Bài giảng khoan dầu khí tập 2 part 10 pdf

274
luồng đạn, trong đó đặt các kíp nổ, thuốc nổ, đầu đạn. Dụng cụ đục lỗ bằng
đầu đạn có thể chia thành hai loại:
Loại bắn đồng thời ( không tự động).
Loại bắn thứ tự (tự động)
*) Dụng cụ đục lỗ bằng đầu đạn bắn đồng thời
Trong loại này các đầu đạn đợc bắn đi từ
thân của bộ dụng cụ vào vỉa hầu nh xảy ra cùng
một lúc. Bộ dụng cụ này bao gồm từ 10 15
khối hình trụ và nối với nhau bằng ren. Một khối
hình trụ là một buồng đạn (hình b). Bao gồm
buồng cháy đợc lắp ở phía trên của bộ dụng cụ
và đợc truyền xuống các buồng đạn qua các
ống dẫn lửa 5, buồng cháy 1, làm đầu đạn 2 bắn đi và lửa lại đợc truyền
xuống ống dẫn lửa 5 truyền xuống buồng đạn tiếp theo.
Thời gian nổ của tất cả đầu đạn xảy ra rất nhanh, ngời ta xem nh nó
nổ đồng thời.
Dụng cụ đục lỗ loại này có cấu trúc đơn giản nhng có nhợc điểm là
tất cả đầu đạn cùng nổ đồng thơì nên ảnh hởng lớn đến độ bền của ống
chống cũng nh vòng đá xi măng.
*) Dụng cụ đục lỗ bằng đầu đạn bắn theo thứ tự
điều khiển.
Loại dụng cụ này các đầu đạn đợc bắn đi theo
thứ tự điều khiển từ trên mặt nên tránh đợc các
nhợc điểm của dụng cụ trớc.
Để điều khiển nổ, mỗi buồng đạn đợc lắp một
dây cháy chậm và chỉ nổ khi đợc đấu vào mạch điện
nhờ một bộ phân bố điện lắp ở phía trên bộ dụng cụ và
điều khiển từ trên mặt.
Loại dụng cụ đục lỗ bắn theo thứ tự điều khiển M - 1 của Rumania bao

gồm: một ống hình trụ, trong đó lắp các thành phần nổ theo hình sau đây
(hình c).
1

4


2

3
5

5

Hình b

1
3

2

4

Hình c

1-dây cháy chậm
2- ống thép
3- đầu đạn
4- Buồng nổ

5
-

Nutds cao su


275
Hiệu quả của dụng cụ đục lỗ bằng đầu đạn thờng không đạt yêu cầu,.
vì khi đập vào ống chống năng lợng của đạn bị giảm đi rất nhanh.
b) Dụng cụ đục lỗ bằng luồng khí nổ tập trung.(hình d)
Hiện nay ngời ta đã sử dụng rộng rãi các
dụng vụ đục lỗ không có đầu đạn. Trong trờng
hợp này ống chốngbị đục thủng không phải là đầu
đạn mà bằng một luồng khí nổ tập trung hình
thành khi nổ các khối thuốc nổ định hớng.
Ngời ta đặt vào dụng cụ đục lỗ các khối
thuốc nổ có một chỗ lõm ở phía đối diện với kíp
nổ. Khi hiện tợng nổ xẩy ra sẽ hình thành một
luồng khí định hớng, có sức đâm xuyên rất lớn.
Dùng phơng pháp đục lỗ không có đầu đạn, có thể đục lỗ mà không
làm h hỏng cột ống chống và vành đá ximăng. Ngoài ra, phơng pháp này
bảo đảm mở vỉa một cách chắc chắn và làm tăng độ thấm của đất đá do hình
thành các kẽ nứt sâu hơn so với khi đục bằng đầu đạn.
c) Đục lỗ bằng phơng pháp thuỷ lực.
Để nâng cao chất lợng của khu vực đáy lỗ khoan, gần đây ngời ta đã
sử dụng rộng rãi một phơng pháp mở vỉa mới đó là phơng pháp thuỷ lực.
Dùng ống dẫn khí ép để thả xuống lỗ khoan một bộ phận phun nớc gồm có
lỗ phun. Khi bơm chất lỏng và cát vào ống dẫn với áp suất cao, chúng sẽ bắn
ra khỏi lỗ khoan với tốc độ rất lớn và cát sẽ làm thủng ống chống, xi măng
cũng nh đất đá trên thành lỗ khoan.

Phơng pháp đục lỗ bằng thuỷ lực cát có nhiều u điểm hơn các
phơng pháp khác, ống chống và vành đá ximăng không bị nứt khi đục lỗ, có
thể điều chỉnh đờng kính và độ sâu các lỗ, có thể đục lỗ nằm ngang hoặc
thẳng đứng. Nhợc điểm của phơng pháp này la giá thành cao, thiết bị mặt
cồng kềnh.
- Khi đục lỗ ống chống ngời ta phải lắp trên miệng lỗ khoan cácthiết
bị đối áp cho phép đóng kín lỗ khoan khi có xuất hiện dầu khi sau khi bắn.
1
2
3
Hình d

1- Buồng nổ
2- chỗ lõm
3- luồng khí định hớng



276
- Trong quá trình đục lỗ giếng khoan luôn luôn để đầy dung dịch để tạo
đối áp lên vỉa.
- Trong mỗi trờng hợp tuỳ theo tính chất tích tụ của vỉa, cấu trúc của
giếng khoan, nhiệt độ và áp suất trong vùng mà chọn loại dụng cụ đục lỗ và
mật độ đục lỗ ( số lỗ đục trên 1 m) cho thích hợp.


277

chơng 11
Khoan biển

Trong những năm gần đây lợng dầu thế giới khai thác ở các mỏ nằm
dới biển càng ngày càng tăng. Chiếm khoảng hơn 25% tổng sản lợng toàn
phần hàng năm. Cho đến nay đã có trên 75 nớc có hoạt động tìm kiếm thăm
dò và khai thác các mỏ dầu nằm dới biển.
Trong nhiều năm tới hớng khoan biển sẽ càng ngày càng phát triển.
Cấu trúc của bè khoan, thiết bị khoan, kỹ thuật và công nghệ khoan càng ngày
càng đợc cải tiến và hiện đại hoá.
Do các chỉ tiêu phụ cho công tác thiết kế chế taọ các giàn khoan biển,
điều kiện tự nhiên ở trên biển rất khắc nghiệt (gió, bão, sóng, dòng nớc biển,
chiều sâu của nớc, ăn mòn thiết bị của môi trờng nớc biển). Giàn khoan ở
xa đất liền, do đó công tác vận chuyển vật liệu thiết bị, con ngời v.v gặp
nhiều khó khăn. Do đó giá thành của khoan biển đắt hơn rất nhiều so với
khoan ở trên cạn. Với mét khoan bằng nhau ở lòng đất giá thành khoan biển
sẽ tăng lên theo chiều sâu của mực nớc biển . Dó đó tiêu phí cho quá trình
khoan biển rất lớn. Nhng ngợc lại tiêu phí cho quá trình khai thác lại rất
thấp. Vì vậy giá thành một tấn dầu lấy ở biển sẽ rẻ hơn ở đất liền. Đa đến lợi
nhuận kinh tế khai thác ở biển vẫn rất cao.
Các giếng khoan thăm dò hoặc khai thác thờng nằm ở khoảng chiều
sâu mực nớc dới 400m.
ở các lớp nớc sâu, để tiến hành các công tác lắp ráp, kiểm tra, sửa
chữa các thiết bị đặt ngầm dới biển, hiện giờ ngời ta sử dụng vô tuyến điều
khiển và thợ lặn. Vì điều kiện làm việc của công nhân lặn gặp nhiều khó khăn
nhất là ở độ sâu của nớc rất lớn. Vì vậy gần đây ngời ta đã chế tạo ra đợc
các ngời máy làm việc dới biển có thể đến độ sau 1000m nh Telenaute(
Pháp ) Aute(Mỹ) Mobot


278
11.1. Dàn khoan biển.

ở khoan biển, thiết bị phụ trợ, chỗ ở và làm việc sinh hoạt của cán bộ
công nhân đều đặt trên dàn bè khoan biển có cấu trúc đặc biệt.
Các dàn khoan biển có thể chia thành năm loại chính sau đây:
- Dàn cố định
- Dàn khoan chìm.
- Dàn tự nâng .
- Dàn tự nâng.
- Dàn nổi.
- Dàn bán chìm.
1) Dàn cố định đợc giữ bằng 4 chân bằng kim loại hay bằng betông và
đợc đóng xuống đáy biển. Loại dàn bè này đợc sử dụng ở độ sâu mực nớc
biển (khoảng 60- 90 m ). Lắp ráp loại dàn bè này khó khăn và tốn kém (h.a).
2) Dàn chìm:
Loại dàn này có 4 đến 8 chân, nổi đờng thẳng đứng, hình trụ, không
đổ nớc vào bên trong chúng trong thời gian di chuyển, bảo đảm cho bàn nổi
để móc chúng vào tàu để kéo chúng đi . Trong thời gian làm việc ngời ta
bơm đầy nớc vào các chân. Và dàn từ từ chìm xuống đáy ở vị trí làm việc.
Loại dàn này sử dụng hạn chế vì làm việc kém ổn định và giới hạn ở độ sâu
mực nớc biển khoảng 40 - 60 m. (h.b)
Dàn tự nâng đợc lắp từ 3 đến 5 hay nhiều các chân tự nâng, các chân
này đợc điều khiển bằng thuỷ lực hoặc bằng điện.
Trong thời gian di chuyển dàn ở t thế nổi, và chân ở vị trí nâng lên. Để
cắm nó xuống đáy biển ở vị trí làm việc, chỉ việc hạ các chân xuống và cắm
nó xuống đáy biển, và dàn sẽ nâng lên khoảng 12 20 m trên mực nớc.
Loại dàn này có thể sử dụng ở chiều sâu của mực nớc biển đến 90
100m. Hiện nay dàn tự nâng là loại đợc dùng phổ biến nhất trên thế giới.
Loại dàn này làm việc ổn định. Chân của nó cắm sâu vào đáy biển khoảng 10
15 m. Vì vậy cho phép nó làm việc trong những điều kiện thời tiết xấu. Cho
phép nâng dàn cao hơn trong trờng hợp sóng biển dữ, giá thành rẻ hơn các
loại dàn khác.

279
Dàn tự nâng có 3 u điểm chính
a) Vận chuyển và lắp ráp nhẹ nhàng.
b). Cắm vững chắc trên đáy biển.
c) . Dàn có khả năng tự nâng lên độ cao cần thiết để chống sóng lớn.
3. Dàn nổi - tàu khoan.
Là những chiếc tàu có cấu trúc đặc biệt với kích thớc 100 110m
chiều dài và 20 25 m chiều rộng. Trọng lợng 10.000 - 12.000 tấn. Nó có
thể tự dy chuyể n hay nhờ các tàu khác móc vào để kéo. Trên tàu có lắp tất cả
các thiết bị khoan phụ trợ, chỗ ở làm việc của cán bộ công nhân. Loại dàn này
cũng đợc sử dụng rộng rãi và dùng để khoan ở vùng biển có chiều sâu mực
nớc lớn. Di chuyển nhanh và dễ dàng. Nhng rẩt dễ nhạy cảm với sóng và
gió, do đó thời gian chết không làm việc nhiều.
4. Dàn khoan nửa chìm.
Dàn khoan này đợc sử dụng phổ biến hơn so với các loại tàu khoan
vào khoan ở chiều sâu có mực nớc biển lớn.
Trên dàn khoan này có thể lấp tất cả các thiết bị khoan, thiết bị phụ trợ
cũng nh chỗ ở của các cán bộ công nhân khoan. Dàn khoan đợc giữ bởi một
bộ chân nổi, bao gồm các chân nổi hình trụ thẳng đứng(với đờng kính 7
11m và chiều cao từ 30 35m). Việc liên kết bên dới bằng nhiều các ống nối
nằm ngang hình trụ với đờng kính từ 5 7 m. Trong thời gian dy chuyển bộ
chân nổi này nổi lên cách mặt nớc khoảng (6- 8 m). Trong thời gian làm
việc, ngời ta bơm vào bên trong bộ chân nổi này đầy nớc và chân nổi này bị
chìm xuống cách mặt nớc khoảng 15 25 m. Vì vậy tăng độ ổn định dới
tác dụng của sóng và gió. Chiều cao của chân so với mặt nớc biển có thể lên
tới 15 18 m. Dàn khoan đợc giữ ở vị trí làm việc nhờ các bộ phận dây
chằng đợc neo với đáy biển. Loại dàn nửa chìm hiện đại có thể tự di động -
với công suất khoảng 5000 6500 mã lực và có thể làm việc ở chiều sâu của
mặt mực nớc từ 200 400m. Dàn có chiều dài khoảng 80100 m, chiều rộng

từ 60 - 70 m, và có thể chịu đợc trọng lợng thiết bị từ 2000 - 2500 tấn.


280
11.2 - Thiết bị khoan .
ở các dàn khoan đứng yên, thiết bị khoan đợc lắp trên dàn khoan sau
khi dàn khoan đã dựng ở vị trí làm việc và đợc tháo dỡ sau khi kết thúc quá
trình khoan. Trong khi đó các dàn khoan di động, thiết bị khoan đợc lắp vĩnh
viễn trên dàn khoan, và đợc di chuyển đồng thời với dàn khoan từ địa điểm
khoan này đến địa điểm khoan khác.
Trong cả hai trờng hợp trên, thiết bị khoan đợc lắp vẫn là loại bình
thờng chạy bằng tổ hợp máy: Điêzen - Điện và có công suất của thiết bị lớn
(4000 - 6000 ml) và cho phép khoan đến chiều sâu (6000 - 7000m).Giá thành
của thiết bị chiếm khoảng 20 - 30% giá thành của toàn bộ dàn khoan.
11.3. Các thiết bị lắp ráp ở miệng lỗ khoan.
Các thiết bị lắp ráp ở phần trên của giếng khoan biển bao gồm :
- Đầu ống chống (đầu bít ).
- Cột ống bao (cột ống này đợc chống qua phần nớc biển).
- Thiết bị chống phun (đối áp preventor).
Cấu trúc và phơng pháp lắp ráp, vận hành chúng phụ thuộc vào chiều
sâu của mực nớc và từng loại dàn khoan biển .
Thông thờng có 2 phơng pháp lắp ráp đầu ống chống và thiết bị đối
áp chống phun(preventor)
1. Đầu ống chống và thiết bị đối áp (preventor) thông thờng lắp ở trên
mực nớc biển;
Loaị này thông thờng đợc sử dụng ở các dàn khoan đợc dựng ở đáy
biển và chiều sâu của mực nớc biển 100m
2. Đầu ống chống và thiết bị đối áp đợc lắp đặt ngầm dới đáy biển;
loại này thông thờng đợc sử dụng để khoan những giếng khoan có chiều sâu
mực nớc biển > 100m.

Bài tập: Tính bền cột ống chống khác: 146mm.
Chiều sâu thả: L = 3800m

d
= 1,33G/cm
3


0
= 0,8 G/cm
3


281
P
v
= 460 kG/cm
2

Bề dày tầng sản phẩm b = 150m
Bài giải:
1. Tính cột ống theo áp suất bóp méo:
+ Chiều cao hạ mực chất lỏng trong giếng (ống chống):
H
0
=
2
3
H =
2

3
.3800 = 2533m
(Tính áp suất bóp méo đối với ống 146 ở bảng sau) Thép D)
Bảng 1

1mm
6 7 8 9 10 11 12
P
bm
, kG/cm
2

190 255 320 375 430 485 540

+ Tính chiều sâu cho phép hạ cột ống 146 theo công thức:
H =
10.P
lm
n
2
.
d
(ở vùng không có chất lỏng)
hay H =
10. P
bm
- H.
0
.n
2

n
2
(
d
-
0
)
, m
H
D
6
=
10 x 190
115 x 133
= 1242 m;
H
D
7
=
10 x 255
115 x 133
= 1667 m;
H
D
8
=
10 x 320
115 x 133
= 2092m;
H

D
9
=
10 x 375
115 x 133
= 2452m;
H
D
10
=
10 x 430
115 x 133
= 2811
Nhng đến chiều sâu 2533m thì bên trong ống có chất lỏng (
0
=
0,8G/cm
3
) cho nên nếu thả ống có = 10mm thì chiều sâu thả cho phép sẽ là:
H
D
10
=
10 x 430 - 2533 x 08 x 115
115 (133 - 08)
= 3210 m

282
H
D

11
=
10 x 485 - 2533 x 08 x 115
115 (133 - 08)
= 4110m
Nhng đến chiều sâu: 3650m là bắt đầu vào tới vỉa sản phẩm nên hệ số
an toàn lúc này phải lấy lớn hơn, n
2
= 1,3 vì thế ta tính
H
D
11
=
10 x 485 - 2533 x 08 x 13
13 (133 - 08)
= 3210m
Có nghĩa là thép mác D chiều dày = 11mm có thể hạ đến chiều sâu :
3650m.
H
D
12
=
10 x 540 - 2533 x 08 x 13
13 (133-08)
= 4030m
và lấy H
D
12
= 3800m
Tổng hợp kết quả tính ở bảng (2) dới đây:

Bảng (2)
Thứ tự
ống
Bề dày
thép D
(mm)
Chiều sâu thả m

Chiều dài
(m)
Trọng
lợng
1m(kg)
Trọng
lợng
(tấn)
từ đến
1

6

0

1242

1242

21,6

26,80

2

7

1242

1667

425

24,9

10,60

3

8

1667

2092

425

28,0

11,90

4

9

2092

2452

360

31,3

11,26

5

10

2452

3210

758

34,4

26,13

6

11

3210

3650

440

37,5

16,50

7

12

3650

3800

150

40,6

6,09



109,18

2. Tính cột ống theo tải trọng kéo đứt:
- Tải trọng phụ sinh ra khi bơm trám: Q
phụ
= (P
th
+ P
d
)
d
2
tv
4

P
th
= 0,02 x H + 16 = 0,02 x 3800 + 16;
P
d
= 15 20 kG/cm
2
(nút trên tỳ lên nút dới ở vòng tầng)
Q
phụ
= (0,02 x 3800 + 16 + 15) x
314
4
x 12,2
2
= 12.400 kG = 12,4 tấn

283
Vậy tải trọng thực tế tác dụng lên ren nối của ống gần miệng giếng
khoan là:
Q

= 109,18 + 12,4 = 121,58 (tấn)
Xem tham khảo bảng (3) dới đây về giới hạn bền kéo của ống 146
thép D có bề dày thành khác nhau:
Bảng 3

mm
6 7 8 9 10 11 12
Q
kéo, tấn
56 71 85 100 115 130 145

+ Tính hệ số tự trữ bền kéo gần miệng ống có = 6mm đợc tính:
n
6
1
=
Q
6
Q

=
56
1216
< 1,3;
ở phía dới của ống có = 6m là: (Q

1
- là trọng lợng của đoạn ống có
= 6mm)
n
6
1
=
Q
6
Q

- Q
1
=
56
1216 - 268
< 1,3;
Tơng tự ta tính:
(phía trên) n
7
1
=
Q
7
Q

- Q
1
=
71

1216 - 268
< 1,3;
(phía dới) n
7
1
=
Q
7

1216 - 268 - 106
< 1,3;
(phía trên) n
8
1
=
Q
8
1216 - 268 - 106
=
85
1216 - 268 - 106
< 1,3;
(Phía dới) n
8
1
=
Q
8
1216 - 268 - 106 - 119
=

100
1216 - 268 - 106 - 119

= 1,38 > 1,3
Nh vậy: ống có = 9mm có thể lắp vào cột ống từ đoạn thứ 4 trở lên.
Ta bắt đầu tính: * l
D
9
=
Q
9
- n
1
.Q
n
1
. q
9
=
100 - 13 x 723
13 x 00313
= 147 m
ở đây: [Q = Q

- (Q
1
+ Q
2
+ Q
3

) = 1216 - (26,8 +10,6+11,9) =72,3]
q
9
= 31,3 kg - Trọng lợng 1m ống có bề dày = 9mm

284
- Số m còn lại phải thay bằng bề dày lớn hơn là 2092 - 147 = 1945m
* l
D
10
=
Q
10
- Q
9
n
1
. q
10
=
115 - 100
13 x 00344
= 334m.
- Số m còn lại phải thay bằng bề dày lớn hơn là:
1945 - 334 = 1611m
* l
D
11
=
130 - 115

13 x 00375
= 307m
- Số m còn lại là:
1611 - 307 = 1304m
* l
D
12
=
145 - 130
13 x 00406
= 320m
- Số m còn lại là:
1304 - 320 = 984m
Bây giờ phải chuyển sang thép K có độ bền cao hơn thép D ta sẽ tính:
*l
K
10
=
150 - 145
13 x 00344
= 116m
- Số m còn lại: 984 - 116 = 868 m
* l
k
11
=
170 - 150
13 x 00375
= 411m
- Số m còn lại là: 868 - 411 =457m.

* l
k
12
=
190 - 170
13 x 00406
= 388m
- Số mét còn lại là: 457 - 388 = 69m
Bây giờ chuyển sang thép E có độ bền cao hơn thép K ta sẽ tính:
l
E
12
=
205 - 190
13 * 00466
= 284m
Vậy ta chỉ lấy l
E
12
= 69m là đủ
Kết quả tính toán bền cột ống đợc tổng hợp lại ở Bảng (4)
Bảng tổng hợp tính bền cột ống 146 ở bảng sau:




285
Bảng 4
Thứ tự
ống

(mm)

mét
thép
Chiều sâu thả, m

Chiều
dài,
(m)
Trọng
lợng 1m
ống (kg)
Trọng
lợng
ống, (tấn)

Từ đến
1 12 E 0 69 69 40,6 2,80
2 12 K 69 457 388 40,6 15,80
3

11

K

457

868

411

37,5

15,40

4 10 K 868 984 116 34,4 4,00
5 12 D 984 1304

320 40,6 13,00
6 11 D 1304 1611

307 37,5 11,50
7 10 D 1611 1945

334 34,4 11,50
8 9 D 1945 2452

507 31,3 15,90
9 10 D 2452 3210

758 34,4 26,13
10 11 D 3210 3650

440 37,5 16,50
11 11 D 3650 3800

150 40,6 6,09

138,62

3. Tính cột ống theo áp suất nổ bên trong:
n
3
=
P
12E
P
v
.
H.
0
10
=
905
460.
3800 x 08
10
= 5,8 > 1,3.
Kết luận: Cột ống đã chọn đủ bền.