Bài giảng Dung dịch khoan và xi măng - ThS. Đỗ Hữu Minh Triết

Dung dịch Khoan và Xi măng

Trình bày:

ThS. ĐỖ HỮU MINH TRIẾT Bộ môn Khoan – Khai thác Dầu khí Khoa Kỹ thuật Địa chất và Dầu khí Đại học Bách Khoa TP. HCM Email: dhmtriet@hcmut.edu.vn

NỘI DUNG

1. Dung dịch khoan

2. Thủy lực khoan

3. Xi măng

4. Các phương pháp trám xi măng

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

1. DUNG DỊCH KHOAN

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

Nội dung

1. Định nghĩa

2. Chức năng

3. Các phương pháp rửa lỗ khoan

4. Dung dịch sét

5. Các thông số cơ bản của dung

dịch khoan

6. Phân loại dung dịch khoan

7. Làm sạch dung dịch khoan

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

ĐỊNH NGHĨA

Dung dịch khoan là bất kì dung dịch nào được tuần hoàn hoặc bơm từ bề mặt

vào cần khoan, đi qua choòng khoan và quay lại bề mặt bằng khoảng không

vành xuyến trong công tác khoan.

(cid:153) Định nghĩa

(cid:153) Dung dịch khoan có thể là chất lỏng hoặc khí

(cid:131) Dung dịch khoan là không khí

(cid:131) Dung dịch khoan dạng bọt

(cid:131) Dung dịch khoan là nước

(cid:131) Dung dịch khoan gốc dầu

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:131) Dung dịch khoan gốc polyme tổng hợp (olefin và este)

GEOPET

HỆ THỐNG TUẦN HOÀN DUNG DỊCH

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

CHỨC NĂNG CƠ BẢN

1. Rửa lỗ khoan, nâng mùn khoan lên khỏi giếng

2. Giữ mùn khoan lơ lửng khi ngưng tuần hoàn

3. Làm mát, bôi trơn bộ khoan cụ

4. Giữ ổn định thành lỗ khoan

5. Truyền thông tin địa chất lên bề mặt

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

CÁC CHỨC NĂNG KHÁC

(cid:153) Gây tác dụng lý hóa khi phá hủy đất đá

(cid:153) Truyền năng lượng cho turbin khoan

(cid:153) Là môi trường trung gian để truyền tín hiệu điều khiển

Ngoài ra, dung dịch khoan còn hỗ trợ đảm bảo tính chính

xác cho công tác đánh giá vỉa, kiểm soát sự ăn mòn thiết

bị, hỗ trợ qui trình trám ximăng và hoàn thiện giếng…

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

TÍNH CHẤT - CHỨC NĂNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN

Chức năng

Tính chất lý/hóa

Ứng suất trượt tĩnh, Độ nhớt biểu Vận chuyển mùn khoan lên bề mặt

kiến, Lưu lượng, Độ bền gel

Giữ mùn khoan lơ lửng khi ngưng Ứng suất trượt tĩnh, Độ bền gel

tuần hoàn

Làm mát, bôi trơn bộ khoan cụ Tỉ trọng, Lưu lượng

Giữ ổn định thành lỗ khoan Tỉ trọng, Tính trơ với sét

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

Truyền năng lượng cho turbin khoan Lưu lượng, Tỉ trọng, Độ nhớt

GEOPET

CÁC YẾU TỐ KHÁC

Dung dịch khoan cần phải được lựa chọn và thiết kế để có

tính chất lý hóa phục vụ các chức năng nêu trên. Ngoài ra,

cần chú ý đến:

(cid:153) Ảnh hưởng đến môi trường của dung dịch khoan

(cid:153) Giá thành của dung dịch khoan

(cid:153) Khả năng vận chuyển

(cid:153) Ảnh hưởng của dung dịch khoan đến giai đoạn khai thác

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

CÁC PHƯƠNG PHÁP RỬA LỖ KHOAN

Tùy đặc điểm của quá trình khoan và yêu cầu kỹ thuật, thiết

bị, dung dịch khoan có thể tuần hoàn trong giếng để rửa lỗ

khoan theo các phương pháp sau:

(cid:131) Phương pháp rửa thuận

(cid:131) Phương pháp rửa nghịch

(cid:131) Phương pháp rửa cục bộ

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

CÁC PHƯƠNG PHÁP RỬA LỖ KHOAN

Cần khoan

Thành giếng khoan

Ống lắng lấy mẫu mùn khoan

Rửa nghịch

Rửa cục bộ

Rửa thuận 1 Đường dung dịch vào

2 Đường dung dịch ra

3 Mùn khoan vào ống lắng

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

DUNG DỊCH SÉT

Dung dịch

- Là một hệ đồng thể gồm 2 hay nhiều thành phần vật chất.

- Vật chất bị phân chia thành những phần tử riêng biệt được gọi là

chất hòa tan. Chất chứa các phân tử bị phân chia gọi là môi

trường hòa tan.

- Hệ đồng thể được gọi là dung dịch khi đường kính φ của hạt hòa

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

tan nhỏ hơn 10-6 mm.

GEOPET

DUNG DỊCH SÉT

Hệ phân tán

- Là hệ bao gồm 2 hay nhiều pha (tướng) mà một trong những pha

đó bị phân chia thành những phần tử rất nhỏ (chất phân tán) trong

những pha khác (môi trường phân tán).

- Hệ được gọi là hệ phân tán khi đường kính φ của chất phân tán lớn

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

hơn 10-6 mm.

GEOPET

DUNG DỊCH SÉT

Đá phiến sét chưa phong hóa

Đá sét tầng chắn

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

DUNG DỊCH SÉT

(cid:153) Khi trộn sét vào nước ta

được hệ phân tán bao

gồm:

− Pha phân tán là sét

− Môi trường phân tán

là nước

(cid:153) Sét trong tự nhiên không

đồng nhất, do đó không

thể tạo hệ phân tán đồng

nhất của sét trong nước.

“Dung dịch sét” là tên gọi

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

do thói quen.

GEOPET

CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT

Bao gồm các thông số sau:

(cid:131)

Trọng lượng riêng (γ)

(cid:131) Độ nhớt (µ)

(cid:131) Ứng suất trượt tĩnh (τ)

(cid:131) Độ thải nước (B)

(cid:131) Hàm lượng hạt rắn (Π)

(cid:131) Độ ổn định (C)

(cid:131) Độ lắng ngày đêm (O)

(cid:131) Độ pH

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

TRỌNG LƯỢNG RIÊNG

(cid:153) Khối lượng riêng, g/cm3 (lbm/gal): ρ = m/V

(cid:153) Trọng lượng riêng, G/cm3 (lbf/gal): γ = F/V = mg/V = ρg

(cid:153) Khi điều chế và sử dụng dung dịch, thường dùng ρ và được xác định

bằng phù kế. Điều kiện khoan bình thường, ρ = 1,05 - 1,25 g/cm3.

(cid:153) Thường dùng γ khi xác định áp suất thủy tĩnh và được đo bằng cân.

Phù kế

Tỉ trọng kế dạng cân

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

TRỌNG LƯỢNG RIÊNG

Đổi đơn vị đo khối lượng riêng

Tỉ trọng (S.G) psi/ft ppg

Tỉ trọng (S.G) 1.0 0.433 8.33

psi/ft 2.31 1.0 19.23

ppg 0.12 0.052 1.0

Dung dịch có khối lượng riêng 12 ppg tương đương với 12x0.052 = 0.624 psi/ft.

Dung dịch có tỉ trọng 1.4 S.G tương đương với 1.4x0.433 = 0.606 psi/ft.

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

Ví dụ:

GEOPET

TRỌNG LƯỢNG RIÊNG

(cid:153) Khi γ giảm

(cid:131) Thành giếng sập lở

(cid:131) Thành hệ trương nở

(cid:131) Chất lưu từ vỉa xâm nhập vào giếng

(cid:153) Khi γ tăng

(cid:131) Vận tốc cơ học tăng do giải phóng nhanh mùn khoan

(cid:131) Mất dung dịch khoan vào thành hệ

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:131) Vận tốc cơ học giảm

GEOPET

TRỌNG LƯỢNG RIÊNG

Khối lượng riêng của một số thành phần dung dịch thông thường.

Đơn vị

Vật liệu

g/cm3 lb/ft3 lb/bbl lb/gal

1,0 Nước 8,33 62,4 350

0,8 Dầu 6,66 50 280

Barite 4,3 35,8 268 1500

Sét 2,5 20,8 156 874

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

Muối 2,2 18,3 137 770

GEOPET

TRỌNG LƯỢNG RIÊNG

(cid:153) Khi dung dịch khoan tuần hoàn, áp suất đáy giếng sẽ cao hơn áp suất

thủy tĩnh của cột dung dịch.

(cid:153) Tỉ trọng dung dịch tuần hoàn tương đương ECD là thông số áp suất

ECD

ρ +=

P d 052

tính theo tỉ trọng dung dịch:

Trong đó:

ECD: equivalent circulating density, ppg

khối lượng riêng của dung dịch, ppg ρ:

tổn thất áp suất do ma sát trong vành xuyến, psi Pd:

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

D: độ sâu tính toán, ft

GEOPET

ĐỘ NHỚT

(cid:153) Độ nhớt: một đặc tính của lưu chất, thể hiện khả năng chống lại sự

dịch chuyển tương đối giữa các phần tử của lưu chất.

(cid:153) Phân loại theo đặc tính độ nhớt, chất lỏng gồm:

(cid:131) Chất lỏng Newton: trong dung dịch không chứa các phần tử lớn

hơn kích thước phân tử, ví dụ: nước, dung dịch muối, dầu,

glycerine,… Độ nhớt là hệ số góc của đường đặc tính ổn định.

(cid:131) Chất lỏng phi Newton: trong dung dịch chứa đáng kể các phân

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

tử kích thước lớn hơn phân tử.

GEOPET

ĐỘ NHỚT

Chất lỏng phi Newton bao gồm:

(cid:153) Chất lỏng Bingham: đặc trưng bằng ứng suất trượt tới hạn (yield-

point) - ứng suất tối thiểu để chất lỏng bắt đầu xuất hiện biến dạng.

Khi ứng suất vượt quá ứng suất trượt tới hạn, chất lỏng tuân theo mô

hình Newton. Ví dụ: dung dịch sét có hàm lượng hạt rắn cao.

(cid:153) Chất lỏng theo mô hình hàm mũ: quan hệ giữa ứng suất trượt và

tốc độ trượt tuân theo quy luật hàm mũ.

Dung dịch khoan, tùy theo hàm lượng hạt rắn, thể hiện đặc tính trung

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

gian giữa chất lỏng dẻo Bingham và chất lỏng theo mô hình hàm mũ.

GEOPET

ĐỘ NHỚT

Các mô hình chất lỏng

l ỏ n g d ẻ o B i n g h a m

C h ấ t

t ư ở n g

Độ nhớt dẻo

M ô h ì n h h à m m ũ l ý

Dd khoan điển hình

n ạ h i

ớ

ợ ư

t t

ợ ư

l ỏ n g N e w t o n

C h ấ t

r t t ấ u s g n Ứ

Độ nhớt

Tốc độ trượt

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

ĐỘ NHỚT

µ =

τ γ&

(cid:153) Độ nhớt thực: là tỉ số giữa ứng suất trượt và tốc độ trượt.

Trong cần khoan: tiết diện nhỏ, tốc độ dung dịch cao:

(cid:206) độ nhớt thấp

(cid:206) ít hao tốn công suất bơm

Trong khoảng không vành xuyến: tiết diện lớn, tốc độ dung dịch thấp:

(cid:206) độ nhớt cao

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:206) khả năng nâng mùn khoan cao

GEOPET

ĐO ĐỘ NHỚT

Đo độ nhớt bằng nhớt kế Marsh

Độ nhớt theo nhớt kế Marsh là chỉ số chảy

loãng của dung dịch biểu thị bằng thời gian

(đo bằng giây) chảy hết 946 cm3 dung dịch

qua phểu có dung tích 1500 cm3 và đường

Nhớt kế Marsh

Mặt cắt nhớt kế Marsh

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

kính trong lỗ phễu là 4,75 mm.

GEOPET

ĐO ĐỘ NHỚT

Đo độ nhớt bằng nhớt kế rôto

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

Nhớt kế Fann

GEOPET

ỨNG SUẤT TRƯỢT TĨNH

(cid:153) Là đại lượng đặc trưng cho độ bền cấu trúc (hay tính lưu biến) của

dung dịch khi để nó yên tĩnh sau một thời gian.

(cid:153) Độ bền cấu trúc của dung dịch được đo bằng một lực tối thiểu cần đặt

vào một đơn vị diện tích vật thể nhúng trong dung dịch để làm nó

chuyển động.

Tính độ nhớt và ứng suất trượt tĩnh khi đo bằng máy Fann:

• Độ nhớt dẻo (plastic viscosity), cp µp(cp) = θ600 - θ300

• Ứng suất trượt tới hạn (yield-point), lb/100ft2 τy (lb/100 sqft) = θ300 - µp

• Độ nhớt biểu kiến (apparent viscosity) µa (cp) = 0,5.θ600

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

với θ300, θ600: số đo tương ứng với số vòng quay 300 và 600 vòng/phút của nhớt kế Fann.

GEOPET

ỨNG SUẤT TRƯỢT TĨNH

(cid:153) Dung dịch sét bình thường: τ = 15-40 mG/cm2.

(cid:153) Để pha chế chất làm nặng, dung dịch phải có τ = 30-50 mG/cm2.

(cid:153) Để chống mất nước, dung dịch phải có: τ = 100 - 120 mG/cm2.

Nếu ứng suất trượt tĩnh quá lớn:

− Ngăn cản quá trình tách mùn khoan và khí ra khỏi dung dịch

− Cần tăng áp suất để tái tuần hoàn dung dịch sau khi thay choòng

− Khi nâng cần khoan, dễ xảy ra hiện tượng sụt áp cột dung dịch tại

choòng, có thể gây hiện tượng xâm nhập nếu cột áp chênh lệch lớn

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

− Tương tự, khi hạ cần khoan, có thể gây vỡ vỉa và thất thoát dung dịch.

GEOPET

ĐỘ THẢI NƯỚC API

(cid:153) Là lượng nước tính bằng cm3 thoát ra từ dung dịch khoan khi thấm lọc qua thiết bị (giấy) lọc có đường kính 75 mm sau khoảng thời gian 30

phút và dưới áp suất 100 psi.

(cid:153) Giá trị độ thải nước của dung dịch khoan bình thường khoảng 10-25

cm3/30ph.

(cid:153) Thực tế để giảm thời gian thí nghiệm, đôi khi người ta nhân đôi thể

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

tích thấm lọc đo sau 7,5 phút để được độ thải nước API.

GEOPET

ĐỘ THẢI NƯỚC API

Dung dịch khoan có độ thải nước lớn

(cid:131) Trương nở và sập lở thành giếng

(cid:131) Mất nước rửa

(cid:131) Tăng độ dày lớp vỏ bùn nên dễ kẹt bộ

khoan cụ

(cid:131) Tăng tốc độ cơ học khoan do nhanh

chóng cân bằng áp suất giữ hạt mùn

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

khoan ở đáy giếng.

GEOPET

ĐỘ THẢI NƯỚC API

Cấu tạo thiết bị đo độ thải nước

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

ĐỘ DÀY VỎ SÉT (k)

(cid:153) Là bề dày lớp vỏ sét bám trên thành giếng (hay trên thiết bị lọc) khi

nước từ dung dịch khoan thấm vào đất đá thành hệ.

(cid:153) Trị số k càng nhỏ tức là lớp vỏ sét càng mỏng và chặt sít, càng có tác

dụng ngăn cản sự lưu thông của chất lưu giữa vỉa với giếng và ngược

lại, như vậy thành giếng càng ổn định hơn. Ở điều kiện khoan bình

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

thường k = 1 - 2 mm.

GEOPET

HÀM LƯỢNG HẠT RẮN

(cid:153) Định nghĩa: Hàm lượng hạt rắn và các phần tử chưa tan (quy ước gọi

là hàm lượng cát) là thể tích cặn thu được khi để dung dịch pha loãng

bằng nước lã theo tỉ lệ 9:1 ở trạng thái yên tĩnh sau 1 phút, tính bằng

% theo thể tích dung dịch.

(cid:153) Dung dịch có hàm lượng cát lớn thì mức độ làm mòn dụng cụ khoan

và các chi tiết của máy bơm lớn; dễ gây kẹt dụng cụ khoan do hình

thành vỏ sét dày.

(cid:153) Giá trị hàm lượng cát của dung dịch sét bình thường nhỏ hơn 4% là

đạt yêu cầu.

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:153) Hàm lượng cát xác định bằng bình lắng.

GEOPET

HÀM LƯỢNG HẠT RẮN

Bộ dụng cụ đo hàm lượng cát

Bình rửa

Phễu

Bình đo có thang chia

Rây lọc

Hộp nhựa

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

ĐỘ ỔN ĐỊNH

(cid:153) Là đại lượng đặc trưng cho khả năng giữ dung dịch ở trạng thái keo.

Có thể hiểu độ ổn định là hiệu số tỷ trọng của hai phần dung dịch dưới

và trên trong cùng một cốc, sau khi để chúng yên tĩnh một ngày đêm.

(cid:153) Giá trị độ ổn định càng nhỏ thì chứng tỏ dung dịch được giữ vững ở

trạng thái keo (dung dịch ổn định).

• Dung dịch sét bình thường: C ≤ 0,02 (g/cm3)

• Sét nặng: C ≤ 0,06 (g/cm3)

(cid:153) Dung dịch sét ổn định có khả năng giữ ở trạng thái lơ lửng những hạt

mùn khoan và những hạt chất làm nặng.

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:153) Dung dịch kém ổn định dễ dẫn đến sự cố kẹt dụng cụ khoan.

GEOPET

ĐỘ LẮNG NGÀY ĐÊM

(cid:153) Đặc trưng cho mức độ bảo toàn tỉ trọng

đồng đều của dung dịch khoan.

(cid:153) Độ lắng ngày đêm: lượng nước tách ra

trên bề mặt của dung dịch khi giữ yên 100

cm3 dung dịch sau 24 giờ.

(cid:153) Độ lắng ngày đêm lớn chứng tỏ dung dịch

sét không ổn định, mức độ phân tán của

sét thấp và sét không thể làm nước rửa

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

trong những điều kiện khoan phức tạp.

GEOPET

ĐỘ pH

(cid:153) Đại lượng biểu thị nồng độ ion hiđro [H+] trong dung dịch (đơn vị là

mol/l) và được tính bằng biểu thức pH = - log[H+].

(cid:153) Thang đo độ pH từ 0 - 14. Dung dịch có độ pH nhỏ hơn 7 là dung dịch

axít, bằng 7 là trung tính và lớn hơn 7 có tính kiềm.

(cid:153) Dung dịch sét thường có độ pH = 8,5 - 9,5; dung dịch vôi: 11 - 12. Độ

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

pH được đo bằng giấy quỳ hoặc máy đo độ pH.

GEOPET

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỄM BẨN

Ảnh hưởng của sự nhiễm bẩn đối với tính chất dung dịch

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

PHÂN LOẠI DUNG DỊCH KHOAN

(cid:131) Dung dịch khoan gốc nước

(cid:131) Dung dịch khoan gốc dầu

(cid:131) Dung dịch nhũ tương

(cid:131) Khí, bọt hoặc dung dịch bọt khí

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

PHÂN LOẠI DUNG DỊCH KHOAN

Các sản phẩm chính để điều chế:

(cid:131) Nước (ngọt, lợ, mặn) hoặc dầu

(cid:131) Sét bentonit, polyme

(cid:131) Các chất phụ gia:

• Chất giảm độ thải nước

• Chất làm nặng (barit, oxyt sắt Fe2O3,…)

• Chất chống mất dung dịch (dạng hạt, dạng sợi, dạng lá

mỏng…)

• Chất ức chế ăn mòn

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

• Chất diệt khuẩn...

GEOPET

DUNG DỊCH GỐC NƯỚC

Nước kỹ thuật

(cid:153) Hỗn hợp nước lã hòa tan với các loại sét trong cột địa tầng khoan qua

(cid:153) Dùng để khoan trong đất đá bền vững, thành giếng ổn định, ít xảy ra

các hiện tượng phức tạp như sập lở, trương nở, mất nước.

Ưu điểm

(cid:131) Độ nhớt và tỉ trọng thấp, ít tiêu tốn công

suất máy bơm, tốc độ khoan cao.

(cid:131) Phổ biến, giá thành thấp.

Nhược điểm

(cid:131) Không thể khoan trong các thành hệ phức tạp,

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:131) Dễ bị kẹt bộ khoan cụ khi ngừng tuần hoàn dung dịch.

GEOPET

DUNG DỊCH GỐC NƯỚC

Dung dịch sét

(cid:131) Pha phân tán là các hạt sét (sét mônmôrilônit) và môi trường phân

tán là nước.

(cid:131) Giá thành tương đối thấp lại đáp ứng tương đối tốt các điều kiện

khoan nên được sử dụng rộng rãi trong thực tế.

Nhược điểm: gây nhiễm bẩn tầng chứa,

làm giảm đáng kể độ thấm tự nhiên của vỉa.

Nhằm bảo vệ độ thấm tự nhiên của tầng chứa,

cần sử dụng dung dịch khoan với các đặc tính

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

hạn chế nhiễm bẩn tầng chứa.

GEOPET

DUNG DỊCH GỐC NƯỚC

Dung dịch hoàn thiện giếng

(cid:153) Thường dùng để khoan vào tầng sản phẩm,

(cid:153) Phải đảm bảo tránh hiện tượng bít kín tầng chứa,

(cid:153) Thành phần của dung dịch hoàn thiện giếng khoan rất đa dạng tùy

thuộc vào tính chất tầng chứa và giá thành điều chế.

(cid:153) Dung dịch khoan gốc nước biển thường

được sử dụng do nhiều tính chất của nó

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

tương thích với các đặc tính của tầng chứa.

GEOPET

DUNG DỊCH GỐC NƯỚC

Một số loại dung dịch khoan gốc nước đặc biệt chống sét

trương nở:

(cid:131) Dung dịch bổ sung Ca2+

(cid:131) Dung dịch bổ sung lignosulphat

(cid:131) Dung dịch gốc nước biển

(cid:131) Hệ dung dịch KCl-polymer

(cid:131) Dung dịch polyol

(cid:131) Dung dịch hỗn hợp hydroxit kim loại (MMH)

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:131) Dung dịch silicate

GEOPET

DUNG DỊCH GỐC DẦU

Thường được dùng để khoan vào tầng chứa hoặc là dung

dịch hoàn thiện giếng.

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

DUNG DỊCH GỐC DẦU

Ưu điểm

(cid:153) Kiểm soát dễ dàng các đặc tính của dung dịch khi không có sự xuất

hiện của nước hoặc dầu thô.

(cid:153) Không nhạy với các chất gây nhiễm bẩn thông thường của dung dịch

gốc nước (NaCl, CaSO4, ximăng, sét).

(cid:153) Các đặc tính thấm lọc tĩnh tốt ở nhiệt độ và áp suất cao, vỏ sét mỏng.

(cid:153) Tỉ trọng của dung dịch nhỏ (gần bằng 1).

(cid:153) Giảm ma sát bộ khoan cụ lên thành giếng, loại trừ dính bộ khoan cụ

do chênh áp.

(cid:153) Tăng tuổi thọ các choòng khoan dạng chóp xoay.

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:153) Tỉ lệ mẫu cao, ít gây nhiễm bẩn thành hệ.

GEOPET

DUNG DỊCH GỐC DẦU

Nhược điểm

(cid:153) Nhạy với nước.

(cid:153) Dễ lắng đọng các chất làm nặng.

(cid:153) Thao tác dễ bẩn người và dễ cháy.

(cid:153) Làm hỏng cao su không chuyên dùng với hydrocacbua.

(cid:153) Khó phát hiện sự hiện diện của dầu và khí trong mùn khoan.

(cid:153) Một số phương pháp đo trong khi khoan và đo địa vật lý giếng khoan

không thể áp dụng được.

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:153) Giá thành cao.

GEOPET

DUNG DỊCH NHŨ TƯƠNG

(cid:153) Gồm một pha liên tục là dầu và một pha phân tán là nước chiếm ít

nhất 50% thể tích, được sử dụng để khoan trong các trường hợp sau:

(cid:131) Tầng muối hoặc anhydric có chiều dày lớn,

(cid:131) Giếng khoan có nhiệt độ cao,

(cid:131) Khoan định hướng.

(cid:153) Ưu điểm

(cid:131) Rủi ro cháy thấp hơn dung dịch gốc dầu,

(cid:131) Giá thành thấp hơn dung dịch gốc dầu,

(cid:131) Xử lý bề mặt dễ dàng hơn.

(cid:153) Phân loại

(cid:131) Nhũ tương dầu trong nước (nhũ tương thuận).

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:131) Nhũ tương nước trong dầu (nhũ tương nghịch).

GEOPET

DUNG DỊCH NHŨ TƯƠNG

Nhũ tương dầu trong nước

(cid:153) Dung dịch được điều chế từ 5 - 25% thể tích dầu và một lượng các

chất ổn định được trộn với 75 - 95% dung dịch sét.

(cid:153) Ưu điểm

(cid:131) Độ thải nước nhỏ (3 - 5 cm3/30 ph).

(cid:131) Giảm hiện tượng kẹt bộ khoan cụ, tăng tuổi thọ của choòng và

giảm tổn thất thủy lực của máy bơm.

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:131) Tăng tốc độ cơ học khoan.

GEOPET

DUNG DỊCH NHŨ TƯƠNG

Nhũ tương nước trong dầu

(cid:153) Được điều chế từ 30 - 60% thể tích nước là pha phân tán còn dầu là pha liên tục. Loại dung dịch được sử dụng để khoan qua các tầng muối háo nước, đất đá dễ trương nở, sập lở.

(cid:153) Trộn dung dịch sét với dầu, sau đó cho hắc ín làm chất ổn định.

(cid:153) Chuyển từ dung dịch nhũ tương dầu trong nước nhờ nhũ tương hóa và cho

vào các chất ổn định như dung dịch hắc ín hoặc vôi tôi.

Điều chế

(cid:153) Bền vững đối với các tác dụng phá hủy của muối, thạch anh, anhydrit…

(cid:153) Độ thải nước nhỏ (B < 5 cm3/30ph)

(cid:153) Có thể đạt tỉ trọng lớn (đến 2)

(cid:153) Bền vững ở nhiệt độ cao (> 100oC).

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

Ưu điểm

GEOPET

CÁC LOẠI CHẤT RỬA KHÁC

Chất rửa là không khí (khoan thổi khí)

(cid:153) Vận tốc nâng mùn khoan cao (khoảng 500 - 900 m/ph).

(cid:153) Áp suất thủy tĩnh lên đáy giếng khoan rất thấp.

(cid:153) Tốc độ khoan cao do áp suất thủy tĩnh lên đáy giếng không đáng kể.

(cid:153) Không gây nhiễm bẩn thành hệ.

(cid:153) Cần có thiết bị lọc bụi chuyên dụng ở miệng giếng

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:153) Không sử dụng được trong tầng chứa nước.

GEOPET

CÁC LOẠI CHẤT RỬA KHÁC

Chất rửa là bọt

(cid:131) Khả năng rửa giếng khoan bằng bọt lớn

hơn không khí.

(cid:131) Lượng khí trong dung dịch bọt giảm khoảng

10 lần so với rửa giếng khoan bằng khí

(cid:131) Bọt vẫn ổn định khi nước xâm nhập ít.

Nhược điểm chủ yếu của dung dịch bọt là rất

ổn định, do vậy cần dùng hóa chất và tia thủy

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

lực để phá hủy nó trên bề mặt một cách liên tục.

GEOPET

LÀM SẠCH DUNG DỊCH

(cid:153) Dung dịch sau khi tuần hoàn từ đáy giếng cần phải được làm sạch

và khôi phục lại tính chất ban đầu trước khi bơm trở lại giếng.

(cid:153) 3 phương pháp tách mùn khoan khỏi dung dịch:

1. Phương pháp thủy lực

2. Phương pháp cơ học: sàn rung

3. Phương pháp ly tâm: máy tách cát, máy tách bùn

(cid:153) 2 phương pháp tách khí khỏi dung dịch:

1. Phương pháp cơ học

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

2. Phương pháp hóa lý

GEOPET

LÀM SẠCH DUNG DỊCH

Máy tách cát

Sàn rung

Máy tách bùn

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

2. THỦY LỰC KHOAN

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

CƠ SỞ TÍNH TOÁN THỦY LỰC KHOAN

(cid:153) Dựa trên một trong hai mô hình cơ

bản:

(cid:131) Mô hình dẻo Bingham

(cid:131) Mô hình hàm mũ.

(cid:153) Các mô hình này biểu diễn qui luật

ứng xử cơ học (giữa ứng suất

trượt và tốc độ trượt) của dung

dịch khoan và vữa xi măng.

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA

(cid:131) Pseudoplastic: dung dịch có độ nhớt biểu kiến giảm khi vận tốc trượt tăng.

(cid:131) Dilitant: dung dịch có độ nhớt biểu kiến tăng khi vận tốc trược tăng.

(cid:131) Apparent viscosity: độ nhớt biểu kiến

(cid:131) Yield point: ứng suất trượt tới hạn

(cid:131) Plastic viscosity: độ nhớt dẻo

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:131) Gel strength: độ bền gel

GEOPET

MÔ HÌNH CHẤT LỎNG DẺO BINGHAM

Phương trình đặc trưng

khi

τγµτ p y

khi

−

ττ > y ≤≤ τττ y

p τγµτ y

khi

−

γ & τγµτ p y

y −< ττ y

yτ+

yτ−

−

p τγµτ y

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

τy - ứng suất trượt giới hạn, lbf/100ft2 µp - độ nhớt của chất lỏng, cp τ - ứng suất trượt, γ = - dvr/dr tốc độ trượt, s-1.

GEOPET

MÔ HÌNH BINGHAM

Vận tốc trung bình (cid:131) Đường ống:

Q 2d448

, 2

)

, 2

( 448

Q 2 2 − 2 d 1

(cid:131) Vành xuyến:

trong đó:

- vận tốc trung bình, ft/s

Q - lưu lượng dòng chảy, gal/ph

d - đường kính trong của ống, in

d1 - đường kính ngoài của bộ khoan cụ, in

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

d2 - đường kính trong của ống chống hoặc của giếng, in.

GEOPET

MÔ HÌNH BINGHAM

Số Hedstrom

(cid:131) Thông số không thứ nguyên, được dùng để dự báo chế độ dòng chảy.

ρτ

37100

(cid:131) Đường ống:

2 p

(

)

ρτ

−

24700

d 1

(cid:131) Vành xuyến:

2 p

ρτ

37100

2 d ey

2 p

Với de = 0,816 (d2 - d1) thì công thức trên có thể viết lại thành:

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

µp - độ nhớt của dung dịch, cp; τy - ứng suất trượt giới hạn, lbf/100ft2; de - đường kính tương đương của vành xuyến.

GEOPET

MÔ HÌNH BINGHAM

Số Reynolds

(cid:131) Thông số không thứ nguyên, được dùng để xác định chế độ dòng chảy.

=Re

(cid:131) Đường ống:

928 µ

)

−

757

d 1

(cid:131) Vành xuyến:

( dv µ

ρ 928 µ

(cid:131) Dùng số Reynolds tới hạn để đặc trưng cho dòng chảy chuyển tiếp từ chế

độ chảy tầng sang chế độ chảy rối:

• NReC < 2000: chế độ chảy tầng

• 2000 ≤ NReC ≤ 4000: chế độ dòng chảy chuyển tiếp

• NReC > 4000: chế độ chảy rối.

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

MÔ HÌNH BINGHAM

Tổn thất áp suất do ma sát

(cid:131) Trong đường ống

dP f dL

µ p 1500 2 d

τ y 225 d

• Chế độ chảy tầng:

dP f dL

ρ vf , d825

• Chế độ chảy rối:

log(

395,0)

−

1 f

dPf/dL (psi/ft), µp (ppg, lbm/gal), τg = τy (lbf/100ft2), d (in), v (ft/s).

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

với f là hệ số ma sát được tính bằng công thức:

GEOPET

MÔ HÌNH BINGHAM

(cid:131) Trong vành xuyến: • Chế độ chảy tầng:

)

−

( 200

dP f dL

)

−

( 1000

d 1

)

−

dP f dL

ρ vf (, d121

d 1

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

• Chế độ chảy rối:

GEOPET

MÔ HÌNH HÀM MŨ

)

τ = K nγ& hoặc logτ = logK +

log( γ&

Phương trình:

K - chỉ số độ sệt (consistency index), lbf/100ft2; n - chỉ số đặc trưng cho ứng

xử cơ học của dòng chảy, không thứ nguyên, n = 0 ÷ 1, nếu n = 1: chất lỏng

- tốc độ trượt, s-1;

Newton. γ&

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

Trong đó:

GEOPET

MÔ HÌNH HÀM MŨ

(cid:153) Các thông số n và K được tính theo các số liệu thực nghiệm:

510

600

log

, 323n

θ θ

300

300 n 511

với: θ300, θ 600 - số đo trên nhớt kế Fann tương ứng với tốc độ quay 300 và 600 vòng/phút.

(cid:153) Trong mô hình này cần tính số Reynolds tới hạn trước khi xác định tổn thất

áp suất do ma sát.

(cid:153) Vận tốc trung bình: tính theo mô hình Bingham

(cid:153) Số Reynolds tới hạn NReC: xác định bằng đồ thị hoặc bảng

n < 0,2 NReC 4200

(5960 - 8800)n

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

0,2 ≤ n ≤ 0,45 n > 0,45 2000

GEOPET

MÔ HÌNH HÀM MŨ

Số Reynolds

(cid:131) Đường ống:

(

) − n2

, 0

ρ 89100 K

⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

0416 1 n

(cid:131) Vành xuyến:

(

) − n2

(

)

−

, 0

0208

d 1

ρ 109000 K

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝

2 1 n

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

MÔ HÌNH HÀM MŨ

Tổn thất áp suất do ma sát

(cid:153) Đường ống:

+ 1n

dP f dL

1 n 0416

, 0

144000

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝

(cid:131) Chế độ chảy tầng:

dP f dL

ρ vf , d825

(cid:131) Chế độ chảy rối:

(

)

−

n 2

log

−

fN Re

4 , 750

395 , 21

1 f

⎤ ⎥ ⎥ ⎦

⎡ ⎢ ⎢ ⎣

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

với f là hệ số ma sát được tra bằng đồ thị f(n, NRe) hoặc tính theo công thức sau:

GEOPET

MÔ HÌNH HÀM MŨ

(cid:153) Vành xuyến:

+ n1

1 n 0208

, 0

dP f dL

(

)

−

144000

d 1

⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

(cid:131) Chế độ chảy tầng:

)

−

dP f dL

ρ vf (, d121

d 1

f được tính theo phương trình của mô hình Bingham.

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:131) Chế độ chảy rối:

GEOPET

TỐI ƯU HÓA THỦY LỰC KHOAN

(cid:153) Công suất thủy lực của dung dịch khoan được cung cấp bởi bơm.

(cid:153) Trong quá trình tuần hoàn, công suất này tiêu tốn qua:

1. Ma sát trong chuỗi cần khoan và vành xuyến: là loại công suất

tiêu tốn vô ích đối với quá trình khoan.

2. Ma sát tại vòi phun thủy lực của choòng: đóng góp vào quá trình

làm sạch choòng khoan.

(cid:153) Tối ưu hóa thủy lực khoan bao gồm:

(cid:131) Tối thiểu công suất thủy lực loại 1.

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:131) Tối đa công suất thủy lực loại 2.

GEOPET

TỐI ƯU HÓA THỦY LỰC KHOAN

Công suất thủy lực trong chuỗi cần khoan và vòi phun

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

TỐI ƯU HÓA THỦY LỰC KHOAN

Ảnh hưởng của công suất thủy lực tại choòng đối với tốc độ khoan

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

TỔN THẤT ÁP SUẤT Ở CHOÒNG

(cid:153) Giả thiết

(cid:131) Áp suất thay đổi do thay đổi chiều cao của dòng chảy là không

đáng kể.

(cid:131) Vận tốc của dòng chảy ở trước vòi phun thủy lực là rất nhỏ so với

vận tốc tại vòi phun thủy lực.

(cid:131) Tổn thất áp suất do ma sát qua vòi phun thủy lực là không đáng

kể.

V n

Q , A117 3

Vn - vận tốc dòng chảy tại vòi phun thủy lực, ft/s (ft/ph) Q - lưu lượng dòng chảy,gal/ph;

AT - tổng tiết diện của vòi phun, in2.

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:153) Vận tốc dòng chảy tại vòi phun thủy lực

GEOPET

TỔN THẤT ÁP SUẤT Ở CHOÒNG

5 −

q ρ

(

psi

)

Q ρ 2 2 12032 AC d T

10.311,8 2 2 AC d T

(cid:153) Tổn thất áp suất: P =∆ b

Công thức này đúng cho cả chất lỏng Newton và phi Newton vì bỏ

qua µ; Cd - hệ số giảm áp (thường lấy 0,95) (ppg); q (gal/ph), AT (in2)

HHP

b.∆ QP 1714

(cid:153) Công suất thủy lực HHP:

∆ρ

= , 0F

01823

QC d

P b

(cid:153) Lực va đập của vòi phun (jet impact force) tại choòng:

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

FI (lbf); ∆Pb (psi), Cd = 0,95; ρ (ppg)

GEOPET

TỔN THẤT ÁP SUẤT Ở CHOÒNG

(cid:153) Tổn thất áp suất tổng cộng PT trong hệ thống:

∑Pp – tổng các tổn thất áp suất trong đường ống

∑Pa – tổng các tổn thất áp suất trong vành xuyến

∑Pb – tổng tổn thất áp suất qua choòng khoan

⇒ Công suất của máy bơm (PHP):

PHP

T= P

Q 1714

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

PT = ∑Pp + ∑Pa + ∑Pb

GEOPET

TỔN THẤT ÁP SUẤT Ở CÁC THIẾT BỊ BỀ MẶT

Bao gồm: ống đứng, ống mềm cao áp, đầu xoay thủy lực,

ống cổ ngỗng và cần chủ đạo.

Công thức tính toán tổn thất áp suất bề mặt

Cần chủ đạo

Ống đứng

Ống mềm cao áp

Đầu xoay thủy lực

∆Ps

psi

Chiều dài, ft

TT Đường kính trong, in

Đường kính trong, in

2 ¼

3 ½

2 ½

3 ¼

2 ½

3 ¼

40 0,002901Q1,8 40 0,001073Q1,8 40 0,000676Q1,8 40 0,000473Q1,8

3 4 với: ∆Ps - tổn thất áp suất ở các thiết bị trên bề mặt, psi

(cid:153)

Q - lưu lượng của bơm, gal/ph. Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

ÁP SUẤT DO NÂNG VÀ HẠ BỘ KHOAN CỤ

(cid:131) Áp suất gây ra do nâng và hạ bộ khoan cụ cũng có thể tính toán theo

mô hình Bingham và hàm mũ nếu biết vận tốc nâng hạ.

(cid:131) Áp suất dư (surge): áp suất tăng do hạ bộ khoan cụ vào giếng.

(cid:131) Áp suất thông (swab): áp suất giảm do nâng bộ khoan cụ từ giếng.

(cid:131) Đối với bộ cần kín, vận tốc trung bình trong vành xuyến được xác

d 1 2 −

d 1

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

định theo công thức của Moore:

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

vp - vận tốc nâng (hạ)̣ cần, ft/ph; K - là hằng số (0,45).

GEOPET

ÁP SUẤT DO NÂNG VÀ HẠ BỘ KHOAN CỤ

(cid:131) Moore khuyến cáo sử dụng vận tốc cực đại để tính mức độ tăng hoặc

giảm vận tốc chuyển động của cột cần khoan: vmax = 1,5v

(cid:131) Áp suất dư và áp suất thông: xác định nhờ thay vận tốc chất lỏng trung

bình trong các công thức tính tổn thất áp suất do ma sát ở phần trước

bằng vận tốc chất lỏng cực đại.

(cid:214) Cần tính tỉ trọng tuần hoàn tương đương ECD do áp suất dư và áp

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

suất thông gây ra.

GEOPET

VẬN TỐC TRƯỢT

Phương pháp hiệu chỉnh của Moore

− n1

d 1

=µ a

(cid:131) Đề xuất công thức xác định Độ nhớt biểu kiến và số Reynold

K 144

− v

1 n 0208

, 0

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

(cid:131) Độ nhớt biểu kiến:

K - chỉ số độ sệt; n - chỉ số đặc trưng ứng xử của dòng chảy;

d1, d2 - đường kính trong và ngoài của vành xuyến;

- vận tốc trung bình của chất lỏng trong vành xuyến, ft/ph.

928

dV sl

=Re

ρ µ

ρf - khối lượng riêng của dung dịch, lbm/gal ds - đường kính hạt mùn khoan, in.

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:131) Số Reynolds của hạt mùn khoan

GEOPET

VẬN TỐC TRƯỢT

= ,

541

nếu NRe > 300

V sl

ρ−ρ ρ

667

,) 0

nếu 3 ≤ NRe ≤ 300

V sl

f 333

( ρ−ρ s , 333 0 µ a

d902 s , 0 f

2 s

)

( ρ−ρ

, 82

nếu NRe < 3

V sl

d µ

Vsl - vận tốc trượt (ft/ph) được xác định:

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

với ρs - khối lượng riêng của chất rắn, lbm/gal.

GEOPET

VẬN TỐC TRƯỢT

Phương pháp hiệu chỉnh của Chien

+µ=µ

d sy v

(cid:131) Tính độ nhớt biểu kiến:

(cid:131) Số Reynolds như công thức trên

, 891

- Nếu NRe > 100:

ρ−ρ ρ

d s , 721

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜⎜ ⎝

, d836

, 0

075

- Nếu NRe ≤ 100:

s 2

ρ−ρ ρ

µ ρ

a d

⎞ −+⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜⎜ ⎝

µ ρ

a d

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ 11 ⎟ ⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜⎜ ⎝

(cid:131) Vận tốc trượt:

: vận tốc trung bình của dòng chảy trong vành xuyến.

(cid:66) Cả hai phương pháp hiệu chỉnh đều cần thực hiện phép lặp (phương

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

pháp thử và sai).

GEOPET

HỆ SỐ VẬN CHUYỂN MÙN KHOAN

−=

Phương trình:

V sl v

(cid:153) Hệ số dương thì mùn khoan sẽ được vận chuyển lên bề mặt với một

hiệu suất nào đó.

(cid:153) Hệ số âm thì sẽ xảy ra hiện tượng tích tụ mùn khoan ở đáy và trong

⇒ Hệ số này cho biết hiệu suất nâng mùn khoan của một loại dung dịch

khoảng không vành xuyến.

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

nhất định.

GEOPET

TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KHÁC

(cid:153) Thể tích dung dịch

2) (gal/ft)

(cid:131) Thể tích cần khoan: Vp = 0,0407967d2 (gal/ft)

2 – d1

(cid:131) Thể tích vành xuyến: Va = 0,0407967(d2

(cid:153) Chọn máy bơm dung dịch

−

×= 2

F p

2 ( d2L s 1

2 ) Ed r

π 4

(cid:131) Hai xylanh, tổng thể tích bơm được trong 01 chu trình bơm:

trong đó: Ls - chiều dài hành trình của pittông, in; dl - đường kính bạc lót (liner), in; dr - đường kính cần bơm, in; Ev - hiệu suất thể tích.

×= 3

F p

2 dEL 1vs

π 4

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:131) Ba xylanh:

GEOPET

TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KHÁC

(cid:153) Chọn vòi phun

(cid:131) Tối ưu hóa thủy lực choòng cho phép tăng tốc độ khoan và cải

thiện mức độ làm sạch đáy giếng. Nếu công suất thủy lực là cực

đại thì năng lượng va đập thủy lực của vòi phun sẽ đạt khoảng

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

90% giá trị cực đại của nó và ngược lại.

GEOPET

TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KHÁC

(cid:153) Lực va đập (thủy lực) cực đại

∆Pp= ∆Pd + ∆Pb

(cid:131) Tổn thất áp suất của bơm:

∆Pd = CQm

với: m - số mũ của lưu lượng dòng chảy (thường lấy 1,75); C - hằng số

đặc trưng cho các tính chất của dung dịch khoan và dạng hình học của

quỹ đạo giếng khoan.

(cid:131) Tổn thất áp suất do ma sát:

)

∆ρ

( ∆ρ

−

, = 0F 01823

, 0 01823

QC d

P b

QC d

P p

(cid:131) Lực va đập của vòi phun:

với: Cd = 0,95 (hệ số giảm áp).

∆

P d

P p

2 + 2m

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:131) Điều kiện cực đại (cid:214):

GEOPET

TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KHÁC

(

)

∆

−

HHP

∆ QP b 1714

P p 1714

(cid:131) Điều kiện cực đại (cid:214)

∆

P d

P p

1 + 1m

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:153) Công suất thủy lực cực đại:

GEOPET

TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KHÁC

(cid:153) Tính số mũ m

(cid:131) Giá trị số mũ m thường lấy bằng 1,75 nhưng tốt nhất là nên xác

định m từ hai dữ liệu áp suất thực tế bơm tại hai chế độ lưu lượng

∆

∆−

log

∆

∆−

log

Q 1 Q

khác nhau:

Trong đó:

• Qi (i = 1, 2) - lưu lượng bơm,

• ∆Ppi (i = 1, 2) - tổn thất áp suất của bơm,

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

• ∆Pbi (i = 1, 2) - tổn thất áp suất ở choòng.

GEOPET

3. XI MĂNG

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

NỘI DUNG

(cid:153) Sơ lược lịch sử trám xi măng giếng dầu

(cid:153) Phân loại

(cid:153) Sản xuất xi măng

(cid:153) Vữa xi măng

(cid:153) Tính chất của đá xi măng

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

SƠ LƯỢC LỊCH SỬ TRÁM XI MĂNG

(cid:131) Sét là vật liệu xi măng đầu tiên.

(cid:131) Xi măng Portland do Joseph Aspdin phát minh năm 1824 là vật liệu nhân tạo

được sản xuất bằng cách nung chảy đá vôi với đất sét.

(cid:131) Năm 1903 lần đầu tiên xi măng được sử dụng trong một giếng dầu để cách ly

tầng nước.

(cid:131) Năm 1910, A. Perkins giới thiệu đầu trám xi măng hai nút ở California.

(cid:131) Đến năm 1917 xi măng Portland vẫn là thành phần cơ bản để trám giếng dầu.

(cid:131) Năm 1920, P. Halliburton giới thiệu kỹ thuật trám xi măng giếng dầu.

(cid:131) Từ năm 1940, đặc biệt từ năm 1983 đến nay đã có nhiều loại xi măng và phụ

gia được sản xuất và sử dụng.

(cid:131) Trang thiết bị phòng thí nghiệm xi măng, công nghệ bơm trám xi măng ngày

càng được hoàn thiện.

(cid:131) Ngày nay, việc trám xi măng giếng dầu các công ty dịch vụ kỹ thuật chuyên

ngành đảm trách.

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

SƠ LƯỢC LỊCH SỬ TRÁM XI MĂNG

(cid:153) Xi măng do Joseph Aspdin chế tạo bằng cách nung nóng đá vôi và

sét, làm thay đổi tính chất hóa học, tạo ra loại chất kết dính bền vững

hơn so với đá vôi nghiền bình thường.

(cid:153) Xi măng Portland thông thường có dạng bột mịn với thành phần gồm:

− Clinke: hơn 90%, là sản phẩm sau nung của hỗn hợp đá vôi, sét.

− Thạch cao: tối đa 5%, có tác dụng điều chỉnh thời gian đông kết.

− Chất phụ gia: làm tăng chất lượng xi măng: giảm nhiệt độ bay hơi,

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

tăng tính chống mòn,…

GEOPET

ĐỊNH NGHĨA

Định nghĩa: xi măng là một loại vật liệu dạng bột, có thành phần khoáng

vật nhất định, khi hợp nước tạo thành khối nhão, có thể đông cứng trong

môi trường nước hoặc không khí.

Vì xi măng có khả năng kết dính khi hợp nước nên thuộc nhóm chất kết

dính thủy lực. Các chất kết dính thủy lực khác ví dụ: thạch cao, vôi.

Một số loại xi măng đặc biệt: xi măng aluminat, xi măng pouzzolan, xi

măng xỉ lò cao, xi măng muội silic, xi măng chịu nhiệt, xi măng chịu ăn

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

mòn, xi măng đông cứng siêu nhanh, v.v…

GEOPET

THÀNH PHẦN HOÁ HỌC

(cid:153) Viện dầu khí Hoa Kỳ API dựa vào tính chất và đặc điểm kỹ thuật phân làm 8

loại A, B, C, D, E, F, G và H.

1. Thành phần hóa học

(cid:131) Tricalcium Aluminate (C3A - 3CaO.Al2O3): quyết định thời gian

đông cứng, phát triển độ bền của xi măng.

(cid:131) Tricalcium silicate (C3S - 3CaO.SiO2): thành phần chính trong xi

măng Portland.

(cid:131) Dicalcium Silicate (C2S - 2CaO.Si2O2): tạo độ bền cuối cùng của xi

măng.

(cid:131) Tetracalcium Aluminoferrite (C4AF - 4CaO.Al2O3.Fe2O3): quyết

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

định độ bền của xi măng.

GEOPET

THÀNH PHẦN HOÁ HỌC

Thành phần xi măng (%)

Loại xi măng Độ mịn (cm2/g)

A B C D & E G & H C3S 53 47 58 26 50 C2S 24 32 12 54 30 C3A ≥ 8 ≤ 5 8 2 5 C4AF 8 12 8 12 12 1500 - 1900 1500 - 1900 2000 - 2800 1200 - 2800 1400 - 1700

Ngoài ra còn có những thành phần khác: thạch cao, kali sulfate,

magiê, vôi… Những nguyên liệu này không ảnh hưởng đến quá trình

xi măng đông cứng nhưng tác động đến quá trình thuỷ hoá của xi

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

măng, thay đổi tỷ trọng vữa vá tính kháng các hoá chất có hại.

GEOPET

THÀNH PHẦN HOÁ HỌC

Khi cần những tính chất đặc biệt thì có thể thực hiện theo những cách sau:

Tính chất Cách thực hiện

Phát triển độ bền nhanh Tăng hàm lượng C3S, nghiền mịn hơn

Chậm đông Khống chế C3S, C3A, nghiền thô hơn

Nhiệt thủy hóa thấp Giới hạn C3S, C3A

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

Tính kháng sunfat Giới hạn C2S

GEOPET

PHÂN LOẠI XI MĂNG

Chọn xi măng tùy thuộc vào:

(cid:131) Nhiệt độ tĩnh và động ở đáy giếng ảnh hưởng đến thời gian đông

cứng của vữa xi măng.

(cid:131) Tỷ trọng vữa được quy định với các giới hạn về áp suất vỡ vỉa của

thành hệ khoan qua.

(cid:131) Độ nhớt dẻo của vữa và các tính thấm lọc.

(cid:131) Thời gian đông cứng và phát triển độ bền chịu nén theo thời gian.

(cid:131) Độ bền của xi măng trong các môi trường ăn mòn và nhiệt độ ở đáy

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

giếng.

GEOPET

PHÂN LOẠI XI MĂNG

Phân loại và điều kiện sử dụng xi măng theo API 10:

Loại

Điều kiện sử dụng

0 - 6000 ft: loại thường, giếng không đòi hỏi tiêu chuẩn đặc biệt

0 - 6000 ft: đòi hỏi xi măng có độ bền từ trung bình đến cao đối với sulfate

0 - 6000 ft: độ bền chịu nén ban đầu cao, độ bền với sulfate từ kém, trung bình đến cao

6000 -12000 ft: nhiệt độ và áp suất tương đối cao, độ bền với sulfate từ trung bình đến cao

6000 - 14000 ft: giếng có nhiệt độ và áp suất cao, độ bền với sulfate từ trung bình đến cao

10000 - 16000 ft: giếng có nhiệt độ và áp suất cao, độ bền với sulfate từ trung bình đến cao

0 - 8000 ft: xi măng cơ bản, có thể sử dụng với các chất phụ gia đông nhanh hoặc đông chậm để trám trong các giếng có chiều sâu và nhiệt độ khác nhau, có độ bền với sulfate từ trung bình đến cao

0 - 8000 ft: xi măng cơ bản, có thể được sử dụng trong cùng điều kiện như loại G, chỉ có độ bền trung bình với sulfate

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

SẢN XUẤT XI MĂNG

(cid:153) Clinke là thành phần chủ yếu tạo thành xi măng.

(cid:153) Clinke được sản xuất bằng cách nung nóng hỗn hợp thô đá vôi, sét

trong môi trường có ôxy tới nhiệt độ 1400 – 1450oC. Do bốc hơi không

đều, hỗn hợp bị vón thành cục rắn chắc, kích thước 10 – 30 mm. Sản

phẩm này được làm lạnh nhanh để giữ lại tính chất phản ứng của các

khoáng vật thành phần.

(cid:153) Clinke sau khi nghiền nhỏ, bổ sung thêm thạch cao (CaSO42H2O) để điều chỉnh thời gian ngưng kết (hơn 5% sẽ làm nứt xi măng) và các

khoáng vật khác như xỉ kim loại, cát thạch anh, khuê tảo để điều chỉnh

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

tính chất… sẽ thành xi măng.

GEOPET

SẢN XUẤT XI MĂNG

(cid:153) Quá trình sản xuất xi măng:

− Đá vôi, san hô, vỏ sò, alumina, silica, ôxit sắt,… được nghiền

thành bột mịn và pha trộn lẫn nhau tạo thành nguyên liệu thô.

Thành phần nguyên liệu pha trộn trước khi vào lò tùy thuộc yêu

cầu của clinke tạo thành.

− Hỗn hợp nguyên liệu thô được đưa vào lò nung để tạo thành

clinke.

− Clinke được làm lạnh nhanh, bổ sung thêm thạch cao (3-5%), sau

đó được nghiền vụn.

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

− Sản phẩm nghiền vụn chính là xi măng.

GEOPET

SẢN XUẤT XI MĂNG

Lược đồ sản xuất xi măng

Đá vôi

Vật liệu khác

Máy đập

Máy nghiền

Nguyên liệu thô

Phụ gia

Lò nung

Máy nghiền

Xi măng

Clinke

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

VỮA XI MĂNG

Yêu cầu chung

(cid:153) Trộn và bơm dễ dàng, có tính lưu biến tối ưu cho việc thay thế dung

dịch khoan,

(cid:153) Bảo đảm tính chất đồng nhất trong suốt quá trình bơm đẩy,

(cid:153) Bảo đảm được độ kín khi đông cứng,

không cho khí rò rỉ vào khoảng không

vành xuyến,

(cid:153) Tạo liên kết tốt giữa ống chống

và thành hệ,

(cid:153) Phát triển độ bền nhanh khi bơm trám

xong và độ bền của đá xi măng ổn

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

định trong thời gian dài.

GEOPET

VỮA XI MĂNG

Các tính chất của vữa xi măng và điều kiện sử dụng

Lượng nước trộn

Tỷ trọng vữa

Độ sâu

Nhiệt độ tĩnh

Loại

(gal/bao)

(lbm/gal)

(ft)

(0F)

80 - 170

0 - 6000

15,6

5,2

A (Portland)

80 - 170

0 - 6000

15,6

5,2

B (Portland)

80 - 170

0 - 6000

14,8

6,3

C (Đông nhanh)

D (Chậm đông)

170 - 260

6000 - 12000

16,4

4,3

E (Chậm đông)

170 - 290

6000 -14000

16,4

4,3

F (Chậm đông)

230 - 230

10000 - 16000

16,2

4,3

G (Cơ bản)

80 - 200

0 - 8000

15,8

5,0

H (Cơ bản)

80 - 200

0 - 8000

16,4

4,3

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

VỮA XI MĂNG

Tính chất của vữa xi măng (cid:153) Tỷ số nước/xi măng

(cid:131) Lượng nước tối thiểu để trộn với xi măng nguyên chất cho độ sệt của vữa

nhỏ hơn 30 Bc.

(cid:131) Tỷ số nước/xi măng tối đa là lượng nước thêm vào mà vẫn giữ ở trạng thái

lơ lửng cho đến khi quá trình bơm trám xi măng hoàn tất.

Tính chất của xi măng nguyên chất

Loại

Tỷ trọng vữa (lbm/gal)

Nước trộn (gal/bao)

Chỉ số yield (cuft/bao)

Nước trộn (%)

A B C D G H

15,6 15,6 14,8 16,4 15,8 16,4

5,2 2,5 6,3 4,3 5,0 4,3

1,18 1,18 1,32 1,02 1,15 1,05

46 46 56 38 48 38

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

VỮA XI MĂNG

(cid:153) Tỷ trọng

(cid:131) Theo tiêu chuẩn API, tỷ trọng vữa xi măng bị giới hạn bởi tỷ số

nước/xi măng.

(cid:131) Tỷ trọng thấp thường được sử dụng để tránh hiện tượng phá vỡ

vỉa đối với thành hệ yếu.

(cid:131) Tỷ trọng cao được sử dụng khi thành hệ có áp suất cao với lượng

nước tối thiểu cho phép (17.5 - 18 lb/gal).

(cid:131) Phụ thuộc vào độ mịn của xi măng sử dụng, với độ mịn trung bình

thì diện tích bề mặt của xi măng loại A và C thay đổi từ 150 - 220

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

m2/kg.

GEOPET

VỮA XI MĂNG

(cid:153) Chống mất dung dịch

(cid:131) Thành hệ có tính thấm cao dễ xảy ra hiện tượng mất nước, do đó

làm giảm tỷ số nước/xi măng.

(cid:131) Khi đó nếu áp suất bơm lớn hơn áp suất vỡ vỉa đối với những

thành hệ yếu thì rất dễ xảy ra hiện tượng mất tuần hoàn.

(cid:131) Mất nước mang một phần vật liệu xi măng vào trong tầng sản

phẩm, làm giảm độ thấm lọc của tầng sản phẩm.

(cid:131) Lượng nước mất không điều khiển được trong vữa xi măng

nguyên chất khoảng 800 - 1000 ml/30 phút dưới áp suất 1000 psi. Giá trị tối ưu là 100 - 200 ml/30 phút dưới áp suất 1000 psi.

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:66) Chất phụ gia được dùng chủ yếu hiện nay để chống mất dung dịch là polime hữu cơ tổng hợp lỏng và dẫn suất cellulose.

GEOPET

VỮA XI MĂNG

(cid:153) Tính lưu biến

(cid:131) Khả năng vữa xi măng đi vào các khe nứt, đứt gãy phụ thuộc lớn

vào độ sệt của nó.

(cid:131) Sự thành công của quá trình bơm trám xi măng phụ thuộc nhiều

vào việc đo và tính toán các thông số lưu biến của vữa xi măng để

tối ưu tốc độ bơm đẩy và áp suất trong điều kiện thiết bị và giếng

khoan hiện có mà vẫn không làm thay đổi tính chất của vữa xi

măng theo thiết kế.

(cid:131) Được đo bằng nhớt kế tiêu chuẩn FANN 35 hoặc FANN 50 trong

phòng thí nghiệm. Việc sử dụng các chất phụ gia cũng làm thay

đổi độ nhớt của vữa, ví dụ lignosulfonate làm giảm độ nhớt, còn

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

cellulose làm tăng độ nhớt của vữa.

GEOPET

VỮA XI MĂNG

(cid:153) Thời gian đông quánh

(cid:131) Là thời gian tính từ thời điểm bắt đầu bơm vữa ở điều kiện nhiệt

độ và áp suất ban đầu đến khi vữa đạt đến độ sệt (khoảng 100 Bc) không còn bơm được nữa.

(cid:131) Xi măng thường hoặc xi măng có phụ gia đều có thể sử dụng ở

những điều kiện nhiệt độ và áp suất giếng khác nhau.

(cid:131) Để thay đổi thời gian đông quánh có thể thêm vào chất phụ gia nhanh đông hay chậm đông tùy theo từng điều kiện cụ thể của giếng.

(cid:131) Hầu hết vữa trước khi bơm đều phải được thí nghiệm ở điều kiện

tương tự điều kiện giếng khoan.

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:131) Thời gian đông quánh của vữa thường được thiết kế lớn hơn thời gian cần thiết để bơm trám hay thời gian hoàn tất công việc. Thời gian này thay đổi khoảng từ một giờ hay bằng 50% thời gian bơm trám.

GEOPET

TÍNH CHẤT CỦA ĐÁ XI MĂNG

(cid:153) Độ bền nén

(cid:131) Giá trị độ bền nén tối ưu của đá xi măng phải tương đương với độ

bền của thành hệ được cách ly.

• Bảo vệ ống chống trong giếng khoan,

• Chịu được rung động, va chạm trong quá trình khoan và bắn mở vỉa,

• Tránh hiện tượng gây nứt vỡ thành hệ khi áp suất thủy tĩnh cao.

(cid:131) Đá xi măng phải phát triển độ bền nén đủ để:

(cid:131) Đá xi măng đông cứng trong giếng chịu tác động bởi lực nén

ngang do áp suất thành hệ gây ra và ứng suất kéo do trọng lượng

của cột ống chống.

(cid:131) Độ bền xi măng phải đủ lớn để tạo sự liên kết giữa ống chống và xi

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

măng để bảo vệ cột ống chống.

GEOPET

TÍNH CHẤT CỦA ĐÁ XI MĂNG

(cid:153) Tính cách ly

(cid:131) Độ thấm và độ bền của liên kết xi măng và ống chống là hai yếu tố

ảnh hưởng đến khả năng cách ly của đá xi măng.

(cid:131) Độ thấm của xi măng đông cứng thường rất thấp (khoảng 0.01

md). Khi bơm trám xi măng ở những thành hệ chứa khí có áp suất cao thì tính cách ly của xi măng đông cứng rất quan trọng.

(cid:131) Độ thấm của xi măng thay đổi tuỳ theo tỷ lệ nước trộn trong vữa xi măng. Vữa có tỷ trọng thấp thường sử dụng bơm trám qua thành hệ có độ thấm cao.

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:131) Do sự co ngót của xi măng trong suốt quá trình thủy hoá cộng sự biến dạng của cột ống chống sẽ tạo các vi khe nứt trong khoảng không vành xuyến cho phép chất lưu thấm qua. Cần sử dụng vành xi măng giãn nở để khắc phục hiện tượng này.

GEOPET

TÍNH CHẤT CỦA ĐÁ XI MĂNG

(cid:153) Sự suy giảm độ bền ở nhiệt độ cao

(cid:131) Ở điều kiện nhiệt độ bình thường, xi măng đông cứng tiếp tục quá

trình thuỷ hoá và phát triển độ bền cho đến một giá trị xác định.

(cid:131) Ở nhiệt độ lớn hơn 110oF xi măng sẽ đạt được độ bền tối đa trong

vài tuần đầu, sau đó độ bền này bắt đầu giảm, quá trình này gọi là

suy giảm độ bền của đá xi măng.

(cid:131) Trong một vài trường hợp, độ bền của đá xi măng tiếp tục giảm

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

cho đến khi bị phá hủy hoàn toàn.

GEOPET

TÍNH CHẤT CỦA ĐÁ XI MĂNG

(cid:153) Tính kháng sulfate

(cid:131) Sulfate được xem là chất ăn mòn xi măng nhất. Nước trong thành

hệ chứa dầu thường chứa magnesium và sodium sulfate. Xi măng

tiếp xúc với nước sulfate sẽ dần dần bị mềm đi và phân rã. Thời

gian tiếp xúc càng lâu và lượng nước sulfate được bổ sung sẽ gây

tổn hại và làm xi măng mất dần tính liên kết.

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:131) Magnesium (Mg) hay sodium sulfate (Na2SO4) phản ứng với vôi trong xi măng tạo ra magnesium (Mg(OH)2) hay sodium hydroxit (NaOH) và calcium sulfate (CaSO4). Calcium sulfate phản ứng với C3A tạo thành calcium sulfoaluminate có thể tích lớn hơn lỗ rỗng của C3A làm cho lớp xi măng giãn nở gây áp lực tách lớp xi măng bảo vệ ống chống.

GEOPET

TÍNH CHẤT CỦA ĐÁ XI MĂNG

Để tăng tính kháng sulfate cho xi măng, người ta thường giảm lượng C3A có trong xi măng hay giảm lượng vôi tự do trong xi măng đông cứng bằng

cách thêm vào vật liệu pozzolan. Chất này phản ứng với vôi tạo thêm một

phần vật liệu xi măng.

Ngoài ra, có thể thêm vào xi măng lượng calcium sulfate tương ứng với

C3A để tạo thành calcium sulfoaluminate trước khi vữa xi măng đông cứng.

Tuy nhiên không có phương pháp nào loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng của

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

sulfate mà chỉ hạn chế ở một mức độ nhất định.

GEOPET

CÁC QUÁ TRÌNH ĂN MÒN XI MĂNG

Dưới tác dụng của môi trường xâm thực lỏng lên đá xi măng, các

quá trình ăn mòn cơ bản bao gồm 3 dạng:

- Dạng 1: các quá trình hoà tan đá xi măng mà trước hết là Ca(OH)2 do

C3S thủy hoá tạo ra tan vào nước thấm qua đá xi măng,

- Dạng 2: các phản ứng trao đổi giữa các thành phần của môi trường

và đá xi măng tạo ra các sản phẩm tan trong nước, hoặc là các sản

phẩm tơi xốp không có tính kết dính,

- Dạng 3: các quá trình tạo tích tụ muối trong các lỗ hổng, vết nứt và

trong các mao quản. Trong những điều kiện nhất định chúng trương

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

nở thể tích gây ra ứng suất phá huỷ đá xi măng.

GEOPET

4. CÁC PHƯƠNG PHÁP

TRÁM XI MĂNG

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

NỘI DUNG

1. Các phương pháp trám xi măng

2. Trám xi măng ống chống đường kính lớn

3. Trám xi măng ống chống đường kính nhỏ

4. Bơm ép và đặt cầu xi măng

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÁM XI MĂNG

Trám xi măng là bơm vữa xi măng thích hợp ở một chiều sâu nào đó của

giếng khoan hoặc trong khoảng không hình xuyến giữa thành giếng

khoan và cột ống chống, hoặc giữa các cột ống chống.

Trám xi măng cột ống chống nhằm các mục đích sau:

(cid:131) Gia cố thành giếng khoan;

(cid:131) Liên kết cột ống chống với thành giếng khoan, chịu một phần tải

trọng và đảm bảo chắc chắn về mặt cơ học cho cột ống chống;

(cid:131) Làm kín khoảng không vành xuyến, bảo vệ cột ống chống khỏi rỉ

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

sét, hư hại do các lưu chất có trong các tầng đất đá khoan qua;

GEOPET

CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÁM XI MĂNG

(cid:131) Cách ly tầng mất dung dịch, bảo đảm kiểm soát giếng và khả năng

nâng cao tỉ trọng dung dịch khi khoan sâu hơn;

(cid:131) Cách ly các tầng sản phẩm, cho phép lựa chọn tầng khai thác hoặc

bơm ép thích hợp;

(cid:131) Bảo vệ chân đế ống chống khỏi các chấn động khi khoan sâu hơn;

(cid:131) Tạo đáy kín cho các thiết bị kiểm tra và an toàn lắp đặt ở đầu giếng;

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:131) Kiểm soát giếng hoặc dập giếng.

GEOPET

CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÁM XI MĂNG

Các hệ quả thường gặp khi trám xi măng kém chất lượng:

- Ống chống bị ăn mòn nhanh, tuổi thọ của giếng giảm;

- Lưu chất xâm nhập vào khoảng không giữa xi măng và thành hệ, tạo

các kênh dẫn liên thông giữa tầng khai thác và các tầng lân cận, ví dụ:

các tầng trong vỉa liên thông nhau, nước đáy xâm nhập vào vỉa dầu,…

- Khí từ vỉa có thể thoát lên bề mặt, gây nguy hiểm cho quá trình khai

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

thác.

GEOPET

CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÁM XI MĂNG

Có nhiều phương pháp trám xi măng, mỗi phương pháp thích hợp với

(cid:153) Trám xi măng lần đầu (sơ cấp), áp dụng khi trám xi măng:

một yêu cầu cụ thể. Tổng quát, trám xi măng được phân loại như sau:

- Ống chống dẫn hướng;

- Ống chống bề mặt;

- Ống chống trung gian;

(cid:153) Trám xi măng lần hai (thứ cấp), bao gồm:

- Ống chống khai thác.

- Bơm ép xi măng;

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

- Đặt cầu xi măng.

GEOPET

CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÁM XI MĂNG

(cid:131) Trám xi măng ống chống đường kính lớn, áp dụng cho:

Trong trám xi măng sơ cấp, kỹ thuật trám lại được phân loại:

• Ống chống dẫn hướng

(cid:131) Trám xi măng ống chống đường kính nhỏ, áp dụng cho:

• Ống chống bề mặt

• Ống chống trung gian

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

• Ống chống khai thác

GEOPET

CÁC CẤP ỐNG CHỐNG

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

CHUỖI ỐNG CHỐNG

Production Casing

Intermediate Casing

Surface Casing

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

Conductor

GEOPET

TRÁM XI MĂNG ỐNG CHỐNG ĐK LỚN

Hai kỹ thuật trám xi măng ống chống đường kính lớn thông thường:

- Trám bằng cần (stab-in, stinger)

Cần khoan

Trám bằng cần và trám qua vành xuyến

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

- Trám qua vành xuyến (top-up).

GEOPET

TRÁM BẰNG CẦN

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

TRÁM XI MĂNG ỐNG CHỐNG ĐK NHỎ

(cid:153) Kỹ thuật trám xi măng đường kính nhỏ bao gồm:

(cid:131) Trám xi măng một giai đoạn

(cid:131) Trám xi măng nhiều giai đoạn

• Trám xi măng hai giai đoạn thông thường

• Trám xi măng hai giai đoạn liên tục

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

• Trám xi măng ba giai đoạn

GEOPET

TRÁM XI MĂNG MỘT GIAI ĐOẠN

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

TRÁM XI MĂNG NHIỀU GIAI ĐOẠN

Đầu nối phân tầng

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

TRÁM XI MĂNG ỐNG CHỐNG LỬNG

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

Thiết bị trám xi măng ống chống lửng

GEOPET

BƠM ÉP XI MĂNG - BRADENHEAD

Phương pháp này

được áp dụng khi bơm

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

ép ở áp suất thấp

GEOPET

BƠM ÉP XI MĂNG - PACKER

(cid:153) Phương pháp này cho phép bơm ép xi măng chính xác hơn và áp suất

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

bơm ép cao hơn.

GEOPET

BƠM ÉP XI MĂNG - ỐNG CHỐNG LỬNG

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

ĐẶT CẦU XI MĂNG – PP CÂN BẰNG

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

ĐẶT CẦU XI MĂNG – PP RÓT XI MĂNG

(cid:153) Thiết bị rót xi măng được điều khiển

bằng điện từ bề mặt.

(cid:153) Phương pháp có độ chính xác cao và

xi măng không bị nhiễm bẩn.

(cid:153) Phương pháp không thích hợp với

giếng sâu.

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:153) Thể tích xi măng mỗi lần rót hạn chế.

GEOPET

CÁC TRANG THIẾT BỊ

(cid:153) Các trang thiết bị

(cid:131) Đầu trám xi măng

(cid:131) Nút trám trên

(cid:131) Nút trám dưới

(cid:131) Giỏ trám xi măng

(cid:131) Lồng định tâm

(cid:131) Vòng nối lồng định tâm

(cid:131) Chổi nạo

(cid:131) Chân đế ống chống nổi

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

(cid:131) Vòng dừng

GEOPET

ĐẦU TRÁM XI MĂNG

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

NÚT TRÁM XI MĂNG

Nút trám xi măng

a) bình thường

b) chống xoay

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

GIỎ TRÁM XI MĂNG

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

LỒNG ĐỊNH TÂM

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

VÒNG NỐI LỒNG ĐỊNH TÂM

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

CHỔI NẠO

Chổi nạo tịnh tiến

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

Chổi nạo quay

GEOPET

CHÂN ĐẾ ỐNG CHỐNG

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

VÒNG DỪNG

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng

GEOPET

KẾT THÚC

(cid:153)

Dung dịch khoan và xi măng