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

Giáo trình Thí nghiệm dung dịch khoan được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp sinh viên trình bày được các phương pháp tuần hoàn dung dịch khoan; trình bày được các loại dung dịch khoan; trình bày được các tính chất của dung dịch khoan; trình bày được các thông số của dung dịch. Mời các bạn cùng tham khảo!

Trang 1

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ



GIÁO TRÌNH

NGHỀ: KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP

(Ban hành kèm theo Quyết định số: 211/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022

của Trường Cao Đẳng Dầu Khí)

Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2022

(Lưu hành nội bộ)

Trang 3

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 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 2022

Tham gia biên soạn

1 Chủ biên: Ths Phạm Thị Nụ

2 Ks Lý Tòng Bá

3 ThS Phạm Hữu Tài

Trang 4

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 24

2.2 TRẤN ÁT ÁP SUẤT THÀNH HỆ 26

2.3 GIA CỐ THÀNH GIẾNG KHOAN 27

2.4 LÀM MÁT VÀ BÔI TRƠN CÁC CHI TIẾT CHỊU MA SÁT CỦA BỘ DỤNG CỤ KHOAN 29

2.5 GIỮ HẠT MÙN KHOAN Ở TRẠNG THÁI LƠ LỬNG KHI NGỪNG TUẦN HOÀN 30 2.6 TÁC ĐỘNG PHÁ HỦY ĐẤT ĐÁ 30

2.7 TRUYỀN NĂNG LƯỢNG THỦY LỰC CHO ĐỘNG CƠ ĐÁY 31

2.8 GIẢM TẢI TRỌNG LÊN MÓC NÂNG 32

2.9 TRUYỀN THÔNG TIN TỪ ĐÁY GIẾNG LÊN BỀ MẶT 33

Bài 3: CÁC LOẠI DUNG DỊCH KHOAN ĐƯỢC SỬ DỤNG 37

3.1 PHÂN LOẠI THEO CHẤT LỎNG NỀN 38

3.1.1 Dung dịch gốc nước 38

3.1.2 Dung dịch gốc dầu 43

3.1.3 Dung dịch nhũ tương 46

3.1.4 Dung dịch với chất rửa là khí, chất bọt và dung dịch bọt gốc nước 48

3.2 PHÂN LOẠI THEO API VÀ IADC 49

3.2.1 Hệ không phân tán 1 49

3.2.2 Hệ phân tán 2 49

3.2.3 Hệ dung dịch được xử lý bằng các hợp chất Canxi 50

3.2.4 Dung dịch Polime 51

3.2.5 Hệ dung dịch có hàm lượng pha rắn thấp 51

3.2.6 Hệ dung dịch muối 52

3.2.7 Dung dịch gốc dầu mỏ 52

3.2.8 Dung dịch gốc dầu tổng hợp 53

3.2.9 Dung dịch không khí, sương bọt và khí 53

3.3 ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN ĐẾN CÁC THÀNH HỆ TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN 57

3.4 CÁC HIỆN TƯỢNG PHỨC TẠP TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN 58

3.4.1 Sự trương nở sét 58

3.4.2 Mất cân bằng áp suất 59

3.4.3 Hiện tượng mất dung dịch 59

3.4.4 Các giếng khoan ngang hoặc xiên có góc nghiêng lớn 69

3.4.5 Dầu khí, nước vào lỗ khoan (Hiện tượng kick) 70

Trang 5

3.4.7 Sập lở thành lỗ khoan 74

3.4.8 Phạm vi sử dụng và một số loại dung dịch khoan thường dùng 77

3.4.9 Các kiểu dung dịch khoan và thành phần 79

Bài 4: CÁC THÔNG SỐ CỦA DUNG DỊCH KHOAN VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH 85 4.1 CÁC THÔNG SỐ CỦA DUNG DỊCH KHOAN 86

4.1.1 Tỷ trọng của dung dịch 86

4.1.2 Độ nhớt 87

4.1.3 Ứng suất trượt tĩnh  (hoặc độ bền Gel) 88

4.1.4 Độ thải nước và độ dày vỏ bùn của dung dịch 89

4.1.5 Hàm lượng cát 89

4.1.6 Độ ổn định của dung dịch (C) 89

4.1.7 Độ nhớt dẻo (PV) 90

4.1.8 Ứng lực cắt động (YP) 90

4.1.9 Độ pH 90

4.1.10.Hàm lượng pha rắn 91

4.1.11.Độ lắng ngày đêm (L - %) 91

4.1.12.Hàm lượng pha keo 91

4.1.13.Hàm lượng khoáng hóa 91

4.1.14.Hàm lượng Ca+2, Mg+2 92

4.1.15.Hàm lượng K+ 92

4.1.16.Hàm lượng kiềm 93

4.1.17.Khả năng giữ mùn khoan của dung dịch 94

4.2 CÁCH XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA DUNG DỊCH KHOAN 95

4.2.1 Xác định tỷ trọng dung dịch 95

4.2.2 Độ nhớt 96

4.2.3 Ứng suất trượt tĩnh  (hoặc độ bền Gel) 99

4.2.4 Độ thải nước và độ dày vỏ bùn của dung dịch 101

4.2.5 Hàm lượng cát 104

4.2.6 Độ ổn định của dung dịch (C) 105

4.2.7 Độ nhớt dẻo (PV) 106

4.2.8 Ứng lực cắt động (YP) 106

4.2.9 Độ pH 106

4.2.10.Hàm lượng pha rắn 106

4.2.11.Khả năng giữ mùn khoan của dung dịch 108

4.2.12.Các thiết bị phụ trợ khác 108

4.2.13.Các hóa phẩm sử dụng 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO 114

Trang 6

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 7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang 8

Hình 4.19 Cốc đựng mẫu xác định độ thải nước và độ dày vỏ bùn Trang 103

Trang 9

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3 1 Tổng hợp cấu trúc và tính chất của các khoáng vật sét 42

Bảng 3 2 Phân loại sử dụng các hệ dung dịch theo IADC 57

Bảng 3 3 61

Bảng 3 4 Một số dung dịch khoan thường dùng 77

Trang 10

GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN

1 Tên mô đun: Thí nghiệm dung dịch khoan

2 Mã mô đun: PETD53137

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

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 11

5.1 Chương trình khung

Mã

MH/MĐ/HP Tên môn học/ mô đun

Số tín ch

t

Thực hành thí nghiệ

m bài tập thảo luận

Kiểm tra

II Các môn học, mô đun chuyên

II.1 Môn học, mô đun kỹ thuật cơ sở 10 210 79 121 5 5

MECM5200

II.2 Môn học, mô đun chuyên môn

Trang 12

Mã

MH/MĐ/HP Tên môn học/ mô đun

Số tín ch

t

Thực hành thí nghiệ

m bài tập thảo luận

Kiểm tra

Thực hành

Kiểm tra

1 Bài 1 Các phương pháp tuần hoàn

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

Trang 13

- 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

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

Chuẩn đầu ra đánh giá

Số cột

Thời điểm kiểm tra

C2

1

2

Sau 15 giờ Sau 73 giờ Kết thúc môn

C3,

1 Sau 75

giờ

7.2.3 Cách tính điểm

Trang 14

- 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

- 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

Trang 15

9 Tài liệu tham khảo:

[1] Trần Đình Kiên, Giáo trình dung dịch khoan và vữa trám, NXB Giao thông vận tải [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 16

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:

Trang 17

✓ 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

- 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:

Trang 18

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:

Trang 19

+ 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

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

Trang 20

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

2: đường dung dịch ra

Trang 21

1.3 TUẦN HOÀN CỤC BỘ

Nước rửa bơm vào lỗ khoan như trong phương pháp rửa thuận Trên cần khoan

có gắn thêm thiết bị thu mùn khoan (còn gọi là thiết bị lắng mùn) Phương pháp này được dùng trong trường hợp không thể rửa toàn bộ lỗ khoan hay để nâng cao tỉ lệ lấy mẫu hoặc sau khi xảy ra hiện tượng rơi rớt thiết bị vào lòng giếng, choòng khoan bị mất răng cắt…

Hình 1.4 Phương pháp tuần hoàn cục bộ

2: đường dung dịch ra 3: mùn khoan vào ống lắng

❖ TÓM TẮT BÀI 1

Trong bài này, một số nội dung chính được giới thiệu:

- Giới thiệu phương pháp tuần hoàn thuận

- Giới thiệu phương pháp tuần hoàn nghịch

- Giới thiệu phương pháp tuần hoàn cục bộ

Trang 22

Câu hỏi 1 Mô tả sơ đồ hệ thống tuần hoàn thuận?

Câu hỏi 2 Mô tả sơ đồ hệ thống tuần hoàn nghịch?

Câu hỏi 3 Mô tả sơ đồ hệ thống tuần hoàn cục bộ?

Câu hỏi 4 Trình bày ưu nhược điểm của tuần hoàn cục bộ?

Câu hỏi 5 Trình bày ưu nhược điểm của tuần hoàn thuận?

Trang 23

Bài 2: CÁC CHỨC NĂNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN

Bài 2 là bài giới thiệu bức tranh tổng quan về các tác dụng của dung dịch khoan trong quá trình khoan các giếng khoan dầu khí

- 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 2

- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Không

- Các điều kiện khác: Không có

Trang 24

- Nội dung:

✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức

✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)

✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có

Dung dịch khoan là một yếu tố đặc biệt quan trọng trong quá trình thi công các giếng khoan, nó góp phần nâng cao hiệu quả thi công giếng khoan một cách đáng kể khi được sử dụng hợp lý Dung dịch khoan có các chức năng sau:

Trang 25

Hình 2.1 Các chức năng chính của dung dịch khoan

2.1 RỬA SẠCH GIẾNG KHOAN VÀ VẬN CHUYỂN MÙN KHOAN

Mùn khoan được giải phóng kịp thời ra khỏi đáy giếng khoan sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho choòng khoan tiếp xúc một cách liên tục, trực tiếp lên đất đá ở đáy giếng khoan Khi thực hiện tuần hoàn dung dịch, dung dịch chảy qua các lỗ của choòng khoan

sẽ tác dụng một lực lên đáy giếng khoan và có tác dụng rửa sạch đáy giếng khoan Các mùn khoan sau khi được tách ra khỏi đáy giếng khoan, để khoan tiếp ta bắt buộc phải lấy chúng lên trên bề mặt bằng cách cho dung dịch tuần hoàn trong giếng khoan

Trang 26

Hình 2.2 Mùn khoan tuần hoàn lên từ dưới giếng

Việc tải mùn khoan lên mặt đất phụ thuộc vào các yếu tố như tốc độ đi lên của dung dịch, các tính chất của dung dịch, loại đất đá và kích thước của các hạt mùn khoan Mùn khoan đi lên theo dung dịch khoan, mùn khoan có khuynh hướng trượt xuống

do tác dụng của trọng lực, vận tốc trượt của mùn khoan phụ thuộc vào các yếu tố như: hình dạng kích thước, tỷ trọng của hạt mùn khoan và phụ thuộc vào chất lượng nước rửa Muốn bảo đảm tải hết mùn khoan phải duy trì tốc độ đi lên của dung dịch

- Vận tốc đi lên của dùng dung dịch:

V = Q/S (m/s) Trong đó:

Q: lưu lượng dung dịch quay trở về, m3/s S: tiết diện ngang của dòng dung dịch quay trở về, m2

- Vận tốc trượt xuống của hạt mùn khoan:

U = g.d2.(ñ -d)/18  (m/s) Trong đó:

g: gia tốc trọng trường

ñ: trọng lượng riêng của đất đá khoan qua

d: trọng lượng riêng của dung dịch

Trang 27

tăng, nhưng còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như tổn hao thuỷ lực, khả năng tách mùn khoan khó và áp suất bơm cao

Tỷ trọng của dung dịch cũng góp phần quan trọng trong việc tải mùn khoan Tăng

tỷ trọng dung dịch thì khả năng tải mùn khoan cũng tăng lên, nhưng áp suất bơm lớn, khả năng giải phóng mùn khoan ở đáy giếng khoan khó vì áp suất của cột dung dịch tác dụng lên đáy giếng khoan lớn, gây mất dung dịch, khó phá huỷ đá

Năng suất máy bơm càng lớn, lượng nước rửa bơm vào lỗ khoan càng nhiều, đáy

lỗ khoan càng rửa sạch thì tốc độ khoan càng tăng Tuy nhiên năng suất máy bơm cũng còn bị giới hạn bởi áp suất vỡ vỉa

Tóm lại muốn rửa sạch đáy và tải mùn khoan lên mặt đất thì ta phải sử dụng dung dịch khoan hợp lý và vận hành chế độ làm việc của máy bơm hợp lý

2.2 TRẤN ÁT ÁP SUẤT THÀNH HỆ

Khi ta khoan vào đất đá để tạo giếng khoan là ta làm mất trạng thái cân bằng tự nhiên của đất đá, nếu ta không bù thêm một lực nào vào sự mất cân bằng này thì đất đá xung quanh thành giếng khoan sẽ có xu hướng dịch chuyển vào tâm giếng khoan để làm

co hẹp thành giếng khoan và thậm chí có thể làm sập lở thành giếng khoan, phun dầu,… gây phức tạp cho công tác thi công giếng khoan Vậy áp suất thuỷ tĩnh do cột dung dịch tạo ra ở trong giếng khoan sẽ tác dụng vào thành giếng khoan làm cân bằng, ổn định và ngăn ngừa các sự cố phức tạp và cuối cùng giữ cho giếng khoan hoàn thành chỉ tiêu kinh

tế kỹ thuật cao

Ngoài ra áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch phải luôn lớn hơn hoặc bằng áp suất địa tầng đã khoan qua và sẽ khoan qua (trừ những trường hợp khoan vào địa tầng đặc biệt) để ngăn ngừa hiện tượng phun trào trong quá trình khoan

Trang 28

Hình 2.3 Sự cân bằng áp suất trong quá trình khoan

Áp suất thủy tĩnh được xác định bởi các công thức sau:

P = P0 + .H/10 (kG/cm2) Trong đó:

- P0 là áp suất tại miệng giếng khoan tính bằng (kG/cm2)

- : là trọng lượng riêng của dung dịch trong giếng khoan tính bằng (G/cm3)

- H: là độ sâu theo phương thẳng đứng của giếng khoan tính bằng (m) Ngoài ra, có thể xác định áp suất thủy tĩnh theo công thức sau:

P = P0 + 0,052..H Trong đó:

- P0 là áp suất tại miệng giếng khoan tính bằng (psi)

- : là trọng lượng riêng của dung dịch trong giếng khoan tính bằng (ppg)

- H: là độ sâu theo phương thẳng đứng của giếng khoan tính bằng (ft)

2.3 GIA CỐ THÀNH GIẾNG KHOAN

Khi khoan qua các tầng đất đá thẩm thấu, dung dịch sẽ chảy vào địa tầng và các phần tử rắn trong dung dịch vì có kích thước lớn hơn so với kích thước của lỗ hổng của đất đá nên không đi sâu vào trong thành hệ được mà chỉ bám lại ở trên thành giếng khoan Việc tích tụ những phần tử rắn ở trên thành giếng khoan tạo nên lớp vỏ bùn đóng vai trò như một cột ống chống mỏng ở trong giếng khoan sẽ ngăn ngừa, làm chậm sự xâm nhập của dung dịch vào thành hệ

Trang 29

Hình 2.4 Sự tạo thành lớp vỏ bùn trong quá trình khoan

Độ dày và tính chất của lớp vỏ bùn phụ thuộc vào tính chất của dung dịch và tính chất của đất đá ở thành giếng Lớp vỏ bùn ở thành giếng khoan càng mỏng, càng mịn và chặt sít bao nhiêu thì càng tốt bấy nhiêu Vì lúc đó, nó có khả năng ngăn ngừa các sự cố phức tạp như trương nở và bó hẹp thành giếng khoan, bong các lớp vỏ sét v.v

- Vỏ bùn được hình thành trên các bề mặt nếu các khe nứt, lỗ hổng của đất đá có kích thước nhỏ

- Vỏ bùn được hình thành từ bên trong các khe nứt, lỗ hổng nếu các lỗ hổng có kích thước tương đối lớn

Hình 2.5 Sự hình thành lớp vỏ sét

Nhìn chung quá trình tạo thành lớp vỏ bùn trên thành giếng khoan thường phụ thuộc vào chất lượng dung dịch Nếu dung dịch có chất lượng tốt và chứa nhiều hạt keo thì các hạt keo sẽ sắp xếp có trật tự, chặt xít trên thành giếng và tạo thành lớp màng có chiều dày mỏng nhưng rắn chắc, có khả năng hạn chế tối đa nước thấm qua thành giếng vào vỉa, làm cho thành vững chắc ngăn được hiện tượng sập lở, bó hẹp thành giếng khoan

Để làm tốt chức năng gia cố thành giếng khoan của dung dịch người ta thêm một

số hoá phẩm vào dung dịch khoan nhằm thay đổi một số thông số của dung dịch khoan theo ý muốn

Trang 30

2.4 LÀM MÁT VÀ BÔI TRƠN CÁC CHI TIẾT CHỊU MA SÁT CỦA BỘ

DỤNG CỤ KHOAN

Trong quá trình khoan, cột cần khoan và choòng khoan sinh ra một lượng nhiệt đáng kể do ma sát (có thể kên đến gần 10000C), ngoài ra trong giếng khoan còn có một lượng nhiệt rất lớn do cấp địa nhiệt gây ra và lượng nhiệt này sẽ ảnh hưởng rất lớn đến tuổi thọ của choòng khoan và bộ dụng cụ đáy do đó lượng nhiệt này phải được dung dịch khoan hấp thụ mang lên mặt đất để giải phóng chúng

Hình 2.6 Gia tăng nhiệt độ lên choòng trong quá trình khoan

Bên cạnh chức năng làm mát đó dung dịch khoan còn có chức năng bôi trơn cần khoan và choòng khoan, công việc bôi trơn này được đảm nhiệm bởi các phần tử tạo tính nhớt có trong dung dịch Trong một số trường hợp người ta cho vào dung dịch các chất bôi trơn để kéo dài tuổi thọ của choòng và giảm mô men xoắn của cột cần khoan Thực tế cho thấy dung dịch làm lạnh dụng cụ phá đá tốt nhất là nước lã, sau đó là dung dịch sét và các chất lỏng khác, cuối cùng là chất khí

Trang 31

Hình 2.7 Dung dịch chuẩn bị bơm xuống giếng

Nước rửa còn bôi trơn ổ bi, các chi tiết khác của turbin, choòng khoan cần khoan

và ống chống do nước rửa làm giảm độ ma sát ở các bộ phận quay, bôi trơn và làm giảm nhẹ sự làm việc của các cơ cấu dẫn đến tăng độ bền của chúng, đặc biệt quan trọng trong khoan turbin

Hiệu quả bôi trơn càng tăng nếu pha vào dung dịch 8 - 10% dầu diesel hoặc dầu hỏa Dung dịch nhũ tương dầu có tác dụng bôi trơn tốt nhất, dùng dung dịch này khi khoan moment quay giảm 30%

Tóm lại chức năng làm mát và bôi trơn của dung dịch khoan sẽ làm tăng thêm tuổi thọ của cột cần khoan và đặc biệt là choòng khoan

2.5 GIỮ HẠT MÙN KHOAN Ở TRẠNG THÁI LƠ LỬNG KHI NGỪNG

TUẦN HOÀN

Trong công tác khoan có thể vì một nguyên nhân nào đó mà ta phải ngừng tuần hoàn (khi tiếp cần, thay choòng, kick,…) Lúc đó trong khoảng không vành xuyến còn rất nhiều mùn khoan chưa được nâng lên mặt đất Do trọng lượng bản thân các hạt mùn khoan sẽ lắng xuống gây kẹt giếng khoan

Nếu dung dịch tốt sẽ có khả năng giữ hạt mùn khoan ở trạng thái lơ lửng thì các hạt mùn khoan sẽ không lắng xuống đáy giếng khoan và gây nên kẹt bộ dụng cụ khoan Vậy một chức năng nữa của dung dịch là phải giữ hạt mùn khoan ở trạng thái lơ lửng khi ngừng tuần hoàn, nhưng đồng thời cũng đòi hỏi dễ tách các hạt mùn và các tạp chất khác ra khỏi dung dịch để không mang chúng vào vòng tuần hoàn tiếp theo Để thực hiện được chức năng này của dung dịch thì đòi hỏi dung dịch phải có tính lưu biến cao, nghĩa là dung dịch dễ đông đặc khi không chuyển động và dễ trở nên loãng khi chuyển động, muốn vậy ta phải tiến hành gia công hoá học dung dịch

2.6 TÁC ĐỘNG PHÁ HỦY ĐẤT ĐÁ

Trang 32

Dung dịch đi qua lỗ của choòng khoan với một vận tốc khá lớn (nhờ vòi phun thủy lực) cũng có tác dụng phá hủy đất đá

Đất đá là một khối vật thể có độ bền không đồng nhất, trong mạng tinh thể có những chỗ rất yếu và trên bề mặt có những khe nứt dọc ngang Dung dịch thấm sâu vào đất đá tạo nên vùng bị phá hủy trước khi có tác động của dụng cụ phá hủy, chúng làm các khe nứt rộng ra và để cho dụng cụ phá hủy thực hiện dễ dàng hơn Ngoài ra, người

ta còn cho thêm các hóa phẩm làm giảm độ cứng, làm tăng lực tương tác hóa lý giữa môi trường phân tán và bề mặt mới của đất đá được tạo ra trong quá trình phá hủy cơ học Gây tác dụng hoá lý với đất đá để làm giảm độ cứng của đất đá dẫn đến tăng hiệu suất phá huỷ của choòng khoan Nhưng đòi hỏi dung dịch không được làm trương nở đất đá gây nên những phức tạp khác trong quá trình khoan

Hiệu quả đó tăng thêm khi ta thêm vào nước rửa các chất giảm độ cứng Tác dụng các chất này là tăng lực tương tác hóa lý giữa môi trường phân hóa và bề mặt mới của đất đá tạo ra trong quá trình phá hủy cơ học

Các chất làm giảm độ cứng như hoạt chất cacbon, fenol, axit và các muối kiềm của chúng

+ Các chất điện phân: NaCl, MgCl2, CaCl2, AlCl3

+ Các muối của kim loại kiềm NaOH, Na2CO3

Lưu ý: Khi nồng độ các chất trên trong nước rửa nhỏ thì có tác dụng, khi nồng

độ tăng thì tác dụng ngược lại

2.7 TRUYỀN NĂNG LƯỢNG THỦY LỰC CHO ĐỘNG CƠ ĐÁY

Đối với một số ứng dụng: khoan định hướng, khoan bằng choòng kim cương… người ta gắn vào một động cơ đáy nằm ngay phía trên của choòng, nó có tác dụng làm quay bộ dụng cụ khoan Động cơ này làm việc được là nhờ năng lưu lượng dòng dung dịch đi qua bên trong bộ dụng cụ đáy, vậy chức năng nữa của dung dịch là truyền năng lượng thủy lực cho tuốc bin khoan Và ta biết rằng công suất của tuốc bin khoan được biểu diễn theo lưu lượng bơm của máy bơm dung dịch như sau:

N1/N2 = (Q1/Q2)3

Trong đó:

- N1 và N2 là công suất của động cơ đáy

- Q1 và Q2 là lưu lượng bơm của máy bơm

- Lượng nước rửa tăng lên ít nhưng công suất của turbin thay đổi rất nhiều

- Tăng tiến độ khoan

Ở máy bơm có sự liên hệ: Nb = p.Q

Trong đó: Nb: công suất của máy bơm dung dịch

p: áp lực ống thoát của máy bơm

Q: lưu lượng của máy bơm dung dịch

Muốn Q tăng để tăng công suất quay của turbin thì tăng Nb hay giảm p Trong kỹ thuật,

Nb có thể điều chỉnh dễ dàng nên tăng Q dễ dàng nhưng trong kỹ thuật khoan, do kích thước các ống dẫn hạn chế nên khi Q tăng làm p giảm Tùy theo độ bền của ống dẫn thủy lực, bơm và dụng cụ khoan mà p tăng đến trị số p < pmax do giá trị pmax đã làm hạn chế Q máy bơm

Khi Nb không đổi, muốn tăng Q thì phải giảm các tổn thất cục bộ Điều này thực hiện bằng 2 cách:

Trang 33

- Tăng đường kính của các phần có nước rửa chảy qua như ống dẫn, cần khoan và đầu nối, các lỗ thoát của choòng

- Dùng nước rửa linh động có tỷ trọng và độ nhớt nhỏ

Khi Q không đổi thì tổn thất thủy lực sẽ nhỏ nhất nếu làm sạch lỗ khoan bằng nước lã

- Tính toán thủy lực khoan nhằm tối ưu ROP (Rate of Penetration) bằng cách:

+ Tăng khả năng tách mùn khoan tại choòng

+ Tối đa độ giảm áp tại choòng

+ Tối ưu lực va đập thủy lực tại đáy giếng

- Áp lực tại choòng được làm giảm bằng cách:

+ Dùng cần khoan và đầu nối có kích thước nhỏ

+ Dùng động cơ đáy

+ Dùng thiết bị đo trong khi khoan

- Tổn thất áp suất cao khi:

Trang 34

Nhờ có lực đẩy acsimet mà dung dịch khoan đã làm giảm một lượng tải trọng đáng kể của cột cần khoan tác dụng lên móc nâng trong quá trình kéo thả cũng như trong quá trình khoan

Ta có công thức xác định lực đẩy Acsimet như sau:

F = V d

Trong đó:

F: là lực đẩy acsimet V: là thể tích vật thể chìm vào trong dung dịch

d: là trọng lượng riêng của dung dịch khoan

Nhìn vào công thức ta thấy lực đẩy Acsimet của dung dịch khoan lên cần khoan

và ống chống không những phụ thuộc vào thể tích cần khoan và ống chống ngập vào trong dung dịch mà còn phụ thuộc rất lớn vào trọng lượng riêng của dung dịch khoan

Hình 2.9 Lực đẩy Accimet

2.9 TRUYỀN THÔNG TIN TỪ ĐÁY GIẾNG LÊN BỀ MẶT

Nhờ sự tuần hoàn của dung dịch khoan mà các kỹ sư địa chất biết được các nguồn thông tin chủ yếu qua mùn khoan nhận được ở sàng rung khi tuần hoàn dung dịch, dấu vết chất lỏng hoặc khí nhờ các bộ cảm biến trên mặt Sự thay đổi các tính chất lý hóa của dung dịch (nhiệt độ, độ pH, các thành phần khoáng…) cũng nhờ vào một phần của các phép đo định tính giúp cho nhà địa chất và các nhà thi công khoan điều hành công tác tại hiện trường

Bên cạnh các chức năng đó của dung dịch khoan thì đòi hỏi dung dịch khoan phải

có một số yêu cầu sau:

- Tính chất của dung dịch ít thay đổi dưới tác dụng của áp suất, nhiệt độ, vi khuẩn

và tính chất của dung dịch phải dễ được phục hồi

Trang 35

- Dung dịch không được gây nên ăn mòn đối với các thiết bị, dụng cụ và cho phép tiến hành đo đạc trong giếng khoan

Trang 36

Hình 2.10 Sơ đồ mô phỏng thông tin địa chât giếng bằng các đường gamaray

❖ TÓM TẮT BÀI 2

Trong bài này, một số nội dung chính được giới thiệu:

- Tác dụng rửa sạch giếng khoan và vận chuyển mùn khoan

- Tác dụng trấn áp thành hệ

- Tác dụng gia cố thành giếng khoan

- Tác dụng làm mát và bôi trơn các chi tiết chịu ma sát của bộ dụng cụ khoan

- Tác dụng giữ hạt mùn khoan ở trạng thái lơ lửng khi ngừng tuần hoàn

- Tác dụng phá hủy đất đá

- Tác dụng truyền năng lượng thủy lực cho động cơ đáy

- Tác dụng giảm tải trọng lên móc nâng

- Tác dụng truyền thông tin từ đáy giếng lên bề mặt

❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN BÀI 2

Câu hỏi 1 Trình bày chức năng sửa sạch giếng khoan và vận chuyển mùn khoan lên

trên bè mặt?

Câu hỏi 2 Trình bày tác dụng phá hủy đất đá của dung dịch khoan?

Câu hỏi 3 Phân tích chức năng giữ hạt mùn khoan ở trạng thái lơ lửng khi ngừng tuần

hoàn?

Câu hỏi 4 Phân tích chức năng truyền năng lượng cho động cơ đáy của dung dịch

Trang 37

Câu hỏi 5 Phân tích chức năng truyền thông tin từ đáy giếng lên trên bề mặt?

Trang 38

Bài 3: CÁC LOẠI DUNG DỊCH KHOAN ĐƯỢC SỬ DỤNG

Bài 3 là bài giới thiệu bức tranh tổng quan về các loại dung dịch khoan được sử dụng trong khoan dầu khí và ứng dụng của từng dung dịch

❖ MỤC TIÊU BÀI 3

Sau khi học xong bài này, người học có khả năng:

➢ Về kiến thức:

- Mô tả được các loại dung dịch khoan, đặc điểm và phạm vi áp dụng của từng

loại dung dịch khoan được sử dụng để khoan các giếng khoan hiện nay

➢ Về kỹ năng:

- Phân tích được phạm vi áp dụng của từng loại dung dịch khoan

➢ Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

- Tuân 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 3

- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Không

- Các điều kiện khác: Không có

Trang 39

- Nội dung:

✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức

✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: không có

✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: 1 điểm kiểm tra (hình thức: tự luận/vấn đáp)

3.1 PHÂN LOẠI THEO CHẤT LỎNG NỀN

Theo bản chất của chất lỏng nền dung dịch khoan được phân ra làm 4 loại

Khi nước lã được sử dụng trong công tác khoan để rửa giếng khoan nó trở thành một huyền phù gồm hai pha, trong đó pha rắn là các phần tử rắn của đất đá và pha lỏng

là nước lã

Khi sử dụng nước lã để khoan thì thường ở cuối hiệp khoan phải bơm rửa với lưu lượng lớn trước khi kéo bộ dụng cụ để nhằm đẩy hết mùn khoan lên mặt đất

* Ưu điểm của việc sử dụng nước lã:

- Độ linh động cao, độ nhớt thấp, ứng suất trượt tĩnh nhỏ nên tổn thất thủy lực nhỏ trong quá trình tuần hoàn và tạo điều kiện lưỡi khoan làm việc tốt hơn

- Trọng lượng riêng nhỏ nên áp suất thủy tĩnh thấp do đó khả năng tách mùn khoan ở đáy dễ dàng, vì các hạt mùn không bị ép chặt lên đáy nên tốc độ cơ học tăng

Trang 40

- Giảm khả năng mài mòn của xilanh máy bơm và cần khoan, ống chống

- Không tạo lớp vỏ bùn nên ít gây hiện tượng kẹt mút bộ dụng cụ khoan

- Không phải tốn sét, hoá chất để sản xuất và gia công dung dịch nên giá thành thấp

- Phổ biến

* Nhược điểm:

- Nhược điểm chính của dung dịch loại này là không thể khoan qua trong thành

hệ phức tạp và dễ bị kẹt bộ khoan cụ khi ngừng tuần hoàn dung dịch khoan

- Không thể khoan được những vùng đất đá kém bền vững, sét dày

- Chiều sâu sử dụng hạn chế thường không quá 1700 mét, do trọng lượng riêng nhỏ nên không thể tạo áp suất thủy tĩnh đủ lớn để ổn định thành giếng khoan

- Do ứng suất trượt tĩnh nhỏ (  0) nên không có khả năng giữ hạt mùn khoan ở trạng thái lơ lửng khi ngừng tuần hoàn

- Không thể dùng nước lã để khoan qua các tầng sản phẩm Dầu hoặc Khí có áp suất vỉa thấp vì nếu sử dụng nó làm bẩn vỉa sản phẩm

- Những chỗ nối ren nhanh hỏng hơn so với sử dụng dung dịch sét

❖ Dung dịch sét:

➢ Định nghĩa

Dung dịch sét là một dung dịch gốc nước gồm hai pha, pha rắn và pha lỏng Pha rắn gồm các hạt sét và các phần tử rắn khác, pha lỏng gồm nước và các phần tử hoà tan trong nước Tính chất của dung dịch sét phụ thuộc vào sét và nước để điều chế dung dịch

➢ Thành phần của dung dịch sét

• Pha rắn

Pha rắn trong dung dịch sét được chia làm hai loại, đó là chất rắn tham gia phản

ứng và chất rắn không tham gia phản ứng

• Chất rắn tham gia phản ứng

Chất rắn phản ứng trong dung dịch sét tồn tại dưới hai dạng: Đó là loại sét cho vào dung dịch khoan để tạo tính chất đặc biệt cho dung dịch và loại sét lẫn vào dung dịch khi khoan qua các địa tầng

Sét mà ta dùng để sản xuất dung dịch sét đó là sét bentonite (Gồm Sodium Montmonrilonit và Calcium Montmonrilonit), nó là sét cao cấp để sản xuất dung dịch khoan Khả năng trương nở của sét khi gặp nước là gấp 10 lần so với thể tích ban đầu,

và cấu trúc dạng tấm phẳng có kích thước vừa phải, nó là một chất phụ gia lý tưởng để khống chế sự mất dung dịch và ổn định thành giếng khoan

Các loại sét dùng trong nước ngọt gồm các chất Aluminat Silicat ngậm nước Chúng được tạo thành bởi các tấm Silicat và Aluminat xếp xen kẽ nhau Một hạt sét có thể chỉ có một lớp hoặc vô số lớp chồng lên nhau và dính lại với nhau bởi các lực liên kết

Một phần tử Bentonite bao gồm 3 lớp: lớp Aluminat ở giữa và hai lớp Silicat ở trên và dưới Các tấm của hạt sét tích điện âm và dương đi kèm theo Nếu các ion dương này chủ yếu là Natri (Sodium) thì sét được gọi là sét Sodium Montmonrilonit, còn nếu

là Canxi (Calcium) thì được gọi là sét Calcium Montmonrilonit

Khi cho các loại sét này vào nước, các phân tử nước sẽ được hút vào giữa các hạt sét và có khuynh hướng đẩy các hạt sét ra xa nhau, tức là làm trương nở sét Mức độ trương nở là sự khác nhau cơ bản giữa sét Sodium và sét Calcium Ion Ca+2 hoá trị 2

Tiêu đề	Giáo trình Thí nghiệm dung dịch khoan (Nghề: Khoan khai thác dầu khí - Trung cấp)
Tác giả	Ths. Phạm Thị Nụ, Ks. Lý Tòng Bá, ThS. Phạm Hữu Tài
Trường học	Trường Cao Đẳng Dầu Khí
Chuyên ngành	Khoan khai thác dầu khí
Thể loại	Giáo trình
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Bà Rịa - Vũng Tàu

Định dạng
Số trang	115
Dung lượng	4,77 MB