khoan khai thác dầu khí, thiết bị và dụng cụ khoan

THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ KHOAN
Bài giảng được soạn bởi
Bộ môn Khoan – Khai thác Dầu khí
Khoa Kỹ thuật Địa chất và Dầu khí
Đại học Bách Khoa TP. HCM
Tel: (08) 8647256 ext. 5767
GEOPET


NỘI DUNG
1. Các loại giàn khoan
2. Các hệ thống thiết bị trên giàn khoan
3. Bộ khoan cụ

GEOPET

Thiết bị và dụng cụ khoan



2


MỤC TIÊU
Sau khi học xong chương này, học viên sẽ
có các kiến thức cơ bản về:
 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 của từng hệ thống.
 Các
GEOPET

thành phần của bộ khoan cụ.
Thiết bị và dụng cụ khoan



3


1. CÁC LOẠI GIÀN KHOAN

GEOPET

Thiết bị và dụng cụ khoan



4


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.

GEOPET



Tải trọng nâng: công suất tời khoan.



Tính cơ động: cố định, tự hành, bán tự hành.
Thiết bị và dụng cụ khoan



1. Các loại giàn khoan

5


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 hoă ăc xe lăn khổng lồ. Các thiết bị
khoan này có thể di chuyển nguyên bô ă
ở cự ly ngắn. Khi cần di chuyển xa,
thiết bị được tháo rời từng phần.

GEOPET

Thiết bị và dụng cụ khoan



1. Các loại giàn khoan

6


GIÀN KHOAN TRÊN ĐẤT LIỀN
 Giàn

khoan cố

định:


Được sử dụng để khoan các
giếng sâu và siêu sâu.



Các bôô phâôn chính trên giàn
có thể được tháo rời thành
từng môđun, dễ dàng vâôn
chuyển trên các xe tải có
rơ-móc chuyên dụng và được
lắp ráp lại tại khoan trường.

GEOPET

Thiết bị và dụng cụ khoan



1. Các loại giàn khoan

7


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) hoă ăc 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.

GEOPET

Thiết bị và dụng cụ khoan



1. Các loại giàn khoan

8


CÁC LOẠI GIÀN KHOAN BIỂN DI ĐỘNG
Xà lan khoan
0–5m

GEOPET

Giàn tự nâng
20 – 120 m

Thiết bị và dụng cụ khoan

Giàn bán tiềm thủy
60 – 1200 m



Tàu khoan
30 – 2800 m

9


XÀ LAN KHOAN
 Xà

lan có đáy bằng, sử dụng tại các

vùng sông nước nôiă địa, mătă nước
yên tĩnh và nông (khoảng 3 - 5 m).
 Xà

lan được làm ngâpă và nằm trực

tiếp lên đáy.
 Giếng

khoan được thực hiênă từ sàn

xà lan.

GEOPET

Thiết bị và dụng cụ khoan



1. Các loại giàn khoan

10


GIÀN TỰ NÂNG


Có cấu tạo như mô ăt 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 viê ăc.



Các thiết bị đă ăt trên giàn thường nhô
ra bên ngoài và trượt được để có thể

tiến hành khoan ngoài phạm vi của
sàn khoan.

GEOPET

Thiết bị và dụng cụ khoan



1. Các loại giàn khoan

11


GIÀN BÁN TIỀM THỦY


Cấu tạo từ hai hoă ăc nhiều khoang chứa
nước dưới các chân đế, giúp giàn nổi
lưng chừng, tạo thế ổn định giàn tốt
nhất.



Nhờ hê ă thống máy tính điê ăn tử, hê ă thống
kiểm soát dằn được tự đô ăng giữ đô ă cao
nhúng chìm giàn thích hợp và ổn 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.

GEOPET

Thiết bị và dụng cụ khoan



1. Các loại giàn khoan

12


TÀU KHOAN


Có tính cơ đô ăng cao nhất và thường
được sử dụng cho các giếng khoan
tìm kiếm, thăm dò xa đất liền.



Có thể vâ ăn hành trong vùng biển có
chiều sâu mức nước từ 30 - 2000 m
đôi khi đến 2800 m.



Hê ă thống định vị đô ăng học có khả
năng hiê ău chỉnh tự đô ăng vị trí thiết bị
khoan nhờ các đô ăng cơ đẩy dọc
(propellers) và đẩy ngang (thrusters)
gắn dưới tàu. Các đô ăng cơ này được
kích hoạt và điều khiển bằng máy tính.

GEOPET

Thiết bị và dụng cụ khoan



1. Các loại giàn khoan

13


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, mô ăt số
giàn khoan thế hê ă mới có chân đế bằng bê tông cốt thép.



Các chân đế của giàn khoan được cắm vững chắc xuống đáy
biển.



Từ mô ăt giàn khoan cố định có thể khoan 16 - 32 giếng, hoă ăc 40
giếng đối với mô ăt số giàn đă ăc biê ăt.

GEOPET

Thiết bị và dụng cụ khoan



1. Các loại giàn khoan

14


CÁC LOẠI GIÀN KHOAN BIỂN KHÁC
 Công

nghệ hiện nay cho

phép khoan và khai thác ở
vùng biển sâu hơn 300m
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.

GEOPET

Thiết bị và dụng cụ khoan



1. Các loại giàn khoan

15


2. CÁC HỆ THỐNG THIẾT BỊ
TRÊN GIÀN KHOAN

GEOPET

Thiết bị và dụng cụ khoan



16


CÁC HỆ THỐNG THIẾT BỊ TRÊN GIÀN KHOAN
Các hệ thống thiết bị chính của giàn khoan bao gồm:

GEOPET

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

Thiết bị và dụng cụ khoan



2. Các hệ thống thiết bị trên giàn khoan

17


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 hê ă 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 gâ ăp, tháp lồng).

GEOPET

Thiết bị và dụng cụ khoan



2. Các hệ thống thiết bị trên giàn khoan

18


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

5
6

4

7

3

8
2
9

– Block & hook
8.

Quang treo /đầu nâng – Links

& elevator

GEOPET

9.

Cần chủ đạo – Kelly

10.

Cấu trúc dưới – Substructure

11.

Cụm đối áp – BOPs
Thiết bị và dụng cụ khoan

10
1
11



2. Các hệ thống thiết bị trên giàn khoan

19


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 hê ă thống đầu giếng, thiết bị miê ăng giếng
và thiết bị chống phun.



GEOPET

Cấu trúc dưới tháp có thể đô ăc lâ ăp với tháp.

Thiết bị và dụng cụ khoan



2. Các hệ thống thiết bị trên giàn khoan

20


HỆ THỐNG CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG


Đô ăng cơ diezel hoă ăc 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 điê ăn năng.

Động cơ diezel
GEOPET

Thiết bị và dụng cụ khoan

Máy phát điện diezel


2. Các hệ thống thiết bị trên giàn khoan

21


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.
GEOPET

Sử dụng cho sinh hoạt (Life support system).
Thiết bị và dụng cụ khoan



2. Các hệ thống thiết bị trên giàn khoan

22


HỆ THỐNG CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG

GEOPET

Thiết bị và dụng cụ khoan



2. Các hệ thống thiết bị trên giàn khoan

23


HỆ THỐNG NÂNG THẢ
Các thành phần của
hệ thống nâng thả

GEOPET

Thiết bị và dụng cụ khoan



2. Các hệ thống thiết bị trên giàn khoan

24


HÊô 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

GEOPET

Thiết bị và dụng cụ khoan



2. Các hệ thống thiết bị trên giàn khoan

25