Giáo trình Thí nghiệm dung dịch khoan (Nghề: Khoan khai thác dầu khí - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí (năm 2020)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:109

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Thí nghiệm dung dịch khoan cung cấp cho người đọc những kiến thức như: Các phương pháp tuần hoàn dung dịch; Các chức năng của dung dịch khoan; Các loại dung dịch khoan được sử dụng; Các thông số của dung dịch khoan và cách xác định. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Thí nghiệm dung dịch khoan (Nghề: Khoan khai thác dầu khí - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí (năm 2020)

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: THÍ NGHIỆM DUNG DỊCH KHOAN NGHỀ: KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số:191/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020 của Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2020 (Lưu hành nội bộ)
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. Trang 1
LỜI GIỚI THIỆU Ngày nay với công nghệ khoan hiện đại thì sự thành công của các giếng khoan sâu cũng đã có nhiều bước tiến đáng kể. Để phương pháp khoan xoay có rửa mang lại hiệu quả kinh tế cao thì sự góp mặt của dung dịch khoan đóng vai trò vô cùng to lớn. Nhờ dung dịch khoan có chất lượng cao, phù hợp tuần hoàn liên tục xuống giếng mà quá trình khoan nhanh hơn, hiệu quả cao hơn, chiều sâu giếng khoan cũng ngày càng có từng bước đột phá. Việc pha chế cũng như đo các thông số của dung dịch không khó nhưng đòi hỏi người thợ phải yêu nghề, chịu khó, cẩn thận và có nhiều kinh nghiệm để có thể luôn nắm vững quy trình pha chế và kiểm soát thông số một cách chính xác nhanh chóng đảm bảo chất lượng dung dịch phục vụ cho quá trình khoan. Nhằm phục vụ tốt cho công tác giảng dạy của giáo viên cũng như học tập của học sinh nghề khoan khai thác trong Trường, tôi đã tham khảo nhiều giáo trình của các tác giả trong và ngoài nước, các tài liệu kỹ thuật về các hệ dung dịch khoan tại các đơn vị sản xuất như Vietsovpetro, DMC, MI,… Toàn bộ quyển Thí nghiệm dung dịch khoan và xi măng bao gồm có 8 bài đề cập đến tất cả các vấn đề từ lý thuyết dung dịch khoan, cách pha chế dung dịch khoan, cách đo các thông số cũng như sử dụng các thiết bị để đo các thông số đó. Mặc dù tôi đã rất cố gắng song trong quá trình biên soạn giáo trình này không thể tránh khỏi các sai sót về nội dung, hình thức, cũng như là những sai sót trong quá trình in ấn, trình bày, mong người đọc, các bạn đồng nghiệp chân thành góp ý để chúng tôi hoàn thiện hơn giáo trình hơn nữa. Trân trọng cảm ơn./. Bà rịa - Vũng Tàu, tháng 3 năm 2020 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: Ths. Phạm Thị Nụ 2. Ks. Lý Tòng Bá 3. ThS. Phạm Hữu Tài Trang 2
MỤC LỤC TRANG Bài 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP TUẦN HOÀN DUNG DỊCH ................................15 1.1. PHƯƠNG PHÁP TUẦN HOÀN THUẬN................................................................... 17 1.2. PHƯƠNG PHÁP TUẦN HOÀN NGHỊCH ................................................................. 18 1.3. TUẦN HOÀN CỤC BỘ ............................................................................................... 20 Bài 2: CÁC CHỨC NĂNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN .....................................22 2.1. RỬA SẠCH GIẾNG KHOAN VÀ VẬN CHUYỂN MÙN KHOAN ......................... 23 2.2. TRẤN ÁT ÁP SUẤT THÀNH HỆ .............................................................................. 25 2.3. GIA CỐ THÀNH GIẾNG KHOAN ............................................................................. 26 2.4. LÀM MÁT VÀ BÔI TRƠN CÁC CHI TIẾT CHỊU MA SÁT CỦA BỘ DỤNG CỤ KHOAN ........................................................................................................................ 28 2.5. GIỮ HẠT MÙN KHOAN Ở TRẠNG THÁI LƠ LỬNG KHI NGỪNG TUẦN HOÀN 29 2.6. TÁC ĐỘNG PHÁ HỦY ĐẤT ĐÁ ............................................................................... 29 2.7. TRUYỀN NĂNG LƯỢNG THỦY LỰC CHO ĐỘNG CƠ ĐÁY ............................... 30 2.8. GIẢM TẢI TRỌNG LÊN MÓC NÂNG ...................................................................... 31 2.9. TRUYỀN THÔNG TIN TỪ ĐÁY GIẾNG LÊN BỀ MẶT ...............................32 Bài 3: CÁC LOẠI DUNG DỊCH KHOAN ĐƯỢC SỬ DỤNG .............................36 3.1. PHÂN LOẠI THEO CHẤT LỎNG NỀN .................................................................... 37 3.1.1. Dung dịch gốc nước ...................................................................................................... 37 3.1.2. Dung dịch gốc dầu ........................................................................................................ 42 3.1.3. Dung dịch nhũ tương .................................................................................................... 45 3.1.4. Dung dịch với chất rửa là khí, chất bọt và dung dịch bọt gốc nước ............................. 47 3.2. PHÂN LOẠI THEO API VÀ IADC ............................................................................ 48 3.2.1. Hệ không phân tán 1 ..................................................................................................... 48 3.2.2. Hệ phân tán 2 ................................................................................................................ 48 3.2.3. Hệ dung dịch được xử lý bằng các hợp chất Canxi ..................................................... 49 3.2.4. Dung dịch Polime ......................................................................................................... 50 3.2.5. Hệ dung dịch có hàm lượng pha rắn thấp ..................................................................... 50 3.2.6. Hệ dung dịch muối........................................................................................................ 51 3.2.7. Dung dịch gốc dầu mỏ .................................................................................................. 51 3.2.8. Dung dịch gốc dầu tổng hợp ......................................................................................... 52 3.2.9. Dung dịch không khí, sương bọt và khí ........................................................................ 52 3.3. ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN ĐẾN CÁC THÀNH HỆ TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN ........................................................................................................... 56 3.4. CÁC HIỆN TƯỢNG PHỨC TẠP TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN ........................... 57 3.4.1. Sự trương nở sét ............................................................................................................. 57 3.4.2. Mất cân bằng áp suất ...................................................................................................... 58 3.4.3. Hiện tượng mất dung dịch .............................................................................................. 58 3.4.4. Các giếng khoan ngang hoặc xiên có góc nghiêng lớn .................................................. 68 3.4.5. Dầu khí, nước vào lỗ khoan (Hiện tượng kick) .............................................................. 69 3.4.6. Kẹt dụng cụ khoan .......................................................................................................... 71 Trang 3
3.4.7. Sập lở thành lỗ khoan ................................................................................................... 73 3.4.8. Phạm vi sử dụng và một số loại dung dịch khoan thường dùng ................................... 76 3.4.9. Các kiểu dung dịch khoan và thành phần ..................................................................... 78 Bài 4: CÁC THÔNG SỐ CỦA DUNG DỊCH KHOAN VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH 83 4.1. CÁC THÔNG SỐ CỦA DUNG DỊCH KHOAN ......................................................... 84 4.1.1. Tỷ trọng của dung dịch ................................................................................................. 84 4.1.2. Độ nhớt ......................................................................................................................... 85 4.1.3. Ứng suất trượt tĩnh  (hoặc độ bền Gel) ....................................................................... 86 4.1.4. Độ thải nước và độ dày vỏ bùn của dung dịch ............................................................. 87 4.1.5. Hàm lượng cát............................................................................................................... 87 4.1.6. Độ ổn định của dung dịch (C)....................................................................................... 87 4.1.7. Độ nhớt dẻo (PV) .......................................................................................................... 88 4.1.8. Ứng lực cắt động (YP) .................................................................................................. 88 4.1.9. Độ pH............................................................................................................................ 88 4.1.10. Hàm lượng pha rắn ....................................................................................................... 89 4.1.11. Độ lắng ngày đêm (L - %) ............................................................................................ 89 4.1.12. Hàm lượng pha keo ....................................................................................................... 89 4.1.13. Hàm lượng khoáng hóa ................................................................................................. 89 4.1.14. Hàm lượng Ca+2, Mg+2.................................................................................................. 90 4.1.15. Hàm lượng K+ ............................................................................................................... 90 4.1.16. Hàm lượng kiềm ........................................................................................................... 91 4.1.17. Khả năng giữ mùn khoan của dung dịch ...................................................................... 92 4.2. CÁCH XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA DUNG DỊCH KHOAN ........................ 93 4.2.1. Xác định tỷ trọng dung dịch ......................................................................................... 93 4.2.2. Độ nhớt ......................................................................................................................... 94 4.2.3. Ứng suất trượt tĩnh  (hoặc độ bền Gel) ....................................................................... 95 4.2.4. Độ thải nước và độ dày vỏ bùn của dung dịch ............................................................. 97 4.2.5. Hàm lượng cát............................................................................................................... 99 4.2.6. Độ ổn định của dung dịch (C)..................................................................................... 100 4.2.7. Độ nhớt dẻo (PV) ........................................................................................................ 101 4.2.8. Ứng lực cắt động (YP) ................................................................................................ 101 4.2.9. Độ pH.......................................................................................................................... 101 4.2.10. Hàm lượng pha rắn ..................................................................................................... 101 4.2.11. Khả năng giữ mùn khoan của dung dịch .................................................................... 103 4.2.12. Các thiết bị phụ trợ khác ............................................................................................. 103 4.2.13. Các hóa phẩm sử dụng ................................................................................................ 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................108 Trang 4
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT API Viện dầu khí Mỹ IADC Hiệp hội các nhà thầu khoan đa quốc gia AKK Phèn nhôm kali Trang 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuần hoàn dung dịch Trang 17 Hình 1.2. Phương pháp tuần hoàn thuận Trang 18 Hình 1.3. Phương pháp tuần hoàn nghịch Trang 19 Hình 1.4. Phương pháp tuần hoàn cục bộ Trang 20 Hình 2.1. Các chức năng chính của dung dịch khoan Trang 23 Hình 2.2. Mùn khoan tuần hoàn lên từ dưới giếng. Trang 24 Hình 2.3. Sự cân bằng áp suất trong quá trình khoan Trang 26 Hình 2.4. Sự tạo thành lớp vỏ bùn trong quá trình khoan Trang 27 Hình 2.5. Sự hình thành lớp vỏ sét Trang 27 Hình 2.6. Gia tăng nhiệt độ lên choòng trong quá trình khoan Trang 28 Hình 2.7. Dung dịch chuẩn bị bơm xuống giếng Trang 29 Hình 2.8. Turbine khoan Trang 31 Hình 2.9. Lực đẩy Accimet Trang 32 Hình 2.10. Sơ đồ mô phỏng thông tin địa chât giếng bằng các đường gamaray Trang 34 Hình 3.1. Dung dịch Polime Trang 42 Hình 3.2. Pha chế dung dịch gốc dầu Trang 43 Hình 3.3. Bitum Trang 43 Hình 3.4. Pha chế dung dịch bitum Trang 44 Hình 3.5. Cấu tạo hóa học nhũ tương nước trong dầu Trang 46 Hình 3.6. Sự chuyển hóa giữa nhũ tương nước trong dầu và dầu trong nước Trang 47 Hình 3.7. Hệ thống khoan thổi khí Trang 53 Hình 3.8. Hệ thống khoan sử dụng hỗn hợp bọt Trang 54 Hình 3.9. Hỗn hợp khí-nước di chuyển trong giếng Trang 55 Hình 3.10. Hệ thống khoan sử dụng hỗn hợp khí - nước Trang 55 Hình 3.11. Khả năng mất dung dịch trong quá trình khoan Trang 59 Hình 3.12. Bơm vật liệu thô bịt kín khe nứt Trang 63 Hình 3.13. Vật liệu chống mất dung dịch Trang 63 Hình 3.14. Xác định chiều sâu mất dung dịch bằng nhiệt kế Trang 64 Hình 3.15. Sơ đồ và dụng cụ xác định mực dung dịch trong giếng khoan Trang 66 Hình 3.16. Sơ đồ tính toán khi kẹt dụng cụ khoan Trang 72 Hình 4.1. Bột CaCO3 Trang 85 Hình 4.2. Kali clorua Trang 90 Hình 4.3. Dung dịch xuất hiện nhiều bọt Trang 90 Hình 4.4. Phèn nhôm AKK Trang 91 Hình 4.5. KCl Trang 91 Hình 4.6. Na0H Trang 92 Hình 4.7. NaHCO3 Trang 92 Hình 4.8. Bentonite API Trang 92 Hình 4.9. Bentonite nội địa Trang 93 Hình 4.10. Cân tỷ đo trọng dung dịch Trang 93 Hình 4.11. Phễu đo độ nhớt biểu kiến của dung dịch Trang 94 Hình 4.12. Xác định độ nhớt biểu kiến tại công trường Trang 94 Hình 4.13. Cấu tạo của phễu đo độ nhớt biểu kiến Trang 95 Hình 4.14. Cấu tạo ngoài của Reometer Trang 96 Hình 4.15. Sơ đồ cấu tạo trong của Reometer Trang 96 Hình 4.16. Thiết bị đo độ thải nước và độ dày vỏ bùn sử dụng khí nén Trang 97 Hình 4.17. Thiết bị đo độ thải nước và độ dày vỏ bùn sử dụng bình CO2 tạo áp Trang 97 Hình 4.18. Bộ six units filter press Trang 98 Trang 6
Hình 4.19. Cốc đựng mẫu xác định độ thải nước và độ dày vỏ bùn Trang 98 Hình 4.20. Dụng cụ đo hàm lượng cát Trang 99 Hình 4.21. Vạch đo trên dụng cụ đo hàm lượng cát Trang 100 Hình 4.22. Cấu tạo dụng cụ đo hàm lượng chất rắn Trang 102 Hình 4.23. Thực hiện đo hàm lượng chất rắn Trang 102 Hình 4.24. Cân tiểu ly Trang 103 Hình 4.25. Đồng hồ bấm giây Trang 103 Hình 4.26. Bơm tạo áp suất nhỏ Trang 104 Trang 7
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3. 1 Tổng hợp cấu trúc và tính chất của các khoáng vật sét ............................................ 41 Bảng 3. 2 Phân loại sử dụng các hệ dung dịch theo IADC ...................................................... 56 Bảng 3. 3 ................................................................................................................................... 60 Bảng 3. 4 Một số dung dịch khoan thường dùng ..................................................................... 76 Trang 8
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN 1. Tên mô đun: Thí nghiệm dung dịch khoan 2. Mã mô đun: KKT19MĐ37 3. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: 3.1. Vị trí: Đây là mô đun chuyên môn nghề của chương trình đào tạo khoan khai thác dầu khí hệ Cao đẳng, Trung cấp. Mô đun này được bố trí sau khi đã học xong môn địa chất cơ sở, cơ sở khoan và được bố trí trước mô đun hệ thống tuần hoàn dung dịch, hệ thống chống ống và trám xi măng, hệ thống kiểm soát giếng khoan. 3.2. Tính chất: Mô đun này trang bị những kiến thức chuyên môn nghề về việc xác các thông số của dung dịch khoan cho giếng khoan. 3.3. Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Mô đun đóng vai trò vô cùng quan trọng, quyết định sự thành công và chiều sâu giếng khoan trong công tác khoan dầu khí. 4. Mục tiêu của mô đun: 4.1. Về kiến thức: A1. Trình bày được các phương pháp tuần hoàn dung dịch khoan. A2. Trình bày được các loại dung dịch khoan. A3. Trình bày được các tính chất của dung dịch khoan. A4. Trình bày được các thông số của dung dịch. A5. Trình bày được các hoá phẩm thường dùng để điều chế, gia công hoá học dung dịch khoan. 4.2. Về kỹ năng: B1. Đo và xác định được các thông số của dung dịch khoan trong quá trình thi công một giếng khoan. B2. Sử dụng thành thạo các thiết bị, dụng cụ và hóa chất trong phòng thí nghiện dung dịch khoan. 4.3. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: C1. Tuân thủ tuyệt đối các qui định về an toàn, PCCC, nội quy phòng học thí nghiệm và quy chế của nhà trường. C2. Tuân thủ các qui trình vận hành các thiết bị điện có liên quan. C3. Xác định được công việc phải thực hiện, hoàn thành các công việc theo yêu cầu, không để xảy ra sự cố, hư hỏng đối với hệ thống thiết bị. 5. Nội dung của mô đun: Trang 9
5.1. Chương trình khung Thời gian đào tạo (giờ) Số tín Thực Kiểm Mã MH/MĐ/HP Tên môn học/ mô đun chỉ Lý hành tra Tổng thuyế thí nghiệ số t m bài tập T thảo luận LT H Các môn học chung/ đại I 12 255 94 148 8 5 cương MHCB19MH01 Giáo dục chính trị 2 30 15 13 2 0 MHCB19MH03 Pháp luật 1 15 9 5 1 0 MHCB19MH05 Giáo dục thể chất 1 30 4 24 0 2 Giáo dục quốc phòng và An MHCB19MH07 2 45 21 21 1 2 ninh MHCB19MH09 Tin học 2 45 15 29 0 1 TA19MH01 Tiếng Anh 4 90 30 56 4 0 Các môn học, mô đun II. 44 1125 243 832 16 34 chuyên môn ngành, nghề Môn học, mô đun kỹ thuật cơ II.1. 12 240 102 126 7 5 sở ATMT19MH01 An toàn vệ sinh lao động 2 30 23 5 2 0 CK19MH01 Vẽ kỹ thuật - 1 2 45 15 28 0 2 KTĐ19MH11 Điện kỹ thuật cơ bản 3 45 36 6 3 0 TĐH19MĐ11 Cơ sở điều khiển quá trình 2 45 14 29 1 1 KKT19MH31 Địa chất cơ sở 3 75 14 58 1 2 Môn học, mô đun chuyên II.2. 32 885 141 706 9 29 môn ngành, nghề KKT19MH33 Cơ sở khoan 3 45 42 0 3 KKT19MĐ37 Thí nghiệm dung dịch khoan 3 75 14 58 1 2 KKT19MĐ40 Hệ thống nâng hạ 4 105 14 87 1 3 KKT19MĐ41 Hệ thống tuần hoàn dung dịch 4 105 14 87 1 3 Vận hành hệ thống chuỗi cần KKT19MĐ42 khoan và dụng cụ phá hủy đất 5 135 14 116 1 4 đá Hệ thống chống ống và trám KKT19MĐ43 4 105 14 87 1 3 xi măng Hệ thống kiểm soát giếng KKT19MĐ44 5 135 14 116 1 4 khoan 1 Trang 10
Thời gian đào tạo (giờ) Số tín Thực Kiểm Mã MH/MĐ/HP Tên môn học/ mô đun chỉ Lý hành tra Tổng thuyế thí nghiệ số t m bài tập T thảo luận LT H KKT19MĐ46 Thực tập sản xuất 4 180 15 155 0 10 Tổng cộng 56 1380 337 980 24 39 5.2. Chương trình mô đun chi tiết Thời gian (giờ) Số Tên chương, mục Tổng Lý Thực Kiểm TT số thuyết hành tra Bài 1. Các phương pháp tuần hoàn 2 2 0 0 1 dung dịch Bài 2. Các chức năng của dung dịch 3 3 0 0 2 khoan Bài 3: Các loại dung dịch khoan được 6 5 0 1 3 sử dụng Bài 4: Các thông số của dung dịch 64 4 58 2 4 khoan và cách xác định Cộng 75 14 58 3 6. Điều kiện thực hiện môn học: 6.1. Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn 6.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn 6.3. Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, mô hình học tập,… 6.4. Các điều kiện khác: Phòng thí nghiệm dung dịch khoan 7. Nội dung và phương pháp đánh giá: 7.1. Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. Trang 11
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. 7.2. Phương pháp: Người học được đánh giá tích lũy môn học như sau: 7.2.1. Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. - Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Dầu khí như sau: Điểm đánh giá Trọng số + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc mô đun 60% 7.2.2. Phương pháp đánh giá Phương pháp Phương pháp Hình thức Chuẩn đầu ra Số Thời đánh giá tổ chức kiểm tra đánh giá cột điểm kiểm tra Thường Viết/ Tự luận/ A1, A2, C1, C2 1 Sau 5 giờ. xuyên Thuyết trình Trắc nghiệm/ Báo cáo Định kỳ Viết/ Tự luận/ A3, A4, C1, C2 1 Sau 15 giờ Thuyết trình Trắc nghiệm/ A5, B1, B2, C1, 2 Báo cáo C2 Sau 73 giờ Kết thúc môn Viết Tự luận và A1, A2, A3, A4, 1 Sau 75 đun trắc nghiệm A5, giờ B1, B2, C1, C2, C3, 7.2.3. Cách tính điểm - Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân. Trang 12
- Điểm môn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của môn học nhân với trọng số tương ứng. Điểm môn học theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân, sau đó được quy đổi sang điểm chữ và điểm số theo thang điểm 4 theo quy định của Bộ Lao động Thương binh và Xã hội về đào tạo theo tín chỉ. 8. Hướng dẫn thực hiện môn học 8.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng HSSV Trường Cao đẳng Dầu khí 8.2. Phương pháp giảng dạy, học tập môn học 8.2.1. Đối với người dạy * Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, diễn trình, làm mẫu bài tập tình huống, câu hỏi thảo luận…. * Bài tập: Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập theo nội dung đề ra. * Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra. * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên trong nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm. 8.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau: - Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu...) - Tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết và 100% số tiết thực hành.. Nếu người học vắng >30% số tiết lý thuyết hoặc > 0% số tiết thực hành phải học lại mô đun mới được tham dự kì thi lần sau. - Tự học và thảo luận nhóm: là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 8-10 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm. - Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ. - Tham dự thi kết thúc mô đun. - Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học. 9. Tài liệu tham khảo: [1] Trần Đình Kiên, Giáo trình dung dịch khoan và vữa trám, NXB Giao thông vận tải Trang 13
[2] TS. Lê Phước Hảo, Cơ sở khoan và khai thác dầu khí, NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2006. [3] J.P .Nguyen, Kỹ thuật khoan dầu khí, NXB Giáo dục, 1995. Trang 14
Bài 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP TUẦN HOÀN DUNG DỊCH ❖ GIỚI THIỆU BÀI 1 Bài 1 là bài giới thiệu bức tranh tổng quan về một số nội dung cơ bản của công tác tuần hoàn dung dịch xuống giếng phục vụ quá trình khoan. ❖ MỤC TIÊU BÀI 1 Sau khi học xong bài này, người học có khả năng: ➢ Về kiến thức: - Trình bày được các phương pháp tuần hoàn dung dịch và mô tả được đường đi của dung dịch khoan đối với mỗi phương pháp. ➢ Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: - Rèn luyện cho học sinh tính cẩn thận, tỉ mỉ trong các thao tác kỹ thuật, có tinh thần trách nhiệm cao trong công việc. ❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 1 - Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập bài 1 (cá nhân hoặc nhóm). - Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (bài 1) trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống bài 1 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định. ❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 1 - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Không có. - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Phòng mô hình khoan dầu khí ❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 1 - Nội dung: ✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức Bài 1: Các phương pháp tuần hoàn dung dịch Trang 15
✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng. ✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp: ✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng) ✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có ✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: không có ❖ NỘI DUNG BÀI 1 Lịch sử phát triển và sử dụng các loại dung dịch khoan - Từ thế kỷ XIX ở Trung Quốc người ta đã tiến hành rửa lỗ khoan bằng nước lã, sau đó là nước lã và các hạt sét có sẵn. - Từ năm 1905, dung dịch sét đã được dùng để rửa lỗ khoan trong giếng khoan đầu tiên ở Texas. - Năm 1921, ôxit sắt xay nhỏ được dùng để làm nặng dung dịch ở bang Arkansas và bang Louissiana (Mỹ). Sau đó, barite được tìm thấy có khả năng làm nặng dung dịch tốt hơn. - Đồng thời với việc làm nặng dung dịch người ta đã tìm ra xút (NaOH) và aluminat natri để làm ổn định dung dịch và giữ các hạt chất làm nặng ở trạng thái lơ lửng. - Năm 1937, tinh bột được dùng làm giảm độ thoát nước của dung dịch. - Năm 1944, Carboxymetyl Celullose (CMC) được dùng làm giảm độ thoát nước của dung dịch. - Sau đó, ở Mỹ và Nga đồng thời tìm ra dung dịch gốc dầu để mở vỉa dầu. - Từ năm 1939 – 1940, người ta dùng huyền phù carbonat để rửa lỗ khoan. - Năm 1943, người ta dùng dung dịch có vôi để có thể chịu được nhiệt độ cao hơn 1900C mà không bị đông đặc. - Năm 1953, dùng dung dịch thạch cao để thực hiện mục đích trên. - Ngoài việc rửa lỗ khoan bằng chất lỏng, công tác khoan còn dùng đến cả chất khí để rửa lỗ khoan, chất khí được sử dụng để thực hiện rửa lỗ khoan đầu tiên vào 1918. Qui trình sửa lỗ khoan trong quá trình khoan được mô tả bằng sơ đồ nguyên lý hệ thống tuần hoàn dung dịch khoan dưới đây: Bài 1: Các phương pháp tuần hoàn dung dịch Trang 16
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuần hoàn dung dịch Hiện nay để phục vụ cho công tác khoan các giếng khoan dầu khí bằng phương pháp khoan xoay có rửa, có 2 phương pháp tuần hoàn dung dịch xuống giếng khoan chính được sử dụng, đó là: - Tuần hoàn thuận. - Tuần hoàn nghịch. Ở đây tuần hoàn thuận có nghĩa là phương pháp tuần hoàn mà người ta sử dụng nhiều, một cách thường xuyên. Còn tuần hoàn nghịch là phương pháp chỉ được thực hiện rất ít, chỉ trong một số trường hợp nhất định mà thôi. Phương pháp tuần hoàn thuận được thực hiện ở tất cả các giếng khoan. Chỉ khi có những sự cố đặc biệt hoặc trong trường hợp thực hiện một nhiệm vụ đặc biệt nào đó thì tuần hoàn nghịch mới được sử dụng. Ngoài 2 phương pháp tuần hoàn dung dịch chính ở trên còn có thêm một phương pháp tuần hoàn nữa dựa trên nền phương pháp tuần hoàn thuận đó là phương pháp tuần hoàn cục bộ. 1.1. PHƯƠNG PHÁP TUẦN HOÀN THUẬN Trong phương pháp này dung dịch được bơm xuống giếng khoan theo phía trong cần khoan và đi lên theo khoảng không vành xuyến (quan sát hình 1.1) Dung dịch thoát ra từ choòng khoan và do đặc tính của các vòi phun thủy lực nên dòng dung dịch có vận tốc rất lớn làm rửa sạch răng chòng và còn tác dụng lên đáy giếng khoan một áp lực lớn làm phá hủy đất đá (có cấu trúc bở rời mềm…). Dòng dung dịch đi lên khoảng không vành xuyến mang theo mùn khoan và thoát lên bề mặt. - Ưu điểm của phương pháp tuần hoàn thuận: Bài 1: Các phương pháp tuần hoàn dung dịch Trang 17
+ Thực hiện đơn giản, không cần những thiết bị phức tạp để bịt kín miệng lỗ khoan. + Ít phá vỡ thành giếng khoan do dòng đi lên chậm. + Ít bị tắc (nghẽn) cần khoan do mùn khoan. + Có thể khoan được trong điều kiện mất dung dịch. - Nhược điểm: + Lượng tiêu hao nước rửa lớn mới đạt được vận tốc dòng chảy đủ nâng hạt mùn trong không gian vành xuyến, dễ gây sập nở thành lỗ khoan. + Tỷ lệ lấy mẫu thấp trong đất đá mềm và độ cứng trung bình (do va đập thuỷ lực). Hình 1.2. Phương pháp tuần hoàn thuận Trong đó: 1: là đường dung dịch vào 2: đường dung dịch ra 1.2. PHƯƠNG PHÁP TUẦN HOÀN NGHỊCH Dung dịch được bơm xuống giếng khoan thông qua khoảng không vành xuyến và đi lên theo phía trong cần khoan. Do tiết diện trong cần khoan nhỏ nên tốc độ đi lên nhanh, vì vậy phương pháp này được dùng trong trường hợp phải nâng nhanh mẫu lên khi lỗ khoan thăm dò đường kính nhỏ hay khoan qua các lớp đất đá có nhiều mùn khoan như cát, sa thạch bị phong hóa. Phương pháp này được áp dụng khi muốn thay thế loại dung dịch đang tuần hoàn trong lỗ khoan bằng loại dung dịch khác hoặc cần bơm ép để chống phun. Bài 1: Các phương pháp tuần hoàn dung dịch Trang 18
Phương pháp này cần thiết phải bịt kín miệng lỗ khoan bằng thiết bị đặc biệt, tiêu hao năng lượng bơm ép và dễ bị tắc cần khoan. Ít sử dụng hơn phương pháp thuận nhưng ở điều kiện phù hợp cho hiệu quả công tác tốt. - Ưu điểm: + Tăng tỷ lệ mẫu, đặc biệt trong đất đá mềm kém bền vững. + Tác dụng va đập thuỷ lực của dòng chảy lên thành lỗ khoan nhỏ. + Khả năng tách mùn khoan nhanh, tránh được sự cố kẹt mút cần khoan do lắng mùn. + Cho phép áp dụng kỹ thuật lấy mẫu liên tục. - Nhược điểm: + Thiết bị bịt kín miệng lỗ khoan phức tạp. Không khoan được trong điều kiện mất nước. Cấu trúc bộ khoan cụ phức tạp. + Dễ gây kẹt lắng mùn khi ngừng tuần hoàn. Phương pháp tuần hoàn nghịch được thực hiện bằng hai cách: - Có thiết bị bịt kín miệng lỗ khoan. - Không có thiết bị bịt kín miệng lỗ khoan (phải lắp thêm bơm chân không, elip hoặc elevator thuỷ lực). Hình 1.3. Phương pháp tuần hoàn nghịch Trong đó: 1: là đường dung dịch vào 2: đường dung dịch ra Bài 1: Các phương pháp tuần hoàn dung dịch Trang 19