Đồ án Cấu tạo, chức năng của cột cần khoan và kiểm toán cột cần giếng khoan 7003 giàn nhẹ BK 7 mỏ Bạch Hổ

c ren của cần khoan là khoảng cách giữa hai đường phân giác đi qua hai đỉnh gần nhau, ký hiệu là P. Bước ren cần khoan thường là 3,175mm ( 8 vong ren/in) - Độ côn của đầu ren cần khoan là 1/16 góc nghiêng là 1047’24’’ - Ren cần có thể trái hoặc phải. b.Ren za mốc: Tiết diện của ren za mốc hình tam giác, chân ren lượn tròn, đỉnh ren cắt phẳng.Góc đỉnh bằng 600 đường phân giác góc đỉnh vuông với góc trục Độ côn za mốc phụ thuộc vào cỡ kiểu za mốc, thường là ¼ hay 1/5 Bước ren của za mốc dài hơn ren cần, nó vào khoảng 4 hay 5 vòng/in Hiện nay cần khoan loại 1 được sử dụng rộng rãi nhất, loại cần có đầu nối mở rộng thường dùng cho khoan tucbin, loại cần có đầu nối thường được dùng cho khoan roto. 2.2.4. Cần nặng Cần nặng được lắp trên choòng khoan, nhằm giữ hướng thẳng đứng phần dưới của lỗ khoan nhờ độ cứng vững của nó lớn hơn cần khoan và khe hở cũng bé hơn. Dùng để truyền tải trọng cho choòng khoan bằng một phần trọng lượng của nó. Hình 2.4 Cần nặng Có nhiều loại cần nặng. * Cần nặng nhẵn: được chia làm 2 loại + Loại có đường kính đều + Loại có hai đầu tăng dần * Cần nặng hình xoắn ốc ( giảm diện tích tiếp xúc với thành giếng khoan và giúp tuần hoàn dung dịch tốt hơn). * Cần nặng vuông (độ cứng vững cao và khả năng dẫn hướng tốt nhưng giá thành cao và sử dụng phức tạp nên ít dùng). Cần nặng được nối trực tiếp với nhau không thông qua đầu nối trung gian. Chiều dài cần nặng được chuẩn hóa: 9,144m Đường kính cần nặng thường là: 241,3 mm; 203,2mm; 196,85mm; 171,45mm; 120,65mm. 2.2.5. Đầu nối chuyển tiếp Là đầu nối giữa những chi tiết có đường kính khác nhau với nhau. Đấu nối chuyển tiếp được phân thành 2 nhóm: a. .Nhóm đầu nối chuyển tiếp của cần chủ đạo Đầu nối chuyển tiếp phía trên của cần chủ đạo được nối với đầu thuỷ lực là đầu nối ren trái để tránh tháo trong quá trình khoan. Đầu nối phía dưới của cần chủ đạo với cần khoan là đầu nối ren phải. b. .Nhóm đầu nối chuyển tiếp trung gian Nhóm đầu nối chuyển tiếp trung gian để nối các phần trong cột cần khoan như giữa cần khoan và cần nặng, giữa cần nặng có đường kính khác nhau với nhau, giữa cần nặng và choòng v.v. 2.2.6. Định tâm cần khoan Đinh tâm là một chi tiết của bộ dụng cụ dùng để định tâm cột cần khoan tại vị trí đặt định tâm - Công dụng: Ngăn ngừa sự cong lệch giếng khoan khi thi công. Nhờ tiếp xúc với thành giếng khoan ở 3 điểm nên bộ đinh tâm đảm bảo sự đông trục giữa cột cần khoan và giếng khoan đặc biệt trong khoan tuabin. Định tâm được đặt ở phần nén bộ dụng cụ, trong vị trí cần nặng có xu hướng bị uốn và định tâm thực hiện vai trò như trụ đỡ trung gian. Có nhiều loại định tâm khác nhau phụ thuộc vào độ cứng đất đá ở thành giếng khoan. Ví dụ định tâm trên được sử dụng phổ biến hơn cả. Trên thân có 3 rãnh phân bố cách nhau 1200. Trên mỗi bách có lắp 2 bắnh răng hình trụ, hai đầu định tâm có ren để nối với đầu nối chuyển tiếp của cột cần khoan nhằm giảm tối đa lực ma sát với thành giếng khoan. Nhiều trường hợp người ta lắp trên tuabin hai bộ định tâm, xen giữa 2 bộ định tâm là một đoạn cần nặng. Một số loại định tâm thường sử dụng: Đinh tâm dẫn hướng được dùng trong khoan Roto được chế tạo từ thép cán crom – niken độ bền cao và là một chi tiết đồng bộ cùng cánh xoắn được gắn các răng hợp kim cứng vonfram – cacbon. Các cánh hoàn toàn phủ kín tiết diện giếng và đảm bảo tiếp xúc tròn với thành giếng. Để đặt giữa các đoạn cần nặng các định tâm dẫn hướng được chế tạo đầu ren nối za mốc trong và ngoài. Định tâm di động dùng để điều chỉnh góc đỉnh giếng khi góc phương vị ổn định. Định tâm gồm 6 mufta với 6 cánh thẳng gắn hạt hợp kim cứng chống mài mòn và ống đàn hồi xẻ rãnh bậc. Để cố định định tâm ở thân động cơ đáy mufta được vặn chặt với ống đàn hồi, ống đàn hồi được nén lại khi bao quanh thân và đảm bảo cố định tâm nhờ ma sát tĩnh. Hình 2.5 Các loại định tâm 2.2.7. Vật liệu chế tạo các chi tiết cần khoan. Là thép hợp kim với thành phần cácbon trung bình. Mọi chi tiết của cần khoan đều được ra công nhiệt luyện để tăng cơ tính. Gần đây người ta đã chế tạo các cần khoan nhẹ bằng hợp kim đặc biệt. Cần khoan nhẹ dùng trong khoan Roto và tuabin là hợp kim nhôm hai đầu được chôn dày vào phía trong. Za mốc cũng được cấu tạo nhẹ. Cần khoan bằng hợp kim nhôm có những ưu điểm sau: Trọng lượng cột cần nhỏ nên khoan được chiều sâu lớn với cùng thiết bị. Thời gian nâng thả nhanh, tiêu thụ năng lượng giảm, vận chuyển và bảo quản nhẹ nhành hơn. Nhược điểm: - Giá thành cao - Đặc tính bền giảm đi khi nhiệt độ đáy tăng trên 1100C - Mài mòn nhanh do ma sát với thành giếng khoan vì vậy cần hợp kim nhôm chỉ được dùng rộng rãi trong khoan tuabin vì cột cần không quay 2.3. Chịu tải của cột cần khoan trong quá trình làm việc Trong quá trình làm việc tải trọng tác dụng lên cột cần khoan rất đa dạng khác nhau về đặc tính và giá trị. Chịu cả tải trọng động và tải trọng tĩnh bao gồm: Kéo, nén, uốn, xoắn, lực ma sát, quán tính và các dao động. Đặc tính của các lực tác dụng lên cột cần khoan luôn luôn thay đổi và phụ thuộc vào chiều dài của cột cần khoan. Ở gần đáy các lực luôn biến đổi, khi càng gần miệng tải trọng càng ổn định dần. Nói tóm lại đặc điểm của sự làm việc của cột cần khoan là sự mất ổn định dưới tác dụng của các lực ngang lực chiều trục, lực xoắn. Trục của cột cần khoan trong trong trường hợp chung có hình xoắn trong không gian. Độ dài các bước xoắn thay đổi theo chiều sâu giếng khoan. Chiều dài bước xoắn nhỏ nhất ở điểm trung hoà và tăng dần lên miệng giếng khoan. 2.3.1. Ứng suất kéo của cột cần khoan. Ứng suất kéo lớn nhất trong quá trình kéo cột cần khoan, tổng hợp lực phần trên sẽ là: Qk = Q + Qm + Qqt Trong đó: Q – Trọng lượng bản thân cột cần Qm – Lực ma sát với thành giếng khoan Qqt - Lực quán tính ; Qqt = q a – Gia tốc kéo; g – gia tốc trọng trường Qm = m. Q ; m = 0,2 ¸ 0,3 (hệ số ma sát) Bây giờ xét từng trường hợp cụ thể. Q - Trọng lượng của cột cần khoan khi ngâm trong dung dịch, được tính bằng công thức sau: Q = [(L - lcn) q + lcn . qcn + G ] ( 1 - ) Trong đó : L - Chiều dài cột cần, m Lcn - Chiều dài cần nặng, m q, qcn - Trọng lượng 1m cần khoan, cần nặng,kg G - Trọng lượng của choòng và tuabin,kg gd , gt - Trọng lượng riêng của dung dịch và của thép Như vậy, ứng suất kéo của cột cần khoan được tính theo công thức: sK = F = (D2 - d2) - Tiết diện cần khoan D,d - Đường kính ngoài và trong của cột cần khoan. Ta xét ứng suất kéo ở phần trên cột cần trong 3 trường hợp sau: - Trường hợp cột cần treo trên đáy lỗ khoan: sK’ sK’ = - Trường hợp cột cần treo trên đáy lỗ khoan nhưng có sự tuần hoàn của nước rửa: sK” sK” = sK’ + Trong đó: P – Tổn thất áp suất bên trong cần khoan, cần nặng, tuabin, choòng. Ft - Diện tích tiết diện ngang lỗ thoát nước trong cần khoan. - Trong trường hợp choòng làm việc với tải trọng Gc : sK”’ sK”’ = + Độ dãn cần : Trong trường hợp giếng khoan thẳng đứng độ dãn nở toàn phần do trọng lượng bản thân của cột cần được xác định theo biểu thức sau đây: DL = . K . [(L - lcn)2 + l2cn + 2lcn (L - lcn) . ] Trong đó: E – Môđun đàn hồi của thép cần khoan. Fcn - Tiết diện ngang của cần nặng. 2.3.2. Ứng suất xoắn của cột cần khoan Trong khi khoan đồng thời với ứng suất kéo, cột cần phải chịu ứng suất xoắn do sự quay của cột cần khoan: ( Được mô tả theo hình vẽ dưới đây). 0 0 Ma sát với thành nhỏ, Mx còn truyền tới miệng Ma sát với thành lớn, Mx bi trượt tiếp tuyến tại một điểm nào đó L L Khoan Roto Khoan tuabin Hình 2.6 Ứng suất xoắn của cột cần - Trong khoan Roto Mx có giá trị tăng dần từ đáy lên miệng. - Trong khoan tuabin: biến thiên ngược lại, phía dưới cùng có giá trị lớn nhất bằng mô men phản của tuabin và giảm dần lên mặt và tuỳ thuộc vào ma sát với thành giếng khoan (hình vẽ). Trong khoan Roto ứng suất xoắn cực đại tmax ở phần trên cùng của cột cần cần được tính như sau: tmax = = 71620 Trong đó: Nkt – Công suất để quay cột cần khoan không tải Nc – Công suất tiêu thụ để quay choòng phá đá N - Số vòng quay Mmax – Mô men xoắn lớn nhất. Wx = Môđun chống xoắn. Như vậy ứng suất tổng cộng xuất hiện tại tiết diện trên cùng của cột cần khoan được tính : så så = 2.3.3. Ứng suất phần dưới cột cần khoan Trong quá trình làm việc phần dưới của cột cần chịu các ứng suất: Xoắn. Kéo, nén, uốn. a, Ứng suất nén: (sn) Khi khoan với tải trọng đáy là Gc , ứng suất nén sẽ có giá trị lớn nhất tại tiết diện dưới cùng của cột cần. sn = b, Ứng suất uốn: ( su) + Ứng suất uốn do cong lỗ khoan: R Ứng suất uốn sinh ra trong cột cần khoan, khi cần khoan làm việc trong một giếng khoan xiên có bán kính cong R được tính bằng công thức: su = - (1) D - Đường kính ngoài cần khoan. E - Modul đàn hồi của thép cần khoan. R – Bán kính cong của giếng khoan. + Mômen uốn do lực ly tâm tác dụng Trong quá trình quay cột cần . Hình 2.7 Độ cong của giếng Khi quay dưới tác dụng của lực ly tâm cộng với áp lực chiều trục cột cần khoan bị lệch khỏi hướng cân bằng ban đầu, tạo thành các cung uốn. Mômen xoắn sẽ làm cho cột cần khoan tạo thành cung uốn một hình xoáy ốc. Trong điều kiên bình thường ở giếng khoan thẳng đứng phương trình của cung uốn của trục cần khoan là: P y = f . sin - (2) l - Độ dài nửa cung uốn. l f F - Độ võng ở nửa cung uốn. P Z Hình 2.8 Chịu uốn của cột cần khoan Mômen uốn được xác định qua biểu thức đường trung hoà: (3) Lấy đạo hàm bậc 2 của phương trình (2) thay vào (3) ta được: Mu = Mômen uốn sẽ đạt giá trị cực đại khi sin = 1. Tức là: tại điểm z = sin = sin ® nghĩa là giữa cung uốn: z=l/2 Mumax= f Mômen này tương đương với ứng suất uốn là: su = = . f Nếu ta thay E = 2 .106 KG/cm2 và p2 »10 sẽ có được công thức sau: su = 2000 . Trong đó: f - Độ võng của cung uốn, tính bằng cm, f = Dc ; Dd - Đường kính choòng và zamốc (tính bằng cm) I – Mômen quán tính của tiết diện cần khoan. I = (D4 - d4) W – Môdunl chống uốn của cần W = D,d - Đường kính ngoài và trong của cần ở chỗ chôn dày. Trong khoan Roto ứng suất uốn có đặc tính thay đổi. Qua 1 vòng quay ứng suất của nó thay đổi liên tục từ giá trị cực đại đến giá trị cực tiểu. Sự tuần hoàn của thay đổi ứng suất này dẫn đến hiện tượng mỏi cần khoan. 2.4. Ổn định cột cần khoan. Dưới tác dụng của một số tải trọng cần khoan có thể mất ổn định. Nói chung sự mất ổn định của cột cần khoan là do tải trọng đáy, lực ly tâm, lực uốn, xoắn và áp lực... Quan trọng nhất vẫn do tải trọng đáy và lực ly tâm làm cho cột cần tạo thành một đường cong trong không gian. + Cột cần khoan mất ổn định do áp lực đáy sinh ra: Trong quá trình khoan cần phải tạo áp lực đáy xuống choòng bằng một phần trọng lượng của cột cần. Nếu tải trọng này vượt quá một giá trị tới hạn thì cột cần khoan sẽ bị mất ổn định và bị võng ở phần dưới cột cần. Nếu cần khoan quay thì lực ly tâm còn hỗ trợ thêm cho độ võng tăng lên. Để nghiên cứu độ võng của cột cần khoan chúng ta chỉ đề cập đến tác dụng của tải trọng chiều trục do trọng lượng riêng bản thân cột cần ở vùng giếng thẳng đứng. Với giả thiết rằng ở 2 đầu của thanh dầm, phần dưới ngàm cố định, phần trên di động. Theo Tymisenko sự mất ổn định của thanh dầm do trọng lượng riêng của nó sẽ vượt qua một lực tới hạn (Pth). Lực tới hạn bằng một nửa trọng lượng riêng của dầm ở chiều tới hạn. Như vậy cân bằng lực tới hạn cho bằng công thức culer với trường hợp trên, lực tới hạn theo Tymisenko sẽ thu được : Pth = Từ đó rút ra: lth = EI – Độ cứng của cần. Bất kỳ điều kiện nào ở hai đầu của dầm, chiều dài tới hạn uốn võng của cần khoan ở phía dưới có thể viết qua biểu thức chung: lth = u . Trong đó u là hệ số mà giá trị của nó phụ thuộc vào điều kiên giới hạn ở 2 đầu. Gần nhất với điều kiện thực tế là trường hợp u = 1. Trong thực tế khi khoan tải trọng đáy được chọn lớn hơn rất nhiều so với tải trọng giới hạn. Có thể nói rằng, cần khoan làm việc bị uốn võng. Nhưng độ võng cực đại bị giới hạn bởi đường kính giếng khoan và đường kính cần nặng. Khi tải trọng đáy đạt tới giá trị tới hạn, cần khoan sẽ rời khỏi trạng thái ổn định. Cần sẽ chạm vào thành giếng khoan ở một điểm nằm trong khoảng giữa choòng và điểm trung hoà. Nếu tiếp tục tăng tải trọng đáy thì sẽ xuất hiện 2 hay nhiều nửa cung uốn. + Ổn định cột cần khoan trong chuyển động quay: 1 1 1 1 2 2 2 2 Cần nặng 3 3 a) b) Khi khoan Roto cột cần khoan quay, phần dưới chịu nén. Dưới tác dụng của lực ly tâm, nêu số vòng quay vượt quá một giá trị tới hạn thì sẽ rời khỏi vị trí thẳng đứng và tạo ra cung uốn. 2.5. Kiểm toán cột cần khoan Khi khoan và khi kéo thả cột cần khoan chịu tải trọng tĩnh lẫn tải trọng động. Để kiểm toán bền cột cần phải tính toán ứng suất tổng hợp tại các tiết diện nguy hiểm của cột cần. Ứng suất tổng hợp này không được phép vượt quá ứng suất cho phép của cột cần. Khi kiểm toán cần khoan kiểu mới người ta kiểm toán bộ bền tĩnh, nghiên cứu hiện tượng mỏi. Các phương pháp kiểm toán độ bền trong khoan rôto và khoan tuabin cũng khác nhau. 2.5.1. Kiểm toán độ bền cột cần khoan trong khoan Rôto Trong khoan roto chúng ta sẽ tiến hành kiểm toán cột cần tại 2 tiết diện nguy hiểm trong trường hợp có cần nặng. Khi không có cần nặng tại 3 tiết diện (hình vẽ a,b): Các bước kiểm toán tiến hành như sau: a, Xác định chiều dài cần nặng: lcn = , m Trong đó: (c = 1,25 ®) - Là hệ số kể đến sự tăng chiều dài cần nặng trên tải trọng đáy. Gc - Tải trọng đáy ( KG) qcn - Trọng lượng 1m cần nặng (kg/m) b. Kiểm tra độ bền tĩnh phần trên cột cần khoan (tại tiết diện 1 - 1). Hệ số an toàn ở tiết diện trên cùng được xác định bằng công thức: k = ³ 1,4 sc - giới hạn chảy của thép cần khoan KG/cm2 så - ứng suất tổng cộng tại tiết diện trên cùng. så = sK = , KG/cm2 t = Mx - mômen xoắn. Wx - Modul chống xoắn. Mômen xoắn lớn nhất Mx = 71620 .k đ Ở đây: kđ- hệ số động N- Công suất quay cột cần phục vụ choòng phá đá N = Nkt + Nc Nkt= C. gd. D2.L . n 1.7, kw ( Công suất quay cột cần không tải) Nc= 46,4 .10 -4.k .Gc.Dcn, kw( Công suất tiêu thụ cho choòng phá đá) ở đây: C . hệ số phụ thuộc vào độ cong của giếng( xem bảng dưới ) Bảng 2.2.Bảng hệ số phụ thuộc vào độ cong của giếng khoan Góc nghiêng của giếng khoan Hệ số C £3 3¸ 5 6¸9 10¸16 18¸25 26¸35 18,8.10-5 (22,6¸ 28,8).10-5 (30,8¸ 34,3).10-5 (35,2¸ 40,3).10-5 (41,5¸ 46,6).10-5 (47,5¸ 52,2).10-5 D - Đường kính ngoài cần khoan, m L - Chiều dài cần khoan, m K - Hệ số phụ thuộc vào độ mòn của choòng. Nếu choòng mới K = 0,1,nếu choòng đã mòn K = 0,2 ¸ 0,3 Gc - Tải trọng đáy (T) Dc - Đường kính choòng. Wx - Modul chống xoắn, Wx = Chúng ta có thể tính t theo công thức sau: t = 71620 . kđ Thông thường phần dưới của cột cần khoan chịu những ứng suất tĩnh nhỏ dần, do đó chúng ta có thể lắp ở phần dưới một khoảng chiều dài nào đó loại cần có chất lượng thấp hơn. Hệ số dự trữ bền phần dưới được tính bằng công thức sau đây: k = ³ 1,4 Trong đó: q1, l1 - là trọng lượng một mét cần và chiều dài của đoạn cần phía dưới. Độ dài l1 chúng ta phải ước chừng, nếu như đoạn l1 được chọn mà tính toán có k>1,4 thì lại tăng chiều dài lên. Nếu cột cần được lắp ráp bằng 2 đoạn cần có đường kính khác nhau thì phần dưới chúng ta cũng kiểm tra độ bền như công thức trên. Để tính toán hệ số bền (an toàn) cho tiết diện trên cùng, chúng ta dùng công thức sau đây: k = ³ 4 c. Kiểm tra độ bền phần dưới của cột cần khoan: Hệ số dự trữ phần dưới của cột cần khoan được tính theo công thức sau: k = ³ 1,4 så - ứng suất tổng cộng xuất hiện ở phần dưới cùng của cột cần khoan. så = Trong trường hợp lắp cần nặng (tiết diện 2 - 2), sn = 0. Ứng suất tổng sẽ là: så = Ứng suất uốn được tính theo công thức: su = 2000. , Trong đó: f = ; I = Wu = l - Chiều dài nửa bước sóng được tính theo công thức của Sarkisov: l = . , m z - khoảng cách từ tiết diện trung hoà đến tiết diện tính toán, m q* - trọng lượng 1 m cần khoan. Nếu phần dưới cột cần có lắp cần nặng thì z = 0, nên l sẽ được tính như sau: l = , m w - vận tốc góc rad/300 ® w = Giá trị ứng suất tiếp t ở tiết diện dưới (3-3) không có cần nặng được tính như sau: t = 71620 kđ Trường hợp có cần nặng được tính là: t = 71620 . kđ Ncn - công suất quay cần nặng không tải. CHƯƠNG III KIỂM TOÁN CỘT CẦN GIẾNG KHOAN 7003 GIÀN NHẸ Bk -7 Do cấu tạo của địa chất nên trong quá trình khoan giếng 7003 người ta chia thành 5 khoảng khoan với thông số của bộ khoan cụ được biểu thị trên bảng. Bảng 3.1. Bộ khoan cụ trong khoảng khoan từ 85 ¸ 250m Bộ khoan cụ Đường kính (mm) Chiều dài (m) Trọng lượng (kG) Tổng chiều dài (m) Tổng trọng lượng (T) Choòng 660,4 3S 660,4 0,80 617 0,80 0,617 Cần nặng xoắn 228,6 18,80 5456 19,60 6,073 Định tâm 660,4 2,41 1062 22,01 7,135 Cần nặng xoắn 228,6 9,40 2728 31,41 9,863 Cần nặng xoắn 203,1 28,20 6210 59,61 16,072 Cần khoan nặng 127 82,26 6040 141,87 22,112 Bảng 3.2. Bộ khoan cụ trong khoảng khoan từ 250 ¸ 706m Bộ khoan cụ Đường kính (mm) Chiều dài (m) Trọng lượng (kG) Tổng chiều dài (m) Tổng trọng lượng (T) Choòng 660,4 3S 660,4 0,80 617 0,80 0,617 Động cơ khoan BL962 244,4 8,16 1500 8,96 2,17 Định tâm 444,5 2,17 1000 11,13 3,17 Hệ thống định vị UBHO 203,0 0,65 150 11,78 3,267 Cần nặng không nhiễm từ 203,2 18,8 4140 30,58 7,407 Búa đóng 196,9 5,50 1040 36,08 8,447 Cần nặng xoắn 203,2 9,40 2070 45,48 10,517 Búa giật 196,9 5,95 1050 51,43 11,567 Cần nặng xoắn 165,1 28,20 3846 79,63 15,413 Cần khoan nặng 127,0 82,26 6040 161,89 21,453 Bảng 3.3. Bộ khoan cụ trong khoảng khoan từ 706 ¸ 2423m Bộ khoan cụ Đường kính (mm) Chiều dài (m) Trọng lượng (kG) Tổng chiều dài (m) Tổng trọng lượng (T) Choòng 17 1/2'' MGSSH+2C 444,5 0,52 225 0,52 0,225 Động cơ đáy BL962 244,4 8,16 1500 8,68 1,725 Định tâm 393,7 1,10 374 9,78 2,099 Hệ thống định vị UBHO 203,0 0,65 150 10,43 2,249 Cần nặng không nhiễm từ 203,2 18,8 4140 29,23 6,389 Búa đóng 196,9 5,50 1040 34,73 7,429 Cần nặng xoắn 203,2 9,40 2070 44,13 9,499 Búa giật 196,9 5,95 1050 50,08 10,549 Cần nặng xoắn 165,1 56,40 7693 106,08 18,242 Cần khoan nặng 127,0 137,10 10066 243,58 28,307 Bảng 3.4. Bộ khoan cụ trong khoảng khoan từ 2423 ¸ 3223m Bộ khoan cụ Đường kính (mm) Chiều dài (m) Trọng lượng (kG) Tổng chiều dài (m) Tổng trọng lượng (T) Choòng 12 1/4'' S94HPX 311,1 0,35 100 0,35 0,100 Động cơ đáy BL962 244,4 8,16 1500 8,51 1,600 Cần nặng xoắn 203,2 9,40 1070 17,91 2,670 Định tâm 308,0 1,75 531 19,66 3,201 Cần nặng không nhiễm từ 203,2 9,45 2081 29.11 5,282 Búa đóng 196,9 5,50 1040 34,61 6.322 Cần nặng xoắn 203,2 9,40 1070 44,01 7,392 Búa giật 196,9 5,59 1050 49,96 8,442 Cần nặng xoắn 165,1 28,2 3846 78,16 12,288 Cần khoan nặng 127,0 82,60 6064 160,76 18,352 Bảng 3.5. Bộ khoan cụ trong khoảng khoan từ 3223 ¸ 3443m: Bộ khoan cụ Đường kính (mm) Chiều dài (m) Trọng lượng (kG) Tổng chiều dài (m) Tổng trọng lượng (T) Choòng 8 1/2'' FGS+ 215,9 0,35 40 0,35 0,040 Động cơ đáy A675M 171,5 7,95 984 8,30 1,024 Cần nặng xoắn 165,1 9,40 1282 17,7 2,306 Định tâm 214,0 1,68 259 19,38 2,565 Cần nặng 165,1 150,40 20515 169,78 23,08 Cần khoan nặng 127,0 27,42 2013 197,2 25,093 Búa đóng 158,8 5,30 510 202,5 25,603 Cần khoan nặng 127,0 9,14 671 211,64 26,278 Búa giật 158,8 5,60 540 217,24 26,814 Cần khoan nặng 127,0 109,68 8053 326,92 34,867 Bảng 3.6. Bộ khoan cụ trong khoảng khoan từ 3443 ¸ 3663m Bộ khoan cụ Đường kính (mm) Chiều dài (m) Trọng lượng (kG) Tổng chiều dài (m) Tổng trọng lượng (T) Choòng 6 1/2'' XR40YODPD 165,1 0,31 21 0,31 0,021 Cần nặng xoắn 127,0 9,40 977 9,17 0,998 Định tâm 165 0,80 1405 10,51 2,403 Cần nặng xoắn 127 197,40 20529 207,91 22,932 Búa đóng 120,7 4,80 260 212,71 23,192 Cần nặng xoắn 127 9,40 977 222,11 24,169 Búa giật 120,7 5,40 293 227,51 24,462 Cần khoan nặng 127,0 82,60 6064 310,11 30,526 Các thông số chế độ khoan của giếng khoan 7003 được tổng kết trong bảng sau: Bảng3.7 Thông số chế độ khoan Khoảng khoan (m) Lưu lượng (l/s) Tải trọng đáy (T) Tốc độ quay (v/p) Từ Đến 85 250 60 ¸ 70 6 ¸ 8 50 ¸ 60 250 706 60 ¸ 70 6 ¸ 8 80 ¸ 90 706 2423 50 ¸ 54 5 ¸ 9 70 ¸ 100 2423 3223 39 ¸ 44 9 ¸ 12 70 ¸ 90 3223 3443 37 ¸ 44 14 ¸ 20 80 ¸ 90 3443 3663 16 ¸ 22 20 ¸ 22 70 ¸ 80 Bảng 3.8. Bảng thông số tính toán. STT Thông số Giá trị thông số Đơn vị 1 Trọng lượng cần nặng (Qcn) 30,526 Tấn 2 Chiều dài cột cần (L) 3663 m 3 Chiều dài cần nặng (lcn) 310 m 4 Trọng lượng riêng của dung dịch khoan (γd) 1,05 Tấn/m3 5 Trọng lượng riêng của thép (γ) 7,85 Tấn/m3 6 Đường kính ngoài cần khoan (D) 127 mm 7 Tiết diện ngang của cần khoan (F) 36,7 cm2 8 Giới hạn chảy của thép cần khoan (sc) 10500 kG/cm2 9 Hệ số phụ thuộc độ cong của giếng (c) 18,8.10-5 10 Hệ số mòn của choòng (k) 0,1 11 Trọng lượng 1m cần (q) 0,033 Tấn/m 3.1. Kiểm toán cột cần khoan: Trong quá trình làm việc cũng như quá trính kéo thả, cần khoan chịu tác dụng của cả tải trọng tĩnh lẫn tải trọng động, các tải trọng này làm cho cần khoan làm việc mất ổn định và thậm chí có thể gây ra sự cố đối với cần khoan. Để tránh được điều này ta tiến hành kiểm tra độ bền của bộ cần khoan trong quá trình khoan mở vỉa sản phẩm với các trường hợp như sau: *Kiểm toán cần khoan trong quá trình kéo: Trong quá trình kéo cột cần khoan, tiết diện phía trên cùng của cột cần phải chịu tải trọng là lớn nhất bao gồm: Trọng lượng cột cần, lực quán tính và lực ma sát. Sau đây ta đi kiểm toán cho trường hợp này: Phần trên của cột cần khoan được gọi là đạt bền khi thoả mãn điều kiện: ( Theo tiêu chuẩn API của Mỹ) (3.1) Trong đó: K: Hệ số an toàn sc: Giới hạn chảy của thép làm cần. Cần khoan 127 với mác thép S - 135 có giới hạn chảy: sc = 165 kG/ mm2 = 16500kG/cm2 sk: Ứng suất kéo tại phần trên cột cần. Ứng suất này được tính theo công thức: (3.2) Qk : Tải trọng kéo tác dụng lên phần trên cột cần. Đây cũng chính là tải trọng tác dụng lên móc nâng mà ta đã tính được trong phần kiểm toán thiết bị nâng thả: Qk = 149,3 T F: Tiết diện ngang của cần khoan (3.3) D: Đường kính ngoài của cần khoan. D = 12,7cm d: Đường kính trong của cần khoan. d = 10,7cm Thay các số liệu vào công thức (3.3) ta được: Thay các giá trị Qk và F vào công thức (3.2) ta được: Thay các giá trị sc và sk vào công thức (3.1) ta được: Vậy cột cần khoan đạt bền trong quá trình kéo. 3.2. Kiểm toán cần khoan trong quá trình khoan: Trong quá trình khoan, cột cần khoan phải chịu các tải trọng bao gồm: Kéo, nén, uốn và xoắn. Trong đó tồn tại hai tiết diện nguy hiểm nhất đó là phần trên của cột cần và phần dưới cột cần. 3.2.1. Kiểm toán phần trên của cần khoan: Trong công tác khoan thăm dò và khoan khai thác dầu khí, người ta thực hiện việc khoan giảm tải (chỉ một phần tải trọng của cột cần khoan tác dụng lên đáy) nên trong quá trình khoan, phần trên cùng của cột cần chỉ phải chịu tải trọng kéo và tải trọng xoắn. Phần trên của cột cần khoan được gọi là đạt bền khi thoả mãn điều kiện: (3.4) Trong đó: K: Hệ số an toàn sc = 165kG/mm2 = 16500 kG/cm2 sS: Ứng suất tương đương, ứng suất này được tính theo công thức: (3.5) sk: Ứng suất kéo tại phần trên cột cần. Ứng suất này được tính theo công thức: (3.6) Qk: Trọng lượng cột cần khoan tác dụng lên móc nâng khi khoan. Qk được tính theo công thức: Qk = [Qcn + (L - l).q + Gc].(1- ) (3.7) Xét khoảng khoan (85 ÷ 250)m Tại vị trí l = 85m Ta có các thông số: Qcn = 30,526 T L = 3663 m l = 85 m q = 33 kG/m = 0,033 T/m gd = 1,05 T/m3 g = 7,85 T/m3 Gc: Tải trọng đáy. Gc = 20 T Thay các thông số trên vào công thức (3.7) ta tính được: Qk = [30,526 + (3663 - 85).0,033 + 20].(1- ) = 146 T Tiết diện ngang của cần khoan: F = 36,7 cm2 Thay các giá trị Qk và F vào công thức (3.6) ta được: t: Ứng suất xoắn tác dụng lên phần trên của cột cần khoan. t được tính theo công thức: (3.8) wx: Mô men chống xoắn của cần khoan. wx = = = 199,5 cm3 Mx: Mô men xoắn. Mx được tính theo công thức: Mx = (3.9) n: Tốc độ quay của động cơ. n = 60 v/p Nkt: Công suất để quay cột cần không tải Nkt = c.gd.Dc2.n1,7.L (3.10) c: Hệ số phụ thuộc vào độ cong của giếng. c = 18,8.10-5 gd: Trọng lượng riêng của dung dịch khoan. gd = 1,05 T/m3 Dc: Đường kính choòng khoan. Dc = 0,6604m L: Chiều dài cột cần. L = 3663m Thay các thông số vào công thức (3.10) ta được: Nkt = 18,8.10-5. 1,05. 0,66042. 601,7. (3663 – 85) = 322,02 (kw) Nc: Công suất tiêu thụ ở choòng Nc = 46,6.10-4.K.Gc.Dc.n (3.11) K: Hệ số mòn của choòng. K = 0,1 Gc: Tải trọng đáy. Gc = 20000 kG Thay các thống số vào công thức (3.11) ta được: Nc = 46,6.10-4. 0,1. 20000. 0,6604. 60 = 367,7 (kw) Vậy ta tính được mô men xoắn theo công thức (3.9): Mx = kG.cm Thay Mx và wx vào công thức (3.8) ta được: Thay các giá trị t và sk vào công t