Nghiên cứu xây dựng công thức xác định tốc độ cơ học khoan cho choòng PDC

rate of penetration parameter (ROP) for the PDC bit 
that the authors have built has high accuracy and can be applied to 
many different rock. 
Copyright © 2021 Hanoi University of Mining and Geology. All rights reserved. 
Keywords: 
Dalamber's principle, 
Drilling, 
Optimize drilling parameters, 
PDC bit, 
Rate of penetration. 
_____________________ 
*Corresponding author 
E - mail: nguyentienhung.dk@humg.edu.vn 
DOI: 10.46326/JMES.2021.62(3a).07 
58 Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 62, Kỳ 3a (2021) 57 - 64 
Nghiên cứu xây dựng công thức xác định tốc độ cơ học khoan 
cho choòng PDC 
Trương Văn Từ, Nguyễn Tiến Hùng *, Vũ Hồng Dương 
Khoa Dầu khí, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam 
THÔNG TIN BÀI BÁO 
TÓM TẮT 
Quá trình: 
Nhận bài 16/3/2021 
Chấp nhận 09/6/2021 
Đăng online 10/7/2021 
 Hiện nay, choòng polycrystalline diamond compact (PDC) được sử dụng 
rộng rãi và phổ biến trong ngành công nghiệp khoan dầu khí khi thi công 
trong các địa tầng trầm tích chứa đất đá có đặc tính mềm, dẻo. Tuy nhiên, 
các thông số chế độ khoan sử dụng cho choòng PDC thường căn cứ vào 
hướng dẫn của Nhà sản xuất choòng với khoảng điều chỉnh rất rộng. Vì 
vậy, cần có công thức cụ thể để xác định tốc độ cơ học khoan đối với 
choòng PDC để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thông số chế độ 
khoan, tính chất cơ lý đá và các thông khác tới tốc độ cơ học khoan. Từ đó, 
đưa ra những thông số chế độ khoan hợp lý và cải tiến thiết kế của choòng 
nhằm nâng cao hiệu suất khoan. Bài báo đã sử dụng các phương pháp 
phân tích lý thuyết, nguyên lý Dalamber nhằm phân tích các lực tác dụng 
lên răng choòng trong quá trình phá huỷ đất đá để xây dựng công thức 
xác định tốc độ cơ học khoan cho choòng PDC. Sau đó tiến hành xác định 
hệ thực nghiệm dựa trên các số liệu thực tế thu được từ cụm mỏ Nam 
Rồng - Đồi Mồi. Công thức xác định tốc độ cơ học khoan cho choòng PDC 
mà nhóm tác giả xây dựng được có độ chính xác cao và có thể áp dụng 
cho nhiều đối tượng đất đá khác nhau. 
© 2021 Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Tất cả các quyền được bảo đảm. 
Từ khóa: 
Choòng PDC, 
Khoan, 
Nguyên lý Damlamber, 
Tối ưu hoá thông số chế 
độ khoan. 
Vận tốc cơ học khoan. 
1. Mở đầu 
Trong công nghiệp khoan dầu khí hiện nay, 
choòng PDC được sử dụng rộng rãi, phổ biến và 
dần thay thế toàn bộ choòng 3 chóp xoay khi 
khoan trong đất dá trầm tích có đặc tính mềm, dẻo 
do những ưu điểm vượt trội mà chúng mang lại 
như: tốc độ khoan cơ học cao, rút ngắn thời gian 
khoan, giảm thiểu nguy cơ phức tạp sực cố, khả 
năng kết hợp tốt với hệ thống lái chỉnh xiên 
(RSS),... Về bản chất, choòng PDC là loại choòng 
lưỡi cắt được trang bị các răng PDC có bề mặt 
được chế tạo từ kim cương đa tinh thể, được sử 
dụng khoan trong đất đá mềm và dẻo, dựa theo 
nguyên lý cắt vỡ và cho tốc độ cơ học khoan rất 
cao (lên đến 60÷70 m/h) (Soloviev, Nguyễn Tiến 
Hùng, 2015) Tuy nhiên, khi khoan trong đất đá 
không đồng nhất, đặc biệt là đất đá có độ cứng và 
độ mài mòn cao, các răng bị mòn nhanh dẫn đến 
tuổi thọ và năng suất của choòng PDC bị giảm 
mạnh (Soloviev, Nguyễn Tiến Hùng, 2015; Nguyễn 
_____________________ 
*Tác giả liên hệ 
E - mail: nguyentienhung.dk@humg.edu.vn 
DOI: 10.46326/JMES.2021.62(3a).07 
2 Trương Văn Từ và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 62(3a), 57 - 64 59 
Tiến Hùng và nnk, 2018; Nguyễn Thế Vinh và nnk, 
2018; ). Thực tế cho thấy, việc sử dụng các thông 
số chế độ khoan đối với choòng PDC thường căn 
cứ vào hướng dẫn mà đơn vị sản xuất choòng 
cung cấp với khoảng điều chỉnh khá rộng, vì vậy 
trong trường hợp điều kiện khoan thực tế thay 
đổi, rất khó để đưa ra được thông số chế độ khoan 
hợp lý phù hợp với những thay đổi đó. Hiện nay, 
chưa có công thức cụ thể xác định tốc độ cơ học 
khoan đối với choòng PDC. Do đó, việc xây dựng 
công thức xác định tốc độ cơ học khoan cho 
choòng PDC mang ý nghĩa thời sự và cấp thiết, 
giúp xác định thông số, chế độ khoan hợp lý khi thi 
công trong các điều kiện khác nhau và cải tiến 
thiết kế choòng PDC nhằm tiến tới hoàn thiện 
chúng. 
2. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên 
cứu 
Các nghiên cứu về mức độ ảnh hưởng của góc 
lắp đặt răng choòng PDC α tới nguyên lý và hiệu 
quả phá huỷ đất đá chỉ ra rằng, đối với kiểu góc lắp 
đặt “âm” thì góc lắp đặt răng choòng tối ưu là 
45÷55°, khi đó choòng phá huỷ đất đá theo 
nguyên lý cắt vỡ, tốc độ cơ học khoan đạt cao, 
trong khi mức độ mòn của răng choòng là thấp 
nhất (Bashkatov, 2010; Soloviev và nnk, 2015; 
Nguyễn Thế Vinh và Nguyễn Tiến Hùng, 2017). 
Nhằm xây dựng công thức xác định tốc độ cơ 
học khoan cho choòng PDC, nghiên cứu này đã sử 
dụng nguyên lý Dalamber nhằm xây dựng và 
nghiên cứu hệ lực tác động lên răng choòng trong 
quá trình phá huỷ đất đá (Hình 1). 
Chiếu hệ lực tác động lên răng choòng trên 
trục Ox, thể xác định lực tác động lên răng choòng 
theo phương ngang như sau: 
𝑃𝑜𝑝 = 𝐹2 − 𝐹1 +𝑁1𝑠𝑖𝑛𝛼 (1) 
Trong đó: 𝑃𝑜𝑝 - lực tác động lên răng choòng 
theo phương ngang, N; 𝐹2 - lực ma sát tác động lên 
đầu nhọn răng choòng, 𝐹2 = 𝑁2𝑓; 𝐹1 - lực ma sát 
tác động lên mặt phẳng đầu răng choòng, 𝐹1 =
𝑁1𝑓; 𝑁1 - phản lực tác động lên mặt phẳng đầu 
răng choòng, N; 𝑁2 - phản lực tác động lên đầu 
nhọn răng choòng, N; 𝑓 - hệ số ma sát giữa răng 
choòng và đất đá; 𝛼 - góc lắp đặt răng choòng, độ. 
Suy ra: 
𝑃𝑜𝑝 = 𝑁2𝑓 − 𝑁1𝑓 + 𝑁1𝑠𝑖𝑛𝛼 (2) 
Chiếu hệ lực tác động lên răng choòng trên
trục Oz, có thể xác định phản lực 𝑁2 dưới dạng 
sau: 
𝑁2 = 𝑃𝑝 −𝑁1𝑐𝑜𝑠𝛼 − 𝑁1𝑠𝑖𝑛𝛼 (3) 
Trong đó: 𝑃𝑝 - lực dọc trục tác động lên răng 
choòng, N. 
Cộng phương trình (2) và (3) nhận được kết 
quả như sau: 
𝑃𝑜𝑝 = 𝑃𝑝𝑓 + 𝑁1(𝑠𝑖𝑛𝛼 − 2𝑓𝑐𝑜𝑠𝛼 − 𝑓
2𝑠𝑖𝑛𝛼 (4) 
Trong đó: 𝑁1 được xem là khả năng chống lại 
sự phá huỷ của đất đá và có thể xác định được 
theo công thức (Neskoromnux và Borisov, 2013): 
𝑁1 = 𝜎𝑐𝑘𝐴𝑐𝑘(1 + 𝑡𝑔𝜑) (5) 
Trong đó: 𝜎𝑐𝑘 - giới hạn bền cắt của đất đá, 
MPa; 𝐴𝑐𝑘 - diện tích cắt đất đá, m2. 
Giả sử rằng, răng choòng PDC lắp đặt kiểu 
“góc âm” sẽ cắt đất đá theo hình khối omn và theo 
phương của lực 𝑃𝑜𝑝 (Hình 1). Khối này dịch 
chuyển theo mặt phẳng om và hai mặt phẳng còn 
lại của khối omn, nơi mà chịu tác động của ứng 
suất cắt 𝜎𝑐𝑘. 
Vì vậy, diện tích cắt đất đá được xác định là 
tổng diện tích của mặt cắt trên phẳng om (một nửa 
diện tích của hình elip có chiều dài trục là p) và hai 
mặt phẳng còn lại của khối omn. 
𝐴𝑐𝑘 =
𝜋√𝑑𝑝𝛿𝑝
3/2
𝑠𝑖𝑛𝛼+2𝛿𝑝
2𝑠𝑖𝑛⁡(𝛼−𝛼1)
2𝑠𝑖𝑛𝛼1𝑠𝑖𝑛𝛼
 (6) 
Trong đó: 𝛼1 - góc cắt, độ; 𝛼1 =
𝜋
4⁄ ⁡−⁡(𝜑⁡+⁡𝜃𝑓⁡−⁡𝑤𝑐)
2
; 𝜑 - góc nội ma sát, độ; 𝜃𝑓 - góc 
ma sát giữa răng choòng và một phần đất đá bị 
nghiền nát, 𝜃𝑓 = 8 ÷ 13° (Mori và Fumentro, 
1994);⁡𝑤𝑐 - góc trước (Hình 1), độ; 𝑑𝑝 - đường 
kính của răng choòng (Hình 1), m; 𝛿𝑝 - độ ngập 
răng choòng (Hình 1), m. 
Từ phương trình (5), (6) thu được như sau: 
𝑁1 = 𝜎𝑐𝑘(1 +
𝑡𝑔𝜑)
𝜋√𝑑𝑝𝛿𝑝
3/2
𝑠𝑖𝑛𝛼+2𝛿𝑝
2𝑠𝑖𝑛⁡(𝛼−𝛼1)
2𝑠𝑖𝑛𝛼1𝑠𝑖𝑛𝛼
(7) 
Độ ngập răng choòng 𝛿𝑝 được xác định như 
sau (Nguyễn Thế Vinh, Nguyễn Tiến Hùng, 2017): 
𝛿𝑝 = (
𝑃𝑝
2𝐽𝜎𝑛(𝑐𝑡𝑔𝛼+𝑡𝑔𝛼)(1+𝑡𝑔𝜑)√𝑑𝑝
)2/3 (8) 
Trong đó: 𝐽 = (1 + 𝑓𝑠𝑖𝑛2𝛼); 𝜎𝑛 - giới hạn 
bền nén của đất đá, MPa.
60 Trương Văn Từ và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 62(3a), 57 - 64 
Tại đây, nghiên cứu đề xuất phương án tính 
tốc độ cơ học khoan theo phương pháp E.F. 
Epshtein (Е.Ф. Эпштейн) cho choòng lưỡi cắt 
(Neskoromnux, 2017; Spivak và Popov, 1994). Giả 
sử, răng choòng PDC lắp đặt kiểu “góc âm” có 
đường kính của răng là 𝑑𝑟 (Hình 2), số cánh của 
choòng là m, mỗi cánh có số lượng răng PDC là i, 
tải trọng lên choòng là 𝑃𝑧, lực dọc trục tác động lên 
mỗi răng là 𝑃𝑟. Như vậy, 𝑃𝑧 = 𝑃𝑟. 𝑚. 𝑖. 
Với lực dọc trục 𝑃𝑟. 𝑖 tác động lên cánh choòng 
thì độ ngập cánh choòng là 𝛿𝑝, được xác định theo 
công thức (8). Tương ứng với đó, độ sâu khoan 
được trong 1 vòng quay của choòng sẽ là: 
ℎ𝑜 = 𝛿𝑝. 𝑚 (9) 
Độ sâu khoan được trong khoảng thời gian 𝑡1 
được tính theo công thức sau: 
ℎ = 𝛿𝑝. 𝑚. 𝑛. 𝑡1 (10) 
Mặt khác, trong quá trình làm việc, các răng 
của choòng sẽ bị mòn theo thời gian. Nếu chiều 
cao mòn của răng là 𝑦𝑜 (Hình 2a), thì độ ngập răng 
choòng theo thời gian sẽ là: 
𝛿𝑟
𝑇 = 𝛿𝑝 − 𝑦𝑜 (11) 
Độ sâu khoan được sau 1 vòng quay của 
choòng khi bị mòn sẽ là: 
ℎ𝑜
𝑇 = 𝛿𝑟
𝑇 .𝑚 (12) 
Nếu độ mòn của cánh choòng sau 1 vòng quay 
là 𝑦, thì giá trị này có thể xác định được bằng 
phương pháp tính toán thể tích mòn của vật liệu 
Hình 1. Hệ lực tác động lên răng choòng PDC trong quá trình phá huỷ đất đá 
Hình 2. Mô hình quá trình cắt đất đá của một răng choòng PDC: a) độ mòn răng choòng mòn theo thời 
gian; b) lực tác động lên răng choòng khi tạo ra độ ngập trong quá trình phá huỷ đất đá. 
2 Trương Văn Từ và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 62(3a), 57 - 64 61 
chế tạo choòng khi nó chịu lực tác động của lực ma 
sát trong quá trình phá huỷ đất đá. Thể tích mòn 
của vật liệu chế tạo choòng sau một vòng quay 
được xác định như sau: 
𝑉 =
𝑦2(𝑐𝑡𝑔𝛼 + 𝑡𝑔𝛼)𝐷.𝑚
4
 (13) 
Mặt khác, thể tích mòn của vật liệu chế tạo 
choòng khoan tỉ lệ thuận với công của lực ma sát: 
𝑉 = 𝑘𝑖. 𝐴1 (14) 
Trong đó: 𝑘𝑖 - hệ số mòn thể tích của vật liệu 
chế tạo choòng khi chịu lực ma sát trong quá trình 
phá huỷ đất đá, 
𝑚3
𝑘𝐺.𝑚
; 𝐴1 - công của lực ma sát sau 
một vòng quay của choòng. 
𝐴1 = 𝑞𝑖. 𝑚. 𝑏. 𝑓𝑔∫ 𝑅𝑖
𝐷/2
0
. 𝑑𝑅∫ 𝑑𝜑
2𝜋
0
𝐴1 = 𝜋𝑚. 𝑞𝑖 . 𝑏. 𝑓𝑔
𝐷2
4
(15) 
Trong đó: 𝑞𝑖 - áp suất tiếp xúc, Pa; 𝑏 - chiều 
rộng bề mặt chịu lực của cánh choòng, m; 𝑓𝑔 - hệ 
số ma sát của rằng choòng với đất đá; D - đường 
kính choòng, m. 
Áp suất tiếp xúc 𝑞𝑖 phụ thuộc vào dạng profile 
của cánh choòng và ở mức độ nào đó có thể xác 
định được như sau: 
𝑞𝑖 =
2𝑃𝑧
𝑚𝑏𝐷
𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖 (16) 
Như vậy: 
𝐴1 =
𝜋𝑓𝑔𝐷𝑃𝑧𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖
2
 (17) 
Công của lực ma sát sau thời gian 𝑡1 với tần số 
quay choòng n sẽ là: 
𝐴 = 𝐴1𝑛𝑡1 
𝐴 =
𝜋𝑛𝑡1𝑓𝑔𝐷𝑃𝑧𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖
2
(18) 
Trong đó: 𝛼𝑖 - góc tạo bởi tiếp tuyến tại một 
điểm bất kỳ với profile của cánh choòng và đường 
thẳng nằm ngang. 
Như vậy, thể tích mòn của choòng được tính 
như sau: 
𝑉 =
𝜋𝑘𝑖𝑛𝑡1𝑓𝑔𝐷𝑃𝑧𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖
2
 (19) 
Từ hai phương trình (13) và (19) ta thu được 
như sau: 
𝑦2(𝑐𝑡𝑔𝛼 + 𝑡𝑔𝛼)𝐷.𝑚
4
=
𝜋. 𝑘𝑖. 𝑛. 𝑡1. 𝑓𝑔. 𝐷. 𝑃𝑧. 𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖
2
Suy ra: 
𝑦 = √
2𝜋. 𝑘𝑖. 𝑛. 𝑡1. 𝑓𝑔. 𝐷. 𝑃𝑧. 𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖
(𝑐𝑡𝑔𝛼 + 𝑡𝑔𝛼)𝑚
 (20) 
Với công thức (20), có thể tính được độ mòn 
của choòng tại thời điểm bất kỳ trong quá trình 
làm việc. Tương ứng như vậy, giá trị độ ngập răng 
choòng tại một thời điểm bất kỳ có thể tính được 
theo công thức sau: 
ℎ𝑜
𝑇 = 𝛿𝑟
𝑇 .𝑚 − 𝑦 = 𝛿𝑝𝑚 −
√
2𝜋.𝑘𝑖.𝑛.𝑡1.𝑓𝑔.𝐷.𝑃𝑧.𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖
(𝑐𝑡𝑔𝛼+𝑡𝑔𝛼)𝑚
(21) 
Nhận thấy, giá trị y thay đổi theo thời gian và 
chiều sâu khoan được trong khoảng thời gian 𝑡1 có 
thể xác định như sau: 
𝑑ℎ = ℎ𝑜
𝑇 . 𝑛. 𝑑𝑡1; ⁡𝑑ℎ = 𝛿𝑝𝑚𝑛𝑑𝑡1 −
𝑛√
2𝜋.𝑘𝑖.𝑛.𝑓𝑔.𝐷.𝑃𝑧.𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖
(𝑐𝑡𝑔𝛼+𝑡𝑔𝛼)𝑚 √𝑡1𝑑𝑡1 
(22) 
Tương ứng như vậy, chiều sâu khoan trong 
khoảng thời gian từ 𝑡𝑜 đến 𝑡1 được xác định như 
sau: 
ℎ𝑡𝑜−𝑡1 = ∫ ℎ𝑜
𝑇 . 𝑛. 𝑑𝑡1
𝑡1
𝑡𝑜
= ∫ 𝛿𝑝𝑚𝑛𝑑𝑡1
𝑡1
𝑡𝑜
−
∫ 𝑛√
2𝜋.𝑘𝑖.𝑛.𝑓𝑔.𝐷.𝑃𝑧.𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖
(𝑐𝑡𝑔𝛼+𝑡𝑔𝛼)𝑚 √𝑡1𝑑𝑡1
𝑡1
𝑡𝑜
ℎ𝑡𝑜−𝑡1 = 𝛿𝑝𝑚𝑛(𝑡1 − 𝑡0) −
2
3
𝑛√
2𝜋.𝑘𝑖.𝑛.𝑓𝑔.𝐷.𝑃𝑧.𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖
(𝑐𝑡𝑔𝛼+𝑡𝑔𝛼)𝑚
(√𝑡1
3 −√𝑡0
3 
(23) 
Nếu 𝑡𝑜 = 0, thì 
ℎ𝑡𝑜−𝑡1
= 𝛿𝑝𝑚𝑛𝑡1
−
2
3
𝑛𝑡1√
2𝜋. 𝑘𝑖. 𝑛. 𝑡1. 𝑓𝑔. 𝐷. 𝑃𝑧. 𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖
(𝑐𝑡𝑔𝛼 + 𝑡𝑔𝛼)𝑚
(24) 
Mặt khác khi ℎ𝑜
𝑇 tiến đến 0, khi đó 𝛿𝑝𝑚 = 𝑦 
(Hình 2a): 
𝛿𝑝𝑚 = √
2𝜋. 𝑘𝑖. 𝑛. 𝑡1. 𝑓𝑔. 𝐷. 𝑃𝑧. 𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖
(𝑐𝑡𝑔𝛼 + 𝑡𝑔𝛼)𝑚
 (25) 
62 Trương Văn Từ và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 62(3a), 57 - 64 
Giải phương trình (24) với ẩn là 𝑡1 ta xác định 
được thời gian làm việc hiệu quả với một choòng 
khoan PDC: 
𝑡𝑛 =
𝛿𝑝
2𝑚3(𝑐𝑡𝑔𝛼 + 𝑡𝑔𝛼)
2𝜋. 𝑘𝑖. 𝑛. 𝑓𝑔. 𝑃𝑧. 𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖
 (26) 
Như vậy, tổng tiến độ choòng sau tời gian 𝑡𝑛 
sẽ là: 
ℎ𝑡𝑜−𝑡𝑛 = [𝛿𝑝𝑚𝑛 −
2
3
𝑛√
2𝜋.𝑘𝑖.𝑛.𝑡1.𝑓𝑔.𝐷.𝑃𝑧.𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖
(𝑐𝑡𝑔𝛼+𝑡𝑔𝛼)𝑚
]𝑡𝑛 
ℎ𝑡𝑜−𝑡𝑛 =
𝛿𝑝
2𝑚4(𝑐𝑡𝑔𝛼 + 𝑡𝑔𝛼)
6𝜋. 𝑘𝑖. 𝑓𝑔. 𝑃𝑧. 𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖
𝑡𝑛 (27) 
Như vậy, tốc độ cơ học khoan trung bình có 
tính đến yếu tố mòn choòng xác định như sau: 
𝑉𝑐ℎ =
ℎ𝑡𝑜−𝑡𝑛
𝑡𝑛
=
𝛿𝑝
2𝑚4(𝑐𝑡𝑔𝛼+𝑡𝑔𝛼)
6𝜋.𝑘𝑖.𝑓𝑔.𝑃𝑧.𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖
.
2𝜋.𝑘𝑖.𝑛.𝑓𝑔.𝑃𝑧.𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖
𝛿𝑝
2𝑚3(𝑐𝑡𝑔𝛼+𝑡𝑔𝛼)⁡
𝑉𝑐ℎ = 20𝛿𝑝𝑚𝑛. 
(28) 
Thực tế tại Việt Nam cho thấy, đối với choòng 
PDC khoan trong đất đá trầm tích có đặc tính mềm 
dẻo tại địa tầng Mioxen, hầu như răng choòng 
không bị mòn, các tổn hao răng choòng chủ yếu là 
sứt mẻ và vỡ răng. Vì vậy, để kiểm chứng lại công 
thức, nghiên cứu này đã sử dụng công thức tính 
tốc độ cơ học của choòng khi các răng PDC chưa bị 
mòn: 
𝑉𝑐ℎ𝑜 = 𝛿𝑝𝑚𝑛 (m/ph) 
𝑉𝑐ℎ𝑜 = 60𝛿𝑝. 𝑚. 𝑛.⁡(m/h) 
(29) 
Trong đó: 
𝛿𝑝 = (
𝑃𝑝
2𝐽𝜎𝑛(𝑐𝑡𝑔𝛼+𝑡𝑔𝛼)(1+𝑡𝑔𝜑)√𝑑𝑝
)2/3; 𝑛 - tần 
số quay choòng (v/phút). 
3. Kết quả và thảo luận 
Nghiên cứu này đã sử dụng công thức (29) 
cùng số liệu đầu vào phù hợp với điều kiện khoan 
các giếng tại cụm mỏ Nam Rồng - Đồi Mồi nhằm 
tính toán tốc độ cơ học, cụ thể như sau: 𝜎𝑛 = 1,2 
MPa; 𝛼 = 75° (theo số liệu thực tế đo được); 𝜑 =
35°; 𝑑𝑝 = 0,025 m; 𝑓 = 0,1. Sau đó, tiến hành 
thống kê, xử lý các số liệu thực tế của 3 giếng 
khoan 406 - RCDM, 404RC, 420RC thuộc cụm mỏ 
Nam Rồng - Đồi Mồi và thu được thông số chế độ 
khoan, vận tốc cơ học trung bình thực tế, hệ số 
thực nghiệm (Bảng 1). 
Theo số liệu Bảng 1, nghiên cứu nay rút ra 
một số nhật xét như sau: 
- Công thức xác định tốc độ cơ học khoan đối 
với choòng PDC (29) cho kết quả khá chính xác với 
hệ số thực nghiệm K dao động trung bình trong 
khoảng 0,79÷0,91; 
- Mặc dù các loại choòng khoan do các hãng 
khác nhau sản xuất và vận hành với các thông số 
chế độ khoan khác nhau, tuy nhiên công thức (29) 
vẫn cho kết quả tương đối sát với kết quả khoan 
thực tế; 
- Khi sử dụng tải trọng lên choòng ở mức cao 
(7÷11 tấn) thì vận tốc cơ học tăng đến 292,7% so 
với khi sử dụng tải trọng lên choòng ở mức thấp 
(~2 tấn); 
- Khi tải trọng lên choòng tăng, hệ số thực 
nghiệm K tăng và có xu hướng tiến đến 1. 
4. Kết luận và kiến nghị 
Từ những nghiên cứu bên trên có thể đưa ra 
một số kết luận và kiến nghị như sau: 
- Công thức xác định vận tốc cơ học khoan cho 
choòng PDC cho kết quả có độ chính xác cao với hệ 
số sai số từ 0,79 ÷0,91 đối với đối tượng nghiên 
cứu (Bảng 1). Đối với các đối tượng khác, để sử 
dụng công thức này cần tiến hành xác định hệ số 
thực nghiệm riêng; 
- Việc xác định tải trọng lên choòng hợp lý có 
ý nghĩa quan trọng và quyết định đến tốc độ cơ 
học khoan; 
- Việc xây dựng công thức xác định vận tốc cơ 
học khoan cho choòng PDC cho phép xác định 
thông số, chế độ khoan tối ưu cho từng điều kiện 
cụ thể; 
- Hệ số thực nghiệm K phụ thuộc nhiều vào 
thông số tải trọng lên choòng, khi tăng tải trọng 
lên choòng thì hệ số thực nghiệm có xu hướng 
tăng và tiến đến 1; 
- Đối với công tác khoan trong địa tầng 
Mioxen thuộc cụm mỏ Nam Rồng - Đồi Mồi nói 
riêng và bể Cửu Long nói chung, nên sử dụng tải 
trọng lên choòng lớn (>11 tấn) nhằm đạt được 
vận tốc cơ học khoan cao; 
- Cần tiếp tục nghiên cứu và kiểm toán công 
thức bằng cách sử dụng nhiều hơn số liệu đầu vào 
và đầu ra thực tế nhằm xác định chính xác hệ số 
thực nghiệm của từng vùng mỏ; 
2 Trương Văn Từ và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 62(3a), 57 - 64 63 
Giếng khoan 
Địa tầng 
Loại choòng 
Thông số chế độ 
khoan 
Vận tốc 
cơ học lý 
thuyết 
(m/h) 
Vận tốc 
cơ học 
thực tế 
(m/h) 
Hệ số 
thực 
nghiệm 
K 
Mã hiệu 
giếng 
Khoảng 
khoan (m) 
Mã hiệu 
Hãng sản 
xuất 
n 
(v/phút) 
P (tấn) 
406 - RCDM 2000÷2300 Mioxen QD605X 
Baker 
Hunges 
135 11,1 49,1 44,9 0,91 
404 - RC 2000÷2300 Mioxen QD605X 
Baker 
Hunges 
165 6,9 63,9 52,7 0,82 
420 - RC 2000÷2300 Mioxen MRS519HBPX Smith 130 2,18 22,8 18 0,79 
- Tiếp tục nghiên cứu công thức vận tốc khoan 
cơ học đối với trường hợp có tính đến độ mòn của 
răng choòng theo thời gian (28) dựa trên số liệu 
thu thập thực tế về tiến độ choòng, sau đó xác định 
vận tốc cơ học khoan trung bình; 
Đóng góp của các tác giả 
Tác giả Trương Văn Từ lên kế hoạch, tiến 
hành thu thập, xử lý số liệu và kiểm tra tiến độ 
công việc. Nguyễn Tiến Hùng tiến hành phân tích 
lý thuyết, đưa ra mô hình lực tác động lên răng 
choòng PDC trong quá trình phá huỷ đất đá. Vũ 
Hồng Dương thu thập số liệu và chỉnh sửa nội 
dung. 
Tài liệu tham khảo 
Bashkatov D. N., (2010). Biện giải góc lắp đặt 
răng choòng lưỡi cắt. Tạp chí KHKT “Kỹ sư 
dầu khí”. Số 3. 9-23. Башкатов Д.Н. 
Обоснование угла установки резцов в 
долотах лопастного типа. Инженер-
нефтяник. -No 3. -C. 9-23. 
Nguyễn Thế Vinh, Nguyễn Tiến Hùng (2017). 
Determining the back rake angle of PDC 
cutters for drilling through heterogeneous 
rock at miocene and oligocene formations, 
Nam Rong - Doi Moi reservoir. Tạp chí KHKT 
Mỏ - Địa chất, Số 5. 123 - 127. 
Nguyễn Tiến Hùng , Nguyễn Thế Vinh , Doãn Thị 
Trâm , Nguyễn Văn Thành, (2018). Ảnh hưởng 
của góc lắp đặt răng tới tuổi thọ của lưỡi 
khoan hợp kim cứng. ERSD 2018. 32-35. 
Nguyễn Thế Vinh, Nguyễn Tiến Hùng, Nguyễn 
Trần Tuân, Nguyễn Văn Thành, (2018). Đặc 
điểm mòn răng choòng khi khoan định hướng 
bằng hệ thống lái chỉnh xiên hoạt động theo 
nguyên tắc đẩy choòng. Hội nghị khoa học kỷ 
niệm 30 năm khai thác dầu từ đá móng Bạch 
Hổ. 311-317. 
Neskoromnux V. V., Borisov K. I., (2013). Phân 
tích quá trình cắt đất đá của răng choòng PDC. 
Tạp chí ĐH Tổng hợp Tomsk. Số 1. 191-195. 
Нескоромных В.В., Борисов К.И (2013). 
Аналитическое исследование процесса 
резания - скалывания горной породы 
долотом с резцами PDC. Известия 
Томского политехнического университета. 
Томск: Томский политехнический 
университет. No1. 191 - 195. 
Neskoromnux V. V., (2017). Nguyên lý phá huỷ 
đất đá trong công tác khoan. ĐH Quốc Gia 
Siberia. 336 trang. Нескоромных В.В., (2017). 
Разрушение горных пород при бурении 
скважин. Сибирский федеральный 
университет. Красноярск, 336 с. 
Mori V., Fumentro D., (1994). Cơ lý đất đá trong 
thăm dò và khai thác dầu khí. Bản dịch. NXB: 
Hoà Bình. 195 trang. Мори В., Фурментро Д 
(1994). Механика горных пород 
применительно к проблемам разведки и 
добычи нефти. Перевод с французского и 
английского под ред. чл. - кор. РАН Н. М. 
Проскурякова. М.: Мир. 195 c. 
Soloviev N. V., Nguyễn Tiến Hùng, (2015). Công 
nghệ khoan dầu khí tại các mỏ thuộc Xí nghiệp 
Liên doanh Việt - Nga. Tạp chí KHKT “Kỹ sư 
dầu khí”. Số 5. 45-49. Соловьев Н.В., Нгуен 
Тиен Хунг (2015). Разработка элементов 
эффективной технологии бурения 
скважин на месторождениях 
углеводородов предприятия 
Bảng 1. Tốc độ cơ học khoan được tính theo công thức (28) và thực tế của các giếng khoan tại cụm mỏ Nam 
Rồng - Đồi Mồi 
64 Trương Văn Từ và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 62(3a), 57 - 64 
«Вьетсовпетро». Научно - технический 
журнал «Инженер - нефтяник», №5. Санкт 
Петербург. 45 - 49. 
Soloviev N. V., Arsentiev U. A., Nguyễn Tiến Hùng, 
(2015). Biện giải các thông số kỹ thuật của 
choòng lưỡi cắt. Tạp chí KHKT “Kỹ sư dầu khí”. 
Số 5. 45-49. Соловьев Н.В., Арсентьев Ю.А., 
Нгуен Тиен Хунг, (2015). Теоретический 
метод обоснования конструктивных 
параметров долот режуще-скалывающего 
действия. Научно-технический журнал 
«Инженер- нефтяник». - No3. -C. 16-25. 
Spivak A. I., Popov A. N., (1994). Nguyên lý phá 
huỷ đất đá trong khoan. NXT: Lòng Đất. 257 
trang. Спивак А.И., Попов А. Н. (1994). 
Разрушение горных пород при бурении 
скважин. Недра -Москва. - 257 с.