Nghiên cứu ứng dụng hóa phẩm ức chế gốc polyamine trong hệ dung dịch khi khoan địa tầng sét hoạt tính vùng mỏ bạch hổ

I H C QU C GIA TP HCM TR NGă IăH CăBÁCHăKHOA - - NGUY NăB OăTRUNGăANH NGHIÊN C U NG D NG HÓA PH M C CH G C POLYAMINE TRONG H DUNG D CH KHI KHOAN A T NG SÉT HO T TÍNH VÙNG M Chuyên ngành: K Thu t D u Khí Mư s : 8520604 LU NăV NăTH CăS TP H CHÍ MINH, tháng 07 n m 2022 B CH H L IăC Mă N hoрn thрnh đ М lu n v n t t nghi p Th М s nрy, em xin trсn tr ng М m n hai th y giáo h ng Н n lр Ti n s Hoрng H ng L nh vр Ti n s Quang Khánh đư ln t n tình h ng Н n, nh n xét vр góp ý su t q trình hoрn thi n đ tрi lu n v n Bên М nh đó, q trình thu th p МáМ Н li u t lý thuy t đ n МáМ thрnh qu th М t s n xu t, th М hi n МáМ thí nghi m, th nghi m, góp ph n xáМ đ nh, М ng М vр hình thрnh nh ng М s lý lu n khoa h М v ng Мh М, t đ n МáМ k t qu hoàn Мh nh М a lu n v n theo nh m М tiêu đư đ ban đ u, em đư nh n đ tr t t p th МáМ th y Мô giáo Khoa K thu t H BáМh Khoa – М nhi u s h a Мh t & D u khí nói riêng vр tr ng i h М Qu М gia TP.HCM nói chung, c ng nh đ ng nghi p t i LD Vi t – Nga Vietsovpetro Em xin Мhсn thрnh М m n nh ng s giúp đ quý báu Tuy nhiên, Нo th i gian М ng nh ki n th М М a em Мòn nhi u h n Мh , nên lu n v n v n Мịn thi u sót, cos lu n m Мh a th М s thuy t ph М, М ng nh b М М Мh a th t s khoa h М, m nh l М Em r t mong nh n đ М nh ng ý ki n đóng góp t МáМ giáo viên, đ ng nghi p, đ h М h i, trau Н i vр xсy Н ng đ nh h tri n đ tрi lu n v n t ng ti p t М phát ng lai Sau Мùng, em xin kính МhúМ t p th МáМ th y Мơ giáo Khoa K thu t D u khí Н i Нрo s М kh e, trрn đ y ni m tin, М m h ng truy n đ t ki n th М Мho th h mai sau TP H Chí Minh, ngрy / /2022 Tácăgi Nguy năB oăTrungăAnh i TịMăT TăLU NăV NăTH CăS Lu n v n đ M ă М trình bрy Мh ng v i n i Нung М b n nh sau: U Gi i thi u Мhung v s phát tri n М a h Нung Н Мh khoan g М n đ М М Мh Мao, М s Н ng khoan МáМ đ a t ng sét ho t tính th gi i nói Мhung, vр t i МáМ gi ng thu М m B Мh H М a Vietsovpetro nói riêng Trình bрy lý Нo l a Мh n đ tрi, m М đíМh, đ i t ng vр ph m vi nghiên М u, ý ngh a khoa h М vр th М ti n М a đ tрi nghiên М u Ch ngă1: T NGăQUAN T ng quan v М u trúМ đ a Мh t m B Мh H , n ki n phсn b М a đ a t ng sét М ng nh đ М tr ng th Мh h М vр v t lý đá М a m theo k t qu nghiên М u МáМ lo i m u đ t đá thu đ М t МáМ gi ng khoan Khái quát tình hình th М t , МáМ v n đ liên quan đ n s m t n đ nh thрnh gi ng khoan, gi i thi u t ng quát đ М m М a МáМ lo i Нung Н Мh khoan, ph m vi ng Н ng h Нung Н Мh khoan g М n М vр vai trị М a hóa ph m М Мh tr ng n sét trình thi Мơng gi ng khoan Н u khí Ch Nă ngă2: C ăS ăLụăTHUY T VẨăCÁCăNGHIểNăC UăLIểNăQUANă ăTẨIă ẩă CăCÔNGăB Trình bày М s lý thuy t v đ М tính, М Мh tr МáМ nhóm hóa ph m Мó tính М Мh tr ng n М a МáМ lo i khống sét, ng n sét vр mơ t М Мh ho t đ ng t ng Nêu lý Нo đ tрi Мh n polyamine lрm đ i t Trình bрy tóm t t m t s nghiên М u đư đ ng ng nghiên М u М a lu n v n М th М hi n b i МáМ Мhuyên gia th gi i, v i m М tiêu phсn tíМh М Мh ho t đ ng, М ng nh đánh giá kh n ng М Мh tr Мh ng n sét М a Мh t М Мh g М polyamine, đ ng th i tham kh o đ xсy Н ng ng trình thí nghi m riêng phù h p v i u ki n s n Мó Ch ngă3: NGHIểNăC UăTHệăNGHI M,ăTH ăNGHI M,ăPHỂNăTệCHă VẨă ÁNHăGIÁăCÁCăK TăQU ăTHUă C Trình bày М s , m М tiêu vр k t qu М a giai đo n nghiên М u thí nghi m v i МáМ m u hóa ph m М Мh g М polyamine phịng thí nghi m Ti n hрnh МáМ thí ii nghi m đ đánh giá Мh t l ng riêng hóa ph m nрy vр đ Н Мh KGAC Plus M1 (h Нung Н Мh khoan g М n М đ a vрo h Нung М tiên ti n nh t hi n nрy М a Vietsovpetro) nh m thay th Мho hóa ph m hi u qu h n (Hib-X) xét Нрnh Мho m i thí nghi m đ a nh n М th М hi n, t kh ng đ nh ti m n ng áp Н ng М a Мh t М Мh g М polyamine h Нung Н Мh khoan KGAC Plus M1 vр Мh n đ i t ng Мho giai đo n th nghi m Мơng nghi p ti p theo Mơ t tóm t t q trình thi Мơng Нung Н Мh t i gi ng khoan th М t , b ng Нung Н Мh khoan Мó s Н ng Мh t М Мh g М polyamine đư đ М l a Мh n t q trình nghiên М u phịng thí nghi m, trình bрy МáМ k t qu th nghi m, đánh giá kh n ng, tri n v ng М a hóa Мh t m i, М ng nh đ М p đ n nh ng khó kh n, ph М t p g p ph i trình th nghi m nh m rút bрi h М kinh nghi m K TăLU NăVẨăKI NăNGH a nh ng k t lu n Н a Н li u thu đ М t hai giai đo n: thí nghi m phịng thí nghi m vр th nghi m Мông nghi p t i gi ng khoan th М t xu t ph ng h ng nghiên М u, th nghi m ti p theo t М ng М thêm М s Н li u, rút ph ng lai, nh m ng pháp x lý Нung Н Мh khoan t i u b ng hóa ph m М Мh g М polyamine, Н a kinh nghi m thi Мông th М t vр th М hi n đánh giá hi u qu kinh t Мó th đ t đ М iii ABSTRACT Shale instability is one of costly and persistent problems encountered during the drilling operations According to researches, shale formations account for more than 75% of drilled strata and cause up to 80 – 90% of complications related to wellbore instability Even oil-based drilling mud (OBM), synthetic-based drilling muds (SBM) and high-performance water-based drilling mud (HPWBM) cannot completely eliminate the complications concerning clay formation Most of the drilling problems are related to the water absorption and swelling capacity of the active clay minerals At the present time WBM is a common type of solution used at Vietsovpetro, because of its many advantages such as low cost, ease of handling during and after the Нrilling proМess, suitable for the sМale anН geologiМal МonНitions at Vietsovpetro’s fields In the composition of a WBM, a combination of many types of shale inhibitors, including typical inhibitors such as potassium chloride, encapsulators, glycols and other polymers, are often used to optimize inhibition efficiency through a variety of mechanisms According to many studies that have been carried out in the world, polyamines have been proven to limit the absorption of water molecules by clay, therefore reducing the possibility of clay swelling, increasing the volume of clay, as well as dispersed into the drilling fluid This study was conducted to observe, analyze and evaluate the expression of polyamines, as well as evaluate their adaptability to other chemical components, in order to select suitable types, with potential to improve the quality of the highperformance water-based drilling fluid system applied at Vietsovpetro The research consists of main phases: testing phase in laboratory and industrial testing at an actual well The analysis process under Vietsovpetro's laboratory conditions helped us select the suitable polyamine sample - polyether diamine, among the amine-based inhibitors proposed by domestic and international suppliers After the industrial testing process, the results obtained from parameter control, monitoring the behaviors of the drilling iv mud during the drilling process have shown the possibility of applying this inhibitor in WBM of Vietsovpetro However, still need to test more at the next few wells, so as to come to the final conclusion, as well as draw experience and suggest drilling fluid treatment methods with this new type of inhibitor, to obtain the highest economic efficiency v L IăCAMă OANăC AăTÁCăGI TáМ gi xin Мam đoan đсy lр Мơng trình nghiên М u М a b n thсn táМ gi CáМ k t qu nghiên М u vр МáМ k t lu n lu n án nрy lр trung th М, vр không Мhép t b t k m t ngu n nрo vр Н li u (n u Мó) đư đ i b t k hình th М nрo Vi М tham kh o МáМ ngu n tрi М th М hi n tríМh Н n vр ghi ngu n tрi li u tham kh o quy đ nh TP H Chí Minh, ngрy tháng n m 2022 Tácăgi Nguy năB oăTrungăAnh vi M CăL Că DANHăM CăHỊNHă NH ix DANHăM CăB NGăBI U xii DANHăM CăCÁCăT ăVI TăT T xiii M ă U CH NGă1.ăT NGăQUAN .5 1.1 Khái quát v phсn b đ a t ng vр đ М tr ng th Мh h М vùng m B Мh H 1.1.1 Phсn b đ a t ng m B Мh H 1.1.2 1.2 М tr ng th Мh h М t i m B Мh H М tính М a МáМ thрnh h sét ho t tính t i m B Мh H 12 1.2.1 Thрnh h Mioxen Н i 12 1.2.2 Thрnh h Oligoxen 12 1.3 Khái quát МáМ v n đ liên quan đ n s m t n đ nh thрnh gi ng khoan 14 1.4 Khái quát đ М m М a МáМ h Нung Н Мh khoan vр vai trị М a hóa Мh t М Мh tr ng n sét trình khoan gi ng Н u khí 17 CH NGă2.ăC ăS ăLụăTHUY TăVẨăCÁCăNGHIểNăC UăLIểNăQUANă Nă ăTẨIă ẩă CăCÔNGăB 20 2.1 C s lý thuy t 20 2.1.1 М tính tr 2.1.2 CáМ y u t ng n c a sét 20 nh h ng tr М ti p đ n đ 2.1.3 Phсn lo i МáМ hóa ph m М Мh tr n đ nh М a sét thрnh h 26 ng n sét vр М Мh ho t đ ng t 2.2 Các nghiên c u liên quan v tính c ch tr ng ng 27 ng n sét c a polyamine đư đ c th c hi n 40 CH NGă3.ăNGHIểNăC UăTHệăNGHI M,ăTH ăNGHI M,ăPHỂNăTệCHă VẨă ÁNHăGIÁăCÁCăK TăQU ăTHUă C 51 3.1 Giai đo n nghiên М u phịng thí nghi m 52 3.1.1 Thí nghi m sрng l М МáМ m u polyamine theo yêu М u k thu t 52 3.1.2 Thí nghi m М Мh sét Bentonite API 55 3.1.3 Thí nghi m tr ng n sét máy đo Swellmeter 57 3.1.4 Thí nghi m đo đ l ng М a sét 60 vii 2.ăKi năngh Nh m hoрn thi n vр ti p t М phát tri n đ tрi nghiên М u ng Н ng hóa ph m М Мh polyamine h Нung Н Мh khoan g М n М Нрnh Мho thi Мông gi ng khoan đ a Мh t sét ho t tính, táМ gi xin đ a m t s ki n ngh sau đсy: 2.1 – C n ti p t М thu th p thêm Н li u th М t s Н ng hóa ph m М Мh polyamine h Нung Н Мh khoan g М n М М a Vietsovpetro, t phсn tíМh vр đ a nh ng lu n М thuy t ph М nh m kh ng đ nh đ Мh nрy Мó th đem l i vi М М i thi n Мh t l М hi u qu mр Мh ng lo i М ng М a h Нung Н Мh g М n М, М ng nh nсng Мao hi u qu Мông táМ thi Мông gi ng khoan 2.2 – Sau b sung thêm МáМ Н li u th М t , М n tính tốn rõ rрng vр Мhính xáМ hi u qu kinh t М a vi М ng Н ng hóa ph m М Мh polyamine, М th lр t i gi ng khoan М a Vietsovpetro, t đánh giá hi u qu vi М ti t ki m Мhi phí thi Мơng Нрnh Мho Нung Н Мh, М ng nh t i u hóa th i gian th М hi n М Мông đo n khoan 2.3 – Ti p t М tìm ki m, ti p М n vр nghiên М u thêm nhi u m u hóa ph m М Мh polyamine kháМ nh m m r ng ph m vi đ i t ng М a đ tрi, t Мó th đ a nhi u đánh giá kháМh quan h n v ti m n ng s Н ng r ng rưi М a МáМ polyamine nh m t thрnh ph n М Мh tr ng n sét m nh m t h Нung Н Мh khoan g М n М không Мh t i Vietsovpetro 87 DANHăM CăTẨIăLI UăTHAMăKH O [1] Vietsovpetro “C u trúМ đ a ch t m ” in K ho ch phát tri n m B ch H Lô 09-1 u ch nh n m 2020, vol V ng Tрu, 2020 [2] N G T “Nghiên c u h dung d ch khoan c ch m i М s ch t ph gia “KR-22”, đ thi cơng gi ng khoan d u khí t i m B ch H R ng,” Lu n án Phó ti n s khoa h c k thu t, Chuyên ngành K thu t th m Нò khống s n có ích, Tr [3] ng ih cM - a Ch t, Hà N i, 1996 P V Hi u “Gi i pháp x lý tình tr ng m t n đ nh thành gi ng khoan,” T p chí D u khí, vol 3, pp 42 – 46, 2019 [4] R.P Steiger and P.K Leung “Quantitative Determination of the Mechanical Properties of Shales,” SPE Drilling Engineering, vol 7, no 3, pp 181 – 185, Sept 1992 [5] E van Oort, A.H Hale, F.K Mody, and S Ro “Critical Parameters in Modelling the Chemical Aspects of Borehole Stability in Shales and in Designing Improved Water-Based Shale Drilling Fluids,” in SPE Annual Technical Conference, New Orleans, 1994, pp 25 – 28 [6] R Schlemmer et al “Membrane Efficiency in Shale - An Empirical Evaluation of Drilling Fluid Chemistries and Implications for Fluid Design,” in SPE/IADC Drilling Conference, Dallas, 2002, pp 26 – 28 [7] D.B VanDam and C.J de Pater “Roughness of Hydraulic Fractures: Importance of In-Situ Stress and Tip Processes,” in SPE Annual Technical Conference, Houston, 2000, pp – and revised in SPE Journal, 2001 [8] H.H L nh, N.T Tr ng, N.X Quang, B.V Th m, V.V H ng “Nghiên М u & áp d ng h dung d ch c ch sét m i KGAC Plus cho khoan nh ng thành h sét ho t tính cao, t i gi ng khoan d u khí,” Cơng trình đo t gi i th ng Sáng t o khoa h c công ngh Vi t Nam, 2016 [9] L.A Alcázar-Vara and I.R Cortés-Monroy “Drilling fluids for deepwater fields: An overview.” Internet: https://www.intechopen.com/chapters/, Feb 7, 2018 88 [10] M.J Wilson, L Wilson, I Patey “The influence of individual clay minerals on formation damage of reservoir sandstones: A critical review with some new insights,” Clay Minerals, vol 49, no 2, pp 147 – 164, Apr 2014 [11] B.G Haile, H Hellevang, P Aagaard, J Jahren “Experimental nucleation and growth of smectite and chlorite coatings on clean feldspar and quartz grain surfaces,” Mar Pet Geol, vol 68, pp 664–674, Dec 2015 [12] H.M Ahmed, M.S Kamal, M Al-Harthi “Polymeric and low molecular weight shale inhibitors: A review,” Fuel, vol 251, pp 187–217, Sept 2019 [13] MI-SWACO “Chapter 10: Water based system,” in Engineering drilling fluid manual, MI-SWACO, 2001, pp 314 – 340 [14] R.K Clark et al “Polyacrylamide – potassium chloride mud for drilling watersensitive shales,” Journal of Petroleum Technology, vol 28, no 6, pp 719 – 726, Jun 1976 [15] E van Oort “On the physical and chemical stability of shales,” Journal of Petroleum Science and Engineering, vol 38, iss 3–4, pp 213 – 235, Jun 2003 [16] L Yang, G Jiang, Y Shi, X Yang “Application of ionic liquid and polymeric ionic liquid as shale hydration inhibitors,” Energy Fuels, vol 31, no 4, pp 4308 – 4317, Mar 2017 [17] M Nasser et al “Intercalation of ionic liquids into bentonite: swelling and rheological behaviors,” Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, vol 507, pp 141 – 151, Oct 2016 [18] P Barati, K Shahbazi, M Kamari, A Aghajafari “Shale hydration inhibition characteristics and mechanism of a new amine-based additive in water-based drilling fluids,” Petroleum, vol 3, iss 4, pp 476 – 482, Dec 2017 [19] S Villabona-Estupiñán, J de Almeida Rodrigues, R.S.V Nascimento “Understanding the clay-PEG (and hydrophobic derivatives) interactions and their effect on clay hydration and dispersion: a comparative study,” Applied Clay Science, vol 143, pp 89 – 100, Jul 2017 89 [20] M.S Aston and G.P Elliott “Water-based glycol drilling muds: shale inhibition mechanisms,” presenteН at European petroleum conference, United States, 1994 [21] S Liu, X Mo, C Zhang, D Sun, C Mu “Swelling inhibition by polyglycols in montmorillonite dispersions,” Journal of Dispersion Science and Technology, vol 25, iss.1, pp 63 – 66, Aug 2006 [22] M Hodder, S Cliffe, C Greenwell “Clay swelling inhibitors – Computer design and validation,” presented at the 2010 AADE Fluids Conference and Exhibition, Houston, Texas, 2010 [23] R.d.C Balaban, E.L.F Vidal, M.R Borges “Design of experiments to evaluate clay swelling inhibition by different combinations of organic compounds and inorganic salts for application in water base drilling fluids,” Applied Clay Science, vol 105–106, pp 124 – 130, Mar 2015 [24] T.W Beihoffer, D.S Dorrough, D.D Schmidt “The development of an inhibitive cationic drilling fluid for slim-hole coring applications,” presented at SPE/IADC Conference, Houston, Texas, 1990 [25] J.R Bruton, H.C McLaurine “Modified Poly-Amino Acid Hydration Suppressant Proves Successful in Controlling Reactive Shales,” presenteН at SPE Annual technical conference, Houston, Texas, 1993 [26] A.D Patel, C.J Thaemlitz, H.C McLaurine, E Stamatakis “Drilling fluid additive and method for inhibiting hydration.” U.S Patent 908 814, June 1, 1999 [27] D Horton,A Jones “Clay stabilizing agent and a method of use in subterranean formations to inhibit clay swelling.” U.S Patent 771 971, June 30, 1998 [28] M.E Brady, B Craster, J.M Getliff, P.I Reid “Highly Inhibitive, Low-Salinity Glycol Water-Base Drilling Fluid For Shale Drilling In Environmentally Sensitive Locations,” presenteН at SPE International Conference on Health, Safety and Environment in Oil and Gas Exploration and Production, Caracas, Venezuela, 1998 90 [29] S Young, E Stamatakis “Novel inhibitor chemistry stabilizes shales,” presented at AADE National drilling Technology Conference, Houston, Texas, 2006 [30] Zhong H et al “Inhibitive properties comparison of different polyether amines in water-based drilling fluid,” Journal of Natural Gas Science and Engineering, vol 26, pp 99 – 107, Sep 2015 [31] B Peng, P.Y Luo, W.Y Guo, Q.Y Yuan “Structure-property relationship of polyetheramines as clay-swelling inhibitors in water-based drilling fluids,” Journal of Applied Polymer Science, vol 129, iss 3, pp 1074 – 1079, Aug 2013 [32] H.Y Zhong, Z.S Qiu, W.A Huang, J Cao “Shale inhibitive properties of polyether diamine in water-based drilling fluid,” Journal of Petroleum Science and Engineering, vol 78, iss 2, pp 510 – 515, Aug 2011 [33] E.H Hudson II, A Thuriere “Survey of polyamines as prospective shale stabilizers,” presenteН at AADE Fluids Conference and Exhibition, Houston, Texas, 2016 [34] S.F Zhang, J.J Sheng, Z.S Qiu “Maintaining shale stability using polyether amine while preventing polyether amine intercalation,” Applied Clay Science, vol 132 – 133, pp 635 – 640, Nov 2016 [35] S.F Zhang, Y.F He, Z.X Chen, J.J Sheng “Application of polyether amine, poly alcohol or KCl to maintain the stability of shales containing Na-smectite and Ca-smectite,” Clay Minerals, vol 53, iss 1, pp 29–39, Feb 2018 [36] H H L nh et al “Gi i pháp: Nghiên c u & áp d ng h dung d ch c ch sét m i KGAC Plus M1 v i nhi u u m v t tr i so v i h dung d ch KGAC KGAC Plus áp Н ng thành công t i Vietsovpetro,” Gi i pháp đo t gi i nh t Gi i th ng sáng t o k thu t toàn qu c l n th 15 n m 2018 – 2019 91 PH ăL CăA 92 93 94 95 96 97 98 99 100 PH NăLụăL CHăTRệCHăNGANG H vр tên: Nguy n B o Trung Anh Ngрy, tháng, n m sinh: 04/01/1996 N i sinh: Bр R a – V ng Tрu a Мh liên l М: 110/22 Ph m H ng Thái, ph ng 7, thрnh ph V ng Tрu, t nh Bр R a – V ng Tрu QUÁăTRỊNHă ẨOăT O - 2014 – 2019: C nhân i h М K thu t Н u khí Ufa, C ng hòa Bashkortostan, Liên bang Nga - 2019 – nay: Th М s Chuyên ngành K thu t Н u khí, tr ng i h М Bách Khoa – i h М Qu М gia TP HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC - 2019 – nay: Liên Нoanh Vi t – Nga Vietsovpetro 101 ... bi t lр МáМ đ a t ng sét ho t tính 1.4 Khái quát đ căđi m c aăcácăh ? ?dung? ?d ch? ?khoan? ?vƠăvaiătrịăc a? ?hóa? ?ch tă că ch ătr ngăn ? ?sét? ?trong? ?qătrình? ?khoan? ?gi ngăd uăkhí Dung Н Мh khoan ln đóng vai trị... a S ăhydrat? ?hóa? ?sét? ?doăt ng n c a khoáng sét smectite gi ng khoan ngătr căti păđ năđ ă năđ nhăc a? ?sét? ?thƠnhăh ngătácăv i? ?dung? ?d ch? ?khoan Khi thi Мông gi ng khoan b ng h Нung Н Мh khoan g М n... МáМ h Нung Н Мh khoan đ thi Мông gi ng khoan Н u khí th - Dung Н Мh khoan g М n ng đ М áp Н ng th ng xuyên М Мhia lрm ba lo i: М (WBM); - Dung Н Мh khoan g М Н u (OBM); - Dung Н Мh khoan g М t ng