Giáo trình Hệ thống chống ống và trám xi măng (Nghề: Khoan khai thác dầu khí - Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí (năm 2020)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:90

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Hệ thống chống ống và trám xi măng được biên soạn với mục tiêu giúp các bạn có thể trình bày được các phương pháp bơm trám xi măng; Mô tả được các sự cố xảy ra trong quá trình chống ống và trám xi măng, và trình bày các biện pháp khắc phục sự cố đó. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Hệ thống chống ống và trám xi măng (Nghề: Khoan khai thác dầu khí - Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí (năm 2020)

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: HỆ THỐNG CHỐNG ỐNG VÀ TRÁM XI MĂNG NGHỀ: KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: 193/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020 của Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2020 (Lưu hành nội bộ)
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. Trang 1
LỜI GIỚI THIỆU Được sự phân công của Nhà Trường và ban lãnh đạo Khoa Dầu khí. Tôi đã bắt tay vào biện soạn cuốn giáo trình Hệ thống chống ống và Trám xi măng cho hệ trung cấp nghề Khoan khai thác Dầu khí. Nhằm phục vụ tốt cho công tác giảng dạy của giáo viên cũng như học tập của học sinh trong Trường, tôi đã tham khảo nhiều giáo trình của các tác giả trong và ngoài nước và đặc biệt là các tài liệu kỹ thuật về quá trình chống ống và trám xi măng tại các đơn vị sản xuất như Vietsovpetro, PVD offshore,… Toàn bộ quyển Hệ thống ống chống và trám xi măng gồm có 4 bài đề cập đến tất cả các vấn đề liên quan đến ống chống, xi măng trám và trám xi măng giếng khoan từ cấu tạo ống chống, hình dạng kích thước đến việc lựa chọn ống chống, các sự cố trong quá trình chống ống,…các phương pháp chống ống và trám xi măng được áp dụng tại Việt Nam. Với sự đầu tư đáng kể về trí lực của tác giả hy vọng đây là cuốn sách đầy đủ hệ thống rất thuận lợi cho việc học tập và tra cứu. Mặc dù tôi đã rất cố gắng song trong quá trình biên soạn giáo trình này không thể tránh khỏi các sai sót về nội dung, hình thức, cũng như là những sai sót trong quá trình in ấn, trình bày, mong người đọc, các bạn đồng nghiệp chân thành góp ý để chúng tôi hoàn thiện hơn giáo trình hơn nữa. Trân trọng cảm ơn./. Bà rịa - Vũng Tàu, tháng 3 năm 2020 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: Ks. Phạm Thế Anh 2. Ks. Vũ Xuân Thạch 3. ThS. Phạm Hữu Tài Trang 2
MỤC LỤC TRANG GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN ...............................................................................................7 Bài 1: ỐNG CHỐNG ................................................................................................12 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG .................................................................................................. 13 1.1.1. Chuẩn bị giếng khoan ................................................................................................... 15 1.1.2. Thao tác chống ống......................................................................................................... 18 1.2. CÁC LOẠI ỐNG CHỐNG VÀ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT........................................... 20 1.2.1. Chức năng của ống chống ............................................................................................. 21 1.2.2. Các loại ống chống ....................................................................................................... 21 1.2.3. Các bộ phận của cột ống chống .................................................................................... 24 1.2.4. Cấu trúc phần dưới của cột ống chống ......................................................................... 26 1.3. CÁC DẠNG HƯ HỎNG CỦA ỐNG CHỐNG VÀ CÁCH KHẮC PHỤC ................. 32 1.3.1. Các dạng hư hỏng của ống chống ................................................................................... 32 1.3.2. Cách khắc phục các sự cố về hỏng hóc ống chống ........................................................ 35 1.4. CHỐNG ỐNG .............................................................................................................. 35 Bài 2: TRÁM XI MĂNG ..........................................................................................37 2.1. XI MĂNG VÀ CÁC CHẤT PHỤ GIA ............................................................................. 38 2.1.1. Xi măng .......................................................................................................................... 38 2.1.2. Nguyên liệu để sản xuất xi măng.................................................................................... 40 2.1.3. Các phương pháp sản xuất xi măng ................................................................................ 41 2.1.4. Phân loại xi măng: .......................................................................................................... 42 2.1.5. Vữa xi măng ................................................................................................................... 43 2.1.6. Tính chất của đá xi măng ................................................................................................ 48 2.1.7. Các chất phụ gia của xi măng ......................................................................................... 50 2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XI MĂNG ............................................................. 53 2.2.1. Giới thiệu chung về việc bơm trám xi măng .................................................................. 53 2.2.2. Các nguyên tắc của phương pháp trám xi măng............................................................. 56 2.2.3. Các phương pháp bơm trám xi măng ............................................................................. 57 2.2.4. Trám xi măng đặc biệt .................................................................................................... 72 2.2.5. Trám xi măng ống chống có đường kính lớn ................................................................. 74 2.2.6. Chọn vữa xi măng........................................................................................................... 75 2.2.7. Tính toán trám xi măng .................................................................................................. 76 2.3. CÁC YÊU CẦU TRONG QUÁ TRÌNH BƠM TRÁM .................................................... 76 2.3.1. Yêu cầu về xi măng trám ................................................................................................ 76 2.3.2. Yêu cầu của chất phụ gia trong quá trình bơm trám ..................................................... 78 2.3.3. Thực hiện ........................................................................................................................ 80 Trang 3
2.3.4. Kiểm tra chất lượng trám xi măng .................................................................................. 82 2.4. CÁC SỰ CỐ THƯỜNG XẢY RA VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC TRONG QUÁ TRÌNH BƠM TRÁM XI MĂNG ................................................................................. 83 2.4.1. Các sự cố về phần động cơ diezen.................................................................................. 83 2.4.2. Các sự cố về phần ly hợp ................................................................................................ 85 2.4.3. Các sự cố về phần máy bơm ........................................................................................... 86 2.5. TRÁM XI MĂNG ............................................................................................................. 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................89 Trang 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ ống chống giếng khoan Trang 14 Hình 1.2 Ống chống bằng thép Trang 15 Hình 1.3 Tạo xung điện bằng thiết bị địa vật lý Trang 16 Hình 1.4 Chuẩn bị chống ống Trang 17 Hình 1.5 Thả cột ống chống Trang 20 Hình 1.6 Sơ đồ ống chống giếng khoan Trang 21 Hình 1.7 Ống chống lửng Trang 24 Hình 1.8 Chống ống Trang 25 Hình 1.9 Đầu ống chống Trang 25 Hình 1.10 Các loại chân đế ống chống Trang 27 Hình 1.11 Van ngược (Float collar) Trang 27 Hình 1.12 Định tâm ống chống Trang 28 Hình 1.13 Vòng định tâm ống chống Trang 29 Hình 1.14 Chổi quét màng vỏ sét Trang 30 Hình 1.15 Giỏ trám xi măng Trang 31 Hình 1.16 Các nút trám xi măng Trang 31 Hình 1.17 Nút trám xi măng Trang 32 Hình 1.18 Ống chống (steel Casing) Trang 32 Hình 1.19. Phân bố ứng suất kéo trên cột ống chống Trang 33 Hình 1.20 Sự tác động của ứng suất bóp méo ống chống Trang 33 Hình 1.21 Phân bố ứng suất gây nổ ống chống Trang 34 Hình 2.1 Xi măng bột Trang 39 Hình 2.2 Lược đồ sản xuất xi măng Trang 41 Hình 2.3 Sơ đồ quá trình nung tạo clinke Trang 42 Hình 2.4 Sơ đồ nghiền clinke và thành phẩm xi măng Trang 42 Hình 2.5 Vữa xi măng Trang 44 Hình 2.6 Qui trình hình thành vữa xi măng Trang 44 Hình 2.7 Xe trám xi măng Trang 54 Hình 2.8 Xe trộn xi măng Trang 55 Hình 2.9 Sơ đồ đường nối trám xi măng trên giàn khoan Trang 55 Hình 2.10 Hệ thống trám xi măng Trang 56 Hình 2.11 Thực hiện trám xi măng Trang 57 Hình 2.12 Sơ đồ trám xi măng một tầng 2 nút Trang 58 Hình 2.13 Trám xi măng hai giai đoạn thông thường Trang 60 Hình 2.14 Sơ đồ trám xi măng hai giai đoạn liên tục Trang 62 Hình 2.15 Trám xi măng ba giai đoạn Trang 63 Hình 2.16 Cột ống chống lửng Trang 64 Hình 2.17 Trám xi măng ống chống lửng Trang 65 Hình 2.18 Qui trình trám xi măng cột ống chống lửng Trang 66 Hình 2.19 Đầu bơm trám xi măng ống chống lửng Trang 67 Hình 2.20. Đầu treo ống chống lửng Trang 67 Hình 2.21 Trám và bơm ép vữa xi măng ống chống lửng Trang 70 Hình 2.22 Măng séc Trang 72 Hình 2.23 Trám xi măng bằng cần khoan Trang 74 Hình 2.24 Qui trình trám xi măng qua vành xuyến Trang 75 Hình 2.25 Sơ đồ pha trộn, bơm xi măng trên giàn khoan Trang 81 Hình 2.26 Sơ đồ thực hiện trám xi măng Trang 82 Hình 2.27 Biểu đồ nhiệt kiểm tra chất lượng trám xi măng Trang 82 Trang 5
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2. 1. Thành phần khoáng vật của xi măng....................................................................... 40 Bảng 2.2. Các tính chất đặc biệt của xi măng .......................................................................... 40 Bảng 2. 3. Thành phần độ hạt của xi măng .............................................................................. 40 Bảng 2. 4. Phân loại sử dụng xi măng theo tiêu chuẩn API ..................................................... 43 Bảng 2. 5. Các tính chất của vữa xi măng và điều kiện sử dụng .............................................. 44 Bảng 2. 6. Tỷ trọng của vữa xi măng theo tiêu chuẩn API ...................................................... 46 Bảng 2. 9. Phân loại xi măng theo tỉ trọng ............................................................................... 51 Bảng 2. 11. Các thông số của xi măng “G” và Xi măng G trộn cát ......................................... 77 Bảng 2. 12. Bảng yêu cầu của Silica flour (S8) ........................................................................ 78 Bảng 2. 13. Yêu cầu của chất phụ gia ...................................................................................... 78 Trang 6
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN 1. Tên mô đun: Hệ thống chống ống và trám xi măng 2. Mã mô đun: KKT19MĐ43 3. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: 3.1. Vị trí: Là mô đun chuyên môn nghề của chương trình đào tạo nghề khoan khai thác dầu khí hệ trung cấp và cao đẳng. Mô đun này được bố trí học sau mô đun Thí nghiệm dung dịch khoan. 3.2. Tính chất: Mô đun này trang bị những kiến thức chuyên môn chuyên sâu nghề về chống ống và trám xi măng giếng khoan. 3.3. Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Mô đun hệ thống chống ống và trám xi măng đóng vai trò rất quan trọng trong việc hoàn thiện kỹ năng nghề khoan khai thác dầu khí. 4. Mục tiêu của mô đun: 4.1. Về kiến thức: A1. Liệt kê được các loại ống chống, công dụng và đặc tính kỹ thuật. A2. Trình bày được các phương pháp bơm trám xi măng, A3. Mô tả được các sự cố xảy ra trong quá trình chống ống và trám xi măng, và trình bày các biện pháp khắc phục sự cố đó. A4. Trình bày được qui trình chống ống A5. Trình bày được quy trình trám xi măng 4.2. Về kỹ năng: B1. Chống được ống chống cho giếng khoan. B2. Trám được xi măng cho giếng khoan. 4.3.Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: C1. Tuân thủ tuyệt đối các qui định về an toàn, PCCC, nội quy phòng mô hình khoan và quy chế của nhà trường. C2. Tuân thủ các qui trình vận hành các thiết bị điện có liên quan. C3. Xác định được công việc phải thực hiện, hoàn thành các công việc theo yêu cầu, không để xảy ra sự cố, hư hỏng đối với hệ thống thiết bị. 5. Nội dung của mô đun: 5.1. Chương trình khung Tên môn học, Số Thời gian đào tạo (giờ) Mã MH/MĐ/HP tín mô đun Tổng Trong đó chỉ Trang 7
số Thi/ Kiểm Thực hành/ tra Lý thí nghiệm/ thuyết bài tập/ thảo luận LT TH Các môn học chung/ I 21 435 157 255 15 8 đại cương MHCB19MH02 Giáo dục chính trị 4 75 41 29 5 0 MHCB19MH03 Pháp luật 2 30 18 10 2 0 MHCB19MH05 Giáo dục thể chất 2 60 5 51 0 4 Giáo dục quốc phòng và MHCB19MH08 4 75 36 35 2 2 An ninh MHCB19MH09 Tin học 3 75 15 58 0 2 TA19MH02 Tiếng Anh 6 120 42 72 6 0 Các môn học, mô đun II. chuyên môn ngành, 66 1605 437 1073 32 33 nghề Môn học, mô đun kỹ II.1. 15 285 143 127 11 4 thuật cơ sở ATMT19MH 01 An toàn vệ sinh lao động 2 30 23 5 2 0 CK19MH01 Vẽ kỹ thuật - 1 2 45 14 29 1 1 KTĐ19MĐ06 Điện kỹ thuật cơ bản 3 45 36 6 3 0 Cơ sở điều khiển quá TĐH19MĐ12 2 45 14 29 1 1 trình CNH19MH09 Hóa Đại cương 3 45 42 0 3 0 KKT19MH31 Địa chất cơ sở 3 75 14 58 1 2 Môn học, mô đun II.2. chuyên môn ngành, 51 1320 294 946 21 29 nghề KKT19MH32 Địa chất dầu khí 2 30 28 0 2 0 KKT19MH33 Cơ sở khoan 3 45 42 0 3 0 KKT19MH34 Cơ sở khai thác 3 45 42 0 3 0 KKT19MH35 Địa chất môi trường 2 30 28 0 2 0 Nguyên lý phá hủy đất KKT19MH36 2 30 28 0 2 0 đá Thí nghiệm dung dịch KKT19MĐ37 3 75 14 58 1 2 khoan KKT19MĐ38 Hệ thống phát lực 2 45 14 29 1 1 KKT19MĐ39 Hệ thống khí nén 2 45 14 29 1 1 KKT19MĐ40 Hệ thống nâng hạ 4 105 14 87 1 3 Hệ thống tuần hoàn KKT19MĐ41 4 105 14 87 1 3 dung dịch Trang 8
Vận hành hệ thống KKT19MĐ42 chuỗi cần khoan và dụng 5 135 14 87 1 3 cụ phá hủy đất đá Hệ thống chống ống và KKT19MĐ43 4 105 14 87 1 3 trám xi măng Hệ thống kiểm soát KKT19MĐ44 5 135 14 116 1 4 giếng khoan 1 Hệ thống kiểm soát KKT19MĐ45 3 75 14 58 1 2 giếng khoan 2 KKT19MĐ46 Thực tập sản xuất 4 180 0 176 0 4 KKT19MĐ47 Khóa luận tốt nghiệp 3 135 0 132 0 3 Tổng cộng 87 2040 594 1328 47 41 5.2. Chương trình chi tiết mô đun Thời gian (giờ) Số Tên chương, mục Tổng Lý Thực Kiểm TT số thuyết hành tra 1 Chương 1. Chống ống 35 6 28 1 2 Chương 2. Trám xi măng 70 8 59 3 Cộng 105 14 87 4 6. Điều kiện thực hiện môn học: 6.1. Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn 6.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn 6.3. Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, mô hình học tập,… 6.4. Các điều kiện khác: Phòng mô hình khoan động. 7. Nội dung và phương pháp đánh giá: 7.1. Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. 7.2. Phương pháp: Trang 9
Người học được đánh giá tích lũy môn học như sau: 7.2.1. Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. - Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Dầu khí như sau: Điểm đánh giá Trọng số + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc mô đun 60% 7.2.2. Phương pháp đánh giá Phương pháp Phương pháp Hình thức Chuẩn đầu ra Số Thời điểm đánh giá tổ chức kiểm tra đánh giá cột kiểm tra Thường xuyên Viết/ Tự luận/ A1 1 Sau 7 giờ. Thuyết trình Trắc nghiệm/ C1, C2 Báo cáo Định kỳ Viết/ Tự luận/ A2, A3, C1, C2,C3 1 Sau 43 giờ Thuyết trình Trắc nghiệm/ B1, C1, C2, C3 1 Sau 35 giờ Báo cáo B2, C1, C2, C3 1 Sau 105 giờ Kết thúc môn Viết Tự luận và A1, A2, A3, A4, A5, 1 Sau 105 học trắc nghiệm giờ B1, B2 C1, C2, C3, 7.2.3. Cách tính điểm - Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân. - Điểm môn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của môn học nhân với trọng số tương ứng. Điểm môn học theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân, sau đó được quy đổi sang điểm chữ và điểm số theo thang điểm 4 theo quy định của Bộ Lao động Thương binh và Xã hội về đào tạo theo tín chỉ. 8. Hướng dẫn thực hiện môn học Trang 10
8.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng HSSV Trường Cao đẳng Dầu khí 8.2. Phương pháp giảng dạy, học tập môn học 8.2.1. Đối với người dạy * Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập tình huống, câu hỏi thảo luận…. * Bài tập: Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập theo nội dung đề ra. * Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra. * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên trong nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm. 8.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau: - Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu...) - Tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết. Nếu người học vắng >30% số tiết lý thuyết phải học lại môn học mới được tham dự kì thi lần sau. - Tự học và thảo luận nhóm: là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 8-10 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm. - Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ. - Tham dự thi kết thúc môn học. - Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học. 9. Tài liệu tham khảo: - Tài liệu tiếng Việt: [1] Nguyen, J.P; Lê Phước Hảo dịch, Kỹ thuật khoan dầu khí, 1994. [2] Nguyễn Văn Giáp, Bài giảng thiết bị khoan thăm dò, Đại học Mỏ - Địa chất, 2002. [3] Lê Phước Hảo, Cơ sở khoan và khai thác dầu khí, Nhà xuất bản giáo dục, 2006. - Tài liệu tiếng Anh: [1] Smith, Dwight K, Cementing: SPE Monograph Series, Vol.4, Society of Petroleum Engineers, 1990. [2] Nelson, Well cementing:Developments in Petroleum Science, 1990 Trang 11
Bài 1: ỐNG CHỐNG ❖ GIỚI THIỆU BÀI 1 Bài 1 là bài giới thiệu quá trình chống các ống chống cho giếng khoan dầu khí để người học có được kiến thức và kỹ năng thực hành chống ống. ❖ MỤC TIÊU BÀI 1 Sau khi học xong bài này, người học có khả năng: ➢ Về kiến thức: - Nhận biết và phân loại được các loại ống chống, công dụng và thông số kỹ thuật của ống chống. - Trình bày được các dạng hư hỏng của ống chống và các giải pháp khắc phục đối với mỗi dạng hư hỏng. ➢ Về kỹ năng: - Chống được ống chống cho giếng khoan ➢ Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: - Tuân thủ tuyệt đối các qui định về an toàn, PCCC, nội quy phòng mô hình khoan và quy chế của nhà trường. - Tuân thủ các qui trình vận hành các thiết bị điện có liên quan. - Xác định được công việc phải thực hiện, hoàn thành các công việc theo yêu cầu, không để xảy ra sự cố, hư hỏng đối với hệ thống thiết bị. ❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 1 - Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập bài 1 (cá nhân hoặc nhóm). - Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (bài 1) trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống bài 1 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định. - ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI GIẢNG BÀI 1 - Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập bài 1 (cá nhân hoặc nhóm). Bài 1: Chống ống Trang 12
- Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (bài 1) trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống bài 1 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định. ❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 1 - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng mô hình khoan dầu khí - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có ❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 1 - Nội dung: ✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức ✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng. ✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp: ✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng/ thuyết trình) ✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có ✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: 1 điểm kiểm tra. ❖ NỘI DUNG BÀI 1 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG Chống ống là công tác gia cố thành giếng khoan, làm cho thành giếng khoan trở nên vững chắc bằng cách đưa vào trong giếng khoan những cột ống chống (là những cột ống trụ tròn) được tạo thành từ những ống kim loại. Những ống chống kim loại này Bài 1: Chống ống Trang 13
có các cỡ đường kính và bề dày khác nhau (được tiêu chuẩn hóa) và được nối với nhau bằng ren nối hoặc sử dụng phương pháp hàn để nối trực tiếp chúng lại với nhau. Hình 1.1 Sơ đồ ống chống giếng khoan Chống ống thực chất đó là việc thả cột ống riêng phù hợp với đường kính giếng, được thể hiện bởi: - Đường kính của ống (rất lớn chỉ chừa một khe hở tương đối nhỏ), - Độ dòn cơ học khi bị kéo và xoắn, - Các thiết bị nạo, thiết bị định tâm làm tăng độ ma sát. Do đó, việc thả cột ống chống trong nhiều trường hợp là rất phức tạp, đặc biệt trong những giếng khoan xiên. Nếu cột ống chống bị kẹt và không phủ hết tầng khoan qua thì chính cấu trúc giếng khoan trong tổng thể của nó phải được xem xét lại và dẫn đến quy trình thăm dò và khai thác cũng bị thay đổi. Ống chống được làm bằng thép, có giới hạn bền kéo = 650 MPa và giới hạn chảy = 380 MPa. Với các lỗ khoan nông có thể dùng ống chống bằng chất dẻo, xi măng asbet. Trong các giếng khoan dầu khí, tùy theo vị trí, chiều dài và công dụng của các cột ống chống mà có các tên gọi khác nhau như: ống định hướng, ống dẫn hướng, ống chống trung gian, ống chống khai thác, ống chống lửng. Cột ống chống dùng để nối kết các thiết bị chống phun trào. Hiện nay đã có cột ống chống đạt đến độ sâu 12.261m, đường kính 215mm tại lỗ khoan CG - 3 trên bán đảo Kola. Ở mỗi một giếng khoan người ta có thể chống từ 1 đến 2 cột ống chống, nhưng cũng có thể phải chống nhiều cột ống chống hơn, lên đến 4 hoặc 5 cột ống. Việc cần chống bao nhiêu cột ống còn tuỳ thuộc vào mục đích, chiều sâu và điều kiện địa tầng của mỗi giếng khoan. Cấu trúc giếng khoan được tạo thành bởi một số cột ống chống có đường kính và chiều dài khác nhau thả lồng vào nhau trong lỗ khoan, kết hợp với những cỡ chòong khoan tương ứng dùng để khoan. Vậy cấu trúc của một giếng khoan thường bao gồm các yếu tố sau: - Cấu trúc của các cột ống chống (số lượng ống chống, chủng loại ống chống, chiều sâu thả của từng loại ống chống, đường kính) - Choòng khoan sử dụng (loại choòng, đường kính) Bài 1: Chống ống Trang 14
- Khoảng trám xi măng (chiều cao trám kể từ chân đế ống chống Hc). Trong quá trình khoan các giếng khoan dầu khí bằng công nghệ khoan hiện đại, chống ống cho giếng khoan mang một đặc tính không liên tục. Khi khoan đến hết chiều sâu nào đó thì sẽ phải ngừng khoan, tiến hành thả ống chống và trám xi măng. Sau đó tiếp tục khoan với choòng có đường kính bé hơn đường kính trong của ống chống thả trước đó và quá trình tiếp theo lại được lặp lại tương tự như trước. Hình 1.2 Ống chống bằng thép 1.1.1. Chuẩn bị giếng khoan Khi choòng khoan đạt đến độ sâu thiết kế quy định cho chân đế cột ống chống thì nói chung giếng khoan vẫn chưa sẵn sàng để hạ ngay cột ống chống. Đầu tiên cần tiến hành đo địa vật lý giếng khoan (còn gọi là đo carota giếng khoan). Phần lớn các trường hợp tiến hành đo các thông số là do nhà địa chất chỉ định, nhưng trong một số điều kiện, hoàn cảnh nhất định kỹ sư khoan cũng có thể đề xuất các số liệu cần đo để xúc tiến các công việc tiếp theo được dễ dàng hơn. Thiết bị đo địa vật lý được thả xuống giếng khoan (logging tool). Thiết bị này được nối lên trên mặt đất bằng một dây cáp chuyên dụng. Khi thiết bị được thả đến độ sâu cần đo nó sẽ tạo ra xung điện từ. Xung điện từ này đi vào vỉa và cho ta xung phản hồi được thu lại bởi thiết bị địa vật lý trên bề mặt. Bài 1: Chống ống Trang 15
Hình 1.3 Tạo xung điện bằng thiết bị địa vật lý Sau khi tiến hành đo địa vật lý giếng khoan ta phải thực hiện các thao tác tiếp theo là xác định đường kính giếng khoan, độ lệch của giếng khoan, góc phương vị và đo nhiệt độ tối đa. - Dụng cụ dùng để đo đường kính: dụng cụ này được sử dụng nhằm biết càng chính xác càng tốt thể tích khoảng không vành xuyến giữa cột ống chống và giếng khoan để tính toán lượng xi măng cần thiết sử dụng. Ngoài ra, kết quả đo còn giúp xác định vị trí đặt dụng cụ định tâm (đặt tại các vùng có đường kính phù hợp với đường kính choòng khoan). - Độ lệch giếng khoan và góc phương vị của giếng khoan: là các thông số để cho ta biết độ cong giếng khoan và xác định các vị trí tại đó, sự thay đổi đột ngột về độ nghiêng hoặc góc phương vị có thể gây trở ngại cho việc thả tự do cột ống chống. - Đo nhiệt độ tối đa: để xác định được thời gian cần thiết để hoàn tất việc bơm trám xi măng cho giếng khoan sâu. Đo nhiệt độ tối đa được thực hiện nhờ ghi điện trở suất PS. Sau khi đo carota điện, thường thả lại bộ khoan cụ để doa thông giếng trước khi bắt đầu chống ống. Thao tác khoan doa này nhằm hai mục đích: - Kiểm tra độ ổn định thành giếng khoan, - Cho tuần hoàn thông giếng và nếu cần thì xử lý điều chỉnh dung dịch. Việc chuẩn bị cột ống chống được thực hiện trong thời gian khoan và phải chuẩn bị trước khi tiến hành chống ống (khi khoan xong thì ống chống đã được chuẩn bị sẵn sàng). Các ống chống được bảo quản thành từng lớp liên tiếp trong kho bãi (không nhiều hơn 3 lớp) sao cho thứ tự vận chuyển tương ứng với cấu trúc dự kiến của cột ống chống. Bài 1: Chống ống Trang 16
Khi ống chống được vận chuyển dần dần đến công trường, chúng được phân loại (mác thép, chiều dày, loại ren), được đo chiều dài và được đánh số riêng biệt để tránh nhầm lẫn.. Sau đó các ống chống được chọn và sắp xếp trên bãi theo thứ tự khi hạ. Các đầu bảo vệ ren ở hai đầu được bỏ ra các ren được lau sạch và bôi mỡ. Chỉ có đầu bảo vệ ren được lắp lại để bảo vệ ren khi di chuyển ống Hình 1.4 Chuẩn bị chống ống Ngoài ra, việc chuẩn bị cột ống chống còn phải tiến hành lắp đặt các phụ tùng cho ống chống cụ thể như sau: - Chân đế và vòng dừng được vặn vào ống bằng lớp keo dán chịu nhiệt để tránh tự tháo khi khoan lại về sau, - Các dụng cụ định tâm (lồng định tâm) được đặt tại các vị trí tính toán trước như ở phần cuối của cột ống, ở vị trí chân đế của cột ống trước đó và gần các thiết bị trám xi măng phân tầng, - Các dụng cụ nạo thành giếng khoan được đặt ở đoạn dưới cột ống và có khi cao hơn một chút để phá vỡ lớp vỏ sét các tầng thấm lọc. a. Đầu ống chống Đầu ống chống là thiết bị bề mặt được lắp ở phần trên cùng của cột ống chống nhằm treo các cột ống và làm kín các khoảng không vành xuyến giữa chúng và kiểm tra áp suất tại các khoảng vành xuyến tương ứng b. Cấu tạo và lắp ráp Việc lắp ráp đầu ống chống được tiến hành theo từng bước. Sau khi khoan và chống ống, trám xi măng xong ống dẫn hướng (2), chúng được treo lên mặt bích đơn (1) bằng ren hoặc bằng hàn. Trên mặt bích đơn (1) sẽ làm bệ để lắp đối áp để khoan tiếp khoảng sau đó. Sau khi đã khoan xong cột ống trung gian tiến hành theo thiết bị đối áp. Bài 1: Chống ống Trang 17
Tiến hành chống ống và trám xi măng cột ống trung gian (6). Sau khi trám xi măng cột ống trung gian (6) thì trên mặt bích đơn (1) ta lắp mặt bích kép (3) để treo cột ống trung gian (6). Bên trong của mặt bích kép có dạng êm để lắp chấu chèn (4) xiết chặt và giữ ống trung gian và bịt kín nhờ vòng đệm cao su (5). Lỗ thoát (7) thông ra áp kế cho phép kiểm tra áp suất giữa 2 cột ống (2) và (6). Cứ như vậy cho đến cột ống cuối cùng. Người ta đã chế tạo ra những đầu ống chống chịu được những áp suất tương ứng. 1.1.2. Thao tác chống ống Đây là thao tác đưa cột ống chống vào lỗ khoan vừa khoan xong a. Xác định chiều sâu đặt chân đế cột ống chống Khi bắt buộc phải chống ống, nghĩa là phải tăng giá thành giếng khoan lên nhiều, đây là chi phí cần thiết phải bỏ ra để đạt được mục tiêu. Một kỹ sư khoan giỏi là người lập chương trình khoan cho phép đạt mục tiêu mà giảm được tối đa số lượng ống chống và cố đặt chân đế ống chống ở độ sâu phù hợp. Vì vậy, việc xác định độ sâu đặt chân đế ống chống cho từng cấp ống chống hoặc chiều sâu của từng công đoạn khoan là những thông số quan trọng của cấu trúc giếng khoan. Việc xác định này căn cứ vào các tài liệu địa chất và cơ học. Việc đảm bảo tiến độ công việc thường xuyên là yếu tố quyết định. Vì vậy, đó là sự lựa chọn có tính toán đến cả mức độ rủi ro, một sự lựa chọn dựa trên việc nghiên cứu và hiểu biết sâu sắc trên các dữ liệu địa chất, cơ học đá và độ bền cơ học của ống được sử dụng. ❖ Các tiêu chuẩn địa chất Ở đây đề cập chủ yếu đến các tiêu chuẩn về thạch học - Chức năng làm kín chân đế ống chống Như đã thấy ở trên, mục đích của việc ống chống ống là bảo vệ các thành hệ đất đá khoan qua, tránh sụt lở thành giếng khoan và ngăn cản sự thông nhau giữa các tầng đã khoan và các tầng sẽ khoan. Để đạt được mục đích đó, cần đặt các chân đế cột ống chống nên nền của đất đá hầu như không thấm, thường là sét hay đá vôi hoặc thạch cao khan (anhydrite). - Sự thay đổi cột địa tầng Việc chống ống cũng có thể được tiến hành do sự thay đổi địa tầng, do những nguyên nhân kỹ thuật không khả thi hay do sự dàng buộc về kinh tế bắt buộc phải thay đổi dung dịch khoan thích hợp hơn. Ví dụ trường hợp phải khoan tầng muối (chỉ vài mét), dung dịch được sử dụng hợp lý nhất là dung dịch khoan bão hòa muối. Do đó cột ống chống thường được hạ xuống nóc tầng chứa muối nhằm thay đổi dung dịch để khoan qua tầng muối này. ❖ Những tiêu chuẩn liên quan đến độ bền cơ học đá hoặc cột ống chống Để xây dựng một chương trình chống ống, người ta cũng cần tính đến: - Áp lực chất lỏng chứa trong đất đá khoan qua (áp suất lỗ hổng), - Độ ổn định của đất đá ứng với các áp suất của tầng đó, - Độ bền cơ học của ống chống được sử dụng. * Áp suất Người ta phân biệt: Bài 1: Chống ống Trang 18
+ Áp suất bình thường: Khi gradien áp suất là thủy tĩnh, nghĩa là áp suất gặp phải tương ứng với trọng lượng của một cột nước từ bề mặt đến độ sâu được xem xét, gradien áp suất vào khoảng 1bar/10m. + Áp suất dị thường: Ở đây, gradien áp suất nói chung là lớn hơn do sự xuất hiện bất thường của các chất lỏng nhẹ hơn nước như dầu hay sự kém chặt sít của các trầm tích. Khi đó gradien này có thể đạt đến giá trị tương ứng với trọng lượng đất đá gặp phải (khoảng 2,3 bar/10m), đó là gradien địa tĩnh. Trong chuyên môn, để dễ so sánh, người ta thường dùng sơ đồ áp suất – chiều sâu, là một hình ảnh rõ ràng về chế độ áp suất khi khoan. * Độ ổn định của đất đá Việc đánh giá độ bền của đất đá với dung dịch khoan và độ thấm lọc của nó được thực hiện nhờ các thí nghiệm áp suất, gọi là sự thử độ tiếp nhận của vỉa (leak off test). Vấn đề là xác định áp suất mà bắt đầu từ đó thành hệ thu nhận dung dịch khoan hoặc thành hệ bị nứt nẻ và dung dịch khoan đi vào vỉa liên tục và không quay trở lại, gây nên hiện tượng mất dung dịch. Có thể phải tiến hành một thử nghiệm áp suất nữa, gọi là thử nghiệm áp suất trong giếng khoan trần, nhất là khi gặp phải một tầng đặc biệt xốp và thấm, dễ bị xâm thực, giòn hóa bởi chất thấm lọc, thậm chí bị đứt gãy. * Qui trình thử độ tiếp nhận của vỉa (leak off test) tại chân đế ống chống - Tạo ra áp suất nhờ cụm bơm cao áp, lưu lượng nhỏ và không đổi bằng cách đo thể tích và đánh dấu các áp suất tương ứng trên đồ thị. - Trong quá trình tăng áp suất, cần quan sát khoảng không vành xuyến giữa các cột ống chống và xả van khi áp suất tăng. So sánh các thể tích bơm được với thể tích lý thuyết. - Cần dừng bơm khi gặp một trong các trường hợp sau: + Áp lực dự kiến đã đạt (Pt), + 3 hay 4 điểm liên tục lệch khỏi đường thẳng tăng áp suất trên đồ thị. (Như vậy điểm bắt đầu lệch là Pi) + Do vô ý mà áp suất đã tạo ra đứt gãy (Pf). - Sau khi dừng bơm, quan sát áp suất trong vòng 3 đến 5 phút đối với các lần thử đất đá hay xi măng ở chân đế ống chống. Đánh dấu trên đồ thị sự sụt áp theo thời gian, - Sau khi quan sát áp suất, tiến hành xả từ từ và đo thể tích chảy về, - Kết quả thử áp suất, thử khả năng bơm ép dung dịch hoặc thử tạo ra sớm khe nứt của đất đá trong giếng khoan trần hoặc xi măng được gọi là mật độ tương đương của các thí nghiệm đó ở chân đế ống chống hoặc ở điểm yếu nhất của thành hệ. Các gradien thử độ tiếp nhận của vỉa “leak off test” cũng được vẽ lên trên cùng biểu đồ áp suất – độ sâu nói trên. Một quy tắc luôn luôn phải tuân thủ là: Áp suất tầng chứa < Áp suất của thí nghiệm thử độ tiếp nhận của vỉa (PLOT). Bất đẳng thức này là tiêu chuẩn quan trọng nhất để xác định độ sâu đặt chân đế cột ống chống vì sự mất dung dịch trong quá trình khoan có thể dẫn đến hiện tượng phun không kiểm soát được. b. Thả cột ống Sau khi các thao tác chuẩn bị và kiểm tra đã hoàn tất sẽ bắt đầu thao tác thả cột ống chống. Cần thả cột ống với vận tốc thả tối đa mà vẫn đạt được độ ổn định của Bài 1: Chống ống Trang 19