Tính toán và đánh giá trạng thái động học bộ khoan cụ đường kính nhỏ trong đá móng nứt nẻ tại vùng biển Việt Nam

Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam

MỤC LỤC
Danh mục ký hiệu ............................................................................................................6
Danh mục hình ảnh ..........................................................................................................7
Danh mục bảng biểu ........................................................................................................8
Danh mục các phương trình ............................................................................................8
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................9
CHƯƠNG I ..................................................................................................................12
KHÁI QUÁT VỀ HOẠT ĐỘNG KHOAN TẠI MỎ BẠCH HỔ ...........................12
1.1

Giới thiệu chung về mỏ Bạch Hổ.....................................................................12

1.1.1

Ðịa tầng mỏ Bạch Hổ. ...............................................................................12

1.1.2

Lịch sử phát hiện và tổ chức khai thác dầu ở mỏ Bạch Hổ ......................13

Những mỏ dầu khí trong móng nứt nẻ được tiếp tục phát hiện ..............................13
1.1.3
1.2

Các đối tượng khai thác dầu khí của mỏ Bạch Hổ ....................................14

Công nghệ khoan tại tầng đá móng nứt nẻ mỏ Bạch Hổ .................................15

CHƯƠNG II .................................................................................................................17
NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ĐỘNG HỌC BỘ DỤNG CỤ KHOAN ĐƯỜNG
KÍNH NHỎ TRONG MÓNG NỨT NẺ MỎ BẠCH HỔ .........................................17
2.1

Sự tác động của hệ động lực học quá trình khoan ...........................................17

2.1.1

Những dao động ảnh hưởng lên bộ khoan cụ ...........................................17

2.1.2

Các yếu tố gây mất ổn định hệ động lực học quá trình khoan ..................18

2.2

Nghiên cứu trạng thái làm việc của hệ động lực học quá trình khoan ............18

2.2.1

Lý thuyết Tai Biến (Catastrophe Theory): ................................................18

2.2.2

Bảy tai biến cơ bản ....................................................................................19

2.2.3 Ứng dụng lý thuyết Tai Biến để đánh giá ổn định động học của hệ động
lực học quá trình khoan ..........................................................................................20

CHƯƠNG III ...............................................................................................................25
MỘT SỐ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ NÂNG CAO HIỆU QUẢ THI CÔNG
KHOAN ĐƯỜNG KÍNH NHỎ TRONG THÂN DẦU ĐÁ MÓNG NỨT NẺ MỎ
BẠCH HỔ ....................................................................................................................25
3.1

Hoàn thiện bộ khoan cụ đường kính nhỏ .........................................................25

3.1.1
Nhóm 5

Tính chất cơ lý của đá móng nứt nẻ ở mỏ Bạch Hổ..................................25
4

Lớp: KKT-01


Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam

3.1.2

Giải pháp triệt tiêu dao động dọc trục của bộ khoan cụ............................26

3.1.3

Tính toán lựa chọn kiểu và loại choòng khoan .........................................27

3.2

Tính toán, lựa chọn các thông số công nghệ, chế độ khoan tối ưu ..................29

3.2.1

Các cách tiếp cận xây dựng mô hình tính toán .........................................30

3.2.2

Xây dựng mô hình tính toán thông số công nghệ, chế độ khoan tối ưu ...31

PHỤ LỤC .....................................................................................................................37
A. Đặc điểm choòng ...............................................................................................37
KẾT LUẬN ..................................................................................................................38
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................39

Nhóm 5

5

Lớp: KKT-01


Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam

Danh mục ký hiệu
Ký hiệu

Chú giải

GOST

Tiêu chuẩn Nga

BH
JVPC
VCH
df
dt
dx
f
c1,…,cn
u
dVch
Vch
t
h
G
N
Q
Ɵ
W
D0
C
CB
CDR
ttr
R

Ø

Bạch Hổ
Công ty dầu khí Việt – Nhật
Vận tốc cơ học
Đạo hàm của hàm f
Đạo hàm theo thời gian
Đạo hàm theo biến x
Hàm biến đổi trạng thái
Tham số điều khiển
Giá trị thời gian
Đạo hàm theo vận tốc cơ học
Vận tốc cơ học
Thời gian khoan
Số mét khoan
Tải trọng lên choòng
Tốc độ quay của choòng khoan
Lưu lượng bơm
Các yếu tố ảnh hưởng của đất đá, chủng loại choòng …
Độ mòn choòng khoan
Độ mòn ổ bi
Giá thành mét khoan
Giá thành choòng khoan
Chi phí cho giàn khoan
Thời gian phụ trợ (kéo thả, tiếp cần …)
Hệ số tương quan
Đường kính

Nhóm 5

Đơn vị

6

m/h
h
m
Tấn
Vòng/phút
Lít/giây

h
mm

Lớp: KKT-01


Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam

Danh mục hình ảnh
Số hiệu hình
ảnh

Tên hình ảnh

Trang

1-1

Mặt cắt địa chấn dọc khối nâng Trung tâm mỏ Rồng và
Bạch Hổ

12

1-2

Động thái khai thác mỏ Bạch Hổ giai đoạn 1986-2008

13

1-3

Mô hình cấu trúc 3D móng mỏ Bạch Hổ

14

1-4

Mẫu đá Granit nứt nẻ được nghiên cứu dưới kính hiển vi

15

1-5

Choòng khoan 4½” STX30DX

15

2-1

Quan hệ giữa vận tốc cơ học của choòng 6 ½” theo chiều
sâu

22

2-2

Quan hệ giữa vận tốc cơ học của choòng 4 ½” theo chiều
sâu

23

3-1

Cấu tạo cơ bản của một thiết bị giảm xóc

26

3-2

Choòng khoan IADC code 627 (trái) và IADC code 647
(phải)

28

3-3

Bố trí lại răng choòng để chống lặp lại

29

3-4

Phủ phần hợp kim bên hông của choòng khoan

29

3-5

Biểu đồ mô tả giá trị vận tốc khoan cơ học thực tế và tính
toán

36

Nhóm 5

7

Lớp: KKT-01


Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam

Danh mục bảng biểu
Số hiệu bảng

Tên bảng

Trang

1-1

Số giếng khoan đá móng mỏ Bạch Hổ

16

1-2

Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của choòng khoan sử dụng
khoan đá móng nứt nẻ

16

1-3

Các loại choòng khoan và chế độ khoan thường dùng cho đá
móng nứt nẻ

16

2-1

Bảy loại tai biến cơ bản của Thom

20

2-2

Bảng số liệu khi khoan ở giếng khoan GK112 mỏ Bạch Hổ

22

3-1

Đặc tính kỹ thuật của thiết bị giảm xóc

26

3-2

Số liệu khoan thực tế

32

3-3

Số liệu tính toán các hệ số

34

Danh mục các phương trình
Số phương
trình

Tên phương trình

Trang

2.1

Mô phỏng mô hình hóa một hệ động lực dưới dạng phương
trình vi phân

18

2.3

Giá trị vận tốc khoan Vch phụ thuộc các yếu tố tải trọng
chiều trục, tốc độ vòng quay, lưu lượng bơm,….

20

2.5

Phương trình quá trình phá hủy đất đá của choòng chịu nhiều
yếu tố tác động

20

Nhóm 5

8

Lớp: KKT-01

Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam

MỞ ĐẦU
Việc phát hiện thân dầu trong tầng đá móng nứt nẻ đã mở ra kỷ nguyên mới
trong công tác tìm kiếm, thăm dò và khai thác dầu khí ở Việt Nam, đánh dấu một bước
ngoặt trong việc nhận định và đánh giá mới về tiềm năng dầu khí ở thềm lụa địa phía
Nam, thay đổi cách nhìn nhận và xác định chiến lược thăm dò dầu khí ở khu vực. Kể
từ khi phát hiện ra dầu trong đá móng, công tác khoan tập trung vào đối tượng tầng đá
móng.
Tính cấp thiết của đề tài
Bể Cửu Long là bể trầm tích có tiềm năng chứa dầu khí nhất trên thềm lục địa
Việt Nam nói chung và thềm lục địa Nam Việt Nam nói riêng. Mỏ Bạch Hổ thuộc bể
trầm tích Cửu Long là mỏ có quy mô lớn nhất, cả về diện tích cũng như trữ lượng, nó
đặc trưng cho dầu trong tầng móng granitoid nứt nẻ của bể Cửu Long nói riêng và thế
giới nói chung. Do đó trong đồ án này nhóm chủ yếu nghiên cứu tập trung vào mỏ
Bạch Hổ.
Do cấu trúc địa tầng của mỏ Bạch Hổ khá phức tạp, với sự hiện diện của tầng
trầm tích Oligocene trên có áp suất vỉa dị thường cao nên để khoan được đối tượng
móng cần phải có cấp ống chống 7” cách ly địa tầng Oligocene này, từ đó sử dụng
choòng khoan với cấp đường kính 6½”. Sau một thời gian dài khai thác, các giếng
khoan vào đối tượng móng bị ngập nước, sản lượng khai thác quá thấp và không hiệu
quả. Do việc khoan giếng mới không khả thi về hiệu quả kinh tế, nên để đảm bảo sản
lượng khai thác và nâng cao hệ số thu hồi dầu, cần tận dụng các thân giếng hiện có
(giếng không còn hoạt động hay hoạt động kém hiệu quả) để khoan cắt thân, cho phép
mở rộng các khu vực chưa có giếng khoan hoặc vùng bị tách biệt do mực nước dâng
lên không đồng nhất trong quá trình khai thác. Do thi công trên cấu trúc của giếng
khoan cũ, cần sử dụng choòng khoan đường kính nhỏ đến 4½” để khoan vào đối tượng
móng. Khi độ sâu giếng tăng, đồng nghĩa với góc nghiêng và độ dời đáy của giếng

tăng và không kiểm soát được, hiệu suất làm việc của choòng khoan cũng bị ảnh
hưởng và kém hiệu quả. Hệ thống động học quá trình khoan khi khoan trong đá móng
nứt nẻ với choòng khoan đường kính nhỏ 114,3 – 165,1 mm thường xuyên rơi vào
trạng thái mất ổn định và mất tính bền động học. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của
choòng khoan thấp.
Để nâng cao hiệu quả công tác khoan, cần phải nghiên cứu các yếu tố ảnh
hưởng tới quá trình khoan. Các nghiên cứu trước đây chỉ nghiên cứu đơn lẻ một vấn đề
nên chưa đánh giá được ảnh hưởng đồng thời của tất cả các yếu tố đến hệ động lực học
quá trình khoan. Do đó, nghiên cứu, đánh giá tác động của các nhân tố tới hệ thống
động học bộ khoan cụ đường kính nhỏ trong đá móng nứt nẻ ở vùng biển Việt Nam để
định hướng các giải pháp công nghệ trong việc lắp ráp bộ dụng cụ khoan phù hợp.
Nhóm 5

9

Lớp: KKT-01


Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam

Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu và đánh giá trạng thái động học của hệ thống quá trình khoan, cho
phép khẳng định hệ thống động học quá trình khoan với choòng khoan đường kính
nhỏ thường xuyên rơi vào trạng thái mất ổn định và mất tính bền động học khi khoan
trong đá móng nứt nẻ tại các mỏ dầu khí ở thềm lục địa Nam Việt Nam, đặc biệt là mỏ
Bạch Hổ. Đây là cơ sở để nghiên cứu, hoàn thiện bộ dụng cụ khoan đường kính nhỏ,
từ đó nâng cao hiệu suất làm việc của choòng trong đá móng, giảm độ mài mòn của
choòng khoan, góp phần nâng cao hiệu quả công tác khoan đường kính nhỏ trong đá

móng nứt nẻ mỏ Bạch Hổ. Xây dựng mô hình vận tốc cơ học khoan cho các loại
choòng khoan đường kính 4½” và 6½”.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thư mục: Thu thập, thống kê, phân tích số liệu thực tế về các
thông số chế độ khoan qua từng mét khoan khi thi công các giếng tại mỏ Bạch Hổ;
- Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết Tai Biến –
Catastrophe để nghiên cứu, khảo sát, đánh giá hệ thống công nghệ khoan trên cơ sở
phân tích số liệu thực tế của các giếng đã khoan tại mỏ Bạch Hổ để xác định trạng thái
động học, xác định đúng thời điểm hiệu chỉnh các tham số công nghệ hay thay đổi kỹ
thuật – công nghệ cho phù hợp. Thực hiện tính toán so sánh theo mô hình Lancaster để
lựa chọn độ bền (độ chịu mài mòn) của vật liệu choòng khoan;
- Ứng dụng công nghệ thông tin: Sử dụng các phần mềm tin học trong khảo sát,
đánh giá và phân tích số liệu.
Ý nghĩa thực tiễn
Nghiên cứu, đánh giá hệ động lực học bộ dụng cụ khoan đường kính nhỏ cho
phép lựa chọn các thông số chế độ khoan tối ưu, chọn thể loại và kiểu choòng khoan
phù hợp với điều kiện đất đá khoan qua với độ cứng cao và độ mài mòn lớn. Cho phép
hệ động lực học quá trình khoan làm việc ổn định, tiêu hao năng lượng nhỏ nhất, tuổi
thọ thiết bị cao nhất, tăng tối đa tốc độ cơ học khoan và giảm giá thành thi công. Xây
dựng được mô hình vận tốc khoan cho choòng khoan đường kính nhỏ.
Luận điểm bảo vệ
- Đá móng mỏ Bạch Hổ thuộc thềm lục địa Nam Việt Nam là đối tượng phức
tạp đối với quá trình khoan bằng choòng khoan đường kính nhỏ. Hệ động lực học quá
trình khoan khi khoan trong đá móng nứt nẻ với choòng khoan đường kính nhỏ từ
114,3 – 165,1 mm thường xuyên rơi vào trạng thái mất ổn định và mất tính bền động
học. Trạng thái này thể hiện rõ qua kết quả khoan là quỹ đạo thực tế của thân giếng đi
Nhóm 5

10

Lớp: KKT-01


Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam

sai lệch với thiết kế và không kiểm soát được, gián tiếp ảnh hưởng xấu đến hiệu suất
phá hủy đất đá của choòng khoan.Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của choòng khoan thấp,
thời gian khoan dài và chi phí khoan cao.
- Lựa chọn các loại choòng khoan phù hợp với các loại đất đá khoan; tính toán
các thông số công nghệ, chế độ khoan hợp lý cho quá trình phá hủy đất đá của choòng
khoan và các giải pháp nâng cao hiệu suất làm việc của choòng trong đá móng, giảm
độ mài mòn của choòng khoan, góp phần nâng cao hiệu quả công tác khoan đường
kính nhỏ trong đá móng nứt nẻ mỏ Bạch Hổ.
Cơ sở tài liệu của đồ án
Đồ án được xây dựng trên cơ sở: Các tài liệu thi công giếng khoan khai thác
dầu khí tại các mỏ Bạch Hổ thuộc Liên doanh Việt – Nga Vietsovpetro; Các báo cáo
tổng kết hoạt động thăm dò, khai thác dầu khí ở thềm lục địa Nam Việt Nam của Tập
đoàn dầu khí Quốc gia Việt Nam; Các bài báo và các công trình nghiên cứu khoa học
của các tác giả trong nước và nước ngoài đăng trên các tạp chí chuyên ngành.
Bố cục của đồ án
Đồ án gồm lời mở đầu, 3 chương, kết luận và kiến nghị.
Chương 1 – Khái quát về hoạt động khoan tại mỏ Bạch Hổ;
Chương 2 – Nghiên cứu trạng thái động học bộ dụng cụ khoan đường kính nhỏ
trong đá móng nứt nẻ mỏ Bạch Hổ;
Chương 3 – Một số giải pháp công nghệ nâng cao hiệu quả thi công khoan
đường kính nhỏ trong thân dầu đá móng nứt nẻ mỏ Bạch Hổ.
Do kiến thức còn nhiều hạn chế nên đồ án không khỏi còn nhiều khiếm khuyết,
nhóm thực hiện đồ án rất mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo của các thầy cô giáo

cùng các bạn bè.



Nhóm 5

11

Lớp: KKT-01


Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam

CHƯƠNG I
KHÁI QUÁT VỀ HOẠT ĐỘNG KHOAN TẠI MỎ BẠCH HỔ
1.1 Giới thiệu chung về mỏ Bạch Hổ.
Mỏ Bạch Hổ nằm ở trung tâm bể Cửu Long, là mỏ lớn nhất Việt Nam và đứng
vào hàng thứ 3 trong các mỏ đã phát hiện ở khu vực vành đai Tây Bắc cung Thái Bình
Dương (bao gồm: Nhật Bản, Trung Quốc và các nước Asean), chỉ đứng sau mỏ Đại
Khánh của Trung Quốc (phát hiện năm 1959) và mỏ Minas của Indonesia (phát hiện
năm 1944).
1.1.1 Ðịa tầng mỏ Bạch Hổ.
Lát cắt địa chất của mỏ Bạch Hổ (Hình 1-1) gồm móng kết tinh trước Kainozoi
và trầm tích lục nguyên. Chiều dày tổng cộng được mở theo chiều thẳng đứng của đá
móng là 1990m, của tầng đá trầm tích là 4740m.

Hình 1-1. Mặt cắt địa chấn dọc khối nâng Trung tâm mỏ Rồng và Bạch Hổ [8]
Móng gồm đá macma granitoid kết tinh cùng các đai mạch diaba và bazanandesite poocfia, hay còn gọi chung là đá móng. Ðộ cứng của đá móng nằm trong

khoảng 210 ×105 Pa đến 220 ×105 Pa ( theo nghiên cứu của Trường Đại học Dầu khí
Quốc Gia Nga Gubkin – RSUOG và Viện Dầu khí Việt Nam) [11].
Lát cắt trầm tích gồm đá tuổi Paleogen (Oligocen), Neogen (MiocenPliocen) và
Ðệ tứ, chúng còn được chia nhỏ hơn thành 6 điệp với các tên gọi địa phương.
Nhóm 5

12

Lớp: KKT-01


Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam

1.1.2 Lịch sử phát hiện và tổ chức khai thác dầu ở mỏ Bạch Hổ
Biểu hiện dầu trong đá móng mỏ Bạch Hổ được ghi nhận ở giếng BH-1 nhưng
kết quả thử vỉa không cho dòng. Giếng khoan BH-6 khoan sâu vào móng 23m đến
chiều sâu 3533m vào ngày 05/5/1987 khi thử vỉa cùng với tầng Oligocen cho lưu
lượng 477 t/ng. Mặc dù còn có nghi vấn nhưng giếng BH-6 được xem là giếng phát
hiện đầu tiên dòng dầu có lưu lượng công nghiệp trong tầng chứa là đá móng ở thềm
lục địa Việt Nam. Dầu trong đá móng nứt nẻ được khẳng định có lưu lượng công
nghiệp khi quay lại thử vỉa trong móng ở giếng BH-1 và được đưa vào khai thác ngày
6/9/1988. Lịch sử khai thác dầu khí ở mỏ Bạch Hổ trong giai đoạn 1986 – 2008 được
thể hiện trên biểu đồ (Hình 1-2) dưới đây.

Hình 1-2. Động thái khai thác mỏ Bạch Hổ giai đoạn 1986-2008 [8]
Những mỏ dầu khí trong móng nứt nẻ được tiếp tục phát hiện
Tiếp nối sau Vietsovpetro, áp dụng những giải pháp công nghệ và kinh nghiệm
của Vietsovpetro khai thác dầu trong đá móng, có cải tiến và hoàn thiện cho phù hợp

với đặc điểm mô hình địa chất, đặc tính chất lưu vỉa của từng mỏ, các công ty dầu như
Petronas (PCV), JVPC, Cửu long JOC, Hoàng Long – Hoàn Vũ JOC, VRJ đã phát
hiện và tổ chức khai thác có hiệu quả các mỏ Rạng Đông, Sư Tử Đen, Sư Tử Vàng, Sư
Tử Nâu, Cá Ngừ Vàng, Ruby, Nam Rồng – Đồi Mồi, Hải Sư Đen… Hiện nay, tổng
sản lượng dầu khai thác được từ các mỏ dầu trong đá móng nứt nẻ chiếm phần lớn
tổng sản lượng dầu khai thác của Petrovietnam.

Nhóm 5

13

Lớp: KKT-01


Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam

1.1.3 Các đối tượng khai thác dầu khí của mỏ Bạch Hổ
Trong mô hình cấu trúc 3D mỏ Bạch Hổ (Hình 1-3) thể hiện, mỏ được chia
thành 3 vòm đó là Vòm Bắc, Vòm Trung Tâm, Vòm Nam. Bề dày toàn bộ các tầng
chứa dầu 2150m được mở ra từ móng đến Miocen, trong đó đã phát hiện 126 thân dầu.
Các thân dầu trong trầm tích có trữ lượng nhỏ, chiều cao thay đổi trong khoảng 15 800m. Thân dầu móng có chiều cao ước đoán tới 1800m.
Ðối tượng chứa dầu chính của mỏ là móng nứt nẻ, hang hốc trước Kainozoi
(Hình 1-4). Trong trầm tích Oligocen dưới, Oligocen trên và Miocen dưới các thân dầu
có độ sản phẩm khác nhau, trữ lượng nhỏ, cấu tạo phức tạp. Móng nứt nẻ là thành hệ
chứa dầu khí rất đặc biệt, tầng chứa dày, bản thân đá matrix không chứa dầu, và không
có độ thấm khung đá đối với dầu, nhưng dầu lại tập trung trong các hốc, vi rãnh rửa
lũa và đặc biệt là trong các khe nứt hở, tạo độ rỗng và độ thấm thứ sinh.
Tên “Bạch Hổ" đã đi vào các văn liệu dầu khí thế giới và được ghi nhận như

mỏ dầu lớn nhất của Việt Nam, nhưng đồng thời cũng là một trong những mỏ đặc biệt
trên thế giới có trữ lượng cực lớn (trên 500 triệu tấn trữ lượng dầu khí tại chỗ), được
Vietsovpetro tổ chức khai thác với cường độ và sản lượng cao.

Hình 1-3. Mô hình cấu trúc 3D móng mỏ Bạch Hổ [8]

Nhóm 5

14

Lớp: KKT-01


Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam

Hình 1-4. Mẫu đá Granit nứt nẻ được nghiên cứu dưới kính hiển vi [8]

1.2 Công nghệ khoan tại tầng đá móng nứt nẻ mỏ Bạch Hổ
Việc phát hiện dầu trong móng mỏ Bạch Hổ là sự kiện quan trọng trong công
tác tìm kiếm, thăm dò và khai thác dầu khí ở Việt Nam, đánh dấu một bước ngoặt
trong việc nhận định và đánh giá mới về tiềm năng dầu khí ở thềm lục địa phía Nam,
thay đổi cách nhìn nhận và xác định chiến lược thăm dò dầu khí ở khu vực, mở ra một
hướng tìm kiếm, thăm dò mới cần được quan tâm.
Kể từ khi phát hiện ra dầu trong đá móng tại thềm lục địa Việt Nam, công tác
khoan tập trung vào đối tượng tầng đá móng. Việc khoan trong tầng đá móng tại
Vietsovpetro bằng choòng khoan với đường kính nhỏ 4½” - 6½”, thời gian khoan kéo
dài do đặc tính đất đá móng cứng, nứt nẻ, gây ra nhiều vấn đề trong thi công khoan
như tốc độ cơ học thấp, số mét

khoan/choòng ngắn, choòng bị bể
răng, mòn răng, rơi chóp… Vì vậy, cần
lựa chọn, cải tiến choòng khoan cho
phù hợp. Trong thời gian dài, choòng
khoan móng 4½” F47YODPS (Smith)
là sự lựa chọn duy nhất. Hiện nay có
thêm một số loại choòng khoan như
4½” STX30DX (Hình 1-5), 4½”
XR45YODPS, 4½” STR44CGDX.
Các loại choòng khoan có đường kính
4½” cho hiệu quả khoan cao, nhưng
Hình 1-5: Choòng khoan 4½” STX30DX
cũng có thể rơi chóp bất cứ lúc nào.

Hình 1-5: Choòng khoan 4½” STX30DX [12]
Dưới đây là một số bảng thể hiện những thông số liên quan đến mỏ Bạch Hổ.

Nhóm 5

15

Lớp: KKT-01


Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam
Bảng 1-1. Số giếng khoan đá móng mỏ Bạch Hổ [12]

Số giếng

khoan

1/1984 –
1/1997

1/1997 –
1/2002

1/2002 –
4/2009

Toàn mỏ
Bạch Hổ

Thăm dò

13

3

2

18

Khai thác và
khai thác sớm

154

64

50

268

Tổng số

167

67

52

286

Bảng 1-2. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của choòng khoan sử dụng khoan đá móng nứt nẻ [12]

Đường kính
choòng
khoan
8 1/2 “
6 1/2 “
8 1/2 “
6 1/2 “
8 1/2 “
6 1/2 “

Phương
pháp khoan
R

R
R
R
R
R

Số mét khoan
trên choòng
(m)
93,4
86,1
176,0
123,8
200,7
160,3

Thời gian
khoan (giờ)

Vận tốc cơ
học (m/giờ)

39,9
41,37
76,49
50,60
65,5
55,8

2,34

2,08
2,30
2,45
4,35
4,40


Bảng 1-3. Các loại choòng khoan và chế độ khoan thường dùng cho đá móng nứt nẻ [12]

Đường kính
choòng khoan

Chủng loại

Tải trọng
(tấn)

Tần số quay
(vòng/phút)

Lưu lượng
bơm (lít/giây)

Vòi
phun

8 1/2 “
6 1/2 “
6“
4 1/2 “

FGI40YODPD
XR40YODPS
XR40YODPS
F47YODPS

18 – 24
12 – 15
10 – 12
6–7

70 - 100
60 - 80
60 - 70
60 - 65

16 - 22
10 - 16
10 - 15
6-8

Mở
Mở
Mở
Mở

Trên thực tế, nhược điểm lớn nhất của choòng khoan có đường kính nhỏ
114,1mm khi khoan trong móng là việc hỏng chóp. Theo kinh nghiệm kỹ thuật khoan
trên thế giới và ở Việt Nam, khi choòng khoan làm việc phá hủy đất đá, bộ dụng cụ
khoan thường xuyên phải chịu cùng một lúc các lực tác động tương hỗ, đó là: tải trọng

dọc trục lên choòng khoan, moment xoắn, moment uốn, lực nổi Archimedes phản lực
dọc trục, lực hướng tâm, thủy lực, lực văng chuyển động và rung lắc dọc trục… Tổ
hợp các lực tương tác này là tác nhân gây ảnh hưởng trực tiếp đến trạng thái động học
của bộ dụng cụ khoan và gián tiếp ảnh hưởng xấu đến hiệu suất phá hủy đất đá của
choòng khoan. Do đó, cần phải có các nghiên cứu chuyên sâu nhằm đánh giá trạng thái
động học thực tế của bộ dụng cụ khoan, là cơ sở để đề xuất các giải pháp công nghệ.

Nhóm 5

16

Lớp: KKT-01


Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam

CHƯƠNG II
NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ĐỘNG HỌC BỘ DỤNG CỤ
KHOAN ĐƯỜNG KÍNH NHỎ TRONG MÓNG NỨT NẺ MỎ
BẠCH HỔ
2.1 Sự tác động của hệ động lực học quá trình khoan
Năng suất khoan phụ thuộc rất lớn vào sự ổn định của hệ thống trong quá trình
khoan. Trong quá trình khoan, các thông số khoan được điều chỉnh tức thời nhằm đảm
bảo các chỉ tiêu khoan. Do đó, cần tính toán và lựa chọn các thông số khoan hợp lý
nhằm tối ưu năng suất khoan cũng như đảm bảo độ bền của các thiết bị.
2.1.1 Những dao động ảnh hưởng lên bộ khoan cụ
Trong quá trình khoan có các dạng dao động chính mà bộ khoan cụ chịu là: dao
động xoắn, dao động dọc trục, dao động ngang.

+ Dao động ngang:
Dao động ngang xuất hiện do chuyển động quay của bộ khoan cụ. Chuyển động
ngang sẽ làm bộ khoan cụ rung lắc, tăng đường kính của lỗ khoan và tốc độ cơ học
giảm.
+ Dao động xoắn:
Khi choòng khoan vào các hệ tầng có tính chất dính như sét, khi đó choòng
khoan bị kẹt trong khi bộ khoan cụ ở trên choòng vẫn quay, gây nên dao động xoắn.
Dao động xoắn là yếu tố gây ra các hiện tượng mỏi của thép, mòn choòng và bộ khoan
cụ, do đó năng suất khoan giảm vì phải thay thiết bị.
+ Dao động dọc trục:
Khi có sự thay đổi của tải trọng chiều trục, thay đổi tỉ trọng dung dịch (thay đổi
lực đẩy nổi Archimedes) và sự va chạm giữa răng mũi khoan với đất đá theo chiều
trục. Khi dao động dọc trục xuất hiện, thời gian tiếp xúc giữa răng mũi khoan với đất
đá bị giảm, do đó tốc độ cơ học giảm, hiệu suất khoan giảm.
Trong quá trình khoan, các loại dao động này có thể xuất hiện đồng thời (có thể
xảy ra hiện tượng cộng hưởng hoặc triệt tiêu nhau) làm tăng sự mất ổn định cũng như
giảm năng suất khi khoan.

Nhóm 5

17

Lớp: KKT-01


Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam

2.1.2 Các yếu tố gây mất ổn định hệ động lực học quá trình khoan

Các nhân tố có thể gây mất ổn định hệ động học bao gồm: phương pháp khoan,
thiết bị khoan, các thông số chế độ khoan (tải trọng lên choòng G và tần số quay n),
môi trường làm việc...
2.2 Nghiên cứu trạng thái làm việc của hệ động lực học quá trình khoan
2.2.1 Lý thuyết Tai Biến (Catastrophe Theory):
Lý thuyết Tai Biến (LTTB) cung cấp cho chúng ta một cách nhìn và mô tả thế
giới có khả năng làm xuất hiện những điểm dị đồng giữa những hiện tượng và hình
thái rất xa lạ của tự nhiên.
Trong [5] René Thom đưa ra những khái niệm sau:
a. Mỗi đối tượng hay mỗi hình thái vật lý được mô tả bởi một tập hút trong
không gian trạng thái các biến số trong.
b. Đối tượng như thế ổn định do đó nhận biết được chỉ trong trường hợp tập hút
tương ứng là ổn định cấu trúc.
c. Mọi tạo sinh hoặc hủy biến của hình thái (morphogenesis) có thể mô tả bởi
sự biến mất của tập hút trong dạng thái ban đầu để được thay thế bởi tập hút mới trong
dạng thái cuối cùng. Quá trình này gọi là tai biến và được mô tả trong không gian các
biến số ngoài.
LTTB là lý thuyết toán học nghiên cứu các đột biến qua sự phản ánh của hệ
thống nghiên cứu trong sự thay đổi đều đặn của các điều kiện ngoại biên.
Giả sử rằng, mô hình hóa một hệ động lực học nào đó được mô phỏng dưới
dạng phương trình vi phân:
= df(x,c1 ,c2 ...cn )

(2.1)

Hệ những phương trình loại này được gọi là hệ gradient. Trong đó, f là hàm của
biến đổi trạng thái của x và các tham số điều khiển c1, c2... cn. Xác định được điểm đột
biến hay điểm tới hạn nếu:
u

= 0;

u˃

0

(2.2)

Đây chính là điều kiện đảm bảo cho hoạt động của hệ động lực học tương ứng ở
trạng thái ổn định.

Nhóm 5

18

Lớp: KKT-01


Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam

2.2.2 Bảy tai biến cơ bản
Xung quanh chúng ta có những hiện tượng có những điểm kỳ dị mà trong vật lý
học người ta gọi là những điểm tới hạn. Có thể lấy một ví dụ về những điểm tới hạn
quen thuộc hơn trong vật lý học: đó là những điểm tới hạn trong lý thuyết chuyển pha.
Tại những điểm đó trạng thái của hệ đột biến, nói cách khác, hệ nhảy từ trạng thái này
sang trạng thái khác một cách gián đoạn, ví dụ từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn.
Những hiện tượng đột biến có tên là tai biến (Catastrophe) trong LTTB của René
Thom. Chữ tai biến mà René Thom sử dụng chỉ có ý nghĩa toán học.

Đối với một hàm có kỳ dị ta có thể tìm được một hệ tọa độ trong đó ta có thể
phân hàm thành hai phần Q và G: Q là một dạng toàn phương không suy biến, còn G
chứa số biến số còn lại. Hàm G gọi là kỳ dị thặng dư và số biến số trong G gọi là đối
hạng của kỳ dị. Chỉ hàm G mới quan trọng về mặt tôpô và ứng với những hàm G khác
nhau ta có những loại kỳ dị khác nhau. Hàm G chưa ổn định. Đem nhiễu loạn hàm G
ta có những hàm mới chứa thêm các biến số ngoài a, b, c,... Các hàm này có tính ổn
định cấu trúc, có nghĩa là khi chúng bị nhiễu loạn, hình học của hiện tượng vẫn không
thay đổi. Các hàm có tính ổn định với số biến số ngoài nhỏ nhất đóng vai trò hàm thế
nói trên. Như vậy mỗi mầm hàm có hai đặc trưng quan trọng là:
- Đối hạng K tức số biến số trong còn lại trong kỳ dị thặng dư.
- Đối chiều C tức số biến số ngoài đưa vào với mục đích thu được một hàm ổn
định dưới các nhiễu loạn.
Chiếu tập những điểm tới hạn của hàm V xuống không gian các biến số ngoài a,
b, c,... ta có các hình thái đặc trưng cho các tai biến.
Hạn chế K # 2 và C # 4, René Thom tìm ra được 7 tai biến cơ bản. Các tai biến
đó có ký hiệu (K,C).

Nhóm 5

19

Lớp: KKT-01


Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam
Bảng 2-1: Bảy loại tai biến cơ bản của Thom [5]

TT

Tai biến
(Catastrophe)

Chiều kiểm soát
(Control
Dimensions)

1

Nếp xếp

1

Chiều ứng
xử
(Behavior
Dimensions)
1

2

Nếp gấp lùi

2

3

Đuôi én

4

Cánh bướm
Rốn
hyperbolic
Rốn eliptic

5
6

Rốn
parabolic

7

Mầm
(Germ)

Biến dạng
(Deformation)

x3

ax

1

x4

ax2 + bx

3

1

x5

ax3 +bx2 +cx

4

1

x6

ax4 +bx3 +cx2 +dx

3

2

x2 + y3

ax2 + by + cxy

3

2

xy2 + y3

ax2 + by + cx

4

2

x2y + y4

ay2 + bx2 + cy + dx

2.2.3 Ứng dụng lý thuyết Tai Biến để đánh giá ổn định động học của hệ động lực
học quá trình khoan
Dựa vào lý thuyết Tai Biến, nhóm 5 đã nghiên cứu, khảo sát và đánh giá hệ
thống công nghệ khoan trên cơ sở phân tích số liệu thực tế của các giếng đã khoan.
Trong quá trình khoan, các giá trị vận tốc khoan cơ học Vch là đại lượng phản ánh
trung thực hiệu suất làm việc của cả hệ thống khoan nên cần nghiên cứu giá trị này.
Nhóm các yếu tố điều khiển được đó là các yếu tố có thể thay đổi tức thời, bao gồm :
tải trọng chiều trục, tốc độ vòng quay, lưu lượng bơm. Do đó theo lý thuyết Tai Biến ta
có hàm số sau :
f(Vch , c1, c2, c3) = Vch5 + c1.Vch3 + c2.Vch2 + c3.Vch

(2.3)

Đặt:
g(Vch; c1, c2, c3) = c1.Vch3 + c2.Vch2 + c3.Vch

(2.4)

=> dg(Vch , c1, c2, c3) = 3.c1.Vch2 + 2.c2.Vch + c3

hàm số g(Vch; c1, c2, c3) được gọi là hàm biến dạng chứa tất cả sự thay đổi có thể của
điểm tới hạn của hàm số Vch5, mọi sự xáo trộn nhỏ của hàm f(Vch, c1, c2,c3) sẽ không
thay đổi đặc tính điểm tới hạn của nó.
Quá trình phá hủy đất đá của choòng chịu nhiều yếu tố tác động, trong đó các
thông số khoan có thể thay đổi để làm ổn định bộ khoan cụ và được phản ánh thông
qua phương trình:
= dg(x; c1, c2, c3) = a.V2ch + b.Vch + c

Nhóm 5

20

(2.5)

Lớp: KKT-01


Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam

Trong đó:
- Vch (m/h) là tốc độ cơ học khi khoan,
- t (s) là thời gian để khoan 1 mét.
- a, b, c: Các tham số điều khiển, đặc trưng cho sự tương tác giữa các điều kiện
địa chất, môi trường dung dịch, cấu trúc bộ khoan cụ, hình dạng và chiều dài thân
giếng, các thông số chế độ khoan... Các tham số này được xác định bằng công tác xử
lý số liệu khoan thực tế mà đặc trưng là tốc độ cơ học theo từng mét khoan khi khoan
qua tầng đá móng nứt nẻ tại mỏ Bạch Hổ.
Trong trường hợp của hệ những phương trình gradient (2.5), những tính chất

của trạng thái dừng, là trạng thái bất biến với thời gian, có thể dễ dàng nghiên cứu
được nghiên cứu.
(2.6)
Từ phương trình (2.5) và (2.6) ta có :
a.V2ch + b.Vch + c = 0

(2.7)

Điều kiện này được thỏa mãn tương đương hàm số g (Vch; c1, c2, c3) có ít nhất
một điểm tới hạn. Tập hợp những điểm tới hạn của phương trình (2.4) là một bề mặt
trong không gian 4 chiều (Vch, a, b, c). Một tai biến sẽ được định nghĩa như một sự
thay đổi trong một tập những điểm tới hạn của hàm số g, xuất hiện khi thay đổi liên
tục thông số (c1, c2, c3).
Để xét sự ổn định của hệ động lực học khi khoan, từ phương trình (2.7), ta dựa
vào thông số Δ = (b)2 – 4.a.c
- Nếu Δ > 0 ổn định động học của hệ động lực học quá trình khoan được bảo
đảm;
- Khi Δ < 0, hệ động lực học quá trình khoan làm việc trong trạng thái không ổn
định;
- Khi Δ = 0, đây chính là giá trị mà trạng thái của hệ động lực học quá trình
khoan dễ dàng bị chuyển đổi giữa ổn định và không ổn định và khó đảm bảo rằng
chúng đang làm việc trong trạng thái ổn định và bền động học.

Nhóm 5

21

Lớp: KKT-01

Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam

Ta tiến hành khảo sát số liệu thực tế khi khoan 1 giếng ở mỏ Bạch Hổ.
Bảng 2-2. Bảng số liệu khi khoan ở giếng khoan GK112 mỏ Bạch Hổ [9]

Số liệu giếng GK112 mỏ Bạch Hổ
Depth
(m)

Date

Vch(m/h)

Bit

G

N

P

Q

2-Dec-14

3724

6 1/2 XR+20TPS №6361

3-Dec-14

3733

4,05

6 1/2 XR+20TPS №6361

4-6.

60+ВЗД

19

120

4-Dec-14

3762

3,05

6 1/2 XR+20TPS №6361

4-6.

60+ВЗД

19

120

5-Dec-14

3808

2,63

6 1/2 XR+20TPS №6361

4-6.

60+ВЗД

17

127

8-Dec-14

3813

1,67

6 1/2 XR+20TPS №6361

7-9.

60

19

130

9-Dec-14

3824

1,83

6 1/2 XR+20TPS №6361

7-9.

60

19

130

11-Dec-14

3844

2,50

6 1/2 XR+20TPS №6361

12-Dec-14

3867

1,44

6 1/2 XR+20TPS №6361

8-10.

60

17

122

14-Dec-14

3879

0,67

6 1/2 XR+20TPS №6361

12

65

16

119

15-Dec-14

3885

0,57

6 1/2 XR+20TPS №6361

12

65

16

120

31-Dec-14

3912

1,5

4 1/2 VG-68DX1 № 5229027.

4-9.

60

9

144

1-Jan-15

3936

3,43

4 1/2 VG-68DX1 № 5229027.

4-9.

60

7

90

2-Jan-15

3962

5,78

4 1/2 VG-68DX1 № 5229027.

4-9.

60

10

116

3-Jan-15

3974

4,29

4 1/2 VG-68DX1 № 5229027.

6-9.

65

10

129

4-Jan-15

4072

6,13

4 1/2 VG-68DX1 № 5229027.

6-9.

65

10

129

5-Jan-15

4123

4,25

4 1/2 VG-68DX1 № 5229027.

6-9.

65

10

129

4,5
4
3,5

y = -3E-06x3 + 0,0381x2 - 145,15x + 184374
R² = 0,9066

Vch (m/h)

3

Vch choòng
6 1/2"

2,5
2

Poly. (Vch
choòng 6
1/2")

1,5
1
0,5
0
3700

3750

3800

3850

3900

Độ sâu (m)

Hình 2-1. Quan hệ giữa vận tốc cơ học của choòng 6 ½” theo chiều sâu
Từ phương trình vận tốc choòng 165,1mm thu được qua số liệu thực tế và
phương trình (2.4)
Nhóm 5

22

Lớp: KKT-01


Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam

Ta có:
Do đó hệ động lực học quá trình khoan khi khoan bằng choòng 165,1mm (6½”)
trong đá móng dễ bị chuyển đổi giữa trạng thái ổn định và không ổn định.

7
6

Vch(m/h)

5

Vch choòng
4 1/2"

4
3

y = 2E-07x3 - 0,0033x2 + 14,374x - 20890
R² = 0,8571

2

Poly. (Vch
choòng 4
1/2")

1
0
3900

3950

4000

4050

4100

4150

Độ sâu (m)

Hình 2-2: Quan hệ giữa vận tốc cơ học của choòng 4 ½” theo chiều sâu
Từ phương trình vận tốc choòng 114,3mm thu được qua số liệu thực tế và
phương trình (2.4)
Ta có:

Do đó hệ động lực học quá trình khoan khi khoan bằng choòng 114,3mm (4½”)
trong đá móng dễ bị chuyển đổi giữa trạng thái ổn định và không ổn định.
Quá trình khảo sát cho thấy, khi khoan bằng choòng khoan đường kính nhỏ
trong đá móng nứt nẻ, giá trị Δ

0; ứng với giá trị Δ đã xét, hệ động lực học quá trình

khoan đang rơi vào trạng thái kém ổn định. Do đó choòng khoan nói riêng và tổng thể
hệ động lực học nói chung quá trình khoan đã rơi vào trạng thái kém bền động học.
Biểu hiện rõ nét là tốc độ cơ học thấp, choòng làm việc kém hiệu quả. Có thể khẳng
định, chế độ công nghệ chưa phù hợp với thiết bị kỹ thuật và điều kiện địa chất khi
khoan. Đây là một trong những nguyên nhân dẫn đến hiệu suất của quá trình khoan
Nhóm 5

23

Lớp: KKT-01


Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam

không cao. Nhằm nâng cao hiệu quả khoan, cần có những thay đổi các thông số chế độ
khoan để đưa hệ động lực học quá trình khoan làm việc trong trạng thái ổn định và bền
động học. Các thông số chế độ khoan có thể thay đổi dễ dàng trên bề mặt, có ảnh
hưởng nhanh chóng đến hiệu suất khoan.

Nhóm 5

24

Lớp: KKT-01


Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam

CHƯƠNG III
MỘT SỐ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ NÂNG CAO HIỆU QUẢ
THI CÔNG KHOAN ĐƯỜNG KÍNH NHỎ TRONG THÂN DẦU
ĐÁ MÓNG NỨT NẺ MỎ BẠCH HỔ
Một trong những nguyên nhân gây ra tính mất ổn định động học của hệ thống
khoan khi khoan qua tầng đá móng nứt nẻ có độ cứng cao ở mỏ Bạch Hổ là do sự dao
động của bộ khoan cụ. Do đó cần phải tính toán, thiết kế thiết bị giảm xóc thích hợp
gắn vào bộ khoan cụ để giảm xóc choòng khoan, loại bỏ dao động dọc trục.
Việc thi công khoan trong đá móng nứt nẻ có độ cứng cao cũng làm cho choòng
khoan bị mài mòn một cách nghiêm trọng. Do vậy, việc nghiên cứu và đánh giá chính
xác độ mài mòn của đá móng cho phép chọn đúng choòng khoan sao cho độ chịu mài
mòn của vật liệu làm choòng phải lớn hơn độ mài mòn của đá móng.
Cùng với việc hoàn thiện bộ khoan cụ đường kính nhỏ (gắn thêm thiết bị giảm
xóc, chọn loại và kiểu choòng khoan phù hợp), một giải pháp khác để nâng cao hiệu
quả thi công khoan trong đá móng là tính toán các thông số công nghệ, chế độ khoan
tối ưu.
3.1 Hoàn thiện bộ khoan cụ đường kính nhỏ
3.1.1 Tính chất cơ lý của đá móng nứt nẻ ở mỏ Bạch Hổ
Địa chất mỏ Bạch Hổ gồm có móng kết tinh trước Kainozoi và trầm tích lục

nguyên. Ở mỏ BH-11 chiều dày của đá móng theo phương thẳng đứng là 1990m, trầm
tích lục nguyên dày 4740m.
Móng là đá magma kết tinh hoàn toàn với các đai mạch pocfirit và diabaz
andesite bazan phản ánh tính bất đồng nhất thạch học. Theo tài liệu nghiên cứu mẫu
lõi, ở khối Trung tâm phân bố chủ yếu đá granite biotite hai mica; khối Bắc có
granodiorite biotite sáng xám và adamellite chứa nhiều monzonite thạch anh,
monzodiorite thạch anh và diorite á kiềm; ở khối Nam có granite (BH-8), granodiorite
(BH-17) và monzodiorite thạch anh (BH-7). Đá móng bị biến đổi thứ sinh tạo ra các
khoáng vật khác nhau, phổ biến nhất là zeolite và calcite. Theo tài liệu phóng xạ, tuổi
tuyệt đối của đá kết tinh được xác định dao động trong khoảng 245 ± 7 (Trias muộn)
đến 89 ± 3 (Creta muộn) triệu năm [11].
Độ cứng của đá móng Bạch Hổ được xác định có giá trị trung bình trong
khoảng từ 210 ×105 Pa đến 220 ×105 Pa. Ngoài ra, đá móng ở mỏ Bạch Hổ còn có đặc
trưng bởi độ nứt nẻ và hang hốc cao.

Nhóm 5

25

Lớp: KKT-01


Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam

3.1.2 Giải pháp triệt tiêu dao động dọc trục của bộ khoan cụ
Dao động dọc trục xuất hiện do sự thay đổi của tải trọng dọc trục, thay đổi áp
suất dung dịch và tương tác giữa răng choòng khoan với đất đá được khoan qua. Nó
làm giảm thời gian tiếp xúc giữa răng choòng khoan với đáy, do đó làm giảm tốc độ cơ

học. Đối với mỏ Bạch Hổ, khi khoan qua tầng đá móng, bộ khoan cụ thường mất tính
ổn định động học. Theo các nghiên cứu và tính toán thì một trong những nguyên nhân
gây ra hiện tượng này là do sự dao động của bộ khoan cụ khi khoan trong đá móng nứt
nẻ có độ cứng cao. Các dao động dọc trục này tồn tại với mức độ và cường độ cao. Hệ
quả là làm cho thân giếng khoan không theo quỹ đạo mong muốn, hiệu suất của
choòng khoan không ổn định và kém hiệu quả.
Để triệt tiêu hay hấp thụ phần nào các dao động này, một giải pháp được đưa ra
là lắp thêm vào bộ khoan cụ thiết bị giảm xóc đặc chủng (shock sub). Thiết bị giảm
xóc này được lắp càng gần choòng khoan, hiệu quả giảm dao động dọc trục càng lớn
đồng thời thiết bị này cũng cho phép đảm bảo giá trị tải trọng dọc trục của choòng
khoan lên lớp đất đá được ổn định. Thiết bị này sẽ tác động trực tiếp lên các dao động
dọc trục, hấp thụ và làm suy giảm các giá trị đồng trục sinh ra trong quá trình hoạt
động của bộ khoan cụ. Việc lắp thêm thiết bị giảm xóc có hiệu quả nhất khi khoan qua
đá cứng, nó giúp làm tăng vận tốc khoan cơ học cũng như tăng tuổi thọ choòng khoan.
Bảng 3-1. Đặc tính kỹ thuật của thiết bị giảm xóc [11]

Đường
kính

Đường
kính
ngoài

Đường
kính
trong

Chiều
dài

Trọng
lượng

Tải nén dọc
trục

Tải kéo căng

Tải xoắn tại
khớp nối

3 3/4 “

3,75’’
95mm

1,25’’
32mm

6,6ft
2,01m

191lbs
87kg

10.000lbf
4.450daN

300.000lbf
133.440daN

8.000ft-lbs
10.845Nm

4 3/4 “

4,75’’
120mm

1,75’’
44 mm

7,8ft
2,38m

365lbs
166kg

49.000lbf
21.795daN

380.000lbf
169.025daN

17.000ft-lbs
23.050Nm

Nguồn: Vietsopetro

Hình 3-1. Cấu tạo cơ bản của một thiết bị giảm xóc [11]

Nhóm 5

26

Lớp: KKT-01


Đồ án môn học

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam

3.1.3 Tính toán lựa chọn kiểu và loại choòng khoan
Hệ động lực học quá trình khoan khi khoan qua đá móng mỏ Bạch Hổ luôn ở
trong trạng thái động học kém ổn định. Đây là một trong những nguyên nhân gây ra
những sự cố về choòng khoan như mòn đường kính, rơi chóp, mẻ răng, hỏng chóp dẫn
đến hiệu quả quá trình khoan không cao. Do vậy, để khoan vào tầng đá móng nứt nẻ
có độ cứng cao của mỏ Bạch Hổ, các loại choòng khoan được sử dụng phải có khả
năng chịu độ mài mòn cũng như độ va đập lớn.
Để lựa chọn các loại choòng với vật liệu làm choòng phù hợp nhất thiết phải
nghiên cứu, đánh giá bản chất và độ mài mòn của đá móng đối với vật liệu làm
choòng. Để nghiên cứu vấn đề này, nhóm tác giả sử dụng mô hình toán học. Theo
[11], mô hình toán học Lancaster được mô tả bằng hệ phương trình sau:
(3.1)
Trong đó, phương trình x  by đặc trưng cho tính chất cơ học của đá móng với
độ cứng cực đại là x=302 kgf/mm2 [11], với b là hệ số chịu mòn của vật liệu làm
choòng khoan. Phương trình thứ 2, y   ax , đặc trưng cho vật liệu làm choòng với tải
trọng y= 13000 kgf và hệ số a là độ mài mòn của đá. Vì trong quá trình phá hủy đất đá,
vật liệu làm choòng bị mài mòn và đất đá cũng bị phá hủy theo thời gian do đó các
phương trình đều được biểu diễn với hệ số âm.

Tải trọng y ở đây được tính bằng công thức sau
y

G
s

(3.2)

Với G là tải trọng lên choòng, s là hệ số bề mặt choòng khoan. Đối với choòng
đường kính 165.1 mm, s = 51.61×10-6 m2 [11].

tương đương với

                              (3.3)

Lấy phương trình thứ nhất chia cho phương trình thứ hai ta được:
dx by

dy ax
 ax2  by 2  const

 ax  by
Nhóm 5

27

(3.4)
(3.5)
(3.6)
Lớp: KKT-01

Đồ án môn học
Với y 

Trường Đại Học Dầu Khí Việt Nam
G
do đó ta được phương trình sau:
s

a  302 106  b 

13000 106
51.61

(3.7)

Suy ra:
b = 1.42a

(3.8)

Với kết quả trên, vật liệu làm choòng khoan phải có độ chịu mài ít nhất là 1.42
lần so với độ chịu mài mòn của đá móng Bạch Hổ
Ngoài ra, dựa trên sự phân tích chi tiết các nguyên nhân gây ra sự cố về choòng
khoan, tính chất của đá móng ở mỏ Bạch Hổ (tính chất nứt nẻ, độ cứng, độ mài mòn
của đá móng) và các thông số kỹ thuật khoan, một giải pháp được đưa ra [11] đó là
tăng độ bền của choòng bằng cách giảm xung lực va đập. Cụ thể:
- Sử dụng choòng khoan IADC code 647 (loại choòng được phủ phần hợp kim
bên hông của choòng khoan). Loại choòng này được áp dụng cho đất đá có độ cứng

cao hơn và giảm xung lực va đập lên choòng khoan tốt hơn loại IADC code 627. [Phụ
lục A]
- Tăng sức chịu đựng của răng choòng bằng cách tăng mật độ răng cắt. (148
cái/11 hàng).

Hình 3.2. Choòng khoan IADC code 627 (trái) và IADC code 647 (phải) [11]
- Bố trí răng cắt một cách hợp lý để chống lặp lại, tăng hiệu suất phá hủy đất đá.

Nhóm 5

28

Lớp: KKT-01