Giáo trình Thí nghiệm dung dịch khoan (Nghề Khoan khai thác dầu khí Trung cấp)

TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: THÍ NGHIỆM DUNG DỊCH KHOAN NGHỀ: KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số: 211/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng năm 2022 Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2022 (Lưu hành nội bộ) TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm Trang LỜI GIỚI THIỆU Ngày với công nghệ khoan đại thành cơng giếng khoan sâu có nhiều bước tiến đáng kể Để phương pháp khoan xoay có rửa mang lại hiệu kinh tế cao góp mặt dung dịch khoan đóng vai trị vơ to lớn Nhờ dung dịch khoan có chất lượng cao, phù hợp tuần hồn liên tục xuống giếng mà q trình khoan nhanh hơn, hiệu cao hơn, chiều sâu giếng khoan ngày có bước đột phá Việc pha chế đo thông số dung dịch không khó địi hỏi người thợ phải u nghề, chịu khó, cẩn thận có nhiều kinh nghiệm để ln nắm vững quy trình pha chế kiểm sốt thơng số cách xác nhanh chóng đảm bảo chất lượng dung dịch phục vụ cho trình khoan Nhằm phục vụ tốt cho công tác giảng dạy giáo viên học tập học sinh nghề khoan khai thác Trường, tham khảo nhiều giáo trình tác giả ngồi nước, tài liệu kỹ thuật hệ dung dịch khoan đơn vị sản xuất Vietsovpetro, DMC, MI,… Tồn Thí nghiệm dung dịch khoan xi măng đề cập đến tất vấn đề từ lý thuyết dung dịch khoan, cách pha chế dung dịch khoan, cách đo thông số sử dụng thiết bị để đo thông số Mặc dù tơi cố gắng song q trình biên soạn giáo trình khơng thể tránh khỏi sai sót nội dung, hình thức, sai sót q trình in ấn, trình bày, mong người đọc, bạn đồng nghiệp chân thành góp ý để chúng tơi hồn thiện giáo trình Trân trọng cảm ơn./ Bà rịa - Vũng Tàu, tháng năm 2022 Tham gia biên soạn Chủ biên: Ths Phạm Thị Nụ Ks Lý Tòng Bá ThS Phạm Hữu Tài Trang MỤC LỤC TRANG Bài 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP TUẦN HOÀN DUNG DỊCH 15 1.1 1.2 1.3 PHƯƠNG PHÁP TUẦN HOÀN THUẬN 17 PHƯƠNG PHÁP TUẦN HOÀN NGHỊCH 18 TUẦN HOÀN CỤC BỘ 20 Bài 2: CÁC CHỨC NĂNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN .22 2.1 2.2 2.3 2.4 2.6 2.7 2.8 RỬA SẠCH GIẾNG KHOAN VÀ VẬN CHUYỂN MÙN KHOAN 24 TRẤN ÁT ÁP SUẤT THÀNH HỆ 26 GIA CỐ THÀNH GIẾNG KHOAN 27 LÀM MÁT VÀ BÔI TRƠN CÁC CHI TIẾT CHỊU MA SÁT CỦA BỘ DỤNG CỤ KHOAN 29 GIỮ HẠT MÙN KHOAN Ở TRẠNG THÁI LƠ LỬNG KHI NGỪNG TUẦN HOÀN 30 TÁC ĐỘNG PHÁ HỦY ĐẤT ĐÁ 30 TRUYỀN NĂNG LƯỢNG THỦY LỰC CHO ĐỘNG CƠ ĐÁY 31 GIẢM TẢI TRỌNG LÊN MÓC NÂNG 32 2.9 TRUYỀN THÔNG TIN TỪ ĐÁY GIẾNG LÊN BỀ MẶT .33 2.5 Bài 3: CÁC LOẠI DUNG DỊCH KHOAN ĐƯỢC SỬ DỤNG .37 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.2.6 3.2.7 3.2.8 3.2.9 3.3 PHÂN LOẠI THEO CHẤT LỎNG NỀN 38 Dung dịch gốc nước 38 Dung dịch gốc dầu 43 Dung dịch nhũ tương 46 Dung dịch với chất rửa khí, chất bọt dung dịch bọt gốc nước 48 PHÂN LOẠI THEO API VÀ IADC 49 Hệ không phân tán 49 Hệ phân tán 49 Hệ dung dịch xử lý hợp chất Canxi 50 Dung dịch Polime 51 Hệ dung dịch có hàm lượng pha rắn thấp 51 Hệ dung dịch muối 52 Dung dịch gốc dầu mỏ 52 Dung dịch gốc dầu tổng hợp 53 Dung dịch khơng khí, sương bọt khí 53 ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN ĐẾN CÁC THÀNH HỆ TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN 57 3.4 CÁC HIỆN TƯỢNG PHỨC TẠP TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN 58 3.4.1 Sự trương nở sét 58 3.4.2 Mất cân áp suất 59 3.4.3 Hiện tượng dung dịch 59 3.4.4 Các giếng khoan ngang xiên có góc nghiêng lớn 69 3.4.5 Dầu khí, nước vào lỗ khoan (Hiện tượng kick) 70 3.4.6 Kẹt dụng cụ khoan 72 Trang 3.4.7 Sập lở thành lỗ khoan 74 3.4.8 Phạm vi sử dụng số loại dung dịch khoan thường dùng 77 3.4.9 Các kiểu dung dịch khoan thành phần 79 Bài 4: CÁC THÔNG SỐ CỦA DUNG DỊCH KHOAN VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH 85 4.1 CÁC THÔNG SỐ CỦA DUNG DỊCH KHOAN 86 4.1.1 Tỷ trọng dung dịch 86 4.1.2 Độ nhớt 87 4.1.3 Ứng suất trượt tĩnh  (hoặc độ bền Gel) 88 4.1.4 Độ thải nước độ dày vỏ bùn dung dịch 89 4.1.5 Hàm lượng cát 89 4.1.6 Độ ổn định dung dịch (C) 89 4.1.7 Độ nhớt dẻo (PV) 90 4.1.8 Ứng lực cắt động (YP) 90 4.1.9 Độ pH 90 4.1.10 Hàm lượng pha rắn 91 4.1.11 Độ lắng ngày đêm (L - %) 91 4.1.12 Hàm lượng pha keo 91 4.1.13 Hàm lượng khống hóa 91 4.1.14 Hàm lượng Ca+2, Mg+2 92 4.1.15 Hàm lượng K+ 92 4.1.16 Hàm lượng kiềm 93 4.1.17 Khả giữ mùn khoan dung dịch 94 4.2 CÁCH XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA DUNG DỊCH KHOAN 95 4.2.1 Xác định tỷ trọng dung dịch 95 4.2.2 Độ nhớt 96 4.2.3 Ứng suất trượt tĩnh  (hoặc độ bền Gel) 99 4.2.4 Độ thải nước độ dày vỏ bùn dung dịch 101 4.2.5 Hàm lượng cát 104 4.2.6 Độ ổn định dung dịch (C) 105 4.2.7 Độ nhớt dẻo (PV) 106 4.2.8 Ứng lực cắt động (YP) 106 4.2.9 Độ pH 106 4.2.10 Hàm lượng pha rắn 106 4.2.11 Khả giữ mùn khoan dung dịch 108 4.2.12 Các thiết bị phụ trợ khác 108 4.2.13 Các hóa phẩm sử dụng 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO .114 Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT API Viện dầu khí Mỹ IADC Hiệp hội nhà thầu khoan đa quốc gia AKK Phèn nhơm kali Trang DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuần hồn dung dịch Hình 1.2 Phương pháp tuần hồn thuận Hình 1.3 Phương pháp tuần hồn nghịch Hình 1.4 Phương pháp tuần hồn cục Hình 2.1 Các chức dung dịch khoan Hình 2.2 Mùn khoan tuần hồn lên từ giếng Hình 2.3 Sự cân áp suất trình khoan Hình 2.4 Sự tạo thành lớp vỏ bùn trình khoan Hình 2.5 Sự hình thành lớp vỏ sét Hình 2.6 Gia tăng nhiệt độ lên chng q trình khoan Hình 2.7 Dung dịch chuẩn bị bơm xuống giếng Hình 2.8 Turbine khoan Hình 2.9 Lực đẩy Accimet Hình 2.10 Sơ đồ mô thông tin địa chât giếng đường gamaray Hình 3.1 Dung dịch Polime Hình 3.2 Pha chế dung dịch gốc dầu Hình 3.3 Bitum Hình 3.4 Pha chế dung dịch bitum Hình 3.5 Cấu tạo hóa học nhũ tương nước dầu Hình 3.6 Sự chuyển hóa nhũ tương nước dầu dầu nước Hình 3.7 Hệ thống khoan thổi khí Hình 3.8 Hệ thống khoan sử dụng hỗn hợp bọt Hình 3.9 Hỗn hợp khí-nước di chuyển giếng Hình 3.10 Hệ thống khoan sử dụng hỗn hợp khí - nước Hình 3.11 Khả dung dịch trình khoan Hình 3.12 Bơm vật liệu thơ bịt kín khe nứt Hình 3.13 Vật liệu chống dung dịch Hình 3.14 Xác định chiều sâu dung dịch nhiệt kế Hình 3.15 Sơ đồ dụng cụ xác định mực dung dịch giếng khoan Hình 3.16 Sơ đồ tính tốn kẹt dụng cụ khoan Hình 4.1 Bột CaCO3 Hình 4.2 Kali clorua Hình 4.3 Dung dịch xuất nhiều bọt Hình 4.4 Phèn nhơm AKK Hình 4.5 KCl Hình 4.6 Na0H Hình 4.7 NaHCO3 Hình 4.8 Bentonite API Hình 4.9 Bentonite nội địa Hình 4.10 Cân tỷ đo trọng dung dịch Hình 4.11 Phễu đo độ nhớt biểu kiến dung dịch Hình 4.12 Xác định độ nhớt biểu kiến cơng trường Hình 4.13 Cấu tạo phễu đo độ nhớt biểu kiến Hình 4.14 Cấu tạo ngồi Reometer Hình 4.15 Sơ đồ cấu tạo Reometer Hình 4.16 Thiết bị đo độ thải nước độ dày vỏ bùn sử dụng khí nén Hình 4.17 Thiết bị đo độ thải nước độ dày vỏ bùn sử dụng bình CO2 tạo áp Hình 4.18 Bộ six units filter press Trang 17 Trang 18 Trang 19 Trang 20 Trang 24 Trang 25 Trang 27 Trang 28 Trang 28 Trang 29 Trang 30 Trang 32 Trang 33 Trang 35 Trang 43 Trang 44 Trang 44 Trang 45 Trang 47 Trang 48 Trang 54 Trang 55 Trang 56 Trang 56 Trang 60 Trang 64 Trang 64 Trang 65 Trang 67 Trang 73 Trang 87 Trang 92 Trang 92 Trang 93 Trang 93 Trang 94 Trang 94 Trang 95 Trang 95 Trang 96 Trang 97 Trang 98 Trang 99 Trang 100 Trang 100 Trang 101 Trang 102 Trang 102 Trang Hình 4.19 Cốc đựng mẫu xác định độ thải nước độ dày vỏ bùn Hình 4.20 Dụng cụ đo hàm lượng cát Hình 4.21 Vạch đo dụng cụ đo hàm lượng cát Hình 4.22 Cấu tạo dụng cụ đo hàm lượng chất rắn Hình 4.23 Thực đo hàm lượng chất rắn Hình 4.24 Cân tiểu ly Hình 4.25 Đồng hồ bấm giây Hình 4.26 Bơm tạo áp suất nhỏ Trang 103 Trang 104 Trang 105 Trang 107 Trang 108 Trang 109 Trang 109 Trang 110 Trang DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Tổng hợp cấu trúc tính chất khống vật sét 42 Bảng Phân loại sử dụng hệ dung dịch theo IADC 57 Bảng 3 61 Bảng Một số dung dịch khoan thường dùng 77 Trang GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: Thí nghiệm dung dịch khoan Mã mơ đun: PETD53137 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: 3.1 Vị trí: Đây mơ đun chun mơn nghề chương trình đào tạo khoan khai thác dầu khí hệ Cao đẳng, Trung cấp Mơ đun bố trí sau học xong mơn địa chất sở, sở khoan bố trí trước mơ đun hệ thống tuần hồn dung dịch, hệ thống chống ống trám xi măng, hệ thống kiểm sốt giếng khoan 3.2 Tính chất: Mơ đun trang bị kiến thức chuyên môn nghề việc xác thông số dung dịch khoan cho giếng khoan 3.3 Ý nghĩa vai trị mơ đun: Mơ đun đóng vai trị vơ quan trọng, định thành công chiều sâu giếng khoan cơng tác khoan dầu khí Mục tiêu mơ đun: 4.1 Về kiến thức: A1 Trình bày phương pháp tuần hồn dung dịch khoan A2 Trình bày loại dung dịch khoan A3 Trình bày tính chất dung dịch khoan A4 Trình bày thơng số dung dịch A5 Trình bày hoá phẩm thường dùng để điều chế, gia cơng hố học dung dịch khoan 4.2 Về kỹ năng: B1 Đo xác định thông số dung dịch khoan q trình thi cơng giếng khoan B2 Sử dụng thành thạo thiết bị, dụng cụ hóa chất phịng thí nghiện dung dịch khoan 4.3 Về lực tự chủ trách nhiệm: C1 Tuân thủ tuyệt đối qui định an tồn, PCCC, nội quy phịng học thí nghiệm quy chế nhà trường C2 Tuân thủ qui trình vận hành thiết bị điện có liên quan C3 Xác định cơng việc phải thực hiện, hồn thành công việc theo yêu cầu, không để xảy cố, hư hỏng hệ thống thiết bị Nội dung mơ đun: Trang Hình 4.14 Cấu tạo ngồi Reometer Hình 4.15 Sơ đồ cấu tạo Reometer Bài 4: Các thông số dung dịch khoan cách xác định Trang 100 Để xác định độ nhớt biểu kiến ta dùng cốc đựng dung dịch chuyên dụng, nhúng phần xilanh dọi vào cốc dung dịch đó, khoảng khơng gian vành xuyến xilanh dọi dung dịch Sự quay ống xi lanh làm cho dung dịch khoảng khơng gian vành xuyến quay theo tác dụng lên dọi mơ men xoắn làm cho dọi quay theo Chuyển động dọi hãm lại nhờ lò xo xoắn, dịch chuyển dọi xác định đồng hồ + Độ nhớt động trị số 600 v/p trừ trị số 300 v/p tính đơn vị centipoise + Giới hạn chảy trị số 300 v/p trừ độ nhớt động tính lb/100 ft2 + Độ nhớt biểu kiến trị số 600 v/p chia cho tính centipoise 4.2.4 Độ thải nước độ dày vỏ bùn dung dịch Để đo độ dày vỏ bùn ta lấy thước thép cắm thẳng góc vào miếng giấy lọc, thước ngập vào cho ta biết độ dày vỏ bùn Độ dày vỏ bùn kỳ hiệu chữ (K), đơn vị đo (mm) Hình 4.16 Thiết bị đo độ thải nước độ dày vỏ bùn sử dụng khí nén Bài 4: Các thông số dung dịch khoan cách xác định Trang 101 Hình 4.17 Thiết bị đo độ thải nước độ dày vỏ bùn sử dụng bình CO2 tạo áp Hình 4.18 Bộ six units filter press Bài 4: Các thông số dung dịch khoan cách xác định Trang 102 Hình 4.19 Cốc đựng mẫu xác định độ thải nước độ dày vỏ bùn - Tháo kiểm tra chi tiết dụng cụ thí nghiệm - Mở cốc đựng dung dịch - Lau sạch, khô chi tiết lắp chúng lại với nhau, giai đoạn ta phải bỏ miếng giấy lọc xuống phía (đây loại giấy lọc chuyên dụng dùng để đo độ thải nước độ dày vỏ bùn) - Cho giăng cao su vào - Rót dung dịch vào cốc chứa đến cách miệng 1.5 cm - Dùng nắp có nối với nguồn tạo áp suất đậy xoáy cho thật chặt - Lắp cốc vào giá đỡ - Để ống nghiệm chia vạch vào vị trí qui định (chuyên dụng bên cốc kim loại đựng dung dịch) để chứa lượng nước thoát ra, chuẩn bị chỉnh áp suất chênh lệch lên đến 100 psi - Mở từ từ van nối nắp cốc với máy nén khí theo dõi đồng hồ kim đồng hồ áp suất 100 psi dừng lại - Đợi 30 phút sau tắt nguồn nối với máy nén khí, xả áp suất - Đọc lượng nước cốc thủy tinh ta độ thải nước dung dịch - Mở cốc kim loại đựng dung dịch ra, đổ dung dịch đi, tháo dụng cụ lấy giấy lọc chuyên dụng ra, gạt bỏ phần lùng nhùng phía giấy lọc lấy thước kẹp đo độ dày vỏ bùn giấy chuyên dụng ta độ dày vỏ bùn dung dịch Bài 4: Các thông số dung dịch khoan cách xác định Trang 103 4.2.5 Hàm lượng cát Khi không làm nặng dung dịch thường hàm lượng cát khơng q 4% Để xác định hàm lượng cát dung dịch người ta dùng dụng cụ xác định hàm lượng cát Hình 4.20 Dụng cụ đo hàm lượng cát Bài 4: Các thông số dung dịch khoan cách xác định Trang 104 Hình 4.21 Vạch đo dụng cụ đo hàm lượng cát Dụng cụ xác định hàm lượng cát gồm lưới lọc đường kính inch ống tuýp thủy tinh có đánh dấu ghi thể tích dung dịch (hình vẽ), dựa ta xác định hàm lượng % cát có dung dịch Ở phần đáy ống thủy tinh chia vạch từ đến 20% Quy trình thực xác định hàm lượng cát: Bước 1: Rót dung dịch vào ống thủy tinh đến vạch qui định, thêm nước vào đến vạch sau đóng miệng kín lắc mạnh Bước 2: Rót hỗn hợp lên lưới lọc, thêm nước vào ống, lắc tiếp tục đổ lên lưới lọc lần Lặp lại việc nước rửa trở nên sạch, rửa cát lưới cho hết dung dịch Bước 3: Lắp phễu lên lưới lọc,lật ngược lại từ từ cho đáy phễu vào miệng ống thủy tinh, sau lắc cho cát lắng xuống,nhờ vạch chia đáy ống ta đọc hàm lượng cát tính theo % thể tích Bước 4: Ghi lại hàm lượng cát đọc 4.2.6 Độ ổn định dung dịch (C) Để xác định độ ổn định dung dịch ta dùng bình có ngăn, có lỗ mặt bên Ta rót dung dịch vào để yên tĩnh sau 24 giờ, sau tháo phần dung dịch đo tỷ trọng Hiệu số tỷ trọng phần phần gọi độ ổn định Bài 4: Các thông số dung dịch khoan cách xác định Trang 105 dung dịch Nếu hiệu số tỷ trọng phần phần nhỏ dung dịch ổn định Đối với dung dịch bình thường có C  0,02 Đối với dung dịch làm nặng có C  0,06 Trong thực tế, thông số đo hiệu số tỷ trọng hai phần bình đo sau để yên tĩnh ngày đêm Độ ổn định nhỏ có khả giữ dung dịch khoan trạng thái keo giữ hạt mùn khoan trạng thái lơ lửng tốt 4.2.7 Độ nhớt dẻo (PV) Trong thi công, ta xác định độ nhớt dẻo dụng cụ đo lưu biến (nhớt kế Fann) sau: PV = V600 - V300, cp (1.12) Trong đó: - V600: giá trị đọc Fann vận tốc quay 600 vòng / phút) - V300, cp: giá trị đọc Fann vận tốc quay 300 vòng / phút 4.2.8 Ứng lực cắt động (YP) Người ta xác định ứng lực cắt động dụng cụ đo lưu biến (nhớt kế Fann): - Đọc giá trị quay V300 - Tính YP = V300 - PV , 1b/100ft2 (1.13) Ứng lực cắt động cần thiết dung dịch để đảm bảo vận chuyển mùn khoan rửa đáy giếng khoan phụ thuộc vào độ ổn định dung dịch giếng Dưới điều kiện ổn định, ứng lực cắt động tối thiểu cần thiết để hạn chế trình lắng đọng góc xiên tăng lên 4.2.9 Độ pH Đo độ pH dung dịch thiết bị đo pH meter so màu giấy quỳ - Đối với thiết bị pH meter việc nhúng đầu thiết bị vào dung dịch bật nút on Trên hình thiết bị độ pH vòng giây - Đối với phương pháp so màu quỳ: tiến hành nhúng q tím vào dung dịch cần đo 30 giây, lấy quỳ tím chờ phút so sánh màu quỳ với bảng pH chuyên dụng 4.2.10.Hàm lượng pha rắn Hàm lượng pha rắn đại lượng thể khối lượng sét pha chế dung dịch, chất tăng trọng mức độ nhiễm bẩn dung dịch khoan Được xác định tỷ lệ phần trăm 100ml dung dịch Dung dịch có hàm lượng pha rắn cao làm tăng mức độ bào mòn dụng cụ khoan chi tiết hệ thống vận hành khoan, đồng thời làm giảm tốc độ học khoan, dễ gây kẹt khoan cụ ảnh hưởng đến trình mở vỉa sản phẩm Hàm lượng pha rắn cao làm giảm hiệu xử lý dung dịch khoan tăng tiêu hao hóa phẩm xử lý Thiết bị dùng để xác định hàm lượng pha rắn có cấu tạo hình vẽ: Bài 4: Các thơng số dung dịch khoan cách xác định Trang 106 Hình 4.22 Cấu tạo dụng cụ đo hàm lượng chất rắn Cho dung dịch khoan vào thiêt bị xác định hàm lượng chất rắn, nung nhiệt độ 500C thời gian 30 phút Sau thời gian trên, ngắt điện cho dụng cụ nguội, lượng nước ống nghiệm thu chia cho 100ml % thể tích nước hỗn hợp Lấy 100% trừ % thể tích nước hỗn hợp ta xác định hàm lượng chất rắn Bài 4: Các thông số dung dịch khoan cách xác định Trang 107 Hình 4.23 Thực đo hàm lượng chất rắn 4.2.11.Khả giữ mùn khoan dung dịch Ta xác định khả giữ mùn khoan phù kế CD, ống hình trụ có dung tích 400 cm3 có nắp ngăn chia bình thành phần Cách xác định: Để xác định khả giữ mùn khoan ta làm sau: Rót vào 400 cm3 dung dịch, cho vào 1,5g mùn khoan gồm hạt lớn lấy từ máng lắng để sau phút, sau đóng ngăn lại rót dung dịch phần để riêng, rửa sấy khô, đem cân lượng mùn khoan phần Khả giữ mùn khoan xác định tỷ số trọng lượng mùn khoan phần so với trọng lượng mùn khoan bỏ vào 4.2.12.Các thiết bị phụ trợ khác Trong q trình tiến hành thí nghiệm ln cần thiết bị phụ trợ nhằm đảm bảo thơng số đo xác, đạt chuẩn u cầu như: Đồng hồ bấm giây, ca đựng dung dịch, cân tiểu ly, bơm tạo áp suất nhỏ,… Bài 4: Các thông số dung dịch khoan cách xác định Trang 108 Hình 4.24 Cân tiểu ly Hình 4.25 Đồng hồ bấm giây Bài 4: Các thông số dung dịch khoan cách xác định Trang 109 Hình 4.26 Bơm tạo áp suất nhỏ 4.2.13 Các hóa phẩm sử dụng Để đảm bảo cho cơng tác tiến hành thí nghiệm dung dịch khoan ta cần có đầy đủ trang thiết bị hố chất Hố chất thơng thường chất dùng để điều chế dung dịch khoan theo thực đơn mà giáo viên hướng dẫn cho sinh viên trước, ngồi cần phải có đầy đủ hố phẩm dùng để gia cơng, điều chỉnh tích chất dung dịch khoan theo yêu cầu Các hoá phẩm thường dùng là: Sét bột, nước nguyên chất, dầu, kiềm than nâu, kiềm than bùn, xô đa (Na2CO3), vôi CaO, NaCl, CaCl2, thuỷ tinh lỏng, bã rượu sunfit Đặc điểm số hóa phẩm thường sử dụng phịng thí nghiệm để gia cơng hóa học dung dịch: a Xi măng Xi măng sử dụng vôi sống để tăng độ nhớt với tốc độ cao Xi măng làm xấu tính keo dung dịch làm tăng tỷ trọng dung dịch, nhược điểm xi măng dùng để tăng độ nhớt nhằm chống thấm dung dịch sét b Natri photphat: Na3PO4 Muối natri axit photphat sử dụng hạn chế để giảm độ nhớt tăng tính keo dung dịch sét, đồng thời làm mềm nước cứng, axit photphoric kết hợp với cáv ion Ca+2, Mg+2 tạo nên muối kết tủa Muối Na3PO4 sử dụng rộng rãi nhiều với nồng độ tương tự Na2CO3 Nó làm giảm độ nhớt ứng suất trượt tĩnh c Các chất keo bảo vệ dùng dung dịch khoan là: - Kiềm than: Thành phần chủ yếu kiềm than NaOH axit Humic công thức gần axit Humic là: C60H35-(COOH)4.(0H)3(OCH)3(CH-COH) Khi sản xuất kiềm than ta cần phải xác định tỷ lệ xút axit Humic, người ta điều chế chất phản ứng kiềm than thùng trộn dung dịch Bài 4: Các thông số dung dịch khoan cách xác định Trang 110 Kiềm than để sản xuất dung dịch gồm hai loại: kiềm than nâu kiềm than bùn Kiềm than nâu: Kiềm than nâu điều chế cách pha dung dịch xút với than nâu Cứ m3 nước địi hỏi 120 ÷ 130 kg than nâu khơ (độ ẩm tự nhiên 40 ÷ 50%) 20 kg xút Nếu dùng nước biển để pha lượng xút tăng lên từ 25 ÷ 30 kg Các axit Humic than nâu không tan nước mà tan phần dung dịch xút tạo thành muối Humatnatri, muối chất hoạt động bề mặt, hoà tan tốt nước có tác dụng phân tán hạt sét làm ổn định dung dịch sét Khi hạt sét bị phân tán chúng trở nên háo nước, xung quanh hạt sét hình thành lớp vỏ nước ngăn chúng khơng dính lại với nhau, dung dịch ổn định Nếu lượng chất phản ứng nhiều lớp vỏ nước dày, độ thải nước giảm, khoảng cách hạt sét xa lực tương tác chúng giảm làm cho cấu trúc yếu Lượng chất phản ứng thừa làm cho dung dịch nhớt Nồng độ thích hợp kiềm than dung dịch xác định phịng thí nghiệm thường nằm khoảng 150 ÷ 200 lít/m3 Nếu cho chất phản ứng vào nước trước cho sét vào chất lượng dung dịch tốt Chất phản ứng kiềm than chất rẻ tiền, dễ điều chế có hiệu việc làm giảm độ thải nước Nó sử dụng để khoan địa tầng muối nhạt nước khoáng hoá yếu Kiềm than bùn: Kiềm than bùn điều chế tương tự kiềm than nâu, 1m3 nước cho 100 kg than bùn 30 kg NaOH Kiềm than bùn có hiệu dùng để xử lý dung dịch dùng để khoan qua tầng dung dịch, làm cho dung dịch có độ nhớt cao có sợi than bùn kiềm than bùn có khả bịt khe nứt nhỏ Nhược điểm kiềm than bùn dung dịch xử lý kiềm than bùn ổn định tác dụng ion từ đất đá nước khống lúc độ dính lớp vỏ sét tăng lên - Bã rượu Sunfit: CC Bã rượu Sunfit sản phẩm nhà máy giấy sản xuất từ gỗ nên có hai thành phần chủ yếu: Đó Xenlulo (chất tạo giấy) Linhin (chất hủy giấy) Quá trình tách linhin cách nấu gỗ axit H2SO4 muối chúng Phương pháp gọi phương pháp Sulfit hoá Kết thu Linhin dạng axit Linhosulforic muối Canxi chúng Một số tạp chất đường đem trung hoà với xút NH3 kết thu sulfit xenlulo, sau người ta lên men vi sinh sulfitxenlulo lên men tách rượu lại bã mà ta gọi bã rượu sunfit Bã rượu sunfit mang tính axit nên không ổn định, gia công người ta thêm xút vào Bã rượu sunfit chất lỏng, sánh màu nâu, tỷ trọng từ 1,2 ÷ 1,3 G/cm3 chứa khoảng 50% chất khơ Để điều chế chất phản ứng người ta phải thêm nước vào khối lượng chất khơ khoảng 30 kg/100 lít chất phản ứng Khi điều chế chất phản ứng muốn cho phẩm chất tăng lên ta thêm vào 15 ÷ 20 kg xút Na2CO3 vào 100 kg chất bã rượu khô Dung dịch bã rượu sunfit sinh nhiều bọt làm giảm tỷ trọng dung dịch Để khử bọt ta thêm vào dung dịch bã rượu: dầu mỏ, chất xúc tác Bài 4: Các thông số dung dịch khoan cách xác định Trang 111 Hiệu bã rượu sunfit thấp kiềm than ổn định dung dịch gặp muối hoà tan Khi sử dụng bã rượu sunfit tạo cho dung dịch lớp vỏ sét chặt sít với áp suất cao Khi khoan dung dịch pha chế từ nước biển, khoan vào tầng chứa muối có áp suất thấp nên sử dụng bã rượu sunfit - Bã rượu sunfit ngưng kết - Kiềm kết hợp: KCCB Kiềm kết hợp gồm 80% than nâu, 7% NaOH 13% bã rượu sunfit theo trọng lượng chất khô đơn vị thể tích chất phản ứng Khi sử dụng kiềm kết hợp loại trừ nhược điểm chất than nâu than bùn dùng chúng riêng lẻ Khi sử dụng kiềm kết hợp để xử lý dung dịch độ thải nước giảm, độ nhớt tăng khơng đáng kể, độ dày tính dính lớp vỏ sét nằm giới hạn cho phép, không tương sinh bọt Khi khoan vào đất đá có độ muối mặn cao sử dụng kiềm kết hợp tốt - Carbonmethyl Cllulo: CMC CMC chất thu cho xenlulo kiềm tác dụng với muối axit axêtic có Clo CMC có nhiều loại: dạng bột kết tinh trắng, dạng sợi màu vàng chất lỏng đục quánh CMC dễ tan nước sử dụng dạng dung dịch nước vào dung dịch sét có sẵn Tỷ lệ CMC từ 10 ÷ 50 kg chất khơ cho m3 dung dịch sét (1 ÷ 5%) CMC sử dụng để giảm độ thải nước ứng suất trượt tĩnh, đặc biệt dung dịch có độ khống hố cao bỏ CMC vào giảm độ nhớt Khi sử dụng CMC nhiệt độ cho phép nhỏ 1000C, CMC có giá thành cao - Tinh bột: C6H10O5 Tinh bột chất cao phân tử, dùng để giảm độ thải nước dung dịch điều kiện dung dịch bị nhiễm mặn cao (từ 15 ÷ 20% muối), độ ổn định dung dịch keo tinh bột không phụ thuộc vào nồng độ ion Tinh bột cho vào dung dịch dạng dung dịch keo tinh bột, để pha chế dung dịch keo tinh bột người ta trộn tinh bột dung dịch xút Cứ m3 chất phản ứng cần 50 ÷ 60 kg tinh bột 20 kg xút Ta cho chất phản ứng vào dung dịch cho nồng độ tinh bột khô khoảng 3% theo trọng lượng đơn vị thể tích dung dịch Khi sử dụng tinh bột làm cho độ nhớt dung dịch tăng, thường sử dụng kèm với bã rượu sunfit Nhược điểm tinh bột dễ làm cho dung dịch lên men vi sinh, làm cho dung dịch ổn định Để khắc phục tượng ta phải đưa dung dịch môi trường kiềm có pH = 12 ❖ TĨM TẮT BÀI Trong này, số nội dung giới thiệu: - Các thông số dung dịch khoan - Cách xác định thông số dung dịch khoan ❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN BÀI Câu hỏi Trình bày xác định độ thải nước độ dày vỏ bùn? Câu hỏi Trình bày cách xác định tỷ trọng dung dịch khoan? Câu hỏi Trình bày cách xác định hàm lượng chất rắn dung dịch khoan? Bài 4: Các thông số dung dịch khoan cách xác định Trang 112 Câu hỏi Trình bày cách xác định hàm lượng cát dung dịch khoan? Câu hỏi Trình bày cách xác định độ nhớt động học dung dịch khoan? Bài 4: Các thông số dung dịch khoan cách xác định Trang 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Đình Kiên, Giáo trình dung dịch khoan vữa trám, NXB Giao thông vận tải TS Lê Phước Hảo, Cơ sở khoan khai thác dầu khí, NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2006 J.P.Nguyen, Kỹ thuật khoan dầu khí, NXB Giáo dục, 1995 Trương Biên, Nguyễn Xuân Thảo, Phạm Thành, Trần Văn Bản, Cẩm lang kỹ sư công nghệ khoan giếng sâu, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội - 2006 Tài liệu tham khảo Trang 114 ... dùng dung dịch nước mà dùng dung dịch dầu để khoan, dung dịch gọi dung dịch gốc dầu Dầu sử dụng để sản xuất dung dịch dầu thô dầu diezen, thành phần chủ yếu dầu ngồi cịn có số hố phẩm khác Dung dịch. .. khoan cơng tác khoan dầu khí Mục tiêu mơ đun: 4.1 Về kiến thức: A1 Trình bày phương pháp tuần hồn dung dịch khoan A2 Trình bày loại dung dịch khoan A3 Trình bày tính chất dung dịch khoan A4 Trình. .. 100oC) 3.1.4 Dung dịch với chất rửa khí, chất bọt dung dịch bọt gốc nước a Chất rửa khí (Khoan thổi khí) Bài 3: Các loại dung dịch khoan sử dụng Trang 48 Khí bơm thay dung dịch khoan, đảm bảo