Giới thiệu thiết bị và dụng cụ khoan

Giớithiệu
THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ KHOAN
Trình bày: ThS. ĐỖ HỮU MINH TRIẾT
Bộ môn Khoan – Khai thác Dầukhí
Khoa Kỹ thuật ĐịachấtvàDầukhí
Đạihọc Bách Khoa TP. HCM
GEOPET
2
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH
Nội dung khốikiếnthứctổng quan về công nghệ khoan
dầukhí.
1. Giớithiệucơ sở khoan dầu khí: khái niệm, lịch sử, cơ sở
khoan, các nguyên lý cơ bản
2. Thiếtkế và cấutrúcgiếng khoan, công nghệ khoan
3. Thiếtbị và dụng cụ khoan
4. Sự cố trong công tác khoan và các phương pháp xử lý
5. Đo đạc trong quá trình khoan và lấymẫu
6. Hoàn tấtgiếng – Gọidòng
7. Dung dịch khoan và Xi măng
3
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

NỘI DUNG BUỔI HỌC
1. Các loại giàn khoan
2. Các hệ thống thiết bị trên giàn khoan
3. Bộ khoan cụ
4. Choòng khoan

4
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

MỤC TIÊU
Sau
Sau
khi
khi
h
h
ọ
ọ
c
c
xong
xong
chương
chương
n
n
à
à
y
y
,
,
h
h
ọ

ọ
c
c
viên
viên
s
s
ẽ
ẽ
c
c
ó
ó
c
c
á
á
c ki
c ki
ế
ế
n
n
th
th
ứ
ứ
c cơ b
c cơ b
ả

ả
n v
n v
ề
ề
:
:
 Các loại giàn khoan và phạm vi ứng dụng của chúng
 Các hệ thống thiết bị chính trên giàn khoan dầu khí và
chức năng
 Các thành phần của bộ khoan cụ
 Choòng khoan
5
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

1. CÁC LOẠI GIÀN KHOAN
6
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

CÁC LOẠI GIÀN KHOAN
 Giàn khoan được chia thành hai loại:
 Giàn khoan đất liền
 Giàn khoan biển
 Ngoài ra, giàn khoan còn được phân loại theo:
 Chiều sâu khoan được: nhẹ, trung bình, sâu và siêu sâu.
• Thiết bị khoan nhẹ: dưới 650 mã lực, khoan tối đa 2000 m.
• Thiết bị khoan trung bình: 650 - 1300 mã lực, khoan tối đa 4000 m.
• Thiết bị khoan sâu: 1300 - 2000 mã lực, khoan tối đa 7000 m.

• Thiết bị khoan siêu sâu: khoảng 3000 mã lực, khoan tối đa 9000 m.
 Tải trọng nâng: công suất tời khoan.
 Tính cơ động: cố định, tự hành, bán tự hành.
7
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

GIÀN KHOAN TRÊN ĐẤT LIỀN
 Các giàn khoan nhẹ (khoan tối đa 2000m) được gắn trực tiếp trên xe
tải cỡ lớn và dễ dàng di chuyển từ nơi này đến nơi khác.
 Các giàn khoan trung bình và sâu thường gắn trên rơ móc chuyên
dụng hoặc xe lăn khổng lồ. Các thiết bị
khoan này có thể di chuyển nguyên bộ
ở cự ly ngắn. Khi cần di chuyển xa,
thiết bị được tháo rời từng phần.
8
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

GIÀN KHOAN TRÊN ĐẤT LIỀN
 Giàn khoan cố định:
 Được sử dụng để khoan các
giếng sâu và siêu sâu.
 Các bộ phận chính trên giàn
có thể được tháo rời thành
từng môđun, dễ dàng vận
chuyển trên các xe tải có
rơ-móc chuyên dụng và được
lắp ráp lại tại khoan trường.
9

GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

CÁC LOẠI GIÀN KHOAN BIỂN
 Ở biển, tùy thuộc độ sâu mực nước mà người ta sử dụng các loại giàn
khoan khác nhau:
 Xà lan khoan (badge)
 Giàn tự nâng (jack-up)
 Giàn bán tiềm thủy (semi-submersible)
 Tàu khoan (drill-ship)
 Trên giàn khoan biển di động, thiết bị đầu giếng và thiết bị chống phun
được lắp ngay dưới sàn khoan (nếu mực nước biển nhỏ hơn 60 m)
hoặc dưới đáy biển (nếu mực nước biển lớn hơn 60 m).
 Đối với mực nước biển dưới 100 m, người ta có thể dùng các giàn
khoan biển cố định.
10
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

CÁC LOẠI GIÀN KHOAN BIỂN DI ĐỘNG
Xà lan khoan
0 – 5 m
Giàn tự nâng
20 – 120 m
Giàn bán tiềm thủy
60 – 1200 m
Tàu khoan
30 – 2800 m
11
GEOPET

Thiết bị và dụng cụ khoan

XÀ LAN KHOAN
 Xà lan có đáy bằng, sử dụng tại các vùng sông nước nội
địa, mặt nước yên tĩnh và nông (khoảng 3 - 5 m).
 Xà lan được làm ngập và nằm trực tiếp lên đáy.
 Giếng khoan được thực hiện từ sàn xà lan.
12
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

GIÀN TỰ NÂNG
 Có cấu tạo như một xà lan nằm trên
các chân thép khổng lồ. Giàn có thể
khoan ở vùng nước sâu 20 – 120 m.
 Tại vị trí khoan, các chân thép được hạ
xuống đáy biển. Nước được bơm vào
các boong xà lan làm cắm sâu các
chân thép vào đáy biển, giúp ổn định
giàn khoan trong quá trình làm việc.
 Các thiết bị đặt trên giàn thường nhô ra
bên ngoài và trượt được để có thể tiến
hành khoan ngoài phạm vi của sàn
khoan.
13
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

GIÀN BÁN TIỀM THỦY
 Cấu tạo từ hai hoặc nhiều khoang chứa

nước dưới các chân đế, giúp giàn nổi lưng
chừng, tạo thế ổn định giàn tốt nhất.
 Nhờ hệ thống máy tính điện tử, hệ thống
kiểm soát dằn được tự động giữ độ cao
nhúng chìm giàn thích hợpvàổn định giàn.
 Các giàn khoan bán tiềm thủy có thể được
sử dụng để khoan thăm dò và khai thác
trong vùng biển có mực nước sâu từ 60 -
1200 m.
14
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

TÀU KHOAN
 Có tính cơ động cao nhất và thường
được sử dụng cho các giếng khoan
tìm kiếm, thăm dò xa đất liền.
 Có thể vận hành trong vùng biển có
chiều sâu mức nước từ 30 - 2000 m
đôi khi đến 2800 m.
 Hệ thống định vị động học có khả
năng hiệu chỉnh tự động vị trí thiết bị
khoan nhờ các động cơ đẩy dọc
(propellers) và đẩy ngang (thrusters)
gắn dưới tàu. Các động cơ này được
kích hoạt và điều khiển bằng máy tính.
15
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan


GIÀN KHOAN BIỂN CỐ ĐỊNH
 Giàn khoan và khai thác cố định chế tạo lần đầu tiên vào năm 1937.
 Đa số giàn khoan cố định có cấu trúc chân đế bằng thép, một số giàn
khoan thế hệ mới có chân đế bằng bê tông cốt thép.
 Các chân đế của giàn khoan được cắm vững chắc xuống đáy biển.
 Từ một giàn khoan cố định có thể khoan 16 - 32 giếng, hoặc 40 giếng
đối với một số giàn đặc biệt.
16
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

CÁC LOẠI GIÀN KHOAN BIỂN KHÁC
 Công nghệ hiện nay cho phép khoan
và khai thác ở vùng biển sâu hơn 300
m với các thiết bị sau đây:
 Tháp chằng cáp (Guyed Towers) sử dụng
khung thép nhẹ với các cáp neo xuyên
tâm giữ cho tháp đứng thẳng.
 Giàn nổi có chân đế căng (Tension Leg
Platforms), nối với đáy biển bằng các
chân thép ở trạng thái căng.
17
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

2. CÁC HỆ THỐNG THIẾT BỊ
TRÊN GIÀN KHOAN
18
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan


CÁC HỆ THỐNG THIẾT BỊ TRÊN GIÀN KHOAN
Các hệ thống thiết bị chính của giàn khoan bao gồm:
1. Tháp khoan và cấu trúc dưới tháp
2. Hệ thống cung cấp năng lượng
3. Hệ thống nâng thả
4. Hệ thống xoay
5. Hệ thống tuần hoàn dung dịch
6. Hệ thống kiểm soát giếng
7. Hệ thống đo
19
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

THÁP KHOAN
 Tháp khoan là cấu trúc bằng thép, chịu tải trọng của bộ khoan cụ, cột
ống chống trong quá trình làm việc.
 Trong tháp khoan có hệ thống palăng, nơi dựng cần khoan và các thiết
bị khoan. Giếng khoan càng sâu cần sử dụng tháp càng cao.
 Có hai loại tháp khoan chủ yếu là tháp tiêu chuẩn (tháp 4 chân) và
tháp chữ A (tự hành, tháp gập, tháp lồng).
20
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

THÁP KHOAN
1. Giá xếp cần – Pipe Racks
2. Dốc tiếp khoan – Ramp
3. Tháp khoan – Derrick
4. Chuồng khỉ – Monkey board

5. Ròng rọc đỉnh – Crown block
6. Cáp khoan – Drill line
7. Khối ròng rọc động & móc treo –
Block & hook
8. Quang treo /đầu nâng – Links &
elevator
9. Cần chủ đạo – Kelly
10. Cấu trúc dưới – Substructure
11. Cụm đối áp
– BOPs
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
21
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

CẤU TRÚC DƯỚI THÁP
 Dưới chân tháp khoan là khung các dầm thép được lắp ráp với nhau
bằng bu lông.
 Cấu trúc dưới tháp chịu tải trọng của tháp khoan và tạo khoảng trống
cần thiết để bố trí hệ thống đầu giếng, thiết bị miệng giếng và thiết bị

chống phun.
 Cấu trúc dưới tháp có thể độc lập với tháp.
22
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG
 Động cơ diezel hoặc tuabin khí.
 Được trang bị nhiều động cơ tuỳ thuộc vào kích thước và chiều sâu tối
đa khoan được.
 Truyền tải cơ năng và truyền tải điện năng.
Động cơ diezel Máy phát điện diezel
23
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG
Năng lượng yêu cầu cho giàn khoan là tổng công suất
các thiết bị chính sau:
1. Tời khoan (Drawworks),
2. Các máy bơm dung dịch (Mud pumps),
3. Hệ thống rôto (Rotary system),
4. Năng lượng cho thắp sáng,… (Auxiliary power
requirements for lighting etc),
5. Sử dụng cho sinh hoạt (Life support system).
24
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG

25
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG NÂNG THẢ
Các thành phần của
hệ thống nâng thả
26
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG NÂNG THẢ
Tời khoan: để nâng thả và treo bộ khoan cụ, cột ống chống, di chuyển
các vật nặng và thực hiện các chức năng phụ trợ khác.
Tời khoan và sơ đồ động học của tời khoan
27
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG NÂNG THẢ
Hệ thống ròng rọc: biến đổi chuyển động quay của tang tời thành
chuyển động tịnh tiến của móc nâng và đồng thời giảm tải cho dây cáp.
Ròng rọc động
Ròng rọc tĩnh
28
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG NÂNG THẢ
Sơ đồ móc cáp trong hệ thống ròng rọc

29
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG NÂNG THẢ
Cáp khoan
Cáp khoan Đầu cáp chết
30
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG NÂNG THẢ
Phanh chính: kiểm soát tốc độ chuyển động khi nâng thả bộ
khoan cụ.
31
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG NÂNG THẢ
Các hệ thống tự bù chuyển động dọc trên các giàn khoan nổi
32
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG NÂNG THẢ
 Elevator là một dụng cụ đặc biệt được sử dụng để nâng
thả thiết bị dạng ống (các loại cần khoan và ống chống).
33
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan


HỆ THỐNG XOAY
Bao gồm:
• Đầu xoay thủy lực (xa-nhích),
•Cần chủ đạo,
• Bàn rôto.
34
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG XOAY
Đầu xoay thủy lực
 Bộ phận nối giữa hệ thống palăng và
cột cần khoan.
 Đỡ toàn bộ trọng lượng bộ khoan cụ.
 Cho phép bộ khoan cụ quay.
 Làm kín áp suất và là đường dẫn
dung dịch khoan trong bộ khoan cụ.
35
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG XOAY
Cần chủ đạo: là một chi tiết đặc biệt
bằng thép rất cứng vững, rỗng ở
tâm và có tiết diện vuông (4 cạnh)
hoặc lục giác đều (6 cạnh), cho
phép truyền chuyển động quay của
bàn rôto cho bộ khoan cụ, trượt dọc
theo trục giếng khoan và dẫn dung

dịch khoan xuống chuỗi cần khoan.
36
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG XOAY
Bàn rôto
 Tên gọi bàn rôto xuất phát từ phương pháp khoan rôto.
 Bàn rôto gồm nhiều chi tiết và vận hành nhờ động cơ điện riêng.
37
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG XOAY
Động cơ treo
(top drive): phổ
biến trong các
thiếtbị khoan hiện
đại, đặc biệt khi
cần thi công giếng
sâu.
38
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG TUẦN HOÀN DUNG DỊCH
39
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan


HỆ THỐNG TUẦN HOÀN DUNG DỊCH
Máy bơm hút dung dịch từ bể chứa dung dịch và đẩy chúng theo đường
ống cao áp đến ống đứng. Ống đứng là một ống bằng thép lắp thẳng
đứng trên một chân của tháp khoan. Dung dịch qua ống đứng vào tuyô
cao áp đến đầu xoay thủy lực.
40
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG TUẦN HOÀN DUNG DỊCH
 Dung dịch tiếp tục chảy vào cần chủ đạo, cần khoan, cần
nặng rồi thoát ra các vòi phun thủy lực ở choòng khoan.
 Sau đó dung dịch đi ngược lên bề mặt theo khoảng không
vành xuyến giữa thành giếng và bộ khoan cụ.
 Cuối cùng dung dịch rời khỏi giếng theo đường hồi dung
dịch và chảy vào bể chứa dung dịch sau khi dẫn qua các
thiết bị xử lý dung dịch như sàn rung, thiết bị tách cát, thiết
bị lắng bùn, thiết bị tách khí
 Dung dịch hồi về các bể chứa dung dịch và được gia công
lại rồi bơm tiếp tục vào giếng.
41
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG TUẦN HOÀN DUNG DỊCH
Máy tách cát Máy tách bùn
42
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan


HỆ THỐNG TUẦN HOÀN DUNG DỊCH
43
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG KIỂM SOÁT GIẾNG
Hệ thống kiểm soát giếng
44
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG KIỂM SOÁT GIẾNG
Hệ thống kiểm soát giếng
45
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

BỘ ĐỐI ÁP (BOP)
46
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG KIỂM SOÁT GIẾNG
Sơ đồ kiểm soát giếng trong
trường hợp phun trào
47
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

CÁC LOẠI ĐỐI ÁP

Các loại đối áp
48
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

CÁC LOẠI ĐỐI ÁP
Đối áp vành xuyến
Đối áp dạng ngàm
49
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG KIỂM SOÁT GIẾNG
Thiết bị hướng dòng và đối áp trong cần
50
GEOPET
Thiết bị và dụng cụ khoan

HỆ THỐNG ĐO
 Đồng hồ đo tải trọng: mặt đồng hồ có hai kim, một kim chỉ tải trọng treo
ở móc nâng và kim kia chỉ tải trọng lên choòng (WOB).
 Đồng hồ hiển thị tổng thể tích dung dịch.
 Đồng hồ hiển thị mức thay đổi thể tích dung dịch.
 Đồng hồ hiển thị thể tích bể chứa đang vận hành.
 Đồng hồ hiển thị lưu lượng dung dịch hồi về bể chứa.
 Đồng hồ hiển thị số hành trình của bơm.