Tính chọn ống chống và tính bền cho ống chống tại giếng khoan no 505 dàn msp 5 mỏ bạch hổ

t ống một đợn khoảng 50÷100m có bề dày thành ống lớn nhất (). Trọng lượng đoạn ống có chiều dài sẽ là : (2.25) : Trọng lượng 1 mét cột ống. Đoạn ống chống được lắp tiếp theo () sẽ có bề dày thành nhỏ nhất. Chiều dài ()sẽ giới hạn bởi độ bền của nó. Ta có thể viết: , (2.26) Suy ra: , m (2.27) Trong đó: : Là trọng lượng 1m của đoạn ống . Cứ như vậy ta tính đợc chiều dài đoạn ống tiếp theo ở phía trên là như sau: ,m (2.28) ,m (2.29) Khi nào tính được tổng chiều dài các đoạn ống từ bằng chiều dài cột ống chống theo thiết kế thì kết thúc. Tại đó,ta cũng có thể biểu diễn trắc diện mặt cắt của cột ống chống bằng hình vẽ Hình 2.4: Trắc diện mặt cắt của cột ống chống Sau khi tính và chọn được ống chống theo tải trọng kéo cho phép chúng ta tiến hành kiểm tra độ bền của ống đối với áp suất dư ngoài và dư trong. - Nếu sau khi thả ống trung gian, tiếp tục khoan với dung dịch nặng hơn dung dịch đã khoan thì áp suất bên trong thực tế sẽ được tính như sau: , KG/ (2.30) : Dung dịch nặng bên trong và dung dịch nhẹ bên ngoài. : Khoảng cách từ miệng ống đến đoạn kiểm tra (đoạn có bề dày thành ống nhỏ nhất). - Kiểm tra hệ số dữ liệu với áp suất dư trong (2.31) : Áp suất tới hạn bên trong cột ống. : Áp suất dư trong. - Chúng ta cũng cần phải tính áp suất cực đại xuất hiện tại thời điểm cuối của quá trình bơm trám . (2.32) Trong đó: : Chiều cao trám xi măng và chiều cao cộc xi măng : Trọng lượng riêng dung dịch xi măng trám và dung dịch khoan lúc này hệ số dự trữ bền (2.33) - Chiều cao cho phép hạ mực chất lỏng ở bên trong ống được xác định () (2.34) - Nếu trong thời gian mở vỉa chúng ta khoan với dung dịch có trọng lượn riêng nhỏ hơn dung dịch ngoài ống chống thì phải kiểm tra độ bền với áp suất bên ngoài với đoạn ống có bề dày thành nhỏ nhất. Áp suất bên ngoài được tính như sau: (2.35) Hệ số dự trữ bền bóp méo ống : (2.36) 2.2.2. Phương pháp tính toán bền cột ống chống khai thác. Trong suốt thời gian thả ống cũng như trong suốt quá trình làm việc, ống chống khai thác chịu những ứng lực chủ yếu sau: - Lực kéo do trọng lượng bản thân cột ống và tải trọng tự phun của dòng sản phẩm trong ống. - Áp lực ngoài ống do áp suất vỉa hoặc do cột thủy tĩnh ngoài cột ống. - Áp lực bên trong. Áp lực bên ngoài đạt cực đại trong trường hợp bên trong ống chống hoàn toàn không có dung dịch. Có nhiều phương pháp tính toán cột ống chống khai thác, sau đây chúng ta sẽ đề cập tới phương pháp sau: Tính toán cột ống chống khai thác theo ứng suất bóp méo và kiểm tra theo ứng lực kéo tới hạn của ống. Chúng ta tính toán cột ống chống khai thác dựa theo áp lực bên ngoài bóp méo ống chống, lực kéo căng và áp suất bên trong. Để tính toán chúng ta cần biết: - Đường kính ống : D - Chiều dài: l - Trọng lượng riêng dung dịch: Ydd - Trọng lượng riêng dầu mỏ: Ydm - Chiều cao hạ thấp mực chất lỏng bên trong ống: Ho Chúng ta lưu ý rẳng, trong khi tính toán thì xem như chiều cao của cột dung dịch bên ngoài ống chống luôn luôn đầy, còn bên trong ống chống chỉ có từng phần hoặc hoàn toàn không có. Chiều cao Ho do phía địa chất xác định. Chúng ta cũng có thể lấy Ho = 2/3H nhưng không nhỏ hơn 2000m. Đối với những giếng khai thác khí hay giếng dầu có áp suất vỉa thấp, chúng ta lấy Ho = H Để tính toán theo phương pháp này chúng ta tiến hành từ trên xuống dưới. Ban đầu tính theo áp suất bóp méo sau đó tiến hành kiểm tra lại theo lực kéo tăng giới hạn. Chúng ta biết rằng áp suất ngoài có giá trị lớn nhất ở phần dưới cùng và giảm dần tới miệng. Do vậy phần trên ta tính toán với đoạn ống có bề dày thành nhỏ nhất và tăng dần cho tới đáy. Chúng ta ký hiệu: I, II, III, …n là các đoạn ống có bề dày tăng dần từ trên bể mặt xuống đáy giếng khoan rồi xác định ứng lực tới hạn bóp méo ống theo công thức Sarkisov: (2.37) Giả sử các ứng lực đó kí hiệu là tương ứng với bề dày thành ống là : .Thì trong bất kì trường hợp nào ống chống cũng phải thỏa mãn điều kiện .Với lần lượt là chiều sâu thực tế và chiếu sâu cho phép thả cột ống khai thác.Chiều sâu cho phép thả cột ống được tính bằng công thức tổng quát sau: Khi bên trong cột ống chống không có chất lỏng: (2.38) n2 – là hệ số an toàn bóp méo ống. Trường hợp chất lỏng hạ xuống một phần : . Xuất phát từ công thức: (2.39) (2.40) Áp suất bên ngoài tại đáy ống chống : Hz= 0 ( 2.41) Trong đó: là trọng lượng riêng của chất lỏng bên ngoài và bên trong ống chống. Như vậy: áp suất bên ngoài cho phép tác dụng lên cột ống chống được tính bằng phương trình sau: (2.42) Từ đây ta có : (2.43) Cả hai trường hợp (3.20) và (3.21) trên chiều dài mỗi đoạn đều được tính: (2.44) Sau khi tính cột ống theo áp suất bóp méo bên ngoài ống,chúng ta tiến hành kiểm tra độ bền kéo ở mối nối ren phía trên và phía dưới của mỗi đoạn ống. Nếu đoạn nào hệ số dự trữ bền với tải trọng kéo n1 quá thấp dưới giới hạn cho phép thì chúng ta chuyển sang tính toán cột ống từ đó lên theo tải trọng kéo cho phép ở mối nối. Phương pháp kiểm tra như sau: Đối với đoạn ống l1 ta kiểm tra độ bền ở đầu nối phía trên và phía dưới: Phía trên : (2.45) Trong đó : là lực kéo căng tới hạn của mối nối ren (hàn) của đoạn ống số 1 theo công thức Iakovlev: (2.46) Qth : trọng lượng trực tế của ống chống đã được tính (chọn) theo áp suất bóp méo : Qth=Q + Qph Q : là trọng lượng bản thân cột ống chống đã được tính ở trên : Tải trọng phụ nói ở trên. Nếu hệ số dự trữ bền phần trên không thỏa mãn, chúng ta tiếp tục kiểm tra phần nối dưới của đoạn ống l1 như sau : ( Q1 là trọng lượng đoạn l1). (2.47) Nếu n1 không thỏa mãn thì kiểm tra đoạn ống thứ hai tiếp theo l2 Phía trên : (2.48) Phía dưới : (2.49) Nếu không thỏa mãn hệ số bền n1 thì tiếp tục kiểm tra đến đoạn ống thứ I : Phía trên : Phía dưới : Khi đoạn ống thứ I thỏa mãn điều kiện của n1 thì tứ đây trở lên chúng ta tiếp tục kiểm tra ống theo tải trọng kéo cho phép giống như cột ống chống trung gian . Sau khi kiểm tra xong theo áp suất bên ngoài và tải trọng kéo chúng ta tiến hành kiểm tra phần trên của cột ống với áp suất nổ ống ở bên trong theo hệ số n3. (2.50) n3 : là hệ số an toàn nố ống ( n3 >= 1,3 ÷ 1,5 ) Pv : áp suất vỉa PT : áp suất trong giới hạn gây nố ống : trọng lượng riêng của chất lỏng trong ống (lấy bằng trọng lượng riêng của dầu mỏ) ;. CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN BỀN VÀ LỰA CHỌN ỐNG CHỐNG CHO GIẾNG KHOAN No 505 DÀN KHOAN MSP 5 MỎ BẠCH HỔ 3.1. Số liệu về giếng khoan No505 Giếng khoan No505 dàn MSP 5 là dạng cấu trúc có 6 cột ống chống gồm: 1 Ống chống định hướng, 2 Ống chống dẫn hướng, 3 Ống trung gian thứ nhất, 4 Ống trung gian thứ hai, 5 Ống trung gian thứ ba, 6 Ống chống khai thác. Bảng 3.1: Chiều sâu và đường kính ống chống. loại cột ống chiều sâu thả (m) đường kính ống (mm) đường kính mupfta(mm) đường kính choòng (mm) ống định hướng 0 120 720 đầu mối hàn búa máy ống dẫn hướng 0250 508 533,4 660,4 ống trung gian 1 01250 340 365,1 444,5 ống trung gian 2 03060 244,5 257 295,3 ống trung gian 3 29603790 193,7 193,7 215,9 ống chống khai thác 04080 193,7139,7 206,4139,7 165,1 Bảng 3.2: Các thông số tính toán Ký hiệu Đơn vị Đường kính ống chống (mm) 340 245 194 194´140 (1) (2) (3) (4) (5) (6) L m 1275-1250 3200-3260 4020-3790 4660-4350 l m 3200-3060 4020-3790 4660-4350 4660-4350 ge G/cm2 1,12 1,16 1,26 1,03 gdk G/cm2 1,1 1,12; 1,16 1,75 1,12; 1,06 gde G/cm2 1,1 1,16 1,66 1,06 gdx G/cm2 1,52 1,57 1,85 1,52 gk G/cm2 1,12; 1,16 1,66; 1.75 1.12; 1,16 0,73; 0,76 go G/cm2 0,84 1,05; 0,75 0,75 - Pvl kG/cm2 318 631 346 346 kv - 0,40 0,30 0,30 0,25 n1 - 1,0 1,125 1,125 1,125 n3 - - 1,25 1,25 1,25 Pdn: Áp suất dư ngoài cho phép. Pdt: Áp suất dư trong cho phép. Qot: Tải trọng kéo cho phép đối với thân ống Qor: Tải trọng kéo cho phép đối với mối ren. + Khoảng cách từ miệng giếng khoan đến(m): - L: Chân đế ống chống đang tính. - L0: Chân đế ống chống trước. - Lm: Điểm đặt mufta trám phân tầng. - l: Điểm xuất hiện dầu khí. - lm: Mặt biển. - ld: Đáy biển. - H: Mực chất lỏng trong giếng khi xuất hiện dầu khí. - Hdm: Mực chất lỏng trong giếng khi mất dung dịch. - h: Mực xi măng sau cột ống chống. - hk: Mực chất lỏng trong ống khi thả ống. - Z: Điểm, tiết diện cần tính toán. + Chiều cao (m): - hd : Chất đệm trong khoảng không vành xuyến. - hc: cốc xi măng. + Trọng lượng riêng: - gdk: Dung dịch khoan. - gde: Dung dịch dùng khi bơm trám xi măng. - gdx: Dung dịch xi măng. - ge: Dung dịch bơm ép dùng khi bơm ép thử cột ống chống. - gk: Dung dịch khoan khi khoan ở khoảng dưới. - go: Hỗn hợp chất lỏng khi xuất hiện dầu khí. - gdm: Dung dịch trong giếng khi mất dung dịch. - gnb: nước biển. - gt: thép làm cần ống. + Áp suất: - Pmin: nhỏ nhất trong giếng. - Pmax: lớn nhất trong giếng. - Pth: Ép thử cột ống. - Pms: Thắng lực cản ma sát trong hệ thống tuần hoàn. - Pbt: Cực đại tại cuối quá trình bơm trám. - Ptt: Thuỷ tĩnh. + Áp suất dư khi đạt tới giới hạn bị phá vỡ của vật liệu (kG/cm2): - Pbm: Bóp méo. - Pno: Nổ. + Áp suất tại độ sâu Z (kG/cm3): - Ptz: Trong. - Pnz: Ngoài. - Pdtz: Dư trong. - Pdnz:Dư ngoài. - Pdkz: Cột dung dịch khoan. - Pxhz: Cột dung dịch khoan khi xuất hiện dầu khí. - Pdx: Cột dung dịch xi măng. - Pdez: Cột dung dịch ép. - Pv: Vỉa. + Hệ số bền khi tính toán¸n: - n1: Áp suất dư ngoài. - n2: Áp suất dư trong. - n3: Bền kéo tại mối ren. + Hệ số: - kv: Tải trọng vành xi măng. + Đường kính (mm): - dot:Trong trung bình của cột ống chống tại thời điểm tính toán. - Do: Ngoài của ống chống tại thời điểm tính toán. - do: Trong của ống chống tại thời đỉêm tính toán. + Khối lượng (kg): - q: 1 m cột ống. - Qo: Đoạn ống đang tính toán. + Tải trọng kéo cho phép: - Qot: Tại thân ống chống. - Qor: Tại mối ren. 3.2. Tính toán chọn cột ống chống. 3.2.1.Ống dẫn hướng F 508mm: Chọn ống theo tiêu chuẩn API-5 chọn được ống chống có các số liệu sau : F508´11,13´K55. 3.2.2.Tính trung gian thứ nhất F340mm 1 Áp suất dư trong. Áp suất miệng giếng đạt giá trị lớn nhất tại thời điểm đóng giếng khi có suất hiện sản phẩm. Nó được xác định theo công thức sau: =318-0,1.0,84.3060=60.69 () Áp suất miệng giếng cực đại lớn nhất tại cuối thời điểm bơm trám: () Áp suất ép thử cột ống chống sẽ lấy tăng 10% so với áp suất trong lớn nhất: () Để tiện cho việc theo dõi áp suất khi thử cột ống F340mm ta chọn: () Áp suất dư tại độ sâu 1275/1250, khi ép thử ống F340mm: Với Z=L: Với h=0: 2. Áp suất dư ngoài . - Tại độ sâu Z=1275/1250, khi xuất hiện sản phẩm: Với Z=L: Với h=0: 0,1(1,52-0,84)1250(1-0,4)=51 () 3. Tính áp suất dư của ống chống F340mm với hệ số bền dự trữ - Tại miệng giếng: =80 ()=1,1.80=88() -Tại Z=1250m: =51)=1,125.51=57,4) =18 ()=1,1.18=19,8() 4. Chọn ống chống trung gian thứ nhất F340mm theo áp suất dư: Biểu đồ áp suất dư của ống trung gia thứ nhất (hình 3.1) Tra bảng ta chọn được cấu trúc cột ống chống trung gian thứ nhất F340mm theo API-5 như sau: khoảng ống chống (m) chiều dài ống (m) loại ống chống đầu nối 1275 –1175 100 F340´10,92´K55 BTC 1175 –0,00 1175 F340´9,65´ K55 BTC Đặc tính các thông số vừa chọn: Các thông số F340´9,65´K55 F340´10,92´K55 Pbm 78 106 Pno 188 214 Qot 379 428 Qor 460 519 q 80,39 90,22 3.2.3. Toán toán chọn ống chống trung gian thứ hai F244,5 mm. 1 Áp suất dư trong. Áp suất miệng giếng đạt giá trị lớn nhất tại thời điểm đóng giếng khi có suất hiện sản phẩm. Nó được xác định theo công thức sau: =631-0,1.1,05.3790=233 () Áp suất miệng giếng cực đại lớn nhất tại cuối thời điểm bơm trám: = 0,1(1,57-1,16)3060+(0,1.3200+8)=165,5 () Áp suất ép thử cột ống chống sẽ lấy tăng 10% so với áp suất trong lớn nhất: () Để tiện cho việc theo dõi áp suất khi thử cột ống F340mm ta chọn: () Áp suất dư tại độ sâu Z=L=3060, khi ép thử ống: Với Z=L: =[255 – 0,1(1,57 –1,16)3060](1 – 0,30) » 90,7 () 2. Áp suất dư ngoài . - Tại độ sâu Z=L=3060m, khi xuất hiện sản phẩm: Với Z=L: Ống chống F244,5 mm là ống chống hơi đặc biệt vì sau nó là ống chống lửng F193,7mm. Do đó khi ghép thử ống F193,7 mm thì áp suất ép sẽ ảnh hưởng tới cả ống chống F244,5 mm. Áp suất miệng giếng đạt giá trị lớn nhất tại thời điểm xuất hiện dầu khí đối với ống F193,7mm: Pt = 346 – 0,1.0,75.360 » 19 (kG/cm2) Áp suất cực đại tại thời điểm cuối quá trình bơm trám ống F193,7 mm: Pbt = 0,1(1,85 – 1,75)3790 + (0,01. 4020 + 8) = 86,1 (kG/cm2). Pdnz = 0,1(1,75 – 0,75.)3060.(1-0,30) = 175,6 (kG/cm2). Lấy áp suất thư đối với ống F193,7mm tăng 10% so với áp suất dư trong lớn nhất có thể xảy ra trong giếng : Pth = 1,1.86,1 » 95 (kG/cm2). Để tiện cho việc tính toán ta lấy Pth=100 kG/cm2). Tính áp suất dư trong đối với ống F244,5 mm khi ép thử ống F193,7mm: Pdt = [100 – 0,1´(1,57 – 1,75)´3060]´(1 – 0,30) = 108,6 (kG/cm2). Với tỷ trọng dung dịch khi xuất hiện dầu khí là 0,75 G/cm2 thì áp suất dư tác dụng lên thành ống chống F244,5 mm là: Với h=0: 0,1(1,75 – 0,75)3060(1-0,30) = 175,6 () 3 Tính áp suất dư của ống chống với hệ số bền dự trữ - Tại miệng giếng: =255 ()=1,1.255=277,5() -Tại Z=3060m: =175,6)=1,125.175,6=197,6) =108,6 ()=1,1.108,6=119,5() 4. Chọn ống chống trung gian thứ nhất F244,5 mm theo áp suất dư: Biểu đồ áp suất dư của ống trung gia thứ hai (hình 3.2) Tra bảng ta chọn được cấu trúc cột ống chống trung gian thứ hai F244,5 mm theo API-5 như sau: khoảng ống chống (m) chiều dài đoạn ống (m) loại ống chống đầu nối 3100 ¸ 3200 100 F244,5´10,03´ N80 BTC 100 ¸ 3100 3000 F244,5´8,94´N80 BTC 0 ¸ 100 100 F244,5´ 10,03´N80 BTC Đặc tính các thông số vừa chọn: các thông số F244,5´8,94´N80 F244,5´10,03´N80 Pbm 163 213 Pno 353 396 Qot 364 406 Qor 390 436 Q 52,21 58,20 3.2.4. Tính chọn ống trung gian thứ ba F 193,7mm. 1.Áp suất dư trong Ta đã chọn ở phần trước: Pth=100 kG/cm2). Áp suất dư trong tại độ sâu 3060m: Pdtz = Pth + Pde - Pvl = 100 + 0,1´1,75´3060 – 0,1´(3060 –35)´1,60 = 151,5 (kG/cm2). Áp suất dư trong tại độ sâu 3790m: Pdtz = 100 + 0,1´1,75´3790 – 0,1´(3790 – 35)´1,68 = 132,4 (kG/cm2). 2. Áp suất dư ngoài: Z=3060m: Pdn = Pvz – Pxh = 0,1(L – ly)ka – 0,1goL Pdn = 0,1´(3060 – 35)´1,60 –0,1´0,75´3060 = 254,5 (kG/cm2). Z = 3790 m: Pdn =0,1´(3790 – 35)´1,68 – 0,1´0,75´3790 = 346,7 (kG/cm2). 3. Tính áp suất dư với hệ số dự trữ bền. - Z = 3060 m: Pdn = 254,5 (kG/cm2) Þ n2Pdn = 1,125´254,5 = 296,3 (kG/cm2). Pdt = 151,5 (kG/cm2) Þ n1Pdt = 1,1´151,5 = 166,7 (kG/cm2). - Z = 3790 m: Pdn = 346,7 (kG/cm2) Þ n2Pdn = 1,125´346,7 = 390 (kG/cm2). Pdt = 132,4 (kG/cm2) Þ n1Pdt = 1,1´132,4 = 145,6 (kG/cm2 4. Chọn các loại ống chống theo áp suất dư. Biểu đồ áp suất dư của ống trung gia thứ ba (hình 3.3) Tra bảng ta chọn được cấu trúc cột ống chống lửng F193,7mm theo API-5 như sau: khoảng ống chống (m) chiều dài ống (m) loại ống chống loại đầu nối 3200 ¸ 4020 820 F193,7´10,92´N80 FIL 3200 ¸ 3100 100 F193,7´10,92´N80 BTC Đặc tính các thông số vừa chọn: các thông số F193,7´10,92´N80 Pbm 452 Pno 545 Qot 345 Qor 379 Q 49,33 3.2.5. Tính cột ống chống khai thác F193,7´139,7 mm. 1.Áp suất dư trong. - Áp suất miệng giếng tại thời điểm đóng giếng có xuất hiện dầu khí (go = 0,75). Nó được xác định theo công thức sau: Pt = 346 – 0,1´0,75´4360 = 19 (kG/cm2). - Sau khi khai thác xong ở tầng móng quay lại khai thác tầng Oligoxen. Áp suất lớn nhất tại miệng giếng do tầng Oligoxen gây ra là: Pt = 631 – 0,1´0,78´3790 = 335,4 (kG/cm2). -Áp suất miệng giếng cực đại tại cuối thời điểm bơm trám : Pbt = 0,1´(1,52 – 1,06)´4360 + (0,01´4360 + 8) = 252,2 (kG/cm2). -Áp suất ép thử cột ống sẽ lấy tăng 10% so với áp suất trong lớn nhất: Pth = 1,1´335,4 = 369 (kG/cm2). Để tiện cho việc theo dõi khi thử áp ta chọn: Pth = 370 (kG/cm2). -Xét đoạn 0 ¸ 4020/3790m: Áp suất dư trong tại độ sâu 4020/3790m: Pdn = 370 + 0,1´1,03´3790 – 0,1´(3790 –35)´0,9 = 421,4 (kG/cm2). Tại độ sâu 4660/3790m: Pdn = 370 + 0,1´1,03´4360 – 0,1´(4360 –35)´0,8 = 473,1 (kG/cm2). 1.Áp suất dư ngoài. -Tại độ sâu Z=4020/3790m: Pdn,L = 0,1[(gdx – gb)L – (gdx –gdk)h + gbH](1 – kv) -Khi gọi dòng bằng Gaslif cột chất lỏng được đẩy toàn bộ ra khỏi giếng, do đó gb = 0, nên áp suất dư sẽ tính như sau: Pdn = 0,1´[1,52´4360 – (1,52 –1,06)´2860]´(1- 0,25) = 398,4 (kG/cm2). -Xét khoảng 4020/3790 ¸ 4460/4360 m, ta tính áp suất dư ngoài theo công thức sau: Pdnz = Pvz – Ptz = 0,1´(Z – lm)ka – 0,1(Z – H)gb Với H=4020/3790m, Z=4660/4360: Pdn = 0,1´(4360 –35)´0,8 –0,1´(4360 – 3790)´0,73 = 304,4 (kG/cm2). 2.Tính ống chống theo áp suất dư ngoài. Tại miệng giếng : Pdn = 0 Tại Z=4360m: Pdn = 398,4 (kG/cm2) Þ n1Pdn = 1,125´497 = 448 (kG/cm2). 3.Tính ống chống theo áp suất trong Khoảng từ 0 ¸ 4020/3790 m: Z=0m: Pdt = 370 (kG/cm2) Þ n2Pdt = 1,1´370 = 407 (kG/cm2). Z=3790m: Pdt = 138 (kG/cm2) Þ n2Pdt = 1,1´138 = 152 (kG/cm2). Khoảng từ 4020/3790 ¸ 4660/4360m: Z=3790m: Pdt = 421,4 (kG/cm2) Þ n2Pdt = 1,1´421,4 = 436,5 (kG/cm2). Z=4360m: Pth = 473,1 (kG/cm2) Þ n2Pdt = 1,1´473,1 = 520,4 (kG/cm2) 4. Chọn ống chống khai thác F140´194mm theo áp suất. Biểu đồ áp suất dư của ống chống khai thác (hình 3.4) Tra bảng ta chọn được cấu trúc cột ống chống khai thác F140´194mm theo API-5 như sau: khoảng ống chống (m) chiều dài đoạn ống (m) loại ống chống loại đầu nối 3000 ¸ 4350 1350 F139,7´9,17´N80 FIL 2510 ¸ 3000 490 F193,7´10,92´N80 BTC 0 ¸ 2510 2510 F193,7´9,52´N80 BTC Đặc tính các thông số vừa chọn: các thông số F139,7´9,17´N80 F193,7´9,52´N80 Pbm 609 330 Pno 634 475 Qot 208 302 Qor 225 333 q 29,57 43,50 3.3. Tính kiểm tra bền cột ống chống. 3.3.1.Ống dẫn hướng F508mm: Trong phần lựa chọn ống chống, ta đã lựa chọn ống chống 508mm với mác thép K- 55. Tra bảng ta có đặc tính bền của ống chống này như sau: Pbm = 32at Pno = 195at QK = 403T *Kiểm tra bền ống F508 mm theo áp suất dư bên ngoài: Áp suất dư bên ngoài cột ống F508 chỉ xuất hiện và đạt giá trị cực đại tại đáy ống chống trong quá trình trám xi măng. - Áp suất dư bên ngoài do cột dung dịch xi măng gây ra: Pdn = 0,1.(gxm- gep).(Hx- h) (at) Trong đó: gxm = 1,52G/cm3 gep = 1,12G/cm3 h = 10m Hx = H =250m Thay các thông số vào công thức trên ta được: Pdn = 0,1.(1,52- 1,12).(250- 10) = 9,6at - Hệ số an toàn đối với áp lực dư bên ngoài: Vậy ống dẫn hướng đạt độ bền bóp méo. * Kiểm tra bền ống dẫn hướng F508mm theo áp suất dư bên trong: Đối với ống chống F508mm, áp suất dư bên trong chỉ xuất hiện và đạt giá trị cực đại tại đáy ống trong quá trình bơm trám và được tính theo công thức: Pdt = 0,1.(gxm- gd).(Hx- h) + (0,02.H + 16) + Pd gxm = 1,52kG/cm3 gd = 1,1kG/cm3 Hx = H = 250 m h = 10m Pd = 20at Thay các thông số vào công thức trên ta tính được: Pdt = 51,08at Hệ số an toàn đối với áp lực dư bên trong: Vậy ống dẫn hướng đạt độ bền nổ. * Kiểm tra bền ống dẫn hướng F508mm theo tải trọng kéo cho phép: - Tải trọng lớn nhất tác dụng lên mối nối trên cùng của cột ống chống QT = Q + Qph Trong đó: Tải trọng phụ sinh ra trong giai đoạn cuối của quá trình bơm trám là: Qph = (Pth + Pd). Pth = 0,02.H + 16 = 21at = 21kG/cm2 Pd = 20at = 20kG/cm2 dvd = 48,6cm Vậy: Qph = (21 + 20).= 92753kG = 76,01T Thay các giá trị Q và Qph vào công thức tính QT ta được: QT = 76,01+30=106,1T - Hệ số an toàn kéo của mối nối ống chống: Như vậy, ống chống dẫn hướng F508 đạt độ bền kéo 3.3.2. Ống chống trung gian thứ nhất F304 mm *Kiểm tra bền ống F304 mm theo áp suất dư bên ngoài: Áp suất dư bên ngoài cột ống F340mm xuất hiện và đạt giá trị cực đại tại đáy ống chống trong quá trình trám xi măng. - Áp suất dư bên ngoài do cột dung dịch xi măng gây ra: Pdn = 0,1.(gxm- gep).(Hx- h) (at) Trong đó: n1 = 1,3 gxm = 1,52G/cm3 gep = 1,12G/cm3 h = 10m Hx = H =1275 m Pdn = 0,1.(1,52- 1,12).(1275- 10) = 50,6at Hệ số an toàn đối với áp lực dư bên ngoài: Vậy ống chống trung gian F340mm đạt độ bền bóp méo. * Kiểm tra bền ống chống F340mm theo áp suất dư bên trong: - Áp suất dư bên trong xuất hiện và đạt giá trị cực đại tại đáy ống trong giai đoạn bơm trám và được tính theo công thức: Pdt = 0,1.(gxm- gd).(Hx- h) + (0,02.H + 16) + Pd gxm = 1,52kG/cm3 gd = 1,11kG/cm3 Hx = H =1275m h = 10m Pd = 20at Pdt = 0,1.(1,52- 1,1).(1275- 10) + (0,02.1275+ 16) + 20=114,63at Hệ số an toàn đối với áp lực dư bên trong: Vậy ống chống F340mm đạt độ bền nổ. * Kiểm tra bền ống trung gian F340mm theo tải trọng kéo cho phép: Tải trọng lớn nhất tác dụng lên mối nối trên cùng của cột ống chống QT = Q + Qph Trong đó: Tải trọng phụ sinh ra trong giai đoạn cuối của quá trình bơm trám: Qph = (Pth + Pd). Pth = 0,02.H + 16 = 41,5at = 41,5kG/cm2 Pd = 20at = 20kG/cm2 dvd = 31,57cm Vậy: Qph = (41,5 + 20).= 48116kG = 48,11T Thay các giá trị Q và Qph vào công thức tính QT ta được: QT = 89,6T Hệ số an toàn kéo của mối nối ống chống: Như vậy, ống chống trung gian thứ nhất F340mm đạt độ bền kéo 3.3.3. Ống chống trung F244,5mm: * Kiểm tra bền ống chống trung gian F244,5mm theo áp suất dư bên ngoài: Ống chống F244,5 được chống đến nóc tầng dị thường áp suất Oligoxen, đồng thời ống chống này cũng đóng vai trò như là ống chống khai thác do cột ống chống F193.7mm được chống lửng. Do vậy, việc kiểm toán ống chống này theo áp suất dư bên ngoài cột ống được tính như sau: - Áp suất dư bên ngoài tại đáy cột ống xuất hiện do khoan mở vỉa sản phẩm với dung dịch khoan có trọng lượng riêng nhỏ: Hx = H = 3200 m gna = 1,75G/cm3 gnh = 1,66 G/cm3 Thay các thông số vào công thức trên ta được: - Áp suất dư bên ngoài tại đáy cột ống do cột dung dịch xi măng gây ra: Pdn = 0,1.(gxm- gep).(Hx- h) (at) Trong đó: gxm = 1,57 G/cm3 gep = 1,16 G/cm3 h = 10m Hx = 3200 m Thay các thông số vào công thức trên ta được: Pdn = 0,1.(1,57 - 1,16).(3200 - 10) = 130.79at - Áp suất dư bên ngoài tại đáy ống chống trung gian F244,5mm do cột chất lưu trong ống chống bị hạ xuống sau khi khoan mở vỉa sản phẩm: Pdn = 0,1.[Ka.Hx - (Hx - H0).gt] Ka = 0,8 Hx = 3200m gd = 1,12 G/cm3 H0: Chiều sâu từ miệng ống chống đến bề mặt chất lưu trong ống. Khi có hiện tượng hạ mực chất lỏng thì áp suất cột chất lưu trong ống chống sẽ cân bằng với áp suất vỉa sản phẩm và H0 được tính theo công thức: Kv: Gradien áp suất của vỉa sản phẩm. Kv = 0,95 Hv: Chiều sâu của giếng khoan. Hv = 4360m Vậy ta tính được chiều sâu hạ cột dung dịch: Thay các thông số vào công thức ta tính được: Pdn = 0,1.[0,8.3200 - (3200 - 660).0,73] = 70,58at Như vậy, trong ba trường hợp suất hiện áp lực dư bên ngoài thì trường hợp thứ hai có áp suất dư bên ngoài là lớn nhất và ta đi kiểm toán ống chống theo áp suất dư bên ngoài cho trường hợp này: - Hệ số an toàn đối với áp lực dư bên ngoài: . Vậy ống chống trung gian F244,5mm đạt độ bền bóp méo. * Kiểm tra bền chống trung gian F244,5mm theo áp suất dư bên trong: - Áp suất dư bên trong xuất hiện và đạt giá trị cực đại tại đáy ống trong quá trình bơm trám và được tính theo công thức: Pdt = 0,1.(gxm- gd).(Hx- h) + (0,02.H + 16) + Pd gxm = 1,57kG/cm3 gd = 1,12kG/cm3 Hx = 3200m H = 3790m h = 10m Pd = 20at Thay các thông số vào công thức trên ta tính được: Pdt = 118,6at - Áp suất dư tại miệng ống chống trong trường hợp phải đóng giếng khi có hiện tượng phun: Pdt = 0,1.H.(Kv- gt) H = 3790m Kv = 0,95 gt = 0,85G/cm3 Thay các thông số vào công thức trên ta được: Pdt = 37,9at Trong hai trường hợp xuất hiện áp lực dư bên trong thì trường hợp thứ nhất có áp lực dư bên trong lớn hơn, do đó ta đi kiểm toán ống chống F245mm theo áp lực dư bên trong cho trường hợp này: - Hệ số an toàn đối với áp lực dư bên trong: Vậy ống chống trung gian F244,5mm đạt độ bền nổ. * Kiểm toán ống chống trung gian F244,5mm theo tải trọng kéo cho phép: - Tải trọng lớn nhất tác dụng lên mối nối trên cùng của cột ống chống QT = Q + Qph Trong đó: Tải trọng phụ sinh ra trong giai đoạn cuối của quá trình bơm trám: Qph = (Pth + Pd). Pth = 0,02.H + 16 = 0,02.3790 + 16 = 91,8at = 91,8 kG/cm2 Pd = 20at = 20 kG/cm2 dvd = 22,25 cm Vậy: Qph = (91,8+ 20).= 43448 kG = 43,4481T Thay các giá trị Q và Qph vào công thức tính QT ta được: QT = 187,448T - Hệ số an toàn kéo của mối nối ống chống: Như vậy, ống chống trung gian F244,5mm đạt độ bền kéo. 3.3.4. Ống trung gian thứ ba F 193,7mm: * Kiểm toán ống trung gian thứ ba F193,7mm theo áp suất dư bên ngoài ống chống: - Áp suất dư bên ngoài tại đáy cột ống xuất hiện do khoan mở vỉa sản phẩm với dung dịch khoan có trọng lượng riêng nhỏ: H = 4350 m gna = 1,16 G/cm3 gnh = 1,12 G/cm3 Thay các thông số vào công thức trên ta được: -Áp suất dư bên ngoài tại đáy cột ống do cột dung dịch xi măng gây ra: Pdn = 0,1.(gxm- gep).(Hx- h) (at) Trong đó: gxm = 1,85 G/cm3 gep = 1,26G/cm3 h = 10m Chiều cao cột dung dịch xi măng: Hx = 100 m Thay các thông số vào công thức trên ta được: Pdn = 0,1.(1,85- 1,26).(100- 10) = 5,31 at Như vậy, trong hai trường hợp suất hiện áp lực dư bên ngoài thì trường hợp thứ hai có áp suất dư bên ngoài là lớn nhất và ta đi kiểm toán ống chống theo áp suất dư bên ngoài cho trường hợp này: - Hệ số an toàn đối với áp lực dư bên ngoài: Vậy ống chống lửng đạt độ bền bóp méo. * Kiểm toán ống trung gian thứ ba F193,7mm theo áp suất dư bên trong: - Áp suất dư bên trong xuất hiện và đạt giá trị cực đại tại đáy ống trong quá trình bơm trám và được tính theo công thức: Pdt = 0,1.(gxm- gd).(Hx- h) + (0,02.H + 16) + Pd gxm = 1,85kG/cm3 gd = 1,75kG/cm3 Hx = 100m H = 4350m h = 10m Do không sử dụng nút trám như trong trường hợp trám một tầng hoặc phân tầng nên Pd = 0. Thay các thông số vào công thức trên ta tính được: Pdt = 103,9 at - Hệ số an toàn đối với áp lực dư bên trong: Vậy ống chống lửng đạt độ bền nổ. * Kiểm toán ống chống lửng F193,7mm theo tải trọng kéo cho phép: - Tải trọng lớn nhất tác dụng lên mối nối trên cùng của cột ống chống QT = Q + Qph Trong đó: Tải trọng phụ sinh ra trong giai đoạn cuối của quá trình bơm trám: Qph = (Pth + Pd). Pth = 0,02.H + 16 = 0,02.4350+ 16 = 103at = 103kG/cm2 Pd = 0 dvd = 16,97 cm Vậy: Qph = 103.= 23284kG = 23,3T Thay các giá trị Q và Qph vào công thức tính QT ta được: QT =61,3 T - Hệ số an toàn kéo của mối nối ống chống: Như vậy, ống chống lửng đạt độ bền kéo. 3.3.5. Kiểm tra bền ống chống khai thác * Kiểm toán ống chống khai thác F193,7mm theo áp suất dư bên ngoài ống chống: - Áp suất dư bên ngoài tại đáy cột ống xuất hiện do khoan mở vỉa sản phẩm với dung dịch khoan có trọng lượng riêng nhỏ: H = 4350 m gna = 0,76 G/cm3 gnh = 0,73 G/cm3 - Đối với đoạn ống H=3000-4350m: Thay các thông số vào công thức trên ta được: Hệ số an toàn đối với áp lực dư bên ngoài: - Đối với đoạn ống H= 2150-3000m: Thay các thông số vào công thức trên ta được: Hệ số an toàn đối với áp lực dư bên ngoài: - Đối với đoạn ống H= 0-2510m: Thay các thông số vào công thức trên ta được: Hệ số an toàn đối với áp lực dư bên ngoài: Vậy ống chống khai thác đạt độ bền bóp méo. Kiểm toán ống chống khai thác theo áp suất dư bên trong: =346 at =0,73 G/cm3: Thay vào công thức ta có: Đối với đoạn ống H=2510-3000m: Thay vào công thức ta tính được: Đối với đoạn ống H= 0-2510m: Vậy ống chống khai thác đạt độ bền nổ. * Kiểm tra bền ống chống khai thác theo tải trọng kéo cho phép: - Tải trọng lớn nhất tác dụng lên mối nối trên cùng của cột ống chống QT = Q + Qph =1.06 G/cm3 Trong đó: Tải trọng phụ sinh ra trong giai đoạn cuối của quá trình bơm trám: Qph = (Pth + Pd). Pth = 0,02.H + 16 = 0,02.4350+ 16 = 103at = 103kG/cm2 Pd = 0 at dvd = 16,97 cm Vậy: Qph = 103.= 23284 kG = 23,284 T Thay các giá trị Q và Qph vào công thức tính QT ta được: QT = 172,8 T - Hệ số an toàn kéo của mối nối ống chống: Như vậy, ống chống khai thác đạt độ bền kéo. Như vậy qua tính toán ta chọn được các cột ống chống đảm bảo đủ điểu kiện bền và được tổng kết ở bảng 3.3: CHƯƠNG IV. PHƯƠNG PHÁP THẢ, CHẾ ĐỘ THẢ VÀ THỬ ĐỘ KÍN ỐNG CHỐNG 4.1 Lựa chọn các phương pháp thả ống chống 4.1.1 Chuẩn bị thân giếng trước khi thả cột ống Để đảm bảo thả cột ống đến chiều sâu thiết kế, cần thực hiện các công việc chuẩn bị thân giếng trước khi thả như doa và thông giếng. Các công việc này được thực hiện bằng các phương pháp khoan và sử dụng bộ dụng cụ đã khoan qua, nhưng không nhất thiết phải sử dụng chòong khoan có vòi phun thủy lực. Công việc khoan doa thân giếng được tiến hành cùng với bơm rửa mà giá trị lưu lượng chính bằng giá trị khi khoan ở khoảng này. Để tránh tạo thành thân giếng mới trong khi doa, không được phép để chòong khoan làm việc tại một vị trí mà không thực hiện bơm rửa. Khi doa thân giếng bằng động cơ đáy cần thiết phải quay cần khoan theo chu kỳ bằng bàn roto để tránh dính, kẹt cần khoan. Trong quá trình doa phải thường xuyên và liên tục kiểm tra chất lượng dung dịch khoan. Khi doa thân giếng, nếu khối lượng mùn khoan trong dung dịch tăng lên thì việc dạo cần khoan chỉ được tiến hành sau khi dung dịch đã được làm sạch mùn khoan. Khi kéo bộ cần khoan lên nếu có hiện tượng bị mút mà không phụ thuộc khả năng có tạo thành co thắt thân giếng hay không, thân giếng đều phải được doa lại. Sau khi doa xong nên thông giếng bằng bộ khoan có độ cứng gần bằng độ cứng của cột ống chống sẽ thả vào khoảng khoan này. Việc thông giếng sẽ loại trừ được các khả năng mút và vướng hoặc co thắt thân giếng và bảo đảm thả thành công cột ống chống xuống đến chiều sâu thiết kế. Việc lựa chọn bộ khoan cụ theo cấp độ cứng và lần lượt thay đổi chúng khi thông giếng phụ thuộc vào hình dáng của thân giếng, khe hở không gian vành xuyến giữa thành giếng và đường kính ngoài của cột ống chống, cũng như độ cứng của cột ống chống. Khi thông những giếng không phức tạp, thành giếng gồm các loại đất đá vững chắc, cho phép thả một lần bộ khoan cụ có độ cứng gần với độ cứng của cột ống chống. Trong các giếng mà thân giếng phức tạp, khe hở không gian vành giếng nhỏ, cũng như khi thả cột ống chống có đường kính lớn và có thành ống dày, công việc thông giếng cần được thực hiện nhiều lần với bộ cần khoan có độ cứng tăng dần, nhưng không nhất thiết lớn hơn độ cứng của cột ống chống nếu trong quy trình thông giếng lần trước thân giếng không có biểu hiện vướng và mút. Khi xác định độ cứng của cột ống chống thả vào trong giếng, có thể sử dụng các số liệu trình bày ở bảng 4.1: Bảng 4.1 : Tỷ lệ đường kính và độ cứng của ống chống, cần nặng Đường kính ống chống Độ cứng Đường kính Độ cứng Đường kính cần nặng Độ cứng mm mm mm 140 3215 324 27000 133 2980 168 3820 340 30700 146 4350 178 5480 351 347 178 9620 194 7650 377 203 16500 219 10400 407 44000 229 26900 245 15000 426 57000 254 40200 273 20380 508 64800 273 54000 299 93200 299 85600 Để đảm bảo khả năng đi qua của cột ống chống, cường độ thay đổi góc xiên trung bình trong không gian không được vượt quá giá trị trình bày trong bảng 4.2: Bảng 4.2 Cường độ thay đổi góc xiên trung bình trong không gian Đường kính ống chống, mm 140 146 168 194 219 245 Δα , độ/10m 7,5 7,2 5,0 3,5 2,8 2,3 Đường kính ống chống, mm 273 299 324 351 377 426 Δα , độ/10m 2,0 1,6 1,3 1,2 1,0 0,8 Đối với bộ cần khoan có độ cứng cao, vận tốc thả phải nhỏ hơn 1m/s, tránh hiện tượng dính kẹt và khả năng xuất hiện hiện tượng piston dẫn đến phá vỡ vỉa và mất dung dịch Trước khi kéo bộ cần khoan thông giếng lần cuối lên, các tính chất lưu biến của dung dịch khoan cần tương ứng với điều kiện địa chất vỉa của giếng đã khoan và được làm sạch mùn khoan. Tổng thời gian bơm rửa liên tục không được nhỏ hơn 2 vòng tuần hoàn. Khi kéo bộ cần khoan lên phải đảm bảo giếng luôn đầy dung dịch bằng cách liên tục rót dung dịch có chất lượng vào giếng, các thông số dung dịch rót thêm phải phù hợp với các tính chất của dung dịch khi khoan trong khoảng chiều sâu này. Không rót dung dịch vào giếng sau khi đã kéo toàn bộ bộ cần khoan lên, hoặc có rót nhưng bằng dung dịch kém chất lượng, vì có thể đây là nguyên nhân gây ra các phức tạp khi thả các cột ống chống 4.1.2 Chuẩn bị cột ống chống Phần dưới của cột ống chống bao giờ cũng lắp các thiết bị như chân đế, ống ngược, vòng dừng. Van ngược lắp vào đúng khoảng cách với chân đế để đảm bảo chiều cao của cốc xi măng theo yêu cầu. Cột ống chống cần lắp và gắn thêm các thiết bị cũng như các chi tiết khác như: định tâm, thiết bị nạo vỏ bùn và thiết bị tạo dòng chảy rối để nâng cao chất lượng bơm trám và gia cố xi măng. Khi thả cột ống chống, nhất thiết phải tính toán và ghi chép các loại ống, chiều dài, mác thép, chiều dầy và các thiết bị công nghệ kèm theo. Ống chống được nối với nhau bằng ren hoặc bằng cách hàn. Trong mọi trường hợp ống chống trước khi thả vào giếng khoan cần phải kiểm tra như đo chiều dài, chiều dầy thành ống và đường kính chuẩn của ống, lau chùi và bôi mỡ theo qui định vào ren các đầu nối của ống chống. Khi nối các ống chống với nhau bằng ren phải bôi mỡ theo qui định để đảm bảo độ kín của đầu ren nối. Đầu nối ống chống cần được vặn chặt bằng các thiết bị chuyên dụng và có các dụng cụ kiểm tra mô men xoắn. Giá trị mô men xoắn được xác định theo qui định của các nhà sản xuất, giá trị này phụ thuộc vào đường kính, chiều dầy thành ống, mác thép, loại ren, cũng nhứ nhiệt độ khu vực làm việc.(xem bảng 4.3) Bảng 4.3.Mômen vặn của ống nối ren theo tiêu chuẩn API Đường kính - bề dày ống, mm J55 K55 C75 N80 C95 P110 114,3-6,36 208 230 290 310 350 410 127-7,52 300 400 425 480 565 139,7-9,17 545 580 660 770 139,7-10,54 640 680 770 900 168,3-8,94 500 610 650 745 865 168,3-10,59 750 790 900 1060 177,8-10,36 540 660 700 800 940 177.8-10.36 760 805 925 1075 193.7-9.52 730 775 890 1040 193.7-10.92 860 900 1045 1220 219.1-10.16 10 875 930 1055 219.1-11.43 1000 1055 1225 1430 244.5-8.94 217 266 285 328 383 244.5-10.03 249 308 328 377 439 244.5-11.05 1050 1115 1280 1495 244.5-11.99 1150 1225 1410 1640 339,7-10,92 855 339,7-12,19 970 339-13,06 1320 1410 1630 508,0-11,13 1290 508,0-12,7 1505 508,0-16,13 1970 Để phòng ngừa khả năng phần dưới cột ống chống trung gian có thể bị tháo trái, trong quá trình thả cần thiết phải gia cố bằng cách hàn điện theo điểm tại các đầu nối từ 4 đến 6 ống dưới cùng ( tính từ chân đế ống chống ). Khi thả ống chống cùng với thiết bị van ngược, để đảm bảo ống chống không bị biến dạng và cản trở trong quá trình thả, phải thường xuyên rót dung dịch khoan vào trong cột ống chống. Trong thời gian rót dung dịch phải thường xuyên dạo cả cột ống chống từ 3-5 phút với chiều cao dạo từ 3-5m. Bơm rửa giếng cần được tiến hành trong trường hợp thả cột ống chống nếu thấy có xuất hiện các hiện tượng phức tạp như vướng, mút cột ống, xâm nhập khí vào dung dịch khoan… trong trường hợp này cần thiết phải bơm rửa giếng cho đến khi hoàn toàn loại bỏ được những phức tạp, lưu lượng của máy bơm cần đảm bảo sao cho vận tốc dòng chảy của dung dịch khoan bên ngoài cột ống chống bằng vận tốc dòng chảy khi khoan bình thường ở khoảng khoan này Nếu trong quá trình thả cột ống chống có xuất hiện hiện tượng vướng thì phải tiến hành dạo cột ống theo định kỳ. Khi phục hồi tuần hoàn dung dịch phải bắt đầu với lưu lượng nhỏ nhất của máy bơm dung dịch hoặc của máy bơm trám xi măng và tăng dần đến giá trị theo yêu cầu cho trước. Khi thả cột ống chống phải giám sát thường xuyên lượng dung dịch khoan chảy ra từ miệng giếng. Trong trường hợp có dấu hiệu mất dung dịch và giảm mực dung dịch trong không gian vành xuyến bên ngoài cột ống đang thả thì phải liên tục rót bổ sung vào giếng đúng với lượng dung dịch đã bị mất. Nếu thả cột ống chống có hiện tượng mút và vướng mặc dù đã bơm rửa mà vẫn không khắc phục được thì phải kéo toàn bộ cột ống chống lên để doa và thông lại thân giếng. Sau khi thả cột ống chống đến chiều sâu thiết kế, sẽ tiến hành bơm rửa giếng cho đến khi đảm bảo được sự cân bằng các thông số lưu biến và nhiệt độ của dung dịch. Xác định chiều dài cuối cùng của cột ống chống và thực hiện các công việc chuẩn bị bơm trám xi măng cho cột ống. 4.2.Các phương pháp thả cột ống chống 4.2.1 Phương pháp thả cột ống chống một lần Thả một lần được hiểu là cột ống chống được thả một lần xuống đến chiều sâu thiết kế và gia cố toàn bộ thân giếng khoan từ đáy lên đến miệng giếng. 4.2.2 Phương pháp thả cột ống theo từng đoạn Phương pháp thả cột ống theo từng đoạn được hiểu là trong trường hợp thân giếng phải gia cố theo từng phân riêng biệt bằng từng đoạn ống chống,từng đoạn ống chống này được nối với nhau sau khi hoàn tất công việc bơm trám xi măng của từng đoạn. 4.2.3.Phương pháp thả cột ống chống lửng Phương pháp thả cột ống chống lửng được hiểu là cột ống chống chỉ gia cố một phần thân giếng trong khoảng khoan đã cho trước mà không nối ống chống lên tới miệng giếng. 4.3. Chế độ thả ống chống Nối và thả cột ống chống là giai đoạn quan trọng trong quá trình gia cố giếng khoan. Các điều kiện địa chất phức tạp, chiều sâu lớn, khe hở vành xuyến nhỏ đã đặt ra các yêu cầu hết sức khó khăn cho việc tổ chức quy trình gia cố giếng khi bắt buộc phải hoàn thành trong một thời gian quy định. Nói chung quy trình được xem xét bao gồm các công việc: lắp ráp và nối ống vào cột ông chống, lắp ráp các phụ kiện vào cột ống và phụ kiện sau cột ống, thả cột ống với chiều dài 1 ống đơn, rót dung dịch vào cột ống chống theo chu kỳ và bơm rửa giếng khoan. Chế độ thả cột ống chống được hiểu là lắp ráp, nối ống vào cột ống chống, thả cột ống chống vào giếng với chiều dài một ống đơn, rót dung dịch khoan vào cột ống và bơm rửa thân giếng. Khi thả cột ống chống với van ngược cho phép bảo đảm tự điều chỉnh mực dung dịch trong ống chống, cần phải kiểm tra một cách hệ thống trên cơ sở thế chỗ theo thể tích dung dịch bị đẩy ra ở miệng giếng và tải trọng trên đồng hồ đo tải khi thả cột ống chống. Khi sử dụng các van ngược không có chức năng bảo đảm tự điều chỉnh mực dung dịch trong ống chống thì cần thiết phải thường xuyên rót dung dịch vào cột ống chống theo quy định, tức là cứ sau khi thả một số ống đơn thì dừng lại để đo dung dịch. Các giải pháp thiết kế cần phải bảo đảm thả được cột ống chống xuống khoảng thân giếng cho trước mà không để xảy ra phức tạp, chuẩn bị cột ống chống và khoảng không gian sau ống chống phải đáp ứng cho được công việc bơm trám xi măng và thỏa mãn những yêu cầu kỹ thuật - công nghệ và các hướng dẫn quy định về thời gian thực hiện các công đoạn riêng biệt. Để đảm bảo được các yêu cầu này cần phải thực hiện các giới hạn tương ứng sau: - Đối với những giới hạn áp suất P trong hệ tuận hoàn của giếng phải bảo đảm không có phá vỡ vỉa, mất dung dịch và dầu khí phun trong khi thả cột ống chống và bơm rửa giếng. - Đối với giới hạn ứng suất căng trong thân ống chống, đầu nối ống chống, các bộ phận của hệ thống nâng của giàn khoan phải thỏa mãn: τj <= [ τj ] ,ở đây τj – là ứng suất căng thiết kế trong mỗi bộ phận thứ j của cột ông chống và thiết bị. - Đối với các bộ phận cột ống và phụ kiện công nghệ sau cột ống bị hỏng hóc không cho phép thả vào giếng khoan. Đúng vậy, thực tế khai thác các thiết bị và quy trình khoan giếng cho phép lưu ý đến những yêu cầu này dưới dạng những giới hạn đối với những vận tốc thả cột ống chống, vận tốc quay tang tời và các bộ phận khác của hệ thống nâng, giảm tải của đồng hồ đo tải trọng, cường độ phanh. Thời gian lắp ráp và thả cột ống T được tính toán bằng số ống và định mức thời gian: T = ∑njtj , j= 1-3 (4.1) Trong đó: nj –số lượng ống chống trong mỗi khoảng chiều sâu thứ j Nếu lấy giá trị trung bình chiều dài của một ống là 10m thì nj = Lcj/10 Định mức thời gian tj cho việc lắp, nối và thả cột ống chống với chiều dài một ống đơn phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện kỹ thuật – công nghệ hiện có, điều kiện môi trường làm việc và trình độ tay nghề của đội khoan cho từng vùng và khu vục. Giá trị này phải được thống kê chi tiết các số liệu thực tế của mỏ hoặc của vùng và phải được phê duyệt của cơ quan có chức năng. Trong tính toán có thể tham khảo định mức thời gian tj cho trường hợp loại ống được nối bằng ren và ống được nối bằng cách hàn trình bày trong (bảng 4.4) Bảng 4.4.Định mức thời gian cho việc lắp, nối và thả cột ống chống (phút) Loại đầu nối Đường kính ống mm Chiều sâu m Khoảng chiều sâu m 0-2500 2501-4000 >4000 Bằng ren 114-168 5 6 7 178-219 6 7 8 245-377 9 10 11 407-508 14 Bằng hàn 146 9 10 11 219 12 13 14 245 14 15 16 273 15 16 299 17 18 Vận tốc thả cột ống chống là một giới hạn công nghệ cơ bản bắt buộc, khi cột ống dịch chuyển trong giếng, chính là nguyên nhân làm mất trạng thái cân bằng của thân giếng, có thể là những nguồn gốc sâu xa tạo nên tắc nghẽn và bịt kín khoảng không gian sau ống chống, cũng như là nguyên nhân sâu xa vướng kẹt của cột ống vào thành giếng và phải dừng quy trình thả. Đồng thời với sự tăng trưởng đường kính ống chống thì cần phải giảm vận tốc thả. Vận tốc quay giới hạn của tang tời là một bằng chứng kỹ thuật giới hạn vận tốc thả cột ống chống. Khi thả cột ống chống với phanh hãm thủy lực n0 <= 200 v/ph, không có phanh hãm thủy lực n0 <= 400 v/ph. Thật vậy, các số liệu từ kinh nghiệm thực tế, có thể xác định ranh giới trên của vận tốc thả trung bình của các cột ống chống theo các giá trị ut (m/s) sau: - Đối với cột ống chống định hướng: 0,5 - Đối với cột ống chống trung gian: 0,8 - Đối với cột ống chống khai thác: 1,0 Thật vậy, các vận tốc thả này phải đảm bảo thỏa mãn được các giới hạn kỹ thuật – công nghệ đã nêu và giới hạn chuẩn không cho phép làm hỏng hóc các bộ phận phụ kiện sau cột ống. 4.4. Lựa chọn phương pháp thử độ kín ống chống Tất cả các cột ống chống định hướng và trung gian đều được lắp đặt trên phần miệng của chúng các thiết bị miệng giếng và chống phun trào, cũng như cột ống chống khai thác sau khi bơm trám xi măng hoặc là đặt cầu xi măng để ngăn cách các đối tượng khai thác, sau khi kết thúc thời gian đông cứng của vữa xi măng cần thiết phải thử độ kín và chất lượng bơm trám xi măng. Tất cả các thông số tính toán (áp suất ép thử, chiều sâu hạ mực chất lỏng trong ống chống và các thông số khác) được tính toán phù hợp với trạng thái thực tế của giếng ở thời điểm tiến hành thử. Thử độ kín và độ bền của các cột ống chống đã bơm trám xi măng được kiểm tra bằng cách tạo áp suất dư trong và áp suất dư ngoài khi ép ống chống hoặc hạ mực chất lỏng trong ống chống. Đối với các cột ống chống định hướng và trung gian thường chỉ được thử độ kín bằng cách tạo áp suất thủy lực dư trong, còn ống chống khai thác được kiểm tra theo 2 phương pháp, đó là cách tạo áp suất thủy lực dư trong, ngoài ra còn phải thử thêm bằng cách hạ mực chất lỏng trong ống chống. Đây là phương pháp thử độ kín được tạo bởi áp suất dư ngoài (áp suất bóp méo ống) để đảm bảo tin tưởng độ kín của cột ống chống khai thác nhất là khai thác vào các giai đoạn cuối của giếng, phương pháp này chỉ được thực hiện trong trường hợp khi thử vỉa và ở thời điểm bắt đầu khai thác ở miệng giếng dự kiến không tồn tại áp suất dư, cũng như ở tất cả các giếng thăm dò. Khi thử độ kín cột ống chống bằng cách ép thử thì áp suất trong pep cần thiết phải lớn hơn áp suất trong lớn nhất ptm mà cột ống phải chịu trong quá trình xây dựng và khai thác giếng một gia trị bằng Δpt mà giá trị này có thể xác định theo đại lượng ptm, được trình bày trong (bảng 4.5). Bảng 4.5.Chênh áp Δpt cần thiết giữa áp suất pep và áp suất ptm ptm ,MPa 15 15,1-20 20,1-30 30,1-40 40,1-50 >50 Δpt ,MPa 1,5 2 2,5 3 4 5 Trong tất cả các trường hợp khi thử cột ống chống áp suất dư trong pep cần thiết không được nhỏ hơn những giá trị được trình bày trong (bảng4.6). Bảng 4.6.Giá trị gới hạn nhỏ nhất của áp suất pep Doc ,mm 377-508 273-351 219-245 178-194 168-146 114-127 pep,MPa 6,5 7,5 9,0 9,5 11,5 15 Các cột ống chống định hướng và trung gian được thử độ kín trước khi khoan phá cốc xi măng trong ống. Để kiểm tra độ kín vành đá xi măng, sau khi khoan phá cốc xi măng và khoan sâu xuống dưới chân đế của ống chống 1-2 m thì phải tiến hành ép thử lần nữa. Để phòng ngừa phá vỡ thủy lực đất đá ở khoảng đặt chân đế ống chống, áp suất khi ép thử độ kín vành đá xi măng được xác định từ biểu thức: pepm = 1,05ptl -0,000001ρL Trong đó: Pepm- Áp suất ép thử ở miệng giếng Ptl- Áp suất lớn nhất trong giếng ở chân đế ống chống ( ở chiều sâu L) trong trường hợp suất hiện dầu khí phun, MPa ρ- Tỷ trọng chất lỏng trong giếng khi tiến hành ép thử, kg/m3. Ở trong mọi trường hợp giá trị áp suất ép thử không được lớn hơn giá trị được xác định từ biểu thức: Pepm = 0,95.pvvL – 0,000001ρL Trong đó: PvvL- Áp suất ở vùng chân đế cột ống chống mà với giá trị này có thể xảy ra phá vỡ vỉa hoặc mất dung dịch. Trong tất cả các trường hợp, khi chân đế cột ống chống vì các nguyên nhân kỹ thuật phải thả vào vùng có độ thẩm thấu hay độ rỗng lớn thì công việc thử độ kín vành đá xi măng không thực hiện. 4.4.1. Thử độ kín ống chống bằng phương pháp ép. Khi thử độ kín cột ống chống bằng phương pháp ép, áp suất trong cột ống Pepz tại chiều sâu z cần phải tạo nên một giá trị mà giá trị đó phải lớn hơn giá trị áp suất trong lớn nhất Ptz xuất hiện trong quá trình khoan, thử vỉa, khai thác và sửa chữa giếng mà cột ống phải chịu nhưng không được nhỏ hơn 110% giá trị của Ptz. Pepz = 1,1Ptz Với 0 <= z <= L Áp suất ép thử nhỏ nhất ở miệng giếng khi thử độ kín ống chống ở chiều sâu z được xác định theo biểu thức: Khi z = 0, áp suất ép thử nhỏ nhất cần thiết ở miệng giếng được lấy theo giá trị lớn nhất tính toán từ các biểu thức sau: Pepm = 1,1ptm Pepm = pep (giá trị này trình bày trong bảng 4.6) Cột ống chống được xem là đảm bảo độ kín khi thử bằng phương pháp ép cột ống phải giữ được áp suất trong thời gian 30 phút mà giá trị áp suất ép ở miệng giếng Pepm không bị giảm hoặc có giảm nhưng không lớn hơn 0,5 MPa với áp suất ép Pepm > 7,0 MPa và không lớn hơn 0,3 MPa nếu áp suất ép Pepm < 7,0 MPa. Đối với giếng sâu và rất sâu, việc thực hiện thử độ kín cột ống trong môi trường địa chất hết sức phức tạp với vùng áp suất dị thường cao khi áp suất ép ở miệng giếng 40 MPa và > thì được phép sử dụng các tiêu chuẩn sau đây: Cột ống chống được gọi là kín nếu: - Khi ép ở miệng giếng với áp suất nhỏ hơn hoặc gần bằng giá trị 50 MPa trong 30 phút mà áp suất ép bị giảm không lớn hơn 1,5 MPa và sau đấy không có hiện tượng giảm áp suất nữa. - Khi ép ở miệng giếng với áp suất lớn hơn giá trị 50 MPa trong 30 phút mà áp suất ép bị giảm không lớn hơn 2,5 MPa và sau đấy không có hiện tượng giảm áp suất nữa. Khảo sát hiện tượng thay đổi áp suất được bắt đầu sau 5 phút kể từ thời điểm áp suất ép ở miệng đã đạt đến giá trị cần thiết. Trong trường hợp giá trị giảm áp suất vượt quá giới hạn quy định thì cần phải thực hiện các giải pháp để nâng cao độ kín của ống chống, sau đấy việc thực hiện ép thử độ kín cột ống chống được thực hiện lặp lại lần nữa. 4.4.2. Thử độ kín cột ống chống bằng phương pháp hạ mực chất lỏng trong giếng. Phương pháp thử này thường được thực hiện cho các cột ống chống khai thác sau khi đã thử độ kín cột ống chống bắng phương pháp ép thử. Khi thử độ kín cột ống chống bằng phương pháp hạ mực chất lỏng trong giếng cần phải tuân thủ: Mực chất lỏng phải được hạ xuống chiều sâu mà giá trị này không được nhỏ hơn các giá trị tương ứng được trình bày trong (bảng 4.7) Chiều sâu đáy giếng m <500 500 ÷ 1000 1000 ÷ 1500 1500 ÷ 2000 >2000 Hạ mực chất lỏng không nhỏ hơn m 400 500 650 800 1000 - Mực chất lỏng hạ xuống 40-50 m thấp hơn mức mà tại giá trị này dự kiến gọi dòng, thử vỉa hoặc khai thác. Trong tất cả các trường hợp hạ mực chất lỏng trong giếng không được lớn hơn chiều sâu mà tại giá trị này áp suất thủy tĩnh trong giếng tạo nên áp suất dư ngoài lớn hơn giá trị giới hạn áp suất bóp méo cho phép của cột ống chống. Mực chất lỏng trong giếng được phép hạ xuống đơn giản nhất là bằng cách thả cột ống bịt kín phía dưới vào giếng để đẩy chất lỏng trong giếng ra đúng bằng thể tích của cột ống và thể tích này được tính toán và xác định trước theo yêu cầu công nghệ. Trường hợp khi trong cột ống chống có dung dịch khoan với tỷ trọng γdd > 1,4 g/cm3, thử độ kín của cột ống bằng phương pháp hạ mực chất lỏng có thể thực hiện bằng cách thay dung dịch khoan bằng một chất lỏng có tỷ trọng nhỏ hơn. Khi thử độ kín cột ống chống bằng phương pháp hạ mực chất lỏng được xem là kín nếu sau 8h mà mực chất lỏng trong giếng dâng lên không lớn hơn giá trị trình bày trong (bảng 4.8) Bảng 4.8.Giá trị cho phép dâng mực chất lỏng trong giếng Hạ mực chất lỏng ở chiều sâu,m Mực chất lỏng trong giếng dâng lên(m) sau 8h tương ứng với đường kính ống chống,mm 114-219 >219 < 400 0,8 0,5 400-600 1,1 0,8 600-800 1,4 1,1 800-1000 1,7 1,3 Đo mực chất lỏng trong giếng được thực hiện lần đầu tiên sau 3h tính từ thời điểm đã hạ mực chất lỏng xuống đến chiều sâu tính toán, lần thừ 2 và thứ 3 sau 2h tính từ thời điểm đo lần trước đó. Trong trường hợp nếu mực chất lỏng trong giếng sau 8h dâng lên giá trị lớn hơn các giá trị trong (bảng 4.8) thì phải thực hiện đo lặp lại trong thời gian kéo dài thêm 8h. Nếu mực chất lỏng trong giếng khoan vẫn tiếp tục dâng lên và lớn hơn quy định thì cột ống chống được xem là không kín và cần thiết phải thực hiện các giải pháp công nghệ để loại bỏ vấn đề. KẾT LUẬN Tính toán và lựa chọn ống chống rất quan trọng trong khâu hoàn thiện giếng. Dựa trên hai bài toán cụ thể việc tính toán đã không tính đến một số yếu tố trên thực tế do điều kiện và khả năng có hạn.Tuy nhiên nó giúp em có cái nhìn tổng quát trong khâu hoàn thiện giếng bằng việc tính toán và lựa chọn ống chống. Do sự hạn chế về tài liệu kỹ thuật, kinh nghiệm thực tế nên bản đố án không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ bảo góp ý, bổ sung của các thầy, các cán bộ chuyên môn, các bạn đồng nghiệp để bản đồ án này không chỉ là công trình khoa học của một sinh viên chuẩn bị ra trường còn nhiều non nớt về kinh nghiệm, mà nó sẽ có tính hiện thực hơn, có thể được áp dụng vào thực tế sản xuất Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Lê Đức Vinh và các thầy cô trong Khoa dầu khí, Bộ môn Thiết bị dầu khí cùng các bạn trong lớp đã giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này.