Kỹ thuật khoan dầu khí

© COPYRIGHT 2001, NExT. All Rights Reserved KỸ THUẬT KHOAN DẦU KHÍ 2MỘT SỐ THÔNG TIN CÁ NHÂN Họ và Tên: Trần Xuân Đào Năm sinh: 1956 Năm tốt nghiệp Đại học: 1982 Năm bảo vệ luận án TS : 1996 Năm bảo vệ luận án TSKH : 2000 Nơi công tác hiện nay: Viện NCKH và TK -VSP 3NỘI DUNG MÔN HỌC 1. Giàn khoan dầu khí; 2. Thủy lực và dung dịch khoan; 3. Bơm trám xi măng; 4. Thiết kế ống chống và chuỗi cần khoan; 5. Choòng khoan; 6. Khoan định hướng; 7. Đo trong khi khoan 4Giàn khoan dầu khí • Tổng quan; • Các loại gian khoan dầu khí; • Hệ thống năng lượng trên gian; • Hệ thống nâng (kéo thả); • Hệ thống tuần hoàn dung dịch; • Hệ thống xoay; • Hệ thống kiểm soát giếng; • Hệ thống đo trong khi khoan; • Những thiết bị chuyên biệt trong khoan biển. 5Giới thiệu Giàn khoan dầu khớ 6Các loại giàn - Rig Types Xà lan khoan BargesGiàn khoan đất liền Land Rigs Giàn khoan với tàu tiếp liệu Tender Assisted Tàu khoan Drillship Nửa nổi nửa chìm Semi- submersible Giàn tự nâng Jack-up GIỚI THIỆU - Introduction 7Độ sâu nước và loại giàn 0-5 m 20-120 m 60-800 m 30-2800 m 8Giàn khoan đất liền Loại giàn khoan thông dụng nhất dùng để khoan trên đất liền 91.Giá xếp cần - Pipe Racks 2. Dốc tiếp khoan - Ramp 3. Tháp khoan -Derrick 4. Chuồng khỉ - Monkey board 5. Ròng rọc đỉnh - Crown block 6. Cáp khoan - Drill line 7. Khối ròng rọc động & móc treo - Block & hook 8. Quang treo /đầu nâng - Links & elevator 9. Cần chủ đạo - Kelly 10. Cấu trúc dưới -Substructure 11. Cụm Đối áp - BOPs Giàn khoan đất liền Giới thiệu 1 2 3 4 5 6 11 8 9 7 10 1 0 – Các hệ thống chính • Hệ thống cung cấp năng lượng. • Hệ thống nâng thả, • Hệ thống tuần hoàn, • Thiết bị quay, • Hệ thống đối áp, • Đo trong khi khoan • Công suất và cấu trúc của tháp khoan , • Các lọai ống, Các hệ thống chính trên giàn 1 1 Năng lượng yêu cầu cho giàn khoan là tổng công suất của các thiết bị sau 1. Tời khoan, 2. Các máy bơm dung dịch, 3. Hệ thống quay, 4. Năng lượng cho thắp sáng …, 5. Sử dụng cho sinh hoạt. 1. Hệ thống cung cấp năng lượng 1 2 Ròng rọc đỉnh (tĩnh) -Crown Block Ròng rọc cố định – Fixed sheaves Deadline – Đầu cáp chết Móc treo - Hook W Tời khoan - Drawworks Đường cáp nhanh - Fastline W 4 W 4 W 4 W 4 W 4 W 4 • Các nguyên tắc cơ bản; – Hệ thống nâng thả; • Cáp khoan : 2. Hệ thống nâng thả 1 3 Đo đường kính dây cáp Đường kính của một dây cáp là đường kính của đường tròn ngoại tiếp bao quanh tất cả các sợi cáp. Nó là số đo mặt cắt ngang lớn nhất. 2. Hệ thống nâng 1 4 Những đánh giá khi thiết kế 1. Xác định chiều sâu giếng khoan lớn nhất. 2. Xác định tải trọng lớn nhất trong khi khoan hoặc chống ống, 3. Sử dụng những giá trị này để lựa chọn cáp khoan, tháp khoan và công suất của tháp. 2. Hệ thống nâng 1 5 Tháp khoan cung cấp chiều cao cần thiết và chịu tải trọng lên móc khi kéo thả bô dụng cụ khoan, ống chống. Tháp khoan và cấu trúc của tháp phải đủ khỏe để chịu được tải trọng lên móc, đường cáp chết, đường cáp nhanh, tải trọng của cần dựng và sức gió Công suất và cấu trúc của tháp khoan 1 6 Công suất và cấu trúc của tháp khoan Có hai lọai tháp khoan : Lọai tiêu chuẩn : là cấu trúc được ráp lại với nhau bằng bu lông, thường sử dụng ở các giàn khoan ngoài biển. Loại cột hay loại di động : Lọai này được quay trên 1 cái trụ và được hạ xuống bằng tời khoan sau khi khoan xong, sẵn sàng kéo tới vị trí mới. 1 7 Tải trọng lên tháp tĩnh : = FastLine Load + Hook Load + DeadLine Load = HL/4 + HL + HL/4 = 3/2HL Với hệ thống nâng có N đường dây đến ròng rọc động, tải trọng tĩnh lên tháp được tính bởi : = { (N + 2) / N } HL, N = số đường dây cáp đến ròng rọc động HL = Tải trọng lên móc treo. Hệ thống nâng Ròng rọc đỉnh (tĩnh) -Crown Block Ròng rọc cố định – Fixed sheaves Deadline – Đầu cáp chết Móc treo - Hook W Tời khoan - Drawworks Đường cáp nhanh - Fastline W4 W4 W 4 W 4 W4 W4 1 8 Hệ thống nâng – Hiệu suất của hệ thống nâng • Hiệu suất của hệ thống nâng EF = { K ( 1-KN) } / { N( 1-K ) }. • Tải trọng lên đường cáp nhanh = HL / (N * EF), K = Hiệu suất của ròng rọc và dây cáp Tải trọng lên đường cáp chết : DL = ( HL * KN) / ( N * EF) . 1 9 • Nếu độ bền của dây cáp đã biết, hệ số thiết kế có thể được tính • DF = Nominal strength of wire rope (lb) / Fast-line Load (lb), For K = 0.9615 Number of Line strung Efficiency Factor 6 0.874, 8 0.842, 10 0.811, 12 0.782. Min Design Factors; Drilling/Tripping : 3 Casing Running : 2 Hệ thống nâng 2 0 Về nguyên lý, tời khoan cần có 1 HP cho 10ft khoan. Do đó cho giếng khoan sâu 20,000ft, tời khoan cần có công suất 2000 HP Cách khác để tính công suất yêu cầu Tốc độ đường cáp nhanh (Vf); Vf = N * VL VL = Tốc độ của ròng rọc động Công suất cho tời khoan : Hệ thống nâng 2 1 • Công suất tại tang tời : = FL * Vf P = (HL * VL) / EF • Theo hệ đo lường Anh, công suất được tính bằng Mã lực, phương trình trên được viết như sau: Công suất tại tang tời = (HL * VL) / EF * 33,000 Công suất yêu cầu của tời: Hệ thống nâng 2 2 3. Hệ thống tuần hoàn dd Annulus Drill pipe Open hole Casing Drill collar Mud pump Mud pit Drill bit 2 3 Triplex Pump § Phần chính của hệ thống tuần hòan là các máy bơm, § Có hai lọai bơm 2 piston và bơm 3 piston 3. Hệ thống tuần hoàn dd 2 4 CÔNG SUẤT MÁY BƠM • Tính toán công suất máy bơm: 1714 pqCông suất MB (HHP) D= Trong đó: q-lưu lượng bơm, gpm Dp-Tổn hao áp suất trong hệ thống tuần hoàn, psi Công suất máy bơm (HHP)-mã lực (hp) 2 5 – Máy bơm ly tâm : • Máy bơm ly tâm sử dụng để cung cấp dung dịch cho máy bơm và các thiết bị tách chất rắn, thiết bị trộn dung dịch - – Các thiết bị khác: • Kích thước của giàn phải kết hợp chặt chẽ với các thiết bị trong hệ thống tuần hòan, các thiết bị tuần hòan quyết định đến tốc độ khoan và chất lượng giếng khoan 3. Hệ thống tuần hoàn 2 6 Các thiết bị phụ trợ: Các thiết bị khác trong HTTH gồm có: Lọai dd sử dụng quyết định lọai sàn rung, giếng khoan sâu yêu cầu nhiều hơn 3 sàn rung. 1. Bể chứa-Mud Pits: Số lượng và kích thước phụ thuộc vào kích thước và chiều sâu giếng khoan, kích thước của giàn và khỏang không trên giàn (đặc biệt đối với giàn khoan ngòai biển) 2. Thiết bị tách khí 3. Máy bơm ly tâm và thiết bị làm sạch dung dịch 4. Máy tách cát và máy tách bùn. 3. Hệ thống tuần hoàn 2 7 • Công suất quay yêu cầu thường bằng 1.5-2 lần tốc độ quay phụ thuộc vào chiều sâu giếng. • Với tốc độ quay là 200 vòng/phút, công suất quay yêu cầu là khoảng 400 HP. • 4. Hệ thống quay 2 8 Cần chủ đạo /động cơ đỉnh cung cấp năng lượng cần thiết cho việc phá hủy đất đá trong khi khoan cụ thể là cung cấp mô men quay Cần chủ đạo /động cơ đỉnh - Các thành phần chính 2 9 HỆ THỐNG KIỂM SOÁT GIẾNG 3 0 • A = Đối áp vành xuyến (Đối áp đa năng) • G = Đối áp quay chống phun (bộ phận truyền động quay và đóng kín dùng trên thiết bị chống phun cho phép vận hành ống với áp suất thấp). • R = Đối áp đơn dạng ngàm với một bộ ngàm • Rd = Đối áp kép dạng ngàm với hai bộ ngàm • Rt = Đối áp ba dạng ngàm với ba bộ ngàm • S = Mặt bích giữa các cụm BOP • M = Áp suất làm việc tương đương 1,000 psi (68.95 bar) Hệ thồng đối áp bao gồm : 5. Hệ thống đối áp 3 1 Đối áp vành xuyến (Đối áp đa năng) 3 2 Đối áp đơn dạng ngàm với một bộ ngàm 3 3 During drilling process : The well is controlled by a BOP and choke manifold As the well is drilled : Each annulus is sealed off by the wellhead Đầu giếng is the surface foundation on which the well is built up during the drilling operations. 3 4 Đầu giếng khai thác Wellhead Xmass Tree The BOP's are removed After the tubing is installed : The X mass tree is installed to control the flow from the well 3 5 Hệ thông ĐÇu giÕng Chịu tải treo các cột ống 1 2 Độ kín Giếng và phía ngoài Ông chống-vỉa Giữ áp suất khi chống phun, thử vỉa, đóng giếng 3 6 What does wellheads do ? HANG-OFF WEIGHT 1 2 3 4 CONTAINS PRESSURE MONITOR THE WELL SAFETY PROVIDE A BASE FOR THE XMAS TREE 3 7 What are the main components ? Casing Head Housing Casing Head Spool Tubing Head Spool X-Mass Tree 3 8 Well Head Types 1. Conventional spooled system 2. Compact spool systems 3. Mud line suspension system 4. Subsea wellheads 3 9 Conventional spooled system Casing Head Housing Casing Head Spool Tubing Head Spool BOP's Stack 4 0 Compact Wellheads  The BOP's Stack can be left in place until the installation of X- Mass tree  It saves rig time  reduction of flanged connections 4 1 Casing Head Housing First element of the wellhead Supporting the next string of casing Connecting or adapting to well control equipment Sealing the wellbore from the atmosphere Controlling access to the wellbore : 4 2 Casing Head Spools Second element of the wellhead 4 3 Casing Hangers Conductor pipe Surface casing Intermediate casing Landing area Slip type hanger (wraparound casing slips) or Mandrel type hanger 4 4 Tubing Head Spools Third element of the wellhead 4 5 Tubing Hangers : Tubing Production casing Tubing Head Spool Tubing Hanger Tubing Hanger Tubing Head Spool 4 6 Mud line suspension system 4 7 Subsea Wellhead System 30” Wellhead, Permanent Guide base and 30” Conductor Installed 4 8 Subsea Wellhead System 18-3/4” Wellhead With 20” casing installed Run Corrosion Cap 4 9 thiết bị đo trong quá trình khoan (mwd) 5 0 cơ chế hoạt động của MWD 5 1 Mặt cắt dọc MWD 5 2 thiết bị đo log trong quá trình khoan