Tìm hiểu về các chức năng tính chất và một số loại hệ dung dịch khoan đã và đang sử dụng tại xí nghiệp khoan và sửa giếng

Khi thi công các giếng khoan thường xảy ra các sự cố như giếng bị phun, mất dung dịch, kẹt bộ dung dịch khoan, sập lở thành giếng khoan…Việc chọn lựa hệ dung dịch khoan phù hợp để khoan

LỜI MỞ ĐẦU

Như ta đã biết, dầu khí là một ngành công nghiệp tuy còn non trẻ nhưng chiếm vị trí vô cùng quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, nó không chỉ đóng góp lớn vào GDP của cả nước mà còn là một ngành kinh tế mũi nhọn, đưa đất nước tiến lên con đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá Trong ngành công nghiệp dầu khí, để có dầu khí chúng ta phải trải qua một chuỗi các công tác từ tìm kiếm thăm dò, khoan, khai thác đến chế biến và tiêu thụ các sản phẩm dầu khí Trong đó, thì công tác khoan giếng là một trong những khâu rất quan trọng không thể thiếu, thông qua giếng khoan để tiến hành việc tìm kiếm, thăm dò và khai thác phục vụ cho ngành chế biến sản phẩm như lọc hoá dầu

Trong quá trình khoan các giếng khoan, dung dịch khoan đóng vai trò rất quan trọng nhằm đảm bào sự thành công hay thất bại của giếng khoan Khi thi công các giếng khoan thường xảy ra các sự cố như giếng bị phun, mất dung dịch, kẹt bộ dung dịch khoan, sập lở thành giếng khoan…Việc chọn lựa hệ dung dịch khoan phù hợp để khoan qua các tầng địa chất phức tạp cũng như tầng sản phẩm đạt được yêu cầu kỹ thuật và hiệu quả kinh tế là điều rất quan trọng Để đạt được điều đó thì chúng ta phải nắm rõ được thành phần hoá học, tác dụng của từng loại dung dịch khoan để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật tốt nhất cho giếng

Do đó, sau thời gian học tập tại trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu và thời gian

thực tập tại xí nghiệp Khoan và sửa giếng Tôi chọn đề tài “ Tìm hi u ể về các chức năng tính chất và một số loại hệ dung dịch khoan đã và đang sử dụng tại xí nghiệp khoan và sửa giếng” để làm báo cáo tốt nghiệp

Do còn hạn chế về kiến thức, tài liệu và kinh nghiệm thực tế, bài báo cáo này không tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong được sự đóng góp ý kiến, phê bình và bổ sung của các thẩy cô giáo trong khoa cũng như các bạn trong lớp

để bài báo cáo này được hoàn thiện hơn

Chương 1: GIỚI THIỆU

Xí nghiệp khoan và sửa giếng được thành lập từ tháng 6 năm 1983, là một tập thể CBCNV quốc tế có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực khoan thăm dò và khai thác dầu khí Xí nghiệp Khoan & Sửa giếng có đội ngũ chuyên gia kỹ thuật

và quản lý nhiều kinh nghiệm, trong đó có các tiến sỹ, thạc sỹ, chuyên gia, kỹ

sư, kỹ thuật viên được đào tạo trong và ngoài nước Xí nghiệp Khoan & Sửa giếng được trang bị ba giàn khoan tự nâng Tam Đảo – 01, Tam Đảo - 02 và Cửu Long với các thiết bị hiện đại, sáu bộ giàn khoan Uranmash-3D, một bộ sửa giếng MMWU-01, Sáu đội khoan cùng với căn cứ dịch vụ sản xuất trên bờ, xưởng lắp tháp, xưởng bơm trám xi măng, phòng dung dịch khoan đáp ứng được dịch vụ trọn gói hoặc riêng lẻ trong thi công và sửa chữa giếng khoan Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng, XNK&SG liên tục cải tiến công tác quản lý sản xuất kinh doanh bằng việc áp dụng hệ thống quản lý chất lượng ISO 9001:2008, bộ luật ISM Code, ISPS Code

Bằng thiết bị và nhân lực hiện có, cho tới nay Xí nghiệp Khoan & Sửa giếng đã khoan được trên 1,4 triệu mét khoan, sửa trên 779 lượt giếng khoan ở các mỏ White Tiger, Dragon, Soi, Hoang Long, Big Bear, Ba Den, Ba Vi, Thiên Ung, Dai Bang, Vai Thieu, Chom chom Với kỹ thuật khoan xiên góc lên tới

700 và đã tiến hành khoan cho nhiều nhà thầu khác nhau như VRJ, PVSC

Với hệ thống thiết bị hiện đại tối tân, đội ngũ chuyên gia, kỹ sư, kỹ thuật viên giàu kinh nghiệm XNK & SG sẵn sàng phục vụ mọi yêu cầu của Quí khách hàng với các sản phẩm dịch vụ đạt tiêu chuẩn quốc tế

Ngoài khoan cho LD VSP, Xí nghiệp khoan còn có khả năng thực hiện các công việc sau:

- Thiết kế các giếng khoan thăm dò khai thác dầu khí ở biển và đất liền

- Trực tiếp chỉ đạo kỹ thuật và thi công giếng khoan có độ sâu 5000m

- Khoan xiêng định hướng có độ lớn 700, khoan ngang vào các tầng sản phẩm dầu khí.

- Bơm trám xi măng, gia cố giếng khoan, kiểm tra độ kín của các ống dẫn dầu, khí và nước

- Sửa chữa các giếng khoan dầu, nước, nâng cấp khả năng khai thác lâu dài

- Kiểm tra khuyết tật các loại thiết bị bằng máy siêu âm, điện tử có độ chính xác cao

- Sửa chữa, bảo dưỡng, phục hồi các loại máy khoan, cơ khí cắt gọt kim loại, thiết bị động lực, thiết bị nâng

CHƯƠNG 2: ĐẠI CƯƠNG VỀ DUNG DỊCH KHOAN 2.1 Chức năng của dung dịch khoan

Trong quá trình tiến hành thi công các giếng khoan, dung dịch khoan giữ một vai trò rất quan trọng, và là một thành phần không thể thiếu trong thi công khoan, vì nó đảm nhận các chức năng chính sau

• Rửa sạch đáy lỗ khoan và vận chuyển mùn khoan

• Giữ mùn khoan ở trạng thái lơ lửng khi ngừng tuần hoàn

• Gia cố thành giếng khoan

• Khống chế sự xâm nhập của các chất lỏng từ vỉa vào giếng

• Làm mát và bôi trơn bộ khoan cụ

• Tác động phá hủy đất đá

• Truyền năng lượng cho động cơ đáy

• Truyền dẫn thông tin địa chất lên bề mặt

Ta tiến hành xem xét chi tiết từng chức năng chính của dung dịch khoan

2.1.1 Rửa sạch đáy lỗ khoan và vận chuyển mùn khoan

Đi đôi với quá trình phá hủy đất đá là quá trình giải phóng mùn khoan ở đáy giếng khoan Nếu mùn khoan được làm sạch khỏi đáy thì dụng cụ phá hủy mới có điều kiện tiếp xúc phá hủy liên tục đất đá và như vậy vận tốc khoan mới

có điều kiện tăng lên Nếu mùn khoan được làm sạch thì sẽ tránh được số sự cố, phức tạp trong quá trình khoan như: kẹt bộ khoan cụ, tốc độ cơ học giảm…

Nhìn chung quá trình làm sạch đáy và vận chuyển mùn khoan phụ thuộc vào:

 Vận tốc đi lên của dòng dung dịch

 Tính chất dung dịch sử dụng

 Hình dạng và kích thước của hạt mùn

2.1.2 Giữ mùn khoan ở trạng thái lơ lửng khi ngừng tuần hoàn

Trong quá trình khoan vì những lý do cần xử lý theo yêu cầu công nghệ đôi lúc phải tạm ngừng quá trình tuần hoàn dung dịch Trong quá trình ngừng tuần hoàn này dung dịch phải đảm bảo chức năng giữ hạt mùn ở trạng thái lơ lửng để tránh xảy ra các hiện tượng phức tạp như lắng mùn khoan làm kẹt mút bộ dụng

cụ khoan… Để đảm bảo chức năng này dung dịch khoan được sử dụng cần phải có:

- Tính xúc biến phù hợp

- Giá trị ứng suất trượt tĩnh đủ lớn

2.1.3 Làm mát và bôi trơn bộ khoan cụ

Trong quá trình khoan, do sự tiếp xúc giữa dụng cụ phá hủy với đất đá ở đáy giữa bộ khoan cụ với đất đá ở thành, nên nhiệt độ ở những nơi tiếp xúc thường rất cao Khi nhiệt độ tăng lên, độ bền của dụng cụ khoan giảm rất nhanh (thậm chí có thể gây hư hỏng dụng cụ khoan ngay lập tức)

Khi tuần hoàn, dung dịch khoan có tác dụng thu nhiệt ở những điểm có nhiệt độ cao và làm giảm nhiệt độ tại những điểm đó Nói chung quá trình làm mát này phụ thuộc vào tính chất của dung dịch nghĩa là phụ thuộc vào lưu lượng, khả năng dẫn nhiệt và kích thước hình học của bộ khoan cụ

Ngoài khả năng làm mát, dung dịch còn đảm nhận chức năng bôi trơn bộ dụng cụ khoan Dung dịch giúp làm giảm ma sát giữa bộ khoan cụ với thành giếng và mùn khoan Để tăng khả năng bôi trơn người ta thêm vào dung dịch một số chất dầu và các sản phẩm của chúng

2.1.4 Gia cố thành giếng khoan

Trong quá trình khoan do sự chênh lệch giữa áp suất cột dung dịch với áp suất của vỉa mà một phần nước tách ra khỏi dung dịch đi vào các khe nứt, lỗ hổng của đất đá ở thành giếng và để lại trên thành giếng những hạt keo Những

hạt keo này liên kết với nhau tạo thành lớp màng xung quanh thành giếng khoan Quá trình này gọi là quá trình tạo lớp vỏ bùn ở thành giếng khoan.

Độ dày và tính chất của lớp vỏ mùn phụ thuộc vào tính chất của dung dịch

2.1.5 Khống chế sự xâm nhập của các chất lỏng từ vỉa vào giếng

Trong quá trình phá hủy đất đá để tạo thành giếng khoan đã làm mất đi sự cân bằng tự nhiên của các tầng nham thạch và các vỉa sản phẩm Chúng hướng vào lỗ khoan, có xu thế làm bó hẹp thành giếng, gây các hiện tượng phức tạp như sụp lở, phun dầu…

Do đó, dung dịch khoan phải thực hiện chức năng tạo một phản áp lên thành giếng, ổn định và ngăn ngừa các sự cố phức tạp và cuối cùng giữ cho giếng khoan hoàn thành đạt chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cao

2.1.6 Tác động phá hủy đất đá

Dung dịch đi qua lỗ của choòng khoan với một vận tốc khá 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 các tác động của dụng cụ phá hủy, chẳng làm các khe nứt bị rộng ra và để cho tác dụng của 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

2.1.7 Truyền năng lượng cho động cơ đáy

Đối với một số ứng dụng: Khoan định hướng, khoan kim cương… người ta gắn vào bộ khoan cụ một động cơ đáy nó có tác dụng làm quay bộ dụng cụ khoan Động cơ này làm việc nhờ lưu lượng dòng dung dịch đi qua bên trong bộ dụng cụ đáy

2.1.8 Truyền dẫn thông tin địa chất 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 máng dung dịch, dấu vết chất lỏng hoặc khí nhờ các bộ cảm biến trên mặt Sự thay đổi các tính chất lý hoá 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 hiện trường

2.2 Các tính chất của dung dịch khoan

là công việc đầu tiên phải làm khi pha chế dung dịch khoan

Ở điều kiện nhiệt độ cao áp suất cao B là 2 lần lượng nước thoát ra qua thiết bị lọc có đường kính Φ 3,75mm ở nhiệt độ 120°C chênh áp 500 at trong thời gian 30 phút.

PV phụ thuộc vào hàm lượng chất rắn có trong dung dịch, với dung dịch

có nhiều chất rắn như barite, chất rắn khoan…làm cho PV tăng, để giảm PV người ta phải pha loãng dung dịch hoặc sử dụng các thiết bị Khi chiều sâu giếng khoan tăng lên, nhiệt độ cao cũng làm giảm độ nhớt dẻo

Trong dung dịch gốc dầu thì nhũ tương nước trong dầu cũng hoạt động như một chất rắn do đó làm tăng PV

2.2.5 Lực cắt động (YP)

YP là khả năng cản trở dòng chả ban đầu của chất lỏng hoặc ứng suất cần thiết để làm chất lỏng chuyển động YP đặc trưng cho lực hút giữa các hạt keo trong dung dịch Đơn vị: lb/100 ft2

Trong dung dịch khoan gốc nước, YP tăng trong các điều kiện sau:

- Nhiệt độ cao

- Hàm lượng các chất ô nhiễm cao như O2, muối hoặc thạch cao khan;

- Gia công dung dịch bằng CaO hoặc NaOH

Trong dung dịch khoan gốc dầu, YP tăng trong các điều kiện sau:

- Gia công dung dịch bằng CaO và CO2, CaO sẽ phản ứng với CO2 tạo

ra CaCO3 làm tăng YP

- Trái với dung dịch gốc nước, nhiệt độ thấp sẽ làm tăng PV và YP trong dung dịch gốc dầu

2.2.8 Độ pH

Là độ axit hay bazơ của dung dịch, thể hiện độ hoạt động của ion H+ có trong dung dịch Độ pH có ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn thiết bị khoan như choòng, cần khoan, ống chống…Độ pH càng thấp thì mức độ ăn mòn thiết bị càng cao

Độ pH của dung dịch có thể được xác định bằng chất chỉ thị hoặc các thiết bị điện tử có sử dụng các điện cực chọn lựa pH như điện cực thủy tinh pH, điện cực hyđro…

2.3 Cách phân loại thứ nhất

2.3.1 Dung dịch gốc nước

a) Dung dịch tự tạo: đây là hỗn hợp nước lã hòa tan với các loại sét trong

cột địa tầng khoan qua được xử lý sơ bộ Loại dung dịch này được dùng để khoan qua 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 chính của dung dịch này là:

- Độ nhớt và tỷ trọng thấp, ít tiêu tốn công suất máy bơm và tốc độ khoan cao

- Môi trường phân tán là nước

Nếu các hạt của pha phân tán có kích thước nhỏ hơn 0,1µm thì ta có hệ keo, còn kích thước lớn hơn 0,1µm thì ta có hệ huyền phù Do thành phần sét không đồng nhất nên trong dung dịch khoan bao giờ cũng tồn tại cả hai hệ phân tán keo và huyền phù

Dung dịch sét có giá thành tương đối thấp lại đáp ứng tương đối tốt các điều kiện khoan nên được sử dụng rộng rãi trong thực tế Nhưng nhược điểm lớn nhất của dung dịch sét là gây nhiễm bẩn tầng chứa (bít nhét các lỗ rỗng và khe nứt), làm giảm đáng kể độ thấm tự nhiên của vỉa

c) Dung dịch polime: Để nâng cao hiệu quả thi công khoan, giảm sự cố và

bảo vệ tầng sản phẩm người ta sử dụng các polime khác nhau để pha chế dung dịch khoan

Nhằm bảo vệ độ thấm tự nhiên của tầng chứa, cần sử dụng dung dịch khoan với các đặc tính hạn chế nhiễm bẩn tầng chứa Tuy nhiên, việc này thường rất khó và rất tốn kém Tùy theo mục đích của giếng khoan và đặc tính

cơ lý hoá của tầng khai thác, việc khoan vào tầng chứa sẽ được thực hiện bằng dung dịch khoan đã dùng hoặc thay thế bằng dung dịch hoàn thiện giếng

2.3.2 Dung dịch gốc dầu

Dung dịch gốc dầu thường được dùng để khoan vào tầng chứa và là dung dịch hoàn thiện giếng rất tốt

 Các ưu điểm của dung dịch khoan gốc dầu:

- Kiểm soát dễ dàng các đặc tính của dung dịch khi không có sự xuất hiện của nước hoặc dầu thô

- Không nhạy với các chất nhiễm bẩn thông thường của dung dịch gốc nước (NaCl, CaSO4, xi măng, sét)

- Các đặc tính thấm lọc tĩnh tốt ở nhiệt độ và áp suất cao, vỏ sét mỏng

- Tỷ lệ mẫu cao, ít gây nhiễm bẩn thành hệ

- Tăng khả năng thu hồi dầu so với giếng khoan rửa bằng dung dịch gốc nước

 Các nhược điểm của dung dịch gốc dầu:

- Nhạy cảm với nước

- Dễ lắng đọng các chất làm nặng

- Dễ làm dơ bẩn khi thao tác và dễ cháy.

- Làm hỏng cao su không chuyên dùng với hydrocacbon

- Khó phát hiện sự hiện diện của dầu trong mùn khoan

- Một số phương pháp đo trong khi khoan và đo địa vật lý giếng khoan không thể áp dụng được

- Tầng muối hoặc anhydric có chiều dày lớn

- Giếng khoan có nhiệt độ cao

- Nhũ tương dầu trong nước (nhũ tương thuận)

- Nhũ tương nước trong dầu (nhũ tương nghịch)

a) Nhũ tương dầu trong nước: dung dịch được điều chế từ 5-25% thể tích

dầu và một lượng các chất ổn định với 75-95% dung dịch

Chất lượng dung dịch này phụ thuộc nhiều vào chất lượng sét ban đầu Dung dịch sét ban đầu có thể là dung dịch gốc vôi (khoảng 1,5% CaO) hoặc dung dịch muối (1-2% NaCl) Chất ổn định thường dùng là CMC.

 Ưu điểm nổi bật của dung dịch này là:

- Độ thải nước nhỏ (3-5% cm3/30phút)

- Giảm hiện tượng kẹt bộ khoan cụ, tăng tuổi thọ của choòng và giảm tổn thất thủy lực của máy bơm

- Tăng tốc độ cơ học khoan

b) Nhũ tương nước trong dầu: dung dịch được điều chế từ 30-60% thể

tích nước là pha phân tán, còn dầu là pha liên tục Loại dung dịch sử dụng để khoan qua các tầng muối háo nước, đất đá dễ trương nở, sập lở và có thể được điều chế bằng một trong hai cách sau:

- Trộn đều sét với dầu, sau đó cho hắc ín làm chất ổn định

- 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

 Ưu điểm của dung dịch nước trong dầu là:

- Bền vững với các tác dụng phá hủy của muối, thạch anh,…

a) Chất rửa là không khí (khoan thổi khí): không khí được bơm thay thế

dung dịch khoan, đảm bảo tất cả các chức năng cần thiết cho công tác khoan với các khác biệt chính sau:

- Vận tốc nâng mùn khoan cao (khoảng 500-900 m/phút)

- Ap suất thủy tĩnh lên đáy giếng khoan rất thấp

- Tốc độ khoan cao (vì áp suất thủy tĩnh lên đáy giếng không đáng kể)

- Không gây ô nhiễm thành hệ.

- Cần có thiết bị lọc bụi chuyên dụng ở miệng giếng

b) Chất rửa là bọt: Sử dụng nhằm giữ các ưu điểm của chất rửa bằng

không khí và khắc phục hiện tượng nước xâm nhập được thực hiện bằng cách dùng dung dịch bọt (hỗn hợp không khí, nước và chất tạo bọt)

 Ưu điểm của dung dịch bọt so với khoan thổi khí :

- Khả năng rửa giếng khoan bằng bọt lớn hơn

- Lượng khí trong dung dịch bọt giảm khoảng 10 lần so với rửa giếng khoan bằng khí

- Bọt vẫn ổn định khi nước xâm nhập ít

Nhược điểm chủ yếu của dung dịch bọt là rất ổn định, rất khó phá hủy, nên trong quá trình khoan sẽ làm giảm độ thấm của thành hệ, do vậy cần dùng hoá chất và tia thủy lực để phá hủy nó trên bề mặt một cách liên tục

2.4 Cách phân loại thứ hai

Viện dầu khí Mĩ (API) và hiệp hội các nhà thầu khoan đa quốc gia (IADC) đã đưa ra cách thức phân loại, và định nghĩa những đặc điểm chính của từng hệ dung dịch khoan Trong số chín hệ dung dịch được phân loại, có sáu hệ được điều chế với nước kỹ thuật, hai hệ thuộc dạng gốc dầu mỏ và dầu tổng hợp, còn lại thuộc dạng dung dịch hỗn hợp (không khí, sương, bọt hoặc khí)

là nước hoặc nước kết hợp với các chất tạo nhớt (các sản phẩm thuộc loại

polysaccarit thiên nhiên…) Ở LDDK Vietsovpetro từ trước đến nay vẫn thường

sử dụng dung dịch hồ sét Bentonit-API trên nền nước kỹ thuật

2.4.2 Hệ phân tán

Hệ dung dịch phân tán đượv sử dụng để khoan các khoảng chiều sâu lớn khi có yêu cầu tỷ trọng cao hoặc khi GK có những vấn đề phức tạp Thông thường các cấu tử sét hoặc mùn khoan dạng sét trong dung dịch bị phân tán mạnh, rõ nét nhất là khi xử lý vào dung dịch các hợp chất gốc Lignosulfonat, lignit hoặc tanin Các hợp chất này kể cả các sản phẩm tương tự khác đều là các chất phá keo tụ và giảm độ thải nước rất hiệu quả Bên cạnh các hợp chất nói trên, để tăng khả năng ức chế sét, đảm bảo độ ổn định thành giếng khoan, tạo thuận lợi làm sạch giếng, trong dung dịch còn có thêm các muối kim loại đơn hóa trị hoặc đa hóa trị như KCl, phèn nhôm Kali Ngoài ra người ta còn đưa vào sử dụng một số hóa phẩm chuyên dụng để điều chỉnh hoặc duy trì các đặc tính kỹ thuật của dung dịch khoan

2.4.3 Hệ dung dịch được xử lý bằng các hợp chất canxi

Các Cation hóa trị hai như Canxi hoặc Magiê khi cho vào dung dịch khoan nền nước sẽ tạo nên tính ức chế thành hệ sét Nhờ sự có mặt của ion Canxi mà có thể kiểm soát được sập lở hoặc mở rộng thành giếng, đồng thời làm hạn chế những ảnh hưởng xấu khi khoan qua các tầng sản phẩm Vôi tôi (Ca(OH)2) và Gipsơ (CaSO4) là những hợp phần của các hệ dung dịch Canxi hàm lượng Gipsơ rất cao (từ 5-11kg/m3), tương đương với nồng độ Canxi từ 600-1200mg/lit Hệ dung dịch vôi được đặc trưng với hàm lượng vôi từ 3-5kg/m3 và độ pH =11-12; gọi là dung dịch vôi có nồng độ thấp và khi hàm lượng vôi đạt tới 15-45kg/m3 gọi là dung dịch vôi có nồng độ cao Các sản phẩm chuyên dụng cũng được đưa vào sử dụng để kiểm soát các đặc tính kỹ thuật của

hệ dung dịch Canxi

Các hệ dung dịch Canxi rất chịu bền muối và bền Anhydrit tuy nhiên chúng dễ bị kết keo và đông đặc ở điều kiện nhiệt độ cao.

2.4.4 Dung dịch Polime

Nói chung các hệ dung dịch có chứa trong thành phần của chúng các polyme cao phân tử dạng mạch dài và mạch nhánh (CMC, Acrilat, poly acrilamit, chưa thủy phân, polyacrilamit thủy phân một phần…) hoặc các polyme cao phân tử dạng mạch dài-mắc xích (guagum, xanthangum, xanthanbiopolyme…) thường được sử dụng hoặc để làm tăng độ nhớt, độ bền cấu trúc, giảm độ thải nước hoặc để tạo ra khả năng ức chế bao bọc sét thành hệ

và sét mùn khoan Để tăng khả năng ức chế của hệ polyme, trong dung dịch còn

có các thành phần muối kim loại đơn hóa trị như KCl hoặc NaCl, ngoài ra còn

có thể cho thêm một lượng sét tối thiểu để tăng độ bền cấu trúc và tạo lớp vỏ sét trên thành giếng, góp phần ngăn ngừa sập lở và thấm mất dung dịch vào vỉa

Trong số các hệ dung dịch polyme đã và đang được sử dụng để thi công các GK ở nhiều vùng mỏ trên thế giới và tại thềm lục địa Việt Nam Thì hệ PHPA/KCl, polyalkylen glycol, Pro-Flo, là những hệ được sử dụng phổ biến nhất để khoan qua các hệ tầng sét hoạt tính, kể cả các GK có góc xiên lớn Ngoài hai hệ dung dịch nói trên, ở XNLD Vietsovpetro còn sử dụng hệ polyme (CMC) để khoan qua các hệ tầng cát kết bở rời và khoan qua tầng đá móng phi sét Mặt hạn chế cơ bản của dung dịch polyme là chúng kém ổn định ở điều kiện nhiệt độ cao (>130oC), tuy nhiên trong một số điều kiện nhất định, chúng có thể được sử dụng để khoan các giếng khoan có nhiệt độ đáy giếng cao hơn

2.4.5 Hệ dung dịch có hàm lượng pha rắn thấp

Đây là hệ dung dịch khoan có tổng hàm lượng pha sét và các dạng vật chất rắn luôn luôn được kiểm soát ở mức thấp nhất Thông thường, tổng hàm lượng các pha rắn không được vượt quá giới hạn từ 6-10% (theo thể tích), trong

đó các chất rắn dạng sét không vượt quá 3% vì tỷ lệ hàm lượng mùn khoan và sét Bentonit luôn luôn nhỏ hơn 2:1 Các hệ dung dịch có hàm lượng pha rắn thấp thường đặc trưng với sự có mặt trong thành phần của chúng các hợp chất polymer tạo nhớt và tạo cấu trúc hoặc sét bentonit có độ trương nở cao Một trong những ưu việt cơ bản nhất của hệ dung dịch khoan có hàm lượng pha rắn thấp là chúng làm tăng vận tốc cơ học khoan giảm thiểu ảnh hưởng xấu đến tính chất thấm chứa tự nhiên tầng sản phẩm Các hệ dung dịch có hàm lượng pha rắn thấp mang tên thương mại như visplex (slumberger), hệ baracat (baroid), hệ MMH (dow chemical) và hệ KOP (Vietsovpetro)…, đang được áp dụng phổ biến để khoan qua các hệ tầng phi sét có nhiệt độ đáy giếng cao, kể cả khoan các

GK có góc nghiêng lớn (>45o)

2.4.6 Hệ dung dịch muối

Bao gồm các loại dung dịch muối và muối bão hòa, hàm lượng NaCl trong dung dịch xấp xỉ bằng 190mg/l (dung dịch muối bão hòa) và chúng thường được khoan qua các vỉa muối Các hệ dung dịch muối có hàm lượng thấp hơn từ 10-190mg/l Các hệ dung dịch khoan được điều chế từ nước lợ hoặc nước khoáng, hoặc nước biển có nồng độ Clorua nhỏ hơn 10mg/l không thuộc các dạng dung dịch muối Ngoài ra các hệ dung dịch được điều chế từ nước kỹ thuật

có pha thêm các muối KCl, NaCl còn được sử dụng để khoan qua các hệ tầng sét hoạt tính Trong trường hợp này hàm lượng muối cho vào dung dịch sẽ được điều chỉnh tuỳ thuộc vào tính chất thành hệ và chương trình thiết kế dung dịch khoan Bên cạnh các muối kim loại đơn hóa trị, trong thành phần của các hệ còn đưa vào các hóa phẩm thông dụng để làm tăng độ nhớt, tăng khả năng làm sạch giếng hoặc giảm độ thải nước của dung dịch khoan như sét antapugit, CMC, tinh bột và các loại khác…

2.4.7 Dung dịch gốc dầu mỏ

Dung dịch gốc dầu mỏ là các hệ dung dịch có tính ổn định và khả năng ức chế sét cao, chúng được sử dụng để khoan các GK có nhiệt độ đáy giếng cao đặc biệt là trong các trường hợp GK gặp mặt cắt địa chất phức tạp (sét hoạt tính, sét nhiễm mặn –gumbô…) để xảy ra các biểu hiện kẹt mút hoặc các tình huống phức tạp khác Dung dịch gốc dầu gồm hai loại:

Dung dịch nhũ tương ngược: đây là các hệ dung dịch nhũ nước trong dầu, chúng được đặc trưng bởi thành phần nước muối Canxi Clorua, trong đó Canxi Clorua đóng vai trò pha bị tạo nhũ còn dầu – pha tạo nhũ (pha liên tục) Hàm lượng nước muối bão hòa có thể chiếm tới 50% Nồng độ các chất phụ gia được

xử dụng kèm theo trong hệ và lượng nước muối bão hòa được điều chỉnh phù hợp nhằm kiểm soát thông số lưu biến, độ thải nước và đặc biệt là độ bền nhũ

Dung dịch gốc dầu: Được điều chế duy nhất từ nền dầu để làm môi trường pha lỏng, và chúng được sử dụng để khoan lấy mẫu, dung dịch gốc dầu

dễ bị nhiễm bẩn bởi sự xâm thực của nước vỉa Trong trường hợp này có thể xử

lý nước kỹ thuật hoặc nước muối Tất cả các hệ dung dịch gốc dầu đều đòi hỏi

xử lý thêm các hoá phẩm tạo keo để tăng độ nhớt và đảm bảo tính cấu trúc Có nhiều loại hóa phẩm chuyên dụng cho dung dịch gốc dầu, kể cả các chất dính ướt như các biến thể của axit béo và axit amin được xử lý bằng các vật chất hữu

cơ, các khoáng sét hữu cơ và vôi…

2.4.8 Dung dịch tổng hợp

Dung dịch tổng hợp có các tính chất tương tự như dung dịch gốc dầu, tuy nhiên chúng hoàn toàn không gây ảnh hưởng đến môi trường sinh thái Dung dịch dầu tổng hợp được điều chế chủ yếu từ các sản phẩm este, ete, polyalpha olephin và aphta olephin đồng trùng hợp và các alkylbenzol mạch thẳng… Các sản phẩm này dễ bị phân rã vi sinh, không gây độc hại do đó có thể thải xuống biển và không làm ô nhiễm môi trường sinh thái Các hệ dung dịch tổng hợp đang được áp dụng phổ biến hiện nay trên thế giới là hệ Petro Free (Baroid); hệ Ultidrill, hệ Aqua (magic-baker huge), hệ Ancoquat (MI-ADF)… mặt hạn chế

cơ bản của dung dịch gốc tổng hợp là kém bền vững ở điều kiện nhiệt độ cao

Dung dịch không khí, sương bọt và khí: đây là các hệ dung dịch rửa có trong thành phần của chúng không khí, chất tạo khí, tạo sương hoặc các hóa phẩm tạo bọt Các hệ dung dịch này thường được khoan các GK qua các địa tầng có biểu hiện mất dung dịch hoặc có áp suất dị thường thấp Hệ PHPA/KCl, polyalkylen glycol, visplex và KOP đang được áp dụng tại thềm lục địa Việt Nam và ở liên doanh dầu khí Vietsovpetro Các hệ dung dịch phân tán như hệ Lignosulfonat, lignosulfonat-phèn nhôm Kali vẫn là những hệ truyền thống được sử dụng để khoan các GK xiên định hướng qua địa tầng có sét hoạt tính cao (oligoxen trên và mioxen dưới) ở LDDK Vietsovpetro

Hệ dung dịch có hàm lượng pha rắn thấp được xử lí bằng polymer silic hữu cơ dạng Alumosilocxan-natri (hệ KOP) là hệ dung dịch chính thống được sử dụng để khoan mở vỉa sản phẩm kể cả trong trường hợp GK có góc xiên lớn ở LDDK Vietsovpetro

Hệ dung dịch này có ưu điểm:

- Đơn giản, dễ điều chế

- Giá thành rẻ

- Hợp với thành hệ giếng khoan kém bền chắc, thẩm thấu lớn nhưng có điểm không phù hợp là khi khoan ở tầng sản phẩm sẽ ảnh hưởng đến công việc gọi dòng và thử vỉa khai thác sau này

3.1.1 Công nghệ điều chế:

Dung dịch polime sét được điều chế như sau: Trộn sét bột với nước kỹ thuật (80-100 kg/m3 ) nước, khuấy kỹ ủ 2-6 giờ để tạo dung dịch sét đặc Sau đó hoà loãng với nước kỹ thuật hoặc nước biển (làm mềm nước bằng Na2CO3: 0.5 -2 kg/ m3) đến khi đạt độ nhớt 25 -35 giây Sau đó cho CMC –LV (6-12 kg/m3) hay CMC-HV (4-8 kg/ m3) để giảm độ thải nước của dung dịch Hoặc điều chế

từ đầu như sau:

+ Lấy 30m3 nước kỹ thuật vào bể trộn, bật máy khuấy và máy bơm li tâm, bơm tuần hoàn qua phễu, rồi cho đúng thứ tự các hoá phẩm sau:

+ NaOH: 15-60 kg (0,5-2 kg/m³) Nếu dung dịch tuần hoàn bị nhiễm ximăng thì thay NaOH bằng NaHCO3 (0,5-2 kg/m³)

+ Sét bột: 1,2 – 1,5 tấn (40 – 50kg/m³) trộn, khuấy cho sét tan hết, 1 – 2h

+ CMC- LV: 180 – 360 kg (6 – 12 kg/m³), nếu không có CMC-LV thì dùng CMC-HV: 120 – 240 kg (4 - 8 kg/m³), khuấy cho tan hết, khuấy tiếp 1 - 2 giờ, kiểm tra độ nhớt phễu T.

+ Kiểm tra pH, chỉnh pH bằng NaOH: 2 - 4 kg/m3 (cho vào rất từ từ, luôn kiểm tra pH, khi pH = 9 - 10 thì dừng lại)

+ Diệt khuẩn: 1,0 kg/m3

3.1.2 Công nghệ điều chỉnh dung dịch polime – sét trong khi khoan

- Khi dung dịch đặc: Pha loãng dung dịch khoan với dung dịch CMC

LV: (10-20kg/m3 nước)

Cụ thể: Cho vào bể trộn 20m3 nước kỹ thuật vào bể trộn bật máy khuấy và máy bơm li tâm, bơm tuần hoàn qua phễu, rồi cho đúng thứ tự các hoá phẩm sau:

+ NaOH:10 - 40 kg (0,5-2 kg/m³) Nếu dung dịch tuần hoàn bị nhiễm xi măng thì thay NaOH bằng NaHCO3 (1 - 2kg/m3)

+ CMC-LV: 200kg - 400kg (10 - 20kg/m3)

Khuấy tiếp 1-2 giờ thì bơm về bể tròn hoặc bể vuông cho chảy dần vào vòng tuần hoàn và đo thông số dung dịch, khi nào đạt yêu cầu thì dừng cho

- Khi độ thải nước lớn và độ nhớt thấp hơn thiết kế:

+ Xử lý theo một trong các cách sau:

a) Lấy 20 m3 dung dịch trong vòng tuần hoàn vào bể trộn, bật máy khuấy và máy bơm tuần hoàn qua phễu trộn rồi cho hoá phẩm như sau: NaOH 0,5-1 kg/m3

dung dịch, CMC-EHV hoặc CMC-HV: 20-40 kg, trộn đều, bơm xả đều vào máng tuần hoàn, làm liên tục theo vòng tuần hoàn khi nào độ thải nước đạt yêu cầu thì dừng lại

b) Hoặc pha nước CMC-EHV (10kg/m3 nước) và cho vào dung dịch theo vòng tuần hoàn Đo kiểm tra thông số dung dịch khi nào đạt yêu cầu thì dừng.

- Khi độ thải nước lớn và độ nhớt cao h ơn thiết kế:

Cách làm vẫn như trên, nhưng thay CMC-EHV bằng CMC-LV: 5-10 kg/m3 dung dịch (riêng trường hợp pha hoá phẩm với nước thành dung dịch, thì nồng độ/m3 nước của CMC-LV tăng lên gấp đôi, tức là CMC-LV:10-20kg/m3

nước)

- Trường hợp dung dịch có độ nhớt và lực cắt tĩnh nhỏ:

Tiến hành xử lý bổ sung sét vào hệ hoạt động, chuẩn bị dung dịch sét đặc 80-100 kg/ m3 khuấy kỹ trong 2 giờ và xả vào dung dịch hệ hoạt động theo vòng tuần hoàn Đo kiểm tra thông số dung dịch khi nào đạt yêu cầu thì dừng xả

Cụ thể:

+ Lấy nước kỹ thuật vào ½ bể trộn, (xác định thể tích nước để làm cơ sở tính hoá phẩm) bật máy khuấy và máy bơm li tâm, bơm tuần hoàn qua phễu, rồi cho đúng thứ tự các hoá phẩm sau:

+ NaOH (1 – 2 kg/m³ )

Nếu dung dịch bị nhiễm xi măng thì dùng NaHCO3: 1,5 – 2 kg/m³

+ Sét bột: 80- 100 /m³ trộn, khuấy cho sét tan hết, vừa cho sét vừa quan sát nếu thấy đặc thì dừng không cho sét nữa, sau 2 giờ , tiến hành bơm dung dịch từ giếng khoan về bể trộn, vừa bơm vừa khuấy, khi thể tích dung dịch trong

bể trộn đầy thì dừng không bơm dung dịch vào bể trộn, khuấy trộng thêm khoảng 0,5 - 1 giờ thì bơm dung dịch từ bể trộn về bể vuông hoặc tròn rồi xả dần vào vòng tuần hoàn, đo kiểm tra dung dịch thường xuyên đến khi nào đạt yêu cầu thì thôi không xả vào nữa

3.1.3 Đơn pha chế tổng quát hệ dung dịch polime - sét

Tên hóa phẩm Chức năng chính

Hàm lượng (kg/m³)

Nền nước ngọt

Nền n.biển (<70%)

Na2CO3 hoặc

3.1.4.Thông số dung dịch polime sét

STT Các thông số Đơn vị tính Thông số yêu cầu

9 pH - 9 ± 0,5

3.2 Hệ dung dịch POLIME ít sét POLIACRILAMID (PAA)

Hệ dung dịch polime ít sét bổ sung poliacrilamid ở XNLD thường sử dụng khoan ở địa tầng trên như: tầng plioxen, Mioxen trên và giữa của các giếng khoan mỏ Bạch hổ và Rồng Hệ dung dịch này có ưu điểm hơn so với hệ dung dịch truyền thống sét lignosulfonat

+ Hàm lượng pha rắn thấp

+ Nâng và tải mùn khoan tốt

+ Tăng khả năng ức chế của dung dịch

+ Khả năng bôi trơn tốt hơn và chống kẹt dính tốt hơn do có vỏ bùn mỏng + Tăng tốc độ cơ học khoan

Nhưng hệ dung dịch này có nhược điểm là gây ảnh hưởng xấu đến vỉa sản phẩm khi khoan qua

- DK drill A1: 1 – 1,5kg/m³, khuấy trộn 1 h

- NaOH vào 0,5 – 1kg/m³, sao cho PH = 9 ±

0,5

- Diệt khuẩn: 1kg/m³ khuấy 30 phút

Không sử dụng FCL để làm loãng, hạ độ nhớt dung dịch sẽ dẫn đến mất cấu trúc dung dịch vì hệ này dùng khoan ở tầng nông, hàm lượng cát lớn

- Trường hợp độ nhớt T và GEL của dung dịch giảm, chuẩn bị dung dịch với đơn pha chế như sau: Cho vào bể trộn 30 m³ nước kỹ thuật, bật máy khuấy

và máy bơm li tâm, bơm tuần hoàn qua phễu cho các hoá phẩm đúng theo thứ tự:

Trong quá trình khoan PAA sẽ bị mất đi, hàm lượng trong dung dịch giảm nên cần phải bổ sung thường xuyên PAA vào dung dịch dưới dạng dung dịch nước 0,3 - 0,5% và sao cho nồng độ max 3kg/m³

Cho vào bể trộn 30 m³ nước kỹ thuật, bật máy khuấy và máy bơm li tâm, bơm tuần hoàn qua phễu cho hoá phẩm:

+ DK drill A1: 150kg (5 kg/m3)

+ CMC-LV: 300kg (10 kg/m3)

Khuấy trộn 1 giờ, bơm dần về bể vuông hoặc tròn xả dần vào vòng tuần hoàn, đo kiểm tra dung dịch thường xuyên đến khi nào đạt yêu cầu thì thôi không xả vào nữa

3.2 3 Đơn pha chế tổng quát của hệ dung dịch polime ít sét + PAA

Tên hóa phẩm Chức năng chính

Hàm lượng (kg/m3)

Nền nước ngọt

Nền nước biển (≤

70%)

CMC-HV/CMC- LV Giảm độ thải nứơc 5 – 7 / 6 - 8 6 – 8 / 7 - 10

DK drill A1 Điều chỉnh độ nhớt, keo tụ sét 1 - 3 1 - 3

Na2CO3

hoặc NaHCO3

Khử Ion Ca2+ Mg2+ 1 – 2 2 ÷ 3

Chất bôi trơn Bôi trơn, giảm Moment 10 – 20 15 – 20