Báo cáo tìm hiểu công nghệ khoan khai thác dầu khí

CÔNG TY KHÍ CÀ MAU

PHÒNG VC – ĐĐK

Người thực hiện : Ngô Văn Cường
Chức danh

: Trưởng ca vận hành

Nội dung

: Tìm hiểu công nghệ khoan khai thác dầu khí

-------------------------------------------------------------------------------------Người kiểm tra : Đặng Công Quốc
Chức danh

: Đốc công vận hành GDC

Điểm

:

Góp ý chung

:


Table of Contents

1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ
1.1

Công nghệ khoan dầu khí

1.1.1 Tổng quan
Trong ngành công nghiệp dầu khí công tác khoan giếng là một trong những
khâu rất quan trọng không thể thiếu, thông qua giếng khoan để tiến hành việc tìm
kiếm thăm dò và khai thác sản phẩm và làm nhiều công tác nghiên cứu tiếp theo.
Giếng khoan được xem là một công trình hình trụ được thi công trong vỏ trái
đất có chiều sâu lớn gấp nhiều lần đường kính của nó.
Để tạo thành giếng khoan hiện nay hầu như chỉ còn được thực hiện bằng
phương pháp khoan xoay có rửa. Để phá huỷ đất đá tạo thành lỗ khoan người ta sử
dụng choòng khoan. Căn cứ vào đặc điểm phá huỷ của choòng trên đáy mà thân
giếng khoan được tạo thành bằng 2 kiểu sau:
- Khoan phá toàn đáy: Toàn bộ bề mặt đáy được phá huỷ thành mùn khoan
và được đưa lên mặt bởi dòng tuần hoàn (chủ yếu là chất lỏng) được bơm xuống
đáy từ trên mặt.


- Khoan lấy mẫu: Chỉ một phần đất đá ở thành lỗ khoan bị phá huỷ thành
mùn theo hình vành khăn, còn lõi đá ở giữa được lấy lên nguyên dạng (bằng ống
mẫu) gọi là mẫu lõi để nghiên cứu cấu trúc địa chất, tính chất cơ lý và thành phần
thạch học v.v...
Căn cứ vào công dụng của giếng khoan trong công nghiệp dầu khí người ta
chia giếng khoan thành 5 loại chính như sau:
1, Giếng khoang tìm kiến cấu tạo: Để nghiên cứu kiến tạo, địa tầng, thạch
học cũng như độ chứa sản phẩm của một tầng nào đó.
2, Gếng khoan chuẩn: Để nghiên cứu điều kiện địa chất và phương hướng
tìm kiếm dầu khí ở những vùng chưa được nghiên cứu kỹ.
3, Giếng khoan thăm dò: Để nghiên cứu tầng sản phẩm cũng như giá trị công
nghiệp của chúng. Để khoanh giới hạn tầng dầu, khí, nước ở các vỉa khai thác.

4, Giếng khoan khai thác: Dùng để lấy sản phẩm dầu khí lên.
5. Giếng bơm ép: Được dùng để bơm nước, khí hoặc không khí nhằm duy trì
áp lực vỉa với mục đích kéo dài thời gian khai thác tự phun.
+ Các phương pháp khoan trong khoan dầu khí:
Trước đây (khoảng củaối thế kỷ XIX) tồn tại hai phương pháp khoan đó là
khoan đập (chủ yếu là đập cáp) và khoan xoay. Chiều sâu kỷ lục của phương pháp
khoan đập đạt được năm 1918 tại bang Techzat Mỹ là 2250m. Phương pháp khoan
đập bên cạnh những ưu điểm cũng bộc lộ nhiều hạn chế không thể khắc phục được,
trong đó chủ yếu bị hạn chế bởi chiều sâu giếng khoan do cấu trúc quá phức tạp
cho nên đã phải nhường chỗ cho phương pháp khoan xoay có rửa. Ngày nay do
những ưu việt vốn có, phương pháp khoan đập vẫn được sử dụng để thi công các
giếng khoan khai thác nước, thăm dò sa khoáng hoặc các giếng khoan phục vụ
công tác nổ mìn. Ngay cả ở Việt Nam đã, đang và sẽ còn được sử dụng.
Như đã nói ở trên trong công tác khoan các giếng khoan thăm dò và khai
thác dầu khí duy nhất chỉ tồn tại phương pháp khoan xoay.


Trong phương pháp khoan xoay, căn cứ vào vị trí đặt động cơ lại chia ra 2
loại chính là:
- Phương pháp khoan Roto (hoặc đầu quay di động): Có động cơ đặt trên
mặt đất và truyền chuyển động quay cho choòng khoan thông qua cột cần khoan.
- Phương pháp khoan bằng động cơ chìm (chủ yếu là động cơ tuabin hoặc
động cơ trục vit): Động cơ đặt ngầm trong lỗ khoan bên trên choòng khoan.
+ Các quá trình chính của công tác khoan bao gồm:
- Công tác xây lắp và chuẩn bị mọi mặt cho công tác thi công.
- Công tác khoan thuần tuý. Choòng trực tiếp phá huỷ đất đá ở đáy và tuần
hoàn dung dịch. Đây là thao tác cơ bản tạo ra giếng khoan nhưng nó lại cần ít
người tham gia nhất. Chỉ có kíp trưởng khoan trực tiếp điều khiển thông qua tời,
bàn quay Roto và dẫn động bộ dụng cụ phá huỷ nhờ cột cần khoan và cần chủ đạo.
- Tiếp cần khoan: Khi khoan hết chiều dài làm việc của cần chủ đạo ta cần

phải nối dài thêm bộ khoan cụ bằng cách gắn thêm đoạn cần khác (có chiều dài ≤
chiều dài làm việc của cần chủ đạo) dưới cần chủ đạo và được lắp vào cột cần
khoan phía dưới. Cứ như thế việc tiếp cần được lặp đi lặp lại sau mỗi lần khoan hết
chiều dài làm việc của cần vuông.
- Công tác kéo thả: Khi choòng khoan đã mòn cần thay choòng mới hay khi
đã đạt tới chiều sâu dự kiến, bộ dụng cụ khoan cần được kéo lên để thay choòng
mới hay hạ cột ống chống.
- Công tác chống ống: Hạ xuống giếng cột ống chống đã được tính toán
trước và tiến hành trám xi măng theo thiết kế được duyệt.
- Công tác lắp đặt đầu ống chống (đầu giếng): Khi thả cột ống chống và
trám xi măng xong, bước tiếp theo là lắp đặt các thiết bị giá treo đầu ống chống và
làm kín ở phần mút phía trên của nó giữa các cột ống chống (trừ ống bảo vệ không
được liên kết). Các thao tác này được thực hiện bằng tay đối với các đầu giếng ở
trên mặt đất. Các thiết bị này cũng cho phép lắp đặt các đối áp và các đường ống


cao áp, trong đó có đường dập giếng và đường xả. Sau khi lắp đặt cần kiểm tra độ
an toàn của giá treo ống, đối áp và áp suất làm việc của đầu ống chống.
- Công tác hoàn thiện giếng khoan: Đây là công đoạn cuối cùng (sau khi đã
thả cột ống chống khai thác) gồm có công việc thả vào giếng các thiết bị cần thiết
theo thiết kế như Pake, ống khai thác, van an toàn v.v... thông giếng với tầng sản
phẩm bằng bắn vỉa, thông tầng bằng các phương pháp xử lý axit, vỡ vỉa bằng
phương pháp thuỷ lực v.v... Sau đó là bàn giao giếng khoan cho các công ty khai
thác quản lý.
Bước tiếp theo là thu dọn khoan trường và chuyển đến địa điểm mới.


Sơ đồ 1 loại thiết bị khoan dầu khí (thiết bị khoan xoay).
1.1.2 Choòng khoan
Choòng khoan là loại dụng cụ phá huỷ đất đá tạo thành lỗ khoan.

a. Phương pháp phân loại choòng khoan:

Do đặc điểm cơ lý của đất đá và sự đa dạng của phương pháp khoan cũng
như yêu cầu về kỹ thuật địa chất, kỹ thuật thi công nên choòng khoan được chế tạo
theo nhiều kiểu khác nhau về cấu trúc và nguyên lý phá huỷ. Chính vì vậy công tác
phân loại choòng cũng được thực hiện theo các quan điểm khác nhau:


+ Căn cứ vào cấu tạo, choòng được chia ra:
- Choòng cánh dẹt
- Choòng chóp xoay
- Choòng kim cương
+ Căn cứ vào công dụng, choòng được chia ra:
- Choòng phá mẫu
- Choòng lấy mẫu
- Choòng có công dụng đặc biệt (choòng mở lỗ, choòng bậc, choòng
doa rộng, choòng để khoan định hướng,...)
+ Căn cứ vào cấu tạo lỗ thoát nước, choòng được chia ra:
- Choòng có nước chảy đều
- Choòng có vòi phun thuỷ lực
+ Căn cứ vào tính chất cơ lý của đất đá, choòng được chia ra:
- Choòng mềm
- Choòng trung bình
- Choòng cứng và các loại choòng liền kề (choòng mài mòn và ít mài
mòn).
Về mặt cấu trúc, một choòng khoan gồm có 3 bộ phận chính là phần lắp nối,
phần hoạt động và phần dẫn dung dịch. Riêng choòng chóp xoay có thêm một bộ
phận đặc thù đó là hệ thống ổ tựa của chóp xoay.
- Phần lắp nối là phần nối giữa choòng khoan và phần dưới của cột cần,
truyền năng lượng trực tiếp cho phần hoạt động. Phần lắp nối được tiện ren (trong

hoặc ngoài).
- Phần hoạt động: Là phần trực tiếp tác dụng lên bề mặt đáy. Đất đá bị phá
huỷ bởi các răng dạng nêm lưỡi cắt, răng hợp kim cứng định hình hoặc hạt kim
cương và chúng được bố trí theo các mặt tiếp xúc với đáy và thành lỗ khoan nhằm
tạo thành lỗ khoan có hình dạng và đường kính nhất định.


- Hệ thống dẫn dung dịch: Được bố trí ở các khoảng trống giữa các chân
choòng với các vòi dẫn dung dịch xuống đáy nhằm làm sạch đáy và làm mát
choòng.
Căn cứ vào vận tốc dòng dung dịch qua khỏi vòi phun (vj) ta chia ra 2 loại:
Choòng có hệ thống rửa thường nếu vj < 70m/s
Choòng có vòi phun thuỷ lực nếu vj ≥ 70 ÷ 130m/s
b. Các loại choòng khoan trong khoan dầu khí.

 Choòng cánh dẹt:

a.

b.

a. Choòng 2 cánh; b. Choòng 3 cánh

Hình 1 Choòng cánh dẹt

+ Phạm vi sử dụng: Choòng cánh làm việc theo nguyên lý cắt - vỡ, thường
được dùng trong đất đá mềm hoặc dẻo. Không được sử dụng trong khoan tuabin vì
mô men phá huỷ lớn.
+ Các loại choòng cánh và cấu tạo:
Căn cứ vào số cánh mà choòng được phân ra các loại choòng 2 cánh, 3 cánh

và 4 cánh.
Phía trên cùng tiện ren để nối với cần khoan. Mặt trước và mặt bên đều được
gắn hợp kim để tăng độ cứng của choòng. Lỗ thoát nước hướng chất lỏng từ cột
cần khoan chảy trực tiếp lên đáy được bố trí ở khoảng cách 2/3 bán kính tính từ
tâm choòng khoan. Sự bố trí vòi phun đảm bảo lệch dòng chất lỏng về phía trước


lưỡi cắt chút ít nhằm đảm bảo làm sạch đáy và làm mát tốt nhất. Tốc độ khoan sẽ
tốt lên nếu tạo cho vòi phun đạt tốc độ ≥ 70 ÷130m/s.
+ Vật liệu chế tạo choòng:
Choòng cánh được chế tạo từ thép có kết cấu hàm lượng các bon trung bình.
Thân và cánh được sản xuất theo kiểu rèn hoặc dập: Thân bằng thép các bon không
hợp kim. Hàm lượng Cacbon từ 0,35 ÷ 0,4%. Cánh choòng bằng thép hợp kim với
Crom, Silic, Măngan. Thông thường khi chế tạo, cánh được hàn vào thân choòng,
cũng có khi được rèn liền khối với thân. Cánh choòng được trám hợp kim Rêlit để
tăng khả năng chống mòn.
 Choòng kim cương:

H
ình 2

+ Phạm vi sử dụng: Làm việc theo nguyên lý cắt - vỡ, dùng trong đất đá có
độ cứng từ trung bình đến rất cứng, trong các loại đất đá như sa thạch, đôlômít, đá
vôi và các loại đá mà hiệu suất khoan của choòng chóp xoay đạt thấp. Dùng được


cho tất cả các phương pháp khoan. Tuy nhiên khoan bằng động cơ đáy phù hợp
nhất vì đạt được vận tốc quay cao.
+ Cấu trúc và sự phân loại choòng kim cương:
Thông thường cấu trúc của 1 choòng kim cương gồm có các phần chính như:

đầu nối ren để nối với cần khoan, lõi thép và khuôn đấu.
Trên bề mặt khuôn đấu có gắn các hạt kim cương (xem hình vẽ). Trong đó
khuôn đấu là bộ phận quan trọng nhất nó phải có hệ số dãn nở nhiệt và độ mài mòn
gần giống với kim cương để tránh hiện tượng bong tróc các hạt kim cương khỏi
khuôn đấu. Và cuối cùng là bộ phận dẫn dung dịch được bố trí thích hợp giữa các
bề mặt đáy được gắn kim cương theo những hình dạng khác nhau.
Căn cứ vào cách gắn các hạt kim cương và kích thước các hạt kim cương mà
người ta phân ra 3 loại chính:
- Choòng kim cương 1 lớp (khoan trong đá đồng nhất).
- Choòng kim cương nhiều lớp (khoan trong đá nứt nẻ).
- Choòng kim cương thấm nhiễm (khoan trong đá nứt nẻ).
Ngoài ra người ta còn có cách phân loại như: Choòng kim cương được gắn
lưỡi cắt là kim cương tự nhiên, loại choòng có lưỡi cắt PDC hay kim cương đa tinh
thể và cuối cùng là lưỡi cắt TSP hay kim cương đa tinh thể bền nhiệt (Độ chịu
nhiệt của PDC ≤ 8000C, loại TSP có độ ổn định nhiệt tốt hơn).
+ Tính chất của kim cương:
Là khoáng vật cứng nhất trong tự nhiên (cấp Xii), nhiệt độ nóng chảy là
36500C. Kim cương bị grafit hoá ở 1450 0C. Đơn vị đo khối lượng của kim cương
là Cara (1 cara = 0,2053 g). Kích thước các hạt kim cương được gắn vào choòng
thay đổi từ 2-12 hạt/cara.


Đặc điểm của kim cương là rất cứng nhưng dòn, không chịu được va đập và
nhiệt độ đáy cao. Kim cương được dùng để chế tạo choòng kim cương thường là
kim cương nhân tạo vì giá thành rẻ hơn kim cương tự nhiên.
+ Sử dụng choòng kim cương:
Việc có quyết định chọn và sử dụng choòng kim cương hay không phải căn
cứ vào nhiều yếu tố, trong đó yếu tố giá thành là rất quan trọng. Những trường hợp
sau đây sẽ là căn cứ để có thể sử dụng choòng kim cương thay cho choòng chóp
xoay:

- Khi tuổi thọ chóp xoay quá ngắn do mòn các ổ lăn, răng hoặc gãy răng.
- Khi tốc độ khoan quá nhỏ (≤1,5m/h), do tỷ trọng của dung dịch khoan lớn
hoặc do thiếu công suất thuỷ lực của thiết bị khoan.
- Khi φgk ≤ 6” mà tuổi thọ của choòng chóp xoay bị hạn chế.
- Khi độ nghiêng tăng lên trong khoan định hướng hoặc tải trọng lên choòng
bị hạn chế.
- Trong khoan tuabin có số vòng quay lớn và đất đá phù hợp sẽ hiệu quả hơn
so với khoan Roto.
Tuy nhiên trong đá rắn chắc và nứt nẻ, các loại đá chứa đá lửa hoặc pirit sẽ
không phù hợp với choòng kim cương.
Nếu sử dụng hợp lý 1 choòng kim cương có thể thay thế được tới 15 choòng
chóp xoay.
Trước khi bắt đầu khoan bằng choòng kim cương cần phải doa thân lỗ
khoan, lấy hết các mảnh vụn đất đá và kim loại lên khỏi đáy. Vì thế trước khi
khoan kim cương trong 2 hay 3 hiệp khoan bằng choòng chóp xoay cuối cùng, cần
phải thả ống mùn để lấy hết các vụn kim loại và đá. ống mùn được lắp trên choòng
trong khoan Roto và trên tuabin trong khoan tuabin. Trong trường hợp cần doa lỗ
khoan và bơm rửa thêm cần phải khoan hiệp khoan đặc biệt có sử dụng ống mùn.


 Choòng chóp xoay:
+ Phạm vi sử dụng và ưu nhược điểm của choòng chóp xoay:
Trong công tác khoan dầu khí choòng chóp xoay được sử dụng rộng rãi nhất
chiếm tỷ lệ trên 90%. Dùng được trong mọi loại đất đá có độ cứng và tính chất
khác nhau.
Choòng chóp xoay có những ưu điểm nổi bật là:
- Diện tích tiếp xúc với đáy nhỏ nhưng độ dài của mép làm việc lại lớn vì
vậy hiệu suất phá đá cao.
- Các chóp xoay lăn trên đáy nên ít bị mài mòn hơn choòng cánh.
- Mômen quay choòng nhỏ.

Tuy nhiên nhược điểm là thời gian làm việc của ổ tựa chóp xoay thường
ngắn, các răng choòng kém cứng vững, nhất là những choòng có đường kính nhỏ.
Hiện người ta chế tạo các loại choòng 1, 2, 3, 4 chóp, riêng loại 3 chóp xoay
là phổ biến nhất.
+ Cấu tạo của choòng 3 chóp xoay:

5
3

2
4

1- Ren nối


2- Thân choòng
3- Chân choòng
4- Lỗ thoát nước
5- Chóp xoay
1.1.3 Thiết bị khoan và các công trình trên mặt
Để tiến hành thi công một giếng khoan cần phải có một tổ hợp thiết bị và
các công trình phục vụ trên mặt. Sự phân loại thiết bị khoan thường người ta căn
cứ vào khả năng khoan sâu tối đa:
- Thiết bị nhẹ :

1500 ÷ 2000 m

- Thiết bị trung bình :

3500 m

- Thiết bị nặng:

6000 m

- Thiết bị siêu nặng:

8000 ÷ 10.000 m.

Tính năng khoan sâu của thiết bị thường được thể hiện bằng tải trọng
định mức ở móc nâng (kể cả khối lượng của bộ khoan cụ và các cột ống chống).
Tương ứng với chiều sâu khoan được của từng loại thiết bị là các công
suất làm việc của tời:
- Thiết bị nhẹ:

650 mã lực

- Thiết bị trung bình:

1300 mã lực

- Thiết bị nặng:

2000 mã lực

- Thiết bị siêu nặng:

3000 mã lực

Các chức năng khác (như quay, bơm) do chương trình khoan và chống

ống được quy định cho giếng ở chiều sâu cho trước


a. Các thiết bị nâng thả
Các thiết bị phục vụ công tác nâng thả bao gồm có tháp, tời, cáp, hệ thống pa
lăng v.v.....

b.Tháp khoan:
 Đặc điểm chung của tháp:
- Tháp khoan được đặc trưng bởi chiều cao, sức chịu tải, kích thước
sàn làm việc dưới đất và sàn làm việc trên cao. Vật liệu chế tạo tháp là thép chuyên
dùng.
- Trong tháp có bố trí hệ thống palăng, chỗ dựng cần khoan và đặt một
phần thiết bị khoan, thiết bị điều khiển, che chắn cho công nhân làm việc.
- Thông thường tải trọng làm việc càng lớn thì tháp có chiều cao càng
tăng, cho phép kéo thả được cần dựng dài, giảm được thời gian nâng thả. Tuy vậy
tháp càng cao cũng có những điều bất lợi vì cần dựng dài quá dễ bị uốn cong khi
dựng thẳng đứng do trọng lượng bản thân, ren zamốc đầu cần đặt trên giá đỡ dễ bị
biến dạng. Hơn thế nữa còn tăng vốn đầu tư, tăng giá thành xây lắp.
Thực tế người ta chế tạo tháp theo các chiều cao tiêu chuẩn như sau:
- Tháp cao 28 m cho các giếng sâu 1200 ÷ 1300 m
- Tháp cao 41 ÷ 42 cho các giếng sâu 1300 ÷ 3500 m
- Tháp cao 53 m cho các giếng sâu > 3500 m.
 Phân loại tháp khoan:
+ Tháp 4 chân: Tháp 4 chân gồm nhiều tầng ghép lại với nhau và có
thể tháo rời ra được. Thân tháp làm bằng cần khoan hoặc thép định hình. Đai thép
cũng được làm bằng cần khoan nhưng nhỏ và mỏng hơn. Các đoạn chân tháp, đai


tháp, thanh giằng được nối với nhau bằng các ốp tháp bắt bu lông. Khi tháp làm

việc cần thiết phải có giây chằng tháp để chống lật.
Chính vì thế hiện nay hầu như không còn được sử dụng cho thiết bị khoan ở
trên đất liền mà hay được sử dụng ở các thiết bị khoan biển di động có mặt bằng
lắp ráp tháp theo chiều ngang hạn chế hoặc được sử dụng ở dàn nhẹ phục vụ cho
công tác khai thác và sửa chữa giếng
Ưu điểm của tháp 4 chân là rất
ổn định, chắc chắn khi làm việc. Tuy
nhiên cũng có những nhược điểm cơ
bản là sản làm việc dưới đất chật hẹp,
bị vướng. Việc dựng và hạ tháp khó
khăn tốn kém và nguy hiểm vì phải lắp
ráp ở trên cao.

Hình 14: Các loại tháp 4 chân


+

Tháp chữ A gồm 2 cột, đầu trên được liên kết với nhau
còn đầu dưới được bắt vào gối tựa kiểu bản lề. Khoảng cách
giữa các gối tựa phải đảm bảo cho tháp đứng vững.
Tháp chữ A có ưu điểm nổi bật là làm việc với tải
trọng lớn nhưng trọng lượng bản thân nhỏ (hiệu suất làm việc
cao hơn) so với tháp 4 chân. Sàn làm việc dưới mặt đất rộng
và thoáng hơn. Cho phép lắp đặt tháp theo chiều ngang rồi
dựng tháp bằng cáp tời và kích thuỷ lực nên việc dựng hạ tháp
nhanh, thuận tiện và dễ vận chuyển. Tuy nhiên độ ổn định của
tháp chữ A nhỏ hơn tháp 4 chân. Để tăng độ ổn định cho tháp
khi làm việc cần phải có ít nhất 4 dây chằng tháp. Hiện nay do
tính ưu việt của tháp chữ A nên nó được sử dụng rất rộng rãi

cho các thiết bị khoan, nhất là những thiết bị khoan trên đất
liền.

Tháp chữ A:
Ngoài hai loại tháp chủ yếu trên còn có tháp dạng cột thường được lắp
trên các thiết bị khoan tự hành công suất nhỏ.
+ Cách chọn tháp khoan:
Trong quá trình làm việc có 2 loại tải trọng tác dụng lên tháp: Tải
trọng thẳng đứng tác dụng lên móc nâng của cột cần khoan, hay ống chống và tải
trọng theo phương nằm ngang của cần dựng và của gió. Các tải trọng này được tính
toán phải nhỏ hơn tải trọng làm việc của tháp (xem đặc tính kỹ thuật). Chính vì vậy
khi chọn tháp để thi công một giếng khoan cụ thể ta phải tính được tải trọng tối đa
của cột cần hay cột ống chống tác dụng lên móc nâng
Qmax = Q (1 - ) . K.


Trong đó : Q - Trọng lượng của bộ khoan cụ hoặc ống chống tác dụng lên
móc nâng trong điều kiện không khí.
K- hệ số kẹt mút (k = 1,3)
γ1,γ - Trọng lượng riêng của dung dịch và của thép
Ngoài ra còn căn cứ vào chiều sâu giếng khoan được thi công để chọn
chiều cao của tháp (liên quan đến chiều dài cần dựng), kích thước sàn làm việc trên
mặt và trên cao.

c. Tời khoan
 Công dụng.
Tời khoan dùng để kéo thả cột cần khoan, ống chống tháo vặn cần,
treo cột cần khi khoan. Trong một số trường hợp tới khoan còn dùng để truyền
động cho Roto. Tời còn được dùng để di chuyển các vật nặng phục vụ cho công tác
dựng hạ tháp và công tác phụ trợ khác.

 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của tời khoan:
Tời khoan gồm 1 khung bằng kim loại trên đó có lắp các ổ bi đỡ các
trục của tời. Một tời khoan được cấu tạo bởi nhiều trục (3 đến 4 trục) và trên đó có
lắp các thành phần khác nhau như các bánh răng xích, phanh hãm cơ khí, phanh
thuỷ lực, tời phụ, các khớp nối. vv. ...
Trong quá trình làm việc vì tải trọng ở móc nâng thay đổi theo thời
gian với một giá trị rất lớn, còn động cơ của thiết bị chạy với công suất định mức
với số vòng quay gần như không đổi. Vì vậy để sử dụng động cơ một cách hợp lý
tới khoan phải được chế tạo có nhiều tốc độ khác nhau. Để khi tải trọng ở móc
nâng nhỏ thì vận tốc ở móc nâng lớn và ngược lại. Tức là thay đổi tốc độ cuốn cáp
ở tang tời.


 Hệ thống phanh của tời.
* Phanh cơ khí.
+ Công dụng: Dùng để dừng hoàn toàn khi kéo thả bộ dụng cụ khoan
hay ống chống. Treo dụng cụ và để thả tiến độ từ từ trong khi khoan.
* Phanh thuỷ động (Phanh phụ)
+ Công dụng
Bộ hãm thuỷ động lắp trên trục nâng để điều chỉnh tốc độ thả dụng cụ
và hỗ trợ cho phanh chính (phanh cơ khí)
Do khả năng phanh của hệ thống băng (đai hãm) về động lực học là
không đủ khi phải hạ vào giếng khoan một tải trọng rất lớn vì thế trong mọi thiết
khoan cần phải lắp thêm thiết bị phanh phụ. Ngoài phanh thuỷ lực còn có thể lắp
phanh điện từ. Đặc điểm của phanh thuỷ lực là hoạt động rất hiệu quả, độ tin cậy
cao, ít phải bảo dưỡng nhưng có nhược điểm cơ bản là hãm được ít ở tốc độ thấp
và rất khó hiệu chỉnh. Chính vì vậy nó chỉ được lắp trong các thiết bị khoan có tải
trọng làm việc trên 50 tấn.
+ Cấu tạo và nguyên lý làm việc.

8

6
1
2

7
10
11

4
5
3

9


Hình18: Bộ hãm thuỷ
động
1:Thành bộ
hãm

6: cánh Roto

2:cánh stato

7,8:đường thoát nước

3:Roto

9:đường cấp nước

4:Trục tời

10:khoá nước

5:Khớp nối

11:bình chất lỏng

Khi thả cột cần hay ống chống. Do tải trọng cột cần và ống lớn nên vận tốc
thả cũng lớn vì thế phanh thuỷ động sẽ hỗ trợ cho phanh chính. Các cánh cong
Roto (6) hướng về phía ngược với cánh cong Stato(2) và phải bố trí sao cho khi
kéo lên các cánh Roto không chịu lực cản của chất lỏng mà cánh Stato hướng vào.
Ngược lại khi thả xuống thì cánh Roto sẽ phải chịu một mô men phản do chất lỏng
tạo nên. Tuỳ theo vận tốc thả (trọng lượng cần ống) người ta thay đổi mực chất
lỏng trong bình (11) bằng các khoá nước (10). Trong khi phanh làm việc, chuyển
động của Roto quay sẽ biến thành nhiệt và nước trong bộ hãm sẽ nhanh chóng bị
hâm nóng lên. Nước sẽ được làm nguội trong bình làm mát có tuần hoàn kín giữa
bộ hãm và bình.
* Phanh điện từ (phanh phụ)
Để khắc phục những hạn chế của phanh thuỷ động thì ở thiết bị khoan
nặng người ta sử dụng phanh điện từ. Cấu tạo của phanh điện từ gồm có 1 Roto và
một bộ phận cố định cung cấp từ trường có thể điều chỉnh bằng cơ cấu điều khiển.
Rôto (Gắn vào trục nâng) cắt các đường sức của từ trường. Lực điện từ cảm ứng
trong Roto sẽ chống lại chuyển động quay. Dòng xoáy (Dòng phu cô) sinh ra trong


Roto làm toả nhiệt do hiệu ứng phun và nhiệt lượng này được tản ra nhờ hệ thống
nước tuần hoàn làm mát. Giá trị của mô men phanh có quan hệ với cường độ của

từ trường được tạo ra trong các cuộn dây. Vì thế loại phanh này được sử dụng rất
linh hoạt.
 Hệ thống palăng.
+ Chức năng của hệ thống palăng và các đặc điểm của chúng:
Hệ thống palăng biến chuyển động quay của tang tời thành chuyển
động tịnh tiến lên xuống của móc nâng và làm giảm tải cho dây cáp.
Tuỳ theo tải trọng nâng thả và số nhánh dây cáp, hệ thống pa lăng
được phân ra làm nhiều cỡ.
Với tải trọng 50 ÷ 75 tấn sử dụng vỡ 2 x 3 hoặc 3 x 4
Với tải trọng 100 ÷ 130 tấn sử dụng cỡ 4 x 5 hay 5 x 6 hoặc 6 x 7 .
Trong ký hiệu trên: chữ số đầu chỉ số con lăn trên bộ ròng rọc động,
chữ số thứ hai sau dấu (x) chỉ số con lăn trên bộ ròng rọc cố định.
Dây cáp được mắc vào các con lăn của hệ thống Ròng rọc tĩnh và
động theo một trình tự nhất định. Một đầu cáp được giữ cố định (thường ở 1 chân
của tháp sao cho kíp trưởng dễ quan sát khi làm việc) gọi là đầu cáp chết còn một
đầu mắc vào tời khoan gọi là cáp tời hay là đầu cáp cuốn.
1.1.4 Cột cần khoan
a. Chức năng
Là khâu nối giữa dụng cụ đáy và thiết bị trên mặt, thực hiện các nhiệm vụ:
- Truyền chuyển động quay cho choòng trong khoan Roto hoặc đầu quay di
động.
- Dẫn nước rửa cho động cơ tuabin làm việc trong khoan tuabin.


- Dẫn nước rửa làm sạch mùn, làm mát dụng cụ đáy trong quá trình tuần
hoàn.
- Truyền tải trọng cho choòng, kéo thả dụng cụ khoan.
- Thực hiện các công tác phụ trợ khác như thử vỉa, cứu chữa sự cố ...
b. Thành phần cột cần khoan:
Cột cần khoan gồm có các bộ phận sau:

- Cần chủ đạo
- Cần khoan
- Za mốc cần khoan.
- Cần nặng
- Đầu nối chuyển tiếp
- Định tâm
c. Cấu tạo các bộ phận của cột cần khoan:
 Cần chủ đạo:
Là khâu nối giữa cần khoan và đầu thuỷ lực. Cần chủ đạo tạo nên một môi
trường trung gian nhận chuyển động quay từ bàn Roto truyền cho choòng qua một
cột cần khoan. Để nhận được chuyển động quay này, cần chủ đạo phải có hình
dáng bên ngoài được cấu tạo đặc biệt. Cần chủ đạo có tiết diện hình vuông, hình
sáu cạnh, và hình tám cạnh.
Cần chủ đạo thường có các đường kính quy ước: 65; 80; 112; 140; 155 (mm).
Chiều dài cần chủ đạo thường cỡ 12÷14m; (40÷54ft).

4 cạnh

6 cạnh


Đầu cần có thể được chồn dày hoặc không chồn dày. Loại không chồn dày ít
được sử dụng vì đầu ren của cần yếu.người ta sản xuất hàng loạt các cần chủ đạo
đồng bộ với perekhốt trên và dưới của nó.
 Cần khoan:
Đây là bộ phận chính của cột cần, thực chất đó là loại ống thép được chồn
dày ở 2 đầu để tăng độ bền của ren nối. Tuỳ theo cấu tạo của đầu chồn mà người ta
chia ra 3 loại cần đó là:
- Đầu cần chồn dày về phía trong và tiện ren bước ngắn (h.a).
- Đầu cần chồn dày về phía ngoài và tiện ren bước ngắm (h.b)

- Đầu cần chồn dày về cả hai phía trong và ngoài có tiện ren bước ngắn (h.c).
- Ngoài ra còn dùng cần hàn (với za mốc) - là loại đầu nối hiện đại.
Cần khoan được đặc trưng bởi chiều dài và đường kính của chúng.
Cần khoan được chế tạo chủ yếu theo 6 cấp đường kính sau:
60; 73; 89; 114; 141; 168 mm
với mỗi cỡ đường kính có bề dày δ từ 8 ÷
11mm
Có các cỡ chiều dài khác nhau từ 6 ÷ 11m.
Với các cỡ đường kính:
2 3/8” ; 2 7/8”; 3*1/2”; 4”; 4*1/2”; 5*”; 5
1/2"


* Được dùng rộng rãi trong khoan dầu ở Mỹ
Các cỡ chiều dài chia ra 3 loại:
Loại 1: 18 ÷ 22 ft (5,486 ÷ 6,71m)
Loại 2: 27 ÷ 30ft (8,229 ÷ 9,144m)
Loại 3: 38 ÷ 45ft (11,582 ÷ 13,716m)
Thép cần khoan là thép hợp kim có độ bền cao.
1. Ren tam giác.
2. Phần đầu cần được chôn dày.
 Za mốc nối cần khoan:
4

4
5

1
3

2

Hình 32
Dùng để nối các đoạn cần khoan với nhau. Za mốc nối cần khoan gồm hai
chi tiết: za mốc đực và za mốc cái. Việc dùng đầu nối za mốc nhằm mục đích.
- Bảo vệ ren cần khoan bởi vì chúng bị mài mòn rất nhanh do tháo lắp liên
tục
- Giảm thời gian tháo vặn cần khoan vì bước ren za mốc lớn hơn bước ren
của cần .
Các chi tiết của za mốc được nối với cần khoan qua ren bước ngắn, các
chi tiết za mốc được nối với nhau qua bước ren dài hơn gọi là ren za mốc .


Có 3 loại za mốc được chế tạo cho cần khoan:
- Loại za mốc có lỗ mở thường (dz- Loại za mốc có lỗ mở rộng (dz ≈ d’t)

Cần chồn dày bên trong

- Loại za mốc có lỗ mở tăng cường (dz>d’t) cần chồn dày bên ngoài
Za mốc có lỗ mở thường có đường kính bên trong của za mốc đực nhỏ hơn
đường kính bên trong của phần chồn dày.
Hai loại za mốc có lỗ mở thường và za mốc có lỗ mở rộng được lắp vào loại
cần khoan có đầu cần chồn dày bên trong.
Đường kính định mức của za mốc không tương ứng với đường kính ngoài za
mốc mà tương ứng với đường kính định mức của cần lắp za mốc đó.
Ngoài ra cần khoan và đầu nối còn có các loại sau
- Cần khoan được nối với các chi tiết za mốc bằng hàn (cần hàn).
- Cần khoan được chồn dày và nối với nhau qua đầu nối mupta.
 Đầu nối chuyển tiếp:

Là đầu nối giữa những chi tiết có đường kính khác nhau với nhau.
Đầu nối chuyển tiếp được phân thành 2 nhóm:
+ Nhóm đầu nối chuyển tiếp của cần chủ đạo.
Đầu nối chuyển tiếp phía trên của cần chủ đạo được nối với đầu thuỷ lực
là đầu nối ren trái để tránh tháo trong quá trình khoan.
Đầu nối phía dưới của cần chủ đạo với cần khoan là đầu nối ren phải.
+ Nhóm đầu nối chuyển tiếp trung gian để nối các phần trong cột cần
khoan như giữa cần khoan và cần nặng, giữa cần nặng có đường kính khác
nhau với nhau, giữa cần nặng và choòng v.v...


 Định tâm cần khoan:
- Công dụng: Ngăn ngừa sự cong lệch giếng khoan khi thi công.
Nhờ tiếp xúc với thành giếng khoan ở 3 điểm nên bộ định tâm đảm bảo sự
đồng trục giữa cột cần khoan và giếng khoan đặc biệt trong khoan tuabin.
Có nhiều loại định tâm khác nhau phụ thuộc vào độ cứng đất đá ở
thành giếng khoan.
Ví dụ định tâm trên được sử dụng phổ biến hơn cả. Trên thân có 3 rãnh phân
bố cách nhau 1200. Trên mỗi rãnh có lắp hai bánh răng hình trụ, hai đầu định tâm
có ren để nối với đầu nối chuyển tiếp của cột cần khoan nhằm giảm tối đa lực ma
sát với thành giếng khoan.
Nhiều trường hợp người ta lắp trên tuabin hai bộ định tâm, xen giữa 2 bộ
định tâm là một đoạn cần nặng.
- Cấu tạo: