Xem mẫu
- Lêi nãi ®Çu
Bµi gi¶ng “khoan dÇu khÝ” ®îc viÕt cho sinh viªn chuyªn nghµnh
“kü thuËt khoan dÇu khÝ” . Néi dung bµi gi¶ng ®Ò cËp mét c¸ch hÖ thèng c¸c
kiÕn thøc c¬ b¶n nhÊt tõ viÖc ph©n tÝch c¸c ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt, x©y dùng vµ
tÝnh to¸n cÊu tróc mét giÕng khoan dÇu khÝ ®Õn phÇn lùa chän dông cô, thiÕt
bÞ ®Ó thi c«ng. Bµi gi¶ng còng ®Ò cËp kh¸ ®Çy ®ñ c¸c phÇn tÝnh to¸n lùa chän
cÊu tróc bé khoan cô, kiÓm to¸n bÒn cét cÇn, tÝnh to¸n cÊu tróc cho c¸c cét
èng chèng, thiÕt kÕ chÕ ®é khoan, c«ng t¸c tr¸m xi m¨ng v.v...
Trong bµi gi¶ng ®· ®a vµo mét sè bµi tËp cã tÝnh øng dông ®Ó minh
ho¹ cho phÇn lý thuyÕt hy väng c¸c sinh viªn tËp lµm quen víi c«ng t¸c tÝnh
to¸n. M«n häc kü thuËt khoan dÇu khÝ chøa ®ùng nhiÒu vÊn ®Ò phøc t¹p liªn
quan ®Õn c¸c kiÕn thøc ®Þa chÊt, c¬ lý thuyÕt, søc bÒn vËt liÖu, c¬ khÝ, c¬ së
khoan, ph¸ huû, dung dÞch vµ v÷a tr¸m. ChÝnh v× vËy m«n häc nµy cÇn thiÕt
®uîc b¾t ®Çu sau khi sinh viªn ®· häc hÕt c¸c m«n liªn quan nãi trªn.
Trong qu¸ tr×nh häc m«n häc, sinh viªn cã phÇn thùc hiÖn viÕt mét ®å
¸n m«n häc vÒ thiÕt kÕ kü thuËt mét giÕng khoan th¨m dß vµ khai th¸c dÇu
khÝ.
Ngoµi môc tiªu trªn, bµi gi¶ng “Khoan dÇu khÝ” cßn ®îc dïng lµm tµi
liÖu tham kh¶o cho sinh viªn c¸c ngµnh thuéc lÜnh vùc dÇu khÝ.
Do thêi gian h¹n chÕ nªn néi dung cã thÓ cha cËp nhËt vµ h×nh thøc
tr×nh bµy cßn cã nh÷ng ®iÓm cha hîp lý mong nhËn ®îc sù ®ãng gãp cña
c¸c ®ång nghiÖp vµ c¸c nhµ chuyªn m«n. Xin ch©n thµnh c¶m ¬n!
T¸c gi¶ biªn so¹n
-1-
- më ®Çu
Trong ngµnh c«ng nghiÖp dÇu khÝ c«ng t¸c khoan giÕng lµ mét trong
nh÷ng kh©u rÊt quan träng kh«ng thÓ thiÕu, th«ng qua giÕng khoan ®Ó tiÕn
hµnh viÖc t×m kiÕm th¨m dß vµ khai th¸c s¶n phÈm vµ lµm nhiÒu c«ng t¸c
nghiªn cøu tiÕp theo.
GiÕng khoan ®îc xem lµ mét c«ng tr×nh h×nh trô ®îc thi c«ng trong
vá tr¸i ®Êt cã chiÒu s©u lín gÊp nhiÒu lÇn ®êng kÝnh cña nã.
§Ó t¹o thµnh giÕng khoan hiÖn nay hÇu nh chØ cßn ®îc thùc hiÖn
b»ng ph¬ng ph¸p khoan xoay cã röa. §Ó ph¸ huû ®Êt ®¸ t¹o thµnh lç khoan
ngêi ta sö dông choßng khoan. C¨n cø vµo ®Æc ®iÓm ph¸ huû cña choßng trªn
®¸y mµ th©n giÕng khoan ®îc t¹o thµnh b»ng 2 kiÓu sau:
- Khoan ph¸ toµn ®¸y: Toµn bé bÒ mÆt ®¸y ®îc ph¸ huû thµnh mïn
khoan vµ ®îc ®a lªn mÆt bëi dßng tuÇn hoµn (chñ yÕu lµ chÊt láng) ®îc
b¬m xuèng ®¸y tõ trªn mÆt.
- Khoan lÊy mÉu: ChØ mét phÇn ®Êt ®¸ ë thµnh lç khoan bÞ ph¸ huû
thµnh mïn theo h×nh vµnh kh¨n, cßn lâi ®¸ ë gi÷a ®îc lÊy lªn nguyªn d¹ng
(b»ng èng mÉu) gäi lµ mÉu lâi ®Ó nghiªn cøu cÊu tróc ®Þa chÊt, tÝnh chÊt c¬ lý
vµ thµnh phÇn th¹ch häc v.v...
C¨n cø vµo c«ng dông cña giÕng khoan trong c«ng nghiÖp dÇu khÝ
ngêi ta chia giÕng khoan thµnh 5 lo¹i chÝnh nh sau:
1, GiÕng khoang t×m kiÕn cÊu t¹o: §Ó nghiªn cøu kiÕn t¹o, ®Þa tÇng,
th¹ch häc còng nh ®é chøa s¶n phÈm cña mét tÇng nµo ®ã.
2, GÕng khoan chuÈn: §Ó nghiªn cøu ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt vµ ph¬ng
híng t×m kiÕm dÇu khÝ ë nh÷ng vïng cha ®îc nghiªn cøu kü.
3, GiÕng khoan th¨m dß: §Ó nghiªn cøu tÇng s¶n phÈm còng nh gi¸ trÞ
c«ng nghiÖp cña chóng. §Ó khoanh giíi h¹n tÇng dÇu, khÝ, níc ë c¸c vØa khai
th¸c.
4, GiÕng khoan khai th¸c: Dïng ®Ó lÊy s¶n phÈm dÇu khÝ lªn.
5. GiÕng b¬m Ðp: §îc dïng ®Ó b¬m níc, khÝ hoÆc kh«ng khÝ nh»m
duy tr× ¸p lùc vØa víi môc ®Ých kÐo dµi thêi gian khai th¸c tù phun.
-2-
- + C¸c ph¬ng ph¸p khoan trong khoan dÇu khÝ:
Tríc ®©y (kho¶ng cñaèi thÕ kû XIX) tån t¹i hai ph¬ng ph¸p khoan ®ã
lµ khoan ®Ëp (chñ yÕu lµ ®Ëp c¸p) vµ khoan xoay. ChiÒu s©u kû lôc cña
ph¬ng ph¸p khoan ®Ëp ®¹t ®îc n¨m 1918 t¹i bang Techzat Mü lµ 2250m.
Ph¬ng ph¸p khoan ®Ëp bªn c¹nh nh÷ng u ®iÓm còng béc lé nhiÒu h¹n chÕ
kh«ng thÓ kh¾c phôc ®îc, trong ®ã chñ yÕu bÞ h¹n chÕ bëi chiÒu s©u giÕng
khoan do cÊu tróc qu¸ phøc t¹p cho nªn ®· ph¶i nhêng chç cho ph¬ng ph¸p
khoan xoay cã röa. Ngµy nay do nh÷ng u viÖt vèn cã, ph¬ng ph¸p khoan
®Ëp vÉn ®îc sö dông ®Ó thi c«ng c¸c giÕng khoan khai th¸c níc, th¨m dß sa
kho¸ng hoÆc c¸c giÕng khoan phôc vô c«ng t¸c næ m×n. Ngay c¶ ë ViÖt Nam
®·, ®ang vµ sÏ cßn ®îc sö dông.
Nh ®· nãi ë trªn trong c«ng t¸c khoan c¸c giÕng khoan th¨m dß vµ
khai th¸c dÇu khÝ duy nhÊt chØ tån t¹i ph¬ng ph¸p khoan xoay.
Trong ph¬ng ph¸p khoan xoay, c¨n cø vµo vÞ trÝ ®Æt ®éng c¬ l¹i chia ra
2 lo¹i chÝnh lµ:
- Ph¬ng ph¸p khoan Roto (hoÆc ®Çu quay di ®éng): Cã ®éng c¬ ®Æt
trªn mÆt ®Êt vµ truyÒn chuyÓn ®éng quay cho choßng khoan th«ng qua cét cÇn
khoan.
- Ph¬ng ph¸p khoan b»ng ®éng c¬ ch×m (chñ yÕu lµ ®éng c¬ tuabin
hoÆc ®éng c¬ trôc vit): §éng c¬ ®Æt ngÇm trong lç khoan bªn trªn choßng
khoan.
+ C¸c qu¸ tr×nh chÝnh cña c«ng t¸c khoan bao gåm:
- C«ng t¸c x©y l¾p vµ chuÈn bÞ mäi mÆt cho c«ng t¸c thi c«ng.
- C«ng t¸c khoan thuÇn tuý. Choßng trùc tiÕp ph¸ huû ®Êt ®¸ ë ®¸y vµ
tuÇn hoµn dung dÞch. §©y lµ thao t¸c c¬ b¶n t¹o ra giÕng khoan nhng nã l¹i
cÇn Ýt ngêi tham gia nhÊt. ChØ cã kÝp trëng khoan trùc tiÕp ®iÒu khiÓn th«ng
qua têi, bµn quay Roto vµ dÉn ®éng bé dông cô ph¸ huû nhê cét cÇn khoan vµ
cÇn chñ ®¹o.
- TiÕp cÇn khoan: Khi khoan hÕt chiÒu dµi lµm viÖc cña cÇn chñ ®¹o ta
cÇn ph¶i nèi dµi thªm bé khoan cô b»ng c¸ch g¾n thªm ®o¹n cÇn kh¸c (cã
-3-
- chiÒu dµi chiÒu dµi lµm viÖc cña cÇn chñ ®¹o) díi cÇn chñ ®¹o vµ ®îc l¾p
vµo cét cÇn khoan phÝa díi. Cø nh thÕ viÖc tiÕp cÇn ®îc lÆp ®i lÆp l¹i sau
mçi lÇn khoan hÕt chiÒu dµi lµm viÖc cña cÇn vu«ng.
- C«ng t¸c kÐo th¶: Khi choßng khoan ®· mßn cÇn thay choßng míi hay
khi ®· ®¹t tíi chiÒu s©u dù kiÕn, bé dông cô khoan cÇn ®îc kÐo lªn ®Ó thay
choßng míi hay h¹ cét èng chèng.
- C«ng t¸c chèng èng: H¹ xuèng giÕng cét èng chèng ®· ®îc tÝnh to¸n
tríc vµ tiÕn hµnh tr¸m xi m¨ng theo thiÕt kÕ ®îc duyÖt.
- C«ng t¸c l¾p ®Æt ®Çu èng chèng (®Çu giÕng): Khi th¶ cét èng chèng
vµ tr¸m xi m¨ng xong, bíc tiÕp theo lµ l¾p ®Æt c¸c thiÕt bÞ gi¸ treo ®Çu èng
chèng vµ lµm kÝn ë phÇn mót phÝa trªn cña nã gi÷a c¸c cét èng chèng (trõ èng
b¶o vÖ kh«ng ®îc liªn kÕt). C¸c thao t¸c nµy ®îc thùc hiÖn b»ng tay ®èi víi
c¸c ®Çu giÕng ë trªn mÆt ®Êt. C¸c thiÕt bÞ nµy còng cho phÐp l¾p ®Æt c¸c ®èi ¸p
vµ c¸c ®êng èng cao ¸p, trong ®ã cã ®êng dËp giÕng vµ ®êng x¶. Sau khi
l¾p ®Æt cÇn kiÓm tra ®é an toµn cña gi¸ treo èng, ®èi ¸p vµ ¸p suÊt lµm viÖc cña
®Çu èng chèng.
- C«ng t¸c hoµn thiÖn giÕng khoan: §©y lµ c«ng ®o¹n cuèi cïng (sau
khi ®· th¶ cét èng chèng khai th¸c) gåm cã c«ng viÖc th¶ vµo giÕng c¸c thiÕt
bÞ cÇn thiÕt theo thiÕt kÕ nh Pake, èng khai th¸c, van an toµn v.v... th«ng
giÕng víi tÇng s¶n phÈm b»ng b¾n vØa, th«ng tÇng b»ng c¸c ph¬ng ph¸p xö
lý axit, vì vØa b»ng ph¬ng ph¸p thuû lùc v.v... Sau ®ã lµ bµn giao giÕng
khoan cho c¸c c«ng ty khai th¸c qu¶n lý.
Bíc tiÕp theo lµ thu dän khoan trêng vµ chuyÓn ®Õn ®Þa ®iÓm míi.
-4-
- S¬ ®å 1 lo¹i thiÕt bÞ khoan dÇu khÝ (thiÕt bÞ khoan xoay).
-5-
- Ch¬ng I: Choßng khoan
Choßng khoan lµ lo¹i dông cô ph¸ huû ®Êt ®¸ t¹o thµnh lç khoan.
1.1.Ph¬ng ph¸p ph©n lo¹i choßng khoan:
Do ®Æc ®iÓm c¬ lý cña ®Êt ®¸ vµ sù ®a d¹ng cña ph¬ng ph¸p khoan
còng nh yªu cÇu vÒ kü thuËt ®Þa chÊt, kü thuËt thi c«ng nªn choßng khoan
®îc chÕ t¹o theo nhiÒu kiÓu kh¸c nhau vÒ cÊu tróc vµ nguyªn lý ph¸ huû.
ChÝnh v× vËy c«ng t¸c ph©n lo¹i choßng còng ®îc thùc hiÖn theo c¸c quan
®iÓm kh¸c nhau:
+ C¨n cø vµo cÊu t¹o, choßng ®îc chia ra:
- Choßng c¸nh dÑt
- Choßng chãp xoay
- Choßng kim c¬ng
+ C¨n cø vµo c«ng dông, choßng ®îc chia ra:
- Choßng ph¸ mÉu
- Choßng lÊy mÉu
- Choßng cã c«ng dông ®Æc biÖt (choßng më lç, choßng bËc,
choßng doa réng, choßng ®Ó khoan ®Þnh híng,...)
+ C¨n cø vµo cÊu t¹o lç tho¸t níc, choßng ®îc chia ra:
- Choßng cã níc ch¶y ®Òu
- Choßng cã vßi phun thuû lùc
+ C¨n cø vµo tÝnh chÊt c¬ lý cña ®Êt ®¸, choßng ®îc chia ra:
- Choßng mÒm
- Choßng trung b×nh
- Choßng cøng vµ c¸c lo¹i choßng liÒn kÒ (choßng mµi mßn vµ Ýt
mµi mßn).
VÒ mÆt cÊu tróc, mét choßng khoan gåm cã 3 bé phËn chÝnh lµ phÇn l¾p
nèi, phÇn ho¹t ®éng vµ phÇn dÉn dung dÞch. Riªng choßng chãp xoay cã thªm
mét bé phËn ®Æc thï ®ã lµ hÖ thèng æ tùa cña chãp xoay.
-6-
- - PhÇn l¾p nèi lµ phÇn nèi gi÷a choßng khoan vµ phÇn díi cña cét cÇn,
truyÒn n¨ng lîng trùc tiÕp cho phÇn ho¹t ®éng. PhÇn l¾p nèi ®îc tiÖn ren
(trong hoÆc ngoµi).
- PhÇn ho¹t ®éng: Lµ phÇn trùc tiÕp t¸c dông lªn bÒ mÆt ®¸y. §Êt ®¸ bÞ
ph¸ huû bëi c¸c r¨ng d¹ng nªm lìi c¾t, r¨ng hîp kim cøng ®Þnh h×nh hoÆc h¹t
kim c¬ng vµ chóng ®îc bè trÝ theo c¸c mÆt tiÕp xóc víi ®¸y vµ thµnh lç
khoan nh»m t¹o thµnh lç khoan cã h×nh d¹ng vµ ®êng kÝnh nhÊt ®Þnh.
- HÖ thèng dÉn dung dÞch: §îc bè trÝ ë c¸c kho¶ng trèng gi÷a c¸c
ch©n choßng víi c¸c vßi dÉn dung dÞch xuèng ®¸y nh»m lµm s¹ch ®¸y vµ lµm
m¸t choßng.
C¨n cø vµo vËn tèc dßng dung dÞch qua khái vßi phun (vj ) ta chia ra 2
lo¹i:
Choßng cã hÖ thèng röa thêng nÕu vj < 70m/s
Choßng cã vßi phun thuû lùc nÕu vj 70 130m/s
1.2. C¸c lo¹i choßng khoan trong khoan dÇu khÝ.
1.2.1. Choßng c¸nh dÑt:
a. b.
a. Choßng 2 c¸nh; b. Choßng 3 c¸nh
H ×nh 1 Choßng c¸nh dÑt
+ Ph¹m vi sö dông : Choßng c¸nh lµm viÖc theo nguyªn lý c¾t - vì,
thêng ®îc dïng trong ®Êt ®¸ mÒm hoÆc dÎo. Kh«ng ®îc sö dông trong
khoan tuabin v× m« men ph¸ huû lín.
+ C¸c lo¹i choßng c¸nh vµ cÊu t¹o.
C¨n cø vµo sè c¸nh mµ choßng ®îc ph©n ra c¸c lo¹i choßng 2 c¸nh, 3
c¸nh vµ 4 c¸nh.
-7-
- PhÝa trªn cïng tiÖn ren ®Ó nèi víi cÇn khoan. MÆt tríc vµ mÆt bªn ®Òu
®îc g¾n hîp kim ®Ó t¨ng ®é cøng cña choßng. Lç tho¸t níc híng chÊt láng
tõ cét cÇn khoan ch¶y trùc tiÕp lªn ®¸y ®îc bè trÝ ë kho¶ng c¸ch 2/3 b¸n kÝnh
tÝnh tõ t©m choßng khoan. Sù bè trÝ vßi phun ®¶m b¶o lÖch dßng chÊt láng vÒ
phÝa tríc lìi c¾t chót Ýt nh»m ®¶m b¶o lµm s¹ch ®¸y vµ lµm m¸t tèt nhÊt.
Tèc ®é khoan sÏ tèt lªn nÕu t¹o cho vßi phun ®¹t tèc ®é 70 130m/s.
+ VËt liÖu chÕ t¹o choßng.
Choßng c¸nh ®îc chÕ t¹o tõ thÐp cã kÕt cÊu hµm lîng c¸c bon trung
b×nh. Th©n vµ c¸nh ®îc s¶n xuÊt theo kiÓu rÌn hoÆc dËp: Th©n b»ng thÐp c¸c
bon kh«ng hîp kim. Hµm lîng Cacbon tõ 035 0,4%. C¸nh choßng b»ng
thÐp hîp kim víi Crom, Silic, M¨ngan. Th«ng thêng khi chÕ t¹o, c¸nh ®îc
hµn vµo th©n choßng, còng cã khi ®îc rÌn liÒn khèi víi th©n. C¸nh choßng
®îc tr¸m hîp kim Rªlit ®Ó t¨ng kh¶ n¨ng chèng mßn.
1.2.2. Choßng kim c¬ng:
H×nh 2
+ Ph¹m vi sö dông: Lµm viÖc theo nguyªn lý c¾t - vì, dïng trong ®Êt ®¸
cã ®é cøng tõ trung b×nh ®Õn rÊt cøng, trong c¸c lo¹i ®Êt ®¸ nh sa th¹ch,
®«l«mÝt, ®¸ v«i vµ c¸c lo¹i ®¸ mµ hiÖu suÊt khoan cña choßng chãp xoay ®¹t
thÊp. Dïng ®îc cho tÊt c¶ c¸c ph¬ng ph¸p khoan. Tuy nhiªn khoan b»ng
®éng c¬ ®¸y phï hîp nhÊt v× ®¹t ®îc vËn tèc quay cao.
-8-
- + CÊu tróc vµ sù ph©n lo¹i choßng kim c¬ng.
Th«ng thêng cÊu tróc cña 1 choßng kim c¬ng gåm cã c¸c phÇn chÝnh
nh: ®Çu nèi ren ®Ó nèi víi cÇn khoan, lâi thÐp vµ khu«n ®Êu.
Trªn bÒ mÆt khu«n ®Êu cã g¾n c¸c h¹t kim c¬ng (xem h×nh vÏ). Trong
®ã khu«n ®Êu lµ bé phËn quan träng nhÊt nã ph¶i cã hÖ sè d·n në nhiÖt vµ ®é
mµi mßn gÇn gièng víi kim c¬ng ®Ó tr¸nh hiÖn tîng bong trãc c¸c h¹t kim
c¬ng khái khu«n ®Êu. Vµ cuèi cïng lµ bé phËn dÉn dung dÞch ®îc bè trÝ
thÝch hîp gi÷a c¸c bÒ mÆt ®¸y ®îc g¾n kim c¬ng theo nh÷ng h×nh d¹ng
kh¸c nhau.
C¨n cø vµo c¸ch g¾n c¸c h¹t kim c¬ng vµ kÝch thíc c¸c h¹t kim
c¬ng mµ ngêi ta ph©n ra 3 lo¹i chÝnh:
- Choßng kim c¬ng 1 líp (khoan trong ®¸ ®ång nhÊt).
- Choßng kim c¬ng nhiÒu líp (khoan trong ®¸ nøt nÎ).
- Choßng kim c¬ng thÊm nhiÔm (khoan trong ®¸ nøt nÎ).
Ngoµi ra ngêi ta cßn cã c¸ch ph©n lo¹i nh: Choßng kim c¬ng ®îc
g¾n lìi c¾t lµ kim c¬ng tù nhiªn, lo¹i choßng cã lìi c¾t PDC hay kim
c¬ng ®a tinh thÓ vµ cuèi cïng lµ lìi c¾t TSP hay kim c¬ng ®a tinh thÓ bÒn
nhiÖt (§é chÞu nhiÖt cña PDC 8000C, lo¹i TSP cã ®é æn ®Þnh nhiÖt tèt h¬n).
+ TÝnh chÊt cña kim c¬ng:
Lµ kho¸ng vËt cøng nhÊt trong tù nhiªn (cÊp Xii), nhiÖt ®é nãng ch¶y lµ
36500C. Kim c¬ng bÞ grafit ho¸ ë 14500C. §¬n vÞ ®o khèi lîng cña kim
c¬ng lµ Cara (1 cara = 0,2053 g). KÝch thíc c¸c h¹t kim c¬ng ®îc g¾n
vµo choßng thay ®æi tõ 2-12 h¹t/cara.
§Æc ®iÓm cña kim c¬ng lµ rÊt cøng nhng dßn, kh«ng chÞu ®îc va
®Ëp vµ nhiÖt ®é ®¸y cao. Kim c¬ng ®îc dïng ®Ó chÕ t¹o choßng kim c¬ng
thêng lµ kim c¬ng nh©n t¹o v× gi¸ thµnh rÎ h¬n kim c¬ng tù nhiªn.
+ Sö dông choßng kim c¬ng:
ViÖc cã quyÕt ®Þnh chän vµ sö dông choßng kim c¬ng hay kh«ng ph¶i
c¨n cø vµo nhiÒu yÕu tè, trong ®ã yÕu tè gi¸ thµnh lµ rÊt quan träng. Nh÷ng
-9-
- trêng hîp sau ®©y sÏ lµ c¨n cø ®Ó cã thÓ sö dông choßng kim c¬ng thay cho
choßng chãp xoay:
- Khi tuæi thä chãp xoay qu¸ ng¾n do mßn c¸c æ l¨n, r¨ng hoÆc g·y
r¨ng.
- Khi tèc ®é khoan qu¸ nhá (1,5m/h), do tû träng cña dung dÞch khoan
lín hoÆc do thiÕu c«ng suÊt thuû lùc cña thiÕt bÞ khoan.
- Khi gk 6” mµ tuæi thä cña choßng chãp xoay bÞ h¹n chÕ.
- Khi ®é nghiªng t¨ng lªn trong khoan ®Þnh híng hoÆc t¶i träng lªn
choßng bÞ h¹n chÕ.
- Trong khoan tuabin cã sè vßng quay lín vµ ®Êt ®¸ phï hîp sÏ hiÖu qu¶
h¬n so víi khoan Roto.
Tuy nhiªn trong ®¸ r¾n ch¾c vµ nøt nÎ, c¸c lo¹i ®¸ chøa ®¸ löa hoÆc pirit
sÏ kh«ng phï hîp víi choßng kim c¬ng.
NÕu sö dông hîp lý 1 choßng kim c¬ng cã thÓ thay thÕ ®îc tíi 15
choßng chãp xoay.
Tríc khi b¾t ®Çu khoan b»ng choßng kim c¬ng cÇn ph¶i doa th©n lç
khoan, lÊy hÕt c¸c m¶nh vôn ®Êt ®¸ vµ kim lo¹i lªn khái ®¸y. V× thÕ tríc khi
khoan kim c¬ng trong 2 hay 3 hiÖp khoan b»ng choßng chãp xoay cuèi cïng,
cÇn ph¶i th¶ èng mïn ®Ó lÊy hÕt c¸c vôn kim lo¹i vµ ®¸. èng mïn ®îc l¾p
trªn choßng trong khoan Roto vµ trªn tuabin trong khoan tuabin. Trong trêng
hîp cÇn doa lç khoan vµ b¬m röa thªm cÇn ph¶i khoan hiÖp khoan ®Æc biÖt cã
sö dông èng mïn.
1.2.3. Choßng chãp xoay:
1.2.3.1.Ph¹m vi sö dông vµ u nhîc ®iÓm cña choßng chãp xoay:
Trong c«ng t¸c khoan dÇu khÝ choßng chãp xoay ®îc sö dông réng r·i
nhÊt chiÕm tû lÖ trªn 90%. Dïng ®îc trong mäi lo¹i ®Êt ®¸ cã ®é cøng vµ tÝnh
chÊt kh¸c nhau.
Choßng chãp xoay cã nh÷ng u ®iÓm næi bËt lµ:
- DiÖn tÝch tiÕp xóc víi ®¸y nhá nhng ®é dµi cña mÐp lµm viÖc l¹i lín
v× vËy hiÖu suÊt ph¸ ®¸ cao.
-10-
- - C¸c chãp xoay l¨n trªn ®¸y nªn Ýt bÞ mµi mßn h¬n choßng c¸nh.
- M«men quay choßng nhá.
Tuy nhiªn nhîc ®iÓm lµ thêi gian lµm viÖc cña æ tùa chãp xoay thêng
ng¾n, c¸c r¨ng choßng kÐm cøng v÷ng, nhÊt lµ nh÷ng choßng cã ®êng kÝnh
nhá.
HiÖn ngêi ta chÕ t¹o c¸c lo¹i choßng 1, 2, 3, 4 chãp, riªng lo¹i 3 chãp
xoay lµ phæ biÕn nhÊt.
1.2.3.2.CÊu t¹o cña choßng 3 chãp xoay:
5
3
2
4
1- Ren nèi
2- Th©n choßng
3- Ch©n choßng
4- Lç tho¸t níc
5- Chãp xoay
H×nh 3
-11-
- Choßng 3
chãp xoay gåm 4 phÇn chÝnh ®ã lµ th©n choßng, phÇn
lµm viÖc, hÖ thèng æ tùa vµ hÖ thèng röa.
- Th©n choßng: Tuú theo cÊu t¹o mµ th©n choßng ®îc chia ra 2 nhãm:
Nhãm th©n liÒn vµ nhãm th©n rêi.
* Nhãm th©n liÒn (Nhãm A): th©n ®îc ®óc liÒn khèi, c¸c ch©n choßng
(trªn ®ã ®îc l¾p chãp xoay) ®îc hµn vµo th©n. PhÇn trªn th©n cã tiÖn ren
bªn trong.
* Nhãm th©n rêi (Nhãm B): th©n choßng ®îc t¹o thµnh b»ng c¸ch hµn
c¸c ch©n l¹i. Trªn ch©n choßng cã l¾p c¸c chãp xoay. PhÝa trªn th©n choßng
tiÖn ren ngoµi ®Ó l¾p víi cét cÇn khoan.
Choßng nhãm A cã ®êng kÝnh 345490mm.
Choßng nhãm B cã ®êng kÝnh 76320mm.
- PhÇn lµm viÖc (bao gåm chãp xoay, c¸c r¨ng cña chãp xoay).
Chãp xoay võa quay quanh trôc cña choßng ®ång thêi quay quanh trôc
cña chãp xoay vµ bÞ trît khi quay nªn võa cã t¸c dông ®Ëp võa cã t¸c dông
c¾t h÷u hiÖu ®èi víi ®Êt ®¸ mÒm.
ChÝnh v× thÕ ®Ó t¨ng hiÖu qu¶ c¾t vµ t¨ng tèc ®é khoan trong ®¸ mÒm
ngêi ta sÏ bè trÝ c¸c chãp xoay lÖch trôc so víi trôc cña choßng. C¸c r¨ng cña
choßng ®îc chÕ t¹o theo nh÷ng h×nh d¹ng kh¸c nhau. Cô thÓ lo¹i r¨ng thÐp
(choßng r¨ng phay) ®Ó khoan trong ®¸ mÒm cã tèc ®é quay cao. BÒ mÆt r¨ng
®Òu ®îc phñ líp Cacbuavonfram ®Ó t¨ng ®é cøng vµ chèng mßn. C¸c lo¹i
choßng khoan trong ®¸ mÒm cã r¨ng dµi, n»m xa nhau ®Ó t¹o ®iÒu kiÖn t¨ng
chiÒu s©u c¾m ngËp vµo ®Êt ®¸ vµ ph¸ vì c¸c m¶ng lín. C¸c choßng khoan
trong ®Êt ®¸ cøng trung b×nh vµ nöa cøng th× c¸c r¨ng bè trÝ gÇn nhau h¬n.
R¨ng còng cã c¸c gãc h¬i lín h¬n ®Ó cã thÓ chÞu t¶i träng lín ®ñ ®Ó th¾ng søc
kh¸ng nÐn cña ®¸. §èi víi ®Êt ®¸ cøng th× choßng cÇn ph¶i cã r¨ng v÷ng ch¾c,
n»m gÇn nhau, chãp xoay lín ®Ó cã thÓ chÞu t¶i träng lín. Ngµy nay nhê tiÕn
bé cña ngµnh luyÖn kim vµ h×nh d¹ng c¸c r¨ng nhän ®Þnh h×nh cho phÐp ngêi
-12-
- ta chÕ t¹o ra ®îc c¸c lo¹i choßng phï hîp víi phÇn lín c¸c lo¹i ®Êt ®¸ khi
khoan. (VÝ dô d¹ng cÇu, d¹ng qu¶ trøng, d¹ng ®Çu ®¹n, d¹ng h×nh chãp, d¹ng
lìi ®ôc, d¹ng th×a móc ®Æt biÖt vv.).
- HÖ thèng æ tùa chãp xoay:
æ tùa chãp xoay cã 3 lo¹i ®ã lµ æ bi cÇu hoÆc bi
®òa hë, æ bi cÇu hoÆc bi ®òa kÝn vµ lo¹i æ ®ì ma s¸t
(cßn gäi lµ vßng trît)
Chøc n¨ng cña tõng lo¹i æ ®ì lµ: Bi cÇu cã t¸c
dông chÞu t¶i trong chiÒu trôc vµ t¶i träng híng t©m
(híng t¶i träng vÒ phÝa ®Ønh chãp). Song chÞu t¶i
träng chiÒu trôc lµ chÝnh. Ngoµi ra cßn cã t¸c dông
H×nh 4
h·m chèt trªn trôc. Bi cÇu lµ æ tùa kh«ng thÓ thiÕu trong choßng chãp xoay.
Mét chãp xoay cã tõ 1 ®Õn 2 æ bi cÇu. Bi ®òa chÞu lùc híng t©m lµ chñ yÕu
vµ cã t¸c dông truyÒn t¶i träng cho lìi c¾t. Vßng trît cã thÓ thay cho bi ®òa
vµ lµm t¨ng thÓ tÝch c«n, t¨ng ®é v÷ng ch¾c cña ngâng trôc.
- HÖ thèng c¸ch ly vµ b«i tr¬n c¸c æ tùa chãp xoay:
C¸c æ bi cÇu vµ bi ®òa hë kh«ng ®îc b«i tr¬n thêng cã thêi gian lµm
viÖc ng¾n, tuæi thä gi¶m, chóng ®îc lµm m¸t vµ b«i tr¬n chñ yÕu nhê níc
röa (khÝ nÐn hoÆc dung dÞch).
C¸c æ bi cÇu vµ bi ®òa kÝn ®îc b«i tr¬n bëi c¸c lo¹i mì nhê hÖ thèng
c¸ch ly ®Æc biÖt cã tuæi thä cao Ýt nhÊt b»ng tuæi thä cña c¸c r¨ng choßng. HÖ
thèng b«i tr¬n gåm cã mét hèc chøa mì, mét c¬ cÊu bï trõ b»ng mµng cao su
vµ mét ®êng èng dÉn kÝn. C¬ cÊu bï trõ lµm c©n b»ng ¸p lùc trong æ l¨n gi÷a
¸p lùc cña dung dÞch khoan vµ ¸p lùc mì ®îc tra vµo tõ khi chÕ t¹o. Vßng
c¸ch ly ®îc chÕ t¹o tõ lo¹i vËt liÖu ®Æc biÖt chÞu nhiÖt, chÞu mµi mßn díi ¸p
suÊt cao.
- HÖ thèng vßi röa thuû lùc:
-13-
- §îc bè trÝ trong th©n choßng víi c¸c
®êng dÉn dung dÞch tíi ®¸y nh»m ®¸p øng
yªu cÇu lµm s¹ch ®¸y vµ lµm m¸t choßng
khoan.
Cã 2 lo¹i cÊu tróc hÖ thèng dÉn dung dÞch:
Lo¹i choßng 3 chãp xoay th«ng thêng chØ cã
mét lç th«ng chÊt láng vµo trôc dông cô. ChÊt
láng röa bªn trong c¸c chãp xoay cã hiÖu qu¶ H×nh 5
kÐm h¬n c¸c tia. HÖ thèng röa thêng cã lç röa ®îc thiÕt kÕ ë gi÷a t©m
choßng víi h×nh d¹ng vµ tiÕt diÖn kh¸c nhau: Lç trßn, tam gi¸c hoÆc kiÓu 3 lç
liÒn kÒ.
Dßng chÊt láng qua lç röa ®Ëp trùc tiÕp xuèng c¸c chãp xoay sau ®ã
míi tíi ®¸y ®Ó cuèn theo c¸c m¶nh vôn ®Êt ®¸. VËn tèc trung b×nh khi ra khái
vßi phun V j 70m/s.
- HÖ thèng röa kiÓu vßi phun thuû lùc lµ hÖ thèng röa cã hiÖu qu¶ tèt
nhÊt. HÖ thèng nµy gåm 3 vßi phun ®îc bè trÝ gi÷a c¸c chãp xoay (h×nh vÏ).
Cã thÓ ®iÒu chØnh tia víi hiÖu qu¶ cùc ®¹i b»ng c¸ch thay ®æi ®êng kÝnh vßi
phun. Dßng ch¶y rèi cã hiÖu qu¶ víi vËn tèc ®¹t kho¶ng tõ 80 150 m/s. C¸c
tia kh«ng nh÷ng cã t¸c dông röa s¹ch c¸c chãp xoay mµ cßn cã t¸c dông lµm
nguéi vµ tèng tho¸t mïn khoan mét c¸ch nhanh chãng ra khái kh«ng gian
vµnh xuyÕn. Cã thÓ nèi dµi c¸c vßi phun lµm t¨ng hiÖu qu¶ lµm s¹ch ®¸y
giÕng. C¸c vßi phun ®îc chÕ t¹o tõ hîp kim chèng mßn, cã thÓ ®îc thay
míi theo c¸ch th¸o l¾p r¨ng Ren víi bÒ mÆt ®¸y cña choßng khoan.
1.2.3.3.Qui luËt ph¸ huû cña choßng chãp xoay:
Choßng chãp xoay ph¸ ®¸ nhê 2 chuyÓn ®éng:
- ChuyÓn ®éng tÞnh tiÕn tõ trªn xuèng do t¸c dông cña ¸p lùc chiÒu trôc.
- ChuyÓn ®éng quay do t¸c dông cña Roto hoÆc tuabin.
Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc c¸c chãp xoay cña choßng quay xung quanh
trôc cña m×nh vµ xung quanh trôc cña choßng. Khi quay xung quanh trôc cña
m×nh, c¸c chãp xoay lóc th× tú 1 r¨ng lóc th× tú 2 r¨ng lªn ®¸y lç khoan. V×
-14-
- vËy trong qu¸ tr×nh quay c¸c chãp xoay sÏ cã sù dÞch chuyÓn lªn xuèng vµ t¸c
dông va ®Ëp tõng phÇn lªn ®¸y. Nhê thÕ mµ chãp xoay t¸c dông lªn ®¸y c¶ t¶i
träng tÜnh lÉn t¶i träng ®éng. Tuú theo h×nh d¹ng cña chãp xoay vµ vÞ trÝ t¬ng
®èi gi÷a trôc cña choßng vµ trôc cña chãp xoay mµ t¸c dông cña r¨ng choßng
lªn ®Êt ®¸ ë ®¸y lµ ®Ëp thuÇn tuý hoÆc ®Ëp céng víi c¾t.
Trong qu¸ tr×nh quay xung quanh trôc cña m×nh vµ trôc cña choßng, c¸c
chãp xoay thùc hiÖn mét chuyÓn ®éng phøc t¹p.
A
B
OA
MN O1 B
M O N
a
b
a’
OB
O1
a
b’
H×nh 6 : Ph©n tÝch sù chuyÓn ®éng cña chãp xoay
Khi quay choßng quanh trôc OA theo chiÒu kim ®ång hå víi tèc ®é OA
c¸c chãp xoay sÏ l¨n vµ quay quanh trôc OB ngîc chiÒu kim ®ång hå víi tèc
®é OB. ChuyÓn ®éng tuyÖt ®èi cña chãp xoay (tæng hîp 2 chuyÓn ®éng trªn)
lµ chuyÓn ®éng quanh trôc tøc thêi MN víi tèc ®é MN. Trôc MN ®i qua giao
®iÓm O (gi÷a trôc choßng vµ trôc chãp xoay) vµ O1 (lµ tiÕp ®iÓm gi÷a r¨ng
choßng víi mÆt ®¸y lç khoan). Mäi ®iÓm n»m trªn trôc quay tøc thêi ®Òu ®øng
yªn. Mäi ®iÓm n»m ngoµi trôc quay tøc thêi MN ®Òu chuyÓn ®éng trªn ®êng
trßn b¸n kÝnh b»ng kho¶ng c¸ch tõ ®iÓm ®ã ®Õn MN. Khi chuyÓn ®éng quay
quanh trôc quay tøc thêi, c¸c chãp xoay c¾t ®Êt ®¸. Cêng ®é trît cña choßng
®îc ®¸nh gi¸ b»ng hÖ sè trît K (lµ tû sè gi÷a diÖn tÝch trît cña choßng vµ
-15-
- diÖn tÝch ®¸y sau 1 vßng quay). Dùa vµo vÞ trÝ t¬ng ®èi gi÷a c¸c trôc cña
chãp xoay ngêi ta cã thÓ ph©n ra:
* Choßng cã t¸c dông ®Ëp thuÇn tuý:
Lµ choßng cã ®êng sinh cña chãp xoay trïng víi trôc tøc thêi MN hay
®Ønh cña c«n trïng víi t©m lç khoan (cã hÖ sè trît = 0).
A
B
M
N
O
H×nh 7
Choßng khoan ch¹y trôc:
Chãp cã thÓ ®¬n c«n hoÆc ®a c«n. Trêng hîp ®¬n c«n nhng cã ®Ønh
vît ra ngoµi hay hôt vµo trong t©m lç khoan ®Òu ®îc gäi lµ choßng ch¹y
trôc. Lo¹i choßng nµy ngoµi t¸c dông ®Ëp cßn cã hiÖn tîng trît vu«ng gãc
víi ®êng sinh. Kho¶ng ch¹y trôc f cµng lín th× trît cµng nhiÒu. NÕu chãp ®a
c«n, hiÖn tîng trît ®îc xem xÐt cho tõng c«n riªng rÏ. C«n nµo cã ®Ønh
n»m ë t©m sÏ kh«ng cã hiÖn tîng trît vµ ngîc l¹i.
O
O
a,Choßng hôt trôc b,Choßng vît trôc
H×nh 8
* Choßng lÖch trôc:
Choßng lÖch trôc lµ choßng mµ trôc cña chãp xoay vµ trôc cña choßng
kh«ng giao nhau, nh»m t¨ng cêng hÖ sè trît K (däc + ngang)
-16-
- O O
b, lÖch trôc ©m
a, lÖch trôc d¬ng
HiÖn tîng lÖch trôc ®îc xem lµ lÖch d¬ng (a) nÕu lÖch vÒ phÝa chiÒu
quay cña choßng. Trêng hîp ngîc l¹i (b) lµ lÖch ©m. Nh vËy nÕu choßng
lÖch trôc l¹i thªm hiÖn tîng trît däc híng vµo trong (lÖch d¬ng) vµ trît
däc híng ra ngoµi (lÖch ©m).
Tãm l¹i: Dùa vµo ®Æc tÝnh ph¸ huû cña choßng ta cã thÓ ph©n ra 3
nhãm: Choßng cã t¸c dông ®Ëp thuÇn tuý, choßng ®Ëp + c¾t vµ choßng cã t¸c
dông ®Ëp + c¾t + däc.
Khi nghiªn cøu sù lµm viÖc cña choßng ta cÇn quan t©m tíi c¸c kh¶
n¨ng trît ngÉu nhiªn vµ trît cìng bøc.
Choßng tù lµm s¹ch: Sù cÇn thiÕt t¨ng hÖ sè trît vµ thÓ tÝch c«n sÏ
dÉn ®Õn sù x©m nhËp lÉn nhau gi÷a c¸c chãp. NghÜa lµ hµng r¨ng cña chãp
nµy ®i vµo r·nh gi÷a 2 hµng r¨ng cña chãp kia ng¨n ngõa sù lÊp nhÐt mïn
khoan ë c¸c choßng nµy. HiÖn tîng ®ã ®îc gäi lµ tù lµm s¹ch.
HÖ sè phñ (): Lµ tû sè gi÷a tæng chiÒu dµi cña c¸c r¨ng cña 1 chãp
tiÕp xóc víi ®¸y lç khoan ë mét thêi ®iÓm nµo ®ã vµ b¸n kÝnh cña choßng
khoan.
Víi choßng thêng dïng cã = 1,2 1,5
§Êt ®¸ cµng mÒm, dÎo th× dïng choßng cã hÖ sè phñ cµng lín vµ ngîc l¹i.
+ Ph¬ng ph¸p ph©n lo¹i choßng chãp xoay:
§Ó ®¸p øng víi sù ®a d¹ng cña ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt ë c¸c níc ngêi ta
chÕ t¹o ra rÊt nhiÒu nh÷ng lo¹i choßng cã ®Æc tÝnh lµm viÖc phï hîp.
Theo OCT ngêi ta ph©n ra 4 lo¹i chÝnh lµ: mÒm, trung b×nh, cøng vµ
r¾n t¬ng øng víi c¸c ký hiÖu ch÷ c¸i lµ: M, C, T vµ K. Bªn c¹nh ®ã cßn chÕ
-17-
- t¹o ra c¸c lo¹i choßng liÒn kÒ ®Ó phï hîp víi ®iÒu kiÖn ®Êt ®¸ cøng mÒm vµ
mµi mßn xen kÑp.
Cô thÓ theo GOST - 20692-75 ®îc thÓ hiÖn ë b¶ng díi ®©y (b¶ng 1).
Ngoµi c¸c ký hiÖu ®îc nªu trong b¶ng cßn c¸c ký hiÖu kh¸c nh:
B: C¸c æ ®ì r·nh l¨n,
H: Mét æ ®ì trît, c¸c æ ®ì cßn l¹i lµ æ ®ì cã r·nh l¨n,
A: æ ®ì trît,
U: Choßng cã níc röa thêng,
: Choßng cã vßi phun thuû lùc,
: Choßng khoan thæi khÝ, v.V....
-18-
- B¶ng ph©n lo¹i choßng 3 chãp xoay theo GOST. 20692-75
b¶ng 1
Lo¹i choßng Ph¹m vi sö dông D¹ng r¨ng
M §Êt ®¸ mÒm R¨ng phay
MZ §Êt ®¸ mÒm, mµi mßn R¨ng chèt
MC §Êt ®¸ mÒm cã c¸c líp kÑp cøng võa R¨ng phay
MCZ §Êt ®¸ mÒm mµi mßn cã c¸c líp kÑp R¨ng phay vµ r¨ng
cøng võa chèt
C §¸ cøng trung b×nh R¨ng phay
CZ §¸ cøng trung b×nh cã mµi mßn R¨ng chèt
CT §¸ cøng trung b×nh cã c¸c líp kÑp R¨ng phay
cøng
T §¸ cøng R¨ng phay
TZ §¸ cøng mµi mßn R¨ng phay
TK §¸ cøng cã xen kÑp r¾n R¨ng phay vµ r¨ng
chèt
TKZ §¸ cøng xen kÑp r¾n mµi mßn, liÒn R¨ng chèt
khèi
K §¸ r¾n mµi mßn R¨ng chèt
OK §¸ rÊt r¾n mµi mßn R¨ng chèt
C1 §¸ cøng trung b×nh vµ gißn R¨ng phay
(1 chãp ®êng kÝnh)
Ngoµi ra theo tiªu chuÈn ph¬ng T©y, cô thÓ lµ theo hiÖp héi c¸c nhµ
thÇu khoan (IADC) ph©n lo¹i choßng 3 Chãp xoay b»ng 4 ký hiÖu gåm 3 ch÷
sè vµ 1 ch÷ c¸i. Qua ®ã ta cã thÓ ph©n biÖt ®îc lo¹i choßng phï hîp víi tõng
lo¹i ®Êt ®¸ khi khoan. VÝ dô cã lo¹i choßng ATJ 22 cña h·ng Hughes cã m·
hiÖu 5 - 1 - 7 (G) ®îc hiÓu lµ:
5: Choßng r¨ng nhän ®Ó khoan trong ®¸ mÒm vµ h¬i mÒm
1: Lo¹i cã ®é cøng thÊp
-19-
- 7: M¶nh b¶o vÖ trªn ®êng kÝnh vµ c¸c æ l¨n tr¬n (nh½n),
G: Cã b¶o vÖ t¨ng cêng (chèng mßn ®êng kÝnh ngoµi)
Ph©n lo¹i choßng chãp xoay theo m· hiÖu IADC
B¶ng 2
æ l¨n M¶nh M¶nh M¶nh
æ l¨n
tiªu b¶o vÖ æ l¨n b¶o vÖ æ l¨n b¶o vÖ
tiªu
chuÈn chãp kÝn æ l¨n tr¬n æ l¨n
Lo¹i Lo¹i ®Êt ®¸ H¹ng
chuÈn
thæi khÝ xoay kÝn tr¬n
1 2 3 4 5 6 7
1
2
§Êt ®¸ mÒm cã ®é
1
khoan thÊp 3
4
1
Dông
§Êt ®¸ mÒm trung b×nh
2
cô
2 ®Õn cøng trung b×nh
r¨ng 3
søc kh¸ng nÐn cao
phay 4
1
2
§Êt ®¸ nöa mµi mßn
3
hoÆc mµi mßn 3
4
1
§Êt ®¸ mÒm cã søc
2
4 kh¸ng nÐn thÊp vµ ®é
3
khan cao
4
1
§Êt ®¸ mÒm ®Õn cøng
2
5 trung b×nh søc kh¸ng
3
nÐn thÊp
4
1
Dông
cô §Êt ®¸ cøng trung b×nh 2
6
r¨ng cã søc kh¸ng nÐn cao 3
chèt 4
1
2
§Êt ®¸ cøng nöa mµi
7
mßn ®Õn mµi mßn 3
4
1
2
§Êt ®¸ rÊt r¾n vµ mµi
8
mßn lín 3
4
-20-
nguon tai.lieu . vn
