Tải bản đầy đủ
III.2 Hệ thống đối áp

III.2 Hệ thống đối áp

Tải bản đầy đủ

Hình 4.1 Vị trí đối áp trong hệ thống thiết bị
Trong công tác khoan và sửa giếng đối áp có các nhiệm vụ cụ thể sau:

- Đóng kín khoảng không vành xuyến giữa cần khoan và ống chống, treo bộ
-

cần khoan hoặc cắt nếu cần.
Kiểm soát chất lưu trong giếng
Nâng thả cần khoan trong khi khoan
Bơm tuần hoàn vào giếng và tuần hoàn chất lưu kick ra ngoài.

III.2.2 Phân loại đối áp.
Đối áp có thể được phân loại theo những tiêu chí sau.
- Theo hãng sản xuất : Camaron, Shaffer, Hydril, Rumania.
- Áp suất làm việc : từ 1000 psi đến 20000 psi
- Theo kích thước đường kính lỗ cho phép cần khoan đi qua. 7 1/16’’. 11’’. 13
5/8’’. 16 ¾’’ , 18 ¾’’ , 20 ¾’’ , ….
- Theo nguyên lý làm việc: Đối áp ngàm và đối áp vạn năng.
- Vị trí lắp đặt: đối áp trên bề mặt và đối áp lắp ngầm dưới biển.

III.2.3 Giới thiệu các loại đối áp
III.2.3.1 Đối áp vạn năng. ( Annualar BOP )
a) Giới thiệu chung
Đối áp vạn năng, đôi khi vẫn được gọi là túi chống phun hoặc là đối áp hình
cầu, là một thiết bị kiểm soát áp suất đầu giếng khá linh hoạt. Chúng được sử dụng
để đóng giếng khi không có cần khoan hoặc đóng giếng trong khi kéo cần. Hầu hết
các loại đối áp kiểu này sẽ đóng được giếng khoan khi có cần nặng, cần chủ đạo, cột
cần khoan, ống khai thác và trong trường hợp khẩn cấp khi giếng khoan không có

cần.
Hình 4.2 Cấu tạo của đối áp vạn năng
Cấu tạo của nó gồm có một má cao su làm kín, một piston, thân và đầu đối áp.
Khi chất lưu thủy lực được bơm vào buồng đóng nó sẽ ép má làm kín vào bên
trong. Má cao su phải đủ đàn hồi để phình ra và co lại sao cho phù hợp với kích
thước và hình dạng khác nhau của các loại cần. Khi có khí H 2S xuất hiện, nó sẽ làm
giảm độ bền và tuổi thọ của vành má làm kín. Trong các thao tác với đối áp vạn
năng, cố gắng làm giảm áp suất hoạt động càng tốt vì như vậy sẽ kéo dài tuổi thọ
của đối áp.
Có rất nhiều nhà sản xuất với nhiều model, ví dụ như, Hydril GL, GX và GK,
Camaron D và DL, Shaffer SLX, SL. Các hãng sản xuất này đều sản xuất các model
dạng cặp đôi khi mà không gian lắp đặt hạn chế hoặc là lắp đặt ở đáy biển.

Hình 4.3 Đối áp nghép đôi
Mỗi loại đều có những thuộc tính, áp suất hoạt động và hạn chế khác nhau.
Chính vì thế mà bộ điều khiển thủy lực phù hợp cho tất cả các loại đối áp vạn năng
và cho phép điều chỉnh áp suất hoạt động khi cần. Van điều chỉnh áp suất đóng sẽ
cho phép chất lưu thủy lực chảy theo cả 2 hướng. Đây là một đặc điểm rất quan
trọng cho phép kéo cần và các thao tác khác xuyên qua nó trong khi vẫn giữ được
độ kín khít của má cao su. Khi mà áp suất giếng quá cao hoặc sự làm kín không đảm
bảo thì áp suất giếng có thể xả thông qua bộ điều chỉnh thủy lực của đường đóng và
trở về với thùng tích áp. Một điều khá quan trọng là bộ làm kín phải được đóng với
áp suất vừa đủ để giữ được cần và sự làm kín cần thiết. Tuy nhiên, áp suất đó sẽ
không được quá chặt vì sẽ làm cho má cao su bị phồng ra, mất đi sự đàn hồi cần
thiết để làm kín trong lần hoạt động tiếp theo.

Hình 4.4 Má làm kín và segment

Segment thép được lắp bên ngoài má làm kín để ngăn không cho má làm kín
phình ra quá mức khi đóng giếng ở áp suất quá cao. Segment này sẽ co vào khi má
làm kín quay về vị trí mở.
Hầu hết các đối áp vạn năng được thiết kế với áp suất đóng là khoảng 1500 psi.
Một vài loại đối áp có áp suất làm việc của buồng hoạt động lên tới 3000 psi. Áp
suất nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo được sự làm kín cần khoan sẽ phụ thuộc vào nhiều
yếu tố, ví dụ như, đường kính ngoài của cần khoan, áp suất giếng, kích thước
giếng. Thông thường, kích thước giếng càng lớn và đường kính cần khoan càng nhỏ
thì áp suất đóng càng lớn để đảm bảo sự làm kín. Các hãng chế tạo thường có qui
định áp suất đóng cụ thể cho mỗi model.
b) Nguyên lý hoạt động.
Khi cần đóng giếng, ta bơm dầu thủy lực vào cổng đóng. Dầu sẽ đẩy piston đi
lên. Piston sẽ đội má cao su làm kín ép vào cần khoan, đóng kín giếng khoan.
Khi cần mở giếng thì ta làm ngược lại. Xả dầu thủy lực qua lỗ mở để vào
khoang mở. Dầu sẽ đẩy piston đi xuống, làm cho má ngàm mở ra, giải phóng cột
cần khoan.
Hình 4.5 Trạng thái đóng của đối áp vạn năng
Như vậy, sự đóng mở của đối áp là do chuyển động lên hoặc xuống của piston,
làm cho má cao su đóng hoặc mở cần khoan. Trên mỗi đối áp vạn năng có 2 cổng
để nối với đường thủy lực tới cụm điều khiển.

Hình 4.6 Các đường đóng và mở đối áp
• Qui trình kéo chậm cần khoan

Kéo cần khoan trong khi đóng giếng là một điều không mong muốn vì nó sẽ
làm mài mòn bộ phận làm kín và ảnh hưởng tới tuổi thọ của nó. Nhưng khi bắt buộc
phải kéo cần, chúng ta cần cẩn thận để giảm thiểu tối đa sự mài mòn. Nhằm kéo dài
tuổi thọ của nó, cần tuân thủ qui trình kéo cần theo các bước như sau :

- Đóng đối áp vạn năng với áp suất 1500 psi
- Trước khi đóng, giảm nhẹ áp suất tới một giá trị thích hợp mà tạo ra một
-

khe hở không đáng kể.
Nếu điều kiện cho phép, thực hiện kéo cần qua khe hở đấy để bôi trơn và
ngăn chặn sự tăng nhanh nhiệt độ trong bộ làm kín. Khi má cao su bị
mòn, cần tăng áp suất đóng lên để đảm bảo khe hở không quá lớn.

Hình 4.7 Kéo cần khoan qua đối áp
Một điều cần tránh trong khi kéo cần là không được đóng với áp suất cao vì
điều đó sẽ làm má cao su nhanh bị mài mòn. Mặc dù bộ điều khiển thủy lực sẽ duy
trì áp suất đóng không đổi nhưng thao tác của bộ điều khiển cần làm chậm và đòi
hỏi sư trập trung cao độ. Các đoạn nối cần phải được kéo chậm khi qua đối áp để
đảm bảo bộ điều khiển có đủ thời gian thay đổi và tránh sự mài mòn bộ làm kín.

a,

b,
Hình 4.8 Các loại bộ làm kín

c,

( a )Natural rubber. Bộ làm kín bằng cao su tự nhiên. Nó có thể hoạt động trong
0
0
điều kiện nhiệt độ từ -30 F tới 225 F. nó sử dụng phù hợp với dung dịch khoan có
nước.
( b ) Neoprene rubber .Dùng trong trường hợp khi khoan với dung dịch gốc dầu
0
0
và điều kiện nhiệt độ thấp từ -30 F đến 170 F. Nó thì bị ảnh hưởng rất lớn trong
điều kiện nhiệt độ cao.
( c ) Nitrile rubber. Đây là một loại cao su tổng hợp. Nhiệt độ hoạt động phù hợp
0
0
từ 20 F tới 190 F. Phù hợp với dung dịch gốc dầu hoặc dung dịch khoan có thêm
dầu.
III.2.3.2 Đối áp ngàm (ram BOP)
a) Giới thiệu chung.
Đối áp ngàm là loại đối áp thiết yếu nhất trong công tác khoan. Hầu hết các đối
áp ngàm đều đóng ở áp suất 1500 psi và hầu như không thay đổi ngoại trừ trong
trường hợp đặc biệt hoặc là do thay đổi loại ngàm. Đối áp ngàm được chế tạo với
kích thước đa dạng và dải áp suất hoạt động tương đối rộng. Loại đối áp ngàm đơn
giản nhất có thể có một cần trơn được điều khiển bằng tay để khóa ngàm vào bên
trong, xung quanh cột cần khoan. Loại phức tạp có thể có nhiều đối áp được xếp
chồng trên cùng một thân và được điều khiển từ xa bằng thủy lực. Ngàm được khóa
vào cột cần khoan là do lực ép từ piston truyền vào. Một vài loại ngàm thì dùng tay
để đóng, nhưng đa số bộ ngàm sẽ được đóng bằng thủy lực. Khi hệ thống thủy lực
hỏng thì có thể đóng bằng tay (sử dụng dụng cụ kiểu bánh xe để khóa ngàm). Hầu
hết đối áp ngàm được thiết kế để làm kín giếng (đóng giếng) theo 1 hướng duy nhất,
từ dưới lên. Do đó, ngàm sẽ không đóng giếng nếu như nó bị lắp ngược từ trên
xuống dưới, đòi hỏi khi lắp đặt phải chú ý đến vị trí của ngàm đã đúng hay chưa.

Hình 4.9 Cấu tạo của đối áp ngàm
6. Piston
11. Cupen cao su

1. Thân
2. Đệm cao su

7. Ty

12. Đệm thay

3. Vít

8. Ống gom

13. Thân chấu

4. Nắp xả

9. Ống dẫn

14. Vít cố định

5. Xilanh thủy lực

10. Ống hơi

b) Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của đối áp ngàm hoàn toàn tương tự như đối áp vạn năng,
đều là do sự dịch chuyển của piston để đẩy các má làm kín ôm vào cần khoan.
Tương tự như đối áp vạn năng, trên đối áp ngàm cũng có 2 cổng thủy lực (nối với
các đường dẫn thủy lực tới hệ thống điều khiển).

Hình 4.10 Hoạt động (đóng và mở) của ngàm

III.2.3.3 Đối áp ôm cần (pipe ram).
Đối áp ôm cần dùng để đóng giếng khi có cần khoan bên trong. Khi đóng các
má của đối áp sẽ ôm lấy cột cần khoan và bịt kín khoảng không vành xuyến. Hầu
hết ngàm đều có rãnh dẫn tới tâm của cần khoan. Đặc biệt phải chú ý khi đóng
ngàm gần đoạn đầu nối trong khi khoan vì đầu nối có đường kính lớn hơn. Khi đóng
tại những điểm như vậy có thể gây phá hủy ngàm. Khi thử đối áp ôm cần, cần phải
có loại cần có kích thước phù hợp. Ngoài ra, nó cũng sẽ không được đóng khi trong
giếng không có cần khoan vì cũng có thể dẫn tới sự phá hủy má ngàm. Cần khoan
hoặc ống khai thác có thể di chuyển bên trong ngàm. Do đó, để giảm sự mài mòn
cho má ngàm. Áp suất đóng sẽ giảm xuống tới 200 đến 300 psi. Sự di chuyển của
cột cần trong ngàm cần hạn chế tối đa. Đặc biệt là sự đổi hướng đột ngột hướng
chuyển động.

Hình 4.11 Khối ngàm ôm cần của Shaffer
III.2.3.4 Đối áp cắt cần (shear ram )
Đối áp ngàm cắt cần là một dạng đặc biệt của của đối áp ngàm. Thay vì má ôm
cần, nó được trang bị một lưỡi cắt, dùng để cắt cần khoan, cần nặng, cần chủ đạo.
Áp suất cắt cần thường cao hơn và còn phụ thuộc vào loại ống trong giếng và loại
lưỡi cắt.

Hình 4.12 Ngàm cắt cần khoan
III.2.3.5 Đối áp bịt giếng khoan (blind ram)
Đây là một dạng đăc biệt của đối áp ngàm. Nó dùng để đóng giếng khoan khi
không có cần khoan. Bộ phận làm kín của loại này tương đối lớn.

Hình 4.13 Ngàm bịt giếng khoan
III.2.3.6 Đối áp ôm cần vạn năng (multi –rams)
Đối áp loại loại này có khả năng đóng giếng với cần khoan có nhiều đường kính
khác nhau. Một loại đối áp dạng này có khả năng ôm cần khoan có đường kính

ngoài từ 3 ½’’ tới 5’’. Nó sử dụng vai đỡ và các vít định vị như các loại ngàm khác.
Nhưng nó lắp một bộ làm kín đặc biệt. Khi ngàm đóng cần khoan, bộ segment thép
lắp trong khối ngàm sẽ di chuyển vào trong theo bán kính và làm giảm kích thước
lỗ khoan đến khi đóng vào cần khoan. Cơ cấu segment này tương tự như trong đối
áp vạn năng. Với loại đối áp này thì sẽ không cần thiết phải thay đổi đối áp khi thay
đổi đường kính cần khoan.

Hình 4.14 Đường kính ôm cần

Hình 4.15 Cấu tạo bộ ngàm vạn năng
III.2.3.7 Đối áp xoay (rotating BOPs )
Đây là loại đối áp có khả năng làm kín giếng khoan trong khi khoan, nghĩa là
nó sẽ quay cùng cần nặng hoặc cần khoan. Và nó thường được lắp trên các đối áp
khác. Nó dùng trong trường hợp khoan ở những vùng dễ bị kick hoặc phun trào,
khoan dưới cân bằng, khoan với tuần hoàn ngược và tuần hoàn với khí. Nó cho
phép khoan khi áp suất lỗ khoan lên tới 500 đến 700 psi. Trong khi khoan, đĩa cao
su bao quanh ống (stripper rubber) sẽ quay cùng cột cần khoan. Trong khi kéo cần
lên hoặc hạ cần xuống, đĩa cao su sẽ mở rộng cho phép các đầu nối cần khoan có

thể xuyên qua mà vẫn đảm bảo độ kín.
III.3.8 Cụm đối áp lắp dưới biển ( subsea BOP stack )
Hệ thống đối áp dưới biển thì đắt hơn, to lớn hơn, phức tạp hơn. Để điều khiển
nó cần một hệ thống điều khiển từ xa. Thời gian để đóng đối áp cũng sẽ lâu hơn.
Với đối áp ngàm là 30 đến 40 s, còn đối áp vạn năng là từ 45 đến 60s. Khoảng thời
gian này lâu hơn tiêu chuẩn của viện dầu khí mỹ.

Hình 4.16 Đối áp xoay