Bài giảng Khoan dầu khí

Chia sẻ: 986753421 986753421 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:285

Thêm vào BST

Báo xấu

397
lượt xem 167
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo sách 'bài giảng khoan dầu khí', kỹ thuật - công nghệ, hoá học - dầu khí phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Khoan dầu khí

Lêi nãi ®Çu Bµi gi¶ng “khoan dÇu khÝ” ®îc viÕt cho sinh viªn chuyªn nghµnh “kü thuËt khoan dÇu khÝ” . Néi dung bµi gi¶ng ®Ò cËp mét c¸ch hÖ thèng c¸c kiÕn thøc c¬ b¶n nhÊt tõ viÖc ph©n tÝch c¸c ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt, x©y dùng vµ tÝnh to¸n cÊu tróc mét giÕng khoan dÇu khÝ ®Õn phÇn lùa chän dông cô, thiÕt bÞ ®Ó thi c«ng. Bµi gi¶ng còng ®Ò cËp kh¸ ®Çy ®ñ c¸c phÇn tÝnh to¸n lùa chän cÊu tróc bé khoan cô, kiÓm to¸n bÒn cét cÇn, tÝnh to¸n cÊu tróc cho c¸c cét èng chèng, thiÕt kÕ chÕ ®é khoan, c«ng t¸c tr¸m xi m¨ng v.v... Trong bµi gi¶ng ®· ®a vµo mét sè bµi tËp cã tÝnh øng dông ®Ó minh ho¹ cho phÇn lý thuyÕt hy väng c¸c sinh viªn tËp lµm quen víi c«ng t¸c tÝnh to¸n. M«n häc kü thuËt khoan dÇu khÝ chøa ®ùng nhiÒu vÊn ®Ò phøc t¹p liªn quan ®Õn c¸c kiÕn thøc ®Þa chÊt, c¬ lý thuyÕt, søc bÒn vËt liÖu, c¬ khÝ, c¬ së khoan, ph¸ huû, dung dÞch vµ v÷a tr¸m. ChÝnh v× vËy m«n häc nµy cÇn thiÕt ®uîc b¾t ®Çu sau khi sinh viªn ®· häc hÕt c¸c m«n liªn quan nãi trªn. Trong qu¸ tr×nh häc m«n häc, sinh viªn cã phÇn thùc hiÖn viÕt mét ®å ¸n m«n häc vÒ thiÕt kÕ kü thuËt mét giÕng khoan th¨m dß vµ khai th¸c dÇu khÝ. Ngoµi môc tiªu trªn, bµi gi¶ng “Khoan dÇu khÝ” cßn ®îc dïng lµm tµi liÖu tham kh¶o cho sinh viªn c¸c ngµnh thuéc lÜnh vùc dÇu khÝ. Do thêi gian h¹n chÕ nªn néi dung cã thÓ cha cËp nhËt vµ h×nh thøc tr×nh bµy cßn cã nh÷ng ®iÓm cha hîp lý mong nhËn ®îc sù ®ãng gãp cña c¸c ®ång nghiÖp vµ c¸c nhµ chuyªn m«n. Xin ch©n thµnh c¶m ¬n! T¸c gi¶ biªn so¹n -1-
më ®Çu Trong ngµnh c«ng nghiÖp dÇu khÝ c«ng t¸c khoan giÕng lµ mét trong nh÷ng kh©u rÊt quan träng kh«ng thÓ thiÕu, th«ng qua giÕng khoan ®Ó tiÕn hµnh viÖc t×m kiÕm th¨m dß vµ khai th¸c s¶n phÈm vµ lµm nhiÒu c«ng t¸c nghiªn cøu tiÕp theo. GiÕng khoan ®îc xem lµ mét c«ng tr×nh h×nh trô ®îc thi c«ng trong vá tr¸i ®Êt cã chiÒu s©u lín gÊp nhiÒu lÇn ®êng kÝnh cña nã. §Ó t¹o thµnh giÕng khoan hiÖn nay hÇu nh chØ cßn ®îc thùc hiÖn b»ng ph¬ng ph¸p khoan xoay cã röa. §Ó ph¸ huû ®Êt ®¸ t¹o thµnh lç khoan ngêi ta sö dông choßng khoan. C¨n cø vµo ®Æc ®iÓm ph¸ huû cña choßng trªn ®¸y mµ th©n giÕng khoan ®îc t¹o thµnh b»ng 2 kiÓu sau: - Khoan ph¸ toµn ®¸y: Toµn bé bÒ mÆt ®¸y ®îc ph¸ huû thµnh mïn khoan vµ ®îc ®a lªn mÆt bëi dßng tuÇn hoµn (chñ yÕu lµ chÊt láng) ®îc b¬m xuèng ®¸y tõ trªn mÆt. - Khoan lÊy mÉu: ChØ mét phÇn ®Êt ®¸ ë thµnh lç khoan bÞ ph¸ huû thµnh mïn theo h×nh vµnh kh¨n, cßn lâi ®¸ ë gi÷a ®îc lÊy lªn nguyªn d¹ng (b»ng èng mÉu) gäi lµ mÉu lâi ®Ó nghiªn cøu cÊu tróc ®Þa chÊt, tÝnh chÊt c¬ lý vµ thµnh phÇn th¹ch häc v.v... C¨n cø vµo c«ng dông cña giÕng khoan trong c«ng nghiÖp dÇu khÝ ngêi ta chia giÕng khoan thµnh 5 lo¹i chÝnh nh sau: 1, GiÕng khoang t×m kiÕn cÊu t¹o: §Ó nghiªn cøu kiÕn t¹o, ®Þa tÇng, th¹ch häc còng nh ®é chøa s¶n phÈm cña mét tÇng nµo ®ã. 2, GÕng khoan chuÈn: §Ó nghiªn cøu ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt vµ ph¬ng híng t×m kiÕm dÇu khÝ ë nh÷ng vïng cha ®îc nghiªn cøu kü. 3, GiÕng khoan th¨m dß: §Ó nghiªn cøu tÇng s¶n phÈm còng nh gi¸ trÞ c«ng nghiÖp cña chóng. §Ó khoanh giíi h¹n tÇng dÇu, khÝ, níc ë c¸c vØa khai th¸c. 4, GiÕng khoan khai th¸c: Dïng ®Ó lÊy s¶n phÈm dÇu khÝ lªn. 5. GiÕng b¬m Ðp: §îc dïng ®Ó b¬m níc, khÝ hoÆc kh«ng khÝ nh»m duy tr× ¸p lùc vØa víi môc ®Ých kÐo dµi thêi gian khai th¸c tù phun. -2-
+ C¸c ph¬ng ph¸p khoan trong khoan dÇu khÝ: Tríc ®©y (kho¶ng cñaèi thÕ kû XIX) tån t¹i hai ph¬ng ph¸p khoan ®ã lµ khoan ®Ëp (chñ yÕu lµ ®Ëp c¸p) vµ khoan xoay. ChiÒu s©u kû lôc cña ph¬ng ph¸p khoan ®Ëp ®¹t ®îc n¨m 1918 t¹i bang Techzat Mü lµ 2250m. Ph¬ng ph¸p khoan ®Ëp bªn c¹nh nh÷ng u ®iÓm còng béc lé nhiÒu h¹n chÕ kh«ng thÓ kh¾c phôc ®îc, trong ®ã chñ yÕu bÞ h¹n chÕ bëi chiÒu s©u giÕng khoan do cÊu tróc qu¸ phøc t¹p cho nªn ®· ph¶i nhêng chç cho ph¬ng ph¸p khoan xoay cã röa. Ngµy nay do nh÷ng u viÖt vèn cã, ph¬ng ph¸p khoan ®Ëp vÉn ®îc sö dông ®Ó thi c«ng c¸c giÕng khoan khai th¸c níc, th¨m dß sa kho¸ng hoÆc c¸c giÕng khoan phôc vô c«ng t¸c næ m×n. Ngay c¶ ë ViÖt Nam ®·, ®ang vµ sÏ cßn ®îc sö dông. Nh ®· nãi ë trªn trong c«ng t¸c khoan c¸c giÕng khoan th¨m dß vµ khai th¸c dÇu khÝ duy nhÊt chØ tån t¹i ph¬ng ph¸p khoan xoay. Trong ph¬ng ph¸p khoan xoay, c¨n cø vµo vÞ trÝ ®Æt ®éng c¬ l¹i chia ra 2 lo¹i chÝnh lµ: - Ph¬ng ph¸p khoan Roto (hoÆc ®Çu quay di ®éng): Cã ®éng c¬ ®Æt trªn mÆt ®Êt vµ truyÒn chuyÓn ®éng quay cho choßng khoan th«ng qua cét cÇn khoan. - Ph¬ng ph¸p khoan b»ng ®éng c¬ ch×m (chñ yÕu lµ ®éng c¬ tuabin hoÆc ®éng c¬ trôc vit): §éng c¬ ®Æt ngÇm trong lç khoan bªn trªn choßng khoan. + C¸c qu¸ tr×nh chÝnh cña c«ng t¸c khoan bao gåm: - C«ng t¸c x©y l¾p vµ chuÈn bÞ mäi mÆt cho c«ng t¸c thi c«ng. - C«ng t¸c khoan thuÇn tuý. Choßng trùc tiÕp ph¸ huû ®Êt ®¸ ë ®¸y vµ tuÇn hoµn dung dÞch. §©y lµ thao t¸c c¬ b¶n t¹o ra giÕng khoan nhng nã l¹i cÇn Ýt ngêi tham gia nhÊt. ChØ cã kÝp trëng khoan trùc tiÕp ®iÒu khiÓn th«ng qua têi, bµn quay Roto vµ dÉn ®éng bé dông cô ph¸ huû nhê cét cÇn khoan vµ cÇn chñ ®¹o. - TiÕp cÇn khoan: Khi khoan hÕt chiÒu dµi lµm viÖc cña cÇn chñ ®¹o ta cÇn ph¶i nèi dµi thªm bé khoan cô b»ng c¸ch g¾n thªm ®o¹n cÇn kh¸c (cã -3-
chiÒu dµi  chiÒu dµi lµm viÖc cña cÇn chñ ®¹o) díi cÇn chñ ®¹o vµ ®îc l¾p vµo cét cÇn khoan phÝa díi. Cø nh thÕ viÖc tiÕp cÇn ®îc lÆp ®i lÆp l¹i sau mçi lÇn khoan hÕt chiÒu dµi lµm viÖc cña cÇn vu«ng. - C«ng t¸c kÐo th¶: Khi choßng khoan ®· mßn cÇn thay choßng míi hay khi ®· ®¹t tíi chiÒu s©u dù kiÕn, bé dông cô khoan cÇn ®îc kÐo lªn ®Ó thay choßng míi hay h¹ cét èng chèng. - C«ng t¸c chèng èng: H¹ xuèng giÕng cét èng chèng ®· ®îc tÝnh to¸n tríc vµ tiÕn hµnh tr¸m xi m¨ng theo thiÕt kÕ ®îc duyÖt. - C«ng t¸c l¾p ®Æt ®Çu èng chèng (®Çu giÕng): Khi th¶ cét èng chèng vµ tr¸m xi m¨ng xong, bíc tiÕp theo lµ l¾p ®Æt c¸c thiÕt bÞ gi¸ treo ®Çu èng chèng vµ lµm kÝn ë phÇn mót phÝa trªn cña nã gi÷a c¸c cét èng chèng (trõ èng b¶o vÖ kh«ng ®îc liªn kÕt). C¸c thao t¸c nµy ®îc thùc hiÖn b»ng tay ®èi víi c¸c ®Çu giÕng ë trªn mÆt ®Êt. C¸c thiÕt bÞ nµy còng cho phÐp l¾p ®Æt c¸c ®èi ¸p vµ c¸c ®êng èng cao ¸p, trong ®ã cã ®êng dËp giÕng vµ ®êng x¶. Sau khi l¾p ®Æt cÇn kiÓm tra ®é an toµn cña gi¸ treo èng, ®èi ¸p vµ ¸p suÊt lµm viÖc cña ®Çu èng chèng. - C«ng t¸c hoµn thiÖn giÕng khoan: §©y lµ c«ng ®o¹n cuèi cïng (sau khi ®· th¶ cét èng chèng khai th¸c) gåm cã c«ng viÖc th¶ vµo giÕng c¸c thiÕt bÞ cÇn thiÕt theo thiÕt kÕ nh Pake, èng khai th¸c, van an toµn v.v... th«ng giÕng víi tÇng s¶n phÈm b»ng b¾n vØa, th«ng tÇng b»ng c¸c ph¬ng ph¸p xö lý axit, vì vØa b»ng ph¬ng ph¸p thuû lùc v.v... Sau ®ã lµ bµn giao giÕng khoan cho c¸c c«ng ty khai th¸c qu¶n lý. Bíc tiÕp theo lµ thu dän khoan trêng vµ chuyÓn ®Õn ®Þa ®iÓm míi. -4-
S¬ ®å 1 lo¹i thiÕt bÞ khoan dÇu khÝ (thiÕt bÞ khoan xoay). -5-
Ch¬ng I: Choßng khoan Choßng khoan lµ lo¹i dông cô ph¸ huû ®Êt ®¸ t¹o thµnh lç khoan. 1.1.Ph¬ng ph¸p ph©n lo¹i choßng khoan: Do ®Æc ®iÓm c¬ lý cña ®Êt ®¸ vµ sù ®a d¹ng cña ph¬ng ph¸p khoan còng nh yªu cÇu vÒ kü thuËt ®Þa chÊt, kü thuËt thi c«ng nªn choßng khoan ®îc chÕ t¹o theo nhiÒu kiÓu kh¸c nhau vÒ cÊu tróc vµ nguyªn lý ph¸ huû. ChÝnh v× vËy c«ng t¸c ph©n lo¹i choßng còng ®îc thùc hiÖn theo c¸c quan ®iÓm kh¸c nhau: + C¨n cø vµo cÊu t¹o, choßng ®îc chia ra: - Choßng c¸nh dÑt - Choßng chãp xoay - Choßng kim c¬ng + C¨n cø vµo c«ng dông, choßng ®îc chia ra: - Choßng ph¸ mÉu - Choßng lÊy mÉu - Choßng cã c«ng dông ®Æc biÖt (choßng më lç, choßng bËc, choßng doa réng, choßng ®Ó khoan ®Þnh híng,...) + C¨n cø vµo cÊu t¹o lç tho¸t níc, choßng ®îc chia ra: - Choßng cã níc ch¶y ®Òu - Choßng cã vßi phun thuû lùc + C¨n cø vµo tÝnh chÊt c¬ lý cña ®Êt ®¸, choßng ®îc chia ra: - Choßng mÒm - Choßng trung b×nh - Choßng cøng vµ c¸c lo¹i choßng liÒn kÒ (choßng mµi mßn vµ Ýt mµi mßn). VÒ mÆt cÊu tróc, mét choßng khoan gåm cã 3 bé phËn chÝnh lµ phÇn l¾p nèi, phÇn ho¹t ®éng vµ phÇn dÉn dung dÞch. Riªng choßng chãp xoay cã thªm mét bé phËn ®Æc thï ®ã lµ hÖ thèng æ tùa cña chãp xoay. -6-
- PhÇn l¾p nèi lµ phÇn nèi gi÷a choßng khoan vµ phÇn díi cña cét cÇn, truyÒn n¨ng lîng trùc tiÕp cho phÇn ho¹t ®éng. PhÇn l¾p nèi ®îc tiÖn ren (trong hoÆc ngoµi). - PhÇn ho¹t ®éng: Lµ phÇn trùc tiÕp t¸c dông lªn bÒ mÆt ®¸y. §Êt ®¸ bÞ ph¸ huû bëi c¸c r¨ng d¹ng nªm lìi c¾t, r¨ng hîp kim cøng ®Þnh h×nh hoÆc h¹t kim c¬ng vµ chóng ®îc bè trÝ theo c¸c mÆt tiÕp xóc víi ®¸y vµ thµnh lç khoan nh»m t¹o thµnh lç khoan cã h×nh d¹ng vµ ®êng kÝnh nhÊt ®Þnh. - HÖ thèng dÉn dung dÞch: §îc bè trÝ ë c¸c kho¶ng trèng gi÷a c¸c ch©n choßng víi c¸c vßi dÉn dung dÞch xuèng ®¸y nh»m lµm s¹ch ®¸y vµ lµm m¸t choßng. C¨n cø vµo vËn tèc dßng dung dÞch qua khái vßi phun (vj ) ta chia ra 2 lo¹i: Choßng cã hÖ thèng röa thêng nÕu vj < 70m/s Choßng cã vßi phun thuû lùc nÕu vj  70  130m/s 1.2. C¸c lo¹i choßng khoan trong khoan dÇu khÝ. 1.2.1. Choßng c¸nh dÑt: a. b. a. Choßng 2 c¸nh; b. Choßng 3 c¸nh H ×nh 1 Choßng c¸nh dÑt + Ph¹m vi sö dông : Choßng c¸nh lµm viÖc theo nguyªn lý c¾t - vì, thêng ®îc dïng trong ®Êt ®¸ mÒm hoÆc dÎo. Kh«ng ®îc sö dông trong khoan tuabin v× m« men ph¸ huû lín. + C¸c lo¹i choßng c¸nh vµ cÊu t¹o. C¨n cø vµo sè c¸nh mµ choßng ®îc ph©n ra c¸c lo¹i choßng 2 c¸nh, 3 c¸nh vµ 4 c¸nh. -7-
PhÝa trªn cïng tiÖn ren ®Ó nèi víi cÇn khoan. MÆt tríc vµ mÆt bªn ®Òu ®îc g¾n hîp kim ®Ó t¨ng ®é cøng cña choßng. Lç tho¸t níc híng chÊt láng tõ cét cÇn khoan ch¶y trùc tiÕp lªn ®¸y ®îc bè trÝ ë kho¶ng c¸ch 2/3 b¸n kÝnh tÝnh tõ t©m choßng khoan. Sù bè trÝ vßi phun ®¶m b¶o lÖch dßng chÊt láng vÒ phÝa tríc lìi c¾t chót Ýt nh»m ®¶m b¶o lµm s¹ch ®¸y vµ lµm m¸t tèt nhÊt. Tèc ®é khoan sÏ tèt lªn nÕu t¹o cho vßi phun ®¹t tèc ®é  70 130m/s. + VËt liÖu chÕ t¹o choßng. Choßng c¸nh ®îc chÕ t¹o tõ thÐp cã kÕt cÊu hµm lîng c¸c bon trung b×nh. Th©n vµ c¸nh ®îc s¶n xuÊt theo kiÓu rÌn hoÆc dËp: Th©n b»ng thÐp c¸c bon kh«ng hîp kim. Hµm lîng Cacbon tõ 035  0,4%. C¸nh choßng b»ng thÐp hîp kim víi Crom, Silic, M¨ngan. Th«ng thêng khi chÕ t¹o, c¸nh ®îc hµn vµo th©n choßng, còng cã khi ®îc rÌn liÒn khèi víi th©n. C¸nh choßng ®îc tr¸m hîp kim Rªlit ®Ó t¨ng kh¶ n¨ng chèng mßn. 1.2.2. Choßng kim c¬ng: H×nh 2 + Ph¹m vi sö dông: Lµm viÖc theo nguyªn lý c¾t - vì, dïng trong ®Êt ®¸ cã ®é cøng tõ trung b×nh ®Õn rÊt cøng, trong c¸c lo¹i ®Êt ®¸ nh sa th¹ch, ®«l«mÝt, ®¸ v«i vµ c¸c lo¹i ®¸ mµ hiÖu suÊt khoan cña choßng chãp xoay ®¹t thÊp. Dïng ®îc cho tÊt c¶ c¸c ph¬ng ph¸p khoan. Tuy nhiªn khoan b»ng ®éng c¬ ®¸y phï hîp nhÊt v× ®¹t ®îc vËn tèc quay cao. -8-
+ CÊu tróc vµ sù ph©n lo¹i choßng kim c¬ng. Th«ng thêng cÊu tróc cña 1 choßng kim c¬ng gåm cã c¸c phÇn chÝnh nh: ®Çu nèi ren ®Ó nèi víi cÇn khoan, lâi thÐp vµ khu«n ®Êu. Trªn bÒ mÆt khu«n ®Êu cã g¾n c¸c h¹t kim c¬ng (xem h×nh vÏ). Trong ®ã khu«n ®Êu lµ bé phËn quan träng nhÊt nã ph¶i cã hÖ sè d·n në nhiÖt vµ ®é mµi mßn gÇn gièng víi kim c¬ng ®Ó tr¸nh hiÖn tîng bong trãc c¸c h¹t kim c¬ng khái khu«n ®Êu. Vµ cuèi cïng lµ bé phËn dÉn dung dÞch ®îc bè trÝ thÝch hîp gi÷a c¸c bÒ mÆt ®¸y ®îc g¾n kim c¬ng theo nh÷ng h×nh d¹ng kh¸c nhau. C¨n cø vµo c¸ch g¾n c¸c h¹t kim c¬ng vµ kÝch thíc c¸c h¹t kim c¬ng mµ ngêi ta ph©n ra 3 lo¹i chÝnh: - Choßng kim c¬ng 1 líp (khoan trong ®¸ ®ång nhÊt). - Choßng kim c¬ng nhiÒu líp (khoan trong ®¸ nøt nÎ). - Choßng kim c¬ng thÊm nhiÔm (khoan trong ®¸ nøt nÎ). Ngoµi ra ngêi ta cßn cã c¸ch ph©n lo¹i nh: Choßng kim c¬ng ®îc g¾n lìi c¾t lµ kim c¬ng tù nhiªn, lo¹i choßng cã lìi c¾t PDC hay kim c¬ng ®a tinh thÓ vµ cuèi cïng lµ lìi c¾t TSP hay kim c¬ng ®a tinh thÓ bÒn nhiÖt (§é chÞu nhiÖt cña PDC  8000C, lo¹i TSP cã ®é æn ®Þnh nhiÖt tèt h¬n). + TÝnh chÊt cña kim c¬ng: Lµ kho¸ng vËt cøng nhÊt trong tù nhiªn (cÊp Xii), nhiÖt ®é nãng ch¶y lµ 36500C. Kim c¬ng bÞ grafit ho¸ ë 14500C. §¬n vÞ ®o khèi lîng cña kim c¬ng lµ Cara (1 cara = 0,2053 g). KÝch thíc c¸c h¹t kim c¬ng ®îc g¾n vµo choßng thay ®æi tõ 2-12 h¹t/cara. §Æc ®iÓm cña kim c¬ng lµ rÊt cøng nhng dßn, kh«ng chÞu ®îc va ®Ëp vµ nhiÖt ®é ®¸y cao. Kim c¬ng ®îc dïng ®Ó chÕ t¹o choßng kim c¬ng thêng lµ kim c¬ng nh©n t¹o v× gi¸ thµnh rÎ h¬n kim c¬ng tù nhiªn. + Sö dông choßng kim c¬ng: ViÖc cã quyÕt ®Þnh chän vµ sö dông choßng kim c¬ng hay kh«ng ph¶i c¨n cø vµo nhiÒu yÕu tè, trong ®ã yÕu tè gi¸ thµnh lµ rÊt quan träng. Nh÷ng -9-
trêng hîp sau ®©y sÏ lµ c¨n cø ®Ó cã thÓ sö dông choßng kim c¬ng thay cho choßng chãp xoay: - Khi tuæi thä chãp xoay qu¸ ng¾n do mßn c¸c æ l¨n, r¨ng hoÆc g·y r¨ng. - Khi tèc ®é khoan qu¸ nhá (1,5m/h), do tû träng cña dung dÞch khoan lín hoÆc do thiÕu c«ng suÊt thuû lùc cña thiÕt bÞ khoan. - Khi gk  6” mµ tuæi thä cña choßng chãp xoay bÞ h¹n chÕ. - Khi ®é nghiªng t¨ng lªn trong khoan ®Þnh híng hoÆc t¶i träng lªn choßng bÞ h¹n chÕ. - Trong khoan tuabin cã sè vßng quay lín vµ ®Êt ®¸ phï hîp sÏ hiÖu qu¶ h¬n so víi khoan Roto. Tuy nhiªn trong ®¸ r¾n ch¾c vµ nøt nÎ, c¸c lo¹i ®¸ chøa ®¸ löa hoÆc pirit sÏ kh«ng phï hîp víi choßng kim c¬ng. NÕu sö dông hîp lý 1 choßng kim c¬ng cã thÓ thay thÕ ®îc tíi 15 choßng chãp xoay. Tríc khi b¾t ®Çu khoan b»ng choßng kim c¬ng cÇn ph¶i doa th©n lç khoan, lÊy hÕt c¸c m¶nh vôn ®Êt ®¸ vµ kim lo¹i lªn khái ®¸y. V× thÕ tríc khi khoan kim c¬ng trong 2 hay 3 hiÖp khoan b»ng choßng chãp xoay cuèi cïng, cÇn ph¶i th¶ èng mïn ®Ó lÊy hÕt c¸c vôn kim lo¹i vµ ®¸. èng mïn ®îc l¾p trªn choßng trong khoan Roto vµ trªn tuabin trong khoan tuabin. Trong trêng hîp cÇn doa lç khoan vµ b¬m röa thªm cÇn ph¶i khoan hiÖp khoan ®Æc biÖt cã sö dông èng mïn. 1.2.3. Choßng chãp xoay: 1.2.3.1.Ph¹m vi sö dông vµ u nhîc ®iÓm cña choßng chãp xoay: Trong c«ng t¸c khoan dÇu khÝ choßng chãp xoay ®îc sö dông réng r·i nhÊt chiÕm tû lÖ trªn 90%. Dïng ®îc trong mäi lo¹i ®Êt ®¸ cã ®é cøng vµ tÝnh chÊt kh¸c nhau. Choßng chãp xoay cã nh÷ng u ®iÓm næi bËt lµ: - DiÖn tÝch tiÕp xóc víi ®¸y nhá nhng ®é dµi cña mÐp lµm viÖc l¹i lín v× vËy hiÖu suÊt ph¸ ®¸ cao. -10-
- C¸c chãp xoay l¨n trªn ®¸y nªn Ýt bÞ mµi mßn h¬n choßng c¸nh. - M«men quay choßng nhá. Tuy nhiªn nhîc ®iÓm lµ thêi gian lµm viÖc cña æ tùa chãp xoay thêng ng¾n, c¸c r¨ng choßng kÐm cøng v÷ng, nhÊt lµ nh÷ng choßng cã ®êng kÝnh nhá. HiÖn ngêi ta chÕ t¹o c¸c lo¹i choßng 1, 2, 3, 4 chãp, riªng lo¹i 3 chãp xoay lµ phæ biÕn nhÊt. 1.2.3.2.CÊu t¹o cña choßng 3 chãp xoay: 5 3 2 4 1- Ren nèi 2- Th©n choßng 3- Ch©n choßng 4- Lç tho¸t níc 5- Chãp xoay H×nh 3 -11-
Choßng 3 chãp xoay gåm 4 phÇn chÝnh ®ã lµ th©n choßng, phÇn lµm viÖc, hÖ thèng æ tùa vµ hÖ thèng röa. - Th©n choßng: Tuú theo cÊu t¹o mµ th©n choßng ®îc chia ra 2 nhãm: Nhãm th©n liÒn vµ nhãm th©n rêi. * Nhãm th©n liÒn (Nhãm A): th©n ®îc ®óc liÒn khèi, c¸c ch©n choßng (trªn ®ã ®îc l¾p chãp xoay) ®îc hµn vµo th©n. PhÇn trªn th©n cã tiÖn ren bªn trong. * Nhãm th©n rêi (Nhãm B): th©n choßng ®îc t¹o thµnh b»ng c¸ch hµn c¸c ch©n l¹i. Trªn ch©n choßng cã l¾p c¸c chãp xoay. PhÝa trªn th©n choßng tiÖn ren ngoµi ®Ó l¾p víi cét cÇn khoan. Choßng nhãm A cã ®êng kÝnh 345490mm. Choßng nhãm B cã ®êng kÝnh 76320mm. - PhÇn lµm viÖc (bao gåm chãp xoay, c¸c r¨ng cña chãp xoay). Chãp xoay võa quay quanh trôc cña choßng ®ång thêi quay quanh trôc cña chãp xoay vµ bÞ trît khi quay nªn võa cã t¸c dông ®Ëp võa cã t¸c dông c¾t h÷u hiÖu ®èi víi ®Êt ®¸ mÒm. ChÝnh v× thÕ ®Ó t¨ng hiÖu qu¶ c¾t vµ t¨ng tèc ®é khoan trong ®¸ mÒm ngêi ta sÏ bè trÝ c¸c chãp xoay lÖch trôc so víi trôc cña choßng. C¸c r¨ng cña choßng ®îc chÕ t¹o theo nh÷ng h×nh d¹ng kh¸c nhau. Cô thÓ lo¹i r¨ng thÐp (choßng r¨ng phay) ®Ó khoan trong ®¸ mÒm cã tèc ®é quay cao. BÒ mÆt r¨ng ®Òu ®îc phñ líp Cacbuavonfram ®Ó t¨ng ®é cøng vµ chèng mßn. C¸c lo¹i choßng khoan trong ®¸ mÒm cã r¨ng dµi, n»m xa nhau ®Ó t¹o ®iÒu kiÖn t¨ng chiÒu s©u c¾m ngËp vµo ®Êt ®¸ vµ ph¸ vì c¸c m¶ng lín. C¸c choßng khoan trong ®Êt ®¸ cøng trung b×nh vµ nöa cøng th× c¸c r¨ng bè trÝ gÇn nhau h¬n. R¨ng còng cã c¸c gãc h¬i lín h¬n ®Ó cã thÓ chÞu t¶i träng lín ®ñ ®Ó th¾ng søc kh¸ng nÐn cña ®¸. §èi víi ®Êt ®¸ cøng th× choßng cÇn ph¶i cã r¨ng v÷ng ch¾c, n»m gÇn nhau, chãp xoay lín ®Ó cã thÓ chÞu t¶i träng lín. Ngµy nay nhê tiÕn bé cña ngµnh luyÖn kim vµ h×nh d¹ng c¸c r¨ng nhän ®Þnh h×nh cho phÐp ngêi -12-
ta chÕ t¹o ra ®îc c¸c lo¹i choßng phï hîp víi phÇn lín c¸c lo¹i ®Êt ®¸ khi khoan. (VÝ dô d¹ng cÇu, d¹ng qu¶ trøng, d¹ng ®Çu ®¹n, d¹ng h×nh chãp, d¹ng lìi ®ôc, d¹ng th×a móc ®Æt biÖt vv.). - HÖ thèng æ tùa chãp xoay: æ tùa chãp xoay cã 3 lo¹i ®ã lµ æ bi cÇu hoÆc bi ®òa hë, æ bi cÇu hoÆc bi ®òa kÝn vµ lo¹i æ ®ì ma s¸t (cßn gäi lµ vßng trît) Chøc n¨ng cña tõng lo¹i æ ®ì lµ: Bi cÇu cã t¸c dông chÞu t¶i trong chiÒu trôc vµ t¶i träng híng t©m (híng t¶i träng vÒ phÝa ®Ønh chãp). Song chÞu t¶i träng chiÒu trôc lµ chÝnh. Ngoµi ra cßn cã t¸c dông H×nh 4 h·m chèt trªn trôc. Bi cÇu lµ æ tùa kh«ng thÓ thiÕu trong choßng chãp xoay. Mét chãp xoay cã tõ 1 ®Õn 2 æ bi cÇu. Bi ®òa chÞu lùc híng t©m lµ chñ yÕu vµ cã t¸c dông truyÒn t¶i träng cho lìi c¾t. Vßng trît cã thÓ thay cho bi ®òa vµ lµm t¨ng thÓ tÝch c«n, t¨ng ®é v÷ng ch¾c cña ngâng trôc. - HÖ thèng c¸ch ly vµ b«i tr¬n c¸c æ tùa chãp xoay: C¸c æ bi cÇu vµ bi ®òa hë kh«ng ®îc b«i tr¬n thêng cã thêi gian lµm viÖc ng¾n, tuæi thä gi¶m, chóng ®îc lµm m¸t vµ b«i tr¬n chñ yÕu nhê níc röa (khÝ nÐn hoÆc dung dÞch). C¸c æ bi cÇu vµ bi ®òa kÝn ®îc b«i tr¬n bëi c¸c lo¹i mì nhê hÖ thèng c¸ch ly ®Æc biÖt cã tuæi thä cao Ýt nhÊt b»ng tuæi thä cña c¸c r¨ng choßng. HÖ thèng b«i tr¬n gåm cã mét hèc chøa mì, mét c¬ cÊu bï trõ b»ng mµng cao su vµ mét ®êng èng dÉn kÝn. C¬ cÊu bï trõ lµm c©n b»ng ¸p lùc trong æ l¨n gi÷a ¸p lùc cña dung dÞch khoan vµ ¸p lùc mì ®îc tra vµo tõ khi chÕ t¹o. Vßng c¸ch ly ®îc chÕ t¹o tõ lo¹i vËt liÖu ®Æc biÖt chÞu nhiÖt, chÞu mµi mßn díi ¸p suÊt cao. - HÖ thèng vßi röa thuû lùc: -13-
§îc bè trÝ trong th©n choßng víi c¸c ®êng dÉn dung dÞch tíi ®¸y nh»m ®¸p øng yªu cÇu lµm s¹ch ®¸y vµ lµm m¸t choßng khoan. Cã 2 lo¹i cÊu tróc hÖ thèng dÉn dung dÞch: Lo¹i choßng 3 chãp xoay th«ng thêng chØ cã mét lç th«ng chÊt láng vµo trôc dông cô. ChÊt láng röa bªn trong c¸c chãp xoay cã hiÖu qu¶ H×nh 5 kÐm h¬n c¸c tia. HÖ thèng röa thêng cã lç röa ®îc thiÕt kÕ ë gi÷a t©m choßng víi h×nh d¹ng vµ tiÕt diÖn kh¸c nhau: Lç trßn, tam gi¸c hoÆc kiÓu 3 lç liÒn kÒ. Dßng chÊt láng qua lç röa ®Ëp trùc tiÕp xuèng c¸c chãp xoay sau ®ã míi tíi ®¸y ®Ó cuèn theo c¸c m¶nh vôn ®Êt ®¸. VËn tèc trung b×nh khi ra khái vßi phun V j 70m/s. - HÖ thèng röa kiÓu vßi phun thuû lùc lµ hÖ thèng röa cã hiÖu qu¶ tèt nhÊt. HÖ thèng nµy gåm 3 vßi phun ®îc bè trÝ gi÷a c¸c chãp xoay (h×nh vÏ). Cã thÓ ®iÒu chØnh tia víi hiÖu qu¶ cùc ®¹i b»ng c¸ch thay ®æi ®êng kÝnh vßi phun. Dßng ch¶y rèi cã hiÖu qu¶ víi vËn tèc ®¹t kho¶ng tõ 80  150 m/s. C¸c tia kh«ng nh÷ng cã t¸c dông röa s¹ch c¸c chãp xoay mµ cßn cã t¸c dông lµm nguéi vµ tèng tho¸t mïn khoan mét c¸ch nhanh chãng ra khái kh«ng gian vµnh xuyÕn. Cã thÓ nèi dµi c¸c vßi phun lµm t¨ng hiÖu qu¶ lµm s¹ch ®¸y giÕng. C¸c vßi phun ®îc chÕ t¹o tõ hîp kim chèng mßn, cã thÓ ®îc thay míi theo c¸ch th¸o l¾p r¨ng Ren víi bÒ mÆt ®¸y cña choßng khoan. 1.2.3.3.Qui luËt ph¸ huû cña choßng chãp xoay: Choßng chãp xoay ph¸ ®¸ nhê 2 chuyÓn ®éng: - ChuyÓn ®éng tÞnh tiÕn tõ trªn xuèng do t¸c dông cña ¸p lùc chiÒu trôc. - ChuyÓn ®éng quay do t¸c dông cña Roto hoÆc tuabin. Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc c¸c chãp xoay cña choßng quay xung quanh trôc cña m×nh vµ xung quanh trôc cña choßng. Khi quay xung quanh trôc cña m×nh, c¸c chãp xoay lóc th× tú 1 r¨ng lóc th× tú 2 r¨ng lªn ®¸y lç khoan. V× -14-
vËy trong qu¸ tr×nh quay c¸c chãp xoay sÏ cã sù dÞch chuyÓn lªn xuèng vµ t¸c dông va ®Ëp tõng phÇn lªn ®¸y. Nhê thÕ mµ chãp xoay t¸c dông lªn ®¸y c¶ t¶i träng tÜnh lÉn t¶i träng ®éng. Tuú theo h×nh d¹ng cña chãp xoay vµ vÞ trÝ t¬ng ®èi gi÷a trôc cña choßng vµ trôc cña chãp xoay mµ t¸c dông cña r¨ng choßng lªn ®Êt ®¸ ë ®¸y lµ ®Ëp thuÇn tuý hoÆc ®Ëp céng víi c¾t. Trong qu¸ tr×nh quay xung quanh trôc cña m×nh vµ trôc cña choßng, c¸c chãp xoay thùc hiÖn mét chuyÓn ®éng phøc t¹p. A B OA MN O1 B M O N a b a’ OB O1 a b’ H×nh 6 : Ph©n tÝch sù chuyÓn ®éng cña chãp xoay Khi quay choßng quanh trôc OA theo chiÒu kim ®ång hå víi tèc ®é OA c¸c chãp xoay sÏ l¨n vµ quay quanh trôc OB ngîc chiÒu kim ®ång hå víi tèc ®é OB. ChuyÓn ®éng tuyÖt ®èi cña chãp xoay (tæng hîp 2 chuyÓn ®éng trªn) lµ chuyÓn ®éng quanh trôc tøc thêi MN víi tèc ®é MN. Trôc MN ®i qua giao ®iÓm O (gi÷a trôc choßng vµ trôc chãp xoay) vµ O1 (lµ tiÕp ®iÓm gi÷a r¨ng choßng víi mÆt ®¸y lç khoan). Mäi ®iÓm n»m trªn trôc quay tøc thêi ®Òu ®øng yªn. Mäi ®iÓm n»m ngoµi trôc quay tøc thêi MN ®Òu chuyÓn ®éng trªn ®êng trßn b¸n kÝnh b»ng kho¶ng c¸ch tõ ®iÓm ®ã ®Õn MN. Khi chuyÓn ®éng quay quanh trôc quay tøc thêi, c¸c chãp xoay c¾t ®Êt ®¸. Cêng ®é trît cña choßng ®îc ®¸nh gi¸ b»ng hÖ sè trît K (lµ tû sè gi÷a diÖn tÝch trît cña choßng vµ -15-
diÖn tÝch ®¸y sau 1 vßng quay). Dùa vµo vÞ trÝ t¬ng ®èi gi÷a c¸c trôc cña chãp xoay ngêi ta cã thÓ ph©n ra: * Choßng cã t¸c dông ®Ëp thuÇn tuý: Lµ choßng cã ®êng sinh cña chãp xoay trïng víi trôc tøc thêi MN hay ®Ønh cña c«n trïng víi t©m lç khoan (cã hÖ sè trît = 0). A B M N O H×nh 7 Choßng khoan ch¹y trôc: Chãp cã thÓ ®¬n c«n hoÆc ®a c«n. Trêng hîp ®¬n c«n nhng cã ®Ønh vît ra ngoµi hay hôt vµo trong t©m lç khoan ®Òu ®îc gäi lµ choßng ch¹y trôc. Lo¹i choßng nµy ngoµi t¸c dông ®Ëp cßn cã hiÖn tîng trît vu«ng gãc víi ®êng sinh. Kho¶ng ch¹y trôc f cµng lín th× trît cµng nhiÒu. NÕu chãp ®a c«n, hiÖn tîng trît ®îc xem xÐt cho tõng c«n riªng rÏ. C«n nµo cã ®Ønh n»m ë t©m sÏ kh«ng cã hiÖn tîng trît vµ ngîc l¹i. O O a,Choßng hôt trôc b,Choßng vît trôc H×nh 8 * Choßng lÖch trôc: Choßng lÖch trôc lµ choßng mµ trôc cña chãp xoay vµ trôc cña choßng kh«ng giao nhau, nh»m t¨ng cêng hÖ sè trît K (däc + ngang) -16-
O O b, lÖch trôc ©m a, lÖch trôc d¬ng HiÖn tîng lÖch trôc ®îc xem lµ lÖch d¬ng (a) nÕu lÖch vÒ phÝa chiÒu quay cña choßng. Trêng hîp ngîc l¹i (b) lµ lÖch ©m. Nh vËy nÕu choßng lÖch trôc l¹i thªm hiÖn tîng trît däc híng vµo trong (lÖch d¬ng) vµ trît däc híng ra ngoµi (lÖch ©m). Tãm l¹i: Dùa vµo ®Æc tÝnh ph¸ huû cña choßng ta cã thÓ ph©n ra 3 nhãm: Choßng cã t¸c dông ®Ëp thuÇn tuý, choßng ®Ëp + c¾t vµ choßng cã t¸c dông ®Ëp + c¾t + däc. Khi nghiªn cøu sù lµm viÖc cña choßng ta cÇn quan t©m tíi c¸c kh¶ n¨ng trît ngÉu nhiªn vµ trît cìng bøc.  Choßng tù lµm s¹ch: Sù cÇn thiÕt t¨ng hÖ sè trît vµ thÓ tÝch c«n sÏ dÉn ®Õn sù x©m nhËp lÉn nhau gi÷a c¸c chãp. NghÜa lµ hµng r¨ng cña chãp nµy ®i vµo r·nh gi÷a 2 hµng r¨ng cña chãp kia ng¨n ngõa sù lÊp nhÐt mïn khoan ë c¸c choßng nµy. HiÖn tîng ®ã ®îc gäi lµ tù lµm s¹ch.  HÖ sè phñ (): Lµ tû sè gi÷a tæng chiÒu dµi cña c¸c r¨ng cña 1 chãp tiÕp xóc víi ®¸y lç khoan ë mét thêi ®iÓm nµo ®ã vµ b¸n kÝnh cña choßng khoan. Víi choßng thêng dïng cã  = 1,2  1,5 §Êt ®¸ cµng mÒm, dÎo th× dïng choßng cã hÖ sè phñ cµng lín vµ ngîc l¹i. + Ph¬ng ph¸p ph©n lo¹i choßng chãp xoay: §Ó ®¸p øng víi sù ®a d¹ng cña ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt ë c¸c níc ngêi ta chÕ t¹o ra rÊt nhiÒu nh÷ng lo¹i choßng cã ®Æc tÝnh lµm viÖc phï hîp. Theo OCT ngêi ta ph©n ra 4 lo¹i chÝnh lµ: mÒm, trung b×nh, cøng vµ r¾n t¬ng øng víi c¸c ký hiÖu ch÷ c¸i lµ: M, C, T vµ K. Bªn c¹nh ®ã cßn chÕ -17-
t¹o ra c¸c lo¹i choßng liÒn kÒ ®Ó phï hîp víi ®iÒu kiÖn ®Êt ®¸ cøng mÒm vµ mµi mßn xen kÑp. Cô thÓ theo GOST - 20692-75 ®îc thÓ hiÖn ë b¶ng díi ®©y (b¶ng 1). Ngoµi c¸c ký hiÖu ®îc nªu trong b¶ng cßn c¸c ký hiÖu kh¸c nh: B: C¸c æ ®ì r·nh l¨n, H: Mét æ ®ì trît, c¸c æ ®ì cßn l¹i lµ æ ®ì cã r·nh l¨n, A: æ ®ì trît, U: Choßng cã níc röa thêng, : Choßng cã vßi phun thuû lùc, : Choßng khoan thæi khÝ, v.V.... -18-
B¶ng ph©n lo¹i choßng 3 chãp xoay theo GOST. 20692-75 b¶ng 1 Lo¹i choßng Ph¹m vi sö dông D¹ng r¨ng M §Êt ®¸ mÒm R¨ng phay MZ §Êt ®¸ mÒm, mµi mßn R¨ng chèt MC §Êt ®¸ mÒm cã c¸c líp kÑp cøng võa R¨ng phay MCZ §Êt ®¸ mÒm mµi mßn cã c¸c líp kÑp R¨ng phay vµ r¨ng cøng võa chèt C §¸ cøng trung b×nh R¨ng phay CZ §¸ cøng trung b×nh cã mµi mßn R¨ng chèt CT §¸ cøng trung b×nh cã c¸c líp kÑp R¨ng phay cøng T §¸ cøng R¨ng phay TZ §¸ cøng mµi mßn R¨ng phay TK §¸ cøng cã xen kÑp r¾n R¨ng phay vµ r¨ng chèt TKZ §¸ cøng xen kÑp r¾n mµi mßn, liÒn R¨ng chèt khèi K §¸ r¾n mµi mßn R¨ng chèt OK §¸ rÊt r¾n mµi mßn R¨ng chèt C1 §¸ cøng trung b×nh vµ gißn R¨ng phay (1 chãp ®êng kÝnh) Ngoµi ra theo tiªu chuÈn ph¬ng T©y, cô thÓ lµ theo hiÖp héi c¸c nhµ thÇu khoan (IADC) ph©n lo¹i choßng 3 Chãp xoay b»ng 4 ký hiÖu gåm 3 ch÷ sè vµ 1 ch÷ c¸i. Qua ®ã ta cã thÓ ph©n biÖt ®îc lo¹i choßng phï hîp víi tõng lo¹i ®Êt ®¸ khi khoan. VÝ dô cã lo¹i choßng ATJ 22 cña h·ng Hughes cã m· hiÖu 5 - 1 - 7 (G) ®îc hiÓu lµ: 5: Choßng r¨ng nhän ®Ó khoan trong ®¸ mÒm vµ h¬i mÒm 1: Lo¹i cã ®é cøng thÊp -19-
7: M¶nh b¶o vÖ trªn ®êng kÝnh vµ c¸c æ l¨n tr¬n (nh½n), G: Cã b¶o vÖ t¨ng cêng (chèng mßn ®êng kÝnh ngoµi) Ph©n lo¹i choßng chãp xoay theo m· hiÖu IADC B¶ng 2 æ l¨n M¶nh M¶nh M¶nh æ l¨n tiªu b¶o vÖ æ l¨n b¶o vÖ æ l¨n b¶o vÖ tiªu chuÈn chãp kÝn æ l¨n tr¬n æ l¨n Lo¹i Lo¹i ®Êt ®¸ H¹ng chuÈn thæi khÝ xoay kÝn tr¬n 1 2 3 4 5 6 7 1 2 §Êt ®¸ mÒm cã ®é 1 khoan thÊp 3 4 1 Dông §Êt ®¸ mÒm trung b×nh 2 cô 2 ®Õn cøng trung b×nh r¨ng 3 søc kh¸ng nÐn cao phay 4 1 2 §Êt ®¸ nöa mµi mßn 3 hoÆc mµi mßn 3 4 1 §Êt ®¸ mÒm cã søc 2 4 kh¸ng nÐn thÊp vµ ®é 3 khan cao 4 1 §Êt ®¸ mÒm ®Õn cøng 2 5 trung b×nh søc kh¸ng 3 nÐn thÊp 4 1 Dông cô §Êt ®¸ cøng trung b×nh 2 6 r¨ng cã søc kh¸ng nÐn cao 3 chèt 4 1 2 §Êt ®¸ cøng nöa mµi 7 mßn ®Õn mµi mßn 3 4 1 2 §Êt ®¸ rÊt r¾n vµ mµi 8 mßn lín 3 4 -20-