chuong 6 che do khoan
Chương VI: Chế độ khoan
Chế độ khoan là tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng đến chỉ tiếu khoan .
Các yếu tố đó thường gọi là thông số chế độ khoan gồm:
1. áp lực đáy ( tải trọng lên choòng ) : Gc
2. Tốc độ quay của choòng : n
3. Lưu lượng nước rửa : Q
4. Chất lượng nước rửa (tỷ trọng, độ nhớt, độ thải nước, ứng suất cắt tĩnh vv....)
Chế độ khoan nào đạt đến chỉ tiêu cao nhất về khối lượngvà chất lượng thì gọi là chế độ khoan hợp lý (hoặc chế độ khoan tối ưu) . Trong thực tế thường phải khoan lấy mâũ, khoan trong điều kiện địa chất phức tạp (sập lỗ, mất nước vv....)hoặc khoan mở lỗ khoan lệch sang lỗ mới... Chế độ khoan dùng trong các trường hợp đó gọi là chế độ khoan đặc biệt.
6.1. Các yếu tố để chọn phương pháp khoan và thiết bị dẫn động.
Trong khoan dầu khí thông thường sử dụng ba phương pháp khoan. Khoan rôtơ, khoan tuốc bin, khoan bằng động cơ điện. Hai phương pháp đầu là chủ yếu , phương pháp sau đang ở trong giai đoạn thử nghiệm công nghiệp.
6.1.1. Các yếu tố cơ bản để chọn phương pháp khoan.
6.1.1.1. Độ sâu và hình dạng thân lỗ khoan.
6.1.1.2. Tính chất cơ lý của đất đá khoan qua.
Trình độ kỹ thuật khoan hiện đại cho phép khoan bằng tuốc bin đến độ sâu 4000-4500 m. Nguyên nhan hạn chế chiều sâu làm việc của tuốc bin là điều kiệnlàm việc của máy bơm.
ít khi gặp những vùng mà toàn bộ mặt cắt địa chất của nó có điều kiện lý tưởng cho một phương pháp khoan. Thông thường các đoạn thích hợpvới khoan rôtơ hơn lại nằm xen kễ với các đoạn thích hợp với khoan tua bin.
Trong trường hợp đó tốt nhất là chọn phương pháp khoan phối hợp. Để xác định các đoạn khoan bằng rôtơ và tuốc bin, nên tiến hành khoan đồng thời hay lần lượt hai hoặc 4 lỗ khoan. Một (hoặc hai) lỗ khoan từ đầu đến cuối bằng tuốc bin và một (hoặc hai ) chỉ khoan bằng rôtơ. So sánh kết quả khoan từng đoạn các lỗ khoa này, chúng ta xác định ranh giới sử dụng các phương pháp khoan để đạt hiệu quả khoan cao.
Kinh nghiệm nhiều năm đã chỉ ra rằng, khi khoan nghiêng định hướng thì chỉ nên dùng phương pháp khoan tuốc bin , vì phương pháp này đạt các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cao hơn phương pháp khoan rotơ có dùng máng xiên.
6.1.1.3 Trong thiết bị dẫn động:
Thông thường khi khoan khai thác thì dẫn động bằng điện, còn khi khoan thần thăm dò thì bằng động có đốt trong.
Khoan dẫn động bằng điện rẻ hơn nhiều so với dẫn động bằng động cơ đốt trong.Máy khoan chạy bằng điện lắp ráp nhẹ nhàng và đơn giản hơn, trong quá trình khoan không cần vận chuyển một một khối lượng dầu mỡ rất lớn, số người phục vụ ít hơn, yếu tố cơ bản để chọn thiết bị dẫn động làvùng tiến hành khoan có nguồn điện lưới hay không. Nếu khoan ở giàn mạng điện công nghiệp và việc dẫn điện đến khoan trường không chi phí nhiều thì nên dẫn động bằng điện ngay cả lỗ khoan riêng lẻ.
6.2. Các chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật để đánh giá hiệu quả khoan giếng.
Hiệu quả của quá trình khoan giếng được đánh giá qua những chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật: khôí lượng và chất lượng.
6.2.1.Các chỉ tiêu cơ bản về chất lượng.
- Bảo đảm độ thẳng đứng hoặc hướng đã định của lỗ khoan .
- Không làm ảnh hưởng đếntính chất cơ lý của tầng sản phẩm.
- Phải đạt đến tầng sản phẩm cuối cùng của giếng khoan. ở chiều sâu thiết kế.
6.2.2. Các chỉ tiêu về khối lượng:
Các chỉ tiế về khối lượng được đánh giá thông qua các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật sau đây:
6.2.2.1. Vận tốc cơ học của choòng khoan:
vch= hc tc (m/h).(Vận tốc tiến sâu của choòng khi khoan)
Trong đó :
hc , tc: chiều sâu khoan được và thời gian khoan của choòng .
6.2.2.2. Vận tốc hiệp:
vh = hc tc + tnt ¬(m/h). (Vận tốc choòng trong t/g 1 hiệp khoan)
Tnt: thời gian nâng thả cột cần khoan và thay choòng.
6.2.2.3. Vận tốc kỹ thuật:
vt= 720 . H Tc+ Tnt+ Tt = 720. H Ts (m/tháng - máy)(1 tháng 1 máy khoan được,m)
-Ts = Tc + T nt+ Tt là thời gian sản xuất.
Ttthời gian để thực hiện các công tác đặc biệt trong lỗ khoan, (chống ống trám ximăng, thực hiện các phép đo trong lỗ khoan, gia công dung dịch...)
6.2.2.4. Vận tốc thương mại:
Vmt=720. H Tc+ Tnt+ Tt + Tf = 720 . H Ts + Tf 720. H T . (m/tháng-máy)
Tf - Thời gian để thực hiệncác công tác không cần thiết cho công tác khoan, như giải quyết các sự cố kỹthuật, sửa chữa thiết bị và dụng cụ khoan. Ngừng làm việc do thiếu nhiên liệu, vật tư hoặc công tác tổ chứckhác
T - tổng thời gian để khoan giếng, từ khi bắt đàu đến khi kết thúc.
6.2.2.5. Giá thành một mút khoan:
C = Cc+(tc+ tnt) . C0 hc (VND/m)
Trong đó :
Cc giá thành của choòng khoan.
C0 giá thành trong một giờlàm việc của thiết bị khoan.
bao gồm: - Bảo dưỡng thiết bị.
- Tiền sữa chữa cần khoan , tuốc bin, bảo quản thiết bị
- Tiền năng lượng và chất đốt.
- Lượng công nhân và chi phí gián tiếp.
6.3. ảnh hưởng các thông số chế độ khoan đến chỉ tiêulàm việc của choòng.
Phá huỷ là một quá trình rất phức tạp do đó có một sự liên hệ chặt chẽ giữa các thông số của chế độ khoan, để phân tích ảnh hưởng của các thông số chế độ khoan đến chỉ tiêu làm việc của choòng, chúng ta tiến hành phân tích riêng biệt từng thông số trên cơ sở giữ các thông số khác không đổi và chúng ta cũng xác định được một vài liên quan giữa các thông số.
6.3.1. ảnh hưởng của tải trọng đáy đến các chỉ tiêu làm việc của choòng
Phá huỷ đất đá ở đáy lỗ khoan là kết quả ấn đột của răng choòng vào đất đá và sự chuyển dời trên mặt phẳng đáy của choòng khoan (chuyển động quay ) Độ ngập của răng choòng phụ thuộc vào tải trọng chiều trục, độ cứng của đất đá hình dạng và độ mòn của răng. Tải trọng càng lớn thì chiều sâu ngập cáng lớn. Như vậy tải trọng càng tăng thì vận tốc cơ học càng tăng.
Tải trọng riêng : G r= Gc Atx Atx diện tích tiếp xúc của răng choòng với đất đá.
Để xét sự ảnh hưởng của tải trọng đến chỉ tiêu làm việc của choòng ta giữ n = const.
- Gr< đ (đoạn O-A)
+ Nếu tải trọng riêng nhỏ hơn độ cứng của đất đá , đất đá bị phá ở miền phá hủy bề mặt. Trong miền này sự tăng của vch và tăng tải trọng đáy theo một đường thẳng rất thấp. Hiệu quả phá huỷ đất đá rất thấp , choòng bị mài mòn nhanh .
- Khi Gf> đ (đoạn B-C) đất đá bị phá huỷ trong phạm vi của miền phá huỷ thể tích. Trong phạm vi này vch tăng lên rất nhanh với sự gia tăng của tải trọng theo đường BC. Trong miền này năng lượng để phá huỷ đất đá cũng ít hơn. Vận tốc mài mòn của choòng cũng bé hơn.
(đoạn A-B)
- Giữa hai miền này là miền phá huỷ do hiện tượng mỏi đường cong AB.
Nếu như theo dõi tải trọng riêng tại điểm C, dùng cho mỗi Q.
Vận tốc cơ học sẽ tăng lên rất chậm và có su hướng giảm. Nguyên nhân khi tăng Gr lưu lượng Q không đủ để rửa sạch đáy lỗ khoan. Đất đá bị phá huỷ ứ lại ở đáy và làm giảm độ ngậpcủa răng choòng và đất đá. Do đó vận tốc cơ học khong tăng lên được và sẽ có xu hướng giảm dần . Khi nghiên cứuvề tiến độ của choòng theo tỷ trọng ở các phương pháp khoan rôtơ và tuôc bin ta cóđồ thị sau:
6.3.2. ảnh hưởng của số vòng quay đến chỉ tiêu làm việc của choòng.
- Kết quả nghiên cứu của srâynher đã chỉ ra rằng: khi khoan bằng choòng cháp xoay, nếu tăng số vòng quay n thì độ sâu ngập của răng choòng giảm xuống . Ngược lại khi tăng số vòng quay sẽ làm tăng số lần va đập của răng choòng xuống đất đá. Do đó tùy thuộc yếu tố này hay yếu tố khác nó sẽ làm tăng hiệu suấtlàm việc của choòng, nhưng lại làm giảm tuổi thọ của nó rất nhiều. Như vậy khi tăng tốc độ quay của choòng chóp xoay thì tốc độ cơ học khoan có thể tăng hoặc giảm xuống, tuỳ theo yếu tố nào (trong các yếu tố nói trên) có ưu thế hơn trong điều kiện đã cho.
Khi khoan đá dòn hoặc dòn dẻo mà " hệ số dẻo" không lớn lắm thì tốc độ cơ học khoan cực đại có thể đạt được với số vòng quay rất lớn (hàng ngàn vòng trong một phút )
Còn đối với đất đá dẻo, đặc biệt là đất đá không bị phá huỷ dòn thì tốc độ cơ học khoan cực đại có thể đạt được với số vòng nhỏ
6.3.ảnh hưởng của các thông số thuỷ lực đến các chỉ tiêu làm việc của choòng.
Hai chức năng quan trọng nhất của dung dịch khoan là :
- Rửa sạch đáy lỗ khoan.
- Vận chuyển đất đá phá huỷ ở đáy lỗ khoan làm mặt đất . Qua "rửa sạch đáy lỗ khoan " chúng ta hiểu rằng cần phải thực hiện một tuần hoàn dung dịch khoan với lưu lượng, vận tốc vòi phun và tính chất của dung dịch đảm bảo tách và cuốn sạch mùn khoan ở đáy một cách nhanh chóng. Trong trường hợp này vận tốc cơ học sẽ là cực đại. Trường hợp ngược lại dưới đáy lỗ khoan sẽ tích luỹ mùn khoan gây nên hiện tượng bít choòng giảm chiều sâu ngập của răng và vận tốc cơ học sẽ giảm. Tóm lại chúng ta phải sử dụng một lưu lượngvà vận tốc vòi phun lớn để đảm bảo việc sạch đáy lỗ khoan.
6.3.1 ảnh hưởng riêng biệt của lưu lượng và vận tốc vòi phun.
6.3.1.1 ảnh hưởng của lưu lượng.
Giữ n = const, Gc = const . Chúng ta nhận thấy rằng vận tóc cơ học tăng với sự tăng của Q. Với một giá trị nào đó thì v không tăng được nữa bởi vì chúng đã thoả mãn với một tải trọng và số vòng quay không đổi
Biến thiên giữa vận tốc cơ học và lưu lượng theo công thức sau đây:
V = Q a + b .Q
Trong đó : a, b là hai hằng số phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất và các đại lượng Q, n và từng loại cấu trúc của choòng.
6.3.1.2. ảnh hưởng của tia dung dich khi ra khỏi vòi phun.
Qua việc tăng vận tốc của dung dịch ra khỏi vòi phun ở choòng, ngay cả trong lúc giữ Q = const, vận tốc cơ học cũng tăng khi vj = 70 80 m/s nó có tác dụng tách các mảng đá đã bị phá huỷ ở đáy lỗ khoan. Tăng vj có hiệu lực tốt hơn tăng Q bởi vì vj còn vó tác dụng không cho mùn khoan bịt choòng. Chúng ta thấy rằng tăng v1 quá lớn thì Vchtăng không đáng kể và đưa đến tổn thất áp suất lớn ở choòng.
6.3.2. ảnh hưởng phối hợp giữa Q và v1
Người ta nghiên cứu sự phối hợp giữa Q và v1dưới dạng các thông số lực đập thuỷlực và công suấtthuỷ lực ở choòng.
6.3.2.1. Lực đập thuỷ lực.
Fi = d.I dt = d dt (m. v2- m. v1) = Q (v2 - v1)
Trong đó : v1v2là vận tốc trước và sau va chạm.
: Khối lượng riêng của dung dịch.
Trước khi va đập vận tốc vòi phun là v2 sau khi va đập không đáng kể.
Fi = .Q.vj
Quá thí nghiệm chúng ta thấy rằng vận tốc cơ học tăng rất nhanh với với .Q.vj đến một giá trị nhất định nào đó thì tăng ít.
6.3.2.2. Công suất thuỷ lực ở choòng.
Nt= Q. Pc.
Pc : tổn thất áp lực ở choòng khoan. Pc= 12 v12 2g
với . hệ số lưu lượng ở vòi ( = 0,42 . 0,48).
Nt= 1 2g 2 .Q vj2.
Kết luận : chúng ta nhận thấy rằng vchtăng với sự tăng của Nt do đó tăng với tích Q.vj2.
6.4. ảnh hưởng của chất lượng dung dịch khoan đến các chỉ tiếu làm việc của choòng.
6.4.1. Trọng lượng riêng của dung dịch.
Chúng ta nhận thấy rằng nếu khoan với dung dịch có trọng lượng riêng . Vận tốc cơ học sẽ lớn, thời gian khoan sẽ giảm. ảnh hưởng của đối với vch được giải thích bằng áp suấtchênh lệch ở đáy làm mùn khoan khó tách ra và đất đá ở đáy còn bị nén chặt hơn nhất là đất đá mềm.
P = Ptt- Pv
Ptt áp suấtthuỷ tĩnh do cột áp của dung dịch khoan trong lỗ khoan .
Pv áp suất vỉa
H, T độ sâu thực tế của giếng và thời gian thực tế để khoan.
áp suấtchênh lệch có ảnh hưởng đến tốc độ cơ học khoan do hai yếu tố.
6.4.1.1. Thay đổi độ cứng của đất đá.
Độ cứng đất đá ở đáy lỗ khoan được xác định bằng công thức:
= 0 + k(Ptt- Pv' )
0 là độ cứng của đ ất đá ở điều kiện khí quyển:
k là một hệ số phụ thuộc vào từng loại
choòng khoan, người ta đã xác định .
- Choòng chóp xoay K= 5,5
- Choòng kim cương K =6,5
- Choòng lưỡi cắt K=5
Hình 32
6.4.1.2. Thay đổi lực giữ giữa mảng đất dá bị phá huỷ ở đáy giếng khoan.
Nếu một răng của choòng cắm vào đá. Bên cạnh phần đá bị phá vỡ phía dưới răng choòng (phần a) nó còn kéo theo một thể tích đá bị phá huỷ xung quanh nó ( Phần b). lớn hơn thể tích (a) rất nhiều lần.
áp suất chênh lệch giữa dung dịch khoan và chất lỏng trong vỉa có xu hướng giữ mảng đất đá bị phá huỷ . Trong thời gian tác độngcủa răng, đất đá đẩy lên rất khó do lực ma sát. áp suất chênh lệch càng lớn bao nhiêu, lúc ma sát cũng lớn bấy nhiêu . Sau khi răng choòng rời ra khỏi chúng, mảng đá bị phá huỷ cuốn di dưới tác dụng của dòng dung dịch lại càng khó do lực ma sát và lực vuông góc với nó như nói ở trên. Để mảng đá đã bị phá huỷ dễ dàng cuốn đi dưới tác dụng của dòng dung dịch hay của răng, áp suất bề mặt trượt phải tăng lên và cân bằng với áp suất thuỷ tĩnh của cột dung dịch. Cân bằng áp suất xẩy ra do:
Hình 33
- Dung dịch khoan thấm vào lỗ hổng, khe nứt của mảng đá bị phá huỷ, nói tóm lại giảm tải trọng riêng của dung dịch khoan tức là giảm áp suất chênh lệch Ptt- Pvcòn gọi là "áp suất giữ" . Làm tăng thêm hiệu quả phá đá.
6.4.2. Độ thoát nước của dung dịch
Như ta đã biết độ thoát nước của dung dịch càng lớn thì áp suấtchênh lệch Ptt - Pv'càng bé. Bởi vì vận tốc cân bằng áp suấtcàng lớn . Do đó dùng nước lã để khoan ta thu đượcvận tốc lớn vch.
Những dung dịch có độ thoát nước bé nó sẽ để lại một màng sét có độ thấm bé và nó sẽ gây một gredien áp suấtlớn trong chiều sâu ngập của răng choòng. Hơn nữa màng sét ở đáy sẽ làm chậm sự tiếp xúc giữa răng và đá và chúng hỗn hợp với mùn khoan tạo nên một hỗn hợp dẻo gây khó khăn cho sự rửa của dung dịch . Do đó nếu đất đá ở thành lỗ khoan ổn định được thì nên khoan với dung dịch có độ thoát nước lớn.
6.4.3. Hàm lượng chất rắn.
Hàm lượng chất rắn bao gồm sét, barit, cát và mùn khoan trong quá trình khoan. Tăng hàm lượng chất rắn tức là tăng của dung dịch đưa đến tăng áp suấtchênh lệch Ptt - Pv , hậu quả là giảm vch . Hàm lượng chất rắn sẽ gây mài mòn các bộ phận trong hệ thống tuần hoàn. Bơm, cột cần khoan, choòng khoan v.v...
6.5. Thiết kế chế độ khoan.
Qua thiết ké chế độ khoan chúng ta hiểu rằng đó là chọn và tính toán các thông số chế độ khoan một cách hợp lý.
Xuất phát từ yêu cầu cơ bản là phải khoan lỗ khoan với thời gian ngắn nhát, chất lượng cao và tiết kiệm vật tư. Trước khi chọn chế dộ khoan cần phải:
1. Nghiên cứu cẩn thận các điều kiện địa chất (địa tầng kiến tạo) của vùng sẽ khoan và tính chất cơ lý của đất đá.
2. Dự kiến các đoạn có thể xảy ra hiện tượng phức tạp. (sập lở, mất nước, phun...) và xác định áp lực của vỉa khai thác.
3). Nghiên cứu khả năng cong tự nhiên của giếng khoan, các biện pháp phòng cong đã áp dụng, hiệu quả của các phương pháp đó.
4). Tuỷ theo điều kiện địa chất mà:
a. Chọn nước rửa, xác định các thông số của nó để khoan các tầng khác nhau.
b. Chọn phương pháp khoan cho từng đoạn.
c. Chọn loại choòng để khoan các tầng.
Nếu khoan ở vùng mà trước đây chưa có khoan sâu thì phải dựa vào kết quả khoan ở các vùng có điều kiện địa chất tương tự mà xác định các điều nói trên.
Tuỳ theo phương pháp khoan, tính chất đất đá, chất lượng nước rửa, kiểu choòng khoan đã chọn mà xác địnhGc, Q và n. Khi đó dù phương pháp khoan nào cũng cần thoả mãn các yêu cầu sau:
1. Tận dụng tốt nhất khả năng của tổ hợp thiết bị khoan.
2. Chọn nước rửa có tỷ trọng, độ nhớt và ứng suấtcắt tĩnh bé nhất , nếu có thể.
3. Lưu lượng nước rửa phải đủ rửa sạch đáy lỗ khoan và đưa mùn khoan lên mặt đất.
Vì vậy, việc chọn chế độ khoan hợp lý phụ thuộc vào phương pháp khoan nên chúng ta cần xét từng phương pháp một.
6.5.1. Thiết kế chế độ khoan khi khoan bằng choòn g kim cương.
Cụ thể chúng ta sẽ xác định các thông số chính: Q, Gc, n.
6.5.1.1. Lưu lượng trong khoan kim cương được xác định qua biểu thức sau:
Q = q. Sđ (l/s).
Trong đó: q - hệ số làm sạch đáy lỗ khoan, được đặc trưng bằng tỷ lưu lượng trên một đơn vị diện tích đáy lỗ khoan. đơn vị : cm3/s cm2 . Giá trị q dao động từ :0,06 0,10cm3/s.cm2; Sđ - Diện tích đáy, lỗ khoan đơn vị là cm2
Sđ = K. .D2c 4
Trong đó:
K - Hệ số mở rộng đáy lỗ khoan so với đường kính choòng khoan.
K Dao động trong khoảng 1,05 1,30
Dc - Đường kính choòng kim cương.
6.5.1.2. Xác định tải trọng đáy lên choòng.
Tải trọng chiều trục lên choòng kim cương được xác định theo công thức sau:
Gc= a. . Stx
Trong dó : hệ số tính đến sự đặc trưng phá huỷ đất đá ở đáy và độ bền của kim cương: a =0,5 0,8
Stx- Diện tích tiếp xúc giữa kim cương và đáy lỗ khoan, phụ thuộc vào kích thước và loại choòng (có thể tra bảng).
Stxcũng có thể tính bằng công thức sau:
Stx= 0,03 . d c Kt.
dc : Đường kính trung bình của kim cương (mm).
Kt- Số kim cương ở bề mặt phá huỷ phía dưới của choòng .
Khi bắt đầu khoan bằng choòng mới, tải trọng không được vượt quá 0,5 -1 tấn. Đối với đất đá nứt nẻ, tải trọng nên giảm 50% so với gá trị tính toán.
6.5.1.3. Xác đinh số vòng quay của choòng.
Vận tốc quay của choòng kim cương có thể xác định qua biểu thức
n = 60. d . Dc (v/ph).
Trong đó: Dc- đường kính của choòng kim cương (m).
d - vận tốc dài giới hạn của choòng . d= 3 5 m/s .
6.5.2. Thiết kế chế độ khoan Tuôc Bin.
6.5.2.1. Xác định lưu lượng trong khoan tuốc bin.
ở đầu đoạn khoan thiết kế chúng ta có thể tính toán lưu lượng lớn nhất cho phép Qmax..
Qmax= 3 75 N. b (Ap+ A + B. L ) l/s
Đồng thời chúng ta cũng tính một lưu lượng tối thiểu Qmin đảm bảo rửa sạch đáy lỗ khoan và nâng hạt mùn khoan lên mặt đất.
Qmin= 0,785 . 103(Dc2 - D2) vmin= 4 (Dc2 - D2) vmin
Lưu lượng chúng ta chọn sẽ nằm trong khoảng:
Qmin< Q< Q max.
Để chọn Q chúng ta phải dựa vào đặc tính kỹ thuật của cả bơm dung dịch nữa. Khi chọn được Q chúng ta tính toán chiều sâu cho phép khoan với lưu lượng đã chọn theo công thức.
Lcf = 75. Nb- (Ap+ A) . Q3 .B. Q3
Nếu như chiều sâu cho phép mà chúng ta tính được bé hơn chiều sâu thiết kế thì kết hợp với đặc tính của máy bơm chúng ta chọn một lưu lượng bé hơn lưu lượng trước nhưng vẫn nằm trong khoản Qmin và Qmax. Đồng thời tính Lcf với lưu lượng sau đã chọn, và cứ thế cho đến hết chiều sâu.
N. Công suất truyền của bơm (mã lực).
b. Hiệu suất của bơm.
A. Hệ số tổn thất áp suất không phụ thuộc vào chiều dài cần khoan.
A = abm+ a cnl cn+ ac + at
ac - hệ số tổn thất áp suất ở các lỗ thoát nước của choòng. ac= 12 F2
F. tổng diện tích các lỗ thoát nước của choòng.
Ap: hệ số tổn thất áp suấtcủa tuốc bin. Pt = Ap . . Q2 .
Ap = Pt Q2
B: là hệ số tổn thất áp suấtở hệ thống tuần hoàn phụ thuộc vào chiều dài cần khoan.
B= ac+ ađn l + avx (l - Chiều dài của cần dựng)
6.5.2.2. Xác định tải trọng chiều trục G c: Trước khi chọn G chúng ta cần xác định các tải trọng sau đây:
+ G1F. . Tải trọng bé nhất đảm bảo cho choòng phá huỷ đất đá trong miền phá huỷ thể tích.
F: Diện tích tiếp xúc của răng choòng và đất đá ở đáy lỗ khoan.
F = z.Dc.K2
Trong đó : z - hệ số phủ của răng , giá trị trung bình 1,05 2.
k - hệ số mài mòn của răng choòng, k = 1 1,5
+ Tải trọng G2
G2= Gt.Dc.
Gt - tỷ tải trọng: Tải trọng trên một cm đường kính choòng;
Dc - Đường kính choòng, cm
+ Tải trọng G3: Tải trọng lớn nhất cho phép xuống choòng, thông thường số liệu do nhà máy quy định (có thể tra bảng) .
+ Tải trọng G4: Tải trọng chọn lọc ngoài thực tế theo số liệu thống kê ở các lỗ khoan gần đấy cho năng suất cao nhất.
+ Xác định tải trọng hãm tuốc bin: Gf
Xuất phát từ công thức:
Mc= Mt- Mô Suy ra . Mr. Gf= Mf - rô(Gf - Gth);
Mr .Gf = Mf - rô.Gf+ rô.Gth
Gf = Mf + rô. Gth Mr + rô
Trong đó : Mr= 4,53 K.D c
Mr Tỷ momen : sự tăng momen của tuốc bin khi tải trọng tăng lên 1 đơn vị.
Thông thường Mr nằm trong khoảng 5 15 KG./1 tấn .
Gth= G'th + Gq.
Mf = 2.M0 M0 = AM. Q2.
Sau khi xác định được tải trọnghãm tuốcbin Gf chúng ta xác định tiếp:
GM = (0,8 0,9).Gf Tải trọng đảm bảo cho tuabin đạt momen cực đại.
GN = (0,6 0,7).Gf Tải trọng đảm bảo cho tuabin đạt công suất cực đại.
Để chọn tải trọng cho khoan tuốc bin. G chúng ta cần chọn như sau:
G > G1, G G2, G G4, G< G3 ; G < G¬M; G GN.
6.5.3. Xác đinh số vòng quay trong khoan tuốc bin.
Sau khi xác đinh được Q và G, chúng ta tiến hành tính vận tốc quay n.
xuất phát từ công thức:
Mt= Mc+ Mô.
Mf (1 - n nkt ) = Mc +Mô.
Suy ra n = nkt- nkt Mf (Mc + Mô). Trong đó nkt là số vòng quay không tải nkt= 2n0. chúng ta có thể tính n0 theo công thức.
n0= An. Q
Mô=rô Gth- G
Mc = 4,53 . K . Gc. Dc.
K: hệ số có kể đến sự mài mòn của chóp xoay : k= 0,2 0,3
Choòng còn mới : k = 0,1 0,2
6.6. Thiết kế chế độ khoan rôtơ.
6.6.1. Xác định lưu lượng bơm.
Cũng như trong khoan tuốcbin , chúng ta cũng cần xác định Qmax ở đầu khoảng thiết kế, Qmin . Dựa vào đặc tính kỹ thuật của bơm để chọn Q.
Qmax > Q> Qmin
Qmax = 3 75. N. b (A + B. L ) (l/s).
N. Công suất từ động cơ đến bơm (mã lực ) b : hiệu suất truyền từ động cơ đến bơm: 0 = Nb N
A = abm+ acn. lcn. + ac.
B = at + ađn l + avx
Lưu lượng tối thiểu để nâng mùn khoan và rửa sạch đáy.
Qmin = 0,785 . 103 (Dc 3 - D2 ).Vmin.
Với lưu lượng Q đã chọn ta có thể xác định chiều sâu cho phép khoan với lưu lượng đó:
Lcf= 75. N. b - A . . Q3. B. . Q3 , m
Nếu Lcf chưa đạt đến chiều sâu thiết kế, chúng ta chọn lưu lượng bé hơn nhưng vẫn nằm trong giới hạn Qmax < Q < Qminvà chiều sâu cho phép khoan sẽ tăng lên.
6.6.2. Xác định tải trọng chiều trục lên choòng khoan.
Để xác định tải trọng đáy lên choòng khoan, chúng ta cần xác định giá trị của mấy tải trọng sau.
G1 F.
G2= GtDc
G3 = Gmax
G4 Tải trọng chọn lọc bằng phương pháp thống kê.
Để chọn G chúng ta cần lưu ý : G > G1, G G2, G G4 ; G < Gmax
6.6.3.Chọn số vòng quay n (vòng/phút).
Khi xác định số vòng quay hợp lý của choòng, cần căn cứ vào kinh nghiệm khoan trước đó tại vùng theo phương pháp thống kê. Cần phải tính đến sự hạn chế do độ bền của cột cần khoan và công suất truyền lực cho choòng. Người ta chọn số vòng quay trong một phút của choòng nằm trong khoảng 90 300 v/f.
Chọn n cũng chủ yếu dựa vào số tốc độ của máy khoan. Thông thường máy khoan có nhiều tốc độ, mỗi tốc độ tương ứng với một số vòng quay nhất định . Dựa vào công suất của thiết bị, số vòng quay ở từng tốc độ mà chúng ta có thể tính được chiều sâu chuyển tốc độ của bàn quay rôtơ.
Trên cơ sở lập phương trình cân bằng công suất sau:
Nrôtơ= Nbm + Nkt + Nc .
Công suất tiêu hao trên mặt : Nbm= a1 n + a2n2 .
a1, a2, là hệ số thực nghiệm có thể lấy theo bảng dưới đây:
Trong mọi trường hợp:
Hệ số thực nghiệm Truyền động qua hộp giảm tốc hai động cơ. Truyền động từ động cơ bằng dây đai thang Truyền động từ động cơ qua hộp giảm tốc và tới khoan bôn tốc độ.
a1
a2 2,5 . 10-2
0,12 . 10-3 1,3 . 10-2
0,12 . 10-3 1,17. 10-1
0, 12 . 10-8
* Công suất để quay cột cần khoan không tải:
Nkt= C. . D2.n1,7.l
C. Là một hệ số phụ thuộc vào độ cong của giếng khoan.
D. đường kính ngoài của cần khoan. (m)
. Trọng lượng riêng của dung dịch
n. Vận tốc quay của bàn Roto
l. Chiều dài cần khoan, m
N0 góc 0 hệ số C
1 30 18,8 . 10-5
2 350 22,628,8 . 10-5
3 69 30,834,3 . 10-5
4 1016 35,240,3 . 10-5
5 1725 41,546,6 . 10-5
6 2635 47,552,2 . 10-5
* Công suất tiêu hao cho ma sát giữa choòng khoan và đất đá, cho sự phá huỷ đất đá.
Nc = 34,2 . 10-4 .K.Gc.Dc.n
K: là một hệ số phụ thuộc vào độ mài mòn của choòng .
Thay Nbm, Nkt, Ncvào phương trình tính Nrô. Chúng ta có thể xác định được chiều dài chuyển tốc độ.
Lcf = Nroto-(a1n+a2n2+34,2.10-4K.Gc.Dc.n)C ..D2.n17
Nếu chiều sâu lỗ khoan lớn hơn chiều sâu cho phép thì chúng ta phải chuyển sang tốc độ có số vòng quay nhỏ hơn.
6.7. Sử dụng đồng hồ đo trọng lượng.
6.7.1. Công dụng:
Dùng để xác định tải trọng trên móc nâng của hệ palăng. Xác định trị số áp lực đáy trong mọi thời điểm trong quá trình khoan. Được sử dụng cả khi cứu kẹt, thả ống trung gian và ống khai thác. Việc chú ý theo dõi đồng hồ trọng lượng giúp chúng ta ngăn ngừa được sự cố trong quá trình thả cần khoan và trong các công tác khác. Dựa vào biểu đồ của đồng hồ tự ghi, các cán bộ kỹ thuật công trình có thể nghiên cứu quá trình khoan, đề ra chế độ khoan và kiểm tra việc thực hiện chúng.
6.7.2.Cấu tạo các đồng hồ đo trọng lượng:
Hiện nay người ta thường dùng đồng hồ đo trọng lượng bằng thuỷ lực và nó được mắc ở đầu cáp chết.
Thành phần cấu tạo của đồng hồ đo trọng lượng bao gồm bộ biến áp (1) mắc ở đầu cáp chết, đồng hồ vecnơ (4) và đồng hồ tự ghi(5), bình chất lỏng, (6) và một bơm tay (7) bơm chất lỏng từ bình (6) cho hệ thống qua đường ống (8). Buồng biến áp bao gồm vỏ (11) và piston hình đĩa (9) bên trong buồng biến áp. Dây cáp palăng chui qua ròng rọc (10) của vỏ.
6.7.3. Nguyên lý làm việc: Do dây cáp bị uốn nên nó tác dụng một lực làm piston (màng mỏng) (9). Piston sẽ áp lên buồng bằng cao su chứa đầy chất lỏng(1). Chất lỏng sẽ truyền ứng lực qua hệ thống ống đến đồng hồ chỉ (3), đồng hồ vecnơ (4), đồng hồ tự ghi (5). Bơm tay (7) bơm chất lỏng từ bình chứa (6) vào hệ thống đồng hồ qua đường ống (8). ...
Mặt chia độ của đồng hồ chỉ trọng lượng (3) có 400 vạch chia. Thường thường, bệ đồng hồ trọng lượng còn có thêm vecnơ. Vecnơ là một áp kế mạnh có vòng chia độ kín với 40 vạch chia không chi số. Nhờ vậy dùng Vecnê để xác định áp lực đáy thuận lợi hơn.
Toàn bộ hệ thống thuỷ lực có chứa đầy nước, về mùa đông thì chứa hỗn hợp nước với rượu hoặc với glixêrin. Chất lỏng chứa trong hệ thống thuỷ lực phải trung tính ( đối với axit và kiềm) có hệ số giãn nở nhỏ, không hoà tan cao su và không bị đông đặc. Thông thường sử dụng dung dịch 50% glixêrin trong nước là tốt nhất.
Mặt khác: R = 2Fc . sin
suy ra. p = 2Fc.sin A ; Fc là lực ở đầu cáp chết (sức căng)
góc rất nhỏ nên chúng ta coi sin tg = yl/2
p = 2Fc. yA.l/2 = 4FcA . yl
Vậy: F c = P.A4 .ly
Trọng lượng ở móc nâng được tính bằng công thức.
Fm= 2n.Fc = 2.n. PA4 ly
n - là số nhánh cáp động ở hệ thống palăng.
Bởi vì góc thay đổi theo lực căng ở đầu cáp chết nên áp suất ở buồng chất lỏng không tỷ lệ thuận với trọng lượng ở móc nâng. Do đó các nấc chia ở đồng hồ trọng lượng không phải là đơn vị trọng lượng, mà nó là những đơn vị tương đối. ở mỗi đồng hồ có một bảng thuyết minh, nhờ các bảng thuyết minh này chúng ta có thể biến các đơn vị tương ứng thành đơn vị trọng lượng.
Ví dụ 1. ở một đồng hồ đo trọng lượng, khi choòng khoan treo ở trên đáy lỗ khoan, chúng ta đọc ở đồng hồ đo có 67 vạch. Hệ thống palăng là 5x6 hãy tính: (số dây cáp động n = 10).
a). Trọng lượng của cột cần trong dung dịch.
b). Nếu chúng ta muốn thả tải trọng xuống choòng khoảng 10 tấn, thì ở đồng hồ đó cần chỉ bao nhiêu vạch. Biết rằng trọng lượng chết 500 KG.
Bảng thuyết minh
Vạch Trọng lượng
10
.
.
.
60
70 500
9450
11500
a). 60 vạch 9450 KG
70 vạch 11500
Một vạch ở đồng hồ đo trong khoảng này sẽ là:
1 vạch = 11500 - 945010 = 205 KG/vạch
Trọng lượng ở đầu móc nâng (trọng lượng cần khoan + Gchết)
G = n . Fc - Gchết
Fc- Lực căng ở đầu cáp chết khi treo toàn bộ trọng lượng cột cần nằm trong dung dịch. (trọng lượng của 67 vạch = 60 vạch + 7 vạch)
Fc = 9450 + 7.205 = 10.885 kG.
G = 10. Fc - 500 kG = 108350 kG.
G = 10 . 10885 - 500 = 108350 kG.
b. Nếu như chúng ta thả một tải trọng 10 tấn xuống choòng.
Chúng ta xác định số vạch tương ứng với tải trọng10 tấn là:
Fc 205 = Gc n. 205 = 10.00010.205 = 5 vạch.
Như vậy để thả tải trọng 10 tấn xuống choòng thì số vạch ở đồng hồ đo trọng lượng sẽ là 67 - 5 = 62 vạch .
6.7.4. Cách đọc biểu đồ trọng lượng.
Dựa vào biểu đồ trọng lượng của đồng hồ tự ghi , ta có tể đánh giá được công tác khoan, theo dõi việc chấp hành chế đọ khoan của tổ khoan. Mọi sự thay đổi trọng lượng của cột cần khoan treo trên móc nâng trong một ngày đêm đều được ghi lại trên biểu đồ. Biểu đồ là một tờ giấy hình tròn trên đó có 100 vòng tròn đồng tâm . Cứ 10 vòng lại có 1 vòng đậm tương ứng với 10 100 độ chia của đồng hồ đo trọng lượng. Như vậy khoảng cách giữa hai đường tròn cạnh nhau sẽ tương ứng với một độ chia của đồng hồ đo trọng lượng. Vòng tròn ngoài cùng được chia thành 24 phần bằng nhau tương ứng với 24 giờ trong một ngày đêm. Biểu đồ này có cơ cấu quay giống như cơ cấu của đồng hồ. Nếu đường biểu dồ chạy song song với đường tròn thì có nghĩa là tải trọng trên móc nâng không thay đổi trong thời gian đó. Tình trạng này có thể xảy ra khi ngừng khoan hoặc khi khoan với tải trọng không đổi. Nếu đường biểu đồ song song với đường cong hướng tâm thì có nghĩa là có sự thay đổi tức thời về tải trọng ở móc nâng. Các đường của biểu đồ ghi lại sự thay đổi các tải trọng ở móc nâng theo thời gian . Nên khi nhìn vào biểu đồ chúng ta có thể xác định được diễn biến của lỗ khoan trong một ngày đêm. Kéo, thả, thay choòng, bơm rửa v.v...
áp lực đáy có thể xác đinh bằng hiệu số trọng lượng toàn bộ cột cần khoan và trọng lượng phần cần khoan treo trên móc . Trên biểu đồ áp lực đáy xác đinh bằng khoảng cách giữa đường tròn tương ứng với độ lệch lớn nhất của kim đồng hồ vào cuối lúc thả cần và độ lệch bé nhất của kim đồng hồ trong quá trình khoan. Độ chia trên đồng hồ phải đổi ra tấn
Bạn đang đọc truyện trên: AzTruyen.Top