Chương 1. Giới thiệu chung về tổ hợp Thiết bị khoan Dầu khí ppt

NỘI DUNG MÔN HỌC
1. Giới thiệu chung về tổ hợp Thiết bị khoan Dầu khí
2. Cơ cấu dẫn động Thiết bị khoan
3. Cơ cấu nâng thả
4. Máy bơm khoan
5. Bàn Roto
6. Topdriver
7. Đối áp
8. Cột cần khoan
9. Dụng cụ đáy
Giếng khoan: Giếng khoan là công trình hình trụ cắm sâu vào
lòng đất, có kích thước thiết diện rất nhỏ so với chiều dài của nó. Phần
trên cùng được gọi là miệng giếng. Phần dưới cùng được gọi là đáy
giếng. Trong quá trình hình thành giếng khoan đất đá bị phá huỷ và đưa
lên mặt đất do sự tuần hoàn liên tục của dòng nước rửa.
Trong công tác khoan phá toàn đáy: toàn bộ đất đá ở đáy giếng
khoan bị phá huỷ và đưa lên mặt.
Trong công tác khoan lấy mẫu: chỉ một phần đất đá ở thành
giếng khoan bị phá huỷ thành hình vành khăn, còn lõi đá ở giữa được lấy
lên nguyên dạng gọi là lõi mẫu để nghiên cứu cấu trúc địa chất và thành
phần thạch học của vỉa.
Phân loại giếng khoan dầu khí: Căn cứ vào chức năng của
giếng mà người ta chia ra:
Giếng tìm kiếm cấu tạo: Để nghiên cứu kiến tạo, địa tầng, thạch
học cũng như độ chứa sản phẩm của một tầng.
Giếng chuẩn: Để nghiên cứu điều kiện địa chất và phương hướng
tìm kiếm dầu khí ở những vùng chưa nghiên cứu kỹ.
Giếng thăm dò: Để nghiên cứu tầng sản phẩm cũng như giá trị
công nghiệp của chúng và khoanh danh giới giữa các tầng dầu, khí, nước
ở các vỉa khai thác.
Giếng khai thác: Để khai thác dầu, khí.

Giếng bơm ép: Để bơm nước, khí hoặc không khí xuống vỉa
nhằm duy trì áp lực vỉa với mục đích kéo dài thời gian khai thác bằng
phương pháp tự phun.
Giếng bổ xung: Để đánh giá khả năng tích tụ của tầng khai thác
mà trước kia đã khoan lấy mẫu nhưng chưa đạt yêu cầu.
Phương pháp khoan trong khoan dầu khí: Trong công tác
khoan thăm dò, tìm kiếm và khai thác dầu khí chủ yếu dùng
phương pháp khoan xoay. Căn cứ vào vị trí đặt động cơ mà người
ta chia phương pháp khoan xoay thành:
Phương pháp khoan Rôto: Động cơ đặt trên mặt và truyền
chuyển động quay cho choòng khoan thông qua cột cần khoan.
Phương pháp khoan bằng động cơ đáy: Động cơ đặt chìm
trong giếng khoan, bên trên choòng khoan và truyền chuyển động
quay trực tiếp cho choòng. Động cơ chìm có thể là tuốc bin khoan
hoặc động cơ điện.
Quá trình khoan: Quá trình khoan bao gồm:
Công tác kéo thả: Công tác thả bộ dụng cụ khoan để khoan
và kéo chúng lên khi choòng đã bị mài mòn.
Công tác khoan thuần tuý: Quá trình choòng phá huỷ đất đá
ở đáy giếng khoan.
Công tác gia cố thành giếng khoan: Gồm công tác chống
ống và trám xi măng nhằm mục đích giữ cho thành giếng khoan
không bị sập nở và cách ly các vỉa chứa chất lưu khác nhau.
Ngoài ra trong quá trình khoan còn tiến hành một số công
tác khác như thử vỉa, đo karota, đo độ cong xiên của giếng Nếu
trong quá trình khoan gặp sự cố phải tiến hành các biện pháp cứu
chữa sự cố.
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TỔ HỢP THIẾT BỊ KHOAN DÂU KHÍ
1.1. Điều kiện thi công xây dựng các giếng khoan dầu khí

Một trong những đặc thù cơ bản của giếng khoan dầu khí là có chiều
sâu lớn (1.500  10.000m) và có đường kính giếng nhỏ (168  700mm).
Chu trình thi công xây dựng khoan gồm các bước sau:
- Xác định vị trí, chuẩn bị mặt bằng;
- Tiến hành công tác xây lắp thiết bị (kiểm tra, chạy thử…);
- Quá trình thi công giếng (khoan mở lỗ, khoan doa…);
- Điều chế dung dịch khoan, gia công hóa học và làm sạch dung dịch;
- Công tác chống ống và trám xi măng ống chống;
- Công tác địa vật lý giếng khoan;
- Xử lý các sự cố trong quá trình thi công;
- Công tác thử vỉa và đưa giếng vào khai thác;
-
Tháo
dỡ
thiết
bị
và
di
chuyển
.
1.2. Quy trình khoan – chức năng các bộ phận của tổ hợp thiết bị khoan
1.2.1. Đặc điểm của quá trình khoan
Trong công tác khoan, chủ yếu dùng phương pháp cơ học để phá hủy
đất đá. căn cứ vào nguyên lý phá hủy đất đá, ta chia ra:
- Phương pháp khoan đập;
- Phương pháp xoay đập;
- Phương pháp xoay;
- Phương pháp nổ.
Khi đất đá bị phá hủy tạo thành lớp mùn khoan trên đáy lỗ khoan. việc
đưa mùn khoan lên mặt đất được thực hiện bằng một số biện pháp sau:

- Cơ học: sử dụng guồng xoắn, ống múc…;
- Thủy lực: dùng nước rửa, dung dịch khoan… để rửa giếng;
- Khí nén: thổi khí xuống đáy để làm sạch mùn khoan.
1.2.2. Quá trình phá hủy đất đá
Để phá hủy được đất đá, ta phải tạo được m
q
với tốc độ n và tải trọng
lên đáy p.
Mômen được truyền từ động cơ dẫn động qua bàn rôto đến cần vuông
 cột cần  choòng khoan. như vậy, quá trình truyền mômen từ động cơ dẫn
động đến dụng cụ phá hủy đất đá là nhờ rôto.
Ngoài ra, người ta còn sử dụng động cơ đáy để truyền chuyển động
trực tiếp cho choòng.
Tùy theo động cơ sử dụng, người ta chia ra:
- Khoan turbin;
- Khoan bằng động cơ trục vít;
- Khoan bằng động cơ điện.
Trong đó, khoan turbin và khoan bằng động cơ trục vít sử dụng chất
lỏng để làm việc.
Hiện nay, trong công nghiệp dầu khí thì phương pháp khoan xoay được
sử dụng hiệu quả với thiết bị đầu quay di động Topdriver
1.2.3. Quy trình khoan
Trong quá trình khoan, ta phải tạo ra lực cần thiết để phá hủy đất đá và
vận chuyển mùn khoan lên, tạo thành lỗ khoan. có thể chia quy trình khoan như
sau:
- Khoan thuần túy (tạo lỗ khoan) bằng cách:
+ truyền m
q
từ động cơ xuống dụng cụ phá hủy để phá hủy đất đá.
+ tạo áp lực cần thiết trên thành lỗ khoan (để tránh hiện tượng sập lở và

các sự cố khi khoan…)
+ tạo lưu lượng Q cần thiết để đưa mùn khoan lên bề mặt.
- Nâng thả bộ dụng cụ khoan để thay thế dụng cụ phá hủy, nối cần
khoan…
- Chống ống để ngăn cách đất đá với lỗ khoan;
- Gia công, điều chế và làm sạch dung dịch khaon (máng lắng…)
- Ngoài ra còn có các quy trình phụ trợ khác:
+ thử vỉa;
+ đo độ cong thành giếng, đo nhiệt độ và áp suất;
+ xây lắp thiết bị.
Để hoàn thành được quy trình đó, cần có một tổ hợp thiết bị khoan bao
gồm:
- Thiết bị phục vụ công tác nâng, thả (tời, bộ hãm, hệ ròng rọc, tháp);
- Thiết bị để quay bộ dụng cụ khoan (bàn rôto, đầu sannhích, động cơ
đáy);
- Thiết bị và dụng cụ làm sạch đáy giếng (máy bơm, bình điều hòa, hệ
thống ống dẫn, thiết bị làm sạch dung dịch khoan);
- Thiết bị dưới đáy: choòng khoan, cần khoan, đầu nối cần;
- Thiết bị phụ trợ: máy nén khí và hệ thống cung cấp khí nén, các máy
bơm phụ, máy cẩu để phục vụ việc vận chuyển, lắp ráp các thiết bị và chi tiết
cần thiết khác;
- Thiết bị để bịt kín miệng giếng: đầu bịt cần, hệ thống các van đối áp;
- Thiết bị dùng cho cơ cấu chuyển động: hộp tốc độ, hộp giảm tốc, các
loại li hợp, trục các đăng, các loại bánh răng, bánh xích…
Sơ đồ bố trí tổ hợp thiết bị khoan
1. Bàn roto
2. Tời khoan
3. Giá dựng cần
4. Sàn chạy cần
5. Giá chạy cần khoan

6. Hộp tốc độ
7. Cụm truyền động
8. Động cơ dẫn động
9. Máy bơm khoan
10. Khung nền tháp
Sơ đồ Tổ hợp Thiết bị Khoan Dầu khí
CHƯƠNG 2
CƠ CẤU DẪN ĐỘNG THIẾT BỊ KHOAN
2.1. Khái niệm chung và yêu cầu kỹ thuật
2.1.1. Khái niệm chung
Cơ cấu dẫn động thiết bị khoan là một bộ phận có nhiệm vụ truyền
chuyển động từ động cơ đến máy công tác, điều chỉnh chế độ làm việc và
bảo vệ máy công tác
Trong công tác khoan, máy công tác là tời, máy bơm, rôto.
2.1.2. Yêu cầu kỹ thuật
Cơ cấu dẫn độngphải thỏa mãn một số yêu cầu sau:
- Công suất của các máy công tác phải đáp ứng được điều kiện làm
việc của chúng.
- Phải kinh tế trogn sử dụng và làm việc với độ tin cậy cao.
- Phải đảm bảo được độ mềm đặc tính của cơ câú dẫn động và được
đánh giá qua hai thông số sau:
+ Hệ số thích ứng (đối với động cơ điezen) hoặc độ bội của mômen
(đối với động cơ điện):
+ Khoảng điều chỉnh tốc độ:
min
max
M
M
K 
min

max
n
n
R 
Loại động cơ K R
Động cơ đốt trong n ≤ 700 vòng/phút 1,1  1,15 1,5  2,0
Động cơ đốt trong n = 1200  5000 vòng /phút 1,0  1,1 1,3  1,8
Động cơ không đồng bộ 1,7  1,9 1,0
Động cơ đồng bộ 1,65 1,0
Turbin khí 1,8  3,0 1,5  2,0
- Đối với cơ cấu nâng: ta tính đến tỉ số:
- Đối với máy bơm: ta tính đến tỉ số:
- Đối với cơ cấu rôto: ta tính đến tỉ số:
tthu
n
N
N
truc
tlùc
N
N
dmuc
truyen
M
M
2.2. Sơ đồ bố trí động cơ dẫn động
Cơ sở để lập sơ đồ bố trí động cơ dẫn động dựa vào 2 yếu tố:
- Công suất của bộ truyền
- Vận tốc của bộ truyền
2.2.1. Động cơ điện

a) Đối với thiết bị khoan được dẫn động bằng đọng cơ điện dựa vào công
suất của bộ truyền, chúng ta có 3 cách bố trí sau:
- Trường hợp công suất của động cơ n nhỏ hơn công suất cho phép
của bộ truyền n , [n]
bt
ta thường bố trí các động cơ ở đầu trục và nó truyền
chuyển động đến máy công tác qua trục truyền chung.
- Trường hợp công suất của động cơ n > [n]
bt
công suất cho phép
của bộ truyền
- trong trường hợp dùng 2 động cơ mà công suất vẫn chưa đủ thì ta
phải lắp thêm động cơ thứ ba và trong trường này, động cơ thứ ba được nối
ra
trục
truyền
chung
qua
mạch
riêng
.
b) Đối với thiết bị khoan dẫn động bằng động cơ điện, dựa vào tốc độ làm
việc của máy công tác, ta có thể lắp thêm hộp giảm tốc nếu tốc độ của động
cơ lớn hơn tốc độ của bộ truyền cho phép (n
đc
> [n]
bt
)
* Chú ý:
- Đối với thiết bị khoan dùng để khoan những giếng có chiều sâu

nhỏ có thể dùng thêm bộ truyền chuyển động kiểu máy điện để dẫn động tời
và máy bơm. trong trường hợp này có thể dùng động cơ điện 1 chiều ghép
đồng trục để dẫn động tời và một động cơ để dẫn động máy bơm.
- Đối với loại động cơ điện có công suất lớn, do khối lượng của
bánh đà lớn nên khi khởi động tiêu thụ 1 dòng điện lớn và sinh ra tải trọng
động. vì vậy trong trường hợp này, giữa động cơ và trục truyền cần lắp thêm
các li hợp.
2.2.2. Động cơ điêzen
Đối với thiết bị khoan được dẫn động bằng động cơ điêzen thì cách
bố trí chùng phụ thuộc vào số lượng động cơ, công suất máy công tác. thông
thường, người ta dùng sơ đồ 2 – 3 động cơ và sơ đồ 4 hoặc lớn hơn 4 động
cơ. trogn cả hai trường hợp, trục của bộ truyền luôn song song với trục của
tời.