =589 m3.
4.4.2.3. Khoảng khoan 935 - 2524m:
Thi công ở tầng Miocene, ta lựa chọn dung dịch có trọng lượng riêng
γ d = 1,12

* Thể tích dung dịch khoan:
- Thể tích bể dung dịch: V1 = 30m3.

52

T/m3)

- Thể tích máng lắng sàng rung: V2 = 10m3.
- Thể tích giếng của công đoạn khoan trước (V3):

Ta có các thông số:
+ Hệ số dự trữ dung dịch: a = 2.
+ d là đường kính trong của ống chống Φ340mm: d = 0,319 m (lấy trung bình vì
chọn 2 bề dầy khác nhau)
+ L là chiều dài ống chống Φ340mm; L = 935 m (khoảng khoan trước đó)
Thay các thông số trên vào công thức (4.5) ta được:

- Thể tích dung dịch tiêu hao trong quá trình khoan với choòng có đường kính
311,1mm:
+ Định mức tiêu hao dung dịch khoan là K = 0,41m3/m.
+ Chiều dài khoảng khoan: l = 2524 - 935 = 1589 m.
Thay các thông số trên vào công thức (4.6) ta có:
V4 = 0,41 .955 = 651,5m3
- Thể tích dung dịch trong khoảng khoan (V5):
Dg = M .Dc = 1,2. 0,3111 = 0,3733m.
Thay các thông số đã có vào công thức (4.7) ta được:
V5 = 0,785. Dg2. l = 0,785.

.1589 = 173,83 m3.

- Thể tích dung dịch cho toàn khoảng khoan là:
Vdd = V1 + V2 + aV3 + V4 + V5 = 1052,16 m3. (Chọn a=2,5).

* Lượng hóa phẩm gia công dung dịch.
Thay vào công thức (4.8) được :
- P(Bentonit) = 1,03.0,036.1052,16 = 39,02(T).
- PIdcap D = 1,03.0,01.1052,16 = 10,84 (T).
- PDouvis = 1,03.0,0045.1052,16 = 4,88 (T).
- P(NaOH) = 1,03.0,002.1052,16 = 2,17 (T).
-

=1,03.0,0015.1052,16 = 1,625 (T).

- PDouvis = 1,03.0,1.1052,16 = 108,4 (T).
- PSoltex = 1,03.0,0085.1052,16 = 9,21 (T).
- PBiosafe =1,03.0,00085.1052,16=0,922(T)
- PMI PAC UL =1,03.0,01.1052,16=10,84(T)

53

-

=1,03.0,03.1052,16=32,52(T)

- PMix II F =1,03.0,003.1052,16=3,25(T)
- PGrydril MC =1,03.0,035.1052,16=37,93(T)

* Thể tích nước gia công dung dịch:
- Lượng nước cần thiết để điều chế một đơn vị thể tích dung dịch khoan là:

- Lượng nước cần thiết cho toàn bộ khoảng khoan là:
Vnctb = r.Vnc.Vdd = 1,03.0,9125.1052,16= 989 m3.
Bảng 4.4. Thông số thể tích dung dịch cho các khoảng khoan
Khoảng khoan (m)

Thể tích nước cần dùng
để điều chế dung dịch

Thể tích dung dịch

)
89 - 250
250 - 935

589

610

935 - 2524

989

1052,16

54

CHƯƠNG V
CHẾ ĐỘ KHOAN
5.1. Mục đích và yêu cầu của việc tính toán chế độ khoan
5.1.1. Mục đích
Tùy thuộc vào mục đích yêu cầu của giếng khoan để lựa chọn chế độ khoan
cho từng khoảng khoan, đó là chế độ khoan đặc biệt hay chế độ khoan tối ưu.
Chế độ khoan tối ưu đã đảm bảo rút ngắn thời gian thi công của giếng. Ngược lại
chế độ khoan đặc biệt đặt tiêu chí chất lượng của giếng lên cao nhất. Do đó, việc kết
hợp hài hòa giữa các chế độ khoan sẽ mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao nhất
cho giếng khoan.
5.1.2. Yêu cầu
- Nghiên cứu chi tiết về các điều kiện địa chất giếng khoan (địa tầng, kiến
tạo, tính chất cơ lý của đất đá…).
- Dự kiến những địa tầng và chia ra các khoảng khoan hợp lý để lựa chọn
thông số chế độ khoan tối ưu cho khoảng khoan đó.
- Nghiên cứu khả năng cong tự nhiên của giếng khoan để có các biện pháp
phòng chống và điều khiển quỹ đạo của giếng theo yêu cầu thiết kế.
Trên quan điểm như vậy cùng với kinh nghiệm khi khoan các giếng khoan
trước đây của mỏ Rồng ta tiến hành lựa chọn thông số chế độ khoan phù hợp nhất
với điều kiện địa chất và các chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật của giếng khoan.

5.2. Tính toán chế độ khoan
5.2.1. Lưu lượng
5.2.1.1 . Lưu lượng cho từng phương pháp khoan
* Phương pháp khoan động cơ đáy
- Lưu lượng lớn nhất cho phép khoan được ở chiều sâu L được tính theo công thức:
(5.1)
Trong đó:
N: Công suất của máy bơm.(mã lực)
ηb: Hiệu suất của máy bơm.
γ d: Trọng lượng riêng của dung dịch.
Ap: Hệ số tổn thất áp suất ở động cơ đáy.

55

(5.2)
PT: Là áp suất tiêu thụ ở động cơ đáy.
A: Hệ số tổn thất áp suất không phụ thuộc chiều dài cột ống.
(5.3)
abm: Hệ số tổn thất áp suất ở bề mặt.
acn: Hệ số tổn thất trong cần nặng.
ac: Hệ số tổn thất áp suất ở các lỗ thoát nước của choòng khoan

(5.4)
F: Tổng tiết diện các lỗ thoát nước của choòng khoan.
at: Hệ số tổn thất áp suất trong cột cần khoan.
lcn: Chiều dài cần nặng.
B: Hệ số tổn thất áp suất phụ thuộc chiều dài cột cần khoan

(5.5)
adn: Hệ số tổn hao áp suất tại đầu nối.
l: Chiều dài cần dựng.
avx: Hệ số tổn hao áp suất ở không gian vành xuyến.
L: Chiều dài cột cần khoan.
- Lưu lượng nhỏ nhất cho phép đảm bảo rửa sạch đáy và nâng mùn khoan lên được
tính theo công thức:
(5.6)
Trong đó:
D: Đường kính lỗ khoan.
d: Đường kính cần khoan.
vmin: Tốc độ đi lên tối thiểu của dung dịch ở khoảng không vành xuyến đảm bảo
nâng mùn khoan lên mặt đất. Yêu cầu v min>u (u là vận tốc chìm của mùn khoan
trong dung dịch).
- Từ hai công thức trên ta chọn lưu lượng máy bơm khoan Q thoả mãn điều kiện:
Qmin < Q < Qmax

56

Để chọn Q chúng ta phải dựa vào đặc tính kỹ thuật của cả bơm dung dịch nữa.
Khi chọn được Q chúng ta tính toán chiều sâu cho phép khoan với lưu lượng được
chọn theo công thức
(5.7)
Nếu như chiều sâu cho phép chúng ta tính được bé hơn chiều sâu thiết kế thì kết
hợp với đặc tính của máy bơm chúng ta chọn một lưu lượng bé hơn lưu lượng trước
nhưng vẫn nằm trong khoảng Qmin < Q <

. Đồng thời tính

với lưu lượng sau

đã chọn và cứ thế cho đến hết chiều sâu

* Phương pháp 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 Rotor, vì vậy ta có thể áp dụng các công thức tính toán trong
khoan Rotor vào trong khoan bằng động cơ Top Drive.
- Lưu lượng lớn nhất cho phép khoan được ở chiều sâu L được tính theo công thức:
(5.8)
Trong đó:
(5.9)
(5.10)
- Lưu lượng nhỏ nhất cho phép được tính theo công thức:
(5.11)
Trong đó:
D: Đường kính giếng khoan.
d: Đường kính cần khoan.
Vmin: Tốc độ đi lên tối thiểu của dung dịch ở khoảng không vành xuyến được
tính theo kinh nhiệm:
+ Đất đá từ mềm bở rời cho đến cứng Vmin = 0,2 ÷ 0,8m/s.
+ Đất đá sét Vmin = 0,5 ÷ 1m/s.
Với lưu lượng Q đã chọn ta có thể xác định chiều sâu cho phép khoan tương ứng
với lưu lượng đó:

57

(5.12)
Nếu Lcf chưa đạt đến chiều sâu thiết kế, chúng ta chọn lưu lượng máy bơm nhỏ hơn
nhưng vẫn thoả mãn điều kiện: Qmin < Q < Qmax và chiều sâu cho phép khoan sẽ tăng
lên.
5.2.1.2. Lưu lượng tính toán cho từng khoảng khoan

* Tính toán lưu lượng cho khoảng khoan 0-250m
Phương pháp khoan: khoan bằng động cơ Top Drive.
- Tính toán lưu lượng lớn nhất cho phép:
Công suất máy bơm: N=1600 (mã lực)
Hiệu suất máy bơm: ηb= 0,9
Chiều dài cột cần khoan trong khoảng khoan này: L= 250m
Trọng lượng riêng của dung dịch sử dụng (nước biển): γd=1,05 G/cm3
Hệ số tổn thất áp suất ở bề mặt: abm=40.10-5+210.10-5= 250.10-5
Hệ số tổn thất trong cần nặng:
Cần nặng 241.3mm là: acn= 2,0.10-5
Cần nặng 209mm là :acn= 2,2.10-5
Chiều dài cần nặng: lcn= 56,4 m
Hệ số tổn thất áp suất ở các lỗ thoát nước của choòng khoan:

Trong đó:
F: Tổng diện tích các lỗ thoát nước của choòng khoan Φ660,4mm. Choòng này gồm
3 vòi phun thủy lực, đường kính mỗi vòi d v=20,6mm. Một vòi phun trung tâm với
dvc=15,9mm. Vậy F được tính như sau:
π 2
π 2
F = .d vc + 3. .dv = 1198 (mm2)
4
4
Vậy
Hệ số tổn thất áp suất trong cần khoan: atc=1480.10-8
Hệ số tổn thất áp suất tại đầu nối: adn=2,2.10-5
Chiều dài cần dựng: lcd=28,2m
Hệ số tổn thất áp suất ở không gian vành xuyến: avx=0,08.10-8
Hệ số tổn thất áp suất không phụ thuộc chiều dài cần khoan tính theo công thức:
A=abm+acn.lcn+ac

58

A=250.10-5+2.10-5.(18,8+9,4)+ 2,2.10-5.28,2+0,08.10-5=368,56.10-5
Hệ số tổn thất áp suất phụ thuộc chiều dài cột cần khoan:

Lưu lượng máy bơm cực đại:

Lưu lượng nhỏ nhất cần thiết để rửa sạch đáy và nâng mùn khoan lên mặt:

Trong đó:
D=Dc.M=660,4.1,3=858,52mm=0,85852m
d=127mm=0,127m
Vmin được xác định theo kinh nghiệm như sau: Đất đá từ bở rời đến cứng
Vmin=0,1 ÷ 0,8m/s;còn với đất đá sét Vmin=0,5 ÷ 1m/s.
Với khoảng khoan 85-250m là đất đá bở rời ta chọn Vmin=0,15m/s.

Vậy ta lựa chọn lưu lượng cho khoảng khoan này: 56(l/s)≤Q≤110(l/s).
Với lưu lượng đã chọn ta đi tính chiều sâu khoan cho phép. Thay vào công
thức ta tính được:

Như vậy với lưu lượng đã chọn cho phép khoan tới chiều sâu thiết kế.
Thực tế ta chọn lưu lượng nước rửa trong khoảng này là: Q = 55 - 65 (l/s)
* Tính toán lưu lượng cho khoảng khoan từ 250 ÷ 935m
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:
Công suất máy bơm: N=1600 (mã lực)
Hiệu suất máy bơm: ηb=0,9
Chiều dài cột cần khoan trong khoảng khoan này: L=935m
Trọng lượng riêng của dung dịch sử dụng (nước biển): γd=1,1 G/cm3
Hệ số tổn thất áp suất ở bề mặt: abm=40.10-5+210.10-5=250.10-5

59

Hệ số tổn thất trong cần nặng:
Cần nặng 203 mm là: acn=2,24.10-5
Cần nặng 209mm cã: acn=2,2.10-5
Chiều dài cần nặng: lcn=40,8 m
Hệ số tổn thất áp suất ở các lỗ thoát nước của choòng khoan:

Trong đó:
F: Tổng diện tích các lỗ thoát nước của choòng khoan Φ444,5mm. Choòng này gồm
3 vòi phun thủy lực, đường kính mỗi vòi dv=15,9mm.

Vậy
Hệ số tổn thất áp suất trong cần khoan: atc=1480.10-8
Hệ số tổn thất áp suất tại đầu nối: adn=2,2.10-5
Chiều dài cần dựng: lcd=28,2m
Hệ số tổn thất áp suất ở không gian vành xuyến: avx=2,2.10-8
Hệ số tổn thất áp suất không phụ thuộc chiều dài cần khoan tính theo công thức:
A=abm+acn.lcn+ac
A=250.10-5+2,24.10-5.(3+9)+ 2,2.10-5(10+9,40+9,40)+3,38.10-6=3,4.10-3
Hệ số tổn thất áp suất phụ thuộc chiều dài cột cần khoan:

- Hệ số tổn thất ở động cở đáy:
PT = 357 (bar) = 357.1,0197 = 364 (at).
Q = 1816 (l/s).
Do đó :

Ap =

364
= 1.01.10 −4
2
1,10.1816

Thay vào công thức được :
Qmax = 3

(1,01.10

−4

7,5.1600.0,9
= 81,57(l/s)
+ 3,4.10 −3 + 1,56.10 −5.935 .1,10

)

Lưu lượng nhỏ nhất tính theo (4.6):

60

Qmin =

Π
.(0,44452 - 0,1272).0.4.103 = 55 (l/s)
4

Từ những tính toán trên ta chọn lưu lượng cho máy bơm trong khoảng khoan
từ 250 ÷ 935m là: 55 (l/s) ≤ Q ≤ 80 (l/s).
- Chiều sâu cho phép ứng với lưu lượng đó là:
+ Chọn Q = 80(l/s) thay vào (5.7) ta được: Lcf = 1004m thỏa mãn.
Thực tế khoảng khoan này lưu lượng được chọn là: 55 (l/s) ≤ Q ≤ 65 (l/s).
Tính toán tương tự cho các khoảng khoan tiếp theo ta có bảng sau:

61