Chuyên đề Thiết bị chống phun trào dầu khí lắp đặt tại giếng THC – 08,Tiền Hải – Thái Bình với Tính toán đường kính xi lanh của đối áp ngàm lắp đặt tạ

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất SV: Nguyễn Điển Chi Lớp: Thiết bị dầu khí – K51 LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................... 1 PHẦN 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH KHOAN THĂM DÒ - KHAI THÁC DẦU KHÍ Ở VIỆT NAM. SỰ PHUN TRÀO DẦU KHÍ VÀ THIẾT BỊ CHỐNG PHUN TRÀO ................................................................................................. 3 CHƯƠNG 1 TÌNH HÌNH KHOAN THĂM DÒ – KHAI THÁC DẦU KHÍ Ở VIỆT NAM. SỰ PHUN TRÀO DẦU KHÍ ......................................................................... 3 1.1 Tình hình khoan thăm dò – khai thác dầu khí ở Việt Nam ........................ 3 1.2 Phun trào dầu khí...................................................................................... 5 1.2.1 Hiện tượng phun trào dầu khí ................................................................ 5 1.2.2 Nguyên nhân ......................................................................................... 6 1.2.3 Các dấu hiệu dự báo ............................................................................ 10 1.2.4 Hậu quả của sự phun trào dầu khí ........................................................ 12 1.2.5 Các biện pháp ngăn ngừa hiện tượng phun trào dầu khí ....................... 13 CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ CHỐNG PHUN TRÀO ............................................................... 15 2.1 Một số loại van chính ............................................................................. 15 2.1.1 Van an toàn sâu (van cản) (Checkguard valve hoặc drop in valve) ...... 15 2.1.2 Van trên cần chủ lực (Kelly valve) ...................................................... 16 2.1.3 Van nổi và van nắp (the float valve and flapper) .................................. 18 2.1.4 Van an toàn một chiều (non return safety valve hoặc là Gray valve) ... 19 2.1.5 Van cửa (Gate valve) ........................................................................... 19 2.1.6 Van an toàn tự động (fail safe valve) ................................................... 20 2.2 Thiết bị kiểm tra và kiểm soát dung dịch ................................................ 21 2.2.1 Bể đo thể tích (Pit Volume Measurement) ........................................... 21 2.2.2 Thiết bị đo dòng chảy .......................................................................... 22 2.2.3 Thùng chứa dự trữ (Trip tank) ............................................................. 22 2.2.4 Bình tách khí khỏi dung dịch (Mud Gas Separator) ............................. 24 2.2.5 Thiết bị khử khí (Degassers) ................................................................ 25 2.2.6 Cụm phân dòng (Choke manifold) ....................................................... 26 2.3 Cụm đối áp ............................................................................................ 29 2.4 Đường xả và dập giếng (Choke and kill line).......................................... 30 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất SV: Nguyễn Điển Chi Lớp: Thiết bị dầu khí – K51 2.4.1 Đường xả (Choke line) ........................................................................ 31 2.4.2 Đường dập giếng (Kill line) ................................................................. 33 2.5 Hệ thống hướng dòng (Diverter system) ................................................. 33 PHẦN 2 THIẾT BỊ ĐỐI ÁP ....................................................................................... 37 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ ĐỐI ÁP ............................................ 37 1.1 Chức năng chính của đối áp .................................................................... 37 1.2 Phân loại................................................................................................. 37 1.3 Lắp đặt thiết bị đối áp ............................................................................. 38 1.4 Đối áp vạn năng...................................................................................... 43 1.5 Đối áp ngàm ........................................................................................... 46 1.5.1 Đối áp ôm cần ( pipe ram) ................................................................... 47 1.5.2 Đối áp chặn giếng khoan (blind ram .................................................... 47 1.5.3 Đối áp cắt cần (shear ram) ................................................................... 47 1.5.4 Đối áp ôm cần vạn năng (multi – rams) ............................................... 47 1.6 Đối áp quay (rotaring BOPs) .................................................................. 48 CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ ĐỐI ÁP LẮP ĐẶT TẠI GIẾNG KHOAN THC – 08 Ở TIỀN HẢI – THÁI BÌNH (CHẾ TẠO BỞI CÔNG TY THIẾT BỊ DẦU KHÍ SANDONG JINZHOU) ................................................................................................... 51 2.1 Thông số cơ bản của giếng khoan ........................................................... 51 2.2 Đối áp vạn năng...................................................................................... 53 2.2.1 Nguyên tắc làm việc và đặc điểm kết cấu cơ bản của đối áp vạn năng với packer hình cầu ...................................................................................... 55 2.2.2 Nguyên tắc làm việc và đặc điểm kết cấu cơ bản của đối áp vạn năng với packer dạng nêm .................................................................................... 59 2.2.3 Vận hành và chú ý ............................................................................... 63 2.2.4 Bảo dưỡng ........................................................................................... 64 2.2.5 Sự sai hỏng và khắc phục .................................................................... 74 2.2.6 Lắp đặt ................................................................................................ 75 2.3 Đối áp ngàm ........................................................................................... 75 2.3.1 Nguyên tắc vận hành đóng và mở ........................................................ 76 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất SV: Nguyễn Điển Chi Lớp: Thiết bị dầu khí – K51 2.3.2 Nguyên tắc bịt kín ............................................................................... 76 2.3.3 Đặc điểm cấu tạo ................................................................................. 77 2.3.4 Đặc điểm và cấu tạo của những phần chính ......................................... 79 2.3.5 Hệ thống khóa ngàm bằng tay ............................................................ 85 2.3.6 Hệ thống cửa phụ bịt kín .................................................................... 86 2.3.7 Thiết bị khóa thủy lực tự động ............................................................. 86 2.3.8 Cấu tạo bịt kín trục ngàm và hệ thống bịt kín thứ hai trục ngàm .......... 89 2.3.9 Lắp đặt và vận hành ............................................................................. 92 2.3.10 Thay thế bộ ngàm và thiết bị đóng ngàm ........................................... 94 2.3.11 Sửa chữa và thay thế bộ xi lanh dầu ................................................... 94 CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỤM THIẾT BỊ ĐỐI ÁP ................................. 98 3.1 Hệ thống điều khiển cụm đối áp trên bề mặt ........................................... 98 3.1.1 Bộ tích áp (Accumulator unit module) ............................................... 100 3.1.2 Hệ thống bơm không khí (Air pump assembly) ................................. 102 3.1.3 Hệ thống bơm điện (Electric pump assembly) ................................... 102 3.1.4 Bảng điều khiển ................................................................................. 103 3.2 Hệ thống điều khiển FKQ 640-6 cụm BOP bề mặt được sử dụng tại giếng THC-08 ở Thái Bình .................................................................................. 105 3.2.1 Giới thiệu chung ................................................................................ 105 3.2.2 Thông số kỹ thuật chính .................................................................... 109 3.2.3 Cấu trúc và đặc điểm ......................................................................... 109 3.2.4 Nguyên lý làm việc và vận hành ........................................................ 112 3.2.5 Lắp đặt và chạy thử ........................................................................... 116 3.2.6 Vận hành, bảo dưỡng và bôi trơn ....................................................... 120 3.2.7 Các sự cố và cách khắc phục ............................................................. 122 3.3 Một số bộ phận trong hệ thống điều khiển cụm đối áp .......................... 123 3.3.1 Bộ điều áp YTK - 02 ......................................................................... 123 3.3.2 Van xoay 4 ngả - 3 vị trí 34ZS21-25 ................................................. 125 3.3.3 Van xả tràn JYS21 – 25 ..................................................................... 127 3.3.4 Máy bơm trục khuỷu QB21-60/QB21-80 .......................................... 131 CHƯƠNG 4 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất SV: Nguyễn Điển Chi Lớp: Thiết bị dầu khí – K51 TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH CỦA XI LANH ĐIỀU KHIỂN ĐỐI ÁP NGÀM LẮP ĐẶT TẠI GIẾNG THC-08 ..................................... 135 TIỀN HẢI – THÁI BÌNH........................................................................... 135 4.1 Các công thức thường sử dụng để tính toán xi lanh thủy lực................. 135 4.1.1 Diện tích A, lực F, và áp suất p .......................................................... 135 4.1.2 Quan hệ giữa lưu lượng Q, vận tốc v, và diện tích A ........................ 136 4.1.3 Tính toán đường kính ........................................................................ 137 4.2 Tính toán đường kính xi lanh thủy lực của đối áp ngàm lắp đặt tại giếng THC - 08 .................................................................................................... 138 4.2.1 Tính đường kính xi lanh .................................................................... 138 4.2.2 Tính nắp xi lanh ................................................................................. 141 KẾT LUẬN ................................................................................................ 143 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất SV: Nguyễn Điển Chi Lớp: Thiết bị dầu khí – K51 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN STT SỐ HÌNH VẼ TÊN HÌNH TRANG 1 Hình 1.1.1 Một số mỏ dầu khí ở Việt Nam 4 2 Hình 1.1.2 Thùng chứa dự trữ tuần hoàn liên tục 6 3 Hình 1.1.3 Áp suất xung động và hiệu ứng piston 7 4 Hình 1.1.4 Mất tuần hoàn dung dịch dẫn tới “Kích” 9 5 Hình 1.1.5 Áp suất bình thường và áp suất dị thường 9 6 Hình 1.1.6 Nổ giàn khoan Montara do phun trào 13 7 Hình 1.2.1 Van treo 16 8 Hình 1.2.2 Van trên cần chủ lực 17 9 Hình 1.2.3 Van nổi và van flapper 18 10 Hình 1.2.4 Van Gray 19 12 Hình 1.2.5 Van cửa vận hành bằng áp lực kiểu “HCR” 20 13 Hình 1.2.6 Van kiểu “F” và van an toàn tự động 21 14 Hình 1.2.7 Hệ thống dòng chảy bùn khoan 22 15 Hình 1.2.8 Thùng dự trữ cung cấp theo kiểu bơm 23 16 Hình 1.2.9 Bình tách khí khỏi dung dịch 25 17 Hình 1.2.10 Thiết bị khử khí 26 18 Hình 1.2.11 Cụm phân phối dòng đối với áp sất làm việc 5000 psi – l ắp đặt bề mặt 27 19 Hình 1.2.12 Cụm phân phối dòng đối với áp suất làm việc 10000 psi và 15000 psi – lắp đặt bề mặt 28 20 Hình 1.2.13 Sơ đồ cụm phân dòng 29 21 Hình 1.2.14 Hệ thống kiểm soát giếng (cụm BOP và cụm phân dòng) 30 22 Hình 1.2.15 Đường xả và dập giếng 31 23 Hình 1.2.16 Đường xả 32 24 Hình 1.2.17 Đường xả với đường tuần hoàn ngược 32 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất SV: Nguyễn Điển Chi Lớp: Thiết bị dầu khí – K51 25 Hình 1.2.18 Đường dập giếng 33 26 Hình 1.2.19 Hệ thống hướng dòng lắp đặt trên bề mặt 34 27 Hình 1.2.20 Hệ thống hướng dòng lắp đặt trên giàn nổi 35 28 Hình 2.1.1 Lắp 2 đối áp với 2 đường phân dòng 39 29 Hình 2.1.2 Lắp 3 đối áp với 2 đường phân dòng 39 30 Hình 2.1.3 Lắp 3 đối áp với 3 đường phân dòng 40 31 Hình 2.1.4 Lắp 3 đối áp với 4 đường phân dòng 40 32 Hình 2.1.5 Hoạt động của cụm đối áp 41 33 Hình 2.1.6 Kiểm soát giếng trong trường hợp phun trào 42 34 Hình 2.1.7 Đối áp vạn năng 43 35 Hình 2.1.8 Sơ đồ đối áp vạn năng 45 36 Hình 2.1.9 Đối áp ngàm 46 37 Hình 2.1.10 Sơ đồ đối áp ngàm 48 38 Hình 2.1.11 Đối áp xoay 49 39 Hình 2.1.12 Sơ đồ đối áp xoay 50 40 Hình 2.2.1 Sơ đồ hệ thống đối áp 13 5/8” x 10000 psi cho công đoạn khoan 8 ½” tại giếng THC- 08 52 41 Hình 2.2.2 Đối áp vạn năng FH35-35/70 55 42 Hình 2.2.3 Đố áp vạn năng FH35-70/105 56 43 Hình 2.2.4 Bản vẽ phác họa đối áp vạn năng với paker hình cầu 57 44 Hình 2.2.5 Bản vẽ phác họa đối áp vạn năng với paker hình nêm 58 45 Hình 2.2.6 Bản vẽ phác họa packer hình cầu 59 46 Hình 2.2.7 Đối áp vạn năng FH54-14 60 47 Hình 2.2.8 Bản vẽ phác họa của paker hình nêm 62 48 Hình 2.2.9 Thay thế packer khi dụng cụ khoan ở trong giếng 65 49 Hình 2.2.10 Sự thể hiện phần khuất của BOP vạn năng (với packer hình cầu) 67 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất SV: Nguyễn Điển Chi Lớp: Thiết bị dầu khí – K51 50 Hình 2.2.11 Đối áp vạn năng loại FH35-70/105 69 51 Hình 2.2.12 Đối áp vạn năng loại FHZ54-14 72 52 Hình 2.2.13 Các bộ phận của đối áp ngàm 76 53 Hình 2.2.14 Ngàm kiểu S 80 54 Hình 2.2.15 Ngàm kiểu HF 81 55 Hình 2.2.16 Ngàm kiểu H 82 56 Hình 2.2.17 Ngàm kiểu F 83 57 Hình 2.2.18 Ngằm cắt 84 58 Hình 2.2.19 Hệ thống bịt kín nổi 86 59 Hình 2.2.20 Thiết bị khóa trục thủy lực tự động 87 60 Hình 2.2.21 Hệ thống khóa tự động hướng kính thủy lực 88 61 Hình 2.2.22 Bịt kín thứ hai 90 62 Hình 2.2.23 Bộ bịt kín trục khóa 91 62 Hình 2.2.24 Cấu tạo của khóa bịt kín xi lanh 95 64 Hình 2.3.1 Hệ thống kiểm soát đối áp bề mặt 98 65 Hình 2.3.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển 99 66 Hình 2.3.3 Hệ thống điều khiển cụm đối áp bề mặt 100 67 Hình 2.3.4 Bộ tích áp 101 68 Hình 2.3.5 Hệ thống bơm không khí 102 69 Hình 2.3.6 Máy bơm điện 103 70 Hình 2.3.7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống kiểm soát BOP 104 71 Hình 2.3.8 Bảng điều khiển BOP từ xa 104 72 Hình 2.3.9 Hệ thống điều khiển FKQ 640 - 6 105 73 Hình 2.3.10 Sơ đồ hệ thống điều khiển FKQ 640-6 106 74 Hình 2.3.11 Hệ thống điều khiển cụm BOP bề mặt 110 75 Hình 2.3.12 Nguyên lý đấu điện của hệ thống điều khiển đối áp nắp trên mặt 112 76 Hình 2.3.13 Van xoay 4 ngả 3 vị trí 126 77 Hình 2.3.14 Van xả tràn JYS21 – 25 129 78 Hình 2.3.15 Bơm piston trục khuỷu 132 79 Hình 2.4.1 Sơ đồ xi lanh thủy lực 135 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất SV: Nguyễn Điển Chi Lớp: Thiết bị dầu khí – K51 80 Hình 2.4.2 Sơ đồ xi lanh thủy lực 136 81 Hình 2.4.3 Sơ đồ xi lanh thủy lực 137 DANH MỤC BẢNG BIỂU STT SỐ HIỆU BẢNG BIỂU TÊN BẢNG TRANG 1 Bảng 2.2.1 Dữ liệu kỹ thuật và đặc điểm của đối áp vạn năng 53 2 Bảng 2.2 2 Danh sách các bộ phận của BOP vành xuyến (Packer hình cầu) 68 3 Bảng 2.2.3 Danh sách các bộ phận của BOP vành xuyến loại FH35 70 4 Bảng 2.2.4 Danh sách các bộ phận của BOP vành xuyến loại FHZ54-14 73 5 Bảng 2.2.5 Danh sách các bộ phận của đối áp ngàm cắt 85 6 Bảng 2.2.6 Danh sách bộ phận ngàm nổi 86 7 Bảng 2.2.7 Thiết bị bịt kín trục ngàm 91 8 Bảng 2.3.1 Các thiết bị chính trong hệ thống điều khiển FKQ 640-6 107 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất SV: Nguyễn Điển Chi Lớp: Thiết bị dầu khí – K51 BẢNG QUY ĐỔI CÁC ĐƠN VỊ ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN 1 psi = 0,07 kG/cm2 1 Pa = 1,02.10-5 kG/cm2 1 inch = 2,54 cm Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất SV: Nguyễn Điển Chi 1 Lớp: Thiết bị dầu khí – K51 LỜI NÓI ĐẦU Nước ta đi lên từ một nền kinh tế lạc hậu lại bị chiến tranh tàn phá nặng nề, nhu cầu xây dựng lại và phát triển đất nước với tốc độ cao một cách toàn diện phải có một ngành năng lượng tương xứng, trong đó dầu khí chiếm một vai trò quan trọng. Để ngành dầu khí phát triển ổn định và lâu dài, góp phần vào sự nghiệp bảo vệ an ninh năng lượng quốc gia và phát triển kinh tế thì việc khoan thăm dò - tìm kiếm và khai thác dầu khí phải luôn được chú trọng và phát triển. Trong đó công tác khoan là một trong những công đoạn quan trọng cho phép biết được có hay không có dầu khí và cho phép đưa được dòng sản phẩm lên trên bề mặt. Việc đảm bảo an toàn cho công tác khoan dầu khí luôn được quan tâm và chú trọng, nhất là công tác phòng chống phun trào dầu khí. Ngoài việc trang bị cho các chuyên gia, kỹ sư, công nhân công tác trên công trường khoan các kiến thức an toàn bảo hộ lao động thì các trang thiết bị máy móc đảm bảo cho công tác khoan dầu khí diễn ra được an toàn thuận lợi đóng vai trò rất quan trọng. Một trong những thiết bị được dùng rộng rãi và phổ biến hiện nay nhằm ngăn chặn phun trào dầu khí là hệ thống thiết bị chống phun trào mà chủ yếu là thiết bị đối áp và các thiết bị phụ trợ. Việc nắm bắt được đặc điểm cấu tạo nhằm vận hành đúng và an toàn các thiết bị đó góp phần vào sự thành công chung của công tác khoan dầu khí. Trong quá trình thực tập tại Viện dầu khí Việt Nam (VPI) và Công ty TNHH một thành viên Sông Hồng (PVEP Sông Hồng), được sự giúp đỡ về tài liệu của các anh bên VPI và PVEP Sông Hồng em đã tìm hiểu về thiết bị chống phun trào. Và được sự đồng ý của bộ môn Thiết bị dầu khí và công trình cùng với sự hướng dẫn tận tình trực tiếp của thầy Trần Văn Bản và sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn em đã xây dựng nên đồ án tốt nghiệp về thiết bị chống phun trào dầu khí đề tài “Thiết bị chống phun trào dầu khí lắp đặt tại giếng THC – 08,Tiền Hải – Thái Bình ” với chuyên đề “ Tính toán đường kính xi lanh của đối áp ngàm lắp đặt tại giếng THC – 08”. Đồ án gồm 2 phần chính: Phần I. Tổng quan về tình hình khoan thăm dò - khai thác dầu khí ở Việt Nam. Sự phun trào dầu khí và thiết bị chống phun trào Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất SV: Nguyễn Điển Chi 2 Lớp: Thiết bị dầu khí – K51 Phần II. Thiết bị đối áp Đồ án được hoàn thành dựa trên sự tìm hiểu tài liệu và quá trình học tập ở trường. Do khả năng, trình độ hiểu biết còn hạn chế và hạn chế về tài liệu và thực tế nên đồ án còn nhiều sai sót. Vì vậy, em rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Văn Bản đã hướng dẫn và chỉ bảo tận tình, cùng các thầy cô trong bộ Thiết bị dầu khí và công trình trường Đại học Mỏ - Địa chất đã giúp đỡ để em có thể hoàn thành đồ án này. Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các anh bên VPI và VPEP Sông Hồng đã giúp đỡ em về mặt tài liệu. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 05 năm 2011 Sinh viên: Nguyễn Điển Chi Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất SV: Nguyễn Điển Chi 3 Lớp: Thiết bị dầu khí – K51 PHẦN 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH KHOAN THĂM DÒ - KHAI THÁC DẦU KHÍ Ở VIỆT NAM. SỰ PHUN TRÀO DẦU KHÍ VÀ THIẾT BỊ CHỐNG PHUN TRÀO CHƯƠNG 1 TÌNH HÌNH KHOAN THĂM DÒ – KHAI THÁC DẦU KHÍ Ở VIỆT NAM. SỰ PHUN TRÀO DẦU KHÍ 1.1 Tình hình khoan thăm dò – khai thác dầu khí ở Việt Nam Khoan là phương pháp duy nhất cho ta lời giải đáp cuối cùng có hay không có dầu, khí, than và các loại khoáng sản khác trong lòng đất. Trong ngành công nghiệp dầu khí công tác khoan giếng là một trong những khâu rất quan trọng không thể thiếu, thông qua giếng khoan để tiến hành việc tìm kiếm thăm dò, khai thác sản phẩm và làm nhiều công tác nghiên cứu tiếp theo. Ở Việt Nam, công tác khoan thăm dò và khai thác dầu khí đang phát triển rất nhanh chóng và trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn trong nền kinh tế quốc dân. Từ những ngày đầu thành lập đến nay, công tác tìm kiếm thăm dò dầu khí đã đượ