Tải bản đầy đủ
3 Lựa chọn dụng cụ khoan

3 Lựa chọn dụng cụ khoan

Tải bản đầy đủ

3.3.2.1. Cơ sở lựa choòng khoan.
Để choòng khoan có thể hoạt động tốt trong quá trình thi công và phù hợp với từng
khoảng khoan nhằm nâng cao hiệu quả hủy đất đá và đẩy nhanh tiến độ thi công giếng
khoan thì người ta lựa chọn choòng khoan dựa vào các yếu tố sau:

-

Độ cứng của đất đá: Các loại choòng khoan có hiệu quả phá hủy đất đá khác nhau. Choòng
chóp xoay phá hủy đất đá theo cơ chế cắt vỡ và mài mòn, choòng cánh dẹt phá hủy đất đá
theo cơ chế cắt, choòng kim cương phá hủy đất đá theo cơ chế mài mòn. Chính vì vậy tùy
theo các loại đất đá có độ cứng và độ mòn khác nhau mà ta sử dụng các loại choòng cũng
khác nhau.

+ Đất đá mềm dẻo sẽ thích hợp cho cơ chế phá hủy cắt nên choòng cánh dẹt thích hợp để
khoan qua tầng đất đá này.
+ Đất đá có độ cứng cao sẽ không thích hợp cho cơ chế cắt, choòng kim cương được sử dụng
để khoan vào tầng đất đá cứng đến rất cứng theo cơ chế mài mòn.
+ Choòng chóp xoay phá hủy đất đá với cơ chế cắt vỡ và mài mòn nên đối tượng phá hủy của
loại này đa dạng hơn. Loại choòng chóp xoay có thể được lựa chọn để phá hủy đất đá mềm
bở rời đến cứng và rất cứng. Tuy nhiên với đât đá cứng thì hiệu quả sử dụng choòng chóp
xoay không bằng choòng kim cương.

-

Hệ dung dịch: Loại dung dịch khoan và đặc tính của nó có ảnh hưởng đến khả năng làm
sạch đáy và vận chuyển mùn khoan. Mặt khác áp suất đáy đo cột dung dịch tạo ra luôn lớn
hơn áp suất thành hệ, điều này làm giảm hiệu quả phá hủy đất đá của choòng.

-

Phương pháp khoan: Các phương pháp khoan khác nhau sẽ có các thông số chế độ khoan
khác nhau, do vậy tùy theo từng phương pháp khoan mà chọn loại choòng cho phù hợp.
Ngoài ra việc lựa chọn choòng khoan còn phụ thuộc vào profile của giếng khoan, cấu
trúc cột ống đã chọn, kinh nghiệm khoan các giếng lân cận hay các giếng có điều kiện địa
chất tương tự

47

Hình 3.6.. Choòng khoan chóp xoay
 Một số lưu ý khi chọn choòng kim cương.

-

Choòng kim cương chịu lực cắt và va đập thấp, do đó khi khoan choòng kim cương phải
khoan với tải trọng thấp. Tiến độ khoan của choòng kim cương lớn làm giảm thời gian kéo
thả khi phải thay choòng là một yếu tố tích cực khi sử dụng choòng kim cương.

-

Phạm vi sử dụng choòng kim cương rất đa dạng từ đất đá có độ cứng trung bình đến rất
cứng,rất rắn với công cụ phá toàn đáy hoặc lấy mẫu. Hạn chế của choòng kim cương là sử
dụng không đạt hiệu quả cao trong đất đá cúng cộng với nứt nẻ vì chúng có thể làm cho các
hạt kim cương bị va đập mạnh dẫn đến hiện tượng vỡ hoặc bong chóc các hạt kim cương
khỏi bề mặt choòng khoan. Ngoài ra, giá thành cao cũng là một hạn chế khi lựa choòng kim
cương để thi công khoan.

48

Hình 3.7. Choòng kim cương.
3.3.2.2. Lựa chọn choòng khoan cho giếng 09-2/09-KTN-5X
Dựa theo tài liệu của các giếng khoan trước và gần đó(KTN-1X, KTN-2X), kết hợp
với kinh nghiệm khi khoan các giếng tương tự ta lựa chọn choòng cho giếng 09-2/09-KTNX như sau:
Bảng 3.8. thông số choòng khoan sử dụng khoan giếng 09-2/09-KTN-5X.
Khoảng khoan
(m)(TVD)

Đường kính

TFA
( tổng
diện tích
khe hở)
(

Tải trong lên
choòng max.
Klb

Từ

Đến

mm

in

IADC
code

94,5

160

914.4

36

1.1.5

1.63

5 – 10

160

750

660.4

26

1.1.5

1.63

5 – 15

750

2096

406.4

16

TBA

2096

3446,5

311.1

12

TBA

3446,5 3461,5

215.9

8

TBA

0.907
1.05

49

Loại
choòng
Chóp
xoay
Chóp
xoay

10 – 25

PDC/TCI

10 – 30

PDC/TCI

10 – 30

TCI

3.3.3. Lựa chọn bộ khoan cụ.

 Chức năng của bộ khoan cụ.

-

Truyền năng lượng cần thiết cho choòng khoan để phá huỷ đất đá.

-

Tạo tải trọng lên choòng khoan để phá huỷ đất đá.

-

Dẫn hướng và điều khiển quỹ đạo đường đi của choòng trong quá trình khoan.

-

Cho phép tuần hoàn dung dịch với tổn thất áp suất nhỏ nhất xuống đáy lỗ khoan để rửa sạch
đáy và làm mát choòng khoan.
3.3.3.1.Lựa chọn cần khoan.
Cột cần khoan là dụng cụ dùng để nối choòng khoan với các thiết bị trên mặt, nó dùng
để truyền chuyển động quay từ bàn roto hoặc TopDrive cho choòng khoan. Trong quá trình
làm việc, tải trọng tác dụng lên cột cần khoan bao gồm tải trọng tĩnh và tải trọng động như:
lực kéo do trọng lượng cột cần khoan, nén và uốn do đặt cần khoan lên đáy, xoắn do quay
cột cần khoan gây ra, lực ma sát với thành giếng khoan, lực quán tính và các dao động sinh
ra mỏi. Trong quá trình làm việc các lực này luôn thay đổi phụ thuộc vào chiều dài cột cần
khoan, càng gần đáy các lực này thay đổi càng nhiều, càng gần miệng giếng các lực này
càng ổn định. Cần khoan là bộ phận chính của cột cần khoan,thực chất là loại ống thép được
chồn dày hai đầu tăng độ bền của ren nối.
Tóm lại cần khoan đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong quá trình thi công giếng
khoan vì vậy việc chọn bộ cần khoan phù hợp đảm bảo yêu cầu về thời gian khoan, giảm giá
thành, tổn hao áp suất nhỏ nhất, giảm các sự cố với bộ cần khoan. Nhờ đó sẽ nâng cao hiệu
quả kinh tế trong quá trình sản xuất.
Trong thực tế người ta chọn đường kính cần khoan và đường kính choòng khoan theo
một tỷ lệ nhất định:
D
Dc

= 0.55÷ 0.6

(theo GOCT)

Trong đó: D,Dc : lần lượt là đường kính cần khoan và đường kính choòng khoan.
Theo tiêu chuẩn API thì tỷ lệ đường kính cần nặng và cần khoan là :
Dck
Dcn

= 1.2÷ 1.6
50

Dựa theo những tiêu chuẩn ở trên và điều kiện thực tế ta sử dụng cần khoan có đường
kính là: 140mm và 127mm có các thông số tiêu chuẩn sau:
Bảng 3.9. Đặc trưng của cần khoan sử dụng ở giếng 09-2/09-KTN-3X.
Thông số
Mác thép
Trọng lượng trên 1m.
(kg/m)
Đường kính trong(in)
Momen xoắn (ft-lbs)
ứng suất kéo(lbs)
Kiểu ren

140mm
S-135

127mm
s-135

32,85

29,25

122mm
91280
786810
55 FH

109mm
74100
712100
4 IF - 4 F

 Cần khoan thành dày:
Là một dạng cần khoan, giống cần khoan thông thường nhưng độ dày thành lớn hơn.
Cần khoan thành dày làm tránh làm giảm đột ngột đường kính giữa cấp đường lớn của cần
nặng và đường kính nhỏ của cần khoan và hỗ trợ tạo tải trọng lên choòng khi cần thiết.
Đặc trưng của cần khoan thành dày sử dụng khi khoan giếng khoan 09-2/09-KTN-5X.

51

Bảng 3.10. Đặc trưng của cần khoan thành dày sử dụng ở giếng 09-2/09-KTN-5X.

Thông số/kích thước
Kiểu ren
Trọng lượng trên 1
đơn vị chiều dài cần
(kg/m)
Đường kính
trong(mm)
Momen xoắn
ứng suất kéo

140mm
5-1/2”FH VAM CDS
92,85

127mm
4
77,985

82,55

76,2

75900
850500

56500
691200

3.3.3.2. Lựa chọn cần nặng.
Cần nặng đóng vai trò quan trọng trong bộ khoan cụ với nhiệm vụ cung cấp tải trọng
chính lên choòng để phá huỷ đất đá và tạo độ cứng vững cho cột cần khoan.
Yêu cầu: cần nặng phải có độ bền uốn dọc cao và độ cứng vững lớn hơn, đặc biệt là
chịu được tải trọng nén lớn trong khoảng thời gian dài.
 Kích thước của cần nặng được xác định qua 3 thông số chính: đường kính, chiều
dài, trọng lượng cần nặng.

-

Đường kính cần nặng được thể hiện qua hai giá trị là đường kính ngoài và đường kính trong
của cần. Đường kính ngoài của cần phụ thuộc vào đường kính của giếng khoan và độ cứng
vững của bộ khoan cụ. Đường kính trong càng nhỏ càng tốt vì nó giúp việc tăng tải trọng và
tạo độ cứng vững cho cần nặng. Tuy nhiên, đường kính trong của cần nặng cho phép thả lọt
được dụng cụ đo sâu vào trong và cho phép dung dịch khoan lưu thông một cách dễ dàng
với tổn thất áp suất có thể chấp nhận được.
 Theo tiêu chuẩn API đường kính cần nặng có tỷ lệ tương quan với đường kính
choòng cụ thể như sau:


-

Đối với choòng có đường kính Dc 393,7 mm thì tỷ lệ giữa đường kính choòng và đường
kính cần nặng là : 1,6 ÷ 2.

-

Đối với choòng có đường kính Dc < 393,7 mm thì tỷ lệ giữa đường kính choòng và đường
kính cần nặng là : 1,25 ÷1,6.

-

Tỷ lệ đường kính giửa hai cần nặng nối tiếp nhau là : 1,1÷1,5.
 Đặc tính của cần nặng được sử dụng cho giếng khoan KTN-5X.
52

Bảng 3.11. Đặc trưng của cần nặng sử dụng ở giếng khoan 09-2/09-KTN-5X.
Đường
kính ngoài
(in)

Đường
kính trong
(in)

Trọng lượng trên
1m cần (kg/m)

Momen
xoắn
(ft-lbs)

241,3

76,2

315

84442

209,55

71,44

240

53346

165,1

71,44

149,25

29679

Kiểu ren
7R–
7 R
6R–
6
4IF –
4IF

3.2.4. Định tâm và đầu nối.
 Định tâm.
Định tâm là một trong những bộ phận quan trọng nhất của bộ dụng cụ đáy trong khoan
định hướng. Định tâm ở gần choòng (có ren trong x ren trong) để chuyển tiếp ren từ choòng
và định tâm. Chuỗi định tâm có đầu nối (ren ngoài x ren trong). Hầu hết các định tâm có
rãnh xoắn về bên phải. Lưỡi cắt trong định tâm được phủ bên ngoài bằng những loại vật liệu
có độ cứng khác nhau. Những gờ quan trọng của hầu hết các định tâm cũng được phủ lên bề
mặt vật liệu cứng. Vì vậy có nhiều sự lựa chọn thiết kế của định tâm trong khoan định
hướng.
Một số định loại định tâm thường gặp:
Trong kiểm soát quỹ đạo thì yêu cầu phải có cách nhìn tổng quan khi lựa chọn đường
kính và xác định vị trí đặt định tâm trong bộ dụng cụ đáy.
Các chức năng chính của định tâm:
- Kiểm soát độ lệch của giếng;
- Giảm thiểu những tác hại khác nhau của kẹt cần do dính cần khoan vô thành giếng;
- Mở rộng thành giếng, tránh hiện tượng doglegs và kẹt dạng lỗ khóa
- Giữ ổn định thành lỗ khoan.

53

Hình 3.8.: Một số định tâm thường gặp.
Đặc trưng kỹ thuật của định tâm sử dụng khi khoan giếng KTN-5X.
Bảng 3.12.đặc trưng kỹ thuật định tâm sử dụng khi khoan giếng 09-2/09-KTN-5X.
Đường kính
ngoài
(in)

Đường kính
trong
(in)

Trọng lượng trên
1 đơn vị chiều
dài ( lb/ft)

241,3

76,2

315

203,2

71,44

270

171,45

71,44

150

Kiểu ren
7R-7
6R6R
4 IF –
4 IF

 Đầu nối:
Dùng để nối các bộ phận trong bộ khoan cụ với nhau có thể là nối cần khoan với cần
khoan, cần khoan với cần nặng, cần khoan với choòng khoan hay cần nặng với định tâm,…

54

- Đầu nối cần nặng:

Hình 3.9. Đầu nối cần nặng.
Đầu nối cần nặng sử dụng khi khoan giếng khoan 09-2/09-KTN-5X :
Bảng 3.13. đầu nối cần nặng sử dụng khi khoan giếng 09-2/09-KTN-5X.
Đường kính ngoài
(in)
9
8
6

Đường kính trong
(in)
3
2
2

Kiểu ren
67R
56R
4 IF – 4 IF

- Đầu nối cần khoan và cần khoan thành dày.

Hình 3.10. đầu nối cần khoan.
Đặc trưng kỹ thuật của đầu nối cần khoan sử dụng khi khoan giếng 15.1-SN-3X.
Bảng 3.14. Đầu nối cần khoan, cần khoan thành dày
55

Đường kính ngoài
(in)
8
7
6

Đường kính trong
(in)
2
2
2

Kiểu ren
DS55 – 6 R
5 FH – 6
5 FH - 4 IF

 Búa rung:
Được đặt dưới cột cần khoan được dùng để tạo rung động giải phóng bộ dụng cụ đáy
khi bị kẹt trong giếng khoan.
Có 3 loại búa rung:
+ Thuỷ lực.
+ Cơ khí.
+ Kết hợp giữa thuỷ lực và cơ khí.

Hình 3.11. búa rung.

-

Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý của mỗi loại chúng cũng rất khác nhau nhưng tất cả chúng
đều có chung chức năng là cứu kẹt bằng cách tạo một lực giật hướng lên hoặc hướng xuống
lớn hơn gấp nhiều lần lực tác dụng để giải phóng bộ khoan cụ. Về nguyên tắc đó là sự giải
phóng năng lượng dữ trự trong ống cần khoan và biến đổi thành động năng của búa đập

56

trong bộ dụng cụ đáy, chính điều đó sẽ tạo ra một làn sóng dao động (rung động) mạnh
truyền đến chỗ bị kẹt.
 Thiết bị MWD/LWD
MWD/LWD là hai thiết bị dùng để đo trong khi khoan, MWD đóng vai trò rất quan
trọng trong khoan định hướng, là thiết bị không thể thiếu của đa số bộ dụng cụ đáy hiện nay;
còn LWD có thể đo log, điện trở suất của thành hệ nên có thể lắp vào bộ dụng cụ đáy hay
không tùy vào yêu cầu của khách hàng.
Hiện nay số giếng khoan định hướng trên thế giới chiếm 95% nên có thể nói MWD là
cực kỳ phổ biến. Các chức năng chính của MWD là:

-

Khảo sát tọa độ vị trí trong không gian . MWD cung cấp góc lệch và góc phương vị cùng
với chiều sâu đo được ghi nhận trên hệ thống bề mặt sẽ cho ra bộ thông số khảo sát. Bộ
thông số này là cực kỳ quan trọng trong khi khoan, nó cho biết vị trí chính xác trong không
gian ở thời điểm hiện tại và khi so sánh với quỹ đạo thiết kế sẽ biết được giếng bị lệch như
thế nào, từ đó sẽ chỉnh hướng theo đúng quỹ đạo thiết kế.

3.3 Lựa chọn bộ khoan cụ cho từng khoảng khoan.
Tùy theo từng điều kiện đặt ra mà ta có cấu trúc bộ dụng cụ đáy khác nhau, nhưng bất
kể một bộ dụng cụ đáy nào thì thông thường vẫn phải có cần nặng, định tâm và choòng
khoan. Hiện nay với công nghệ phát triển thì bộ dụng cụ đáy có cấu trúc phức tạp hơn, đáp
ứng nhu cầu cao hơn của con người về khoan: khoan đúng quỹ đạo, khoan nhanh, thời gian
hoàn thành giếng sớm để giải quyết bài toán về kinh tế hiện nay.
Vì hiện nay công nghệ khoan định hướng đã phát triển rất mạnh mẽ và phổ biến nên
bộ dụng cụ đáy thông thường có cấu tạo gồm cần nặng, định tâm và choòng khoan không
còn được sử dụng để khoan sâu nữa. Như đã nói, tùy theo yêu cầu đặt ra mà ta có cấu trúc
bộ dụng cụ đáy sẽ khác nhau. Cụ thể với giếng 09-2/09-KTN-5X như sau:

57