- 85 - búa máy để đóng hoặc có thể khoan rồi thả xuống. Chiều sâu phụ thuộc vào chiều dày tầng phủ. Nếu khoan ngoài biển thì ống bảo vệ cũng chính là ống chống đầu tiên đóng vai trò là ống chống cách nớc. 2. ống dẫn hớng. Có tác dụng ngăn cho thành lỗ khoan ở phần trên không bị sập lở, bảo vệ các tầng nớc trên mặt khỏi bị ô nhiễm bởi dung dịch khoan. Đóng vai trò 1 trụ rỗng trên đó có lắp các thiết bị miệng giếng nh: Đầu ống chống, thiết bị chống phun, treo toàn bộ các cốt ống chống tiếp theo và một phần thiết bị khai thác. Cột ống dẫn hớng chịu toàn bộ trong lợng nén của các cột ống chống tiếp theo do vậy nó phải đợc trám xi măng toàn bộ chiều dài và phần nhô lên mặt phải đủ bền. Đây là cột ống đầu tiên nhất thiết phải có. Chiều sâu thả thông thờng từ 70400m. Cũng có thể tới 8001000m tuỳ theo điều kiện địa chất và chiều sâu giếng khoan. 3. Cột ống khai thác: Cột ống khai thác là cột ống chống cuối cùng đợc thả xuống lỗ khoan. Cột ống chống này tạo thành kênh dẫn để lấy dầu và khí lên và để bảo vệ các thiết bị khai thác nh bơm sâu, ống ép khí Ngoài ra ống chống này còn cho phép kiểm tra áp suất, thực hiện công tác tăng cờng dòng sản phẩm nh nổ thuỷ lực, xử lý vỉa bằng axit, bơm ép vỉa Chỉ không đợc thả khi biết chắc là giếng không có sản phẩm. 4. Cột ống chống trung gian: Cột ống chống này còn đợc gọi là ống chống kỹ thuật và đợc thả do yêu cầu của điều kiện địa chất. Công tác khoan không thể tếp tục tiến hành nếu không có nó. Cột ống chống này đợc thả xuống để đóng các tầng nham thạch có thể gây ra những khó khăn phức tạp trong quá trình khoan (Sập lở thành, bó hẹp thành lỗ khoan, mất dung dịch ) và cho phép khoan đến tầng sản phẩm thiết kế. Do đó cột ống chống này có thể không cần hoặc cần với số lợng 1 - 2 ống cũng có khi nhiều hơn. - 86 - 5. ống chống lửng (ngầm). Đặc điểm cột ống chống lửng có độ dài tơng đối ngắn, chúng đợc thả với chiều dài từ đáy lỗ khoan cho đến độ cao từ 50100m ở bên trong cột ống chống trớc đó. Chúng đảm nhiệm chức năng của cột ống chống trung gian hoặc ống chống khai thác. Cột ống chống lửng đợc đa vào giếng khoan nhờ cột cần khoan và đợc treo vào cột ống chống trớc đó nhờ một đầu nối đặc biệt hay dựa vào nó tuỳ theo chiều dài của cột ống chống lửng. Trong trờng hợp cột ống chống lửng đảm nhiệm chức năng của cột ống chống khai thác, cột ống này cũng có thể đợc khoan lỗ từ trên mặt đất rồi mới thả xuống. Trong trờng hợp cột ống chống phía trên đó không chịu đợc áp suất bên trong thì cột ống chống lửng sau khi trám xi măng đợc kéo dài lên trên mặt đất. Ưu điểm của cột ống chống lửng là tiết kiệm đợc ống, công tác thả ống nhanh hơn (Do chiều dài ngắn hơn) Nếu giếng khoan: ngoài ống định hớng và dẫn hớng chỉ còn lại ống chống khai thác thì gọi là giếng khoan có cấu trúc 1 cột ống. Nếu thêm cột ống trung gian thì gọi là cấu trúc 2 cột ống. Nếu nhiều ống trung gian thì gọi là cấu trúc nhiều cột ống. Cấu trúc một cột ống có lợi cả về kinh tế và kỹ thuật. Tuy nhiên cấu trúc của giếng lại phụ thuộc vào nhiều điều kiện khác nhau: Mục đích yêu cầu của giếng khoan, chiều sâu, đờng kính ống khai thác, địa chất v.v 4.1.1.2. Các yếu tố xác định cấu trúc giếng khoan Các yếu tố xác định cấu trúc giếng khoan gồm có: địa chất, kỹ thuật, công nghệ và kinh tế. 1. Yếu tố địa chất Tài liệu chính phải dựa vào đó để chọn cấu trúc giếng khoan là mặt cắt địa chất, cột địa tầng dự kiến và các đặc điểm khoan trong vùng đó. Ngoài ra cần phải biết vị trí các tầng nham thạch sẽ khoan qua, áp suất và các chất lu chứa trong đó, những tầng có thể gây khó khăn phức tạp trong thi công. Điều kiện địa chất đợc xem là yếu tố cơ bản nhất để xác định cấu trúc các cột ống chống (số lợng cột ống chống, chiều sâu thả, chiều cao trám xi măng ). Cột ống chống có nhiệm vụ đóng các tầng nham thạch có thể gây ra những khó khăn phức tạp trong quá tình khoan. - 87 - Trớc khi quyết định thả một cột ống chống cần phải phân tích tất cả các khả năng kỹ thuật, qui trình công nghệ, nhất là biện pháp xử lý bằng dung dịch khoan để thực hiện khoan không có cột ống đó. Nếu không giải quyết đợc mới thả ống chống. Bên cạnh việc phân tích tính chất cơ lý, độ ổn định của đất đá thành lỗ khoan ngời ta còn phải quan tâm tới áp lực của vỉa (P V ) và áp suất rạn nứt vỉa (P n ) để chọn dung dịch khoan phù hợp không gây ra hiện tợng sập lở thành, gây phun hoặc mất nớc rửa. Có nghĩa là đảm bảo bất đẳng thức sau: P V P th < P n (1) Suy ra: d = 10Pv H (2) Trong đó: H - Chiều sâu giếng ; d Trọng lợng riêng dung dịch P V ,P th , P n - áp suất vỉa, áp suất thuỷ tinh, áp suất gây nứt rạn vỉa. Khi chọn cấu trúc chúng ta cũng phải dựa vào biểu đồ V , d và n Từ biểu thức trên ta có thể lựa chọn: V d < n Xây dựng biểu đồ V , d , và n theo chiều sâu lỗ khoan (hình vẽ 2) Đờng (a) biểu thị : V ; Đờng (b) biểu thị : n ; Đờng (c) biểu thị : d = Quan hệ giữa cấu trúc và áp suất vỉa, áp suất nứt vỉa = 0 2000 4000 1 2 n H đ H d H t H kt a c b - 88 - Nh vậy 1 chỉ khoan đến chiều sâu 2000m phải dừng để chống cột ống trung gian, trám xi măng rồi khoan tiếp từ 2000m đến 4000m với dung dịch có 2 2. Yếu tố kỹ thuật Yếu tố này đề cập tới khả năng cung cấp vật liệu ống chống, các thiết bị bề mặt đảm bảo cho quá trình thả ống và trám xi măng. 3. Yếu tố công nghệ Yếu tố này đảm bảo cho việc thi công trong thời gian ngắn nhất có thể. 4. Yếu tố kinh tế. Xuất phát từ mục đích của giếng khoan đợc đặt ra, vừa đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật cho phép, giếng khoan càng đơn giản về mặt cấu trúc càng có lợi về mặt kinh tế. Thông thờng giá thành của ống chống chiếm tỷ lệ 1520% giá thành công trình, cá biệt có trờng hợp lên tới 4050%. Nh vậy đờng kính của ống chống, số lợng của các cột ống không những ảnh hởng đến giá thành mà còn kéo theo một loạt sự phụ thuộc khác nữa nh: thời gian thi công, giá thành của choòng, dung dịch, xi măng trám v.v tăng lên. Tuy nhiên ngợc lại các giếng khoan thăm dò đợc tiến hành trên các vùng cha đợc nghiên cứu kỹ thì vấn đề quan trọng nhất là cấu trúc phải bảo đảm thực hiện thành công giếng khoan đó. Vì thế nói chung phải chấp nhận một cấu trúc rộng. Tức là cấu trúc mà cho phép chúng ta thêm vào một cột ống chống trong trờng hợp cần thiết vẫn không thay đổi đờng kính cột ống chống khai thác. 4.1.2. Tính toán cấu trúc giếng khoan. 4.1.2.1 Tính đờng kính các cột ống và đờng kính choòng khoan Sau khi đã chọn đợc cấu trúc giếng khoan một cách hợp lý chúng ta tiến tới tính toán cụ thể cấu trúc của giếng. Nguyên tắc tính toán cấu trúc của giếng là bắt đầu từ đờng kính của ống chống khai thác cho đến cột ống chống trên cùng theo thứ tự từ dới lến. Cấu trúc đợc tính toán sao cho đảm bảo quá trình khoan cũng nh thả ống chống đợc thông suốt đến chiều sâu dự kiến. + Việc chọn đờng kính của ống chống khai thác phải căn cứ vào: - 89 - Thiết bị khai thác ( hoàn thiện giếng) nào sẽ đợc sử dụng? Lu lợng khai thác có thể đạt bao nhiêu? (tuỳ theo lu lợng mà thay đổi đờng kính ống chống khai thác). Có tính tới khả năng khoan sâu thêm không? Mức độ tin cậy của việc đánh giá mỏ. + Chọn đờng kính choòng khoan phải chủ yếu dựa vào các yếu tố sau: Khe hở giữa múp ta ống với thành lỗ khoan, khe hở giữa thân ống với thành lỗ khoan. Khoảng hở giữa múp ta, thân ống với thành lỗ khoan để trám xi măng đảm bảo chất lợng cách lý vỉa. Sự cân nhắc lựa chọn khe hở này rất quan trọng vì chúng ảnh hởng đến mức độ thuận lợi khi thả ống, chiều dày tối thiểu của vành đá xi măng đảm bảo độ kín và độ bền cơ học đủ lớn ngoài không gian vành xuyên giữa lỗ khoan và thành ống chống (xem hình 3) Đờng kính choòng đợc tính theo công thức sau: (3) D C = D m + 2 (3) Trong đó: D C Đờng kính choòng D m Đờng kính múp ta ống chống Khe hở giữa múp ta và thành lỗ khoan Trên cơ sở tổng kết thực tế các giếng khoan ở Nga, ngời ta đã chọn đợc khe hở ( = 2) giữa múp ta với thành lỗ khoan ở bảng dới đây: (theo GOCT) (bảng 1) Khe hở giữa múp ta ống và thành lỗ khoan (GOCT) D - 90 - Bảng 1 Đờng kính ngoài của ống chống,mm Khoảng hở giữa múp và thành lỗ khoan (không lớn hơn), mm 114;127 140;146 168;178;194 219;245 273;299 324;340;351 377;407;426 1015 1520 2025 2530 3035 3545 4550 Theo APi thì khe hở ( = 2) thờng đợc chọn theo bảng dới đây (bảng 2). Khe hở giữa múp ta ống và thành lỗ khoan (API) Bảng 2 Đờng kính ngoài ống chống (in) Khe hở với thành lỗ khoan (in) (không lớn hơn) 4 1 2 5 5 1 2 7 9 5 8 10 3 4 11 3 4 13 3 8 16 18 5 8 5 8 0,634 0,700 13 32 1 1 1,134 1,650 1 1 2 2 1 4 - 91 - + Khe hở giữa choòng khoan và đờng kính trong của cột ống chống: Đó là hiệu giã đờng kính trong bé nhất của cột ống chống và đờng kính choòng khoan đợc sử dụng trong đó (kéo thả qua). Đờng kính trong bé nhất chính là ống có thành dày lớn nhất . Theo GOCT khe hở này đợc lấy từ 68 mm Theo API khe hở này đợc lấy > 3 32 (2,38mm). Do có dung sai trong quá trình chế tạo nên trong thực tế đờng kính trong của ống có kích thớc hơi bé hơn kích thớc đợc nêu ra trong qui phạm GOCT hoặc API. Vì vậy trớc khí sử dụng phải kiểm tra bằng calíp thử. Vậy là đờng kính trong của ống chống trớc đó đợc tính theo công thức sau (4) và (5) D t = D C + (68) mm (4) theo GOCT Hay D t = D C + 2,38 mm (tính đều ở các phía) (5) theo API Dựa vào các số liệu đã tính toán để chọn đờng kính Choòng và đờng kính ống chống theo kích thớc gần nhất (đợc sản xuất theo qui chuẩn quốc tế) 4.1.2.2. Chọn đờng kính của cột cần khoan và động cơ đáy 1. Cần năng: Việc chọn đờng kính cần năng phải làm thế nào giảm bớt đợc độ cong của giếng khoan. Muốn vậy phải chọn khe hở giữa thành giếng khoan và phía ngoài cần năng nhỏ nhất cho phép. Đối với D C <295,3 mm nên chọn D Cn = 0,85 D C (bình thờng); D Cn = 0,75 D C ( phức tạp): Đối với D C >295 , 3 mm thì nên chọn D Cn = 0,75 D C ( bình thờng) : D Cn = 0,65 D C (phức tạp). 2. Cần khoan : Chọn đờng kính cần khoan theo hai tiêu chuẩn chủ yếu sau đây: - Tổn hao áp suất tuần hoàn nhỏ nhất - Giá thành hạ. Trong thực tế ngời ta chọn đờng kính cần khoan và đờng kính choòng theo một tỷ lệ nhất định - 92 - D D C = 0,55 0,6 (Theo GOCT). Trong đó D, D C - Là đờng kính cần khoan và đờng kính choòng Xem bảng dới đây : (bảng 3) và (bảng 4) Mối liên hệ giữa C , t bim , en và CK (Theo GOCT) Bảng 3 N 0 D C(mm) tua bin mm C nặng mm Ckhoan mm 1 118;135 100(4) 95 60,73 2 135161 127(5) 108 89,102 3 190214 170(6 8 5 ) 146159 114127 4 214243 190(7 2 1 ) 159178 127146 215(8) 5 243 235(9) 197 203 140 168 Quan hệ giã C và Cn theo API Bảng 4 N 1 choong(mm) Cn (mm) Ghi chú 1 139,7;145 120,6;140,8 2 151 127,0;120,6;104,8 3 165,1 127;120,6 4 190,5 158,8;152,4 5 215,9 177,8;171,5;158,8;165,1 6 244,5 196,8;203,2l;184,2;186,2 7 269,9 228,6;209,6;203,2 8 295,3;302 228,6;203,2;165,1 9 349,2 247,6;254,0;228,6;241,3 10 393,7 279,4;254,0 - 93 - 4.1.2.3. Xác định chiều cao trám xi măng (H C ) 1. Đối tợng các giếng khai thác khí: Công tác trám xi măng đợc thực hiện trên toàn bộ chiều dài đối với tất cả các cột ống chống đợc thả với mục đính đảm bảo an toàn cho quá trình khai thác. 2. Đối với các giếng khai thác dầu: - Cột ống dẫn hớng bắt buộc phải trám xi măng toàn bộ chiều dài cột ống. - Các cột ống còn lại, chiều cao trám xi măng tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất và kỹ thuật. a/ Xét theo điều kiện địa chất: - Cột ống trung gian đợc trám từ đáy cho đến hết chiều cao của vùng có thể gây ra những phức tạp trong khi thi công khoan. - Cột ống khai thác sẽ đợc trám từ dới tới trên đáy của cột ống chống trung gian trớc đó một khoảng ít nhất 5060m. b/ Xét theo điều kiện kỹ thuật. Nếu chúng ta xem cột ống chống có chiều dài là H và chiều cao trám xi măng là H C (từ đáy lên) thì chiều dài của đoạn ống chống không đợc trám là H - H C . Ta coi đoạn (H - H C ). Không đợc trám xi măng là một thanh dầm chịu lực có ngàm ở hai đầu. Đầu trên đợc cố định bởi đầu ống chống, đầu dới cố định vào vành đá xi măng. Nó sẽ bị các lực sau đây tác dụng ( Hình vẽ 4) - Trọng lợng chính bản thân chúng - Lực do thay đổi áp suất bên trong F at - Lực do thay đổi nhiệt độ bên trong ống F n Vậy chiều cao trám xi măng đợc xác định với điều kiện cột ống chống đợc giữ ở trạng thái kéo ở vùng không trám xi măng và phải luôn luôn ở dới tải trọng cho phép ở mối nối ren. F Cf (H - H C ) q tb + F at + F n H C H.q tb + F at + F n - F cf q tb - 94 - Trong đó: q tb - Trọng lợng trung bình của 1 m ống chống F n = 32,1 .q tb .t (KG) t = 25 30 0 C (Công thức thực nghiệm) F at = 0,191 P t . q tb D tb (KG) P t = 150200 KG/cm 2 (thay đổi áp suất trong ống) tb - Bề dày trung bình của cột ống ( tb = li.qi L ) D - Đờng kính ống chống F Cf - ứng lực cho phép làm tuột hoặc đứt mối nối của đoạn ống thứ hai từ trên xuống. Q tb - Trọng lợng trung bình 1m ống 4.1.2.4. Xác định tải trọng treo cột ống chống ở dầu ống chống (Đầu bít) Đối với cột ống chống chỉ trám xi măng ở một đoạn còn phần không trám xi măng phải đợc giữa ở trạng thái treo (kéo căng). Bởi vì nếu cột ống đợc giữa ở trạng thái nén sẽ gây ra 2 tác hại sau đây: - Giảm độ kín ở mối nối ren - Cột ống sẽ bị uốn và sẽ bị cà mòn do quá trình kéo thả lặp đi lặp lại của cột cần và ống ép khi bên trong nó. (H - H c ) q tb + H H c (H- H c )q tb T n ( - ) + Tn(+) (H - H c )q tb - [...]... giữa chúng 4 .1. 3 .1 ống trống ống chống được phân biệt giữa chúng qua đường kính định mức, bề dày thành ống, kiểu đầu nối và mác thép 1 Kích thước: Đường kính định mức ống chống chính là đường kính ngoài Kích thước được chế tạo theo qui chuẩn quốc tế (tính bằng mm hoặc in) Chúng có các đường kính sau: (mm) -95- 11 4; 12 7; 14 0; 14 6; 15 4; 16 8; 17 8; 19 4; 219 ; 245; 273 ; 299; 324; 340; 3 51; 377 ; 4 07; 426; 508... Bảng 5 Chất lượng thép ống theo GOCT 632-64 Loại thép C D K E L M P C KG/mm2 32 38 50 55 65 75 95 BKG/mm2 55 65 70 75 80 90 11 0 Bảng 6 Chất lượng thép ống theo APi Loại thép H-40 J-55 K-55 C -75 CKG/mm2 35 46 46 BKG/mm2 42 52 67 L-80 N-80 C-95 P -10 5 P -11 0 S -12 5 S- 15 0 52 63 76 84 88 98 10 5 67 70 99 77 84 88 11 2 3 Các phương pháp nối ống: Các ống được nối với nhau bằng: Ren hoặc hàn Mỗi loại lại được... vẽ 6) - 97- 1 Dt Dm 1- ống chống ; 2- mupfta; 3- ren Đặc điểm ren: Là loại ren tròn, trắc diện hình tam giác, góc đỉnh bằng 60o và đường phân giác chia đôi góc đỉnh và vuông góc với trục ống Bước ren 1 P =3 , 17 5 mm (8vòng ren/in); độ côn 16 + Ưu điểm: Dễ cắt ren, giá thành hạ, sửa chữa lại ren dễ dàng + Nhược điểm: Hiệu quả mối nối thấp, không đảm bảo mối nối kín tuyệt đối nhất là với giếng khí Để tăng... phương pháp nối này thì khi ống được thả vào lỗ khoan được hàn ống với ống theo kiểu đối tiếp Nó có ưu và nhược điểm riêng của nó -96- * Ưu điểm: - Hiệu quả của mối nối gần bằng 1: - Đường kính trong và ngoài mối nối gần bằng thân ống - Đảm bảo độ kín tuyệt đối - Giá thành chế tạo ống chống rẻ (vì không phải cắt ren) * Nhược điểm: - Thi công hàn tại khoan trường khó khăn, mất nhiều thời gian - Nếu... ta tăng chiều dài mối nối khoảng từ 2040% thì độ bền mối nối tăng được từ 10 20% nhất là với những ống 1 5 chống có đường kính từ 42 in đến 98 in Qua đó độ kín của mối nối cũng được tăng lên Để tăng thêm độ kín của mối nối người ta còn có thể bôi mỡ đặc biệt vào ren của mối nối trước khi vặn * ống Extreme line : (xem hình vẽ 7) B Đặc điểm: Hai đầu ống được chồn dày cả 2 phía trong và ngoài (ngoài dày... đó: Fn - Tải trọng phụ xuất hiện do sự thay đổi nhiệt độ ở bên trong ống chống 4 .1. 3 Các bộ phận của cột ống chống Cột ống chống được tạo nên bởi các đoạn ống chống và các phụ tùng của nó Chúng ta có thể phân biệt thành 3 nhóm chính + ống chống: Được chế tạo bằng các ống thép chuyên dùng cho công tác gia cố thành giếng khoan + Các phụ tùng của cột ống chống: - Để ống chống - Van ngược - Vòng dừng -... line : (xem hình vẽ 7) B Đặc điểm: Hai đầu ống được chồn dày cả 2 phía trong và ngoài (ngoài dày hơn), một đầu đực và một đầu cái nối trực tiếp Ren: có tiết diện hình thang, 2 mặt ren nghiêng 1 góc 60, bước ren lớn: 1 6 vòng ren/in, độ côn 8 ; -98- ... nối ren Nối bằng ren cũng có rất nhiều phương pháp Với mục đích đạt được độ kín và hiệu quả mối nối cao, giá thành hạ Hiện tại người ta sử dụng ống có đầu nối mupfta riêng và loại ren tròn Đối với giếng khoan có chiều sâu lớn yêu cầu mối nối phải có độ bền và độ kín cao người ta sử dụng các ống có mối nối ren đặc biệt như các loại: Extremline, Buttress, hay Hydril * ống có đầu nối mupfta riêng biệt và . Ckhoan mm 1 118 ;13 5 10 0(4) 95 60 ,73 2 13 516 1 12 7( 5) 10 8 89 ,10 2 3 19 0 214 17 0(6 8 5 ) 14 615 9 11 412 7 4 214 243 19 0 (7 2 1 ) 15 9 17 8 12 71 4 6 215 (8) 5 243 235(9) 19 7 203 14 0 16 8. N 1 choong(mm) Cn (mm) Ghi chú 1 139 ,7 ;14 5 12 0,6 ;14 0,8 2 15 1 12 7, 0 ;12 0,6 ;10 4,8 3 16 5 ,1 1 27 ;12 0,6 4 19 0,5 15 8,8 ;15 2,4 5 215 ,9 17 7,8 ; 17 1,5 ;15 8,8 ;16 5 ,1 6 244,5 19 6,8;203,2l ;18 4,2 ;18 6,2. thành lỗ khoan (in) (không lớn hơn) 4 1 2 5 5 1 2 7 9 5 8 10 3 4 11 3 4 13 3 8 16 18 5 8 5 8 0,634 0 ,70 0 13 32 1 1 1, 134 1, 650 1 1 2 2 1 4 - 91 - + Khe