tính chọn ống chống và tính bền cho ống chống tại giếng khoan no 505 dàn msp 5 mỏ bạch hổ

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, nhu cầu năng lượng trên toàn thế giới tăng
lên rất nhiều. Dầu khí là một nguồn năng lượng hết sức quan trọng vì thế
nó đã gây nên những biến động mạnh mẽ về giá cả, thậm chí còn gây nên
những bất ổn chính trị. Ở Việt Nam, với sự phát triển mạnh mẽ của nền
kinh tế, đặc biệt là từ khi Việt Nam ra nhập WTO thì nhu cầu năng lượng
là rất cần thiết. Vì vậy một trong những giải pháp quan trọng là đẩy mạnh
công tác thăm dò và khai thác dầu khí đáp ứng nhu cầu năng lượng cho đất
nước và xuất khẩu.
Trong các biện pháp nâng cao hiệu quả thực hiện công tác khoan dầu
khí thì việc hoàn thiện cơ sở khoa học thiết kế và dự toán xây dựng giếng
có vai trò quan trọng nhất.
Thiết kế giếng khoan là một mắt xích quan trọng trong dây chuyền
khoa học sản xuất. Các giếng khoan dầu và khí là những công trình mang
tính đặc thù. Các công trình này thường thi công trong điều kiện địa lí-kỹ
thuật và môi trường làm việc hết sức phức tạp, giá thành công trình dao
động từ vài triệu đô đến hàng chục triệu đô la Mỹ. Chính vì vậy, quá trình
thi công xây dựng giếng không thể không thực hiện một cách cụ thể, chi
tiết và chuyên môn hóa cao các công việc của từng giai đoạn.
Một phần quan trọng trong quá trình hoàn thiện giếng là tính toán, lựa
chọn ống chống. Qua quá trình học tập, nghiên cứu, thực tập tại công ty
PVEP Sông Hồng và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Ths. Lê
Đức Vinh, em đã lựa chọn đề tài: Tính chọn ống và kiểm tra bền cho ống
chống ở giếng khoan No 505 dàn MSP5 Mỏ Bạch Hổ làm đồ án tốt
nghiệp.
Đồ án gồm có 4 phần:
1.Tổng quan về ống chống ,
2.Tính toán ống chống,
3.Tính chọn và tính kiểm tra bền cho ống chống ở giếng khoan No 505,
4.Công tác thả và thử độ bền của ống chống.

Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 1 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
Đồ án tốt nghiệp là công trình nghiên cứu khoa học được xây dựng
dựa trên quá trình học tập, nghiên cứu tại trường kết hợp với thực tế sản
xuất nhằm giúp cho sinh viên nắm vững kiến thức đã học. Với mức độ tài
liệu và thời gian nghiên cứu hoàn thành đồ án có hạn,cũng như kiến thức
và kinh nghiệm còn hạn chế, nên sẽ không tránh khỏi có những thiếu sót.
Em rất mong nhận được sự góp ý, bổ sung của các thầy cô, các nhà chuyên
môn và các bạn cùng đọc.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Thiết bị dầu
khí, các bạn cùng lớp và đặc biệt là thầy Lê Đức Vinh đã giúp đỡ, hướng
dẫn và tạo điều kiện cho em hoàn thành bản đồ án này. Nhân đây em cũng
xin gửi lời cảm ơn tới các cán bộ, công nhân viên trong công ty PVEP
Sông Hồng đã giúp đỡ thu thập tài liệu để em hoàn thành bản đồ án tốt
nghiệp này.

Hà Nội, ngày 5 tháng 5 năm 2011.
Sinh viên
Nguyễn Anh Dũng
Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 2 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
CHƯƠNG I:
TỔNG QUAN VỀ ỐNG CHỐNG
Khi khoan các giếng dầu khí cần thiết phải tiên hành công tác chống
ống và trám xi măng. Với mục đích:
- Giữ cho thành lỗ khoan không bị sụt lở,
Cách ly các vỉa dầu và khí với nhau cũng như cách ly các tầng chứa
nước v.v….
Điều đó đảm bảo cho dầu khí chảy từ vỉa vào giếng nâng lên miệng
giếng không bị hao hụt. Người ta cách ly các vả sản phẩm bằng một loại

ống đặc biệt gọi là ống chống. Đây là loại ống được chế tạo từ thép hợp
kim có chất lượng cao. Cùng với quá trình bơm trám xi măng chống ống là
quá trình không thể thiếu trong khoan và khai thác dầu khí.
1.1.Cột ống chống .
Cột ống chống được tạo nên bởi các đoạn ống chống và các thiết bị
phụ trợ của nó.
Chức năng của cột ống chống:
Gia cố thành giếng khoan khi giếng khoan thi công trên vùng địa chất
yếu, thành giếng khoan dễ bị sụt lở.
Chống sự xâm nhập của dung dịch khoan vào trong lòng đất thông qua
thành giếng khoan cũng như sự xâm nhập của nước và giếng khoan.
Hầu hết các thiết bị khai thác được đặt trong ống chống và là đường dẫn
của dòng dung dịch tuần hoàn trong công tác khoan.
Bảo vệ ống khai thác trong suốt quá trình hoạt động của giếng.
Là nơi lắp đặt các thiết bị miệng giếng BOP, cây thông khai thác và các
thiết bị điều khiển hoạt động của giếng.
Là đường dẫn của các thiết bị kiểm tra và hoàn thiện giếng trong công
tác kiểm tra hoàn thiện giếng.
Chúng ta có thể chia thành ba nhóm chính.
1.Ống chống:
Được chế tạo bằng các loại ống thép chuyên dùng được thả vào trong
giếng khoan phục vụ cho công tác gia cố thành giếng trong quá trình khai
thác cũng như trong quá trình khoan.
Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 3 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
2.Các thiết bị trên cột ống chống:
Đế ống chống,
Van ngược,
Vòng dừng,
Vòng định tâm,

Chổi quét màng vỏ sét.
Trong trường hợp trám phân tầng người ta lắp thêm mupta chuyên
dụng trám phân tầng. Trong trường hợp trám cột ống chống lửng lắp thêm
đầu nối chuyển tiếp đặc biệt để trám và treo chúng vào cột ống trước đó.
3.Đầu ống chống:
Lắp trên cùng, để treo và làm kín khoảng không vành xuyến giữa
chúng.
1.1.1.Ống chống .
Ống chống được phân biệt giữa chúng qua đường kính định mức, bề
dày thành ống, kiểu đầu nối và mác thép.
1.1.1.1.Kích thước:
Đường kính định mức ống chống chính là đường kính ngoài. Kích
thước được chế tạo theo quy chuẩn quốc tế (tính bằng mm hoặc in). Chúng
có các đường kính sau: (mm).
114; 127; 140; 146; 154; 168; 178; 194; 219; 245; 273; 299;
324; 340; 351; 377; 407; 426; 508.:
Với một đường kính định mức, thường có từ 2-8% bề dày thành ống.
Với mỗi bề dày thành ống tương ứng có một đường kính trong của ống.
1.1.1.2.Chất lượng của vật liệu chế tạo ống:
Thông thường, các loại ống được chế tạo từ thép cacbon và thép hợp
kim đặc biệt.
Đặc tính cơ lý của ống thép theo GOCT và API cho trong các bảng
sau:
Bảng 1.1. (Đặc tính ống theo GOCT).
Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 4 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
Bảng 1.2. (Đặc tính ống theo API)
1.1.2.Các phương pháp nối ống:
Các ống được nối với nhau bằng ren hoặc hàn. Mỗi loại lại được thực
hiện theo nhiều phương án riêng.Chất lượng của mối nối được thể hiện

qua:
- Hiệu quả mối nối,
- Độ kín mối nối,
- Không làm giảm đường kính trong và ngoài ống chống,
- Giá thành không quá tăng.
Trong hai phương pháp nối ống bằng ren và hàn thì phương pháp nối
bằng ren được sử dụng rộng rãi hơn cả.
a.Nối ống bằng mối hàn:
Trong phương pháp nối này thì khi ống được thả vào lỗ khoan được
hàn ống với ống theo kiểu dồi tiếp. Nó có ưu điểm và nhược điểm riêng
của nó.
*Ưu điểm:
- Hiệu quả của mối hàn gần bằng 1,
- Đường kính trong và ngoài mối nối gần bằng thân ống,
- Đảm bảo kín tuyệt đối,
- Giá thành chế tạo ống rẻ ( vì không phải cắt ren).
*Nhược điểm:
- Thi công hàn tại khoang rất khó khăn, mất hiều thời gian,
- Nếu chống không tới đáy phải kéo lên thì rất phức tạp ( phải cắt
thành từng đoạn, không dùng lại được nếu không gia công lại hai đầu ),
- Công tác hàn đối với ống có chất lượng cao rất khó khăn.
Vì thế phạm vi sử dụng ống chống hàn hạn chế, chỉ áp dụng với những
cột ống có đường kính lớn, không có khả năng phải kéo lên như: ống định
hướng và ống dẫn hướng.
Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 5 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
b.Nối ống bằng ren:
Nối bằng ren cũng có nhiều phương pháp.Với mục đích đạt được độ
kín và hiệu quả mối nối cao, giá thành hạ. Hiện tại người ta sử dụng ống có
đầu nối mupta riêng và loại ren tròn. Đối với giếng có chiều sâu lớn yêu

cầu mối nối phải có độ bền và độ kín cao người ta sử dụng các ống có mối
nối ren đặc biệt như loại: Extremline; Butress hay Hydril….
*Đầu nối có mupfta riêng biệt và ren tròn:
Hai đầu ống được cắt ren côn ở phía ngoài, đầu nối riêng rẽ (mupfta)
cắt ren phía trong và được vặn chặt một đầu vào ống chống (ở nhà máy) để
tạo thành phần nối cho ống chống sau đó.
Loại ống chống này là loại thông dụng nhất đã được quy chuẩn hoá
quốc tế ( GOCT và API ). Đối với cỡ giếng sâu 2500÷3000m và áp suất
tương ứng thì loại ống này phù hợp về giá thành và khả năng sửa chữa.
Hình1.1: Đầu nối mupfta
Đặc điểm ren: Là loại ren tròn, trắc diện hình tam giác, góc đỉnh bằng
°
60
và phân giác chia đôi góc đỉnh và vuông góc với trục ống. Bước ren
P=3,175mm (8 vòng ren/in); độ côn
16
1
.
Ưu điểm: Dễ cắt ren, giá thành hạ, sửa chữa lại ren dễ dàng.
Nhược điểm: Hiệu quả của mối nối thấp, không đảm bảo mối nối kín
tuyệt đối nhất là với giếng khí.
Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 6 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
Để tăng hiệu quả mối nối người ta tăng chiều dài mối nối khoảng từ
20÷40% thì độ bền mối nối tăng được từ 10÷20% nhất là với ống chống có
đường kính từ
2
1
4
in đến

8
5
9
in. Qua đó độ kín của mối nối cũng được tăng
lên. Để tăng thêm độ kín của mối nối người ta còn có thể bôi mỡ đặc biệt
vào ren của mối nối trước khi vặn.
*Ống Extremeline:
Hình 1.2: Ống extremeline
Đặc điểm:
Hai đầu ống được chôn dày cả về hai phía trong và ngoài (ngoài dày
hơn), một đầu đực và một đầu cái nối trực tiếp.
Ren: Có tiết diện hình thang, hai mặt ren nghiêng một góc
°
6
, bước ren
lớn: 6 vòng ren/in, độ côn
8
1
.
Đối với ống cỡ từ
2
1
4
in đến
8
5
7
in bước ren bằng 5 vòng ren/in, độ côn
6,9
1

. Đối với cỡ ống
4
3
10
ở mối nối có hai mặt tiếp xúc căng A và B đảm
bảo mối nối có độ kín tuyệt đối.
Ưu điểm của kiểu ống Extremeline:
Kín tuyệt đối, hiệu quả mối nối cao (90÷100%). Thi công dễ dàng vì
đường kính đường ống ít thay đổi so với thân ống.
Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 7 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
*Đầu nối Butress
Hình 1.3: Đầu nối Butress.
Đầu nối butress là đầu nối có dạng bằng có kích thước 5 ren/in.
*Đầu nối FOX
Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 8 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
Hình 1.4: Đầu nối FOX
*Đầu nối VAM
Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 9 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
Hình1.5: Đầu nối VAM
1.2.Cấu trúc phần dưới cột ống chống.
Để chống ống dễ dàng và trám xi măng đạt được chất lượng cao thì
phần dưới cột ống chống phải được cấu tạo đặc biệt. Chúng gồm có các bộ
phận: đế chống ống; van ngược; vòng dừng; định tâm; chổi quét màng vỏ
sét.
1.2.1.Đế ống chống:
Đế ống chống được tạo thành bởi 3 chi tiết lắp nối vào nhau, đó là:
a.Đầu định hướng (1)

Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 10 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
Làm nhiệm vụ dẫn hướng cho cột ống chống đi xuống, không cho ống
cắt đất đá trên thành lỗ khoan. Đầu định hướng được chế tạo bằng nhiều
loại vật liệu khác nhau (gang đúc, xi măng đúc, gỗ).

Hình 1.6: Đế ống chống
Hiện nay đầu định hướng bằng gang đúc được sử dụng nhiều nhất.
b.Chân đế (2)
Là ống thép dày 15÷19mm, dài 300÷600mm. Đầu dưới tiện ren để vặn
vào đầu định hướng bằng gang hay bằng bê tông đúc hoặc để trơn khi dùng
đầu định hướng bằng gỗ. Đầu trên có ren trong nối với phần dưới của ống
chân đế. Chân đế chịu toàn bộ tải trọng động lên phần dưới của ống chống.
Là khâu nối giữa đầu định hướng và ống chân đế.
c.Ống chân đế (3)
Là đoạn ống thép dày dài từ 1,5÷2m, tiện ren hai đầu. Đầu dưới nối với
chân đế, đầu trên nối với ống chống. Sau khi lắp phải hàn lại để tránh tự
tháo. Trên ống chân đế có khoan các lỗ thoát để lưu thông dung dịch và
dung dịch xi măng trám đề phòng đầu định hướng bị tắc khi đáy giếng
khoan nhiều mùn. Kích thước tiết diện của các ống dẫn dung dịch xi măng
đến đầu bơm trám.
1.2.2.Van ngược:
Dùng để giảm bớt trọng lượng trên móc nâng khi thả ống, đẩy dung
dịch bẩn bên ngoài ống chống lên mặt, không cho dung dịch xi măng chảy
ngược vào bên trong ống chống. Có nhiều loại van ngược dạng đĩa, dạng
bi. Hiện nay dạng van đĩa được sử dụng nhiều nhất.
Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 11 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
Hình 1.7: Van ngược.
Các lỗ khoan xuất hiện khí thì dù thả ống chống đến độ sâu nào cũng nhất

thiết phải lắp van ngược để tránh hiện tượng phun trong qua trình chống
ống cũng như trám xi măng.
Vì lắp van ngược nên bên trong không có nước rửa. Bởi vậy cứ thả
khoảng 100÷200m thì nên đổ nước rửa vào bên trong ống chống nhằm
tránh áp lực bên ngoài có thể làm bóp méo ống hoặc hỏng van ngược.
1.2.3.Vòng dừng:
Là một vòng bằng gang, dày 15÷20mm, được lắp trong mupfta của ống
chống cách đáy một khoảng h=20÷30m. Công dụng của vòng dừng là giữ
lại các mút trám xi măng phục vụ công ác bơm trám.
Vòng dừng được lắp đặt ở độ cao như vậy là để ngăn lại lượng dung
dịch xi măng cuối cùng (có lẫn bùn sét) không bị ép ra ngoài ống chống.
1.2.4. Vòng định tâm ống chống:
Công dụng là để định tâm cột ống chống không cho cột ống chống tựa
vào thành lỗ khoan, tạo cho vành đá xi măng trám đồng đều xung quanh
cột ống chống, nhằm nâng cao chất lượng trám xi măng. Có nhiều loại định
Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 12 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
tâm khác nhau. Loại có bản thép thẳng đứng (a), loại có bản thép uốn khúc
(b), loại có bản thép uốn cong (c).
Hình 1.8: Vòng định tâm của ống chống.
1.2.5.Chổi quét màng sét:
Công dụng: Cạo sạch lớp vỏ sét bám trên thành lỗ khoan khi thả ống
chống nhằm tạo sự dính tốt giữa xi măng và đất đá thành lỗ khoan.
Cấu tạo của chổi quét màng vỏ sét bao gồm hai dạng chính, loại thẳng
đứng (a), loại nằm ngang(b).
Hình 1.9: Chổi quét màng sét
Loại thẳng đứng làm việc bằng cách quay cột ống chống khi thả.
Loại nằm ngang làm việc bằng cách dạo lên dạo xuống cột ống chống.
Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 13 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất

Ngoài ra còn có chổi quét kết hợp với vòng định tâm mang lại hiệu
quả cao nhất hiện nay.
1.2.6.Đầu ống chống.
a. Công dụng:
Là thiết bị bề mặt được lắp ở phần trên cùng của cột ống chống nhằm
treo cột ống và làm kín khoảng không vành xuyến giữa chúng và kiểm tra
áp suất tại các khoảng không vành xuyến tương ứng.
b. Cấu tạo và lắp ráp:
Hình 1.10: Đầu ống chống.
Việc lắp ráp đầu ống chống được tiến hành theo từng bước. Sau khi
khoan và chống, trám xi măng xong ống dẫn hướng (2), chúng được treo
trên mặt bích đơn (1) bằng ren hoặc bằng hàn.
Trên mặt bích đơn (1) sẽ làm bệ để lắp đối áp để khoan tiếp khoảng sau
đó. Sau khi đã khoan xong cột ống trung gian tiến hành theo thiết bị đối áp.
Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 14 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
Tiến hành chống ống và trám xi măng cột ống chống trung gian (6).
Sau khi trám xi măng cột ống (6) thì trên mặt bích đơn (1) ta lắp mặt bích
kép (3) để treo cột ống trung gian (6). Bên trong của mặt bích kép có dạng
êm để lắp chấu chèn (4) xiết chặt và giữ ống trung gian và bịt kín nhờ vòng
đệm cau su (5). Lỗ thoát (7) thông ra áp kế cho phép kiểm tra áp suất giữa
hai cột ống (2) và (6). Cứ như vậy cho đến cột ống chống cuối cùng.
Người ta chế tạo ra những đầu ống chống chịu được những áp suất
tương ứng.
1.3.Cấu trúc giếng khoan .
Cấu trúc giếng khoan được tạo thành bởi một số cột ống chống có
đường kính và chiều dài khác nhau thả lồng vào nhau trong một lỗ khoan,
kết hợp với những choòng khoan tương ứng dùng để khoan.
Cấu trúc cơ bản của một giếng khoan bao gồm :
-Cấu trúc của các cột ống chống ( số lượng loại, chiều sâu thả, đường

kính),
-Choòng khoan sử dụng ( loại choòng, đường kính ),
-Khoảng trám xi măng ( chiều cao trám kể từ đế ống chống ).
Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 15 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
1.3.1. Sơ đồ chống ống tổng quát.
Sơ đồ ống chống của một lỗ khoan bao gồm:
Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 16 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất

Hình 1.11: Sơ đồ tổng quát cấu trúc giếng khoan.
1.3.1.1 Cột ống định hướng.
Có tác dụng định hướng ban đầu cho lỗ khoan, ngăn cản sự sập lở của
đất đá và sự ô nhiễm của dung dich khoan đối với tầng trên mặt. Tạo kênh
dẫn cho dung dịch chảy vào máng. Bảo vệ không cho dụng dịch xới sập
nền khoan và móng thiết bị. Đường kính thông thường từ 500 đến 600
mm, nhô cao hơn 1,5 đến 2m.
Phương pháp thi công:
Ống được đưa vào giếng khoan qua một cái hố hình chữ nhật sau đó đổ
bê tông khoảng không ngoài ống và thành hố đã đào. Quá trình này đươc
thực hiện đối với những ống có chiều sâu nhỏ ( 4÷6 m). Đối với những ống
có chiều thả lớn hơn đến 30m thì có thể dùng búa máy để đóng hoặc có thể
khoan rồi thả xuống. Chiều sâu phụ thuộc vào chiều dày tầng phủ. Nếu
khoan ngoài biển thì ống bảo vệ cũng chính là ống chống đầu tiên đóng vai
trò là ống cách nước.
1.3.1.2 Cột ống chống dẫn hướng.
Có tác dụng ngăn cho thành lỗ khoan phần trên không bị sập lở, bảo vệ
các tầng nước trên mặt khỏi bị ô nhiễm bởi dung dịch khoan. Đóng vai trò
1 trụ rỗng trên đó có lắp các thiết bị miệng giếng như: đầu ống chống, thiết
bị chống phun, treo toàn bộ các cột ống chống tiếp theo và một phần thiết

bị khai thác.
Cột dẫn hướng chịu toàn bộ trọng lượng nén của các cột ống chống tiếp
theo do vậy nó phải được trám xi măng toàn bộ chiều dài và phần nhô lên
mặt phải đủ bền. Đây là cột ống chống đầu tiên nhất thiết phải có. Chiều
sâu thả thông thường từ 70÷400 m. Cũng có thể tới 800÷ 1000 m tuỳ theo
điều kiện địa chất và chiều sâu giếng khoan.
1.3.1.3.Cột ống chống khai thác:
Cột ống khai thác là cột ống chống cuối cùng được thả xuống lỗ khoan.
Cột ống chống này tạo thành kênh dẫn để lấy dầu và khí lên và để bảo vệ
các thiết bị khai thác như bơm sâu, ống ép khí…. Ngoài ra ống chống này
còn cho phép kiểm ra áp suất, thực hiện các công tác tăng cường dòng sản
Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 17 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
phẩm như nổ thuỷ lực, xử lý vỉa bằng axit, bơm ép vỉa…. Chỉ không được
thả khi biết chắc là giếng không có sản phẩm.
1.3.1.4.Cột ống chống trung gian.
Cột ống này còn gọi là cột ống chống kỹ thuật và được thả do yêu cầu
của địa chất. Công tác khoan không thể tiếp tục tiến hành nếu không có nó.
Cột ống chống này được thả xuống để đóng các tầng nham thạch có thể
gây ra những khó khăn phức tạp trong quá trình khoan như sập lở thành
giếng, bó hẹp thành lỗ khoan, mất dung dịch…và cho phép khoan đến tầng
sản phẩm kế tiếp. Do đó, cột ống chống này có thể không cần hoặc với số
lượng 1 ÷ 2 ống cũng có khi nhiều hơn.
1.3.1.5.Cột ống chống lửng ( ngầm ).
Đặc điểm cột ống chống này là có độ dài tương đối ngắn, chúng được
thả với chiều dài từ đáy lỗ khoan đến độ cao từ 50 ÷ 100 m ở bên trong cột
ống chống trước đó. Chúng đảm nhiệm chức năng của cột ống chống trung
gian hoặc ống chống khai thác. Cột ống chống lửng được đưa vào giếng
khoan nhờ cột cần khoan và được treo vào cột ống chống trước đó nhờ một
đầu nối đặc biệt dựa vào nó hoặc tuỳ theo chiều dài của cột ống chống

lửng. Trong trường hợp cột ống chống lửng đảm nhiệm vai trò của cột ống
chống khai thác, cột ống chống này cũng có thể được khoan từ mặt đất rồi
mới thả xuống. Trong trường hợp cột ống phía trên đó không chịu được áp
suất bên trong thì cột ống chống lửng sau khi trám xi măng được kéo dài
lên đến mặt đất

Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 18 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
a: Ống chống lửng b: Ống lửng bảo vệ
c: Ống thay thế d: Ống chuyển tiếp
Hình 1.12: Ống chống lửng
Ưu điểm của cột ống chống lửng là tiết kiệm được ống, công tác thả
ống nhanh hơn do chiều dài ngắn.
Nếu giếng khoan ngoài ống định hướng và dẫn hướng chỉ còn lại ống
chống khai thác thì gọi là giếng khoan có cấu trúc 1 cột ống. Nếu thêm cột
ống chống trung gian thì gọi là cấu trúc 2 cột ống. Nếu nhiều ống chống
trung gian thì gọi là cấu trúc nhiều cột ống.
Cấu trúc một cột ống có lợi cả về kinh tế và kỹ thuật. Tuy nhiên cấu
trúc giếng lại phụ thuộc vào nhiều điều kiện khác nhau như: mục đích yêu
cầu của giếng khoan, chiều sâu, đường kính ống khai thác, địa chất v.v….
1.3.2. Tính đường kính các cột ống và đường kính choòng khoan .
Sau khi chọn được cấu trúc giếng khoan một cách hợp lý chúng ta tiến
hành tính toán cụ thể cấu trúc của giếng.
Nguyên tắc tính toán cấu trúc của giếng là bắt đầu từ đường kính của
ống chống khai thác cho đến cột chống trên cùng theo thứ tự từ dưới lên.
Cấu trúc được tính toán sao cho đảm bảo quá trình khoan cũng như thả ống
chống thông suốt đến chiều sâu dự kiến.
- Việc chọn đường kính của ống chống khai thác phải dựa vào:
+ Thiết bị khai thác ( hoàn thiện giếng ) nào sẽ sử dụng?.
+ Lưu lượng khai thác có thể đạt bao nhiêu? ( tuỳ thuộc vào lưu lượng

mà thay đổi đường kính ống chống khai thác).
+ Có tính tới khả năng khoan sâu thêm không?.
+ Mức độ tin cậy của việc đánh giá mỏ.
Đường kính các cột ống chống và choòng khoan được lựa chọn từ nhỏ
đến lớn; hay nói một cách khác là từ dưới lên trên bắt đầu từ cột ống chống
khai thác. Khi kết thúc với thân giếng trần, lựa chọn đường kính ống chống
và choòng khoan được bắt đầu từ đoạn thân giếng trần.
Đường kính các cột ống khai thác phụ thuộc vào phương pháp hoàn
thiện giếng, điều kiện khai thác và yêu cầu của phía đặt hàng cho công tác
khoan. Đối với điều này cần tính toán đến thể loại sản phẩm, sản lượng
mong muốn, áp suất vỉa, các giải pháp thực hiện công việc nghiên cứu địa
Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 19 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
vật lý giếng khoan, sửa chữa giếng và cứu sự cố; kích cỡ cần khoan và
thiết bị khác thực hiện trong cột ống chống khi tiến hành công đoạn khoan
giếng.
Tương quan giữa đường kính ống khai thác và choòng khoan có thể
tính toán theo công thức sau:
D
choong
= (1,0447 + 0,00022 D
oc
) D
dn
(1.1)
Trong đó:
D
choong
– Đường kính choòng (mm)
D

oc
– Đường kính ống chống (mm)
D
dn
– Đường kính đầu nối ống chống (mm)
Sau khi tính toán đường kính choòng khoan cho ống khai thác sẽ tính
toán tiếp các cột ống chống khác và đường kính choòng khoan tương ứng.
Bảng 1.3.Đường kính ống chống và khe hở nhỏ nhất.
Đường
kính ống
chống
ngoài,
mm
89 ÷
127
140 ÷
159
168 ÷
194
219 ÷
245
273 ÷
351
376 ÷
508
Khe hở
nhỏ
nhất
của
vành

xuyến,
mm
10÷
15
15÷
20
20 ÷
25
25 ÷
30
30 ÷
45
45 ÷
80
Đối với các mỏ gần thường sử dụng các cột ống chống khai thác đường
kính 114, 127, 140, 168, 178, 194 mm; hãn hữu có trường hợp sử dụng ống
đường kính 245mm, đối với các giếng khai thác khí thường sử dụng ống
chống khai thác đường kính không nhỏ hơn 219mm
Đường kính cột ống chống trung gian, cũng như cột ống chống định
hướng và dẫn hướng được lựa chọn phù hợp với khe hở không gian vành
xuyến giữa choòng khoan và cột ống chống đã thả và choòng khoan để
khoan khoảng tiếp theo không được nhỏ hơn 2 ÷ 5 mm tính đến ở các phía.
Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 20 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
Khe hở không gian vành xuyến được lựa chọn phụ thuộc điều kiện
chiều dài của khoảng khoan tính từ chân đế ống trước, mức độ hoàn thiện
công nghệ thi công khoan, trình độ hiểu biết của đội khoan và các yếu tố
phụ khác.
Bảng 1.4: Đường kính chuẩn của choòng khoan và ống chống tương ứng
Đường kính choòng khoan

mm
Đường kính ống
chống tiêu chuẩn
API, mm
Đường kính ống
chống tiêu chuẩn
GOST, mm
914,4 762 720
660,4 508
490 426
444,5 340
393,7 324
311,1 244,5
295,7 244,5
215,9 177,8 193,7
165,1 140
152,4 120,7
101,6 89
Phương pháp tính toán đường kính ống chống và choòng khoan cho
các khoảng khoan phù hợp với cấu trúc giếng như sau:
- Đường kính choòng khoan được lựa chọn theo công thức sau:
D
c
= D
dnoc
+ Δ (1.2)
Trong đó:
D
c
– Đường kính choòng khoan (mm)

D
dnoc
– Đường kính đầu nối ống chống (mm)
Δ – Khe hở giữa mặt ngoài đầu nối ống chống và thành giếng
khoan và bằng 20 ÷ 25 mm
- Đường kính trong và ngoài của ống chống xác định theo công thức:
Dt
r oc
= D
c
+ 6 ÷ 8 mm (1.3)
D
ng oc
= D
tr oc
+ 2 £ (1.4)
Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 21 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
CHƯƠNG II.
TÍNH TOÁN ỐNG CHỐNG
2.1.Cơ sở và phương pháp tính toán ống chống
Tính toán ống chống được thực hiện khi thiết kế giếng khoan với mục
đích lựa chọn chiều dày thành ống, nhóm độ bền vật liệu ( mác thép ) ống
chống: hệ số dự phòng ( hệ số an toàn ) độ bền. Khi tính toán cần tính đến
các điều kiện phức tạp địa chất, công nghệ và điều kiện môi trường làm
việc.
Các điều kiện thiết yếu có thể trình bày như sau:
Tính toán lựa chọn chiều dày thành ống £ và nhóm độ bền vật liệu
(mác thép) Mt của ống chống khi đã biết đường kính ống D
oc

, chiều dài
ống L
oc
, đã biết giá trị áp suất dư ngoài và áp suất dư trong. Hệ số dự
phòng (an toàn) quy định thỏa mãn các điều kiện sau:
[ ]
P
oc
>=
∑
tt
ql
(2.1)
P
kt
>= P
đm

[ ]
1n
(2.2)
P
oc
>= P
dt

[ ]
2n
(2.3)
Trong đó:

P
đm
- Lực kéo cho phép mà tại giá trị này đầu nối ống chống bị biến
dạng.
q
t
– Trọng lượng 1m chiều dài của đoạn ống chống có cùng chiều dày
và mác thép
l
t
– Chiều dài của đoạn ống chống có cùng chiều dày và mác thép
[ ]
P
oc
- Là kéo cho phép mà tại giá trị này thân ống chống bị biến dạng
P
kt
- Giá trị áp suất tới hạn cho phép xác định theo áp xuất dư ngoài và
phụ thuốc vào mác thép chiều dày thành ống.
P
đm
– Áp suất dư ngoài
P
dt
– Áp suất dư trong
P
oc
– Áp suất dư trong cho phép mà tại giá trị này ống chống đạt tới
giới hạn bền của vật liệu.
n

1
– hệ số dự phòng đối với áp suất dư ngoài
n
t
– 1,125 ÷ 1,25 cho đoạn ống nằm trong ranh giới của vỉa sản phẩm
(phụ thuộc vào tính ổng định của đất đá), các trường hợp khác n
t
= 1,125
Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 22 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
n
2
– hệ số dự phòng đối với áp suất dư trong tương ứng với giá trị giới
hạn bền của vật liệu n
2
= 1.
2.1.1.Tính toán độ bền kéo của ống chống:
Bản thân ống chống mỗi cột ống chống phải chịu 1 tải trọng nhất định
bởi chính trọng lượng của chúng tác dụng lên ta gọi là tải trọng kéo.
Chính tải trọng này là nguyên nhân chính gây đứt ống chống khi ta thả
ống chống xuống giếng khoan.
Nói chung đối với ống chống thì độ bền kéo ở mối nối bao giờ cũng
thấp hơn ở thân ống, đặc biệt là đầu nối ren. Vì vậy để tính độ bền kéo của
ống chống người ta chỉ cần tính độ bền cho mối nối ren.
Ứng suất kéo tác dụng lên ống chống có những đặc điểm sau:
- Ứng suất kéo có giá trị nhỏ nhất ở phân dưới cùng của cột ống chống
và tăng theo chiều dài và đạt giá trị lớn nhất ở phần trên cùng.
- Vì do ứng suât kéo phân bố đều lên cột ống chống nên tiết diện của
cột ống chống nào nhỏ hơn thì có ứng suất lớn nhất và ngược lại tiết diện
của ống chống nào lớn nhất sẽ có sẽ có ứng suất nhỏ nhất (căn cứ vào đặc

điểm này để ta bố trí, chọn mác thép và tiết diện thép cho phù hợp).
Các ống quy chuẩn của Nga (GOCT) thì ứng lực làm đứt hoặc tuột
mối ren được tính theo công thức:

)(cot
21
1

ϕα
σπ
++
=
g
D
bD
P
tb
ctb
đm
(Iarkovlev) (2.4)
Trong đó:
tb
D
: Đường kính trung bình của ống đo ở vòng thứ 5.
b : Bề dày của ống đo chân của vòng ren đầu tiên nằm trong đoạn ăn
khớp (
05,0−−= hb
δ
)cm
δ

: Bề dày của thành ống chỗ không tiện ren,
h: Chiều cao của ren,
l : Chiều dài làm việc của ren,
α
: Góc tạo thành giữa cạnh của ren và trục của ống
°
= 5,62
α
,
ϕ
: Góc ma sát giữa kim loại và kim loại,
°
= 18
ϕ
,
C
σ
: Giới hạn chảy của thép làm ống,
Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 23 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
+ Hệ số an toàn khi kéo (
1
n
) là tỉ số giữa ứng lực làm đứt mối nối và
trọng lượng toàn bộ cột ống chống:

Q
P
n
đm

=
1
(2.5)
- Các ống chống theo quy chuẩn của API có
1
n
=1,75
- Các ống theo quy chuẩn của Nga GOCT như sau:
D < 219mm có
15,1
1
=n
cho tới độ sâu L≤3500m

1
n
= 1,30 cho tới độ sâu L>3500m
D≥ 219mm có
25,1
1
=n
cho tới độ sâu L≤ 2000m

5,14,1
1
÷=n
cho tới độ sâu L> 2000
Ống chống đạt độ bền kéo khi thoả mãn điều kiện:
3,1
3

≥=
T
K
Q
Q
n
(2.6)
Trong đó:
Q
K
: Tải trọng kéo đứt mối nối
n
3
: Hệ số an toàn kéo của mối nối
Q
T
: Tải trọng lớn nhất tác dụng lên mối nối trên cùng của cột ống
chống
Q
T
= Q + Q
ph
(2.7)
Q: Trọng lượng cột ống chống ngâm trong dung dịch:
)1.(
γ
γ
ep
oc
QQ −=

(2.8)
Q
oc
: Trọng lượng của cột ống chống
γ
ep
: Trọng lượng riêng của dung dịch ép
γ: Trọng lượng riêng của thép chế tạo ống chống
Q
ph
: Tải trọng phụ sinh ra trong giai đoạn cuối của quá trình bơm trám:
Q
ph
= (P
th
+ P
d
).
4
.
2
vd
dΠ
(2.9)
P
th
: Áp suất tiêu thụ để thắng sức cản trong hệ thống tuần hoàn:
P
th
= 0,02.H + 16 (at) (2.10)

P
d
: Áp suất dư sinh ra khi nút trám trên tì lên nút trám dưới: P
d
= 20at
d
vd
: Đường kính trong của ống chống tại vòng dừng.
Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 24 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất
2.1.2.Tính toán ứng lực tới hạn bóp méo ống chống.
Ứng lực bóp méo ống chống là lực do các yếu tố bên ngoài tác dụng
lên ống chống (áp suất vỉa hoặc sự thay đổi áp suất của cột chất lưu trong
và ngoài ống chống).
Đặc điểm của ứng lực này là:
- Phụ thuộc vào trị số của áp suất vỉa
- Phụ thuộc vào sự thay đổi áp suất của cột chất lưu trong và ngoài ống
chống
- Phụ thuộc vào cấu trúc địa chất của cột địa tầng giếng khoan
Ống chống đạt độ bền về bóp méo khi thoả mãn điều kiện:
3,1
1
≥=
dn
bm
P
P
n
(2.11)
Trong đó:

P
bm
: Áp suất làm bóp méo ống chống
n
1
: Hệ số an toàn đối với áp lực dư bên ngoài
P
dn
: Áp suất dư bên ngoài cột ống.
Có nhiều trường hợp làm xuất hiện áp suất dư bên ngoài cột ống
chống, tuỳ thuộc vào từng ống chống cụ thể mà áp suất dư này có thể xuất
hiện và được tính toán như sau:
Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 25 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51