intTypePromotion=1
ADSENSE

Bài giảng Khoan dầu khí

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

372
lượt xem
164
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:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Khoan dầu khí

  1. 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-
  2. 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-
  3. + 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-
  4. 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-
  5. S¬ ®å 1 lo¹i thiÕt bÞ khoan dÇu khÝ (thiÕt bÞ khoan xoay). -5-
  6. 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-
  7. - 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-
  8. 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-
  9. + 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-
  10. 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-
  11. - 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-
  12. 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-
  13. 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-
  14. §­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-
  15. 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-
  16. 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-
  17. 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-
  18. 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-
  19. 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-
  20. 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-
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2