BỘ CÔNG THƯƠNG
Đề tài “ Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ khoan thân nhánh giếng khoan khai
thác đường kính nhỏ tại bể cửu long nhằm tăng cường thu hồi dầu” thuộc “đề án
đổi mới và hiện đại hóa công nghệ trong ngành công nghiệp khai khoáng đến
năm 2015 tầm nhìn đến năm 2025”

Đơn vị chủ trì : Trường Đại Học Mỏ Địa Chất
Chủ nhiệm đề tài: T.S Triệu Hùng Trường

CHUYÊN ĐỀ SỐ 6.15
Nghiên cứu đánh giá và lựa chọn các thiết bị phụ trợ khác
Người thực hiện:
1.
2.

1

1


Hà Nội tháng 08 năm 2013
Nghiên cứu đánh giá và lựa chọn các thiết bị phụ trợ:
1. Giới thiệu chung về công tác rửa giếng khoan :
Trong quá trình thi công khoan các giếng khoan ngoài việc thực hiện công tác
nâng thả bộ dụng cụ khoan hoặc cột ống chống bằng thiết bị nâng thả ( cụm tời)
cần phải tiến hành công tác bơm rửa giếng với mục đích làm sạch mũi khoan ở
đáy giếng . Hiện nay công tác này thực hiện nhờ thiết bị bơm . Khi khoan công
tác bơm rửa cần phải đảm bảo các yêu cầu sau :
- Khối lượng nước rửa phải đủ để làm sạch mũi khoan ở đáy và đưa mũi
-


Trong đó
Vx : Tốc độ trung bình của dòng chảy trong khoảng không vành xuyến
(m/s)
Dg, Dc : Tương ứng là đường kính giếng khoan và đường kính ngoài của
cầu khoan (m)
Giá trị Vx xác định từ điều kiện lắng của hạt mùn theo công thức:
Vx = 1,2 VL
VL: Tốc độ lắng của hạt mùn trong khoảng vành xuyến(m/s) và tính theo
công thức

Ở đây : R – Hằng số Rittinger ( R= 5,72m/s)
d0 : Đường kính hạt mùn (m)
: Mật độ của đất đá (kg/m3)
: Mật độ của dung dịch (kg/m3)

3

3


Tương ứng với điều kiện trên A.G. Calinhin [ ] xác định Q min theo công
thức:

Qmin = 0,785. qs.

(6.15.2)

Trong đó:
Qs : Lưu lượng nước rửa cho 1 đơn vị diện tích đáy


K2 : Hệ số kể đến chuyển động quay của bộ dụng cụ ( K2 = 0,79 ÷ 0,83)
K3 : Hệ số kể đến sự mở rộng thành giếng khoan
U : Tốc độ lắng tính toán của hạt mùn và xác định theo công thức :
U = K4.
Ở đây :

K4 : Hệ số kể đến dạng hạt mùn ( dạng đinh trụ)
K4 = 3-4, dạng mảnh vụn (K4 = 2÷3)
d0 : ĐƯờng kính trung bình của hạt mùn(m)
: Tương ứng là trọng lượng riêng của hạt mùn và dung dịch
: Tốc độ dư xác định phụ thuộc vào mức độ cho phép của
hàm lượng mùn khoan trong nước rửa. Đối với giếng khoan
thẳng đứng tốc độ dư C tính theo công thức

Ở đây : Vch = Tốc độ cơ học khoan m/s
Fđ, Fx : Tương ứng là diện tích tiết diện đáy và khoảng vành xuyến (m2)
: Hàm lượng mùn cho phép (
5

5


Đối với các giếng có góc nghiêng theo [ ] thì để đưa mùn khoan lên mặt
có hiệu quả thì dung dịch phải chuyển động ở chế độ chảy rối, và khi cột cần
khoan không quay ( Khi khoan bằng động cơ đáy) tốc độ dư C xác định từ công
thức:
C = (47÷54).
Ở đây : Ứng suất trượt động lực (
: Trọng lượng riêng của dung dịch (N/m3)
Trên cơ sở phân tích các phương pháp đánh giá khả năng vận chuyển mùn

và phân bố không đều do có sự lệch tâm giữa cột cầu với giếng. Đặc điểm này
các công trình nghiên cứu nêu trên chưa tính đến khi xác định lưu lượng cần
thiết để làm sạch giếng khoan với góc nghiêng lớn
Cũng theo V.M Senberg khi khoan các giếng khoan ngang hoặc có góc
nghiêng lớn ( thân giếng nhánh đường kính nhỏ) để vận chuyển được hạt mùn
tích tụ ở thành dưới giếng khoan cần có tốc độ chảy lớn, tạo ra các dòng xoáy ở
chế độ chảy rối, các dòng xoáy này sẽ cuốn theo các hạt mùn và đưa chúng vào
vùng tốc độ cao. Khi các dòng xoáy giảm hoặc với tốc độ của dòng tương
đương với tốc độ lắng của hạt mùn thì hạt mùn được giữ ở trạng thái lơ lửng và
sẽ được đưa vào vùng tốc độ cao do những dòng xoáy tiếp theo.
Theo tính toán và thực nghiệm cho thấy các hạt mùn có kích thước có
thể vận chuyển ở trạng thái lơ lửng, còn những hạt có kích thước lớn chỉ có thể
vận chuyển được nhờ các dòng xoáy ở chế độ chảy rối. Trong trường hợp này
ứng suất tiếp trên thành giếng tạo nên do dòng nước rửa xác định theo công
thức:
( 6.15.7)
7

7


Trong đó :
Độ dốc của Thủy lực
: Mật độ của nước rửa
R, Dg : Tương ứng là bán kính thủy lực và đường kính của giấy
: gradien áp suất
Và lực cản chuyển động đối với hạt mùn
Fc =

(6.15.8)

Trong đó : đường kính ngoài của đầu nối cầu khoan
Từ đó sau khi biến đổi ta được điều kiện vận chuyển các hạt mùn ở thành
dưới giếng khoan

Q = Ud.Sx

(6.15.12)

Đối với chất lỏng Bingham độ chênh áp trong khoảng vành xuyến lệch
tâm xác định bằng công thức [ ]

+

(6.15.12)

Thang giá từ(6.15.12) vào biểu thức (6.15.10) ta có lưu lượng nước rửa
cần thiết để làm sạch giếng khoan đáp ứng yêu cầu độ sạch mùn cho choong
làm việc có hiệu quả và khắc phục được hiện tượng kẹt mút bộ dụng cụ khoan.
(6.15.13)
Trong các công thức trên :

Diện tích tiết diện lớn nhất của vành

xuyến giữa cột cầu với thành giếng)
9

9


: Độ nhớt dẻo của nước rửa( độ nhớt cấu trúc)


Trong đó : : Hệ số tổn thất thủy lực được xác định phụ thuộc vào chế độ
chảy
Đối với nước rửa là chất lỏng Newton trị số Reunol tính theo công thức
( 6.15.15)
Ở đây : : Trọng lượng riêng của nước rửa

: Độ nhớt cấu trúc của nước rửa
: Ứng suất trượt động lực của nước rửa
Với giá trị Re < 2300 chế độ chảy là chảy tầng và R e > 2300 là chế độ
chảy rối.
Hệ số tổn thất thủy lực ở chế độ chảy tầng

Hệ số tổn thất ở chế độ chảy rối

Theo B.X.Philaton ở chế độ chảy rối, hệ số phụ thuộc vào hàm lượng
pha sẵn có trong nước rửa. Với dung dịch sét

= 1,15 ÷ 1,25 g/cm3 chọn = 0,018 ÷ 0,020 với dung dịch nặng = 0,017
÷ 0,018 ; và dung dịch nhẹ = 0,020 ÷ 0,025
Trong trường hợp nước rửa là chất lỏng nhớt dẻo ( chất lỏng Bingham) trị
số Reunol tính theo công thức:
(6.15.16)
Và chỉ số Bengham:
(6.15.17)
Nếu < 2100 là chế độ chảy tầng và xác định từ biểu thức
( 6.15.18)
Nếu > 2100 là chế độ chảy rối và xác định từ biểu thức
11


]:

X2 = +
12

12


(các hệ số A = 1,5 ; B = 1,12)
Với Re* > 2800 là chế độ chảy nối và khi đó hệ số xác định từ công thức :

= 0,0032 +
(Hệ số c = 1,05)
-tổn thất áp suất trong các đầu nối cần khoan P3 xác định theo công thức :
P3 = 82,6

(16.15.22)

Trong đó: – hệ số cản thủy lực tương tự như với cần khoan)
Le – chiều dài của cần khoan ( khoảng cách giữa các đầu nối trong
khoảng tính toán )
d – đường kính trong của đầu nối
- Tổn thất áp suất trong cột cần nặng P4 xác định theo công thức :

P4 = 82,6. .

(16.15.23)

Trong đó: – hệ số tổn thất (lấy tương đương như với cần khoan cho từng loại
chất lỏng rửa )

tăng khả năng làm sạch mùn ( với tốc độ của dòng 80 120 m/s). Trong
trường hợp chúng
-

14

14


Ta có thông số của vòi phun thì tổn thất áp suất xác định theo công thức :

P5 = d

( 16.15.24)

Trong đó: – Mật độ của nước rửa
µ v – Hệ số lưu lượng , phụ thược vào cấu tạo của vòi phun và lấy với
giá

trị µv = 0,7
– Tổng tiết diện lỗ của vòi phun

Trong trường hợp ta không có thông số của vòi phun thì thao [5] ta thấy giá trị
tổn thất ở choong có vòi phun không lớn hơn 13MP a để dảm bảo cho các chi tiết
của vòi phun không bị hư hỏng kho choòng làm việc.
Như vậy bằng phương pháp tính toán trình bày trên chúng ta xác định được
thông số chính : Lưu lượng và áp suất cần thiết của máy bơm để khoan ghiếng
thân nhánh đường kính nỏ từ thân ghiếng chính . Khi tính toán các thánh phần
tổn thất cần phải lưu ý đến cấu trúc củ thân ghiếng chính để phân thành các
đoạn cho phàu hợp . Với các giá trị Q và P đã xác định được ta tính , công suất

bơm) . Dể đáp ứng nhu cầu này nên chọn động cơ dẫn động có dẫn động
máy bưm là động cơ điện có trang bị bộ biến đổi thezistor , còn động cơ
tefan do đặc tính điều chỉnh hạn chế nê không có hiệu quả.
Đồng thời với việc chọn động cơ dẫn động bơm ta cũng cần phải trang bị 1
máy bơm dự phòng cùng loại . Để điều chế ( gia công ) và làm sạch dung dịch
rũa cần phải trang bị thêm các thết bị:
-

Sàng rung
Thiết bị tách cát
Thiết bị tách bùn
Thiết bị khử khí độc
Bình điều hòa
Các máy bơm ly tâm
Máy khuấy trộn
Hệ thống đường ống hút , ống đẩy , máy tuần hoàn , thùng ( bể) chứa …,
các loại van.

Các thiết bị này phải có công suất tương ứng với lưu lượng của máy bơm.
16

16


17

17