Bài giảng Cơ sở kỹ thuật dầu khí - Chương 6: Choòng khoan

CHOÒNG KHOAN GEOPET Bài giảng được soạn bởi Bộ môn Khoan – Khai thác Dầu khí Khoa Kỹ thuật Địa chất và Dầu khí Đại học Bách Khoa TP. HCM Tel: (08) 8647256 ext. 5767 GEOPET Choòng khoan  2 NỘI DUNG  Phân loại chung  Choòng chóp xoay  Choòng liền khối  Choòng lấy mẫu  Choòng doa GEOPET Choòng khoan  3 PHÂN LOẠI CHUNG  Phân loại theo tiêu chí:  Cấu tạo: cánh dẹt (đuôi cá), chóp xoay, liền khối.  Đặc tính phá hủy đất đá: cắt, đập, thủy lực.  Công dụng: phá mẫu, lấy mẫu, đặc biệt (doa, phá, cứu sự cố).  Vật liệu chế tạo răng hoặc hạt cắt: răng phay, răng đính, kim cương.  Theo đặc tính phá hủy đất đá, choòng khoan được phân loại theo 3 nhóm:  Nguyên lý cắt - tách  Nguyên lý đập - tách  Nguyên lý cắt - mài GEOPET Choòng khoan  4 CÁC LOẠI CHOÒNG KHOAN Choòng đuôi cá Choòng chóp xoay Choòng kim cương GEOPET Choòng khoan  5 CHOÒNG CHÓP XOAY Lịch sử phát triển  1916, kỹ sư Lôman (Đức) sử dụng các hợp kim cứng để chế tạo dụng cụ phá hủy đá.  1924, choòng chóp xoay tự rửa sạch ra đời và năm 1930 choòng ba chóp xoay răng phay được sử dụng.  1949, các hạt cắt bằng cacbit vônfram được chế tạo và choòng răng đính bằng cacbít vônfram bắt đầu được sản xuất.  1953, các vòi phun thủy lực ở choòng ra đời.  1969, xuất hiện ổ đỡ kín. GEOPET Choòng khoan  6 CẤU TẠO  Thân choòng: bằng thép đặc biệt, chịu được tải trọng, lực va đập và mômen xoắn.  Chóp xoay: chóp nhọn bằng thép.  Răng choòng: răng phay hoặc răng đính  Đảm nhận vai trò cắt, nạo hoặc đục đất đá  Răng đính có các hình dạng chính: • Quả trứng, đầu đạn • Hình chóp; lưỡi đục kiểu: super scoop, scoop, hai mép vát. GEOPET Choòng khoan  7 CẤU TẠO  Ổ trục: có rãnh để lắp các ổ bi (bi cầu, bi đũa)  Ổ đỡ hở: bôi trơn bằng dung dịch khoan  Ổ đỡ kín: bôi trơn bằng dầu  Ổ ma sát: một ổ đỡ khớp với mặt doa trong của chóp.  Vòi phun thủy lực: được chế tạo bằng thép hay gốm đặc biệt.  Răng đầu nối choòng: dạng hình tam giác hoặc hình thang. GEOPET Choòng khoan  8 CẤU TẠO GEOPET Choòng khoan  9 CẤU TẠO Răng phay Răng đính 2 và 6 chóp xoay Nguyên lý phá hủy đất đá của choòng chóp xoay GEOPET Choòng khoan  10 CẤU TẠO Dung dịch đi qua trục choòng Dung dịch đi qua vòi phun thủy lực GEOPET Choòng khoan  11 PHÂN LOẠI CHOÒNG KHOAN Theo IADC (1987), mã hiệu là một dãy bốn ký tự gồm ba chữ số và một chữ cái:  Chữ số đầu tiên:  1, 2, 3 chỉ dụng cụ có răng bằng thép  4, 5, 6, 7, 8 chỉ dụng cụ gắn răng cacbít vônfram, dùng để khoan trong đất đá có độ cứng tăng dần.  Chữ số thứ hai:  1 - đất đá mềm,  2 - đất đá từ mềm đến trung bình,  3 - đất đá cứng, và 4 (đất đá rất cứng).  Chữ số thứ ba: từ 1 đến 9 qui định loại ổ đỡ và mức độ bảo vệ thân chóp xoay. GEOPET Choòng khoan  12 PHÂN LOẠI CHOÒNG KHOAN Quy định các chữ cái:  A: choòng có ổ đỡ trơn, thích hợp cho khoan thổi khí  C: Choòng thủy lực với vòi phun ở tâm  D: Choòng đặc biệt để khoan định hướng  E: Choòng thủy lực với vòi phun kéo dài  G: Choòng có bảo vệ tăng cường chống mòn đường kính  J: Choòng thủy lực có vòi phun nghiêng  R: Choòng được gia cường bằng phương pháp hàn, sử dụng trong điều kiện va đập  S: Choòng răng thép tiêu chuẩn  X: Choòng gắn răng dạng lưỡi cắt  Y: Choòng gắn răng hình côn  Z: Choòng gắn răng có dạng khác với lưỡi cắt và hình côn GEOPET Choòng khoan  13 PHÂN LOẠI CHOÒNG KHOAN Ví dụ 637Y Thành hệ cứng trung bình; răng đính; ổ ma sát có bảo vệ; răng dạng hình côn 135M Thành hệ mềm Răng phay; Đĩa bảo vệ chóp xoay 447X Thành hệ mềm; răng đính; ổ ma sát có bảo vệ; răng dạng lưỡi cắt GEOPET Choòng khoan  14 ĐÁNH GIÁ ĐỘ MÒN CHOÒNG  Theo ba yếu tố  Độ mòn răng choòng  Độ mòn ổ đỡ  Độ mòn đường kính.  Độ mòn răng choòng  T1: mòn 1/8 chiều cao răng  T2: mòn 1/4 chiều cao răng  T3: mòn 3/8 chiều cao răng  T4: mòn 1/2 chiều cao răng  T5: mòn 5/8 chiều cao răng  T6: mòn 3/4 chiều cao răng  T7: mòn 7/8 chiều cao răng  T8: mòn hoàn toàn. GEOPET Choòng khoan  15 ĐÁNH GIÁ ĐỘ MÒN CHOÒNG  Độ mòn ổ đỡ (từ B1 đến B8)  B1: mòn 1/8  B4: mòn một nửa (1/2 )  B8: mòn toàn bộ (ổ đỡ bị kẹt hoặc rơi).  Độ mòn đường kính (từ G1 đến G8)  I (in gauge): choòng mới (G1)  O (out of gauge): choòng quá mòn, không sử dụng được (G8). GEOPET Choòng khoan  16 ĐÁNH GIÁ ĐỘ MÒN CHOÒNG  7 tiêu chí đánh giá thay choòng  I: vòng răng trong cùng  O: vòng răng ngoài cùng  D: độ mòn mặt côn hay bi  L: vị trí mòn  B: độ mòn ổ  G: độ mòn đường kính  O: các lý do khác. GEOPET Choòng khoan  17 PHÁ HỦY CHOÒNG  Do thiết kế choòng khoan không thích hợp với thành hệ.  Do sai sót kỹ thuật trong quá trình khoan. Choòng bị mất răng Choòng bị mất chóp GEOPET Choòng khoan  18 CHOÒNG LIỀN KHỐI Lịch sử phát triển  1862, kim cương tự nhiên được đề nghị để chế tạo dụng cụ phá hủy đất đá.  1864, dụng cụ khoan kim cương được chế tạo.  1970, chế tạo thành công kim cương nhân tạo.  Đầu 1980, choòng kim cương đa tinh thể được thương mại hóa.  1990, các choòng khoan kim cương đa tinh thể thế hệ mới ra đời. Sau đó xuất hiện choòng hai tâm (bi-center) để khoan giếng ngang. GEOPET Choòng khoan  19 CHOÒNG KIM CƯƠNG  Là choòng liền khối (không có các chóp xoay) với răng cắt là các hạt kim cương (tự nhiên hoặc nhân tạo) gắn cố định vào thân và các mặt bên thân choòng được chế tạo bằng các hợp kim cứng.  Mặt cắt dọc theo thân choòng có ba dạng: dạng tròn, dạnh hình côn ngắn và dạng hình côn dài.  Có ba loại chủ yếu:  Choòng kim cương tự nhiên  Choòng kim cương đa tinh thể PDC (ổn định nhiệt ở 750 0C)  Choòng kim cương đa tinh thể bền nhiệt TSP (ổn định nhiệt ở 1200 0C).  Cơ chế phá hủy đất đá là mài nạo và đập – nghiền. GEOPET Choòng khoan  20 MỘT SỐ LOẠI CHOÒNG KHOAN KIM CƯƠNG Choòng kim cương tự nhiên Choòng kim cương nhân tạo Choòng TSP GEOPET Choòng khoan  21 PHÂN LOẠI CHOÒNG KIM CƯƠNG Theo IADC, choòng kim cương cũng được ký hiệu bằng bốn ký tự.  Ký tự đầu tiên qui định loại răng (hạt) cắt và vật liệu thân choòng: • D: kim cương tự nhiên, thân hợp kim • M: PDC, thân hợp kim • S: PDC, thân thép • T: TSP, thân hợp kim • O: loại khác.  Ký tự thứ hai qui định loại và hình dạng chung của choòng (số 1-9)  Ký hiệu thứ ba qui định về chế độ thủy lực của choòng  Ký hiệu thứ tư (số 1-9) xác định kích thước các lưỡi cắt và mật độ của chúng trên choòng. GEOPET Choòng khoan  22 CHOÒNG LẤY MẪU Kim cương Hợp kim Chóp xoay GEOPET Choòng khoan  23 CHOÒNG DOA Các dạng lưỡi cắt Choòng có lưỡi cắt cố định Lưỡi cắt di động Choòng có lưỡi cắt di động Lưỡi cắt cố định KẾT THÚC