Nghiên cứu lựa chọn vữa trám cho các giếng khoan dầu khí trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao bể nam côn sơn

BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO TRƯỜNGĐẠIHỌCMỎ-ĐỊACHẤT TRƯƠNGHỒINAM NGHIÊNCỨULỰACHỌNVỮATRÁM CHOCÁCGIẾNGKHOANDẦUKHÍTRONGĐIỀUKIỆN NHIỆT ĐỘ VÀ ÁP SUẤT CAO BỂ NAM CƠN SƠN LUẬNÁNTIẾNSĨKỸTHUẬT HàNội-2015 TRƯƠNGHỒINAM NGHIÊNCỨULỰACHỌNVỮATRÁM CHOCÁCGIẾNGKHOANDẦUKHÍTRONGĐIỀUKIỆN NHIÊT ĐỘ VÀ ÁP SUẤT CAO BỂ NAM CÔN SƠN Ngành:KỹthuậtDầukhí Mã số:6 LUẬNÁNTIẾNSĨKỸTHUẬT NGƯỜIHƯỚNGDẪNKHOAHỌC: PGS.TSTrầnĐìnhKiên TSNguyễnHữuChinh HàNội-2015 LỜICAMĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác nước Tácgiảluậnán TrươngHoàiNam MỤCLỤC Trang LỜICAMĐOAN i MỞĐẦU Chương ĐẶC ĐIỂM NHIỆT ĐỘ VÀ ÁP SUẤT CAO TẠI BỂ NAM CÔN SƠN VÀ ẢNHHƯỞNGĐỐIVỚICƠNGTÁCTRÁMXIMĂNGGIẾNGKHOAN .8 1.1 ĐặcđiểmđịatầngvàtrầmtíchbểNamCơnSơn 1.2 ĐặcđiểmnhiệtđộvàápsuấtcaoởbểNamCônSơn .12 1.2.1 Kháiniệmvềnhiệtđộvàápsuấtcao .12 1.2.2 NhiệtđộvàvàápsuấtcaoởbểNamCônSơn 14 1.3 Ảnhhưởngcủanhiệtđộvàápsuấtcaođếncáctínhchấtcủavữavàđáximăng 19 1.4 ChấtlượngtrámximăngcácgiếngkhoantạibểNamCônSơn .27 1.5 Cáccơngtrìnhnghiêncứuvềximăngtrámgiếngkhoannhiệtđộvàápsuấtcao 30 1.5.1 Cáccơngtrìnhnghiêncứuvềximăngởnhiệtđộvàápsuấtcao 30 1.5.2 Cácloạiximăngtrámgiếngkhoancónhiệt độvàápsuấtcao .31 Chương LÝ THUYẾT VỀ ĐÔNG CỨNG VÀ TẠO ĐỘ BỀN CỦA ĐÁ XI MĂNG TRONGĐIỀUKIỆNNHIỆTĐỘVÀÁPSUẤTCAO 36 2.1 Cáctrạngtháivữaximăngtronggiếngkhoan 36 2.2 Đặctínhcủaximăngtrámgiếngkhoan .39 2.3 Qtrình hóa-lýđóngrắn củavữaxi măng[9,19,46,48] 41 2.4 Biệnphápchốngsuygiảmđộbềncủaximăngtrám 45 2.5 ẢnhhưởngcủaSilicađộbềnvàđộthấmcủaximăng 47 2.5.1 Cácloạiphụgiasilica 47 2.5.2 Ảnhhưởngcủasilicađếnđộbềnnénvàđộthấmcủaximăng 48 Chương NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA VỮA VÀ ĐÁ XI MĂNG TRONGĐIỀUKIỆNNHIỆTĐỘVÀÁPSUẤTCAO 56 3.1 Xácđịnhkhốilượngriêngvữaximăngtrámgiếngkhoan 56 3.1.1 Kháiniệmkhốilượngriêngcủavữaximăng 56 3.1.2 Lựachọnphụgialàmnặngvữaximăng 59 3.1.3 Xácđịnhkhốilượngriêngcủavữaximăng .60 3.2 Thờigianquánh vữaximăng 61 3.2.1 Kháiniệmthờigianquánh 61 3.2.2 Thiếtbịđothờigianquánhcủavữaximăng .63 3.2.3 Xácđịnhthờigianquánhcủavữaximăng 64 3.3 Độbềnnéncủađáximăng .69 3.3.1 Ýnghĩađộbềnnén .69 3.3.2 Thiếtbịđođộbềnnéncủaximăngtrám 70 3.3.3 Kếtquảthínghiệmđộbềnnéncủavữaximăngđóngrắn 71 3.4 Xácđịnhcáctínhchấtđànhồicủađáximăngtrongđiềukiệnnhiệtđộvàápsuấtcao78 3.4.1 Tínhchấtbiếndạngcủađáximăng 78 3.4.2 Thiếtbịđocáctínhchấtđànhồi 79 3.4.3 Kếtquảthínghiệm .79 3.5 Độrỗngvàđộthấm củađáximăng 81 3.5.1 Độrỗngcủađáximăng 81 3.5.2 Độthấmcủađáximăng 82 Chương4.THỬNGHIỆMVỮAXIMĂNGTRÁMCỘTỐNGCHỐNGKHAITHÁC 5½”GIẾNGKHOANTẠIBỂNAMCƠNSƠN 86 4.1 ĐặcđiểmcấutrúcgiếngkhoandầukhíbểNamCơnSơn 86 4.2 Sơlượccôngnghệb m trámximănggiếngkhoan 88 4.3 Thiếtkếhệvữaximăngtrámcộtốngchốngkhaithác5½” 88 4.3.1 Các yêucầuthiếtkếvữaximăng 88 4.3.2 Ximăngnền 89 4.3.3 Cácphụ giaximăng[28b] 91 4.4 Đơnphachếvữaximăngtrámcộtốngchốngkhaithác 94 4.4.1 Thànhphầnximăngvàphụgia 94 4.4.2 Cácthôngsốcủavữaximăng 95 4.5 Đánhgiáchấtlượngvữatrámximăng .97 KẾTLUẬN .100 KIẾNNGHỊ .102 DANHMỤCMỘTSỐCƠNGTRÌNHĐÃCƠNGBỐCỦATÁCGIẢ 103 TÀILIỆUTHAMKHẢO 105 PHỤLỤC 111 DANHMỤCCÁCKÝHIỆU,CÁCCHỮVIẾTTẮT a Hệsốdịthường API AmericanPetroleumInstitute(ViệnDầumỏHoakỳ) CBL Cement Bond Log (Biểu đồ gắn kết xi măng)CSR-100L Cement Retarder (Phụ gia chậm ngưng kết)CFR-3L CementFrictionReducer(Phụgiagiảmmasát) Ex-HPHT ExtremeHighPressureHighTemperature(HPHTrấtcao) gps gallonpersack(đơnvịđothểtích/bao) HPHT HighPressureHighTemperature(Ápsuấtcaonhiệtđộcao) h.m hour.minute(giờ,phút) KGVX Khônggianvànhxuyến KLXM Khốilượngximăng m Mét mD MD MiliDarcy Chiềusâuđo(MeasuredDepth) MPRO MechanicalPropertiesAnalyzer(Máyphântíchtínhchấtcơhọc)NĐ&ASC Nhiệt độ áp suất cao N/XM pnv Nước/Ximăng Ápsuấtnứtvỉa pv Ápsuấtvỉa ppg Poundspergallon SG Specificgravity(Tỷtrọng) SSA-1 Strength-StabilizingAgent(Phụgiaổnđịnhcườngđộ) UCA UltrasonicCementAnalyzer(Máyphântíchximăngbằngsiêuâm) Ultra HPHT Ultra High Pressure High Temperature (Siêu HPHT) VDL Variable density log (Biểu đồ độ rỗng biến thiên)VNIIKRNEFTI ViệnnghiêncứukhoahọcdầumỏKrasnodar(LiênbangNga)WOC Wait on cement (Thời gian chờ xi măng đóng rắn) XM Ximăng YEK Đơnvịđođộquánhquyước DANHMỤCCÁCBẢNG Trang Bảng1.1.Bảngphâncấpnhiệtđộvàápsuấtcao(theoHalliburton,BakerHughes) 18 Bảng1.2.Tỉlệgắnkếtximăngtrong cácgiếngkhoanbểNamCônSơn 29 Bảng1.3.ĐặctínhkỹthuậtcácloạiximăngbềnnhiệtcủaLiênbangNgasảnxuất 32 Bảng2.1.Cácthànhphầnkhốngchínhcủaximăng 39 Bảng2.2.Đ ộ bềnnéncủađáximăngtheohàmlượngsilica 48 Bảng2.3.Đ ộ bềnnén củahỗnhợpximăng+35%SSA-1 49 Bảng2.4.Đ ộ thấmcủahỗnhợpximăng+35%SSA-1 51 Bảng2.5.Tổnghợpkếtquảthínghiệmxácđịnhđộbềnnén 53 Bảng3.1.K h ố i lượngriêngvữaximăngtrongcácđiềukiệnápsuấtvànhiệtđộ 59 10 Bảng3.2.Đơnphachếvữaximăngtrámgiếngkhoannhiệtđộvàápsuấtcao 62 11 Bảng3.3 Bảngtổnghợpthờigianquánhcủavữaximăng 63 12 Bảng3.4.Bảngtổnghợp độbềnnéncủavữaximăng 70 13 Bảng3.5.Độ rỗngvàđộ thấmcủađáximăng 82 14 Bảng4.1.Đơnphachếvữaximăng 93 15 Bảng4.2.Cácthơngsố cơngnghệcủavữaximăng 94 DANHMỤCCÁCHÌNHVẼ Trang Hình1.1.SơđồbểNamCơnSơn Hình1.2.CộtđịatầngtổnghợpbểNamCơnSơn 11 Hình1.3.Bảngphâncấpnhiệtđộvàápsuấtcao(theoHalliburton,BakerHughes) 13 Hình1.4.SơđồápsuấtdịthườngtrongtrầmtíchMiocenegiữavàdưới 14 Hình1.5.SơđồápsuấtdịthườngtrongtrầmtíchMiocenetrên 15 Hình1.6.Biểuđồ phânbốápsuất cáclơ04,05 16 Hình1.7.Biểuđồphânbơápsuấtnứtvỡvỉa 16 Hình1.8.Biểuđồphânbốnhiệtđộápsuấtlơ04,05 18 Hình1.9.PhâncấpnhiệtđộvàápsuấtcaobểNamCơnSơn 19 10 Hình1.10Ảnhhưởngcủanhiệtđộvàápsuấtđến thờigianngưngkết 22 11 Hình1.11.Tỷlệgắnkếtximăngtheonhiệtđộ 28 12 Hình1.12.Chấtlượnggắnkếtximăngtheotừngnhàthầudịchvụ 28 13 Hình2.1.Sơđồtrámximănggiếngkhoandầukhí 35 14 Hình2.2.Cáctrạngthái phacủavữaximăngtronggiếngkhoan 36 15 Hình2.3G i ả n đồphakhốngvật hệCaO-SiO2-H2O 42 16 Hình2.4.Độbềnnéncủađáximăngởcácnhiệt độkhácnhau 43 17 Hình2.5Đ ộ bềnthấmkhí phụthuộcvàonhiệtđộvàthờigianđóngrắn 43 18 Hình2.6.Sơđồtạophakhốngmớicủaximăngtrám 45 19 Hình2.7.Độbềnnén phụthuộcvàocỡhạtởnhiệtđộkhácnhau 47 20 Hình2.8.Độthấmphụthuộcvàocỡhạtởnhiệtđộkhácnhau 47 21 Hình2.9.ĐộbềncủađáximăngphụthuộcvàohàmlượngSSA-1 48 22 Hình2.10.Độbền néncủaximăng+35%Silicacó khốilượngriêngvữa1,905g/cm3 50 23 Hình2.11.Độbền néncủaximăng+35%Silicacó khốilượngriêngvữa2,04g/cm3 50 24 Hình2.12.Độthấmcủaximăng+35%Silicacókhốilượngriêngvữa1,905g/cm3 51 25 Hình2.13.Độthấmcủa ximăng+35%Silicacókhốilượngriêngvữa2,04g/cm3 52 26 Hình3.1.B i ể u đồgradpv,gradpnvbểNamCơnSơn 57 27 Hình3.2.K h ố i lượngriêngvữatheotỷlệNước/Ximăng 59 28 Hình3.3.M y đo độquánh Fann290HPHT 62 30 Hình3.4.ThờigianquánhcủavữaXMở1250C,ápsuất67MPa 63 31 Hình3.5.ThờigianquánhcủavữaXMở1350Cvàápsuất66,59MPa 64 32 Hình3.6.ThờigianquánhcủavữaXMở1400Cvàápsuất75,80MPa 64 33 Hình3.7.ThờigianquánhcủavữaXMở1770Cvàápsuất93,1MPa 65 34 Hình3.8.ThờigianquánhcủavữaXMở150 Cvàápsuất88,88MPa 65 35 Hình3.9.ThờigianquánhcủavữaXMở1 5 0Cvàápsuất84,68MPa 66 36 Hình3.10.ThờigianquánhcủavữaXMở1770Cvàápsuất103,4MPa 66 37 Hình3.11.ThiếtbịxácđịnhđộbềnnénbằngsiêuâmUCA 69 38 Hình3.12.Sơđồnguyên lýlàmviệccủathiếtbịUCA 69 39 Hình3.13.Đ ộ bềnnéncủavữaXMở1700Cvàápsuất20,67MPa 70 40 Hình3.14.ĐộbềnnéncủađáXMở155oCvàáp suất20,67MPa 71 41 Hình3.15.Đ ộ bềnnéncủađáXMở155oCv ápsuất20,67MPa 71 42 Hình3.16.Đ ộ bềnnéncủađáXMở170oCvàáp suất20,67MPa 72 43 Hình3.17.Đ ộ bềnnéncủađáXMở177oCvàáp suất93,10MPa 72 44 Hình3.18.Đ ộ bền néncủađáXMở180oC vàápsuất20,67MPa 73 45 Hình3.19.Đ ộ bềnnéncủađáXMở190oCv ápsuất103,4MPa 73 46 Hình3.20.M ẫ u lõiximăngtheođơnpha chế1 75 47 Hình3.21.M ẫ u lõiximăngtheođơnphachế2 75 48 Hình3.22.ThiếtbịđocáctínhchấtcơhọccủađáximăngMPRO 76 49 Hình3.23.Đ thịcác thơngsốđànhồicủacủađáximăng 78 50 Hình3.24.M y đo độrỗngcủađáximăng 80 51 Hình3.25.M y đođộ thấmcủađáximăng 81 52 Hình4.1.Cấutrúcgiếngkhoanlơ05b ể Nam CơnSơn 85 53 Hình4.2.Cấutrúcgiếngkhoan 85 54 Hình4.3.HệximăngbềnnhiệtchođiềukiệnbểNamCơnSơn 92 56 Hình4.4.BiểuđồCBL,VDLgiếngkhoan 97 PHỤLỤC Phụlục1:TổnghợpcáckếtquảthínghiệmvềsựảnhhưởngcủaHPHTđếnthờigian quánhcủahệvữatrámgiếngkhoan Phụlục2:Đ n phachếchothínghiệmđộquánhởnhiệtđộ375oF Phụlục3:K ế t quađothờiquánhcủavữatại375oF Phụlục4:Đ n phachếvữaximăngsố1 Phụlục5:K ế t quảđothờigianquánhvàđộbềnnénđơnphachếsố1 Phụlục6.Đ n phachếvữaximăngsố2 Phụlục7:K ế t quảđothờigianquánhvàđộbềnnénđơnphachếsố2 Phụlục8:Đ n phachếvớichấtlàmnặnglàHi-Dense4 Phụlục9:Đ n phachếvớichấtlàmnặnglàBarite Phụlục10:SosánhsựsuygiảmximăngkhidùngSSA-1SilicaFlourvà CoarseSilica