Chương 8

Các hiện tượng phức tạp trong quá trình khoan và biện pháp khắc phục

Trong quá trình khoan thường gặp các hiện tượng phức tạp gây khó khăn cho quá trình khoan, các hiện tượng đó thường là:

- Sập lở đất đá ở thành lỗ khoan.

- Bó hẹp thành lỗ khoan.

- Mất nước rửa.

- Hiện tượng phun (Dầu, khí, nước)

- Kẹt bộ dụng cụ khoan.

8.1. Sập lở đất đá ở thành lỗ khoan và các biện pháp phòng ngừa:

Đất đá bị sập lở thường xảy ra trong hai trường hợp sau đây:

a- Do tác dụng của nước rửa, đất đá ở thành lỗ khoan bị giảm độ bền, chúng bị mất ổn định và sập lở xuống lỗ khoan . Đất đá bở rời, các tầng chứa muối, đất sét là dễ bị nước tác dụng nhất. Loại sét Bentonit Na, chứa trong các tầng khi hấp phụ nước thì chúng sẽ tăng thể tích lên rất nhiều lần và gây lở. Đối vớicác tầng chứa muối thông thường các tầng này kém chắc , không ổn định và có khả năng chứa khí, nếu khoan bằng dung dịch gốc nước ngọt thì sẽ gây sập lở. Mức độ sập lở của đất đá cũng còn phụ thuộc vào góc nghiêng của các tầng có khả năng gây sụp lở . Nếu góc nghiêng càng lớn thì khả năng sụp lở càng lớn.

b- Trong trường hợp thứ 2 (thì áp lực nén của đất đá lớn hơn nhiều so với áp lực nước rửa, sự chênh lệch đó có thể đưa đến hiện tượng sập lở).

Trong nhiều trường hợp thì cả hai nguyên nhân tác dụng đồng thời. Hiện tượng sập lở trong lỗ khoan thể hiện qua những dấu hiệu sau:

- áp lực ở máy bơm tăng lên đột ngột.

- Dung dịch đưa lên từ dưới lỗ khoan nhiều vụn đất đá.

- Thả dụng cụ không đúng lỗ khoan nếu không bơm rửa.

Các biện pháp đề phòng và ngăn ngừa sập lở thành lỗ khoan.

- Biện pháp có hiệu quả nhất là làm nặng dung dịch và tăng cường phẩm chất của nó bằng gia công hoá học. Dung dịch có độ thải nước nhỏ nhất và có tỷ trọng bảo đảm cho áp lực dung dịch cao hơn áp lực vỉa.

- Đối với các tầng có chứa sét Bentorit Natri, hay các tầng chứa muối thì nên sử dụng các loại dung dịch bão hoà muối, dung dịch gốc vôi để khoan qua.

Việc dùng dung dịch mặn có anion hoà tan nó sẽ có tác dụng làm cho sét Bendonit không bị trương nở. Và dung dịch mặn bão hoà muốn nó sẽ không làm mất ổn định của các tầng chứa muối.

Với những dung dịch góc can xi, qua tác dụng hoá học của nó với sét Bentonit gốc Na sẽ bién thành Bentônit gốc canxi loại sét này không gây trương nở dưới tác dụng của nước.

Trong quá trình khoan phải định kỳ kiểm tra thân lỗ khoan bằng dụng cụ đo đường kính. Tiến hành đo đường kính nhiều lần cho phép xác định được các vùng gây sập lở. Xác định được hiệu quả của các biện pháp ngăn ngừa đã sử dụng.

Hệ số sập lở K được xác định bằng tỷ số giữa thể tích lỗ khoan thực tế của vùng sập lở và thể tích lý thuyết lỗ khoan.

K= Vt Vlt

Trong đó : K - là hệ số hình thành sụp lơ .

Vt- thể tích thực của lỗ khoan.

Vlt - thể tích lý thuyết lỗ khoan.

K = Vr Vlt = Rt2 Rlt2

Trong đó : Rt - là bán kính thực trung bình của lỗ khoan.

Rlt - là bán kính trung bình lý thuyết của lỗ khoan.

K = 1 - Giếng khoan không sụp lở.

K > 1 - Giếng khoan sụp lở

K<1 - Lỗ khoan bị bó hẹp.

8.2. Hiện tượng bó hẹp thành lỗ khoan.

Có rất nhiều trường hợp lỗ khoan bị bó hẹp thành nhất là đối với các tầng sét Bentônit trương nở dưới tác dụng của nước ngọt. Trong các trường hợp này, giải quyết được vấn đề sập lở tức đồng thời cũng giải quyết được vấn đề bó hẹp thành lỗ khoan. Cũng có những loại đất đá làm giảm đường kính của lỗ khoan dưới tác dụng mà nước ngọt nhưng không gây sập lở như accghilit và lignit, trong trường hợp trên thì có thể xử lý bằng phương pháp dùng dung dịch có độ thoát nước bé. Trong trường hợp khó hơn thì có thể sử dụng dung dịch gốc vôi - thạch cao.

Hiện tượng bó hẹp thành lỗ khoan nhiều khi đưa đến việc không thể tiếp tục khoan được nữa. Bó hẹp lỗ khoan do sự biến dạng dẻo bó hẹp lỗ khoan trong trường hợp này nên dùng dung dịch có tỷ trọng lớn a = 1,8 - 2,2 G/cm3 và có trường hợp lên tới 2,4 .

Đối với các tầng muối biện pháp xử lý tốt là dùng dung dịch bão hoà muối.

8.3. Ngăn ngừa và chống mất nước rửa.

Hiện tượng mất nước rửa sinh ra trong quá trình khoan thường gặp rất nhiều, nhất là khi khoan qua các tầng đá vôi.

8.3.1. Các nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng mất nước rửa:

a - Nguyên nhân do các tầng đất đá khoan qua:

Các tầng có độ thấm và độ rỗng lớn, các tầng đã bị khai thác nhiều, áp lực vỉa giảm xuống, các khe rãnh được hình thành, qua đó nước rửa chảy đi hết. Hiện tượng mất nước cũng sinh ra ở các tầng đất đá bị hủy hoại do chuyển động kiến tạo, đất đá nứt nẻ , hang hốc, hang động cactơ.

b - Nguyên nhân kỹ thuật:

- Trọng lượng riêng của dung dịch quá lớn, áp lực thủy tĩnh của dung dịch lớn hơn áp lực vỉa chênh lệch áp lực càng lớn thì mất nước càng mạnh.

- Sự tạo thành các kẽ nứt trong đất đá trong quá trình khoan. Do kéo thả bộ dụng cụ khoan với vận tốc quá lớn gây nên hiện tượng piston tác dụng xuống thành lỗ khoan làm nứt nẻ chúng.

Trọng lượng riêng và độ nhớt của dung dịch qúa lớn dẫn đến áp suất tại bơm lớn. Từ đó cũng dẫn đến hiện tượng nứt nẻ đất đá và mất dung dịch . Cần phải lưu ý rằng, một tầng đã bị tạo thành kẽ nứt thì sau đó sẽ tạo thành kẽ nứt với áp suất bé hơn. Các kẽ nứt xuất hiện dưới áp lực cao không những có thể gây ra mất nước mà có thể gây ra các hiện tượng phức tạp khác như : sập lở, bó hẹp thành giếng khoan....

8.3.2. Nghiên cứu vùng mất nước.

Để chống mất nước có hiệu quả và tìm biện pháp ngăn ngừa mất nước cho lỗ khoan sau cần phải nghiên cứu tổng hợp ngay sau khi khoan vào vùng mất nước. Công tác nghiên cứu tổng hợp bao gồm:

1 - Nghiên cứu thuỷ động để tìm hiểu cường độ mất nước .

2- Xác định ranh giới, độ hút nước của tầng.

3- Xác định đường kính thực của lỗ khoan ở vùng mất nước.

- Nghiên cứu thuỷ động bằng phương pháp xác định đặc tính tầng chứa nước bằng cách theo dõi chuyển động của mực nước động. Người ta làm mất trạng thái cân bằng trong lỗ khoan bằng cách đổ thêm nước hoặc hạ thấp mực nước trong đó. Và vị trí của mực nước trong giếng khoan sẽ có khuynh hướng trở về trạng thái cân bằng cho đến khi áp lực của cột chất lỏng trong lỗ khoan cân bằng với áp lực vỉa.

Quá trình phục hồi mực nước phụ thuộc vào đặc tính địa chất vật lý của vỉa. Việc theo dõi tốc độ phục hồi mực nước giúp chúng ta xác đinh được độ thấm tương đối của vỉa.

- Việc xác định ranh giới của vỉa mất nước rửa có thể tiến hành bằng nhiều phương pháp khác nhau như (đo nhiệt độ, đo điện trở, nghiên cứu tầng mất nước bằng chất đồng vị vv....).

Xác định độ hút nước của các tầng bằng cách đo lượng dung dịch chảy vào vỉa.

Việc phân tích sơ bộ phải tiến hành ngay tại giếng khoan . Kết quả phân tích được sử dụng ngay dùng để tổ chức chống mất nước.

8.3.3. Phân loại vùng mất nước.

Trên cơ sở nghiên cứu vùng mất nước, cần phải lập những bảng phân loại mất nước và dựa vào đó để chúng ta đề ra những biện pháp phòng ngừa và khắc phục chúng. Bảng phân loại của YHЍЍ là hoàn thiện nhất. Về cơ bản nó dựa vào phương pháp phân tích kết quả nghiên cứu thuỷ động ở vùng mất nước.

Vận tốc chuỷển động của mực nước có thể biểu thị bằng công thức sau đây:

V = C. pn

V - tốc độ hạ mực nước trong lỗ khoan tính bằng m/ph.

C- hệ số mất nước tính bằng tốc độ hạ mực nước khi chênh lệch áp lực lên vỉa là 1 đơn vị áp suất (1bar).

P - áp lực dư lên tầng mất nước.

n - Chỉ số độ thấm, đặc trưng cho tính thấm của chất lỏng theo các khe nứt của vỉa.

Cần phải dựa theo hệ số C và chỉ số n mà đề ra biện pháp chống mất nước vì rằng các trị số này phản ánh gián tiếp các đặc tính vật lý của vỉa.

Hệ số C và chỉ số n có thể xác định bằng phương pháp đồ thị và toán đồ.

Chúng ta vẽ đồ thị biểu diễn sự tương quan giữa áp lực dư trung bình khi mực nước nằm vào giữa khoảng p và C các khoảng thời gian t mà sau các khoảng thời gian đó mực nước hạ xuống những khoảng H bằng nhau trên đồ thị tọa độ hệ số p có thể tính theo công thức sau:

p = 0,1. . (Ht- H0).

Ht là khoảng cách từ miệng lỗ

khoan đến mặt nước tĩnh .

H0 mực nước tính toán - khoảng

cách từ miệng lỗ khoan đến điểm

giữa mỗi đoạn .

- trọng lượng riêng của dung dịch.

Trên trục tung đặt các giá trị p, trục hoành dặt t

Nối các điểm nhận được chúng ta được một đường cong đều . Nhờ có biểu đồ đã vẽ người ta tìm được thời gian hạ mực nước của các đoạn có áp suất lên tầng mất nưóc là 1 bar và 10 bar. Muốn thế kéo đường cong cắt đường p = 1 bar và p = 10 bar.

Khi biết khoảng cách H và thời gian hạ xuống mực nước t thì tính được tốc độ hạ trung bình mỗi đoạn.

v = H t có thể xác định bằng toán đồ.

Các hệ số C, r, Qlt(tiêu hao nước rửa theo lý thuyết )chúng ta có thể xác định bằng toán đồ.

8.3.4. Các biện pháp phòng và chống mất nước.

Để khắc phục các hiện tượng mất nước người ta dùng các phương pháp chủ yếu sau.

Giảm áp lực chênh lệch giữa lỗ khoan và vỉa bằng cách thay đổi các thông số của dung dịch, trám các khe rãnh của tầng mất nước bằng dung dịch và vữa ximăng đặc biệt. Bơm ép các vật liệu trơ vào trong vỉa. Khoan không bơm rồi chống ống.

- Để phòng và chống mất dung dịch sét, dung dịch phải có tỷ trọng nhỏ nhất, có độ nhớt, ứng suất cắt tĩnh và độ xúc biến đủ lớn. Khi mất nước với cường độ 100 - 200m3/h tốt nhất nên rửa lỗ khoan bằng dung dịch sét bọt khí và dung dịch sét nhũ tương. Để xác định d của dung dịch trong điều kiện khoan mất nước ta tính như sau:

H: chiều sâu của giếng.

H2là chiều sâu từ mặt nước tĩnh đến đáy lỗ khoan tương ứng với 1;

 phải xác định.

Pv= 0,1 H11 = 0,1 H .

 = 1 H1 H . G/cm3

+ Một trong những phương pháp bít các khe nứt của tầng mất nước là bơm vào đó các dung dịch có độ đông tan và cấu trúc tốt khi chảy vào kẽ nứt các dung dịch này sẽ tạo thành một mạng lưới cấu trúc bền vững. Trám tầng mất nước bằng dung dịch xi măng là biện pháp phổ biến nhất. Vữa ximăng trộn vào dung dịch sét gọi là gen ximăng. Để có được gen ximăng người ta trộn ximăng trám khô vào dung dịch sét bentonit.

Điều chỉnh thời gian đông đặc của các dung dịch ximăng bằng cách cho thêm các chất làm đông nhanh (phổ biến nhất là nước kính clorua canxi, xô đa).

Trong từng trường hợp riêng, tỷ lệ pha chế ghen ximăng và hỗn hợp đông nhanh do phòng thí nghiệm xác định.

Thông thường, người ta bơm hỗn hợp đông nhanh và gen ximăng qua cần khoan. Đầu cần khoan nên đặt cao hơn tầng mặt nước. Lượng dung dịch ép bơm vào cần khoan sau hỗn hợp trám bằng thể tích bên trong cột cần khoan.

+ Cũng có thể dùng phương pháp "khoan mò" (không cho nước trào lên miệng lỗ khoan) trong đất đá cứng như đá vôi, sa thạch Khi khoan "mò" mùn khoan sẽ thu được nhờ ống mùn. Sau khi khoan qua vùng mất nước phải ngừng khoan để trám ghen ximăng hoặc hỗn hợp đông nhanh cho đến khi khắc phục được hiện tượng mất nước. Về mặt kinh tế khoan "mò" chỉ có lợi khi nước rửa là nước lã.

Để khắc phục các hiện tượng mất nước rất mạnh trước hết người ta phải làm giảm bớt cường độ mất nước bằng cách bồi cát hay mùn khoan vào vùng mất nước hoặc bằng cách ép các vật liệu trơ (như rơm, than bùn, trấu...) vào đấy và sau đó trám ximăng lại. Khi xi măng đã đông rắn thì tiến hành khoan bình thường Khi khoan có thể xảy ra hai hay nhiều tầng mất nước gần nhau thì khi đó phải trám ximăng cả hai tầng, đầu tiên người taỉtám tầng dưới trước sau đó kéo cần khoan lên cao để trám tầng trên.

8.4. Phòng và chống kẹt cột cần khoan.

Các nguyên nhân chính làm kẹt cột cần khoan là :

- Rửa lỗ khoan bằng dung dịch sét có độ thải nước quá lớn, dung dịch này tạo một lớp vỏ sét dày lên thành lỗ khoan, làm thu hẹp đường kính lỗ khoan lại. Khi kéo cần lên, vỏ sét bị dồn lại, và phía trên choòng hình thành một cái "nút" ngày càng chặt và dẫn đến kẹt.

- Đất đá dẻo bị trương nở do nước từ dung dịch ngấm vào vỉa do sự chênh lệch áp lực giữa vỉa và áp lực cột thuỷ tĩnh. Sự trương nở làm thu hẹp lỗ khoan lại làm tăng áp lực máy bơm và kẹt cần . Trường hợp này thông thường xảy ra ở những tầng có độ nghiêng lớn (hình a).

- Kẹt cần khoan do mùn khoan bị tích đọng lại làm thu hẹp lỗ khoan tạo thành những cái "nút" và gây kẹt cần. Nguyên nhân tích đọng mùn khoan là do:

+ Không thường xuyên lọc sạch mùn khoan ra khỏi dung dịch, nên dung dịch lại mang theo nhiều mùn khoan xuống lỗ khoan.

+Do lưu lượng bơm quá bé hay các thông số của dung

dịch không phù hợp để mang được mùn khoan lên mặt (tốc độ đi lên của nước rửa không đủ đẩy mùn khoan lên mặt )

+ Do sự sập lở của đất đá ở một số tầng (hình b)

tại đó vận tốc đi lên của dung dịch bé, mùn khoan bị lắng đọng.

+ Khi khoan bằng các choòng có đường kính khác nhau, lỗ khoan có hình bậc thang, ở chỗ chuyển tiếp từ đường kính lớn sang đường kính nhỏ mùn khoan bị thu hẹp lại và gây kẹt cần (hình c).

- Cột cần khoan bị rò và nước rửa chảy qua chỗ nối ren hay chỗ rò của cột cần khoan, choòng khoan không được rửa và bị hẹp vào bởi mùn khoan.

- Kẹt cần khoan cũng có thể gây ra do chênh lệch giữa áp lực vỉa và áp lực nước rửa, độ dính của vỏ sét khi cột cần khoan dựa vào thành lỗ khoan. (hình d)

Khi cần khoan đang quay (hình d) xung quanh cần khoan bị tác dụng bởi áp lực của nước rửa. Khi cần khoan đứng yên và dựa vào thành lỗ khoan (hình e). Trong quá trình khoan thì áp lực vỉa nhỏ hơn áp lực nước rửa, cho nên phần áp lực dư của dung dịch sẽ ép lên cần khoan và gây kẹt cần.

Thiết diện tiếp xúc giữa cần khoan và thành lỗ khoan, có thể tính bằng công thức:

A = c . D. H. 360

Trong đó : A: Thiết diện tiếp xúc.

c nửa góc tiếp xúc.

D. Đường kính của giếng khoan.

H . độ dài của phần tiếp xúc.

Lực kéo cần thiết để nhổ cần khoan

khỏi thành giếng khoan sẽ là :

T = f. A. P.

Trong đó : T - là lực kéo .

f- hệ số dính kết giữa

sắt và sét, f trung bình:

f = 0,6.

P = Pt- Pv áp suất chênh

lệch giữa nước rửa và vỉa.

- Kẹt cần khoan trong lỗ khoan hình chìa khoá.

Thường xảy ra ở những lỗ khoan có độ cong

lớn. Cần khoan có khuynh hướng cọ xát và

bào mòn vào thành những lỗ hình chìa khoá (hình f).

có cạnh gần bằng đường kính của lỗ

khoan hay lớn nhất bằng  của đầu nối.

Trong quá trình kéo thả, cần nặng có

đường kính lớn hơn nên dễ bị kẹt ở vùng này.

Để phòng và ngăn ngừa kẹt cần khoan phải:

1- Dùng dung dịch sét có chất lượng cao,

tạo lớp vỏ sét mỏng và chặt xít lên thành

lỗ khoan.

2- Bảo đảm tốc độ đi lên của dung dịch

sét đủ lớn, trước khi kéo cần lên phải bơm

rửa sạch lỗ khoan và phải điều chỉnh thông

số của dung dịch cho phù hợp với yêu cầu của thiết kế.

3 - Bảo đảm lọc sạch mùn khoan ra khỏi dung dịch.

4 - Thường xuyên doa lại những đoạn có khả năng hình thành lớp vỏ sét dày.

5 - Trong các lỗ khoan sâu, cần phải theo dõi nhiệt độ chảy từ lỗ khoan. Sự giảm nhiệt độ đột ngột chứng tỏ rằng dung dịch khoan chảy qua các chỗ rò rỉ của cột cần bên trên lỗ khoan.

6 - Để ngăn ngừa kẹt cột cần khoan, khi sử dụng dung dịch nặng phải cho thêm các chất bôi trơn không quá 0,8% grafit, 1 - 3% Xunfanôn (dung dịch 1-3% trong nước). Tỷ lệ pha chế dung dịch cho từng trường hợp riêng phải được xác định chính xác trong phòng thí nghiệm.

Hiện tượng kẹt nhẹ thường được cứu chữa bằng cách dạo bộ dụng cụ (kéo thả nhiều lần) và quay cần nhờ bàn quay rôtơ. Lực kéo cần khoan có thể lớn hơn nhiều so với trọng lượng bản thân của cần khoan nhưng phải giới hạn trong độ bền của nó và hệ thống palăng, cần theo dõi đồng hồ trọng lượng Nếu biện pháp dạo bộ dụng cụ không có kết quả mà nước rửa vẫn còn lưu thông thì dùng biện pháp ngâm dầu, nước hoặc axit.

Lượng dầu (nước, axit) cần thiết để ngâm được tínhtheo công thức sau đây:

V = 4 (D2c - dn2 )H1+ 4 d2t. h1. m3

Trong đó

V - thể tích của chất lỏng để ngâm (m3)

Dc - đường kính lỗ khoan (m).

H1 - độ cao (dầu , axit, nước ) dâng lên chung quanh cần khoan (m).

dt - đường kính trong của cần khoan (m).

h - độ cao của dầu (axit, nước ) trong cần khoan (m).

dn đường kính ngoài của cần khoan.

Thực tế cho thấy là khi ngâm dầu ở các lỗ khoan rửa bằng nước lã hay lỗ khoan đã chứa đầy nước lã thì dầu bị nổi lên rất nhanh, trong trường hợp đó để có kết quả tốt cần phải bơm vài m3dung dịch sét trước và sau khi bơm dầu. Dung dịch sét sẽ hạn chế hiện tượng dầu bị nổi lên và biện pháp ngâm dầu mới có kết quả.

Trong thời gian ngâm dầu, người ta dự trữ một lượng dầu (axit, nước ) trong cần khoan, để cứ sau 1 - 2 giờ thì bơm ép thêm cho (dầu, axit, nước ở ngoài cần khoan) phần bị kẹt.

Để biện pháp ngâm dầu có kết quả cần phải xác định đúng độ sâu kẹt cần khoan. Trong thực tế sản xuất thường xác định độ sâu kẹt bằng cách dựa vào độ dãn dài của phần cần khoan tự do bị kéo căng. Để xác định chính xác hơn chiều dài phần cần tự do (theo độ dãn dài) người ta làm như sau:

1- Kéo cần lên với lực P1lớn hơn trọng lượng của toàn bộ cột cần khoan khi chưa bị kẹt là 5 vạch chia ở đồng hồ trọng lượng và đánh dấu lên cần vuông hay cần khoan vào ngang mặt bàn roto.

2. - Kéo thêm một lực phụ bằng 5 vạch chia ở đồng hồ trọng lượng rồi lại hạ xuống đến P1rồi đánh dấu. Hai đầu thứ nhất và thứ 2 không trùng nhau vì có lực kéo trong hệ thống ròng rọc.

3- Chia đôi khoảng cách giữa 2 dấu, lấy điểm giữa hai dấu làm vạch "trên" để tính độ dãn dài.

4 - Kéo cần lên với lực P2 lớn hơn P1 từ 10 - 20 vạch đồng hồ đo trọng lượng và đánh dấu thứ 3 lên cần.

5 - Kéo thêm một lực bằng 5 vạch rồi lại hạ xuống đến P2 rồi đánh dấu thứ 4 lên cần. Lấy điểm giữa hai dấu (thứ 3 và 4) làm vạch "dưới" để tính độ dãn dài.

6 - Đo chính xác khoảng cách giữa vạch "trên" và vạch "dưới" ta thu được độ dãn dài của phần cần khoan bị kẹt (tự do).

Bề dài của phần cần khoan tự do (không bị kẹt) được tính bằng công thức sau đây:

L = 1,05 E.A.l p (m)

Trong đó : L - độ sâu bị kẹt của cột cần (m).

1,05 - hệ số điều chỉnh do hiện diện của các đầu nối .

A là thiết diện của cần, cm2

l là độ dãn dài của phần cần khoan không bị kẹt.

P = P2 - P1 tính bằng KG.

Nếu biện pháp ngâm dầu (axit, nước ) không có kết quả thì phải rửa toàn bộ lỗ khoan bằng dầu mỏ hoặc nước. Chỉ cho phép rửa bằng nước lã khi khoan trong đất đá ổn định.

Trong trường hợp tuần hoàn của dung dịch không lưu thông được hay lưu thông rất khó, việc đầu tiền là ngừng bơm, sau đó dạo lên dạo xuống nhiều lần. Nếu như không thành công thì cho bơm từ từ dung dịch, tốt nhất là dùng thiết bị bơm trám ximăng, tăng dần lưu lượng từng bước cho đến khi phục hồi lưu lượng bình thường. Trong bất cứ tình huống nào cũng không nên dùng áp suất bơm quá lớn sẽ gây nên hiện tượng nứt nẻ ở các tầng làm mất dung dịch rửa.

Nếu như dùng các biện pháp trên mà vẫn không kéo cần khoan lên được thì phải tháo rời từng đoạn bằng cần trái, cắt cần hoặc nổ mìn để tháo cần khoan.

Trước khi tháo đoạn cần khoan bị kẹt phải khoan rửa vỏ sét bao quanh đó là một quá trình mất nhiều thời gian và ít kết quả nhất. Vì vậy nếu cứu cần khoan kẹt tốn nhiều thời gian thì người ta bỏ phần còn laị của cần, đổ cầu ximăng và khoan xiên.

Việc dùng biện pháp nổ mìn để tháo cần khoan đã tạo một bước tiến mới cho kỹ thuật cứu kẹt. Trong phương pháp này sóng va đập làm nới lỏng chỗ nối ren. Nếu như trước lúc nổ mìn ta đặt vào cột cần khoan một momen quay trái vào đầu ren cần tháo, được giải phóng khỏi lực nén bởi trọng lượng của cần trên đó, thì sau khi nổ mìn đầu ren được nới lỏng và sau đó có thể tháo ra bằng rôtơ một cách dễ dàng. Rất nhiều trường hợp phương pháp này cho phép tháo đoạn cần trên chỗ bị kẹt mà không cần dùng cần khoan trái.

8.5. Phòng và chống phun.

8.5.1. Nguyên nhân và hiện tượng xuất hiện dầu khí hoặc nước.

Trong các vỉa khoan qua, có thể có khí nước hoặc dầu. Qua các kẽ nứt, lỗ hổng, khí xâm nhập vào lỗ khoan. Nếu áp lực vẫn lớn hơn áp lực dung dịch thì khí đẩydung dịch ra khỏi lỗ khoan, gây ra phun khí và nhiều khí sẽ phun dầu. Hiện tượng phun xẩy ra không phải chỉ do khí có áp lực xâm nhập vào lỗ khoan. Khí có thể xâm nhập dần dần vào dung dịch, dưới dạng những bọt khí cùng dung dịch đi lên, áp lực lên bọt khí giảm dần, kích thước của chúng tăng dần lên. Cuối cùng, các bọt khí trở nên rất lớn chiếm phần lớn thể tích và làm cho tỷ trọng dung dịch giảm hẳn xuống. Trọng lượng của cột nước không đủ để chống lại áp lực của vỉa và hiện tượng phun sẽ xảy ra.

Nước và dầu ngấm dần vào dung dịch cũng làm giảm tỷ trọng của nó và gây phun. Hiện tượng phun cũng có thể xảy ra khi mực nước rửa trong lỗ khoan bị hạ thấp (do ngừng tuần hoàn hoặc do kéo cần khoan lên mà không bù dung dịch vào lỗ khoan).

Các dấu hiệu xuất hiện khí như sau:

a) Khi phục hồi tuần hoàn, dung dịch đi lên mặt đất có chứa nhiều khí,.

b) Sủi bọt trong lỗ khoan, trong trường hợp khí xâm nhập với một lượng hạn chế và dung dịch sét có độ nhớt, ứng suất cắt tĩnh nhỏ .

c) Tăng mực nước rửa trong hố chứa của bơm (dù không thêm nước rửa vào hệ thống tuần hoàn ).

d) Có xuất hiện khí do trạm carota báo hiệu .

8.5.2.Các biện pháp ngăn ngừa và khắc phục hiện tượng phun.

a) - Để ngăn ngừa các hiện tượng phun, áp suất trong lỗ khoan phải lớn hơn với áp suất vỉa. Trị số áp lực dư phải phụ thuộc vào độ sâu lỗ khoan, độ rỗng và độ thấm của đất đá ở vỉa. Người ta tạo áp lực dư bằng dung dịch nặng. Khi làm nặng dung dịch sét phải chú ý giữ độ nhớt của nó nhỏ nhất. Trong suốt thời gian khoan qua, tỷ trọng dung dịch phải kiểm tra thường xuyên.

b) - Trong trường hợp khí xâm nhập vào dung dịch cần phải tiến hành sử dụng các biện pháp khử khí ở trên mặt. Trong trường hợp khoan các tầng khí có áp lực lớn, để hạn chế lượng khí lớn xâm nhập vào dung dịch, trong thời gian ngắn, cần khoan với tốc độ cơ học bé và lưu lượng dung dịch tuần hoàn lớn.

c) -Không mở vỉa có khả năng xuất hiện dầu khí mà trước đó không chống ống theo thiết kế .

d) - Khi kéo cần khoan lên phải đổ thêm dung dịch vào lỗ khoan một cách liên tục, không đổ gián đoạn.

đ) - Cột ống định hướng phải được trám ximăng đến tận miệng, bảo đảm bịt kín lỗ khoan khi chống phun dầu khí .

e) - Khi tỷ trọng dung dịch giảm đi hơn (0,02 )phải tìm cách phục hồi.

g) - Phải dự trữ một lượng dung dịch bằng 1,5  3 lần thể tích lỗ khoan với các thông số quy định trong bảng thiết kế, phải dự trữ chất làm nặng .

h) - Chỉ được kéo cần khoan lên sau khi đã bơm rửa sạch lỗ khoan bằng dung dịch có thông số như đã quy định theo thiết kế, và quay cột cần khoan .

i) Khi dó cần, nếu mực dung dịch sét ở ngoài cần khoan không hạ xuống thì có nghĩa là đã xuất hiện hiện tượng piston. Trong trường hợp đó phải hạ cột cần xuống dưới đoạn xuất hiện, bơm rửa rồi mới tiếp tục kéo cột cần lên.

k) Trước khi mở vỉa áp lực lớn, phải đặt van ngược ở dưới cần vuông.

l) Để ngăn chặn hiện tượng phun đột ngột, cần phải đóng kín lỗ khoan bằng một thiết bị được gọi là máy đối áp preventor. Người ta đã đặt các thiết bị đối áp khi mới bắt đầu khoan. Sau đó bơm dung dịch nặng vào lỗ khoan.

8.5.3. Thiết bị đối áp preventor.

Thiết bị đối áp được lắp ở mặt bích ở đầu ống chống của ống chống sau cùng đã được trám ximăng. Thiết bị đối áp cho phép đóng kín miệng lỗ khoan trong trường hợp giếng khoan có xuất hiện hiện tượng phun, và cho phép bơm dung dịch nặng vào giếng để khắc phục hiện tượng phun.

Thiết bị đối áp miệng giếng :

1 - máy đối áp thẳng đứng 2 - Máy đối áp có chấu cặp vào cần khoan.

3 - Máy đối áp có thớt đóng toàn bộ lỗ khoan 4 - Bảng điều khiển

5 - ống nối điều chỉnh. 6 - bộ phận khử khí 7 - đường ra đuốc

8 - mặt bích kép.

= Sơ đồ bố trí thiết bị đối áp =

Một thiết bị đôí áp chống phun cấu tạo bởi các thành phần chính sau đây. Máy đối áp thẳng đứng 1. Hai máy đối áp ngang 2 và 3 có thớt đóng. Máy đối áp 2 có thớt đóng cặp vào cần khoan, máy đối áp ngang 3 có thớt đóng toàn phần (đóng miệng lỗ khoan). Hai máy đối áp ngang được nối với nhau qua moson (4). Mặt bích đúp 8 để lắp thiết bị đối áp preventor với mặt bích của đầu ống chống. Manifon (6) của thiết bị đối áp được tạo thành bởi nhiều van cao áp, ống nối và ống nối điều chỉnh van xả áp suất và đồng hồ đo áp suất. Thiết bị đối áp phải bảo đảm khả năng rửa lỗ khoan bằng bơm khoan với áp lực dư trong miệng lỗ khoan và nước rửa có thể chảy qua hệ thống máng lắng, qua bộ khử khí. Cũng cần phải bảo đảm khả năng bơm chất lỏng vào khoảng trống giữa cần khoan và ống chống bằng bơm khoan hoặc thiết bị bơm ximăng. Có thể rửa ngược theo ống đứng đặc biệt. Người ta dùng các ống nối đặc biệt để điều chỉnh tốc độ dòng chất lỏng từ lỗ khoan ra và vì thế mà điều chỉnh được áp lực dư trong miệng lỗ khoan.

Nếu hiện tượng phun xảy ra trong thời gian cần khoan ở trong giếng thì việc đầu tiên là phải đóng máy đối áp thẳng đứng và sau đó bơm dung dịch nặng vào lỗ khoan. Khi máy đối áp ngang cần phải thay bạc lót thì phải đóng máy đối áp ngang có thớt đóng ở ngang thân cần khoan.

Trường hợp giếng khoan phun khi cần khoan đã kéo hết ra ngoài thì phải đưa nhanh vào giếng khoan một số bước cần dựng rồi tiến hành đóng van đối áp như đã nói ở trên . Trường hợp không thành công thì tiến hành đóng van đối áp ngang có thớt đóng toàn phần để đóng kín miệng lỗ khoan.

Máy đối áp:

Về phương diện cấu trúc, máy đối áp có thể chia thành các loại theo bảng dưới đây:

Máy đối áp Loại đứng yên Thẳng đứng Điều khiển bằng cơ học loại A

Đối áp vạn năng điều khiển bằng thuỷ lực VH

Nằm ngang Điều khiển bằng cơ học Loại B1

Kép loại B2 đóng khoảng không vàng xuyến và toàn phần.

Điều khiển thuỷ lực - kép loại DF và T - dùng để đóng khoảng vành xuyến và toàn phần.

Loại quay Để khoan lỗ khoan dưới áp suất.

Để khoan bằng phương pháp thổi khí.

8.5.3.1. Máy đối áp thẳng đứng.

a)- Máy đối áp loại A điều khiển bằng cơ học

Máy đối áp thẳng đứng loại A điều khiển bằng cơ học được tạo thành bởi các chi tiết sau. Thân bằng thép1, conus 2, hai chẽ ngang 3 và 4 để thông với ống chống và ống thoát nước.

ở phía trên có ren ngoài (5) để vặn ốc 6 có đường kính lớn và rìa 7.

Conus 2 được tạo thành bởi bạc cao su 11 lắp giữa hai vòng nhẫn thép 9,10 nhờ đinh ốc 12. Comus được tạo thành từ hai nửa với thiết diện thẳng đứng. Có thể đóng vào mở ra nhờ các khớp bản lề.

Hình a. Máy đối áp thẳng đứng laọi A (Điều khiển kiểu cơ học)

Phương pháp sử dụng máy đối áp thẳng đứng loại A khi giếng khoan có hiện tượng phun như sau:

ở miệng lỗ khoan lắp thân 1 với mặt bích trên của đầu ống chống qua mặt bích 8. Phía trên thân 1 có lắp ốc 6 nhưng không xiết chặt.

- Kéo cột cần khoan với cần chủ đạo lên phía trên bàn quay rôtơ.

- Nâng conus 2 gần miệng lỗ khoan nhờ tời phụ và sau đó đóng conus vào thân của cần khoan nhờ chấu ở thân conus.

- Thả nhẹ cần khoan sao cho conus 2 vào trong thân 1 qua miệng 7 của ốc 6.

- Thả một phần trọng lượng của cần khoan xuống conus và bạc cao su 11 bị nén lại và ép khít vào thân của cần khoan. Sau đó vặn ốc 6 lại và miệng 7 của ốc 6 cũng sẽ giữ cho bạc cao su ở vị trí ép. Để tháo máy đối áp chỉ việc kéo cần khoan lên,giải phóng conus khỏi trạng thái nén. Mở ốc 6 và sau đó lấy cunus ra ngoài.

b). Máy đối áp vạn năng loại VH điều khiển bằng thủy lực (hình b)

Được tạo thành bằng thân 1 đúc bằng thép. (phần dưới có mặt bích 2) và trong đó có xi lanh 3 làm việc, xi lanh 3 được điều khiển bằng thủy lực. Thành phần để đậy kín cần khoan là bạc cao su đặc biệt 4.

Hình b. Máy đối áp vạn năng điều khiển bằng thuỷ lực (loai VH)

Trong trường hợp cần đóng máy đối áp. Chúng ta cho chất lỏng dưới áp suất cao vào lỗ số 5 và pitton 3 sẽ chuyển dời lên phía trên và nén ép cao su 4. Cao su 4 bị nén và bị biến dạng ngang và áp sát vào thân cần khoan. Khi mở đối áp, thì ngược lại tháo chất lỏng khỏi lỗ số 5 và cho chất lỏng dưới áp suất vào lỗ số 7 và đẩy piston 3 xuống, bạc cao su 4 lại trở về vị trí ban đầu.

Đo biến động của bạc cao su lớn, do đó máy đối áp vạn năng có thể đóng với bất cứ vị trí nào của của cột cần khoan (thần cần, đầu nối) và ngay cả khi đóng toàn phần giếng khoan khi cần khoan kéo hoàn toàn ra ngoài.

8.5.3.2. Máy đối áp nằm ngang.

a) Máy đối áp vạn năng điều khiển bằng cơ học loại B1 là một máy đối áp đơn giản. Bên trong thân của chúng lắp các cặp thớt được chế tạo dùng để đóng vào thân của cần, hay đóng kín toàn phần miệng lỗ khoan (hình c).

Hình c. Đối áp có thớt đóng ngang thân cần điều khiển bằng cơ học

Để dịch chuyển cặp thớt 2 trong trường hợp cần thiết đóng hoặc mở chỉ cần quay tayđiều khiển mà trên đó nửa tiện ren bên phải và nửa tiện ren bên trái. Truyền chuyển động quay cho trục quay đi qua từ phía bên ngoài. Sơ đồ biểu diễn cặp thớt để đóng ngang thân cần khoan.

Máy đối áp đóng kín toàn phần miệng lỗ khoan có cấu trúc tương tự như máy đối áp trên. nhưng cặp thớt không có lỗ ở giữa mà kín hoàn toàn.

b) Máy đối áp nằm ngang điều khiển bằng thủy lực loại DF. (hình d)

Nguyên lý hoạt động của máy đối áp này rất đơn giản, như hình vẽ dưới đây.

Hình d. Máy đối áp nằm ngang đóng mở bằng thuỷ lực (loại DF)

Cặp thớt 1 có thể chuyển dời nhờ trục của piston 2 trong xi lanh 3. Pitston 2 hoạt động được nhờ chất lỏng dưới áp suất được dẫn vào phía mặt phải hay mặt trái của pitton. Khi đóng máy đối áp, cho chất lỏng vào ống dẫn 4. Khi bộ phận điều khiển thủy lực hỏng thì có thể điều khiển bằng cơ học nhờ đĩa và tay quay 6 qua ren vô cực 7.