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

LỜI MỞ ĐẦU . Trong các biện pháp nâng cao hiệu quả thực hiện công tác khoan dầu khí thì việc hoàn thiện cơ sở khoa học thiết kế và dự toán xây dựng giếng có vai trò quan trọng nhất. Thiết kế giếng khoan là một mắt xích quan trọng trong dây chuyền khoa học sản xuất.Các giếng khoan dầu và khí là những công trình mang tính đặc thù .Các công trình này thường thi công trong điều kiện địa lí-kỹ thuật và môi trường làm việc hết sức phức tạp ,giá thành công trình dao động từ vài triệu đô đến hàng chục triệu đô la Mỹ.Chính vì vậy ,quá trình thi công xây dựng giếng không thể không thực hiện một cách cụ thể,chi tiết và chuyên môn hóa cao các công việc của từng giai đoạn. Một phần quan trọng trong quá trình hoàn thiện giếng là tính toán ,lựa chọn ống chống.Qua quá trình học tập,nghiên cứu,thực tập tại xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro,và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy Lê Đức Vinh,em đã lựa chọn đề tài:Tính toán và lựa chọn ống chống cho giếng khai thác dầu làm đồ án tốt nghiệp. Đồ án tốt nghiệp là công trình nghiên cứu khoa học được xây dựng dựa trên quá trình học tập,nghiên cứu tại trường kết hợp với thực tế sản xuất nhằm giúp cho sinh viên nắm vững kiến thức đã học.Với mức độ tài liệu và thời gian nghiên cứu hoàn thành đồ án có hạn,cũng như kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế,nên sẽ không tránh khỏi có những thiếu sót.Em rất mong nhận được sự góp ý,bổ sung của các thầy cô,các nhà chuyên môn và các bạn cùng đọc. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Thiết bị dầu khí và công trình,các bạn cùng lớp và đặc biệt là thầy Lê Đức Vinh đã giúp đỡ,hướng dẫn và tạo điều kiện cho em hoàn thành bản đồ án này.Nhân đây em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các cán bộ ,công nhân viên trong xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro đã giúp đỡ thu thập tài liệu để em hoàn thành bản đồ án tốt nghiêp. Hà Nội, ngày 25 tháng 5 năm 2010 Sinh viên Trần Ngọc Hòa CHƯƠNG 1 LỰA CHỌN CẤU TRÚC GIẾNG KHOAN Cấu trúc giếng khoan được xác định bằng: Số lượng các cột ống chống trong giếng khoan Đường kính và chiều sâu thả các cột ống chống Đường kính choòng khoan tương ứng dùng khoan để thả các cột ống chống. Chiều cao dâng của vữa xi măng trong khoảng không gian vành xuyến ống chống. Việc lựa chọn cấu trúc giếng khoan phù hợp phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản sau: mục đích giếng khoan và phương pháp khoan, điều kiện địa chất khoan qua, chiều sâu vỉa sản phẩm, số lượng vỉa sản phẩm, phương pháp mở vỉa sản phẩm, khả năng thiết bị kỹ thuật và thực trạng công nghệ. Trong tất cả các trường hợp, cấu trúc giếng khoan phải đảm bảo được khả năng thi công đến chiều sâu thiết kế và đạt được các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật như thiết kế đặt ra. Với mục đích giảm thiểu thời gian thi công và tạo điều kiện tốt cho công tác khoan nhằm phòng ngừa các phức tạp và sự cố trong quá trình khoan nên khi thiết kế cấu trúc giếng khoan cần chú ý đến: Chiều sâu của đối tượng khai thác (vỉa sản phẩm), sản lượng của chúng và tính thấm, chứa của vỉa. Tính chất cơ lý và trạng thái gắn kết của đất đá, trong trường hợp thân giếng hở, cần tính tới các phức tạp địa chất có thể xảy ra các hiện tượng như bó, kẹt cần khoan, sập lở, hang hốc, phun trào… Áp suất vỉa và áp suất lỗ hổng, cũng như áp suất phá vỡ vỉa của đất đá khoan qua. Nhiệt độ của đất đá theo chiều sâu thân giếng. Nói chung, khi lựa chọn cấu trúc giếng khoan thì các đặc tính của các chỉ tiêu đã liệt kế ở triên phụ thuộc nhiều vào các thông số kỹ thuật và công nghệ thi công, xây dựng giếng khoan, cũng như đặc điểm và tính chất phức tạp của điều kiện địa chất. Có thể nhận xét rằng một số yếu tố chủ quan ở mức độ này hay ở mức độ khác có thể trở thành yếu tố khách quan, trong trường hợp này số lượng các yếu tố chủ quan ảnh hưởng đến quá trình thiết kế có thể là giới hạn đáng kể, nhưng cũng có thể không có và việc lựa chọn cấu trúc giếng khoan chỉ là việc xác định chính xác chiều sâu thả các cột ống chống mà thôi. Phụ thuộc vào các yêu cầu đối với giếng khoan (các yếu tổ chủ quan) và đặc điểm địa chất của vùng mỏ (các yếu tố khách quan) thiết kế cấu trúc giếng có thể đạt hiệu quả rất tốt nhưng cũng có thể đạt hiệu quả kém. Cấu trúc giếng khoan được xem là hợp lý nếu nó bảo đảm giá thành xây dựng giếng thấp nhất, cũng như hoàn thiện các hạn chế tồn tại về kỹ thuật (thiết bị kỹ thuật và vật tư, điều kiện vận chuyển), những hạn chế về công nghệ (áp dụng công nghệ mới, tổ chức các công việc chính và phụ trợ của các đơn vị, xí nghiệp tham gia quá trình thi công xây dựng giếng), những hạn chế về điều kiện địa chất (như sự xuất hiện nước vỉa, mất dung dịch khoan và vữa xi măng, sập lở và trương nở của đất đá) những đòi hỏi về độ tin cậy và tuổi thọ của giếng khoan trong suốt thời gian làm việc của giếng (thử vỉa, hoàn thiện giếng và khai thác). 1.1. Chọn chiều sâu thả và đường kính các cột ống chống 1.1.1. Tính toán và lựa chọn chiều sâu thả các cột ống chống Khi thiết kế cấu trúc giếng, bước đầu tiên là chọn số cột ống chống và chiều sâu thả. Có hai yếu tố quyết định tới tính toán và xác định chiều sâu thả các cột ống chống: điều kiện địa chất khoan qua và trình độ kỹ thuật, công nghệ thực hiện các giai đoạn trong quy trình xây dựng giếng. Hai yếu tố này cần và đủ để tính toán chiều sâu thả các cột ống chống. Nếu các điều kiện địa chất trong toàn bộ thân giếng có những bất thường (không có cùng một môi trường địa chất như nhau) và khả năng kỹ thuật-công nghệ khoan không cho phép thực hiện cùng lúc thì phải thay đổi cho phù hợp với các khoảng khoan riêng biệt. Có thể lý giải như sau: Khi các tham số có trước của các qui trình công nghệ không hợp lý về mặt kinh tế khi khoan tiếp các khoảng khoan phía dưới (tiếp theo) của giếng sẽ gây nhiều khó khăn phức tạp trong khoảng đã khoan phía trên, nếu khoảng khoan này chưa được gia cố bằng ống chống hay phải thực hiện thêm một số giải pháp công nghệ đặc biệt để phòng ngừa những phức tạp này. Chính vì vậy, chiều sâu thả ống chống cần được quyết định một cách cụ thể phù hợp với điều kiện bất thường của vật chất. Từ mục đích này, việc xây dựng biểu đồ phân bố gradient áp suất vỉa Pv theo chiều sâu thẳng đứng Lv (ßv = Pv/Lv), gradient áp suất phá vỡ vỉa ßvv (ßvv = Pvv/Lv) và gradient áp suất cột dung dịch khoan (ßdd = Ydd) là hết sức cần thiết. Các đại lượng Pv, Pvv hoặc được tính toán trên cơ sở số liệu nghiên cứu địa chất, địa vật lý của các giếng hoặc của vùng lân cận gần nhất về mặt địa lý cũng như địa tầng để đưa ra các giá trị về áp suất vỉa, vỡ vỉa, mất dung dịch. Trong trường hợp không có số liệu, áp suất phá vỡ vỉa Pvv có thể dự toán theo các công thức sau: Pvv = 0,83 L + 6,6 Pv (1.1) Pvv = 0.87P lỗ hổng (1.2) Pvv = Pv + µ (Plỗ.hổng – Pv)/(1- µ) (1.3) Trong đó: Pv – áp suất vỉa ở chiều sâu L (MPa) Plỗ.hổng – áp suất lỗ hổng của vỉa bên trên (MPa) Plỗ.hổng = 0,01 LPdd Pdd – trọng lượng riêng của đất đá ở chiều sâu L (g/cm3) µ - hệ số Poisson µ đất sét = 0,0977 P1,4dd Áp suất mà ở giá trị này có hiện tượng dung dịch bị mất vào vỉa được gọi là áp suất mất dung dịch và được xác định theo số liệu thực tế hoặc bơm ép thử (lưu lượng 1-2 l/s). Khi không có số liệu về áp suất mất dung dịch Pmdd, có thể dự đoán theo công thức sau: Pmdd = (0,75 – 0,95) Pvv (1.4) Trong các khoảng chiều sâu chứa các tạp chất có tính chảy dẻo cao, để tính gradient áp suất vỡ vỉa ßvv, ở giá trị của đại lượng Pv có thể lấy giá trị áp suất lỗ hổng của đất đá. Trong các khoảng khoan có cường độ mất dung dịch lớn mà việc khống chế trong quá trình khoan không đạt kết quả, để tính toán gradient áp suất vỡ vỉa ßvv, ở vị trí đại lượng Pvv có thể sử dụng áp suất mà tại thời điểm đó xảy ra hiện tượng mất dung dịch trầm trọng. Chiều sâu thả các cột ống chống (chiều sâu đặt chân đế ống chống) được lấy theo chiều sâu của ranh giới dưới của vùng gia cố ống (vùng có cùng điều kiện) cộng thêm từ 10-20cm nhưng không lớn hơn chiều sâu bắt đầu của vùng có điều kiện tăng tiếp theo. Chiều sâu thả cột ống chống khai thác được tính theo chiều sâu thực tế của vỉa sản phẩm có tính đến phương pháp hoàn thiện và khai thác giếng, cũng như cấu trúc đáy giếng. Chiều sâu thả cột ống chống kỹ thuật được tính toán và thả đến nóc của vỉa sản phẩm, nhằm ngăn cách toàn bộ địa tầng phía trên trước khi mở vỉa sản phẩm với công nghệ mở vỉa và hệ dung dịch chuyên dùng cho mở vỉa sản phẩm. Chiều sâu thả cột ống chống định hướng được xác định để gia cố các tạp chất đất đá bở rời phía trên và chứa tạp chất nước trên bề mặt hoặc các tập mất dung dịch. Nếu cột ống chống định hướng được lắp đặt các thiết bị chống phun, chiều sâu thả chân để ống chống định hướng được tính toán chống khi xuất hiện dấu khí phun bằng công thức sau: H = 10 (Pm + ΔPm) / (Ydd – Ynv) (1.5) Trong đó: Pm – áp suất tại miệng giếng khi đóng đối áp trong trường hợp dầu khí phun (kg/cm2) ΔPm – áp suất phụ thêm tại miệng giếng xuất hiện khi thực hiện qui trình làm sạch giếng và khống chế các chất lỏng của vỉa xâm nhập vào giếng (kg/cm2) Ydd – tỷ trọng dung dịch khoan tương đương với gradient áp suất phá vỡ vỉa, (g/cm3) Ynv – tỷ trọng chất lỏng của vỉa trong giếng (g/cm3) Chiều sâu thả các cột ống chống trung gian được xác định và thỏa mãn các điều kiện: H >= (Pv – 0,01 Yo)/(0,02 – 0,01 Yo) (1.6) Hoặc: 0,11 (ß (L – Ld) – YoL) + ß Ld) H >= (1.7) ß – 0,11 Yo Trong đó: H – chiều sâu tối thiểu của chân đế ống chống cần thả (m) L – chiều sâu chân đế cột ống chống tiếp theo (m) Ld – chiều cao từ mực nước biển đến mặt bàn roto (trong trường hợp khoan ở biển) Còn khi khoan trên đất liền Ld = 0 Yo – tỷ trọng của dung dịch khoan có tính đến sự xâm nhập của chất lỏng của vỉa (dầu, khí, nước) hay còn gọi là hỗn hợp khí nước, mà giá trị này được xác định như sau: Y0 = Y . Ydd Đại lượng Y là trọng lượng riêng của khí vỉa so với không khí (tỷ lệ giữa khí vỉa vả không khí), đối với 1-3 giếng khoan đầu tiên của vùng mỏ thì Y được lấy bằng 0,6 còn khi khoan ở các vùng có đủ số liệu thực tế thì Y được xác định theo số liệu thực tế. Thực tế chiều sâu đặt chân đế ống chống được lựa chọn nằm trong vỉa có đất đá bền vững, nhưng không được nhỏ hơn giá trị tính toán. Mặt khác, chiều sâu thả cột ống chống trung gian và cột ống chống định hướng cần được kiểm tra trong điều kiện thực tế, nếu giếng khoan bị mất tuần hoàn dụng dịch khi khoan khoảng dưới, thì chân đế ống chống trước cần thả sâu hơn chiều sâu mực dung dịch trong giếng khi khoan trong khoảng dưới mà có thể xảy ra mất tuần hoàn dung dịch. Đối với 1-3 giếng khoan đầu tiên của vùng mỏ, do chưa có số liệu thực tế đáng tin cậy che nên chiều sâu mực dung dịch trong giếng khi mất tuần hoàn có thể xác định như sau: Lmdd = 0,3 – 0,4 Hk, Hk- chiều sâu giếng khi xảy ra mất tuần hoàn dung dịch, Lmdd- chiều sâu mực dung dịch trong giếng. Trong trường hợp có số liệu thực tế về địa chất của vùng mỏ thì giá trị Lmdd được xác định theo số liệu thực tế. Tỷ trọng dung dịch Ydd sử dụng khi khoan trong khoảng khoan chưa gia cố bằng ống chống cần phải nằm trong giới hạn cho phép của vùng có cùng điều kiện, phù hợp với các yêu cầu của các qui trình, qui phạm hiện hành và thỏa mãn điều kiện sau: Δαmdd min >= 0,01 Ydd >= a Δαmax (1.8) Ydd – 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.