Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, nhu cầu năng lượng trên toàn thế giới tăng lên rất nhiều. Dầu khí là một nguồn năng lượng hết sức quan trọng vì thế nó đã gây nên những biến động mạnh mẽ về giá cả, thậm chí còn gây nên những bất ổn chính trị. Ở Việt Nam, với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, đặc biệt là từ khi Việt Nam ra nhập WTO thì nhu cầu năng lượng là rất cần thiết. Vì vậy một trong những giải pháp quan trọng là đẩy mạnh công tác thăm dò và khai thác dầu khí đáp ứng nhu cầu năng lượng cho đất nước và xuất khẩu. Trong các biện pháp nâng cao hiệu quả thực hiện công tác khoan dầu khí thì việc hoàn thiện cơ sở khoa học thiết kế và dự toán xây dựng giếng có vai trò quan trọng nhất. Thiết kế giếng khoan là một mắt xích quan trọng trong dây chuyền khoa học sản xuất. Các giếng khoan dầu và khí là những công trình mang tính đặc thù. Các công trình này thường thi công trong điều kiện địa lí-kỹ thuật và môi trường làm việc hết sức phức tạp, giá thành công trình dao động từ vài triệu đô đến hàng chục triệu đô la Mỹ. Chính vì vậy, quá trình thi công xây dựng giếng không thể không thực hiện một cách cụ thể, chi tiết và chuyên môn hóa cao các công việc của từng giai đoạn. Một phần quan trọng trong quá trình hoàn thiện giếng là tính toán, lựa chọn ống chống. Qua quá trình học tập, nghiên cứu, thực tập tại công ty PVEP Sông Hồng và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Ths. Lê Đức Vinh, em đã lựa chọn đề tài: Tính chọn ống và kiểm tra bền cho ống chống ở giếng khoan No 505 dàn MSP5 Mỏ Bạch Hổ làm đồ án tốt nghiệp. Đồ án gồm có 4 phần: 1.Tổng quan về ống chống , 2.Tính toán ống chống, 3.Tính chọn và tính kiểm tra bền cho ống chống ở giếng khoan No 505, 4.Công tác thả và thử độ bền của ống chống. Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 1 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất Đồ án tốt nghiệp là công trình nghiên cứu khoa học được xây dựng dựa trên quá trình học tập, nghiên cứu tại trường kết hợp với thực tế sản xuất nhằm giúp cho sinh viên nắm vững kiến thức đã học. Với mức độ tài liệu và thời gian nghiên cứu hoàn thành đồ án có hạn,cũng như kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, nên sẽ không tránh khỏi có những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý, bổ sung của các thầy cô, các nhà chuyên môn và các bạn cùng đọc. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Thiết bị dầu khí, các bạn cùng lớp và đặc biệt là thầy Lê Đức Vinh đã giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện cho em hoàn thành bản đồ án này. Nhân đây em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các cán bộ, công nhân viên trong công ty PVEP Sông Hồng đã giúp đỡ thu thập tài liệu để em hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này. Hà Nội, ngày 5 tháng 5 năm 2011. Sinh viên Nguyễn Anh Dũng Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 2 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ỐNG CHỐNG Khi khoan các giếng dầu khí cần thiết phải tiên hành công tác chống ống và trám xi măng. Với mục đích: - Giữ cho thành lỗ khoan không bị sụt lở, Cách ly các vỉa dầu và khí với nhau cũng như cách ly các tầng chứa nước v.v…. Điều đó đảm bảo cho dầu khí chảy từ vỉa vào giếng nâng lên miệng giếng không bị hao hụt. Người ta cách ly các vả sản phẩm bằng một loại ống đặc biệt gọi là ống chống. Đây là loại ống được chế tạo từ thép hợp kim có chất lượng cao. Cùng với quá trình bơm trám xi măng chống ống là quá trình không thể thiếu trong khoan và khai thác dầu khí. 1.1.Cột ống chống . Cột ống chống được tạo nên bởi các đoạn ống chống và các thiết bị phụ trợ của nó. Chức năng của cột ống chống: Gia cố thành giếng khoan khi giếng khoan thi công trên vùng địa chất yếu, thành giếng khoan dễ bị sụt lở. Chống sự xâm nhập của dung dịch khoan vào trong lòng đất thông qua thành giếng khoan cũng như sự xâm nhập của nước và giếng khoan. Hầu hết các thiết bị khai thác được đặt trong ống chống và là đường dẫn của dòng dung dịch tuần hoàn trong công tác khoan. Bảo vệ ống khai thác trong suốt quá trình hoạt động của giếng. Là nơi lắp đặt các thiết bị miệng giếng BOP, cây thông khai thác và các thiết bị điều khiển hoạt động của giếng. Là đường dẫn của các thiết bị kiểm tra và hoàn thiện giếng trong công tác kiểm tra hoàn thiện giếng. Chúng ta có thể chia thành ba nhóm chính. 1.Ống chống: Được chế tạo bằng các loại ống thép chuyên dùng được thả vào trong giếng khoan phục vụ cho công tác gia cố thành giếng trong quá trình khai thác cũng như trong quá trình khoan. Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 3 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất 2.Các thiết bị trên cột ống chống: Đế ống chống, Van ngược, Vòng dừng, Vòng định tâm, Chổi quét màng vỏ sét. Trong trường hợp trám phân tầng người ta lắp thêm mupta chuyên dụng trám phân tầng. Trong trường hợp trám cột ống chống lửng lắp thêm đầu nối chuyển tiếp đặc biệt để trám và treo chúng vào cột ống trước đó. 3.Đầu ống chống: Lắp trên cùng, để treo và làm kín khoảng không vành xuyến giữa chúng. 1.1.1.Ống chống . Ống chống được phân biệt giữa chúng qua đường kính định mức, bề dày thành ống, kiểu đầu nối và mác thép. 1.1.1.1.Kích thước: Đường kính định mức ống chống chính là đường kính ngoài. Kích thước được chế tạo theo quy chuẩn quốc tế (tính bằng mm hoặc in). Chúng có các đường kính sau: (mm). 114; 127; 140; 146; 154; 168; 178; 194; 219; 245; 273; 299; 324; 340; 351; 377; 407; 426; 508.: Với một đường kính định mức, thường có từ 2-8% bề dày thành ống. Với mỗi bề dày thành ống tương ứng có một đường kính trong của ống. 1.1.1.2.Chất lượng của vật liệu chế tạo ống: Thông thường, các loại ống được chế tạo từ thép cacbon và thép hợp kim đặc biệt. Đặc tính cơ lý của ống thép theo GOCT và API cho trong các bảng sau: Bảng 1.1. (Đặc tính ống theo GOCT). Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 4 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất Bảng 1.2. (Đặc tính ống theo API) 1.1.2.Các phương pháp nối ống: Các ống được nối với nhau bằng ren hoặc hàn. Mỗi loại lại được thực hiện theo nhiều phương án riêng.Chất lượng của mối nối được thể hiện qua: - Hiệu quả mối nối, - Độ kín mối nối, - Không làm giảm đường kính trong và ngoài ống chống, - Giá thành không quá tăng. Trong hai phương pháp nối ống bằng ren và hàn thì phương pháp nối bằng ren được sử dụng rộng rãi hơn cả. a.Nối ống bằng mối hàn: Trong phương pháp nối này thì khi ống được thả vào lỗ khoan được hàn ống với ống theo kiểu dồi tiếp. Nó có ưu điểm và nhược điểm riêng của nó. *Ưu điểm: - Hiệu quả của mối hàn gần bằng 1, - Đường kính trong và ngoài mối nối gần bằng thân ống, - Đảm bảo kín tuyệt đối, - Giá thành chế tạo ống rẻ ( vì không phải cắt ren). *Nhược điểm: - Thi công hàn tại khoang rất khó khăn, mất hiều thời gian, - Nếu chống không tới đáy phải kéo lên thì rất phức tạp ( phải cắt thành từng đoạn, không dùng lại được nếu không gia công lại hai đầu ), - Công tác hàn đối với ống có chất lượng cao rất khó khăn. Vì thế phạm vi sử dụng ống chống hàn hạn chế, chỉ áp dụng với những cột ống có đường kính lớn, không có khả năng phải kéo lên như: ống định hướng và ống dẫn hướng. Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 5 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất b.Nối ống bằng ren: Nối bằng ren cũng có 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 mupta riêng và loại ren tròn. Đối với giếng 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 loại: Extremline; Butress hay Hydril…. *Đầu nối có mupfta riêng biệt và ren tròn: Hai đầu ống được cắt ren côn ở phía ngoài, đầu nối riêng rẽ (mupfta) cắt ren phía trong và được vặn chặt một đầu vào ống chống (ở nhà máy) để tạo thành phần nối cho ống chống sau đó. Loại ống chống này là loại thông dụng nhất đã được quy chuẩn hoá quốc tế ( GOCT và API ). Đối với cỡ giếng sâu 2500÷3000m và áp suất tương ứng thì loại ống này phù hợp về giá thành và khả năng sửa chữa. Hình1.1: Đầu nối mupfta Đặc điểm ren: Là loại ren tròn, trắc diện hình tam giác, góc đỉnh bằng ° 60 và phân giác chia đôi góc đỉnh và vuông góc với trục ống. Bước ren P=3,175mm (8 vòng ren/in); độ côn 16 1 . Ưu điểm: Dễ cắt ren, giá thành hạ, sửa chữa lại ren dễ dàng. Nhược điểm: Hiệu quả của mối nối thấp, không đảm bảo mối nối kín tuyệt đối nhất là với giếng khí. Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 6 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất Để tăng hiệu quả mối nối người ta tăng chiều dài mối nối khoảng từ 20÷40% thì độ bền mối nối tăng được từ 10÷20% nhất là với ống chống có đường kính từ 2 1 4 in đến 8 5 9 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 Extremeline: Hình 1.2: Ống extremeline Đặc điểm: Hai đầu ống được chôn dày cả về hai phía trong và ngoài (ngoài dày hơn), một đầu đực và một đầu cái nối trực tiếp. Ren: Có tiết diện hình thang, hai mặt ren nghiêng một góc ° 6 , bước ren lớn: 6 vòng ren/in, độ côn 8 1 . Đối với ống cỡ từ 2 1 4 in đến 8 5 7 in bước ren bằng 5 vòng ren/in, độ côn 6,9 1 . Đối với cỡ ống 4 3 10 ở mối nối có hai mặt tiếp xúc căng A và B đảm bảo mối nối có độ kín tuyệt đối. Ưu điểm của kiểu ống Extremeline: Kín tuyệt đối, hiệu quả mối nối cao (90÷100%). Thi công dễ dàng vì đường kính đường ống ít thay đổi so với thân ống. Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 7 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất *Đầu nối Butress Hình 1.3: Đầu nối Butress. Đầu nối butress là đầu nối có dạng bằng có kích thước 5 ren/in. *Đầu nối FOX Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 8 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất Hình 1.4: Đầu nối FOX *Đầu nối VAM Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 9 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất Hình1.5: Đầu nối VAM 1.2.Cấu trúc phần dưới cột ống chống. Để chống ống dễ dàng và trám xi măng đạt được chất lượng cao thì phần dưới cột ống chống phải được cấu tạo đặc biệt. Chúng gồm có các bộ phận: đế chống ống; van ngược; vòng dừng; định tâm; chổi quét màng vỏ sét. 1.2.1.Đế ống chống: Đế ống chống được tạo thành bởi 3 chi tiết lắp nối vào nhau, đó là: a.Đầu định hướng (1) Sinh viên: Nguyễn Anh Dũng - 10 - Lớp: Thiết bị dầu khí K51 [...]... đường kính cho ng khoan cho ống khai thác sẽ tính toán tiếp các cột ống chống khác và đường kính cho ng khoan tương ứng Bảng 1.3.Đường kính ống chống và khe hở nhỏ nhất Đường kính ống chống ngoài, mm Khe hở nhỏ nhất của vành xuyến, mm 89 ÷ 127 140 ÷ 159 168 ÷ 194 219 ÷ 2 45 273 ÷ 351 376 ÷ 50 8 10÷ 15 15 20 20 ÷ 25 25 ÷ 30 30 ÷ 45 45 ÷ 80 Đối với các mỏ gần thường sử dụng các cột ống chống khai thác đường... khí K51 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - địa chất a: Ống chống lửng b: Ống lửng bảo vệ c: Ống thay thế d: Ống chuyển tiếp Hình 1.12: Ống chống lửng Ưu điểm của cột ống chống lửng là tiết kiệm được ống, công tác thả ống nhanh hơn do chiều dài ngắn Nếu giếng khoan ngoài ống định hướng và dẫn hướng chỉ còn lại ống chống khai thác thì gọi là giếng khoan có cấu trúc 1 cột ống Nếu thêm cột ống chống trung... 2 95, 7 2 15, 9 1 65, 1 152 ,4 101,6 Đường kính ống chống tiêu chuẩn API, mm 762 50 8 Đường kính ống chống tiêu chuẩn GOST, mm 720 426 340 324 244 ,5 177,8 244 ,5 193,7 140 120,7 89 Phương pháp tính toán đường kính ống chống và cho ng khoan cho các khoảng khoan phù hợp với cấu trúc giếng như sau: - Đường kính cho ng khoan được lựa chọn theo công thức sau: Dc = Ddnoc + Δ (1.2) Trong đó: Dc – Đường kính cho ng khoan. .. trường hợp sử dụng ống đường kính 245mm, đối với các giếng khai thác khí thường sử dụng ống chống khai thác đường kính không nhỏ hơn 219mm Đường kính cột ống chống trung gian, cũng như cột ống chống định hướng và dẫn hướng được lựa chọn phù hợp với khe hở không gian vành xuyến giữa cho ng khoan và cột ống chống đã thả và cho ng khoan để khoan khoảng tiếp theo không được nhỏ hơn 2 ÷ 5 mm tính đến ở các... ống chống này có thể không cần hoặc với số lượng 1 ÷ 2 ống cũng có khi nhiều hơn 1.3.1 .5. Cột ống chống lửng ( ngầm ) Đặc điểm cột ống chống này là có độ dài tương đối ngắn, chúng được thả với chiều dài từ đáy lỗ khoan đến độ cao từ 50 ÷ 100 m ở bên trong cột ống chống trước đó Chúng đảm nhiệm chức năng của cột ống chống trung gian hoặc ống chống khai thác Cột ống chống lửng được đưa vào giếng khoan. .. thuộc vào lưu lượng mà thay đổi đường kính ống chống khai thác) + Có tính tới khả năng khoan sâu thêm không? + Mức độ tin cậy của việc đánh giá mỏ Đường kính các cột ống chống và cho ng khoan được lựa chọn từ nhỏ đến lớn; hay nói một cách khác là từ dưới lên trên bắt đầu từ cột ống chống khai thác Khi kết thúc với thân giếng trần, lựa chọn đường kính ống chống và cho ng khoan được bắt đầu từ đoạn thân giếng. .. 2.1.1 .Tính toán độ bền kéo của ống chống: Bản thân ống chống mỗi cột ống chống phải chịu 1 tải trọng nhất định bởi chính trọng lượng của chúng tác dụng lên ta gọi là tải trọng kéo Chính tải trọng này là nguyên nhân chính gây đứt ống chống khi ta thả ống chống xuống giếng khoan Nói chung đối với ống chống thì độ bền kéo ở mối nối bao giờ cũng thấp hơn ở thân ống, đặc biệt là đầu nối ren Vì vậy để tính. .. khoan nhờ cột cần khoan và được treo vào cột ống chống trước đó nhờ một đầu nối đặc biệt dựa vào nó hoặc tuỳ theo chiều dài của cột ống chống lửng Trong trường hợp cột ống chống lửng đảm nhiệm vai trò của cột ống chống khai thác, cột ống chống này cũng có thể được khoan từ mặt đất rồi mới thả xuống Trong trường hợp cột ống phía trên đó không chịu được áp suất bên trong thì cột ống chống lửng sau khi... giữa hai cột ống (2) và (6) Cứ như vậy cho đến cột ống chống cuối cùng Người ta chế tạo ra những đầu ống chống chịu được những áp suất tương ứng 1.3.Cấu trúc 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 một lỗ khoan, kết hợp với những cho ng khoan tương ứng dùng để khoan Cấu trúc cơ bản của một giếng khoan bao gồm... giếng và cứu sự cố; kích cỡ cần khoan và thiết bị khác thực hiện trong cột ống chống khi tiến hành công đoạn khoan giếng Tương quan giữa đường kính ống khai thác và cho ng khoan có thể tính toán theo công thức sau: D choong = (1,0447 + 0,00022 Doc) Ddn (1.1) Trong đó: D choong – Đường kính cho ng (mm) Doc – Đường kính ống chống (mm) Ddn – Đường kính đầu nối ống chống (mm) Sau khi tính toán đường kính cho ng . phần: 1.Tổng quan về ống chống , 2 .Tính toán ống chống, 3 .Tính chọn và tính kiểm tra bền cho ống chống ở giếng khoan No 50 5, 4.Công tác thả và thử độ bền của ống chống. Sinh viên: Nguyễn. Sông Hồng và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Ths. Lê Đức Vinh, em đã lựa chọn đề tài: Tính chọn ống và kiểm tra bền cho ống chống ở giếng khoan No 50 5 dàn MSP5 Mỏ Bạch Hổ làm đồ. ngoài ống chống. 1.2.4. Vòng định tâm ống chống: Công dụng là để định tâm cột ống chống không cho cột ống chống tựa vào thành lỗ khoan, tạo cho vành đá xi măng trám đồng đều xung quanh cột ống chống,