Tìm hiểu về dung dịch khoan trong công tác khoan thăm dò và khai thác dầu khí

Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ
MỤC LỤC

SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 1


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

MỞ ĐẦU
Công tác tìm kiếm và thăm dò dầu khí ở Việt Nam được triển khai từ trước năm 1960,
song mãi đến năm 1975 ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam mới chính thức được thành
lập.
Ngành dầu khí là ngành công nghiệp hiện đại, có tính chuyên môn hóa nên đòi hỏi đội
ngũ cán bộ phải có trình độ khoa học kĩ thuật và trình độ chuyên môn cao. Do công nghệ
khoan và khai thác dầu khí chủ yếu được nhập từ nước ngoài và phát triển ngày càng
mạnh mẽ nên chúng ta phải phấn đấu làm chủ kĩ thuật, công nghệ hiện đại để xây dựng
một nền công nghiệp dầu khí lớn mạnh với một chuỗi liên hoàn từ tìm kiếm, thăm dò,
khai thác cho đến chế biến các sản phẩm dầu khí. Trong đó công việc quan trọng có tính
chất quyết định là thi công các giếng khoan. Để thực hiện tốt công tác khoan cho các
giếng khoan dầu khí, nhất là các giếng khoan trong điều kiện địa chất phức tạp, đòi hỏi
dung dịch khoan đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về kĩ thuật và kinh tế.
Vì vậy với đề tài “Tìm hiểu về dung dịch khoan trong công tác khoan thăm dò và khai
thác dầu khí” giúp em tìm hiểu, hiểu rõ hơn về quá trình tính toán lượng dung dịch khoan
sử dụng, tìm hiểu về quá trình điều chế, gia công và tuần hoàn dung dịch khoan.
Nội dung đồ án của em gồm các phần sau:

1. Lời mở đầu
2. Tổng quan
3. Hệ thống tuần hoàn dung dịch khoan
4. Tính toán vật chất và năng lượng
5. Kết luận
6. Tài liệu tham khảo

SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 2


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
I. Giếng khoan dầu khí.
Khoan giếng là thi công một công trình hình trụ trong đất đá nhờ các phương tiện kỹ
thuật chuyên dụng (thiết bị và dụng cụ khoan) mà con người không thể có mặt trong đó.
Khoan giếng bao gồm cả kỹ thuật khoan lẫn công nghệ khoan. Kỹ thuật khoan là lĩnh vực
chuyên nghiên cứu các phương tiện kỹ thuật để thi công giếng, còn công nghệ khoan là
các quy trình công nghệ tạo ra giếng.
Giếng khoan là một công trình hình trụ được thi công vào vỏ trái đất, có đường kính bé
hơn nhiều lần so với chiều sâu (hoặc diện tích tiết diện ngang rất nhỏ so với diện tích bề
mặt xung quanh) của nó. Giếng khoan được chia làm bốn phần:
Miệng giếng: tiết diện đầu tiên của giếng khoan cắt vào vỏ trái đất
Thành giếng: toàn bộ bề mặt xung quanh giếng khoan
Đáy giếng: tiết diện cuối cùng của giếng khoan
Trục giếng: trục của thân giếng trong không gian

1. Phân loại giếng khoan.
Giếng khoan dầu khí có thể được thực hiên trên đất liền hoặc trên biển và được phân loại
theo một trong các cách sau:
1.1. Theo mục đích sử dụng của giếng
Các công ty dầu khí thường chia các giếng khoan thành các loại sau:
Giếng khoan tìm kiếm: giếng khoan đầu tiên trong vùng nghiên cứu được tiến hành trên
cơ sở thông tin địa chất rất hạn chế nhằm nghiên cứu cấu trúc địa chất của các khu vực
rộng lớn, tìm hiểu các quy luật chung về địa tầng có triển vọng chứa dầu khí.
Giếng khoan thăm dò: được thực hiện dựa trên các nghiên cứu địa chấn hoặc các tài liệu
khác nhưng không có các dữ liệu về khoan trong vùng. Mục đích của giếng khoan thăm
dò là nghiên cứu cấu trúc sâu và đánh giá triển vọng chứa dầu khí của những vùng có khả
năng tích tụ dầu khí, chuẩn bị công tác thăm dò địa chất-địa vật lý chi tiết. Khác với khác
giếng khoan nghiên cứu cấu trúc, trong các giếng khoan thăm dò, mẫu chỉ được lấy từng
đoạn nhưng vẫn đảm bảo đầy đủ các nhiệm địa chấn đặt ra.

SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 3


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

Giếng khoan thẩm lượng: nhằm xác định ranh giới của mỏ được phát hiện trong quá trình
thăm dò, đánh giá khả năng chứa dầu của vỉa hoặc tầng sản phẩm, phục vụ cho kế hoạch
phát triển của mỏ.
Giếng khoan khai thác: khoan vào những tầng sản phẩm đã biết của mỏ theo sơ đồ bố trí
các giếng khai thác để khai thác dầu khí và quan trắc. Mật độ và sơ đồ phân bố từ các
giếng khai thác chủ yếu được xác định dựa trên bán kính ảnh hưởng của tầng chứa, hình

dạng của mỏ và chiến lược công ty.
Giếng đặc biệt bao gồm:
Giếng khoan phục hồi, sửa chữa: khoan sâu hơn, khoan giếng đa nhánh (một hoặc nhiều
đáy) từ giếng khoan cũ, hoàn thiện giếng khoan cũ sau thời gian ngưng sử dụng giếng.
Giếng khoan giải vây được thực hiện nhằm cứ sự cố phun trào gây cháy, lấy mẫu thử từ
các vụ nổ hạt nhân ngầm…
Những năm gần đây phổ biến các giếng khoan cấu trúc-công nghệ nhằm xác định chế độ
công nghệ khoan và khai thác tối ưu trong từng khu vực mỏ.
1.2. Theo hình dạng của quý đạo giếng trong không gian
Người ta chia ra:
Giếng khoan thẳng đứng: θ = 0o
Giếng khoan xiên (định hướng): 0o < θ < 90o
Giếng khoan ngang: θ = 90o
Tuy nhiên do nhiều yếu tố (tính dị hướng của đất đá, góc cắm, cấu trúc của bộ khoan cụ,
loại chòong, các thông số chế độ khoan…) ảnh hưởng đến hình dạng của quỹ đạo giếng
nên trong thực tế không thể thi công giếng thẳng đứng hoặc ngang tuyệt đối. Người ta
phân biệt các loại giếng ngang theo bán kính cong.
Chiều dài kỷ lục đoạn giếng ngang hiện nay là 10100m ở mỏ Wytch Farm (Anh) do công
ty Amoco BP thực hiện năm 2000.
1.3. Đối với giếng khoan biển
Các giếng khoan biển thường được chia thành 3 loại:
Giếng ở vùng nước nông: chiều sâu mức nước dưới 50-60m và hệ thống đầu giếng được
đặt ngay dưới sàn khoan như trong trường hợp giếng khoan trên đất liền.
SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 4


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

Giếng ở vùng nước trung bình: chiều sâu mức nước từ 60-200m và hệ thống đầu giếng
được đặt ở đáy biển.
Giếng ở vùng nước sâu: chiều sâu mức nước lớn hơn 200m và hệ thống dầu giếng được
đặt ở đáy biển.
Các giếng khoan tìm kiếm, thăm dò và khai thác dầu khí có nhiều điểm khác biệt với các
loại giếng khoan tìm kiếm thăm dò khoáng sản rắn do điều kiện và vị trí phân bố, chiều
sâu cũng như các tính chất vật lý vỉa của tầng đá chứa quy định. Nhìn chung do chiều sâu
và đường kính giếng thăm dò và khai thác dầu khí lớn nên ảnh hưởng của các yếu tố như
nhiệt độ và áp suất (thạch quyển, thủy quyển và vỉa) tăng, sự thay đổi các tính chất của
đất đá theo chiều sâu, khả năng xuất hiện dầu khí… quy định hàng loạt các đặc trưng
công nghệ và kỹ thuật khoan các giếng dầu khí.
2. Cấu trúc giếng khoan
2.1. Khái niệm chung
Hình ảnh của giếng khoan được biểu diễn một cách tượng trưng qua các thành phần
chính của nó được gọi là cấu trúc giếng khoan.

SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 5


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

Hình 1. Cấu trúc giếng khoan
Cấu trúc giếng khoan bao gồm các thành phần chính sau:
•

•
•
•

Đường kính và loại chòong khoan dùng để thi công các đoạn giếng khoan.
Chiều sâu và đường kính của các đoạn giếng khoan.
Số lượng, chiều dài, đường kính và chiều dày của các cột ống chống.
Phương pháp tram xi măng và chiều cao dâng của vữa xi măng.

Cấu trúc giếng khoan được xây dựng dựa trên các yếu tố địa chất, kỹ thuật, công nghệ và
kinh tế.
Như vậy, giếng khoan có cấu trúc dạng ống lồng và đường kính giếng giảm sau mỗi lần
chống ống. Đường kính của ống chống và giếng khoan có thể được tính theo centimet
hoặc inches (1 inch = 0,0254m).
Các kỹ sư khoan có khuynh hướng chọn kích thước ống chống và giếng càng bé càng tốt.
Kinh nghiệm này làm giảm đáng kể giá thành giếng khoan (chi phí dụng cụ, dung dịch
SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 6


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

khoan, cột ống chống, xi măng tram, nhân công và thời gian thi công). Tuy nhiên, kích
thước tối thiểu của giếng phải đảm bảo việc lắp đặt an toàn cột ống chống khai thác và
các thiết bị long giếng cho phép khai thác vơi lưu lượng yêu cầu và tiến hành thuận lợi
các nghiên cứu cần thiết trong giếng. Theo quy ước, đường kính giếng khai thác bé nhất
có thể sử dụng được là 4 1/2".

Thông thường, giếng khoan dầu khí có đường kính mở lỗ từ 20" đến 36" và đường kính
kết thúc là 5 7/8" hoặc 8 1/2" tùy thuộc vào số lượng cột ống chống được thiết lập.
Trong thập niên 90 của thế kỷ 20, nhằm giảm mức độ rủi ro trong thăm dò, giảm chi phí
thi công giếng đặc biệt đối với trường hợp các mỏ nhỏ, người ta đã áp dụng công nghệ
khoan giếng đường kính nhỏ hay còn gọi là giếng than nhỏ. Một số cấu trúc điển hình của
giếng thông thường và giếng thân nhỏ được trình bày trong bảng sau:
Bảng 1. Một số cấu trúc điển hình của giếng thông thường và giếng thân nhỏ
Loại ống chống

Đường kính chòong khoan và ống chống (in)
Giếng thông thường

Giếng thân nhỏ

Dẫn hướng

36 (30)

26 (20)

26 (20)

26 (20)

Bề mặt

26 (20)

17 (13)

17 (13)

12 (9)

Trung gian 1

17 (13)

12 (9)

Trung gian 2

12 (9)

8 (7)

12 (9)

8 (7)

Khai thác
7 (5)
5 (4)
8 (7)
Ghi chú: đường kính ngoài của ống chống được ghi trong dấu ngoặc

6 (2 hoặc 3)

Trong thực tế khi đề cập đến cấu trúc giếng hoan, người ta chỉ tính số lượng cột ống
chống khai thác và cột ống chống kỹ thuật, chẳng hạn:

Cấu trúc một cột ống: không có cột ống chống kỹ thuật, chỉ có ống chống khai thác.
Cấu trúc hai cột ống: gồm một cột ống chống kỹ thuật và một cột ống chống khai thác.
Cấu trúc ba cột ống: gồm hai cột ống chống kỹ thuật và một cột ống chống khai thác.
2.2. Chức năng các cột ống chống
Người ta phân biệt bốn loại ống chống sau đây:
SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 7


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

2.2.1. Ống định hướng (conductor)
Đây là cột ống thép thành mỏng có đường kính từ 18" đến 36", đặt ở chiều sâu bé
(thường dưới 50m đối với trường hợp khoan biển và 10m đối với giếng khoan trên đất
liền). Nhiệm vụ chủ yếu của cột ống chống này là:
•
•

Chống xói lở lớp đất đá tơi xốp trên bề mặt
Làm điểm tựa cho hệ thống đầu giếng và các cột ống chống khác.

2.2.2. Ống chống bề mặt (surface casing)
Là cột ống chống thực sự đầu tiên, ống chống bề mặt thường có đường kính từ 13 3/8"
đến 20" và đặt đến độ sâu vài trăm mét, nhằm:
•
•
•

Gia cố tầng đất đá mềm dễ sụp lở
Cách ly các tầng nước mặt với dung dịch khoan
Làm cơ sở để lắp đặt hệ thống đầu giếng cho các cấp ống chống khác và thiết bị
đối áp.

2.2.3. Ống chống trung gian (intermediate casing)
Cột ống chống này thường có đường kính từ 7" đến 13 3/8" và đặt ở độ sâu 500-3000m
tùy theo cột địa tầng và các điều kiện địa chất-kỹ thuật của giếng. Chức năng của cột ống
trung gian là tạo điều kiện bình thường để thi công giếng tiếp tục trong các trường hợp:
•
•
•

Áp suất dị thường gây hiện tượng kích hoặc mất dung dịch
Đất đá dễ sụt lở, tạo hốc trên thành giếng
Tầng sét ngậm nước trương nở làm bó hẹp thành giếng.

Đối với giếng khoan sâu, mặc dù không có các nguyên nhân trên, người ta cũng đặt từ
một đến hai cột ống trung gian. Các cột ống chống bề mặt và ống chống trung gian có tên
chung là cột ống chống kỹ thuật để phân biệt với cột ống chống khai thác.
2.2.4. Ống chống khai thác (production casing)
Cột ống này có đường kính từ 4 1/2" đến 9 5/8" được dùng để ngăn cách các tầng chứa,
các đới sản phẩm hoặc các đối tượng thử khác nhau và bảo vệ các thiết bị khai thác.
Các cột ống chông trên đây có thể được chống suốt (từ miệng giếng đến đáy) hoặc chống
lửng (treo cột ống chống từ chiều sâu nhất định trên đế cột ống chống trước đến chiều sâu
định chống nhờ thiết bị treo ống, phần gối chồng vào cột ống trước thường từ 100-150m).
Thông thường ống 5-7" sử dụng cho cột ống chống khai thác lửng và 9 5/8-16" cho cột
ống chống kỹ thuật.
SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 8


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

Phương pháp chống lửng có ưu điểm là giảm chi phí ống chống, giảm trọng lượng cột
ống và tằng đường kính trong từ miệng giếng đến đỉnh của đoạn ống lửng. Tuy nhiên
phương pháp chống lửng này cũng có nhược điểm sau:
Quy trình chống ống và trám xi măng phức tạp hơn.
Cột ống chống trước phải có khả năng chịu được áp suất bóp méo và nổ như cột
ống lửng.
• Độ bền cột ống chống trước giảm nhanh do bị mài mòn khi khoan.
•
•

Chiều sâu đặt chân đế ống trước được xác định dựa vào các biểu đồ gradient áp suất vỉa
và áp suất vỡ vỉa và thực hiện theo trình tự từ dưới lên trên.

Hình 2. Quy trình xác định chiều sâu chân để các cột ống chống
Chú thích: a,b,c,d – thứ tự các bước xác định chiều sâu đặt chân để các cấp ông chống
1-Gradient áp suất vỉa
2-Gradient áp suất vỉa (hoặc tỷ trọng dung dịch) có tính đến hệ số an toàn
(khoảng 0,5 lb/psi)
3-Gradient áp suất vỡ vỉa có tính đến hệ số an toàn (khoảng 0,5 lb/psi)
4-Gradient áp suất vỡ vỉa
SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 9


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

Trong quá trình thiết kế giếng, người ta thường tuân thủ các quy tắc sau:
Cấu trúc giếng nên đơn giản (ít cấp đường kính) và gọn nhẹ (đường kính của các
đoạn ống khoan nhỏ).
• Đường kính ngoài của cột ống chống thường nhỏ hơn khoảng 20% so với đường
kính giếng cùng cấp.
• Kích thước dụng cụ phá đá nhỏ hơn 20% so với đường kính trong của cột ống
chống trước.
•

3. Trám xi măng
Trong thực tế hầu như không gặp trường hợp đặt cột ống chống vào giếng mà không trám
xi măng. Hai thao tác này rất cần thiết cho việc gia cố thành giếng và nối tiếp nhau một
cách hệ thống. Trám xi măng là bơm vữa xi măng vào khoảng không vành xuyến giữa
thành giếng và các cột ống chống ở một khoảng cách nào đó hay toàn bộ chiều sâu giếng.
Các nhiệm vụ chính của công tác trám xi măng giếng khaon bao gồm:
Cách ly tốt khoảng không vành xuyến giữa thành giếng và các cột ống chống
(cách ly các tầng sản phẩm với các tầng khác).
• Tăng độ ổn định của thành giếng khoan nói chung và giữ chặt cột ống chống trong
thành hệ.
• Bảo vệ cột ống chống khỏi bị rỉ do các chất ăn mòn trong thành hệ.
•

Để đảm bảo tốt chất lượng vành trám xi măng, cần đảm bảo các yêu cầu sau:

Tính chất vữa xi măng đồng nhất và phù hợp với điều kiện địa chất- kỹ thuật của
giếng.
• Đảm bảo khe hở đều giữa thành giếng và ống chống.
• Chiều cao cột vữa xi măng đúng theo thiết kế.
•

Theo quy ước, chiều cao cột xi măng trám dối với các cột ống chống như sau:
•
•

Cột ống chống định hướng và ống trống bề mặt: trám toàn bộ chiều dài cột ống.
Cột ống chống trung gian và khai thác: tùy theo điều kiện địa chất cụ thể của giếng
mà có thể chọn một trong hai phương pháp sau:
 Trám toàn bộ
 Trám từng đoạn

Tuy nhiên, chiều cao cột xi măng trám phải dâng cao hơn chân đế cột ống chống trước tối
thiểu là 100-150m. Đối với đoạn ống bắn mở vỉa để khai thác phải có vành trám xi măng
tốt. Các cột ống chống lửng thường được trám xi măng toàn bộ chiều dài cột ống.
SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 10


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

II. Phương pháp khoan.
1. Phương pháp khoan tuabin

Khoan tuabin là phương pháp khoan trong đó chuyển động quay của choòng được
truyền trực tiếp từ động cơ đặt ngay phía trên choòng, nét đặc trưng của phương
pháp khoan này là cột cần khoan đứng im trong quá trình khoan. Khoan tuabin có thể
được chia làm 3 dạng chính, dựa vào loại động cơ được sử dụng, đó là:
•
•
•

Động cơ điện
Tuabin khoan
Động cơ trục vít

1.1. Khoan bằng động cơ điện
1.1.1. Nguyên lý cấu tạo
Bộ dụng cụ khoan điện chìm bao gồm động cơ điện, trục truyền để lắp vào choòng khoan
và bộ phận ngăn ngừa sự xâm nhập của dung dịch khoan vào bên trong của động cơ.
Động cơ điện thường là động cơ không đồng bộ 3 pha ngậm dầu với rôto ngắn mạch gồm
nhiều đoạn, thân rôto làm bằng sắt từ và được lắp trên trục truyền bằng các then hoa
hoặc các ren côn. Stato của động cơ gồm nhiều tấm ghép bằng sắt từ và phản từ, giữa các
đoạn rôto và stato người ta lắp các ổ trục hướng tâm.Trục truyền có 2 loại chính là: trục
ngậm dầu chạy trên các ổ bi và loại chạy trên các ổ trượt cao su. Phần dưới của động cơ
có các ổ bi đỡ để tiếp nhận toàn bộ tải trọng chiều trục trong quá trình làm việc. Đầu
trên và đầu dưới của trục có lắp các phớt chắn dầu. Khoảng trống trong động cơ được
lấp đầy dầu,áp suất dầu trong động cơ luôn phải lớn hơn áp suất chất lỏng tuần hoàn bên
ngoài từ 2 ÷ 3 (at), để ngăn không cho chất lỏng lọt vào động cơ. Phần trên của động cơ
lắp 3 bộ điều áp kiểu piston: Một bộ chứa dầu máy bay dẫn vào bên trong phớt, 2 bộ còn
lại chứa dầu biến áp liên thông với phần trong của thân động cơ để bổ sung áp suất
cho dầu trong động cơ. Do trong quá trình làm việc xảy ra sự rò rỉ dầu qua phớt cũng
như quá trình động cơ bị đốt nóng áp suất sẽ giảm nên cần phải bù thêm. Quá trình
truyền điện từ trên mặt xuống động cơ là nhờ cáp điện lắp phía trong cần khoan, chiều

dài mỗi đoạn cáp tương ứng với chiều dài của cần khoan. Khi lắp cần khoan thì các
đoạn cáp điện tự động nối lại với nhau nhờ vào một đầu nối đặc biệt gắn trên zamốc.
1.1.2. Ưu, nhược điểm
Sử dụng động cơ điện chìm giúp ta dễ dàng điều chỉnh tốc độ và mômen khoan. Ngoài ra,
do cần khoan đứng im trong quá trình khoan do đó góp phần tăng tuổi thọ của cần

SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 11


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

khoan. Bên cạnh những ưu điểm trên, khoan bằng động cơ điện chìm còn có những
nhược điểm như sau:
Yêu cầu kỹ thuật dẫn điện xuống động cơ phải an toàn tuyệt đối
Tuổi thọ của động cơ không cao do phải làm việc dưới nhiệt độ và áp suất tương
đối lớn
• Khả năng bảo dưỡng phức tạp, khó khăn. Chi phí cho công tác vận hành tốn
kém
•
•

Qua ưu, nhược điểm của động cơ điện chìm, thì trên thực tế ít được ứng dụng rộng rãi do
nó mang lại hiệu quả kinh tế không cao. Hiện nay, loại động cơ này đang ở trong giai
đoạn thử nghiệm
1.2. Khoan bằng tuabin khoan
1.2.1. Nguyên lý cấu tạo

Trong cánh quạt tuabin, năng lượng thủy lực của dòng nước rửa được chuyển hóa
thành cơ năng của trục quay, làm quay choòng khoan. Tuabin gồm nhiều tầng giống nhau
(có thể lên đến 200 tầng). Mỗi tầng gồm 2 phần, phần quay được nối với trục gọi là rôto,
phần đứng yên được gắn với vỏ gọi là stato. Bên trong tuabin có một ổ tựa dọc (ổ tựa
chính) để giữ cho dung dịch khoan không xâm nhập vào ổ trục chính. Ổ tựa chính được
đặt ở phía dưới để nâng toàn bộ khối rôto. Tùy theo chiều dài của tuabin mà người ta có
thể lắp 2 hoặc 3 ổ tựa ngang. Ở phần trên cùng của tuabin là đầu nối chuyển tiếp để nối
vào đầu dưới của cột cần khoan. Phía dưới cùng của tuabin có đế tuabin, đế này được
bịt kín phần giữa tuabin và trục của tuabin nhờ một đệm đặc biệt nhằm bảo đảm áp suất
làm việc của tuabin không bị hao hụt trong quá trình làm việc.

SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 12


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

Hình 3. Cấu tạo một tầng tuabin.
1. Bao trong của stato
2. Bao trong của roto
3. Rãnh then
4. Vỏ ngoài của stato

5. Đường đi của dòng nước
6. Cánh cong của roto
7. Cánh cong của stato
8. Bao ngoài của roto

Trong một số trường hợp khi khoan qua tầng đất dẻo, mômen quay của tuabin không đủ
để thực hiện quá trình phá hủy, hay ở các giếng khoan sâu, lưu lượng dung dịch nhỏ do
đó giá trị của mômen và công suất không đủ để đáp ứng quá trình khoan. Để thu được
mômen quay và công suất lớn mà không phải thay đổi đường kính của tuabin, chỉ có thể
tăng số tầng của chúng lên, do đó phải chế tạo những tuabin dài. Khi chế tạo những tua
bin có độ dài quá lớn sẽ gây khó khăn trong việc nâng thả tuabin ở giếng khoan cũng như
khi lắp ráp, vận chuyển. Để giải quyết khó khăn trên người ta chế tạo các tuabin nối mà
mỗi đoạn là một tuabin đơn. Vỏ của các tuabin được nối với nhau bằng ren, còn trục

SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 13


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

được nối bằng khớp nối có rãnh then (then hoa), bằng khớp ma sát hoặc bằng khớp nối
kép (kết hợp giữa khớp ma sát và rãnh then hoa).
Đặc điểm cơ bản của khoan tuabin là tốc độ quay của choòng luôn thay đổi tùy theo tải
trọng và độ cứng của đất đá khoan qua. Mômen quay choòng và tốc độ quay tỷ lệ nghịch
với nhau, tải trọng tác dụng lên choòng càng lớn, tốc độ quay càng giảm.
1.2.2. Ưu, nhược điểm của khoan tuabin
 Ưu điểm:
• Không phải chi phí công suất để quay cột cần khoan
• Do công suất của tuabin sinh ra được truyền trực tiếp lên choòng nên

choòng có thể quay với vận tốc rất lớn, vì thế có thể đạt vận tốc cơ học

khoan cao hơn nhiều so với khoan rôto
• Cột cần khoan ít chịu tải hơn, ít mòn hơn nên giảm được sự cố về cần
khoan trong quá trình làm việc
• Có thể sử dụng khoan tuabin để khoan giếng khoan xiên định hướng và
khoan ngang rất hiệu quả
• Giảm tiếng ồn so với khoan rôto do đó cải thiện điều kiện lao động
 Nhược điểm:
• Tuabin làm việc với số vòng quay lớn ít phù hợp với đa số loại choòng
chóp xoay (vì choòng chóp xoay làm việc với tải trọng lớn, số vòng quay
nhỏ)
• Vùng làm việc ổn định của số vòng quay của tuabin hẹp, nếu ra khỏi vùng
này có thể làm tuabin ngừng hoạt động
• Cần có máy bơm công suất lớn để bơm chất lỏng xuống dẫn động
tuabin, đặc biệt với các giếng khoan sâu việc này rất khó thực hiện
• Việc điều chỉnh tốc độ quay của choòng rất khó khăn phức tạp
• Quá trình bảo dưỡng tốn nhiều thời gian hơn so với đầu quay di động hoặc
bàn rôto
1.3. Khoan bằng động cơ trục vít PDM
1.3.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Động cơ PDM hoạt động dựa trên nguyên lý Moinơ và được cấu tạo bởi các thành phần
cơ bản sau:

SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 14


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

Hình 4. Cấu tạo động cơ trục vít
1. Van xả
2. Stato
3. Roto

4. Khớp nối không gian
5. Hệ thống ổ tựa

Van xả: có tác dụng ngăn cho động cơ không bị quay trong quá trình kéo thả và được đặt
ở phần trên cùng của động cơ. Van này có những lỗ cho phép sự lưu thông giữa cột cần
khoan và khoảng không vành xuyến. Các lỗ này được đóng trong suốt quá trình khoan
để dung dịch đi qua động cơ. Trong quá trình kéo thả, khi bơm dung dịch ngừng hoạt
động áp suất sẽ giảm xuống, các lỗ thoát được mở ra làm cho cột cần khoan được
tháo hết dung dịch bên trong khi kéo hoặc đổ đầy khi hạ. Khi bơm làm việc, áp suất tăng
lên, các lỗ thoát được đóng kín lại.
Rôto: Là một trục bằng thép có dạng múi xoắn ốc. Đối với động cơ một múi xoắn thì mặt
cắt ngang của rôto là hình tròn. Đầu trên của rôto được để tự do còn đầu dưới nối với
khớp nối không gian.
Stato: Được đúc bằng cao su dạng rãnh xoắn tương ứng với rôto (số rãnh xoắn của stato
bao giờ cũng nhiều hơn 1 so với số múi xoắn của rôto) và được đặt trong vỏ động cơ.
Khi rôto được đặt trong stato, do hình d ạng khác nhau chúng tạo ra hàng loạt các
khoang kín. Khi dung dịch khoan được bơm qua động cơ, nó sẽ chuyển động vào
giữa rôto và stato, chuyển động đó làm dịch chuyển rôto và làm cho rôto quay.
Ở những động cơ đơn múi (rôto có 1 múi xoắn) lưu lượng dòng chảy qua động cơ lớn vì
vậy tốc độ vòng quay sẽ lớn và chỉ tạo ra được mômen quay nhỏ. Để tăng mômen quay
ta có thể tăng số múi xoắn của rôto (3, 5, 7, 9 múi) tương ứng với số rãnh của stato là (4,
6, 8, 10), khi đó lưu lượng dòng chảy qua động cơ nhỏ dẫn đến số vòng quay nhỏ do đó
tạo ra được mômen quay lớn.
Trong quá trình làm việc các múi và rãnh xoắn của rôto và stato liên tục tiếp xúc với nhau

để tạo ra những buồng áp suất kín, chính điều này làm bề mặt stato mòn đi rất nhanh, cho

SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 15


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

nên stato phải được chế tạo bằng vật liệu cao su có khả năng chịu mài mòn, chịu được
nhiệt độ và áp suất cao.
Khớp nối không gian: Do chuyển động lệch trục với stato nên đầu dưới của rôto phải
được nối với một khớp nối không gian. Khớp nối này sẽ biến chuyển động lệch
trục thành chuyển động đồng trục của choòng. Có rất nhiều kiểu khớp nối không gian
được sử dụng nhưng phổ biến nhất là khớp cầu. Đầu dưới của khớp nối không gian được
nối với trục truyền.
Hệ thống ổ tựa: Đây là bộ phận thiết yếu nhất của động cơ. Nó quyết định tuổi thọ
của động cơ và thực hiện hai chức năng:
•
•

Truyền tải trọng dọc trục lên choòng
Duy trì vị trí đồng trục của trục truyền

1.3.2. Ưu, nhược điểm của động cơ trục vít
Mômen quay không phụ thuộc vào đặc điểm lưu lượng dòng dung dịch của máy bơm mà
vẫn cho hiệu suất cao, có thể kiểm tra tải trọng động cơ theo sự giảm áp, có kết cấu đơn
giản tiết kiệm vật liệu.

Động cơ có đặc điểm nổi bật là tương đối bền khi bơm chất lỏng có chứa tạp chất và
không có tính chất bôi trơn, bởi vì các chi tiết ít bị mài mòn, sự phân bố chất lỏng
động cơ được tự động nhờ sự biến đổi liên tục vị trí không gian của đường tiếp xúc động
cơ trục vít.
Động cơ trục vít dùng để khoan các giếng khoan xiên, ngang định hướng đặc biệt đối với
các giếng khoan sâu khi khoan bằng choòng có đường kính bé và trong công tác sửa chữa
giếng.
2. Phương pháp khoan xoay
Khoan xoay là phương pháp khoan mà trong đó chuyển động quay của choòng được
truyền từ động cơ trên mặt thông qua cột cần khoan. Có hai dạng chính là sử dụng bàn
rôto và sử dụng đầu quay di động (top drive).
2.1. Khoan bằng bàn rôto
2.1.1. Chức năng và nguyên lý cấu tạo của bàn xoay rôto
 Chức năng:

SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 16


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

Đóng vai trò là bộ truyền trung gian, biến chuyển động quay của trục nằm
ngang thành chuyển động quay của trục thẳng đứng (cột cần khoan) để
truyền mômen quay từ trên bề mặt xuống choòng khoan
• Chịu tải trọng của bộ dụng cụ khoan hoặc ống chống
• Tiếp nhận các phản lực từ đáy trong quá trình khoan
Trong công tác khoan dầu khí tuỳ theo yêu cầu mà có thể thiết kế chuyển động cho

bàn rôto theo 2 phương án đó là dùng động cơ dẫn động riêng cho rôto hoặc có
thể lấy từ tốc độ của tời thông qua bộ truyền xích hay trục các đăng.
 Nguyên lý cấu tạo:
• Bao gồm các bộ phận chính sau: trục dẫn, cặp bánh răng nón, bàn xoay và
hệ thống ổ đỡ. Cặp bánh răng nón dùng để truyền chuyển động quay từ trục
dẫn nằm ngang đến bàn quay. Tất cả các ổ đỡ và cặp bánh răng đều được
bôi trơn bằng dầu
• Để truyền chuyển động quay lên cần chủ đạo thì phía trong lỗ rôto được đặt
các bạc hãm định hình theo kích thước và tiết diện của cần chủ đạo (hình
vuông hoặc hình lục giác)
• Kích thước danh nghĩa được đặc trưng bằng đường kính lỗ bàn rôto trong
công tác khoan dầu khí thường từ 400 ÷ 700 (mm)
•

Hình 5. Cấu tạo bàn roto
1. Ổ đỡ chính
2. Đầu vuông dẫn động
3. Ổ đỡ phụ
4. Chấu kẹp
5. Bàn xoay
6. Cặp bánh răng nón
SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

9. Rãnh then
10. Bạc chặn
11. Bạc lót
12. Nắp khoang chứa dầu
13. Ổ đỡ chặn
14. Trục

Trang 17


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

7. Vỏ khoang chứa dầu
8. Puli

15. Ổ lăn
16,17. Gioăng làm kín

Rôto có từ 3 đến 6 tốc độ truyền và một tốc độ quay ngược để tháo cần
khoan hoặc cứu chữa sự cố
• Tùy theo cách bố trí cặp bánh răng nón và các ổ đỡ (có 2 loại ổ đỡ là ổ đỡ
chính và ổ đỡ phụ) mà bàn rôto được phân thành 2 loại là bàn rôto có ổ đỡ
chính ở trên và bàn rôto có ổ đỡ chính ở dưới. Ổ đỡ chính là ổ đỡ mà trong
quá trình làm việc chịu tác dụng của toàn bộ trọng lượng cột cần khoan
hoặc ống chống treo trên nó và lực ma sát giữa cần chủ đạo với bàn rôto. Ổ
đỡ phụ chỉ chịu tác dụng của tải trọng từ đáy do rung động của cột cần
khoan và phản lực gây nên.
•

2.1.2. Ưu, nhược điểm của bàn xoay rôto
 Ưu điểm:
• Kết cấu đơn giản, ít phải bảo dưỡng
• Thời gian cho việc chuẩn bị và kết thúc các thao tác trong quá trình kéo thả

dụng cụ khoan và tiếp cần rất nhanh gọn

 Nhược điểm:
• Không dùng để khoan lấy mẫu do phải kéo bộ dụng cụ khoan lên khỏi đáy

khi tiếp cần nên dễ làm vỡ mẫu, sập thành lỗ khoan trong đất đá không ổn
định.
• Không sử dụng được với tần số khoan cao.
• Gây ồn trong quá trình làm việc.
2.2. Khoan bằng đầu quay di động
Đầu quay di động dùng để nối giữa hệ thống palăng với cột cần khoan nhằm mục đích
quay và treo cột cần khoan vào móc nâng, dẫn nước từ tuy ô cao áp vào bên trong cần
khoan và truyền chuyển động quay cho cột cần khoan. Động cơ của nó có thể là động cơ
điện hoặc động cơ thủy lực. Loại động cơ thủy lực ít phổ biến vì cần lắp đặt thêm một
thiết bị có công suất thủy lực đặc biệt. Động cơ được lắp phía đầu trên cột cần khoan
ngay dưới đầu tiếp nhận chất lỏng. Đầu quay được gắn trên xe lăn dẫn hướng, xe
lăn di chuyển lên xuống dọc theo ray dẫn hướng lắp trên tháp khoan. Hệ thống truyền
động này cho phép tăng công suất truyền cho cột cần khoan mà nó không phụ thuộc vào
công tác khoan, công nghệ khoan. Thiết bị này làm việc rất ổn định, ít gây rung động, va
đập, tiếng ồn và đặc biệt có thể khử được mômen phản lực đáy.

SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 18


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

III. Tìm hiểu về dung dịch khoan
Công tác rửa lỗ khoan rất quan trọng và không thể thiếu được trong quá trình khoan. Để

rửa lỗ khoan, người ta có thể sử dụng chất lỏng (dung dịch gốc nước, dung dịch gốc dầu
hoặc dung dịch nhũ tương) tùy thuộc vào điều kiện địa chất và kỹ thuật cụ thể của từng
giếng.
1. Những chức năng cơ bản của dung dịch khoan
Trong phương pháp khoan xoay, dung dịch khoan là một thông số chế độ khoan, than gia
trực tiếp quá trình phá hủy đất đá ở đáy giếng ảnh hưởng đến tốc độ khoan, khả năng rửa
sạch đáy giếng và độ ổn dịnh của thành giếng. Dung dịch khoan thực hiện các chức năng
cơ bản sau:
1.1. Làm sạch đáy giếng và vận chuyển mùn khoan.
Đồng thời với quá trình phá ủy đất đá là quá trình giải phóng mùn khoan khỏi bề mặt đáy,
có làm sạch mmunf khỏi đáy mới tạo điều kiện tốt cho sự làm việc của dụng cụ khoan,
tránh được hiện tượng kẹt cố do lắng đọng mùn khoan ở đáy.
Đáy lỗ khoan được làm sạch phụ thuộc vào 3 yếu tố cơ bản:
•
•
•

Vận tốc đi lên của dòng nước rửa
Tính chất cấu trúc cơ học của dung dịch
Hình dạng và kích thước hạt mùn

1.2. Tạo phản áp, giữ thành lỗ khoan không bị sập lở tránh hiện tượng dầu, khí vào lỗ
khoan.
Quá trính phá hủy đá tạo thành lỗ khoan đã làm mất sự cân bằng tự nhiên của các tầng đá
và các vỉa sản phẩm.
Do áp lực nén từ trên xuống theo chiều thẳng đứng và quan trọng hơn là áp lực từ bên
sườn đã àm cho đất đá ở thành lỗ khoan luôn có xu hướng đi vào tâm ỗ khoan vì vậy có
thể gây ra hiện tượng sập lở thành nếu như đất đá liên kết yếu kém ổn định hoặc dầu, khí,
nước có thể xâm nhập vào lỗ khoan. Nếu như áp lực vỉa càng lớn thì nguy cơ sập lở cũng
càng tăng theo. Để đảm bảo quá trình khoan bình thường người ta phải tạo nên sự cân

bằng áp lực mới bằng cột dung dịch được bơm vào lỗ khoan.
Quá trình tạo ra áp lực trong giếng khoan bởi cột dung dịch khoan gọi là quá trình tạo
phản áp và luôn có xu hướng ép vào thành lỗ khoan.
1.3. Sét hóa thành lỗ khoan
SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 19


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

Trong quá trình tuần hoàn, do tác dụng của áp suất thủy tĩnh mà nước từ trong dung dịch
bị tách ra chui vào các khe nứt lỗ hổng của đất đá trên thành lỗ khoan để lại trên bề mặt
đất đá những hạt keo sét, tạo nên lớp màng sét trát quanh thành lỗ khoan. Ta gọi đó là quá
trình “sét hóa” thành lỗ khoan.
Độ chặt của lớp vỏ sét, tính chất chặt xít của nó phụ thuộc vào áp suất thủy tĩnh, tính chất
keo (hàm lượng keo sét) của dung dịch, vào tính chất thấm lọc của đá vây quanh.
Nguyên lý hình thành lớp vỏ sét được giải thích theo 2 nguyên tắc cơ bản:
•
•

Hình thành lớp vỏ sét trên bề mặt (khi khe nứt, lỗ hổng của đất đá vây quanh nhỏ)
Hình thành lớp vỏ sét từ bên trong các khe nứt của đất đá vây quanh (khi khe nứt
và lỗ hổng tương đối lớn)

Hình 6. Cấu tạo lớp vỏ sét trên bề mặt đất đá
1. Bề mặt đất đá
2. Tầng hấp thụ bằng lớp phần tử (dày 10-7 cm)

3. Tầng sét không có trật tự bằng tầng 2 (dày 10-7 – 10-4 cm)
4. Tầng lộn xộn
Thực chất của vấn đề người ta nhận thấy tính chất của lớp vỏ bùn phụ thuộc chủ yếu vào
chất lượng dung dịch. Vì vậy người ta chia ra hai trường hợp.
Trường hợp thứ nhất: dung dịch có chất lượng tốt, dung dịch có nhiều hạt keo sét kích
thước nhỏ đi vào các khe nứt sắp xếp có trật tự, chặt xít và được ép vào thành lỗ khoan
hình thành lớp vỏ sét mỏng nhưng bền chắc, dần dần ổn định không cho nước tự do
xuyên qua lớp vỏ sét đó, thành lỗ khoan được bảo vệ vững chắc.
SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 20


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

Hinh 7. Lớp vỏ sét mỏng nhưng chặt xít, vững chắc, có tác dụng gia cố thành lỗ khoan
tốt.
Trường hợp thứ hai: Dung dịch có chất lượng kém (ít keo sét, lẫn nhiều pha rắn trơ) cho
ra lớp vỏ sét dày nhưng xốp, khả năng liên kết với thành lỗ khoan yếu, nước dễ thấm qua,
dễ bị bong, thành lỗ khoan bị bó hẹp, khả năng gia cố thành lỗ khoan kém.

SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 21


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

Hình 8. Lớp vỏ sét dày nhưng xốp tác dụng gia cố thành lỗ khoan kém.
1.4. Giữ hạt mùn khoan ở trạng thái lơ lửng.
Muốn tiếp cần khoan, cần phải ngừng tuần hoàn dung dịch. Trong thời gian này, mùn
khoan được nâng lên trong khoảng không vành xuyến không còn chịu tác động của dòng
dung dịch nữa nên bị lắng chìm. Chính tính lưu biến của dung dịch giữ mùn khoan ở
trạng thái lơ lửng nhờ sự gel hóa khi ngưng tuần hoàn. Thực tế, tất cả các dung dịch nhớt
đều có tính lưu biến.
Để thực hiện nhiệm vụ nói trên, dung dịch khoan phải đạt được các yêu cầu sau:
•

Có tính lưu biến cao

SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 22


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206
•

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

Ứng xuất trượt giới hạn đủ lớn. Để đánh giá khả năng giữ hạt mùn ở trạng thái lơ
lửng, người ta thường căn cứ vào kích thước hạt mùn khoan lớn nhất.

1.5. Làm mát và bôi trơn dụng cụ khoan.
Trong quá trình phá đá, do ma sát rất lớn giữa dụng cụ phá hủy đá và bề mặt đá nên nhiệt
độ nơi tiếp xúc tăng lên từ 800-1000oC

Nhiệt năng sinh ra một phần đi vào đá, phần còn lại làm nóng dụng cụ khoan dẫn đến làm
giảm độ bền và độ chống mòn của lưỡi khoan, dần dần làm cho lưới khoan không còn
khả năng làm việc.
Khi nước sạch hoặc khí nén được chuyển động qua đáy lỗ khoan sẽ có tác dụng thu nhiệt
và tạo nên sự cân bằng nhiệt ở dụng cụ phá hủy.
Qua công thức tính toán, bằng thực nghiệm người ta thấy rằng:
Lưu lượng và tỷ nhiệt của dung dịch càng lớn thì nhiệt độ trung bình chỗ tiếp xúc càng
nhỏ. Nhiệt độ tại điểm này tỷ lệ nghịch với kích thước hình học tiết diện ngang của lưỡi
khoan. Vì vậy lỗ khoan có đường kính càng lớn thì việc làm lạnh lưỡi khoan càng nhanh.
Khả năng làm lạnh tốt nhất là nước lã và kém nhất là không khí, còn dung dịch sét và các
loại khác nằm ở vị trí trung gian.
Chính vì vậy khi khoan thổi khí người ta phải nghiên cứu chế tạo loại lưỡi khoan có hình
dạng phù hợp (nhất là khoan kim cương).
Nước rửa còn có tác dụng bôi trơn ổ bi và các chi tiết khác của tuabin, choòng, cần khoan
và ống chống…
Nước rửa phủ lên các chi tiết của bộ khoan cụ, làm giảm ma sát ở các bộ phận quay, làm
tăng nhiệt độ bền của chúng.
Tác dụng bôi trơn sẽ tăng lên nếu như người ta thêm vào dung dịch từ 8-10% dầu hỏa.
Trong các loại dung dịch thì dung dịch gốc dầu, nhũ tương có tác dụng bôi trơn tốt hơn
cả, nó có khả năng làm giảm momen quay tới 30%. Ngoài ra graphit cho vào dung dịch
cũng có tác dụng bôi trơn tốt.
1.6. Một số chức năng khác
 Truyền dẫn công suất cho động cơ đáy

SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 23


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

Đối với một số trường hợp khoan giếng định hướng có góc nghieeg lớn và khoan
ngang, người ta sử dụng động cơ đáy (tuabin hoặc động cơ thể tích). Động cơ này
làm việc nhờ năng lượng của dòng dung dịch tuần hoàn trong giếng.
 Gây tác dụng hóa lý với đất đá
Nước rửa đi qua lỗ thu hẹp của choòng có vận tốc khá lớn, mạng động năng nhất
định sẽ trực tiếp phá hủy đá mềm yếu (nhất là loại choòng có vòi phun thủy lực).
 Truyền thông tin địa chất lên bề mặt
Dung dịch khoan tuần hoàn trong giếng mang mùn khoan, chất lỏng hoặc khí của
các tầng khoan qua, các tín hiệu đo các tính chất của đất đá và chất lưu biến lên bề
mặt. Sự thay đổi các tính chất hóa lý của dung dịch (nhiệt độ, độ pH, độ khoáng
hóa…) buộc các nhà địa chất và thợ khoan hiệu chỉnh các thông số chế độ khoan
tại hiện trường.
1.7. Các thông số ảnh hưởng đến hiệu quả rửa sạch giếng khoan là:
 Vận tốc dung dịch: trong khoảng không vành xuyến phụ thuộc vào lưu lượng dung

dịch và tiết diện khoảng không vành xuyến. Vận tốc này thường thay đổi trong
khoảng từ 25-60 m/ph.
 Tỷ trọng của dung dịch khoan: có ảnh hưởng đến việc nâng mùn khoan lên bề mặt
(theo định luật Acsimet), nhưng nói chung không nên tăng giá trị của thông số này
để cải thiện vai trò đẩy nổi của chúng.
 Độ nhớt: vận tốc nâng mùn khoan có thể được coi như hiệu số giữa vận tốc dung
dịch trong khoảng không vành xuyến và vận tốc lắng chìm của mùn khoan. Vận
tốc lắng chìm này phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, khối lượng các hạt tính
chất lưu biến và đặc biệt là độ nhớt của dung dịch khoan.
2. Những tính chất cơ bản của dung dịch khoan.
Hiệu quả của công tác khoan phụ thuộc nhiều vào chất lượng dung dịch sử dụng. Trong
thực tế, chất lượng dung dịch khoan được đánh giá thông qua các thông số cơ bản như tỷ

trọng, độ thải nước, độ dày vỏ sét (độ dính vỏ sét), độ nhớt, áp suất trượt (cắt) tĩnh, hàm
lượng hạt rắn, độ lắng ngày đêm và độ ổn định của dung dịch. Các thông số của dung
dịch khoan có thể thay đổi trong quá trình khoan nhưng phải được kiểm tra và hiệu chỉnh
thường xuyên để luôn thích ứng với điều kiện địa chất-kỹ thuật khoan đặt ra.
2.1. Mật độ và tỷ trọng
Mật độ dung dịch ρ (khối lượng riêng, tính bằng g/cm 3) là khối lượng của một đơn vị thể
tích: ρ=m/V

SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 24


Đồ án chuyên ngành kỹ sư-CH5206

GVHD: PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ

Tỷ trọng dung dịch γ (trọng lượng riêng, tính bằng G/cm 3) là trọng lượng của một đơn vị
thể tích:

Khi điều chế và sử dụng dung dịch, người ta thường dùng thông số mật độ, còn khi xác
định áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch dùng thông số tỷ trọng.
Mật độ dung dịch ρ được xác định bằng phù kế. Nước ngọt có khối lượng riêng ρ=1
g/cm3. Trong điều kiện khoan bình thường: ρ=1,05÷1,25 g/cm3.
Về trị số, γ ≈ ρ, tỷ trọng dung dịch γ được xác định bằng cân. Khi giá trị γ giảm, áp suất
thủy tĩnh của cột dung dịch giảm nên các hiện tượng sau đây có thể xảy ra:
•
•
•
•

Sập lở thành giếng
Trương lở thành hệ
Xâm nhập chất lưu từ vỉa
Vận tốc cơ học tăng do giải phóng nhanh mùn khoan

Ngược lại, khi giá trị γ tăng, áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch tăng nên các hiện tượng
sau đây có thể xảy ra:
•
•

Mất dung dịch khoan
Vận tốc cơ học giảm do đất đá ở đáy giếng bị nén chặt hơn và dễ gây tích tụ mùn
khoan ở đáy giếng

SVTH: Đỗ Văn Hưng-20135734

Trang 25