Tính toán khả năng đi qua của bộ dụng cụ đáy và cột ống chống trong đoạn thân giếng có độ uốn cong lớn

Bài viết Tính toán khả năng đi qua của bộ dụng cụ đáy và cột ống chống trong đoạn thân giếng có độ uốn cong lớn trình bày phương pháp tiếp cận và tính toán cụ thể trong việc kiểm tra khả năng đi qua của cột cần khoan hay cột ống chống trong đoạn thân giếng có sự thay đổi mạnh về cường độ cong trong không gian trên quan điểm độ cứng cơ học và chịu bền của vật liệu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính toán khả năng đi qua của bộ dụng cụ đáy và cột ống chống trong đoạn thân giếng có độ uốn cong lớnT¹p chÝ KHKT Má - §Þa chÊt, sè 54, 04/2016, (Chuyªn ®Ò Khoan- Khai th¸c) tr.35-41TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG ĐI QUA CỦA BỘ DỤNG CỤ ĐÁYVÀ CỘT ỐNG CHỐNG TRONG ĐOẠN THÂN GIẾNGCÓ ĐỘ UỐN CONG LỚNNGUYỄN THẾ VINH, Trường Đại học Mỏ - Địa chấtTRẦN XUÂN ĐÀO, VietsovpetroTóm tắt: Từ thực tế thi công các giếng xiên định hướng ở các mỏ trong bồn trũng Cửu Long,các dụng cụ và thiết bị mà cụ thể là ren đầu nối khi làm việc trong đoạn thân giếng uốn congsẽ chịu tác động của ứng suất mỏi nên khả năng bị hỏng hóc và phá hủy là rất lớn. Trong cácđoạn thân giếng mà trục của thân giếng gấp khúc mạnh sẽ làm tăng mức độ mòn của cột ốngvà đầu nối. Khi thực hiện quá trình khoan trong đoạn thân giếng uốn cong thì khả năng gâysự cố do kẹt bộ dụng cụ khoan và thiết bị là rất lớn. Mặt khác, khi thả cột ống chống hay cácthiết bị đo trong giếng có trục của thân giêng gấp khúc, khả năng không thả đến chiều sâuthiết kế rất lớn. Thông qua bài báo này, các tác giả trình bày phương pháp tiếp cận và tínhtoán cụ thể trong việc kiểm tra khả năng đi qua của cột cần khoan hay cột ống chống trongđoạn thân giếng có sự thay đổi mạnh về cường độ cong trong không gian trên quan điểm độcứng cơ học và chịu bền của vật liệu.1. Mở đầuTrong khoan xiên định hướng, với mục đíchlái chỉnh thân giếng theo phương vị đã tính toánvà tầm với (độ lệch) cho trước, quỹ đạo thângiếng phải có những đoạn có các thông số về gócnghiêng và góc phương vị thay đổi với cường độkhác nhau. Thể hiện rõ nhất là ở những khoảngkhoan phải cắt tạo góc hay lái chỉnh hướng theothiết kế, trong chừng mực cho phép sẽ có nhữngkhoảng khoan mà cường độ thay đổi góc trongkhông gian (góc nghiêng, góc phương vị) có thểđạt từ 1- 1,5o/10 mét khoan. Như vậy, với nhữngthân giếng có giá trị cường độ thay đổi góc trongkhông gian, hay nói một cách khác là có sự thayđổi đáng kể về các thông số lệch được gọi là thângiếng “uốn cong”. Trong thực tế, khi cường độthay đổi góc trong không gian biến thiên vớicường độ cao và mang tính không đồng nhất, còntrục giếng thể hiện như đường gấp khúc và tạonên những đoạn thân giếng gấp khúc sẽ gây khókhăn cho việc thực hiện công việc trong lònggiếng như thả các bộ dụng cụ đo địa vất lý, thảcột cần khoan, cột ống chống… Như vậy, để đảmbảo thực hiện công việc tiếp theo trong lònggiếng được an toàn như thả cột ống chống, đòihỏi phải thực hiện các tính toán và kiểm chứngkhả năng cho phép chúng đi qua đối với cườngđộ thay đổi góc của thân giếng, đường kính cầnnặng, ống chống, giếng khoan và trạng thái thângiếng với nhau.2. Phương pháp tiếp cận bài toánĐể mô phỏng thân giếng uốn cong trongkhông gian có thể sử dụng công thức của M. M.Alexandrov [4] để xác định góc cong toàn phầncủa trụcgiếng khoan trong không gian:       sin tb 22(1)trong đó: ∆- giá trị chênh lệch góc nghiêng củađoạn thân giếng ∆l; ∆ - giá trị chênh lệch gócphương vị của đoạn thân giếng ∆l; tb- giá trịtrung bình của góc nghiêng ở điểm đầu (phíatrên) t và góc nghiêng ở điểm cuối (phía dưới)d của đoạn thân giếng ∆l [1].∆ = t - d .(2)∆ = t -d .(3)tb = 0,5(t + d) .(4)Bán kính cong của trục giếng trong khônggian được xác định theo công thức: l R  57,3   .(5)  35Trường hợp nếu đoạn thân giếng có gócphương vị không thay đổi, thì công thức (1) và(5) sẽ có dạng:  (6) l  .R  57,3   Còn khi đoạn thân giếng là thẳng thì:∆ = 0, ∆ = 0 và tb = Từ công thức (1), giả sử ở khoảng khoanl = 25m:- Góc nghiêng tăng từ 10o lên 12,5o và thângiếng chuyển hướng phương vị từ 50o sang 60obắc (∆ = 10o), ta có:2 12,5  10    (12,5  10)  (60  50)sin 2O= 3,17- Nếu ∆=0 thì giá trị góc cong toàn phầncủa thân giếng sẽ bằng gia tăng góc nghiêng củathân giếng:∆= ∆ = 12,5 – 10 = 2,5o- Nếu ∆ = 30o ta sẽ có:2 12,5  10   (12,5  10)  (80  50)sin 2O= 6,3622Như vậy, nếu tính đến yếu tố thay đổi gócphương vị của thân giếng thì giá trị góc cong toànphần của thân giếng tăng từ 2,5o lên 3,17o và6,36o. Do đó, khi tính toán khả năng đi qua đoạnthân giếng cong trong không gian của bộ dụng cụkhoan, cột ống chống, bắt buộc phải xem xét cảsự thay đổi góc phương vị. Khi đó, sự thay đổigóc phương vị sẽ là cơ sở để xác định được mứcđộ phức tạp của đoạn thân giếng.Như vậy, nguyên nhân ảnh hưởng chính đếnviệc thả tự do cột cần khoan, cột ống chống tronglòng giếng đó là lực ma sát khi dịch chuyểnchúng (do hiện diện của góc cong toàn phần lớn),nên khâu quan trọng nhất trong quá trình xâydựng giếng khoan là giai đoạn tính toán thiết kế,trong giai đoạn này đòi hỏi phải tính toán và đánhgiá được các giá trị của lực ma sát cho từngtrường hợp cụ thể về thành phần bộ dụng cụkhoan, ống chống và đặc thù của thân giếng.Ngoài ra, cần phải tính đến trường hợp khi thảcột cần khoan, ống chống qua đoạ ...