Nghiên cứu lựa chọn đơn pha chế dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm cho các giếng sử dụng ống lọc cát ở mỏ sư tử đen

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA [[\\ NGUYỄN VIẾT BỘT NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN ĐƠN PHA CHẾ DUNG DỊCH KHOAN MỞ VỈA SẢN PHẨM CHO CÁC GIẾNG SỬ DỤNG ỐNG LỌC CÁT Ở MỎ SƯ TỬ ĐEN Chuyên ngành: Kỹ thuật k

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

[[\\

NGUYỄN VIẾT BỘT

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN ĐƠN PHA CHẾ DUNG DỊCH KHOAN MỞ VỈA SẢN PHẨM CHO CÁC GIẾNG SỬ DỤNG ỐNG LỌC CÁT Ở MỎ SƯ TỬ ĐEN

Chuyên ngành: Kỹ thuật khoan khai thác và Công nghệ dầu khí

Mã số ngành : 605350

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2007

Trang 2

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

TS Vũ Văn Ái, Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh

TS Hoàng Hồng Lĩnh, Liên doanh Dầu khí Vietsovpetro

Cán bộ chấm nhận xét 1:

PGS-TS Lê Phước Hảo, Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh

Cán bộ chấm nhận xét 2:

TS Lâm Thành Phước, Công ty LDĐH Hoàng Long JOC

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN

THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 15 tháng 8 năm 2007

Trang 3

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

Tp HCM, ngày tháng năm 2007

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: … NGUYỄN VIẾT BỘT Phái: ……NAM

Ngày, tháng, năm sinh: … 01 / 11 / 1970 Nơi sinh: THÁI BÌNH

Chuyên ngành: Kỹ thuật khoan khai thác và Công nghệ MSHV:….03805646

Dầu khí

I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN ĐƠN PHA CHẾ DUNG DỊCH

KHOAN MỞ VỈA SẢN PHẨM CHO CÁC GIẾNG SỬ DỤNG ỐNG LỌC CÁT Ở MỎ SƯ TỬ ĐEN

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, đề xuất phương pháp nghiên cứu và

lựa chọn đơn pha chế dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm phù hợp để thi công và hoàn

thiện các giếng khoan khai thác tầng Miocene hạ sử dụng ống lọc cát ở mỏ Sư Tử

Đen

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :

Tiến sĩ Vũ Văn Ái, Đại học Bách khoa Tp HCM

Tiến sĩ Hoàng Hồng Lĩnh, Liên doanh Dầu khí Vietsovpetro

Tiến sĩ Vũ Văn Ái Tiến sĩ Hoàng Hồng Lĩnh

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua

Ngày tháng năm

Trang 4

ĐH BK TPHCM Lời cám ơn

LỜI CÁM ƠN

Luận văn được hoàn thành tại trường đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh dưới sự hướng dẫn khoa học của:

• Tiến sĩ Vũ Văn Ái, Giảng viên khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí

• Tiến sĩ Hoàng Hồng Lĩnh, Trưởng phòng Dung dịch khoan của Xí nghiệp

khoan, Liên doanh dầu khí VietsovPetro

Xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Vũ Văn Aùi và Tiến sĩ Hoàng Hồng Lĩnh đã dành công sức hướng dẫn tận tình, chu đáo

Trong quá trình làm luận văn, tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của Ban giám hiệu, Phòng đào tạo sau đại học, tập thể các giảng viên, cán bộ của khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí trường đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí

Minh, PGS.TS Lê Phước Hảo, cũng như các công ty CLJOC, PV Drilling, M-I

và Schlumberger Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với những giúp đỡ quý báu đó

Bản Luận văn này sẽ không thể hoàn thành nếu không có sự động viên, khích lệ của gia đình, các đồng nghiệp, bạn bè cũng như các học viên cao học khóa 2005 chuyên ngành “Kỹ thuật khoan khai thác và Công nghệ dầu khí”

Mặc dù đã cố gắng, song chắc chắn vẫn còn thiếu sót, tôi mong nhận được nhiều sự đóng góp ý kiến quý báu để bản Luận văn được hoàn chỉnh hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Trang 5

ĐH BK TPHCM Tóm tắt LVThS

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Công tác khoan và khai thác các giếng trong tầng cát kết Miocene thuộc bồn trũng Cửu Long đã được tiến hành từ nhiều năm nay với kết quả không như mong muốn Các công ty dầu khí đã áp dụng nhiều giải pháp kỹ thuật trong thiết kế cũng như thi công nhằm tăng sản lượng khai thác Tuy nhiên, thực tế tại nhiều giếng khi thi công khoan cho biểu hiện dầu khí khá tốt, nhưng khi thử vỉa lại không cho dòng dầu như thiết kế Một trong những nguyên nhân chính dẫn đến thực tế này là do việc áp dụng công nghệ khoan mở vỉa chưa phù hợp làm cho tầng chứa bị nhiễm bẩn, hạn chế sự lưu thông của dòng sản phẩm vào giếng Với nỗ lực thi công khoan và hoàn thiện thành công các giếng Miocene hạ, ngoài việc áp dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật khác, việc nghiên cứu lựa chọn hệ dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm phù hợp với đặc tính thấm chứa riêng biệt và kiểu công nghệ hoàn thiện sử dụng ống lọc cát là rất quan trọng, vừa hạn chế đến mức thấp nhất nhiễm bẩn thành hệ, vừa cho phép gọi dòng dễ dàng để có được lưu lượng khai thác lớn

Trên cơ sở những nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, tác giả đề xuất phương pháp nghiên cứu và lựa chọn đơn pha chế dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm phù hợp để thi công và hoàn thiện các giếng khoan khai thác tầng Miocene hạ sử dụng ống lọc cát cho mỏ Sư Tử Đen

Trang 6

ĐH BK TPHCM Mục lục

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 01

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU – HÌNH VẼ 06

GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 08

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ KHOAN MỞ VỈA TẦNG MIOCENE HẠ BỒN TRŨNG CỬU LONG 09

1.1 Đặc điểm địa chất vùng nghiên cứu 10

1.2 Thực trạng khoan mở vỉa sản phẩm tầng Miocene hạ bồn trũng Cửu Long… 16 1.2.1 Công nghệ khoan và hoàn thiện giếng khai thác thường gặp ở vùng nghiên cứu 16

1.2.2 Các hệ dung dịch khoan mở vỉa truyền thống ở vùng nghiên cứu 19

CHƯƠNG 2 - LÝ THUYẾT NHIỄM BẨN KHI KHOAN MỞ VỈA SẢN PHẨM 28 2.1 Lý thuyết nhiễm bẩn thành hệ và hệ số Skin 29

2.1.1 Cơ sở lý thuyết về nhiễm bẩn thành hệ 29

2.1.2 Hệ số Skin 31

2.2 Các cơ chế nhiễm bẩn thành hệ 37

2.2.1 Cơ chế nhiễm bẩn cơ học 38

2.2.2 Cơ chế nhiễm bẩn hóa học 41

2.2.3 Cơ chế nhiễm bẩn sinh học 43

CHƯƠNG 3 - ỐNG LỌC CÁT VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN MỞ VỈA SẢN PHẨM 45

3.1 Cơ sở lựa chọn kiểu giếng sử dụng ống lọc cát 46

3.1.1 Hiện tượng sinh cát 46

Trang 7

ĐH BK TPHCM Mục lục

3.1.2 Ảnh hưởng của khai thác lẫn cát 47

3.1.3 Nguyên nhân gây ra khai thác lẫn cát 49

3.1.4 Phương pháp kiểm soát khai thác lẫn cát 51

3.2 Những lưu ý trong thi công khoan và hoàn thiện giếng kiểu ống lọc cát 52

3.2.1 Những chú ý trong thiết kế giếng và thi công khoan mở vỉa 52

3.2.2 Hoàn thiện giếng với công nghệ sử dụng ống lọc cát 55

3.3 Biện luận tầm quan trọng của hệ dung dịch khoan DIF và vật liệu gia cố lớp vỏ bùn trong thiết kế giếng sử dụng ống lọc cát 57

3.3.1 Sự cần thiết của dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm 57

3.3.2 Tầm quan trọng của vật liệu gia cố lớp vỏ bùn 58

CHƯƠNG 4 - LỰA CHỌN ĐƠN PHA CHẾ DUNG DỊCH KHOAN MỞ VỈA TẦNG SẢN PHẨM MIOCENE HẠ Ở MỎ SƯ TỬ ĐEN 62

4.1 Lựa chọn hệ dung dịch nền 64

4.2 Nghiên cứu đặc tính thấm chứa của tầng sản phẩm để tìm ra bán kính trung bình của kênh dẫn 67

4.3 Nghiên cứu sự phân bố độ hạt để tìm loại vật liệu gia cố CaCO3 phù hợp 71

4.4 Lựa chọn hàm lượng vật liệu gia cố CaCO3 tối ưu 74

4.5 Thí nghiệm kiểm chứng lựa chọn vật liệu gia cố CaCO3 80

4.6 Thí nghiệm xử lý axít phục hồi độ thấm 83

4.7 Đánh giá các kết quả thí nghiệm và lựa chọn đơn pha chế DDK mở vỉa hợp lý 88 4.8 Kết quả áp dụng thử nghiệm và đánh giá hiệu quả kinh tế – kỹ thuật 91

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97

KẾT LUẬN 98

KIẾN NGHỊ 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

Trang 8

ÑH BK TPHCM Muïc luïc

LYÙ LÒCH TRÍCH NGANG 101

Trang 9

ĐH BK TPHCM Mở đầu

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Công tác khoan và khai thác các giếng trong tầng cát kết Miocene thuộc bồn trũng Cửu Long đã được tiến hành từ nhiều năm nay với kết quả không như mong muốn Các công ty dầu khí đã áp dụng nhiều giải pháp kỹ thuật trong thiết kế cũng như thi công nhằm tăng sản lượng khai thác Tuy nhiên, thực tế tại nhiều giếng khi thi công khoan cho biểu hiện dầu khí khá tốt, nhưng khi thử vỉa lại không cho dòng dầu như thiết kế Một trong những nguyên nhân chính dẫn đến thực tế này là do việc áp dụng công nghệ khoan mở vỉa chưa phù hợp làm cho tầng chứa bị nhiễm bẩn, hạn chế sự lưu thông của dòng sản phẩm vào giếng Với mọi nỗ lực thi công khoan và hoàn thiện các giếng Miocene hạ thành công, ngoài việc áp dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật khác, việc nghiên cứu lựa chọn hệ dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm phù hợp với đặc tính thấm chứa riêng biệt và kiểu công nghệ hoàn thiện sử dụng ống lọc cát là rất quan trọng, mang tính chất quyết định đến sản lượng của mỏ Luận điểm này đã được minh chứng thực tế ở nhiều giếng khoan thuộc vùng nghiên

cứu Với những lý do trên, việc phát triển đề tài: “Nghiên cứu lựa chọn

đơn pha chế dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm cho các giếng sử dụng ống lọc cát ở Mỏ Sư Tử Đen” là rất cấp thiết

2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

Hiện nay, các công nghệ khoan và hoàn thiện giếng tiên tiến đã và đang được áp dụng rộng rãi Ở bồn trũng Cửu Long nói chung và Mỏ Sư

Trang 10

Tử Đen nói riêng, công nghệ khoan và hoàn thiện sử dụng ống lọc cát (sandscreens) tiên tiến được áp dụng nhằm tăng khả năng khai thác cũng như hạn chế nguy cơ khai thác lẫn cát Khả năng khai thác của các giếng này phụ thuộc vào nhiều yếu tố; tuy nhiên, yếu tố quyết định chính là việc thiết kế được hệ dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm phù hợp, vừa hạn chế đến mức thấp nhất nhiễm bẩn thành hệ, vừa cho phép gọi dòng dễ dàng để có được lưu lượng khai thác lớn nhất

Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm và tham khảo các tài liệu, tác giả sẽ đề xuất phương pháp nghiên cứu lựa chọn đơn pha chế dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm phù hợp nhất để thi công và hoàn thiện các giếng khoan khai thác tầng Miocene hạ sử dụng ống lọc cát cho mỏ

Sư Tử Đen

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Với phạm vi là những giếng khoan khai thác trong tầng Miocene hạ sử dụng ống lọc cát nhằm tăng khả năng khai thác, hạn chế nguy cơ khai thác sản phẩm lẫn cát ở mỏ Sư Tử Đen, đối tượng nghiên cứu của đề tài là:

• Các hệ dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm thường được sử dụng để tìm

ra hệ dung dịch khoan phù hợp cho công nghệ hoàn thiện ống lọc cát

• Các loại vật liệu gia cố CaCO3 có sẵn trên thị trường trong và ngoài nước để tìm ra loại có kích cỡ hạt phù hợp nhất với đặc tính thấm chứa của vỉa chứa Miocene hạ mỏ Sư Tử Đen

Trang 11

4 Nội dung nghiên cứu

Luận văn sẽ tập trung nghiên cứu các nội dung sau:

• Tổng quan về công nghệ khoan mở vỉa sản phẩm và thực trạng khoan mở vỉa sản phẩm tầng Miocene hạ Bồn trũng Cửu Long

• Nghiên cứu lý thuyết nhiễm bẩn thành hệ

• Nghiên cứu đặc tính thấm chứa của tầng sản phẩm để tìm ra bán kính trung bình của kênh dẫn và tính toán kích cỡ cần thiết của vật liệu gia cố CaCO3

• Thí nghiệm minh chứng sự phân bố độ hạt vật liệu gia cố CaCO3 phù hợp nhất và thí nghiệm rửa trôi lớp vỏ bùn bằng axit

• Hoàn thiện đơn pha chế dung dịch mở vỉa sản phẩm cho tầng Miocene hạ mỏ Sư Tử Đen

5 Phương pháp nghiên cứu

5.1 Nghiên cứu lý thuyết

• Nghiên cứu lý thuyết nhằm làm sáng tỏ các cơ chế nhiễm bẩn khi có sự tiếp xúc của dung dịch khoan với các thành hệ đất đá trong tầng chứa dầu khí

• Nghiên cứu đặc tính thấm chứa của tầng sản phẩm để tìm ra bán kính trung bình của kênh dẫn

• Nghiên cứu tính toán tìm ra loại và kích cỡ cần thiết của vật liệu gia cố khi mở vỉa sản phẩm

5.2 Nghiên cứu thực nghiệm

Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về mở vỉa và hoàn thiện giếng có liên quan đến đối tượng khai thác ở vùng nghiên cứu để tiến hành các thí nghiệm minh giải từ đó phân tích lựa chọn đơn pha chế hệ dung dịch mở

Trang 12

vỉa có kích cỡ và loại vật liệu gia cố phù hợp nhất với đặc tính thấm chứa của tầng chứa Miocene hạ mỏ Sư Tử Đen

6 Tài liệu cơ sở của luận văn

Luận văn được xây dựng trên cơ sở các tài liệu địa chất, tài liệu thi công khoan cũng như những nghiên cứu lựa chọn và thực tế sử dụng dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm ở vùng nghiên cứu Đề tài được triển khai trên cơ sở những kiến thức từ hội thảo, các bài báo, tạp chí chuyên ngành khoan có liên quan đến mở vỉa sản phẩm trong và ngoài nước

Trong quá trình thực hiện Luận văn, tác giả còn tham khảo nhiều tài liệu về dung dịch khoan của các công ty chuyên về dung dịch khoan trên thế giới như M-I Drilling Fluids, Schlumberger, Halliburton/ Baroid Drilling Fluids / Baker Hughes Inteq

7 Luận điểm mới của luận văn

Đưa ra phương pháp nghiên cứu và lựa chọn được đơn pha chế dung dịch khoan phù hợp để mở vỉa một tầng chứa với đặc tính thấm chứa riêng như Miocene hạ ở mỏ Sư Tử Đen, đồng thời chứng tỏ tính hiệu quả của việc nghiên cứu này

8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

• Đưa ra được phương pháp nghiên cứu cần thiết để lựa chọn dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm cho một khu vực tầng chứa Miocene hạ hoặc Oligocene bất kỳ với đặc tính thấm chứa riêng

• Đề xuất đơn pha chế dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm phù hợp với tầng chứa Miocene hạ khu vực mỏ Sư Tử Đen khi sử dụng ống lọc cát

Trang 13

9 Cấu trúc và khối lượng của Luận văn

Luận văn gồm phần mở đầu, 4 chương, phần kết luận-kiến nghị và danh mục tài liệu tham khảo Toàn bộ nội dung của Luận văn được trình bày trong 102 trang trên khổ giấy A4, phông chữ VNI-Times, cỡ 13, khoảng cách 1.5 dòng như theo quy định

Luận văn được hoàn thành tại trường đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh dưới sự hướng dẫn khoa học của:

• Tiến sĩ Vũ Văn Ái, Giảng viên khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí

• Tiến sĩ Hoàng Hồng Lĩnh, Trưởng phòng Dung dịch khoan của Xí

nghiệp khoan, Liên doanh dầu khí VietsovPetro

Trang 14

ĐH BK TPHCM Danh mục các bảng biểu – hình vẽ

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU – HÌNH VẼ

Bảng 1.1 - Thông số độ thấm và độ rỗng tầng Miocene hạ mỏ Sư Tử Đen 16

Bảng 1.2 – Đơn pha chế hệ dung dịch KCl / Polymers 21

Bảng 1.3 – Đơn pha chế hệ dung dịch KCl / Polymers / Glycol 23

Bảng 1.4 – Đơn pha chế hệ dung dịch KCl / Sildril 24

Bảng 1.5 – Đơn pha chế hệ dung dịch Flo-Pro 26

Bảng 2.1 – Tương quan mức độ nhiễm bẩn và hệ số Skin 36

Bảng 4.1 – Đơn pha chế dung dịch nền 66

Bảng 4.2 – Kết quả phân tích mẫu Miocene hạ ở mỏ Sư tử đen 68

Bảng 4.3 – Kích thước đĩa gốm và vật liệu gia cố CaCO3 71

Bảng 4.4 – Kết quả phân tích sự phân bố độ hạt các loại CaCO3 74

Bảng 4.5 – Đơn pha chế dung dịch lựa chọn hàm lượng CaCO3 76

Bảng 4.6 – Thông số ddk với các hàm lượng Circal 60/16 khác nhau 76

Bảng 4.7 – Thông số thấm lọc với các hàm lượng CaCO3 khác nhau 77

Bảng 4.8 – Đơn pha chế dung dịch xác định loại CaCO3 80

Bảng 4.9 – Thông số thấm lọc của mẫu dung dịch chứa CaCO3 trong nước

và ngoại nhập 81

Bảng 4.10 – Đơn pha chế dung dịch DIF cho thí nghiệm FLT 85

Bảng 4.11 – Đơn pha chế dung dịch axit HCl 86

Bảng 4.12 – Kết quả thí nghiệm FLT cho tầng Miocene hạ mỏ Sư tử Đen 86

Bảng 4.13 – Đơn pha chế dung dịch DIF tầng Miocene hạ mỏ Sư tử Đen 90

Bảng 4.14 – Thông số DDK DIF tầng Miocene hạ mỏ Sư tử Đen 90

Bảng 4.15 – Số liệu khai thác thực tế của các giếng Miocene hạ ở

mỏ Sư Tử Đen 94

Trang 15

Hình 1.1 – Cột địa tầng tổng hợp bồn trũng Cửu Long 13

Hình 1.2 – Gradient địa nhiệt khu mỏ Sư Tử Đen 14

Hình 1.3 – Gradient áp suất khu mỏ Sư Tử Đen 15

Hình 2.1 – Mô phỏng đới nhiễm bẩn 29

Hình 2.2 – Quá trình xâm nhập của dung dịch khoan khi mở vỉa 30

Hình 2.3 – Sự suy giảm áp suất do ảnh hưởng của hệ số Skin 34

Hình 2.4 – Mô phỏng sự xâm nhập của pha rắn và lỏng vào vỉa 39

Hình 2.5 – Mô phỏng sự di chuyển của các hạt mịn tạo nút bít nhét 39

Hình 2.6 – Hoạt động của cột cần khoan có thể gây nhiễm bẩn 41

Hình 2.7 – Mô phỏng sét trương nở làm bít nhét kên dẫn 42

Hình 2.8 – Mô phỏng nhiễm bẩn do sự hình thành thể nhũ tương 43

Hình 3.1 – Sự bít nhét của các hạt rắn ≥1/3 đường kính kênh dẫn 59

Hình 3.2 – Các hạt rắn < 1/3 đường kính kênh dẫn di chuyển sâu hơn 60

Hình 3.3 – Sự kết hợp của các hạt rắn > 1/3 và < 1/7 đường kính kênh dẫn 60

Hình 4.1 – Thí nghiệm sự phân tán của sét Miocene hạ mỏ Sư tử đen 66

Hình 4.2 – Hình ảnh lát cắt thạch học cát kết Miocene hạ mỏ Sư tử đen 67

Hình 4.3 – Mối liên hệ giữa FZI và Rmh (R50) vỉa Miocene hạ ở

mỏ Sư tử đen 70

Hình 4.4 – Biểu đồ phân bố độ hạt của CaCO3 Việt nam 73

Hình 4.5 – Biểu đồ phân bố độ hạt của Circal 60/16 73

Hình 4.6 – Sơ đồ thiết bị thí nghiệm độ thải nước 75

Hình 4.7 – Lớp vỏ bùn với hàm lượng Circal 60/16 là 10 ppb 78

Hình 4.10–Biểu đồ độ thải nước của mẫu DIF chứa CaCO3 VN và ngoại nhập 82

Hình 4.11 – Lớp vỏ bùn của dung dịch KCl / Polymers / Glycol chứa CaCO3 83

Trang 16

Hình 4.12 – Sơ đồ thí nghiệm FLT trước khi bơm axít 84

Hình 4.13 – Sơ đồ thí nghiệm FLT sau khi bơm axít 84

Hình 4.14 – Đồ thị biểu diễn hiệu suất dòng chảy qua thí nghiệm FLT 87

Hình 4.15 – Biểu đồ khai thác giếng Miocene RD-14P 92

GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

DIF Drill-in Fluids – dung dịch mở vỉa sản phẩm

DDK Dung dịch khoan

FLT Flow Loop Test – thí nghiệm xử lý axít phục hồi độ thấm

UCS Unconfined Compressive Strength – độ bền nén biểu kiến

NTU Nephelometic Turbidity Unit – chỉ số độ đục

CN Công nghệ

Trang 17

ĐH BK TPHCM Chương 1

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ KHOAN MỞ VỈA TẦNG MIOCENE HẠ

BỒN TRŨNG CỬU LONG

Trang 18

1.1 Đặc điểm địa chất vùng nghiên cứu

Bồn trũng Cửu Long nằm ở thềm lục địa phía nam Việt Nam, được phân chia làm nhiều Lô, chứa hầu hết những mỏ dầu khí lớn như mỏ Bạch Hổ, Rạng Đông, Rồng, Sư Tử Đen, Sư Tử Vàng, Sư Tử Trắng, Cá Ngừ Vàng, Tê Giác Trắng, …

Trong bể Cửu Long, Lô 15-1 chiếm diện tích khoảng 4,600 km2, nằm ở khu vực phía Bắc, dọc theo bờ biển Bà Rịa – Vũng Tàu và Phan Thiết Góc phía tây nam của Lô 15-1 chỉ cách Vũng Tàu khoảng 20 km về phía đông nam Công tác thăm dò dầu khí tại Lô 15-1 được tiến hành từ năm 1998 với giếng khoan đầu tiên vào Quý 3 năm 2000 Từ đó tới nay nhiều mỏ dầu quan trọng như Sư Tử Đen, Sư Tử Vàng, Sư Tử Trắng và gần đây là Sư Tử Nâu đã được phát hiện Tuy nhiên, đến thời điểm hiện tại mới có mỏ Sư Tử Đen được đưa vào khai thác với sản lượng khai thác trung bình khoảng 70 ngàn thùng dầu / ngày đêm

Phần móng nứt nẻ được cấu tạo bởi các đá xâm nhập bao gồm granit, granodiorit, tonalit, granosyenit, diorit và gabbrodiorit Các loại đá phun trào cũng có mặt trong thành phần của không chỉ đá móng mà cả trầm tích biến chất

Từ nóc móng, cột địa tầng tổng hợp của bồn trũng Cửu Long bao gồm các thành tạo đất đá được mô tả từ già đến trẻ như sau [1]:

• Điệp Trà Cú, thường được gọi là “Tập F và E”, có tuổi Oligocene bao gồm các đá cát kết và cuội kết màu hồng xen lẫn bột kết

• Điệp Trà Tân, thường được gọi là “Tập D và C”, là các đá có tuổi Oligocene, bao gồm các đá phiến màu đen và bột kết với một vài lớp cát kết Đây là tầng sinh rất tốt trong khu vực, đồng thời là tầng chắn trên móng kết tinh nứt nẻ

Trang 19

• Điệp Bạch Hổ (Miocene hạ) được gọi là “Tập BI”, là các đá có tuổi Miocene sớm, gồm các phiến sét màu nâu, xám xanh xen lẫn các tập cát kết và bột kết Các đá phiến sét này là tầng chắn rất tốt mang tính khu vực Các tập cát kết tuy có độ rỗng lớn nhưng không phân bố liên tục Tuy vậy, chúng cũng cho một sản lượng khai thác hàng năm không nhỏ Dựa vào tài liệu thạch học, cổ sinh, địa vật lý, điệp Bạch Hổ được chia thành hai phụ điệp sau:

− Phụ điệp Bạch Hổ dưới; bao gồm các lớp trầm tích cát kết xen lẫn sét kết và bột kết Càng lên phía trên, các hạt càng thô Cát kết thạch anh màu xám trắng, cỡ hạt từ nhỏ đến trung bình, được gắn kết chủ yếu bằng xi măng sét, kaolinit lẫn carbonat Cát kết thuộc tầng này có độ dày từ 10 – 16 m Chúng phân bố chủ yếu từ phần trung tâm chạy về phía Bắc của cấu trúc Sư Tử Đen, ở độ sâu khoảng 1760 đến 1800 m Nhìn chung, các lớp đất đá thuộc phụ điệp Bạch Hổ dưới không bị ảnh hưởng lớn của các hoạt động kiến tạo Tuy nhiên do dòng chảy tự nhiên nên các lớp đất đá này đều có hướng hơi nghiêng từ tây-bắc xuống đông-nam với góc dốc rất nhỏ

− Phụ điệp Bạch Hổ trên; gồm các lớp sét dẻo, dính và rất dễ trương nở khi gặp nước, xen lẫn một vài các tập cát kết mỏng và dấu vết than và glauconit, còn gọi là sét Bạch Hổ Đây là tầng chắn của tầng chứa Miocene hạ bồn trũng Cửu Long Các lớp sét Bạch Hổ có thế nằm ngang, khá bằng phẳng

• Điệp Côn Sơn (Miocene giữa) được gọi là “Tập BII”; chủ yếu gồm các lớp cát kết hạt thô xen kẹp bột kết có tuổi Miocene trung Tài liệu thu được từ các giếng khoan cho thấy điệp Côn Sơn không có tiềm năng dầu khí

Trang 20

• Điệp Đồng Nai (Miocene trên): các đất đá thuộc điệp Đồng Nai thường được gọi là “Tập BIII”, chủ yếu là các tập cát có độ hạt trung bình, rất giàu glauconite, có tuổi Miocene muộn Tương tự điệp Côn Sơn, điệp Đồng Nai cũng không thấy các dấu hiệu dầu khí

• Điệp Biển Đông; bao gồm các trầm tích “Tập A” với thành phần chủ yếu là cát hạt mịn rất giàu sinh vật biển và glaunonite màu vàng

Các thành tạo đất đá của bồn trũng Cửu Long được thể hiện trong cột địa tầng tổng hợp như dưới đây:

Trang 21

Hình 1.1 – Cột địa tầng tổng hợp bồn trũng Cửu Long

Gradient địa nhiệt trung bình của khu vực mỏ Sư Tử Đen khoảng 3.37ºC / 100m, thuộc loại bình thường Ở độ sâu của tầng chứa Miocene

Trang 23

Về áp suất, theo những số liệu sẵn có trong vùng, áp suất vỉa của tầng chứa Miocene hạ khu mỏ Sư Tử Đen khoảng từ 8.4 – 8.5 ppg Không có dị thường áp suất trong khu vực

Hình 1.3 – Gradient áp suất khu mỏ Sư Tử Đen

Kết quả phân tích độ rỗng và độ thấm của tầng Miocene hạ ở mỏ

Sư Tử Đen được thể hiện trong bảng 1.1 dưới đây:

Trang 24

Bảng 1.1 - Thông số độ thấm và độ rỗng tầng Miocene hạ mỏ Sư Tử Đen

Mẫu Độ rỗng

(%)

Độ thấm

K (mD)

Bề dày trung bình (m)

Hệ số thể tích thành hệ B (bbl/ STB)

Độ nhớt (cP)

1.2.1 Công nghệ khoan và hoàn thiện giếng khai thác thường gặp ở

vùng nghiên cứu

A Giới thiệu khái quát

Trên thế giới, công nghệ khoan và hoàn thiện các giếng khai thác trong tầng cát kết rất phong phú và đa dạng Do tác hại mài mòn của hiện tượng sinh cát, ngày nay hầu hết những giếng khoan mới đều được áp dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật hiện đại với nhiều công nghệ kiểm soát cát khác nhau Căn cứ vào khả năng kiểm soát cát, có

Trang 25

thể phân chia công nghệ khoan và hoàn thiện giếng theo hai nhóm chính [2]:

• Nhóm 1 - không kiểm soát cát, bao gồm:

- Khoan, chống ống, bơm trám xi măng và bắn mở vỉa

- Khoan, chống ống lửng đục lỗ sẵn

• Nhóm 2 – có kiểm soát cát, bao gồm:

- Khoan, chống ống, bơm trám xi măng, bắn mở vỉa và chèn sỏi

- Công nghệ sử dụng ống lọc cát (Stand-alone sandscreen)

- Công nghệ sử dụng ống lọc cát và chèn sỏi (sandscreen and gravel pack)

- Công nghệ sử dụng ống lọc cát giãn nở

Trong vùng nghiên cứu, thực tế hầu hết các giếng khoan khai thác tầng Miocene hạ trước đây được khoan và hoàn thiện theo kiểu nhóm

1 tức không kiểm soát cát Hai phương pháp thường được sử dụng là:

- Khoan, chống ống, bơm trám xi măng và bắn mở vỉa

Tầng sản phẩm sau khi khoan qua, được chống ống suốt và bơm trám xi măng Sau khi xi măng cố kết, người ta áp dụng phương pháp bắn đục lỗ bắn xuyên qua ống chống, lớp xi măng cố kết và đới nhiễm bẩn tạo ra các kênh dẫn nhân tạo

Ở giai đoạn đầu, giếng cho sản lượng khá Tuy nhiên, do đất đá tầng Miocene có độ cố kết kém nên thường bị sập lở, mất đi trạng thái tự nhiên của vỉa sản phẩm Vì thế, trong quá trình khai thác, các hạt cát từ vỉa sẽ theo các kênh dẫn di chuyển vào giếng làm suy giảm nhanh chóng lưu lượng khai thác và gây mài mòn phá hủy các bộ phận

Trang 26

trên đường dẫn chất lưu Việc xử lý vùng cận đáy giếng sau thời gian khai thác trong nhiều trường hợp không đem lại hiệu quả

- Khoan và chống ống lửng đục lỗ sẵn

Sau khi mở thân giếng qua tầng sản phẩm và tuần hoàn làm sạch giếng, ống chống lửng đục lỗ sẵn được thả xuống để gia cố thành giếng khoan Dầu và khí được khai thác từ ngoài vỉa thông qua các lỗ đục sẵn này

Do các ống chống lửng thường được đục lỗ sẵn mà không tính đến đặc tính thấm chứa của các vỉa cát, đồng thời được thả vào giếng không kèm theo các thiết bị ngăn cách các tập sét trương nở xen kẽ trong tầng chứa nên ống đục lỗ hoặc không ngăn cản được các hạt cát, hoặc bị bít nhét bởi sét, vì thế ảnh hưởng trầm trọng tới lưu lượng khai thác

B Phân tích đánh giá những mặt hạn chế của công nghệ khoan và hoàn thiện giếng đã sử dụng

Như đã trình bày sơ bộ ở trên, công nghệ khoan và hoàn thiện giếng áp dụng cho tầng Miocene hạ trong những năm đầu ở khu vực bể Cửu Long còn khá đơn giản và chưa hiệu quả

- Phương pháp khoan, chống ống, bơm trám xi măng và bắn mở vỉa

Đặc điểm của phương pháp này là đơn giản, không chú ý nhiều đến khái niệm nhiễm bẩn thành hệ Do đây là phương pháp khai thác không kiểm soát cát nên thực tế chỉ hiệu quả đối với những khu vực mà cát kết có độ cố kết cao, khó xảy ra hiện tượng sinh cát Tuy nhiên vấn đề sinh cát hay không còn tùy thuộc vào nhiều yếu tố và đòi hỏi phải được nghiên cứu kỹ lưỡng Thực tế cho thấy, thường thì giai đoạn đầu, giếng cho sản lượng khá Tuy nhiên, sau một thời gian khai thác,

Trang 27

vỉa bị sập lở, không còn độ cố kết tự nhiên Vì thế, trong quá trình khai thác, các hạt cát từ vỉa sẽ theo các kênh dẫn di chuyển vào giếng làm suy giảm nhanh chóng lưu lượng khai thác và gây mài mòn phá hủy các bộ phận thiết bị khai thác trên đường dẫn chất lưu

- Phương pháp khoan và chống ống lửng đục lỗ sẵn

Đây là phương pháp hoàn thiện giếng có thể nói là đơn giản nhất, tuy nhiên, hiệu quả kinh tế lại là thấp nhất Thường thì các lỗ đục sẵn có kích thước khá lớn nên các hạt cát từ nội vỉa dễ dàng đi qua Mặt khác, do ống đục lỗ được thả vào trong giếng không kèm theo các thiết bị ngăn cách các tập sét xen kẹp dễ trương nở nên các lỗ đục dễ dàng bị bít nhét bởi sét, vì thế làm lưu lượng khai thác của giếng giảm mạnh Ngoài ra, do dung dịch mở vỉa không được đầu tư nghiên cứu kỹ nên tạo ra đới nhiễm bẩn khá dày trong những giếng khoan này

1.2.2 Các hệ dung dịch khoan mở vỉa truyền thống ở vùng nghiên cứu

A Giới thiệu khái quát

Có rất nhiều loại dung dịch khác nhau có thể sử dụng để khoan qua tầng sản phẩm cát kết Việc lựa chọn hệ dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm không chỉ phụ thuộc vào cơ chế nhiễm bẩn mà còn phụ thuộc vào loại thành hệ và quan trọng hơn tất cả là công nghệ khoan và hoàn thiện giếng trong tầng sản phẩm đó

Bồn trũng Cửu Long có ba tầng sản phẩm chính; Miocene hạ, Oligocene và tầng móng granite phong hóa nứt nẻ Tầng Miocene hạ chủ yếu là cát, cát kết và các tập sét xen kẹp Các tập sét trong tầng Miocene hạ có tính chất trương nở, phân tán hoặc vừa trương nở vừa phân tán

Trang 28

Những hệ dung dịch thông thường có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng khai thác của vỉa chứa Sự ảnh hưởng này có thể hạn chế bằng cách giảm độ thải nước, kiểm soát sự tăng độ bền gel cũng như chất lượng của lớp vỏ bùn trên thành giếng khoan Với công nghệ khoan, chống ống và bắn mở vỉa, đạn thường bắn xuyên qua toàn bộ đới nhiễm bẩn, kể cả những đới nhiễm bẩn dày nhất Chính vì vậy, nhiễm bẩn không phải là mối quan tâm lớn khi sử dụng kiểu công nghệ khoan và hoàn thiện giếng này

Trong công nghệ khoan và hoàn thiện giếng không sử dụng vữa trám, dung dịch và lớp vỏ bùn phải được thiết kế sao cho có thể thay thế và phá hủy dễ dàng mà không cần các biện pháp làm sạch Dung dịch khoan mở vỉa được chọn nhằm hạn chế đến mức thấp nhất sự nhiễm bẩn

Đối với loại giếng khoan khai thác trong tầng cát kết nói chung, các hệ dung dịch khoan mở vỉa có thể chia làm hai nhóm chính:

Nhóm dung dịch khoan mở vỉa gốc dầu hoặc dầu tổng hợp (chưa từng được sử dụng ở Việt nam)

Nhóm dung dịch khoan gốc nước

Ở bể Cửu Long, trong tầng Miocene hạ, các hệ dung dịch khoan mở vỉa được dùng là các hệ dung dịch khoan gốc nước như:

Hệ dung dịch khoan KCl / Polymers

Hệ dung dịch khoan KCl / Polymers / Glycol

Hệ dung dịch khoan KCl / Sildril

Hệ dung dịch khoan Flo-Pro Hầu như việc quyết định sử dụng hệ dung dịch khoan nào là đều dựa trên kinh nghiệm và chưa đầy đủ cơ sở khoa học Thực tế chưa có

Trang 29

một nghiên cứu cụ thể để đưa ra việc lựa chọn hợp lý công nghệ

khoan và hoàn thiện cũng như đơn pha chế dung dịch mở vỉa phù hợp

B Phân tích đánh giá các hệ dung dịch đã sử dụng trong vùng

- Hệ dung dịch KCl / Polymers;

Đây là hệ dung dịch khoan gốc nước có khả năng ức chế sét với đơn pha chế có các thành phần chính như sau:

Bảng 1.2 – Đơn pha chế hệ dung dịch KCl / Polymers

KCl - Potassium Chloride Ức chế sét 30-35 ppb Xanthangum Biopolymer Tạo độ nhớt 1.0-6.0 ppb PHPA – Polymer cao phân tử Ức chế sét 3.0-7.0 ppb PAC-L Polyanionic Cellulose Giảm độ thải nước 4.0-9.0 ppb PAC-R Polyanionic Cellulose Giảm độ thải nước 4.0-9.0 ppb Glutaraldehyde Diệt khuẩn Theo yêu cầu Soda Ash – Sodium carbonate pH/ giảm Canxi 0.5-2.0 ppb

Barite Điều chỉnh tỷ trọng Theo yêu cầu Hệ dung dịch khoan này được các nhà thầu khoan sử dụng khoan qua các tầng sản phẩm cát kết xen kẹp sét có hoạt tính trương nở và

phân tán cao Hệ dung dịch KCl / Polymers tham gia ức chế sét theo

cả hai cơ chế trương nở của sét là hydrate hoá bề mặt và trương nở

thẩm thấu, trong đó Polymers làm ức chế quá trình hydrate hóa, còn

ion K+ giúp ức chế trương nở thẩm thấu Các Polymers cao phân tử tạo

màng mỏng bao bọc bề mặt sét ngăn cách chúng tiếp xúc với nước

Khi sét tiếp xúc với dung dịch chứa ion K+ , do chênh lệch về nồng độ

điện tích, các ion K+ từ dung dịch bị hấp phụ vào khe trống giữa các

Trang 30

phiến sét cơ sở Do có bán kính nhỏ nên ion K+ dễ bị hấp phụ và chui vào khe hở giữa các phiến sét và giữ chặt các phiến sét này, đồng thời ngăn cản sự xâm nhập của các ion OH- có bán kính lớn hơn Thực tế cho thấy khi hàm lượng KCl đạt khoảng 30-35 ppb (pounds per barrel), dung dịch sẽ có khả năng ức chế sét tốt Nếu hàm lượng KCl quá thấp thì khả năng ức chế trương nở thẩm thấu sẽ không đạt hiệu quả Còn nếu hàm lượng KCl quá cao cũng không làm tăng tính ức chế sét Hệ dung dịch KCl / Polymers thuộc loại ức chế không phân tán, là hệ dung dịch phi sét nên ít gây nhiễm bẩn hơn so với các hệ dung dịch dùng sét làm tác nhân tạo cấu trúc, tăng độ nhớt Vì hai đặc điểm nêu trên, hệ KCl / Polymers ít gây nhiễm bẩn thành hệ hơn Ngoài ra, hệ dung dịch này có giá thành tương đối thấp, ít ảnh hưởng đến môi trường , dễ dàng pha chế và bảo quản Tuy nhiên, hệ dung dịch này cũng có một số nhược điểm Do khả năng ức chế sét ở mức độ vừa phải nên trong quá trình khoan, sét sẽ phân tán vào dung dịch làm thay đổi các tính chất lưu biến của dung dịch Thường các hợp chất polymer cao phân tử có độ bền nhiệt kém nên hệ dung dịch này thường chỉ dùng cho những giếng khoan có độ sâu vừa phải Với những giếng khoan có nhiệt độ cao hơn, hệ dung dịch này phải cần thêm các hóa chất bền nhiệt, và như vậy lại đẩy giá thành dung dịch lên cao

- Hệ dung dịch KCl / Polymers / Glycol;

Hệ dung dịch này được pha chế lấy dung dịch KCl / Polymers làm nền nhằm khắc phục nhược điểm của hệ dung dịch này Đơn pha chế của hệ có các thành phần chính như sau:

Trang 31

Bảng 1.3 – Đơn pha chế hệ dung dịch KCl / Polymers / Glycol

KCl - Potassium Chloride Ức chế sét 30-35 ppb Polyalkylene Glycol Ức chế sét 3-4% thể tích Xanthangum Biopolymer Tạo độ nhớt 1.0-6.0 ppb PHPA – Polymer cao phân tử Ức chế sét 3.0-7.0 ppb PAC-L Polyanionic Cellulose Giảm độ thải nước 4.0-9.0 ppb PAC-R Polyanionic Cellulose Giảm độ thải nước 4.0-9.0 ppb Glutaraldehyde Diệt khuẩn Theo yêu cầu Soda Ash – Sodium carbonate pH/ giảm Canxi 0.5-2.0 ppb

Barite Điều chỉnh tỷ trọng Theo yêu cầu

Với sự có mặt của glycol, hệ KCl / Polymers / Glycol có khả năng ức chế sét tốt hơn Cả ba tác nhân KCl, PHPA và Glycol được dùng

nhằm ức chế các tập sét trương nở [3]

PHPA là polynmer cao phân tử mang điện tích âm Khi tiếp xúc với các hạt sét, nó liên kết với các cạnh hạt sét mang điện tích dương tạo

thành một lớp chắn mang điện tích âm và vì thế các phần tử nước

không thể xâm nhập vào hoặc tiếp xúc trực tiếp với các hạt sét làm

sét trương nở được

Khi ở trong dung dịch, Glycol cũng là chất có nhóm chức mang điện tích âm Gốc hydrocacbon của Glycol có tính kỵ nước, khi tiếp

xúc với bề mặt sét, chúng nhanh chóng tương tác tạo ra mối liên kết

bền vững với các cạnh mang điện tích dương, còn gốc hydrocacbon

hướng về phía pha lỏng Sự hấp phụ nhanh chóng và dày đặc của

Trang 32

Glycol tạo màng kỵ nước trên bề mặt sét thành hệ, ngăn cản không cho nước thấm vào khe giữa các lớp sét và vì thế mà ức chế được sự trương nở của sét Thường hàm lượng của Glycol dùng trong hệ dung dịch này ở khoảng 3 – 4 % theo thể tích Ưu điểm của hệ dung dịch khoan KCl / Polymers / Glycol là có tính ức chế tốt, thành giếng khoan có độ ổn định cao Đặc biệt, khi có Glycol, lớp vỏ bùn trên thành giếng khoan trở nên rất mỏng, dai và chặt sít, do vậy có thể ổn định thành giếng và giảm hiện tượng kẹt mút do chênh áp Hệ dung dịch này còn có khả năng dung nạp mùn khoan, làm sạch đáy giếng và vận chuyển mùn khoan khá tốt nhờ vào tính chảy loãng của dung dịch Ở

vị trí mà dung dịch có vận tốc cao như khi mới ra khỏi vòi phun thủy lực của choòng khoan, độ nhớt dung dịch giảm rất mạnh, tạo điều kiện cho mùn khoan phân bố nhanh và đều vào trong dung dịch, và vì thế mà đáy giếng nhanh chóng được làm sạch Ngược lại, ở vị trí dung dịch chuyển động với vận tốc trượt tương đối thấp như trong khoảng không vành xuyến, độ nhớt của dung dịch tăng lên, làm tăng khả năng vận chuyển và khả năng treo lơ lửng mùn khoan khi dừng bơm Ngoài

ra, hệ dung dịch KCl / Polymers / Glycol còn có khả năng bôi trơn cao, giảm đáng kể mômmen xoắn của cột cần khoan

- Hệ dung dịch KCl / Sildril;

Đây là hệ dung dịch có khả năng ức chế sét rất cao, tương đương với hệ dung dịch khoan gốc dầu Sildril tức dung dịch Silicat Natri nồng độ 30% trọng lượng Dưới đây là đơn pha chế tiêu biểu của hệ:

Bảng 1.4 – Đơn pha chế hệ dung dịch KCl / Sildril

Trang 33

KCl - Potassium Chloride Ức chế sét 30-35 ppb Sildril Ức chế sét 8-9% thể tích Xanthangum Biopolymer

(Flovis)

Tạo độ nhớt 1.0-3.0 ppb

Kla-Gard Chống bó choòng 3.0-7.0 ppb PAC-L Polyanionic Cellulose Giảm độ thải nước 4.0-9.0 ppb Flotrol – Starch Giảm độ thải nước 4.0-9.0 ppb Soda Ash – Sodium carbonate pH/ giảm Canxi 0.5-2.0 ppb EMI 544 Chất bôi trơn 1-4% thể tích Barite Điều chỉnh tỷ trọng Theo yêu cầu Sildril là tác nhân ức chế sét chính trong hệ dung dịch này Khi tiếp xúc với bề mặt sét, Silicat Natri thấm vào các khe hở giữa các lớp sét và tương tác tạo thành các tinh thể alumosilicat can xi và magiê Với tính dính kết cao, các alumosilicat canxi và magiê liên kết tạo thành lớp chắn bền vững chống sự xâm nhập của nước Do có khả năng ức chế sét rất cao nên hình dạng và kích thước của mùn khoan được bảo toàn rất tốt, do đó mùn khoan dễ tách trên bề mặt

Nhược điểm lớn nhất của hệ dung dịch khoan KCl / Sildril là tạo ra các tinh thể alumosilicat can xi và magiê kết tủa có tính ma sát cao, làm mài mòn các thiết bị khoan, đặc biệt dễ phá hỏng hệ thống xi lanh, pit tông của máy bơm dung dịch và các phần gioong khác của thiết bị đo và động cơ đáy Ngoài ra, do hệ dung dịch này có độ pH rất cao nên không thể có chất bôi trơn nào phù hợp

- Hệ dung dịch Flo-Pro;

Trang 34

Hệ Flo-Pro là một trong các hệ DDK gốc nước có giá thành cao nhất trong số các hệ dung dịch khoan gốc nước hiện nay được dùng ở

bồn trũng Cửu Long Đơn pha chế tiêu biểu của hệ Flo-pro như sau:

Bảng 1.5 – Đơn pha chế hệ dung dịch Flo-Pro

KCl - Potassium Chloride Ức chế sét 25-30 ppb Polyalkylene Glycol Ức chế sét 3-4% thể tích Flotrol / Dualflo Giảm độ thải nước 3.0-5.0 ppb Xanthangum Biopolymer

(Flovis)

Tạo độ nhớt 1.0-3.0 ppb

Kla-Gard Chống bó choòng 3.0-7.0 ppb Soda Ash – Sodium carbonate pH/ giảm Canxi 0.5-2.0 ppb Barite Điều chỉnh tỷ trọng Theo yêu cầu Hệ dung dịch Flo-Pro có tính ức chế sét không kém hệ KCl / Sildril, song ưu điểm của nó là khắc phục được những nhược điểm của Silicat, không gây mài mòn hỏng hóc các thiết bị khoan Ngoài ra, một điểm mạnh khác của hệ dung dịch Flo-Pro là do có tính ổn định cao, khó bị phá hủy vi sinh nên Flo-Pro có thể giữ được để dùng cho nhiều giếng Tuy nhiên, riêng trong khoan mở vỉa sản phẩm, do yêu cầu giảm đến mức thấp nhất nhiễm bẩn thành hệ, luôn luôn phải dùng dung dịch sạch nên Flo-Pro lại không có lợi về mặt giá thành

Kết luận chương 1:

1 Tầng chứa cát kết Miocene hạ mỏ Sư Tử Đen với chiều dày khá mỏng, có các tập sét xen kẽ và thế nằm tương đối bằng phẳng, là tầng chứa có tiềm năng dầu khí khá tốt

Trang 35

2 Với yêu cầu chung của ddk mở vỉa sản phẩm là pha loãng liên tục và thay thế nhiều lần trong quá trình khoan mở vỉa và hoàn thiện giếng, đồng thời đảm bảo giảm đến mức thấp nhất thiệt hại về môi trường nên dung dịch gốc nước được ưa chuộng hơn

3 Trong số các hệ dung dịch khoan gốc nước đã và đang được sử dụng trong vùng, hệ KCl / Sildril sẽ không được nghiên cứu do tác hại của sự mài mòn phá hủy thiết bị và khó khăn trong công tác gọi dòng Do vậy, ba hệ ddk gốc nước còn lại là KCl / Polymers, KCl / Polymers / Glycol và Flo-Pro sẽ được nghiên cứu tiếp để chọn hệ dd nền cho nghiên cứu lựa chọn đơn pha chế ddk mở vỉa sản phẩm cho những giếng khoan sử dụng ống lọc cát ở mỏ Sư Tử Đen

Trang 36

CHƯƠNG 2

LÝ THUYẾT NHIỄM BẨN KHI KHOAN

MỞ VỈA SẢN PHẨM

Trang 37

2.1 Lý thuyết nhiễm bẩn thành hệ và hệ số Skin

2.1.1 Cơ sở lý thuyết về nhiễm bẩn thành hệ

Nhiễm bẩn là quá trình làm suy giảm độ thấm tự nhiên của khu vực xung quanh vùng cận thành giếng như mô phỏng trong hình dưới đây:

Hình 2.1 – Mô phỏng đới nhiễm bẩn

Ở trạng thái tự nhiên, khi chưa chịu sự tác động của quá trình mở vỉa, đất đá và các chất lưu vỉa đều nằm ở trạng thái cân bằng, tức các thông số vỉa có giá trị ổn định Khi khoan mở vỉa, choòng khoan tiếp xúc với đất đá và làm vỡ thế cân bằng vỉa ban đầu và có xu hướng tạo thế cân bằng mới Trong suốt quá trình mở vỉa, dung dịch khoan và pha rắn trong dung dịch có điều kiện tương tác qua lại với đất đá và chất lưu vỉa thuộc vùng cận thành và đáy giếng khoan Do quá trình tương tác này, khu vực xung quanh thành giếng diễn ra một quá trình làm thay đổi trạng thái cơ lý hóa thành hệ, và vì thế làm giảm tính thấm lọc khu vực lân cận thành giếng khoan ảnh hưởng đến khả năng khai thác của giếng

Giếng bị nhiễm bẩn

Trang 38

Do các vỉa sản phẩm khác nhau về đặc tính thấm chứa nên mức độ nhiễm bẩn và cơ chế ảnh hưởng của nhiễm bẩn cũng hoàn toàn khác nhau Tuy nhiên, đối với một loại vỉa chứa nhất định thì sự xâm nhập của dung dịch khoan vào vỉa sản phẩm thường tuân theo hai giai đoạn:

Giai đoạn đầu, ngay sau khi choòng khoan cắt đất đá và dung dịch khoan tiếp xúc với trực tiếp với thành hệ, một lượng dung dịch bao gồm cả pha lỏng và rắn sẽ thấm và xâm nhập ngay vào khe nứt, lỗ hổng của đất đá mà không vấp phải sự ngăn cản của bất kỳ lớp ngăn cách nào Mức độ xâm nhập của dung dịch khoan ở giai đoạn này phụ thuộc hoàn toàn vào độ thấm tự nhiên của thành hệ

Giai đoạn tiếp theo, do lớp vỏ bùn đã được hình thành trên bề mặt thành giếng khoan, chỉ phần nước thấm và có thể một phần nhỏ các hạt mịn di chuyển vào vỉa sau khi thấm qua lớp vỏ bùn này Mức độ nhiễm bẩn giai đoạn hai phụ thuộc vào tính chất của lớp vỏ bùn, tùy theo mức độ chặt sít hay rỗng xốp

Quá trình xâm nhập của dung dịch khoan khi khoan mở vỉa được mô phỏng qua hình vẽ dưới đây:

Trang 39

Hình 2.2 – Quá trình xâm nhập của dung dịch khoan khi mở vỉa

Nhìn chung, quá trình nhiễm bẩn xảy ra liên tục từ lúc bắt đầu khoan mở vỉa cho đến khi gọi dòng để đưa giếng vào khai thác Nhưng cấp độ của sự nhiễm bẩn xảy ra mạnh mẽ nhất là trong khi khoan và khoan doa thân giếng trước khi bước vào giai đoạn hoàn thiện giếng khoan Phần lớn, dung dịch và pha rắn gây ra nhiễm bẩn thành hệ ở giai đoạn đầu là đáng kể nhất Tuy nhiên, phần nước thấm lọc cũng gây tác hại không nhỏ vì phần nước lọc này khi tiếp xúc với sét sẽ làm cho sét trương nở tùy theo cấp độ Nếu dung dịch không có tính ức chế mạnh và

cơ chế tạo lớp vỏ bùn tốt nhất, sét thành hệ sẽ trương nở, và như vậy sẽ làm mức độ nhiễm bẩn càng trầm trọng thêm

Việc đánh giá nhiễm bẩn thành hệ là rất quan trọng, giúp ta hiểu được cơ chế và cấp độ nhiễm bẩn, từ đó có thể đưa ra dự đoán chính xác được khả năng khai thác của giếng khoan Từ việc nghiên cứu cơ chế nhiễm bẩn và hiểu được nó, ta có thể thiết kế được đơn pha chế dung dịch và loại vật liệu gia cố với kích cỡ phù hợp để có thể hạn chế đến mức thấp nhất nhiễm bẩn thành hệ, tăng khả năng khai thác của giếng

2.1.2 Hệ số Skin

Khái niệm “hệ số Skin” hay “hệ số nhiễm bẩn thành hệ” được dùng để đánh giá mức độ nhiễm bẩn của giếng khoan dầu khí Đối với một giếng khoan, khi dung dịch khoan, mùn khoan, nước thấm, lớp vỏ bùn tiếp xúc với đất đá của thành hệ, cộng thêm với những tác động cơ học như sự quay, dạo của cần khoan, quá trình kéo thả ống chống, … sẽ làm cho độ rỗng, độ thấm của khu vực cận thành giếng khoan bị thay đổi, hay

ta nói giếng khoan bị nhiễm bẩn Khi đó, chất lưu trong vỉa chảy muốn

Trang 40

qua được đới nhiễm bẩn để vào lòng giếng thì sẽ phải tiêu tốn một lượng áp suất ΔP nhất định Và khi đó ta cũng nói, giếng khoan bị nhiễm bẩn với cấp độ tương ứng với một hệ số Skin nào đó Về mặt lý thuyết, hệ số Skin bao gồm các thành phần sau [2]:

S = S c + S p + S pSkin + S d (2.1)

Trong đó:

Sc - hệ số Skin ảnh hưởng bởi chiều dài khoảng mở vỉa hp so với chiều

dày của vỉa sản phẩm h (hp/ h);

Sp - hệ số Skin ảnh hưởng bởi đặc tính mở vỉa (số lỗ bắn, mật độ, chiều

sâu lỗ bắn) ;

giếng do quá trình khoan mở vỉa, quá trình khai thác hay sửa chữa giếng;

Sd - hệ số Skin ảnh hưởng bởi sự thay đổi qui luật thấm tuyến tính

Darcy (dòng chảy phi Darcy) do tính không ổn định của động thái áp suất vỉa

Có nhiều cách để khảo sát sự nhiễm bẩn Một trong cách đó là phương pháp phân tích áp, tức theo dõi giếng khai thác ở một chế độ lưu lượng không đổi trong một thời gian, sau đó đóng giếng và quan sát sự phục hồi của áp suất Tuy nhiên, bất lợi của phương pháp này là do giếng đóng nên ảnh hưởng lớn đến sản lượng khai thác

Đối với dầu và chất lỏng không nén, khi thấm theo sơ đồ hướng tâm phẳng từ biên có bán kính re tới thành giếng khoan có bán kính rw, trong điều kiện giếng hoàn thiện không nhiễm bẩn, đường cong sẽ tuân theo qui luật:

Định dạng
Số trang	112
Dung lượng	2,12 MB