Tính toán và lựa chọn ống chống cho giếng khai thác dầu tại xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro

– tỷ trọng dung dịch lớn nhất khi khoan các khoảng riêng biệt a - hệ số dự phòng (chiều sâu giếng <= 1200m, a = 1,10-1,15; chiều sâu giếng lớn hơn 1200m, a = 1,05-1,10) Δαmdd min - gradient áp suất mất dung dịch nhỏ nhất trong khoảng xác định (MPa/m) Δαmax - gradient áp suất vỉa (lỗ hổng) lớn nhất trong khoảng xác định (MPa/m) Nói một cách khác, tỷ trọng dung dịch khoan luôn luôn phải nhở hơn giá trị gradient áp suất phá vỡ vỉa và lớn hơn gradient áp suất vỉa với giá trị: 10-15% đối với các giếng có chiều sâu không lớn hơn 1200m (0-1200m), nhưng không lớn hơn 1,5MPa. 5-10% đối với các giếng có chiều sâu không lớn hơn 2500m (1200-2500m), nhưng không lớn hơn 2,500 MPa 4-7% đối với các giếng có chiều sâu lớn hơn 2500m (khoảng từ 2500m đến chiều sâu thiết kế), nhưng không lớn hơn 3,5MPa Giá trị sai số cho phép của tỷ trọng dung dịch trong hệ thống tuần hoàn, nằm trong khoảng + - 0,02 g/cm3 so với giá trị tính toán thiết kế. 1.1.2.Tính toán và lựa chọn đường kính các cột ống chống Đường kính các cột ống chống và choòng 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 choòng khoan được bắt đầu từ đoạn thân giếng trần. Đường kính các cột ống khai thác phụ thuộc vào phương pháp hoàn thiện giếng, điều kiện khai thác và yêu cầu của phía đặt hàng cho công tác khoan. Đối với điều này cần tính toán đến thể loại sản phẩm, sản lượng mong muốn, áp suất vỉa, các giải pháp thực hiện công việc nghiên cứu địa vật lý giếng khoan, sửa chữa 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 choòng khoan có thể tính toán theo công thức sau: D choong = (1,0447 + 0,00022 Doc) Ddn (1.9) Trong đó: D choong – Đường kính choòng (mm) Doc – Đường kính ống chống (mm) Ddn – Đường kính đầu nối ống chống (mm) Sau khi tính toán đường kính choòng khoan cho ống khai thác sẽ tính toán tiếp các cột ống chống khác và đường kính choòng khoan tương ứng. Bảng 1.1.Đường kính ống chống và khe hở nhỏ nhất Đường kính ống chống ngoài, mm 89 ÷ 127 140 ÷ 159 168 ÷ 194 219 ÷ 245 273 ÷ 351 376 ÷ 508 Khe ở nhỏ nhất của vành xuyên, mm 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 kính 114, 127, 140, 168, 178, 194 mm; hạn hữu có trường hợp sử dụng ống đường kính 245 mm, 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 choòng khoan và cột ống chống đã thả và choòng khoan để khoan khoảng tiếp theo không được nhỏ hơn 2 ÷ 5 mm tính đến ở các phía. Khe hở không gian vành xuyến được lựa chọn phụ thuộc điều kiện chiều dài của khoảng khoan tính từ chân đế ống trước, mức độ hoàn thiện công nghệ thi công khoan, trình độ hiểu biết của đội khoan và các yếu tố phụ khác. Bảng .1.2: Đường kính chuẩn của choòng khoan và ống chống tương ứng Đường kính choong khoan, mm Đường kính ống chống tiêu chuẩn API, mm Đường kính ống chống tiêu chuẩn GOST, mm 914,4 762 720 660,4 508 490 426 444,5 340 393,7 324 311,1 244,5 295,7 244,5 215,9 177,8 193,7 165,1 140 152,4 120,7 101,6 89 Phương pháp tính toán đường kính ống chống và choòng khoan cho các khoảng khoan phù hợp với cấu trúc giếng như sau: - Đường kính choòng khoan được lựa chọn theo công thức sau: Dc = Ddnoc + Δ (1.10) Trong đó: Dc – Đường kính choòng khoan (mm) Ddnoc – Đường kính đầu nối ống chống (mm) Δ – Khe hở giữa mặt ngoài đầu nối ống chống và thành giếng khoan và bằng 20 ÷ 25 mm - Đường kính trong và ngoài của ống chống xác định theo công thức: Dtr oc = Dc + 6 ÷ 8 mm (1.11) Dng oc = Dtr oc + 2 £ (1.12) Trong đó: Dtr oc – Đường kính trong ống chống xít (mm) Dng oc – Đường kính ngoài ống chống đang xem xét ( mm) £ - Chiều dày của thành ống chống đang xem xét. (mm) 1.2. Lựa chọn chiều cao dâng vữa xi măng và cấu trúc đáy giếng 1.2.1. Tính toán và lựa chọn chiều cao dâng vữa xi măng Chiều cao dâng vữa xi măng trong khoảng không gian vành xuyến được tính toán trên cơ sở của các qui phạm đang có hiệu lực và các tài liệu hướng dẫn. Chiều cao dâng vữa xi măng được xác định từ những điều kiện địa chất đặc biệt của vùng mỏ, có thể sơ lược như sau: Đối với cột ống chống định hướng. Trong mọi trường hợp chiều cao dâng vữa xi măng bắt buộc phải đến miệng giếng (miệng ống định hướng) Cột ống chống trung gian. - Đối với các giếng dầu chiều sâu cần thiết kế nhỏ hơn 3000m thì chiều cao dâng vữa xi măng ở khoảng không gian vành xuyến bên ngoài cột ống chống không nhỏ hơn 500m so với chân đế ống chống. - Đối với các giếng khí, giếng khoan thăm dò và giếng khoan dầu chiều sâu thiết kế lớn hơn 3000m, nếu điều kiện địa chất không có biểu hiện phức tạp như áp suất dị thường cao…và có khả năng đảm bảo được chất lượng bơm trám, cũng như độ kín của cột ống thì chiều cao dâng vữa xi măng ở khoảng không gian vành xuyến bên ngoài cột ống chống không nhỏ hơn 200m tính từ chân để ống chống trước. Trong trường hợp, điều kiện địa chất có biểu hiện phức tạp không có, khả năng bảo đảm được chất lượng gia cố và gia kín độ kín của cột ống chống để thực hiện khoan các khoảng khoan tiếp theo thì chiều cao dâng vữa xi măng bắt buộc phải dâng lên đến miệng giếng. Cột ống chống khai thác - Đối với các giếng dầu, chiều cao dâng vữa xi măng ở khoảng không gian vành xuyến bên ngoài cột ống chống khai thác nhỏ hơn 100m tính từ chân đế ống chống trước. Điều này có thể áp dụng cho các giếng khí và các giếng thăm dò với điều kiện giếng này cần áp dụng các giải pháp kỹ thuật đảm bảo độ kín của đầu nối cột ống; các trường hợp còn lại, chiều cao dâng vữa xi măng bắt buộc phải lên đến miệng giếng. 1.2.2.Cấu trúc đáy giếng. Các yếu tố cơ bản để thiết kế cấu trúc đáy giếng gồm: Phương pháp khai thác đối tượng Tính chất thấm chứa của vỉa sản phẩm Tính chất cơ lý của vỉa sản phẩm Vị trí của vỉa sản phẩm Khái niệm về cấu trúc đáy giếng được hiểu là sự tương quan giữa các thành phần gia cố giếng trong các khoảng của đối tượng khai thác mà ở đó đảm bảo sự bền vững cho thân giếng ngăn cách được: chất lỏng chứa trong vỉa sản phẩm; thực hiện các tác động kỹ thuật và công nghệ lên vỉa; công việc sửa chữa và cách ly cũng như kéo dài tuổi thọ khai thác giếng với lưu lượng tối ưu. Sản phẩm được gia cố bằng cột ống chống (có thể chống ống lửng) trám xi măng, sau đó bắn đục lỗ thông vữa bằng đạn. Hình 1.2.1: Cấu trúc đáy giếng Hình g là cấu trúc đáy giếng đặt ống lọc đáy nhằm ngăn ngừa sự xâm nhập của cát vào giếng Hình a,b,c cấu trúc đáy giếng thân trần. Hình d,e là cáu trúc đáy giếng dạng hỗn hợp Hình f là cấu trúc đáy giếng kín.hình h là vùng cận đáy giếng được gia cố bằng vật liệu thấm. Giới hạn thay đổi độ thấm chứa của đất đá trong vỉa sản phẩm không được nằm ngoài ranh giới của một trong sáu nhóm sau đây: K>1 K= 0,5 ÷ 1 K = 0,1 ÷ 0,5 K= 0,05 ÷ 0,1 K= 0,01 ÷ 0,05 K = 0,001 ÷ 0,05 Vỉa sản phẩm được hiểu là không đồng nhất nếu như độ thấm chứa của vỉa sản phẩm thay đổi; chứa nhiều loại chất lỏng như: nước vỉa, mũ khí hoặc hỗn hợp dầu nước và áp suất vỉa khác nhau; hoặc các giá trị K của đất đá trong các vùng khác nhau và vượt quá giới hạn thay đổi thấm chứa. Đối với các tính chất khác của đất đá, khi khai thác giếng được bảo tồn và không bị phá hủy dưới tác động thẩm thấu và tải nén địa tầng tĩnh. Độ ổn định của đất đá vùng cận đáy giếng khi khai thác được đánh giá bằng mối tương quan : £b < £ b £ b là giới hạn bền của đất đá vỉa sản phẩm khi khai thác bằng các phương pháp khác nhau (chất lỏng được lấy ra từ vỉa, bơm vào vỉa hoặc thiếu sự hơn chuyển của chất lỏng) được tính toán từ thực nghiệm. Các tính toán phụ thuộc vào trọng lượng riêng của đất đá, áp suất vỉa và áp suất thủy tĩnh. Đất đá không bền vững là đất đá có tính chất gắn kết kém, một phần của vỉa đất đá này sẽ được mang lên bề mặt qua ống lọc theo thời gian trong quá trình khai thác vỉa sản phẩm. 1.3. Tính toán ống chống 1.3.1.Cơ sở và phương pháp tính toán ống chống Tính toán ống chống được thực hiện khi thiết kế giếng khoan với mục đích lựa chọn chiều dày thành ống, nhóm độ bền vật liệu ( mác thép ) ống chống: hệ số dự phòng ( hệ số an toàn ) độ bền. Khi tính toán cần tính đến các điều kiện phức tạp địa chất, công nghệ và điều kiện môi trường làm việc. Các điều kiện thiết yếu có thể trình bày như sau: Tính toán lựa chọn chiều dày thành ống £ và nhóm độ bền vật liệu (mác thép) Mt của ống chống khi đã biết đường kính ống Doc, chiều dài ống Loc, đã biết giá trị áp suất dư ngoài và áp suất dư trong. Hệ số dự phòng (an toàn) qui định thỏa mãn các điều kiện sau: đn >= (1.13) oc >= (1.14) Pkt >= Pđn (1.15) Poc >= Pdt (1.16) Trong đó: đn - Lực kéo cho phép mà tại giá trị này đầu nối ống chống bị biến dạng qt – Trọng lượng 1m chiều dài của đoạn ống chống có cùng chiều dày và mác thép lt – Chiều dài của đoạn ống chống có cùng chiều dày và mác thép oc - Là kéo cho phép mà tại giá trị này thân ống chống bị biến dạng Pkt - Giá trị áp suất tới hạn cho phép xác định theo áp xuất dư ngoài và phụ thuốc vào mác thép chiều dày thành ống. Pđn – Áp suất dư ngoài Pdt – Áp suất dư trong Poc – Áp suất dư trong cho phép mà tại giá trị này ống chống đạt tới giới hạn bền của vật liệu. n1 – hệ số dự phòng đối với áp suất dư ngoài nt – 1,125 ÷ 1,25 cho đoạn ống nằm trong ranh giới của vỉa sản phẩm (phụ thuộc vào tính ổng định của đất đá), các trường hợp khác nt = 1,125 n2 – hệ số dự phòng đối với áp suất dư trong tương ứng với giá trị giới hạn bền của vật liệu n2 = 1 Áp suất giới hạn cho phép được xác định theo công thức Sarkisov: Pbm = 1,1 Kmin c + (Ek20 p (1 + ) - ) Trong đó: D – Đường kính ngoài ống chống (mm) c – Giới hạn chảy của vật liệu (Mpa) E – mô đun đàn hồi bằng 2,1.105 (Mpa) E – hệ số ô van của ống 1.3.1.1.Các ứng suất tác dụng lên ống chống *Ứng lực kéo tác dụng bởi tải trong 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. Do trọng lượng bản thân ứng suất kéo phân bố đều trên cột ống chống như hình (1.3.1.1) Hình 1.3.1.1.Phân bố ứng suất kéo trên cột ống Ứng suất kéo tác dụng lên ống chống có những đặc điểm sau: - Ứng suất kéo có giá trị nhỏ nhất ở phân dưới cùng của cột ống chống và tăng theo chiều dài và đạt giá trị lớn nhất ở phần trên cùng. - Vì do ứng suât kéo phân bố đều lên cột ống chống nê tiết diện của cột ống chống nào nhỏ hơn thì có ứng suất lớn nhất và ngược lại tiết diện của ống chống nào lớn nhất sẽ có sẽ có ứng suất nhỏ nhất (căn cứ vào đặc điểm này để ta bố trí, chọn mác thép và tiết diện thép cho phù hợp) Ứng suất bóp méo ống chống. Ứng lực bóp méo ống chống là lực do các yếu tố bên ngoài tác dụng lên ống chống (áp suất vỉa hoặc sự thay đổi áp suất của cột chất lưu trong và ngoài ống chống) Hình1.3.1.2 : Ứng suất bóp méo tác động tác động lên ống chống Đặc điểm vỉa ứng lực này là: - Phụ thuộc vào trị số của áp suất vỉa - Phụ thuộc vào sự thay đổi áp suất của cột chất lưu trong và ngoài ống chống - Phụ thuộc vào cấu trúc địa chất của cột địa tầng giếng khoan Ứng lực gây nổ ống: Ứng lực gây nổ ống có thể xảy ra khi áp suất dư bên trong được tạo ra trong các trường hợp như: - Trong quá trình khoan có sử dụng dung dịch nặng mà khoảng khoan trước đó sử dụng dung dịch nhẹ. - Khi trám xi măng giếng khoan - Khi giếng khoan xảy ra hiện tượng phun toàn và thiết bị đối áp được đóng lại Hình 1.3.1.3 : Ứng suất gây nổ ống Ứng lực bóp méo ống và ứng lực gây nổ ống có liên quan chặt chẽ với nhau: - Nếu áp lực bên ngoài lớn hơn áp lực trong ống chống thì sinh ra ứng lực bóp méo cho phép thì ống chống sẽ bị phá hủy dễ bóp méo - Nếu áp lực bên ngoài nhỏ hơn áp lực bên trong thì sinh ra ứng lực gây nổ ống, nếu ứng lực này lớn hơn ứng lực gây nổ ống cho phép thì ống sẽ bị phá hủy do nổ ống. Do vậy, việc chọn ống phụ thuộc cốt yếu vào các lực nói ở trên Tính bền cột ống chống có nghĩa là tính chiều dài từng đoạn ống, bề dày thành ống, mác thép, đảm bảo độ bền của ống chống trong suốt quá trình làm việc của giếng khoan. Đồng thời đảm bảo giá thành hạ nhất cới sự tiêu hao vật liệu thép ống tối thiểu. 1.3.2. Phương pháp tính toán bền cột ống chống kỹ thuật. Phương pháp tính bền cột ống chống kỹ thuật phụ thuộc vào: Mục đích, điều kiện, chiều sâu thả ống. Thông thường cột ống trung gian được tính toán dựa vào tải trọng kéo cho phép. Tính áp suất bên ngoài gây bóp méo ống trung gian chỉ được áp dụng trong trường hợp giếng khoan gặp những vừng mất nước. Hay sau khi ống chống tiếp tục khoan bằng dung dịch có tỷ trọng nhỏ hơn dung dịch khoan trước đó (ngoài ống chống) Trong tính toán ta xem rằng lực kéo căng đạt giá trị cực đại trong quá trình trám xi măng cột ống chống. Lực kéo căng sinh ra do trọng lượng bản thân của cột chống ở trạng thái treo và lực phụ sinh ra trong thời điểm kết thúc bơm trám mút ximăng trên tì lên nút dưới tại vòng dừng. Tại một điểm nào đó ở chiều sâu z của ống, lực kéo căng có giá trị là Qz: Qz = Q + Qph Trong đó: Pth : Tổn thất áp suất do tuần hoàn dung dịch Pd: Áp suất dư sinh ra khi nút toán trên tì lên nút trám dưới tại vòng dừng. Dtv : Đường kính trong của ống chống tại chỗ đặt vòng dừng. Pth = 0,02 H + 16 (at) H: Là chiều sâu của ống chống m Pd = 15 ÷ 20 (ct) Để cột ống chống đảm bảo bền thì Q7 Qcf = n1: Hệ số an toàn khi kéo đứt Qcf: Là tải trọng kéo cho phép của ống chống. Pd: Tải trọng kéo cho phép của ống chống Ứng suất kéo có giá trị nhỏ nhất ở phần dưới cùng các cột ống và tăng dần theo chiều dài và đạt tới giá trị cực đại ở phần trên cùng. Do vậy nếu như cột ống chống được tạo thành bằng một loại mác thép thì bề dày của thành ống chống bao giờ cũng phải tăng dần từ dưới lên trên. Nếu như mác thép khác nhau thì chất lượng thép phải tăng dần từ dưới lên trên. Sơ đồ phân bố như hình vẽ: Sơ đồ phân bố ứng suất kéo của cột ống Hình 1.3.1.4 : Sơ đồ phân bố ứng suất kéo của cột ống Do vậy việc tính toán cột ống chống được bắt đầu từ dưới lên trên. Đối với cột ống này (trung gian) sau khi chống xong vẫn tiếp tục công tác khoan tiếp theo cho nên cột cần khoan sẽ quay và kéo thả thường xuyên trong cột ống này. Để tránh hiện tượng tháo ren, và mài mòn, ta lắp ở phần dưới cùng của cột ống chống một đoạn khoảng 50 ÷ 100m, có bề dày thành ống lớn nhất. Trọng lượng đoạn ống ấy có chiều dài là Qa: Qa = la . qa . Là trọng lượng 1m của đoạn ống Đoạn ống chống được lắp tiếp theo (ln) sẽ có bề dày thành ống nhỏ nhất. Chiều dài l1 sẽ có giới hạn bởi độ bền của nó. Ta có: l1.q1 + la.qa + Qph Qcf1 = Ta có l1 = (m) Trong đó: q1 – Trọng lượng 1m của đoạn ống l1 Cứ như vậy ta tính được chiều dài đoạn ống tiếp theo ở phía trên là l2 như sau: l2 = (m) ln = (m) Khi nào tính được tổng chiều dài các đoạn ống từ la + l1 + l2 + … bằng chiều dài của cột ống chống theo thiết kế thì kết thúc tại đó. Ta cũng có thể biểu diễn được trắc diện mặt cắt của cột ống chống bằng hình vẽ: Hình 1.3.1.5.Trắc diện cột ống theo tải trọng kéo Sau khi tính toán 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 áp suất 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: Pdt = (kg/cm2) Trong đó: Yna – Dung dịch nặng bên trong Ynh – Dụng dịch nhẹ bên ngoài Hx – Khoảng cách từ miệng ống đến đoạn kiểm tra (Tức là đoạn có bề dày thành bé nhất) Kiểm tra hệ số dữ liệu bền với áp suất dư trong: n3 = Pt – Áp suất tới hạn bên trong của ống (tra bảng) Pdt – 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. Px = 0,1 (Hx – h) (Ydx – Yd) + (0,02H + 16) Trong đó: Hx, h – chiều cao trám và chiều cao cột xi măng (m) Ydx, Yd – trọng lượng riêng dung dịch xi măng trám và dung dịch khoan, lúc này hệ số dự trữ bền là n3 = Chiều cao cho phép hạ mức chất lỏng ở bên trong ống được xác định (Ho): Ho = Nếu trong thời gian mở vỉa chúng ta khoan với dung dịch có trọng lượng tiêng nhỏ hơn dung dịch ngoài ống chống thì phải kiểm tra độ bền với áp suất bên ngoài ở đọan ống có bề dày thành bé nhất. Áp suất bên trong Pn được xác định như sau: Pn = Hệ số dự trữ bền bóp méo ống n2 = 1.3.3. 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 phun - 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 dầi: 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 lắy 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: 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; (1) n2 – là hệ số an toàn bóp méo ống. Trường hợp chất lỏng hạ xuống một phần : . Xuất phát từ công thức: Áp suất bên ngoài tại đáy ống chống : Hz= 0 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 : Từ đây ta có : (2) Cả hai trường hợp (1) và (2) trên chiều dài mỗi đoạn đều được tính: 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 : Trong đó : là lực kéo căng tới hạn của mối nối ren (hàn) của đoạn ống số 1 theo công thức Iakovlev : 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). Nếu n1 không thỏa mãn thì kiểm tra đoạn ống thứ hai tiếp theo l2 Phía trên : Phía dưới : 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. n3 : là hệ số an toàn nố ống(>= 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 2 : TÍNH BỀN CHO CÁC ỐNG CHỐNG CỦA GIẾNG DẦU 605 GIÀN 6 Giếng 605 giàn 6 có : Chiều sâu thả ống chống khai thác 3800m, đường kính 146mm Chiều sâu thả cột ống chống trung gian 2550m, đường kính 245mm ; ống 426mm,sâu1200m Chiều sâu thả ống chống định hướng 120m, đường kính 720mm HXM trám xi măng toàn bộ chiều cao cột ống Chiều cao cốc xi măng h = 20 m Trọng lượng riêng của dung dịch khoan Trọng lượng riêng của dung dịch xi măng trám Bề dày tầng sản phẩm b = 150m 2.1 Tính bền cho cột ống trung gian Phương pháp tính toán : Vì là ống trung gian nên ta lấy chiều dài đoạn dưới cùng 100m có bề dày để tránh sự cố đứt ống có thể xảy ra. Ta co Qa = q11.l11 =57,9 . 100 =5790 kg = 5,79 T Ứng suất kéo phụ phát sinh khi bơm trám xi măng là : Trong đó Pth = 0,02H+16 = 0,02 . 2550 +16 = 67 Pd = 15-20 dtv = 19,7 mm thay vào ta có : Ta thấy thép nhóm D (có ) và tính được chiều dài đoạn có bề dày theo công thức sau : Q7 = 1025 . 0,0381 = 39T Lần lượt tính chiều dài các đoạn có bề dày tăng dần như sau : Q8 =334 .0,0341 = 14,4 T Q9,5 = 420 . 0,0506 = 21,6T Xác định đoạn có bề dày là : Q11 = 375 . 0,0579 = 21,7 T Tính đoạn còn lại có bề dày như sau : Q12,5 = 326 . 0,0652 = 19,3 T Vậy Ta tổng hợp được bảng sau : Bảng 2.1 Thứ tự Bề dày Mác thép Chiều sâu thả thả,m Chiều dài Trọng lượng Trọng lượng ống mm từ đến m 1m ống ống (kg) tấn 1 12,5 D 0 296 296 62,5 19,3 2 11 D 296 671 375 57,9 21,7 3 9,5 D 671 1091 420 50,6 21,3 4 8 D 1091 1425 334 43,1 14,4 5 7 D 1425 2450 1025 38,1 39,0 6 11 D 2450 2550 100 57,9 5,79 121,6 Vì cột ống này được trám xi măng toàn bộ cho nên dể đảm bảo cho cột ống được an toàn khi áp suất troing đạt giá trị cực đại ở giai đoạn kết thúc bơm trám ,chúng ta cần kiểm tra cột ống theo hệ số an toàn làm nổ ống. Áp suất phát sinh lớn nhất được tính như sau : Hệ số an toàn gây nổ ống được tính theo công thức sau : Vậy vượt quá giá trị an toàn. ống cho phép làm việc tốt. n3 – là hệ số an toàn nổ ống (>= 1,4-1,5) n1 –là hệ số an toàn kéo đứt. Kết luận : cột ống đã cho đủ bền. 2.2 Tính bền cho cột ống chống khai thác. Phương pháp tính toán : 1.Tính cột ống theo áp suất bóp méo Chiều cao hạ mực chất lỏng trong giếng (ống chống) (Tính áp suất bóp méo đối với ống : ở bảng (1) với thép D ) 6 7 8 9 10 11 12 190 255 320 375 430 485 540 Tính chiều sâu cho phép hạ cột ống : theo công thức : (ở vùng không có chất lỏng) Hay ( ở vùng có chất lỏng) Nhưng đến chiều sâu 2533m thì bên trong ống có chất lỏng cho nên nếu thả ống có ( với là bề dày thành ống )thì chiều sâu thả cho phép sẽ là : Nhưng đến chiều sâu 3650m là bắt đầu vào tới vỉa sản phẩm nên hệ số an toàn lúc này phải lớn hơn n2 =1,3 vì thế ta tính : Có nghĩa là mác thép D chiều dày có thể hạ sâu 3650m Lấy Tổng hợp kết quả ở bảng (2.2) dưới đây : Thứ tự Bề dày Chiều sâu thả ,m Chiều dài Trọng lượng Trọng lượng ống thép D từ đến m 1m ,(kg) tấn 1 6 0 1242 1242 21,6 26,80 2 7 1242 1667 425 24,9 10,60 3 8 1667 2092 425 28,0 11,90 4 9 2092 2452 360 31,3 11,26 5 10 2452 3210 758 34,4 26,13 6 11 3210 3650 440 37,5 16,50 7 12 3650 3800 150 40,6 6,09 109,18 2.Tinh cột ống theo tải trọng kéo đứt . Tải trọng phụ sinh ra khi bơm trám : Pth =0,02.H + 16=0,02.3800 + 16 Pd = 15-20 ( nút trên tì ở vòng dừng) Vậy tải trọng thực tế tác dung lên ren nối của ống gần miệng giếng khoan là : (tấn) Tính hệ số dự trữ bền kéo gần miệng ống có được tính : Ở phía dưới của ống có là : (Q1 là trọng lượng của đoạn ống có ) Tương tự ta tính : (phía trên) (phía dưới) (phía trên) (phía dưới) Như vậy ống có có thể lắp vào cột ống từ đoạn thứ 4 trở lên. Ta bắt đầu tính : ở đây : Số m còn lại phải thay bằng bề dày lớn hơn là : 2092-147=1945m Số m còn lại phải thay bằng bề dày lớn hơn là: 1945-334=1611m Số m còn lại là: 1611-307=1304m Số m còn lại là: 1304-320=984m Bây giờ phải chuyển sang thép K có độ bền cao hơn thép D ta tính toán với: Số m còn lại là: 984-116=868m Số m còn lại là: 868-411=457m Số m còn lại là: 457-388=69m Bây giờ chuyển sang thép E có độ bền cao hơn thép K và , lúc đó ta có: Vạy ta chỉ lấy là đủ. Kết quả tính toán bền cột ống được tổng hợp lại ở bảng (4) Bảng tổng hợp tính bền cột ống Bảng 2.3 Thứ tự Mác thép Chiều sâu thả,m Chiều dài Trọng lượng Trọng lượng ống mm từ đến m 1m ống,kg ống,tấn 1 12 E 0 69 69 40,6 2,80 2 12 K 69 457 388 40,6 15,80 3 11 K 457 868 411 37,5 15,40 4 10 K 868 984 116 34,4 4,00 5 12 D 984 1304 320 40,6 13,00 6 11 D 1304 1611 307 37,5 11,50 7 10 D 1611 1945 334 34,4 11,50 8 9 D 1945 2452 507 31,3 15,90 9 10 D 1452 3210 758 34,4 26,13 10 11 D 3210 3650 440 37,5 16,50 11 11 D 3650 3800 150 40,6 6,09 138,62 Cột ống chống định hướng được chọn và lấy là loại thép PUE 110, đường kính 720mm Cột ống chống trung gian đường kính 426mm, thả đến chiều sâu 1200m được chọn và lấy loại thép PUE 110 CHƯƠNG 3 : PHƯƠNG PHÁP THẢ, CHẾ ĐỘ THẢ VÀ THỬ ĐỘ KÍN ỐNG CHỐNG 3.1 Lựa chọn các phương pháp thả ống chống 3.1.1 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 băng 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 3.1.1 Bảng 3.1.1 : Tỷ lệ đường kính và độ cứng của ống chống cần nặng ống chống Cần nặng Đường kính Độ cứng Đường kính Độ cứng Đường kính Độ cứng mm Nm mm mm 140 4580 324 27000 133 2980 168 3215 340 30700 146 4350 178 3820 351 347 178 9620 194 5480 377 203 16500 219 7650 407 44000 229 26900 245 10400 426 57000 254 40200 273 15000 508 64800 273 54000 299 20380 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 3.1.2 Đường kính ống chống,mm 140 146 168 194 219 245 Δα ,đô./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 ,đô./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 3.1.2 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 3.1.3) Bảng 3.1.3.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 .219.1-10.16 710 875 930 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. 3.2.Các phương pháp thả cột ống chống 3.2.1 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. 3.2.2 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. 3.2.3.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. 3.3. 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 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 3.3.1) Bảng 3.3.1.Định mức thời gian cho việc lắp, nối và thả cột ống chống (phút) Loại đầu nối Đường kính ống,mm 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 cách 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. 3.4. 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 khia 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 3.4.1). Bảng 3.4.1.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 (bảng 3.4.2).Bảng 3.4.2.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. 3.4.1. 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 3.4.2) 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. 3.4.2. 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 3.4.3) Bảng 3.4.3.Giá trị hạ mực chất lỏng trong giếng 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 trìn bày trong (bảng 3.4.4) Bảng 3.4.4.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 > 1000 2,0 1,5 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 3.4.4) 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 này. 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.Thực tế hơn là trong qui trình sửa chữa ông khai thác OKT để tối ưu hóa viêc sử dụng,vận hành thiết bị. Như vậy sau quá trình thực tập ,làm đồ án,được sự hướng dẫn tận tình của thầy Lê Đức Vinh,em đã hoàn thành bản đồ án này.Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô trong Khoa dầu khí,Bộ môn Thiết bị dầu khí và công trình cùng các bạn trong lớp đã giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này. Mục lục Mở đầu………………………………………………………………………1 Chương 1…………………………………………………………………….5 Lựa chọn cấu trúc giếng khoan……………………………………………....5 Chọn chiều sâu thả ống và đường kính các cột ống chống………………6 Tính toán và lựa chọn chiều sâu thả các cột ống chống………………7 Tính toán và lựa chọn đường kính các cột ống chống………………..12 Lựa chọn chiều cao dâng vữa xi măng và cấu trúc đáy giếng………….15 Tính toán và lựa chọn chiều cao dâng vữa xi măng…………………..15 Cấu trúc đáy giếng………………………………………………….16 Tính toán ống chống……………………………………………………18 Cơ sở và phương pháp tính toán ống chống………………………….18 Các ứng suất tác dụng lên ống chống………………………………19 Phương pháp tính bền cột ống chống kỹ thuật……………………..21 Phương pháp tính bền cột ống chống khai thác……………………28 Chương 2: Tính bền cho 2 loại cột ống chống……………………………28 2.1 Tính bền cho loai côt ống chống trung gian …………………………28 2.2 Tính bền cho cột ống chống khai thác……………………………..30 Chương 3: Qui trình sủa chữa cần ống khai thác HKT……………….35 3.1 Nội dung qui trình………………………………………………...35 3.1.1 Đóng số kiểm soát……………………………………………..36 3.1.2Kiểm tra bằng mắt thường………………………………………36 3.1.3 Đo bề dầy ống…………………………………………………..37 3.1.4 Kiểm tra coupling………………………………………………….38 3.1.5 Làm sạch trong……………………………………………………38 3.1.6 Làm sạch ngoài…………………………………………………..38 3.1.7 Thông lòng ống……………………………………………………..39 3.1.8 Kiểm tra khuyết tật………………………………………………..39 3.1.9 Kiểm tra ren………………………………………………………41 3.1.10 Sửa chữa ren…………………………………………………….42 3.1.11 Thử thủy lực…………………………………………………….43 3.1.12 Sơn phủ ,chụp nắp bảo vệ………………………………………45 3.1.13 Đóng gói…………………………………………………………45 Kết luận………………………………………………………………….46 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Đức Vinh, Bài giảng công nghệ khoan dầu khí. Lê Xuân Lân, Thu gom- Xử lý dầu-khí-nước. TSKH. Trần Xuân Đào, Thiết kế công nghệ khoan các giếng dầu và khí. Nguyễn Đức Vinh, Bài giảng công nghệ khai thác dầu khí.