Bài giảng Dung dịch khoan và xi măng - Chương 1: Khái niệm chung về rửa lỗ khoan - Đỗ Hữu Minh Triết

Nội dung text: Bài giảng Dung dịch khoan và xi măng - Chương 1: Khái niệm chung về rửa lỗ khoan - Đỗ Hữu Minh Triết

1. CÁC LOẠI DUNG DỊCH KHOAN GEOPET „ Dung dịch khoan có thể là chất lỏng hoặc khí Dung dịch khoan là không khí Dung dịch khoan dạng bọt Dung dịch khoan là nước Dung dịch khoan gốc dầu Dung dịch khoan gốc polyme tổng hợp (olefin và este) 1-3 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ SỬ DỤNG GEOPET CÁC LOẠI DUNG DỊCH VÀO CÔNG TÁC KHOAN − Thế kỷ XIX ở Trung Quốc người ta đã tiến hành rửa lỗ khoan bằng nước lã, sau đólà nước lã và các hạt sét có sẵn. − 1905, dung dịch sét đã được dùng để rửa lỗ khoan trong giếng khoan đầu tiên ở Texas. − 1921, ôxit sắt xay nhỏ được dùng để làm nặng dung dịch ở bang Arkansas và bang Louissiana (Mỹ). Sau đó, barit được tìm thấy có khả năng làm nặng dung dịch tốt hơn. −Đồng thời với việc làm nặng dung dịch người ta 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. 1-4 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
2. II. CHỨC NĂNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN GEOPET ¾ 1. Rửa lỗ khoan, nâng mùn khoan lên khỏi giếng ¾ 2. Giữ mùn khoan lơ lửng khi ngưng tuần hoàn Ổn định thành giếng ¾ 3. Làm mát, bôi trơn bộ khoan cụ ¾ 4. Giữ thành lỗ khoan không bị sập lở, tránh mất Ngăn sự xâm nhập Giúp xác định của chất lưu lưu chất vỉa nước rửa và hiện tượng dầu-khí-nước vào lỗ khoan ¾ 5. Gây tác dụng lý hóa khi phá hủy đất đá ¾ 6. Truyền năng lượng cho turbin khoan Vận chuyển Bôi trơn, mùn khoan làm mát lên bề mặt bộ khoan cụ 1-7 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết II. CHỨC NĂNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN GEOPET Các chức năng khác ¾ Đảm bảo tính chính xác cho công tác đánh giá vỉa ¾ Kiểm soát sự ăn mòn thiết bị (O2, CO2, H2S) ¾ Hỗ trợ quá trình trám ximăng và hoàn thiện giếng ¾ Giảm thiểu các tác hại cho môi trường ¾ Truyền thông tin địa chất lên mặt đất ¾ Là môi trường trung gian để truyền tín hiệu điều khiển 1-8 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
3. Chức năng 2 GEOPET Giữ mùn khoan lơ lửng khi ngưng tuần hoàn (tt.) „ Khả năng giữ các hạt mùn khoan ở trạng thái lơ lửng của một loại nước rửa được đánh giá bằng kích thước lớn nhất của các hạt mùn khoan không bị chìm trong loại nước rửa ấy. „ Khi rửa lỗ khoan bằng nước lã hoặc chất khí, do tính lưu biến của các loại dung dịch này rất thấp, chỉ được ngừng tuần hoàn sau khi đưa hết mùn khoan lên mặt đất. Đồng thời phải nhanh chóng khôi phục lại sự tuần hoàn của dung dịch. 1-11 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Chức năng 3 GEOPET Làm mát, bôi trơn bộ khoan cụ „ Trong quá trình khoan, dụng cụ phá đábị nóng do nhiệt độ ở đáy (địa nhiệt) và do ma sát với đất đá. „ Năng lượng cơ học do ma sát sẽ sinh ra nhiệt. Một phần làm nóng dụng cụ phá đávàmột phần đi vào đất đá. Nhiệt độ ở vùng tiếp xúc 800 - 1000oC sẽ giảm độ bền và độ chống mòn của dụng cụ. 1-12 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
4. Chức năng 4 GEOPET Giữ thành lỗ khoan không bị sập lở, tránh mất nước rửa và hiện tượng dầu-khí-nước vào lỗ khoan „ Mỗi lớp đất đá, vỉa khoáng sản, mỗi tầng chứa dầu, khí, nước nằm trong lòng đất đều có áp lực vỉa Pv của chúng (áp lực địa tĩnh). Ở điều kiện bình thường, do sự cân bằng áp lực của đất đá nên chúng ổn định nhưng khi khoan qua chúng thì sự cân bằng này bị phá vỡ. Dưới tác dụng của áp lực vỉa, các lớp đất đá đi vào lỗ khoan. „ Khi lỗ khoan có nước rửa thì cột chất lỏng trong lỗ khoan sẽ tạo một áp lực thủy tĩnh Pv. 1-15 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Chức năng 4 GEOPET Giữ thành lỗ khoan không bị sập lở, tránh mất nước rửa và hiện tượng dầu-khí-nước vào lỗ khoan (tt.) Khi Pv > Ptt thì đất đá, dầu-khí-nước sẽ đi vào lỗ khoan gây ra hiện tượng sập lở thành lỗ khoan hay làm bão hòa dung dịch, đôi khi có thể đẩy dung dịch ra khỏi lỗ khoan và phun lên. Tăng tỷ trọng Ptt có tác dụng chống lại Pv. Mặt khác, khi dùng dung dịch sét sẽ tạo nên một lớp vỏ mỏng sét chặt sít xung quanh thành lỗ khoan, ngăn cách giữa vỉa và lỗ khoan thì thành lỗ khoan ổn định. Khi Pv < Ptt, nước rửa đi vào khe nứt của đất đá làm giảm thể tích nước rửa, gây ra hiện tượng mất nước rửa từng phần hay hoàn toàn. Hiện tượng này xảy ra khi khoan qua đất đánứt nẻ, nhiều lỗ hổng 1-16 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
5. Chức năng 5 GEOPET Gây tác dụng lý hóa khi phá hủy đất đá (tt.) „ Khi khoan qua đất đácứng, nước rửa chỉ góp phần vào việc tăng tốc độ cơ học khoan vì nước đã làm giảm một phần độ cứng của đất đá. „ Đất đácó độ bền không đồng nhất, trong màng tinh thể có chỗ rất yếu và trên bề mặt có những khe nứt ngang dọc. Khi nước rửa thấm sâu vào làm các khe nứt bị sâu thêm, rộng ra tạo điều kiện cho việc phá hủy đádễ dàng hơn. 1-19 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Chức năng 5 GEOPET Gây tác dụng lý hóa khi phá hủy đất đá (tt.) „ 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: Tác dụng của các chất trên thay đổi tùy nồng độ. 1-20 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
6. Chức năng 6 GEOPET Truyền năng lượng cho turbin khoan (tt.) „ 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: Dung dịch có tỉ trọng lớn Dung dịch có độ nhớt lớn Thành phần rắn trong mùn khoan cao 1-23 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III. CÁC PHƯƠNG PHÁP RỬA LỖ KHOAN GEOPET 1. Phương pháp rửa thuận 2. Phương pháp rửa nghịch 3. Phương pháp rửa cục bộ 1-24 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
7. 3. Phương pháp rửa cục bộ GEOPET Nước rửa bơm vào lỗ khoan như trong phương pháp rửa thuận. Trên cần khoan có gắn thêm thiết bị thu mùn khoan. 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 Ngoài ra, người ta còn dùng phương pháp tuần hoàn hỗn hợp khi khoan qua đất đákém bền vững, ở vùng tỉ lệ mẫu thấp, vùng dễ mất nước rửa, ở vùng thiếu nước để gia công dung dịch khoan. Phương pháp tuần hoàn hỗn hợp cần thiết bị bơm chuyên dụng đặt chìm. Ưu điểm: tiêu hao dung dịch ít, tỉ lệ mẫu cao. Tuy nhiên, phương pháp này bị hạn chế bởi chiều sâu lỗ khoan và công suất nâng hạ dụng cụ. 1-27 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết CÁC PHƯƠNG PHÁP RỬA LỖ KHOAN GEOPET 1 1 2 1 2 2 Cần khoan 1 1 Ống lắng 3 Thành 2 lấy mẫu giếng mùn khoan khoan 2 2 Rửa thuận Rửa nghịch Rửa cục bộ 1 Đường dung dịch vào 2 Đường dung dịch ra 3 Mùn khoan vào ống lắng 1-28 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
8. IV. CÁC CHẤT ĐỂ RỬA LỖ KHOAN GEOPET „ Dung dịch nhũ tương sét: nhũ tương dầu hay sản phẩm của dầu trong dung dịch sét. Loại dung dịch này ngăn cản các hạt mùn khoan dính nhau và hạn chế việc tạo “nút” đất đá nên người ta thường dùng để khoan trong vùng dễ bị sập lở, kẹt mút. Dung dịch này có khả năng làm giảm độ mòn của choòng và giảm công suất quay cột cần khoan do chúng bôi trơn tốt hơn các loại rửa khác. „ Dung dịch gốc dầu: Môi trường phân tán là dầu (diesel ) và chất phân tán là bitum hay các chất hữu cơ khác (đóng vai trò chất tạo cấu trúc, ổn định dung dịch). Dùng để khoan qua vùng dầu có áp lực vỉa thấp, tạo điều kiện thoát dầu khi khai thác chúng, loại dung dịch này có độ nhớt cao, tỷ trọng nhỏ hơn 1. 1-31 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV. CÁC CHẤT ĐỂ RỬA LỖ KHOAN GEOPET „ Dung dịch muối bão hòa: dùng để khoan qua các vỉa muối khoáng hay các lớp đất đá liên kết bằng các loại muối khoáng có thể hòa tan được. Khi khoan qua loại muối nào thì dùng dung dịch bão hòa là loại muối đó. Dung dịch muối khoáng không bị đóng băng ở nhiệt độ âm do đó người ta dùng dung dịch này để khoan qua vùng đóng băng quanh năm. „ Khí nén: Dùng để rửa lỗ khoan ở vùng không có nước, vùng đóng băng hay vùng dễ mất nước rửa. Dùng không khí tự nhiên, khí thải của động cơ đốt trong sẽ tăng tốc độ cơ học khoan từ 2 đến 5 lần so với dùng các loại nước rửa. Phương pháp này bị hạn chế trong các vùng có nước áp lực. Ngoài ra người ta còn dùng dung dịch nhẹ là hỗn hợp nước hay dung dịch với không khí hay khí tự nhiên. 1-32 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết