Tải bản đầy đủ
Tải trọng đáy (T)

Tải trọng đáy (T)

Tải bản đầy đủ

Nc = 34,2.10-4.K.Gc.Dc.n
(5.21)
K: Hệ số mòn của choòng. + K = 1 – 1,5.
Gc: Tải trọng đáy.
Thay các giá trị Nbm, Nkt, Nc vào phương trình (5.18), xác định được chiều sâu cho
phép

(m)

(5.22)

Nếu chiều sâu lỗ khoan lớn hơn chiều sâu cho phép thì chúng ta phải chuyển
sang tốc độ có số vòng quay nhỏ hơn.
- Từ tốc độ quay nmax tìm được kết hợp với kinh nghiệm của các giếng khoan
trước đó ta đi chọn tốc độ quay hợp lý của choòng khoan (n) cho các khoảng khoan
sao cho tốc độ quay này vẫn thoả mãn điều kiện: n ≤ nmax
* Đối với khoan bằng động cơ đáy:
Sau khi tính được Q và G, chúng ta tiến hành xác định số vòng quay n.
n

kt
n = nkt - M . ( Mc + Mô)
f

(v/ph)

(5.23)

Trong đó:
nkt : số vòng quay không tải, nkt=2n0
n0 = An.Q
Mô = µ rô Gth − G
Mc = 4,53.K.G.Dc
K: Hệ số kể đến sự mài ṃòn của chóp xoay.

m

N= f(n)

Mf
η= f(n)

m= f(n)

no

nkt

66

n

Hình 5.1. Đồ thị biểu diễn biến thiên momen, công suất, hiệu suất của động cơ
vào tốc độ vòng quay
Từ hình vẽ suy ra để công suất đạt cực đại ta chọn :
n = n0 = nkt/2
Sau khi chọn được n, ta tính Lcf như công thức (5.22).
5.2.3.2. Xác định tốc độ quay cho từng khoảng khoan

(5.24)

* Xác định tốc độ quay cho khoảng khoan từ 89 ÷ 250m:
Khoảng khoan này sử dụng động cơ Top drive.
Ta có các thông số:
Nmax = 1395(HP): Công suất cực đại của động cơ.
Tốc độ quay cần của động cơ từ 0 – 269 v/ph
- Công suất tiêu thụ bề mặt Nbm tính theo công thức (5.19):
Nbm = 25.10-3.n + 0,12.10-3.n2
- Công suất quay cột cần không tải Nkt tính theo công thức (5.20):
Trong đó:
c = 52,5.10-5.
γ d = 1,05T/m3.
Dck = 0,127m.
L = 250m.
Thay vào ta có: Nkt = 52,5.10-5. 1,05. 0,1272.n1,7.250 = 2,23.10-3.n1,7
- Công suất tiêu thụ ở choòng Nc tính theo công thức (5.21):
Trong đó:
K = 1,1.
Gc = 4Tấn = 6000kG.
Dc = 0,6604m.
Thay vào được: Nc = 34,2.10-4 .1,1.6000.0,6604. n = 14,9.n
Căn cứ vào:
- Kinh nghiệm của các giếng khoan trước
- Đặc tính làm việc của chòong, chòong chóp xoay làm việc ở tốc độ vòng
quay vừa phải vì n quá cao sẽ ảnh hưởng tới độ bền của ổ bi, chòong cánh sẽ
làm việc ở tốc độ vòng quay thấp vì tạo momen cao
- Tốc độ quay cột cần của động cơ
- Quỹ đạo của khoảng khoan qua, độ bền của cột cần. Đoạn cong khi n lớn tạo
lực ly tâm lớn

67

Ta chọn tốc độ quay cho khoảng khoan này là n=55 v/ph. Thay vào công thức
(5.22) Ta được

283m > L vậy n đã chọn đảm bảo chiều sâu khoan. Thực tế ta

chọn tốc độ cho khoảng khoan này là n= 50 – 55 (v/ph)
* Với cách tính toán tương tự và dựa vào tài liệu trong quá trình thống kê những số
liệu tối ưu của các giếng khoan ở xung quanh có điều kiện địa chất tương tự ta tính
chọn được các tốc độ quay thích hợp cho các khoảng khoan được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 5.3. Thông số vòng quay cho từng khoảng khoan.
Khoảng khoan (m)
89 – 250
250 – 935
935- 2524

Số vòng quay n (v/ph)
50 - 55
45 - 50
140 - 160

Bảng 5.4. Thông số chế độ khoan cho các khoảng khoan
Khoảng khoan (m)
89 – 250
250 – 935
935 – 2524

Lưu lượng nước
rửa Q (l/s)
55 – 65
55 – 65
50 – 55

68

Tải trọng đáy Gc
(T)
4-6
8 - 12
6 - 10

Số vòng quay n
(v/ph)
50 - 60
40 -45
140 - 160

CHƯƠNG VI
CHỐNG ỐNG VÀ TRÁM XI MĂNG GIẾNG KHOAN
6.1. Mục đích và yêu cầu.
* Mục đích
Trong quá trình thi công giếng khoan người ta phải tiến hành gia cố thành
giếng khoan bằng việc chống ống và trám xi măng với mục đích:
- Giữ cho thành giếng khoan không bị sập lở.
- Cách ly các tầng đất đá, các vỉa sản phẩm với nhau.
- Tăng độ bền cho cột ống chống.
- Phòng tránh những phức tạp xảy ra trong quá trình thi công đoạn giếng tiếp
theo hoặc những phức tạp trong quá trình khai thác.

* Yêu cầu
- Đảm bảo tốt chất lượng công trình. Không xảy ra sự cố phức tạp trong quá
trình khi thi công;
- Giảm tối đa các chi phí về vật tư cũng như thời gian thi công;
Gia cố các đoạn than giếng khoan bằng cột ống chống và trám ximăng là rất
quan trọng phù hợp với từng giai đoạn xây dựng giếng. Để thực hiện các công việc
tiếp theo trong giếng bảo đảm độ tin cậy, độ bền của công trình.

6.2. Công tác chống ống.
* Chuẩn bị cột ống chống.
Ống được chuẩn bị và đưa đến khoan trường trước lúc thả từ 2 – 4 ngày. Việc
bốc rỡ ống chống khi vận chuyển từ kho vật tư đến lỗ khoan phải được thực hiện
bằng các máy lăn chuyên dụng hoặc các xe cần cẩu. Nghiêm cấm việc rỡ ống bằng
cách ném xuống các ống chống. Ống chống được chuyển đến khoan trường cần
được kiểm tra để loại bỏ các ống hỏng. Khi kiểm tra ống chống cần phải chú ý đến,
khuyết tật, sự biến dạng của các múp ta và các đầu ren.
* Chuẩn bị lỗ khoan trước và trong khi chống ống.
Cần tiến hành doa rộng các đoạn lỗ khoan bị bó hẹp, cho thêm dầu mỏ hoặc các
chất bôi trơn khác, vào dung dịch nhằm làm giảm độ dính của vỏ sét. Trong thời
gian rửa lỗ khoan trước khi thả ống cần phải kiểm tra cẩn thận các thông số của
dung dịch và điều chỉnh cho đến mức đạt yêu cầu. Tốc độ đi lên của dung dịch phải
đạt tới 1m/s đối với loại choòng N o8’’ – 12’’ và ít nhất cũng phải 0,6m/s đối với các
loại choòng lớn hơn. Trong khi chuẩn bị lỗ khoan đồng thời phải kiểm tra, chuẩn bị

69

các dụng cụ cần thiết: 3 êlêvatơ còn tốt, 3 khóa bản lề có kích thước phù hợp, các
chấu chèn dự trữ, các quang treo, khóa tròng vạn năng…
* Thả ống chống xuống giếng khoan.
Công tác thả ống chống sao cho mọi thành viên trong đội khoan tham gia thả
ống chống đều thực hiện đúng chức năng công việc của mình để tránh xảy ra sự cố
trong quá trình thả ống và đảm bảo an toàn lao động.
Trong quá trình thả phải liên tục đo và kiểm tra các thông số của dung dịch cũng
như các thông số của giếng khoan.
Tốc độ thả ống từ 0.5 ÷ 0.6 m/s
Trong quá trình thả ống chống với những cột ống chống có lắp van ngược để
tránh hiện tượng bóp méo ống chống thì cứ 100÷ 200 m ta phải đổ thêm dung dịch
vào ống.
Khi thả ống chống đến chiều sâu thiết kế tiến hành lắp các thiết bị bơm rửa vào
rửa giếng khoan để chuẩn bị cho công trám xi măng giếng khoan.
* 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 ÷ 25mm.

70

a. Nút dưới:

b. Nút trên

1: Màng ngăn
2: Thân cao su
3: Khung nhôm
1: Thân cao su
2: Lõi nhôm

1

3

1
2

2

a
Hình 6.1. Các nút trám xi măng

b

* Đế ống chống:
Tạo bởi 3 chi tiết:
- Đầu định hướng: dẫn hướng cho cột ống chống.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
đểvặn vào đầu định hướng, đầu trên nối với phần dưới của ống chân đế;

Hình 6.2. Ống chân đế
- Ống chân đế: Đoạn ống thép dài 15 ÷ 2m tiện ren hai 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 thép dày 35mm lắp váo giữa 2 ống chống cách đế ống chống bằng
chiều cao cốc xi măng tạo ra một điểm tì giữa các nút trám.
* Van ngược:
Là loại van được lắp trong khoảng từ vòng dừng đến ống chống, có tác dụng
ngăn không cho dung dịch chảy ngược vào ống. Trong phương pháp trám đặc biệt
mupta chuyên dụng có thể thay thế cho vòng dừng và van ngược.

71

1: Đế van
2: Đĩa van
3: Thanh đẩy
4: Lò xo
5: Êcu hãm

5
4
3

1

2

Hình 6.3. Van ngược
* 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.

Hình 6.4. Chổi quét
* Vòng định tâm:
Là các bản thép được hàn 2 đầu vào hai 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 ÷ 40m.

72

Hình 6.5. 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

6.3. Tính toán và lựa chọn ống chống:
6.3.1. Phương pháp lựa chọn ống chống:
Nguyên tắc của việc lựa chọn ống chống :
Đảm bảo đủ bền cho quá trình thi công và khai thác sau này.
Có giá thành thấp nhất có thể.
Việc tính toán lựa chọn ống chống có nhiều phương pháp, tùy thuộc vào nhiệm vụ
của mỗi loại ống.
Tuy nhiên, với kinh nghiệm khi khoan và chống ống của những giếng khoan
đã thi công cùng với khả năng cung cấp ống chống của xí nghiệp liên doanh, ta tiến
hành tính chọn ống chống theo cách là: chọn mác thép và bề dày cho các cột ống
chống theo kinh nghiệm rồi từ đó kiểm toán lại ống chống theo áp suất dư bên
trong, áp suất dư bên ngoài và tải trọng kéo cho phép.
Mặt khác, nhằm đảm bảo cho quá trình thả ống chống diễn ra nhanh chóng
và thuận lợi, đối với mỗi cột ống chống người ta thường chỉ sử dụng một loại mác
thép với chiều dày và độ bền phù hợp. Tuy nhiên, để đảm bảo về độ bền kéo thì
đoạn trên cùng nên chọn ống có bề dày lớn. Đồng thời, với mục đích giảm nguy cơ
gây sự cố cho ống chống do sự mài mòn của cột cần khoan thì đoạn dưới cùng của
ống chống cũng nên chọn ống có bề dày lớn (ngay cả với cột ống chống kỹ thuật).
6.3.2. Lựa chọn các cột ống chống
6.3.2.1. Ống dẫn hướng Φ508mm
Ống chống này có chiều sâu nhỏ nên áp lực dư bên trong và bên ngoài tác dụng lên
ống chống này không lớn, do đó theo kinh nghiệm của các giếng đã khoan trước đó

73

ta chọn ống có mác thép K-55 và bề dày thành là 11 mm với các thông số được trình
bày trong bảng 3.10:
Bảng 6.1. Thông số ống chống Φ508mm
Đoạn
ống

Mác
thép

Chiều sâu Chiều dài Trọng
Bề dày Trọng
lượng
ống
lượng 1m thả (m)
đoạn ống
đoạn ống
(mm) ống (kG)
(m)
(T)
Từ Đến

I

K- 55

11

139,2

0

250

250

34,8

Tổng
trọng
lượng
(T)
34,8

6.3.2.2. Ống chống trung gian Φ340mm
Chọn mác thép K-55 cho ống chống này với chiều dày và các thông số được trình
bày trong bảng sau:
Bảng 6.2. Thông số ống chống Φ340mm
Đoạn
ống

Mác
thép

Bề
dày
ống
(mm)

Trọng
Chiều sâu thả
lượng
(m)
1m ống
(kG)
Từ
Đến

Chiều
dài
đoạn
ống (m)

Trọng
lượng
đoạn ống
(T)

I

K- 55

12

99,4

0

400

400

39,76

II

K- 55

11

91,6

400

935

535

49.00

Tổng
trọng
lượng
(T)
88.76

6.3.2.3. Ống chống khai thác ( ống chống lửng)
Bảng 6.3. Thông số ống chống Φ245mm
Đoạn
ống

Mác
thép

Bề
dày
ống
(mm)

Trọng
Chiều sâu thả Chiều
lượng
(m)
dài đoạn
1m ống
ống (m)
(kG)
Từ
Đến

Trọng
Tổng
lượng
trọng
đoạn ống
lượng (T)
(T)

I

P- 110

11

60,3

710

910

200

12,06

II

P- 110

10

54,7

910

2310

1400

76,58

III

P- 110

11

60,3

2310

2524

214

12,91

74

101,55

6.4. Trám xi măng giếng khoan.
Là công tác bơm ép dung dịch xi măng vào khoảng chống giữa thành giếng
và cột ống chống. Sau khi bơm xong, dung dịch xi măng bắt đầu cứng lại và tạo
thành vành đá xi măng bao quanh cột ống chống. Vành đá xi măng này có tác dụng
ngăn cách các chất lưu khác nhau, cách li vỉa sản phẩm với các tầng nham thạch,
bảo vệ cột ống khỏi bị ăn mòn của dung dịch chứa trong các vỉa.
6.4.1. Yêu cầu về xi măng trám.
Việc trám xi măng ống chống có một vai trò hết sức quan trọng trong quá
trình thi công giếng khoan và trong quá trình khai thác. Mọi sự cố xảy ra với công
việc này đều có thể dẫn tới hậu quả nghiêm trọng đối với việc khoan tiếp theo hoặc
việc đưa giếng vào khai thác. Do đó xi măng dùng để trám giếng cần phải đạt được
các yêu cầu sau:
- Có độ hạt nhỏ theo yêu cầu.
- Có độ ẩm theo tiêu chuẩn(8 – 12%).
- Có trọng lượng riêng thích hợp.
- Khi chế tạo thành dung dịch xi măng thì phải có thời gian ngưng kết phù
hợp.
- Khi dung dịch xi măng đông đặc phải tạo thành vành đá có độ bền cơ học
cao, độ thẩm thấu nhỏ và trong quá trình đông cứng không được thay đổi thể tích.
6.4.2. Các phương pháp bơm trám xi măng
Hiện nay có rất nhiều phương pháp trám ximăng giếng khoan. Song với điều
kiện hiện có của XN Vietsovpetro và điều kiện thi công giếng khoan ở vùng biển
Việt Nam thường sử dụng các phương pháp sau:

75

6.4.2.1. Trám xi măng một tầng hai nút

Hình 6.6. Sơ đồ trám một tần
*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.
*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 và bơm dung dịch vào lỗ khoan. 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 dưới bị đẩy đến vòng dừng, tiếp tục bơm ép phá thủng màng cao
su nút trám dưới, vữa xi măng qua đó 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 dược đóng lại. Lúc này mọi hoạt động
khoan đều dược dừng lại chờ cho xi măng đông kết.

76