Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật dầu khí: Nghiên cứu, lựa chọn hệ dung dịch ức chế sét phù hợp để thi công những giếng khoan có góc nghiêng lớn qua những thanh hệ sét hoạt tính cao

Phân tích các thông số dung dịch khoan trên các giếng khoan kể trên và kết quả đạt được khi khoan qua các thành hệ sét hoạt tính cao Mioxen hạ và Oligoxen... Chương 2: Nghiên cứu lý thuy

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- -

TẠ XUÂN TRƯỜNG

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: TS Đỗ Quang Khánh

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: TS Hoàng Hồng Lĩnh

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Bùi Minh Sơn

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Hữu Chinh

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM

ngày 12 tháng 06 năm 2020

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 Chủ tịch hội đồng: TS Mai Cao Lân

2 Thư ký hội đồng: TS Phạm Sơn Tùng

3 Ủy viên Phản biện 1: TS.Bùi Minh Sơn

4 Ủy viên Phản biện 2: TS Nguyễn Hữu Chinh

5 Ủy viên Hội đồng: TS Hoàng Hồng Lĩnh

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

C ỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

-

Họ tên học viên: T ạ Xuân Trường MSHV: 1770513

Ngày, tháng, năm sinh: 06/01/1980 Nơi sinh: Tp Hồ Chí Minh

Chuyên ngành: Kỹ thuật dầu khí Mã số: 60520604

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN HỆ DUNG DỊCH ỨC CHẾ SÉT PHÙ

1 Tổng hợp kết quả nghiên cứu các hệ Dung dịch đã có

2 Nghiên cứu thí nghiệm, thiết lập hệ dung dịch KGAC Plus với các đơn pha chế phù hợp

3 Thử nghiệm áp dụng hệ dung dịch KGAC Plus tại 03 giếng khoan 11P

ThTC-1, 12Р GTC-ThTC-1, 912 RC-9 của giàn Tam Đảo 03 thi công khoan

4 Phân tích các thông số dung dịch khoan trên các giếng khoan kể trên và kết quả đạt được khi khoan qua các thành hệ sét hoạt tính cao Mioxen hạ và Oligoxen

III NGÀY GIAO NHI ỆM VỤ: 30/10/2019

III NGÀY HOÀN THÀNH NHI ỆM VỤ: 12/06/2020

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này, tác giả đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu tận tình của các thầy, của đồng nghiệp và các bạn Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới:

Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh và các thầy cô Bộ môn Khoa

& Khai thác Dầu khí đã tạo điều kiện và tận tâm truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian học tập tại trường

Thầy TS Đỗ Quang Khánh và TS Hoàng Hồng Lĩnh đã hết lòng giúp đỡ, chỉ dạy

và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Liên doanh Việt – Nga Vietsovpetro (VSP), lãnh đạo công ty và các anh chị em đồng nghiệp, bạn bè đã tạo điều kiện và giúp đỡ trong quá trình học tập và thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô trong Hội đồng đánh giá luận văn đã cho

em những đóng góp quý báu để hoàn chỉnh luận văn này

Xin chân thành cảm ơn!

TP HCM, Ngày 12 tháng 06 năm 2020

Học viên thực hiện

Tạ Xuân Trường

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn được trình bày trong 87 trang bao gồm phần mở đầu, 04 chương chính,

53 hình vẽ minh họa, 09 biểu bảng số liệu, phần kết luận - kiến nghị và danh mục tài liệu tham khảo Nội dung chính của luận văn được diễn giải như sau:

Phần mở đầu của luận văn đề cập đến tính cấp thiết của đề tài, xác mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu; đồng thời nêu ra ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn

Nội dung của luận án tập trung trong 04 chương

Chương 1: Khái quát đặc điểm địa chất tại các vùng mỏ của LD Vietsovpetro và

những phức tạp xảy ra trong quá trình thi công khoan

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết và tổng quan về các hệ dung dịch ức chế sét đã

và đang được áp dụng thi công cho các giếng khoan của vietsovpetro

Chương 3: Nghiên cứu, thí nghiệm, lựa chọn hệ dung dịch thi công cho giếng

khoan của Vietsovpetro

Chương 4: Phân tích đánh giá kết quả đạt được khi áp dụng hệ dung dịch KGAC

Plus tại một số giếng khoan và các giải pháp nhằm hoàn thiện hệ dung dịch

Kết quả thí nghiệm và thực tế áp dụng cho thấy, chất lượng hệ KGAC Plus tương

đương với hệ dung dịch Ultradril (hệ dung dịch gốc nước ức chế sét tốt nhất hiện nay của công ty MI- SWACO USA, đang được áp dụng trên thế giới)

Việc áp dụng hệ KGAC Plus cho phép tận dụng nhân lực và vật tư, hoá phẩm của Việt Nam và các hoá phẩm sẵn có trên thị trường, cho phép làm chủ về mọi mặt khi thực hiện dịch vụ dung dịch

Có thể sử dụng hệ dung dịch này để khoan những thành hệ sét hoạt tính cao, phức tạp, dễ sập lở, đặc biệt là khoan các giếng khoan có góc nghiêng lớn và giếng ngang

Từ các các kết quả phân tích đã đạt được, đưa ra những kiến nghị nhằm hoàn chỉnh hơn đề tài nghiên cứu cũng như mở rộng phạm vi áp dụng của đề tài

ABSTRACT

This thesis is presented within 87 pages including introduction, 04 main chapters,

53 illustrations, 09 tables of data, conclusion - recommendations and list of references The main content of the thesis is composed as follows:

The introduction of the thesis refers to the urgency of the topic, identifying the target, the object and the scope of the research; as well as raising the scientific meaning and practical significance of the thesis

The content of the thesis focuses on 04 chapters

Chapter 1: Essential geological characteristics in Vietsovpetro’s fields and the

difficulties in drilling process

Chapter 2: Overview of shale inhibition mud systems having been applied in VSP Chapter 3: Research, experiment and selection of mud systems for drilling in VSP Chapter 4: Analysis of results in applying KGAC Plus at some specific wells and

recommendations for better system

According to results of both research and application of the KGAC Plus mud

system, the quality of this system is equivalent to the Ultradril (mud system of MI SWACO

- USA, one of the best shale inhibition water-based mud system at present)

The application of KGAC Plus system not only leverages the manpower, materials, available chemicals in markets including Vietnam, but also takes control when providing fluids services

This system can be used in the construction with highly reactive shale formation, with wellbore instability and other difficulties, especially in highly deviated and horizontal wells

From the above analysis, the author would like to make some proposals in order

to develop as well as extend the application of this topic

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực

sự của cá nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và phương pháp khoa học

cụ thể trên số liệu thực tế Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tp HCM, ngày 12 tháng 06 năm 2020

Học viên thực hiện

Tạ Xuân Trường

MỤC LỤC

NHI ỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ 3

LỜI CẢM ƠN 4

TÓM TẮT LUẬN VĂN 4

ABSTRACT 6

L ỜI CAM ĐOAN 7

M ỤC LỤC 8

DANH M ỤC HÌNH VẼ 11

DANH M ỤC BẢNG BIỂU 13

MỞ ĐẦU 14

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT TẠI CÁC VÙNG MỎ CỦA LD VIETSOVPETRO VÀ NHỮNG PHỨC TẠP XẢY RA TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG KHOAN 19

1.1 Khái quát đặt điểm cấu trúc địa chất mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng 19

1.1.1 Thành t ạo trầm tích Kainozoi 20

1.1.2 Các thành t ạo trầm tích Neogen - hệ Đệ Tứ 20

1.1.3 Các thành t ạo trầm tích Paleogene 21

1.1.4 Thành t ạo đá móng tiền Kainozoi 22

1.1.5 Đặc điểm địa chất của thành hệ Miocene hạ tại mỏ Bạch Hổ 23

1.2 Những phức tạp xảy ra trong quá trình thi công giếng khoan có góc nghiêng lớn ở mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng: 23

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ DUNG DỊCH ỨC CHẾ SÉT ĐÃ VÀ ĐANG ĐƯỢC ÁP DỤNG THI CÔNG CHO CÁC GIẾNG KHOAN CỦA VIETSOVPETRO 25

2.1 Cơ chế tác dụng của các phụ gia ức chế sét 25

2.1.1 Cơ chế tác dụng của các phụ gia ức chế sét trong hệ dung dịch khoan 25 2.1.1.1 Montmorillonite 27

2.1.1.2 Kaolinite (Hình 2.4) 28

2.1.1.3 Hydromicas (Hình 2.5) 29

2.1.2 Các cơ chế ức chế sét 31

2.1.2.1 Cơ chế ức chế bằng các muối đơn hóa trị (Hình 2.6) 32

2.1.2.2 Ức chế bằng các ion đa hóa trị 33

2.1.2.4 Cơ chế ức chế của các polime cao phân tử 35

2.1.2.5 Cơ chế ức chế của các polime silic hữu cơ kị nước KR-22 36

2.2 Tổng quan về các hệ dung dịch ức chế sét đã và đang được áp dụng thi công cho các giếng khoan của vietsovpetro 40

2.2.1 Hệ dung dịch FCL 40

2.2.2 Hệ dung dịch FCL-AKK 41

2.2.3 Hệ dung dịch KCL-Glycol 41

2.2.4 Hệ dung dịch Glydril 42

2.2.5 Hệ dung dịch Ultradril của MI-SWACO 43

2.2.6 Hệ dung dịch KGAC 43

2.2.7 Hệ dung dịch KGAC-Plus 46

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU, THÍ NGHIỆM, LỰA CHỌN HỆ DUNG DỊCH THI CÔNG CHO GIẾNG KHOAN CỦA VIETSOVPETRO 48

3.1 Những thiết bị và phương pháp thí nghiệm để nghiên cứu các hệ và các đơn pha chế dung dịch 48

3.1.1 D ụng cụ đo tỷ trọng dung dịch khoan 49

3.1.2 Ph ễu đo độ nhớt 50

3.1.3 Máy đo lưu biến 6 tốc độ “Viscometer” 51

3.1.4 Thi ết bị đo độ thải nước 52

3.1.5 Thi ết bị đo pha rắn, hàm lượng dầu, hàm lượng chất bôi trơn 53

3.1.6 D ụng cụ đo hàm lượng cát 54

3.1.7 D ụng cụ đo hàm lượng (K+) 55

3.1.8 D ụng cụ đo độ dính của vỏ bùn 55

3.1.9 Thi ết bị đo khả năng bôi trơn 56

3.1.10 Lò nung m ẫu quay 57

3.1.11 H ệ thống cân phân tích: Model – SA 310 và SL1000 57

3.1.12 Phương pháp xác định độ pH 58

3.1.13 H ộp phân tích hoá chất (hàm lượng keo, ion Ca++, CL-, …) 58

3.2 Các kết quả thí nghiệm so sánh giữa các hệ dung dịch với các đơn pha chế khác nhau 59

CHƯƠNG 4: CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC KHI ÁP DỤNG HỆ DUNG DỊCH KGAC PLUS TẠI MỘT SỐ GIẾNG KHOAN VÀ CÁC GIẢI PHÁP NHẰM HOÀN THIỆN HỆ DUNG DỊCH 69

4.1 Các kết quả áp dụng hệ dung dịch KGAC-Plus tại một số giếng khoan 69

4.2 M ột số giải pháp nhằm thiện hệ dung dịch KGAC Plus 82

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 85

LÝ L ỊCH TRÍCH NGANG 87

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ cột địa tầng mỏ Bạch Hổ 19

Hình 1.2 Các d ạng mất ổn định giếng khoan 24

Hình 2.1 C ấu trúc tứ diện Silic (a) và cấu trúc mạng của tứ diện silic (b) 25

Hình 2.2 C ấu trúc bát diện nhôm (a) và cấu trúc mạng của bát diện nhôm (b) 26

Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc của khoáng vật sét Montmorillonite 28

Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc khoáng vật sét Kaolinite 29

Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc khoáng vật Hydromicas Muscovite và Hydromicas Biotite 31

Hình 2.6 Sơ đồ trao đổi cation có kích thước khác nhau với khoáng sét 33

Hình 2.7 Công th ức cấu tạo của phân tử Ferocrom Lignosulfonate 35

Hình 2.8 Sơ đồ cấu trúc phân tử của PHPA 36

Hình 2.9 Sơ đồ hấp phụ của PHPA lên bề mặt các cấu tử sét 36

Hình 2.10 Sơ đồ mô tả màng phân tử polime siliconat hấp phụ lên bề mặt vật thể 38

Hình 2.11 Sơ đồ mô tả sự hấp phụ của “KR-22” lên bề mặt khoáng sét 39

Hình 2.12 Sơ đồ mô tả hấp phụ của phân tử cromlignosulfonat biến tính trên bề mặt silic 44

Hình 2.13 Mô ph ỏng hydroxit nhôm hấp phụ lên bề mặt sét 45

Hình 2.14 Sơ đồ trao đổi các cation có kích thước khác nhau với khoáng sét 45

Hình 2.15 PAG k ết đám, tạo ra lớp màng kỵ nước 46

Hình 2.16 Ch ất ức chế bao bọc của HyPR-CAP 47

Hình 3.1 Các thi ết bị và dụng cụ đo, tại những phòng thí nghiệm dung dịch trên bờ và ngoài giàn 48

Hình 3.2 Cân t ỷ trọng 49

Hình 3.3 Cân áp l ực 50

Hình 3.4 Ph ễu đo độ nhớt 50

Hình 3.5 Máy đo độ nhớt 6 tốc độ 6-Speed Viscometer 51

Hình 3.6 D ụng cụ đo độ thải nước ở nhiệt độ phòng 52

Hình 3.7 Thi ết bị đo độ thải nước động ở nhiệt độ và áp suất cao 53

Hình 3.8 Thi ết bị đo pha rắn, hàm lượng dầu, hàm lượng chất bôi trơn 53

Hình 3.9 D ụng cụ đo hàm lượng cát 54

Hình 3.10 D ụng cụ đo hàm lượng (K+) 55

Hình 3.11 D ụng cụ đo độ dính của vỏ bùn 56

Hình 3.12 Thi ết bị đo khả năng bôi trơn 56

Hình 3.13 Lò nung m ẫu quay 57

Hình 3.14 Cân điện tử SA 310 57

Hình 3.15 Thi ết bị thử độ pH 58

Hình 3.16 H ộp phân tích hoá chất (hàm lượng keo, ion Ca++, CL-, …) 58

Hình 3.17 Độ thải nước và ứng lực cắt động (YP) của các hệ pha bằng nước kỹ thu ật 59

Hình 3.18 Độ bền Gel của các hệ pha bằng nước kỹ thuật 60

Hình 3.19 Máy Swell Metter 61

Hình 3.20 So sánh độ trương nở sét giữa các hệ dung dịch dùng để so sánh trên nền nước kỹ thuật (trước và sau nung) 62

Hình 3.21 Bi ểu đồ Gel 1/10 & biểu đồ ứng lực cắt động (YP) 63

Hình 3.22 Bi ểu đồ độ thải nước API & biểu đồ độ thải nước HTHP 63

Hình 3.23 Bi ểu đồ moment ma sát 64

Hình 3.24 So sánh độ thải nước API & HTHP hệ KGAC-Plus với các hệ khác 65

Hình 3.25 So sánh moment ma sát h ệ KGAC-Plus với các hệ khác 66

Hình 3.26 So sánh các thông s ố lưu biến hệ KGAC-Plus với các hệ khác 66

Hình 3.27 K ết quả thực nghiệm bằng máy Swell meter 67

Hình 4.1 Thông s ố độ nhớt 76

Hình 4.2 Giá tr ị V6 vòng/phút 77

Hình 4.3 Ứng lực cắt động YP 78

Hình 4.4 Gel 1 phút 79

Hình 4.5 Gel 10 phút 80

Hình 4.6 Độ thải nước API 81

Hình 4.7 B ộ khoan cụ khi kéo lên sạch, không bị dính bết 82

Hình 4.8 Mùn khoan lên t ại sàng rung được ức chế vo viên lại, không dính bết 82

DANH MỤC BẢNG BIỂU

B ảng 1.1 Thành ph ần khoáng vật sét ở thành hệ Miocene hạ 23

B ảng 2.1 T ổng hợp cấu trúc và tính chất của các khoáng vật sét 27

B ảng 2.2 Đường kính cation ở trạng thái trước và sau khi hút nước 30

B ảng 2.3 Đặc tính kỹ thuật của hoá phẩm KR-22 39

B ảng 3.1 K ết quả thí nghiệm 65

B ảng 4.1 Thông s ố dung dịch giếng khoan 11P-THT 69

B ảng 4.2 Thông s ố dung dịch giếng khoan 12P-GTC1 70

B ảng 4.3 Thông s ố dung dịch giếng khoan 912-RC9 71

B ảng 4.4 H ệ dung dịch và yêu cầu thông số cho từng khoảng khoan 74

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

• Hiện tại trong công tác Khoan-Khai thác dầu khí cần tăng cường các giếng khoan có góc nghiêng lớn nhằm tăng hệ số thu hồi dầu

• Trong thực tế thi công khoan, những phức tạp sự cố thường xảy ra ở những thành hệ sét hoạt tính cao như: bó thành, kẹt cần, sập lỡ, mất dung dịch…

Từ những yếu tố trên: nếu áp dụng hệ dung dịch ức chế sét không phù hợp thì sẽ gây ra:

+ Gây phức tạp sự cố trong quá trình khoan

+ Tốn chi phí vì kéo dài thời gian phi sản xuất

+ Làm ảnh hưởng xấu đến hệ số thu hồi dầu, tại các vỉa sản phẩm xen kẹp

- Trước đây, khi thi công dung dịch với những giếng khoan phức tạp, khoan qua những địa tầng sét hoạt tính cao, giếng khoan có góc nghiêng lớn, giếng cắt thân, Vietsovpetro thường phải thuê dịch vụ dung dịch của các công ty dịch vụ dung dịch bên ngoài Chi phí thuê dịch vụ dung dịch hàng năm, có khi lên đến 25 triệu USD cho 24 giếng khoan (năm 2014)

- Tuy nhiên, với sự phát triển không ngừng của ngành Khoan – Khai thác dầu khí Vietsovpetro, đặc biệt là trong tình hình giá dầu liên tục giảm sâu như hiện nay, cần

áp dụng những sáng kiến – sáng chế, hợp lý hóa sản xuất, để tiết giảm chi phí tối đa, tăng cường khả năng tự lực thi công dung dịch và tiến tới có thể làm dịch vụ ra bên ngoài Việc này đòi hỏi, chuyên ngành dung dịch phải nhanh chóng nghiên cứu ra những hệ dung dịch mới, tương đương với các hệ dung dịch tiên tiến, nhằm rút ngắn thời gian thi công, ổn định thành giếng khoan, đảm bảo an toàn môi trường, bảo vệ tầng sản phẩm và đạt hiệu quả thi công cao Đặc biệt là có thể thay thế thuê dịch vụ dung dịch bên ngoài

- Trước đây, những giếng khoan phức tạp, đặc biệt là những giếng khoan có góc nghiêng lớn, vẫn phải thuê dịch vụ dung dịch ULTRADRIL Đứng trước yêu cầu cấp thiết tiết giảm chi phí và không ngừng nâng cao công nghệ dung dịch của VSP, nhằm tăng cường tự lực, giảm thuê dịch vụ dung dịch, tiến tới tự lực hoàn toàn về thi công và làm dịch vụ dung dịch ra bên ngoài Ban dung dịch - XN Khoan & Sửa Giếng phối hợp với Phòng TN Dung dịch Công nghệ Giếng khoan – Viện NCKH & TK, tiếp tục tiến

chất lượng và tăng khả năng ức chế sét, bằng việc kết hợp sử dụng thêm tác nhân ức chế bao bọc (như: HyPR Cap, ) với hàm lượng và quy trình pha trộn thích hợp

- Hệ dung dịch mới KGAC plus đã phát huy được ưu điểm và khắc phục được các nhược điểm của những hệ dung dịch trước đó Hệ này có khả năng ức chế sét cao, bền nhiệt, duy trì độ ổn định thành giếng khoan lâu dài, giảm thiểu phức tạp sự cố và những ảnh hưởng xấu cho các tầng sản phẩm dầu khí; Đồng thời, đảm bảo an toàn cho con người và môi trường sinh thái

- Với việc áp dụng những hệ dung dịch nói trên, cho phép Vietsovpetro tận dụng nhân lực và vật tư, hóa phẩm của Việt Nam, cho phép làm chủ về mọi mặt khi thực hiện thi công dung dịch, mà không bị phụ thuộc vào bất kỳ công ty bên ngoài nào Trong đề tài này chúng ta sẽ nghiên cứu và lựa chọn hệ Dung dịch ức chế sét mới của Vietsovpetro

để thi công những giếng khoan có góc nghiêng lớn qua những thành hệ sét hoạt tính cao Việc lựa chọn này sẽ mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể cho Vietsovpetro trong giai đoạn tiết giảm chi phí do sản lượng khai thác suy giảm

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Trên cơ sở đã nghiên cứu, thí nghiệm và áp dụng thành công hệ dung dịch KGAC qua quá trình thi công trên 10 giếng khoan như 11P, 133P, 122, ThT-1X, ThT-3X, 1709-BK17 Nhóm tác giả tiếp tục tiến hành nghiên cứu, thí nghiệm hệ dung dịch KGAC –Plus: là hệ KGAC được nâng cao chất lượng bằng việc kết hợp sử dụng thêm tác nhân

ức chế bao bọc ( như: Hypr Cap…) Hệ dung dịch KGAC có 4 tác nhân ức chế đó là: kết hợp 2 tác nhân ức chế (FCl, AKK) của hệ dung dịch truyền thống và hai tác nhân ức chế (KCl và PAG) trong hệ dung dịch ức chế KCl/Polyme tạo thành một tổ hợp ức chế mới rất hiệu quả Hệ dung dịch KGAC Plus ngoài 4 thành phần trên, còn được bổ sung thêm chất ức chế bao bọc (như: Hypr Cap, ) trong thành phần hệ dung dịch KGAC, nhằm cải thiện hơn khả năng ức chế sét

Kết quả thí nghiệm và thử nghiệm cho thấy, các tính chất của hệ dung dịch KGAC PLUS được nâng cao rõ rệt, đặc biệt là khả năng ức chế sét Hệ KGAC Plus có khả năng

ức chế sét tương đương và có phần vượt trội so với hệ Ultradril của MISWACO (USA),

hệ ức chế sét gốc nước, tốt nhất hiện nay Hệ dung dịch KGAC PLus có giá thành rẻ hơn

và đảm bảo an toàn cho môi trường sinh thái

3 Nội dung nghiên cứu

Tổng hợp kết quả nghiên cứu các hệ Dung dịch đã có

Nghiên cứu thí nghiệm, thiết lập hệ dung dịch KGAC Plus với các đơn pha chế phù hợp

Thử nghiệm áp dụng hệ dung dịch KGAC Plus tại 03 giếng khoan 11P ThTC-1, 12Р GTC-1, 912 RC-9 của giàn Tam Đảo 03 thi công khoan

Các thông số dung dịch trên các giếng khoan kể trên và kết quả đạt được khi khoan qua các thành hệ sét hoạt tính cao Mioxen hạ và Oligoxen

Đánh giá kết quả nghiên cứu

4 Phương pháp nghiên cứu

Tổng hợp phân tích các tài liệu liên quan

Tiến hành các thí nghiệm và so sánh, nhằm lựa chọn ra được hệ dung dịch với đơn pha chế phù hợp

Thử nghiệm và đánh giá hiệu quả áp dụng hệ dung dịch KGAC Plus cho 03 giếng khoan nói trên

So sánh hiệu quả so với các hệ dung dịch khác

5 Tình hình nghiên cứu có liên quan đề tài

Từ năm 2014 đến năm 2018, Vietsovpetro đã nghiên cứu thành công và đưa vào

áp dụng hệ dung dịch KGAC Dựa chủ yếu trên 02 tác nhân ức chế hệ dung dịch truyền thống của Vietsovpetro là FCL và AKK với 02 tác nhân ức chế trong hệ Glydril của MI-SWACO là KCL và PAG-MC tạo nên một tổ hợp ức chế mới

Kết quả nghiên cứu thí nghiệm và áp dụng thực tế đã cho thấy hệ KGAC là tương đương với hệ Glydril của MI-SWACO, tuy nhiên vẫn còn kém so với hệ UltraDril của MI-SWACO, đang được sử dụng để khoan các giếng khoan có điều kiện địa chất phức tạp và góc nghiêng lớn ở thềm lục địa Việt nam cũng như trên thế giới

Hệ dung dịch KGAC Plus được thiết lập trên cơ sở của hệ dung dịch KGAC được

bổ sung thêm 01 tác nhân ức chế bao bọc với hàm lượng thích hợp và thích hợp với các thành phần khác trong hệ

Kết quả nghiên cứu, thí nghiệm cho thấy: hệ dung dịch ức chế mới KGAC Plus

có tính ưu việt hơn hẳn các hệ dung dịch KGAC, Glydril và tương đương với hệ dung dịch Ultradril của công ty MI SWACO hiện đang được các nhà thầu sử dụng

Để giảm thiểu yếu tố độc hại, tác động xấu tới con người và môi trường: hóa phẩm FCL, được thay thế bằng hóa phẩm CFL – một dẫn xuất không chứa Crom của Lignosulfonate, nên an toàn hơn cho người sử dụng & môi trường sinh thái Về cơ chế

ức chế của CFL cũng tương tự như FCL là ức chế phân ly Kết hợp với phèn nhôm Kali (AKK) không độc hại

Các thành phần khác của hệ KGAC Plus, đều tương đương với hệ dung dịch Ultradril của công ty MI, đảm bảo an toàn cho con người & môi trường, đươc phép sử dụng ở mọi nơi trên thế giới

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn

Ý nghĩa khoa học: Hệ Dung dịch KGAC Plus có 05 tác nhân ức chế, (kết hợp giữa truyền thống và hiện đại) tạo nên 01 tổ hợp ức chế mới Tổ hợp ức chế này lại được kết

hợp tương hợp với các thành phần khác trong hệ Dung dịch KGAC Plus với đơn pha chế phù hợp (qua quá trình thí nghiệm so sánh nhiều đơn pha chế và thứ tự pha trộn khác nhau), đã tạo được 01 hệ Dung dịch mới với các thông số ổn định, ức chế sét tốt, giảm

độ thải nước, bền nhiệt và an toàn cho môi trường sinh thái

Ý nghĩa thực tiễn:

Kết quả thí nghiệm và thực tế áp dụng cho thấy, chất lượng hệ KGAC Plus tương

đương với hệ dung dịch Ultradril (hệ dung dịch gốc nước ức chế sét tốt nhất hiện nay của công ty MI- SWACO USA, đang được áp dụng trên thế giới)

Giá thành điều chế hệ dung dịch KGAC Plus bằng khoảng 60% so với hệ dung dịch Ultradril Nếu áp dụng hệ dung dịch KGAC Plus thì có thể tiết kiệm được khoảng

300.000 USD/giếng khoan, chưa kể đến các yếu tố khác Trung bình 01 năm, Vietsovpetro thi công được 20-25 giếng khoan Do vậy dự kiến, Vietsovpetro sẽ tiết kiệm được từ 6-7 triệu USD/ năm

Việc áp dụng hệ KGAC Plus cho phép tận dụng nhân lực và vật tư, hoá phẩm của Việt Nam và các hoá phẩm sẵn có trên thị trường, cho phép làm chủ về mọi mặt khi thực hiện dịch vụ dung dịch

Hệ dung dịch KGAC Plus đã được Trung Tâm Nghiên Cứu Và Phát Triển An Toàn Môi Trường Dầu Khí cấp gíây chứng nhận là: Thuộc nhóm E – nhóm tốt nhất theo

hệ thống phân loại độc tính hoá chất OCNS

Có thể sử dụng hệ dung dịch này để khoan những thành hệ sét hoạt tính cao, phức tạp, dễ sập lở, đặc biệt là khoan các giếng khoan ngang

7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm những nội dung chính sau:

Mở đầu: Trình bày về tính cấp thiết của đề tài, mục đích đối tượng và phạm vi nghiên

cứu của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn, tài liệu cơ sở của luận văn

Chương 1: Khái quát đặc điểm địa chất tại các vùng mỏ của LD Vietsovpetro và những

phức tạp xảy ra trong quá trình thi công khoan

C hương 2: Nghiên cứu lý thuyết và tổng quan về các hệ dung dịch ức chế sét đã và đang được áp dụng thi công cho các giếng khoan của vietsovpetro

Chương 3: Nghiên cứu, thí nghiệm, lựa chọn hệ dung dịch thi công cho giếng khoan của

Vietsovpetro

Chương 4: Phân tích đánh giá kết quả đạt được khi áp dụng hệ dung dịch KGAC Plus

tại một số giếng khoan và các giải pháp nhằm hoàn thiện hệ dung dịch

Kết luận và kiến nghị: Tóm lược các kết quả phân tích đã đạt được và đưa ra những

kiến nghị nhằm hoàn chỉnh hơn đề tài nghiên cứu cũng như mở rộng phạm vi áp dụng của đề tài

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT TẠI CÁC VÙNG MỎ CỦA LD VIETSOVPETRO VÀ NHỮNG PHỨC TẠP XẢY RA TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG KHOAN

1.1 Khái quát đặt điểm cấu trúc địa chất mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng

Khái quát đặc điểm địa tầng và một số tính chất nham thạch của mỏ Bạch Hổ được trình bày ở hình 1.1 Việc mô tả đặc điểm chính của đất đá trong các điệp trầm tích được

tiến hành từ trên xuống dưới với mục đích làm sáng tỏ sơ đồ thiết kế giếng khoan Cột địa tầng tổng hợp của mỏ Bạch Hổ được mô tả như sau:

Hình 1.1 Sơ đồ cột địa tầng mỏ Bạch Hổ

1.1.1 Thành t ạo trầm tích Kainozoi

Trầm tích Kainozoi phủ bất chỉnh hợp trên móng trước Kainozoi có tuổi từ Oliocene đến Đệ tứ, với chiều dày 3-8 km, càng đi sâu về trung tâm bồn trũng chiều dày càng tăng, chỗ dày nhất tới 8km Thành tạo chủ yếu có nguồn gốc ven biển, đầm lầy, ao

hồ Cấu trúc địa tầng từ trên xuống:

1.1.2 Các thành t ạo trầm tích Neogen - hệ Đệ Tứ

a Trầm tích Pliocene-Pleistocene (Điệp Biển Đông)

Trầm tích của điệp này phủ bất chỉnh hợp lên trầm tích Miocene trên Bề dày trầm tích thay đổi từ 200-300 đến 600-700m và tăng dần từ Tây sang Đông Điệp này bao gồm

chủ yếu là cát, sét xen kẽ sạn sỏi màu xám, xám vàng, xám sáng Thường gặp ở những

vỏ vôi sinh vật biển Môi trường trầm tích là biển và biển nông

b Trầm tích Miocene thượng (Điệp Đồng Nai)

Trầm tích của điệp này năm bất chỉnh hợp lên trầm tích của điệp Côn Sơn Thành

phần thạch học đặc trưng chủ yếu là cát thạch anh lẫn sạn sỏi xen các lớp bột sét màu xám, gắn kết yếu, phân lớp không đều Môi trường trầm tích là tam giác châu, ven bờ và

biển nông Bề dày của điệp thay đổi từ 850-950m

c Trầm tích Miocene trung (Điệp Côn Sơn)

Phủ khớp đều trên trầm tích điệp Bạch Hổ là trầm tích điệp Côn Sơn Trầm tích điệp Côn Sơn có mặt ở khắp khu vực nghiên cứu Thành phần thạch học chủ yếu là cát

kết, cát, và sét, thành phần sét bao gồm các khoáng vật Montmorillonite với oxit sắt có màu xám, xám nâu vàng các trầm tích sét dễ thấm nước, bề dày của chúng đạt 5-20m Bề dày trầm tích của điệp thay đổi từ 550-845m

d Trầm tích Miocene hạ (Điệp Bạch Hổ)

Phủ bất chỉnh hợp lên trầm tích điệp Trà Tân là trầm tích điệp Bạch Hổ với chiều dày từ 200m đến 900m ở trung tâm và 1500m ở vùng cánh sụt bề dày trầm tích khoảng 700m đến 1500m Trầm tích điệp này phân rõ hai phần: phần trên đặc trưng là tầng “Sét Rotalia” có màu xám xanh, xám nâu, dẻo, dính với thành phần chủ yếu là montmorillonit

có chiều dày đạt tới 150m và được biết đến như một tầng chắn khu vực, phần dưới là

trầm tích lục nguyên gồm: cát, cát kết, bột, sét xen kẽ nhau có màu xám, xám nâu Sét ở đây có thành phần là Kaolinite, thủy mica, Montmorillonite Cát kết có độ hạt thô đến

mịn, gắn kết yếu, thành phần xi măng chủ yếu là sét Điệp này được chia làm 3 phụ điệp:

− Phụ điệp Bạch Hổ trên: bao gồm các tập sét dẻo, dính và dễ trương nở trong nước

Tập sét này rất nổi tiếng với tên gọi tầng sét Rotalia, xen kẽ các lớp cát kết bột kết

mỏng

− Phụ điệp Bạch Hổ giữa: chủ yếu gồm các trầm tích hạt mịn như bột kết, sét kết có thành phần đa dạng với các lớp mỏng cát kết hạt mịn được gắn kết bởi xi măng sét Bề dày thay đổi từ 400-500m

− Phụ điệp Bạch Hổ dưới: bao gồm các trầm tích vũng vịnh, cửa sông có chiều dày thay đổi từ 60 đến hơn 300m Đá chủ yếu là các lớp cát kết thạch anh có màu sáng,

độ hạt từ nhỏ đến vừa, xi măng gắn kết hạt là Cacbonat và xen kẽ các lớp sét kết màu xám

1.1.3 Các thành t ạo trầm tích Paleogene

Trầm tích Oligocene được phát hiện trong hầu hết các giếng khoan Chúng phủ

bất chỉnh hợp lên móng Kainozoi Trầm tích Oligocene chia làm 2 điệp: điệp Trà Tân- Oligocene thượng và điệp Trà Cú- Oligocene hạ

a Trầm tích Oligocene thượng (Điệp Trà Tân)

Trầm tích điệp Trà Tân gặp ở hầu hết các giếng khoan mỏ Bạch Hổ và Rồng trong khoảng từ 2600m đến 4000m, với độ dày từ 100m đến 900m Nhìn chung ở đỉnh cấu tạo

mỏng, tăng dần ra hai phía cánh

Thành phần thạch học chủ yếu là sét kết màu xám đen, nâu đen, xen các lớp bột

kết phân lớp mỏng Phần dưới cát kết chiếm ưu thế Cát hạt trung phân lớp không đều,

gắn kết chắc, xi măng gắn kết hạt là cacbonate hoặc cacbonate sét Môi trường thành tạo

lục địa Tướng đầm hồ và sông Trong điệp Trà Tân còn gặp một số đá phun trào dày xen

kẽ trong các tầng đá trầm tích (gặp ở giếng khoan R-4, R-6)

Nhìn chung, trầm tích Oligocene thượng có thể chia làm 3 đới riêng biệt có đặc điểm khác nhau

- Đới dưới là sự xen kẽ của những tập cát kết mỏng giữa các tầng sét dày

Có những khu vực nằm trực tiếp lên móng do Oligocene dưới bị bào mòn trước đó

- Đới giữa chủ yếu là sét kết, xen kẽ một vài tập cát kết mỏng Chính trong đới này có mặt các đá magma phun trào

- Đới trên bao gồm các tập dày sét kết và cát kết xen kẽ

Trầm tích Oligocene trên có đặc tính cơ bản là biểu diễn dị thường áp suất cao

Biến thiên áp suất vỉa từ 0,127 đến 0,133 at/m tại vòm Bắc và từ 0,16 đến 0,175 at/m tại vòm Nam Điều này buộc phải sử dụng dung dịch có tỷ trọng cao để khoan mở vỉa tầng Oligocene thượng

b Trầm tích Oligocene hạ (Điệp Trà Cú)

Điệp Trà Cú được chia làm 2 phần:

- Phần dưới là tập trầm tích lục nguyên gồm các lớp cát kết và sét kết xen kẽ nhau có độ dày tương đối ngang nhau Ngoại trừ khu vực trung tâm mỏ Bạch Hổ và trung tâm mỏ Rồng, chiều dầy phần điệp Trà Cú thay đổi mạnh từ 100, 200m đến mất hẵn trầm tích Ở các vùng lún chìm sâu, đặc biệt ở phần Đông- Bắc mỏ Bạch Hổ, chiều dày đạt tới vài trăm mét Thành phần thạch học gồm sét kết màu xám, xám tối, cứng thành phần khoáng vật gồm Kaolinite, thủy mica Cát kết màu xám tối độ hạt trung bình, rắn chắc Thành phần thạch học gồm thạch anh, felspat

- Phần trên là lớp trầm tích hạt mịn, bao gồm sét kết và bột kết màu lam xám, xám tối phân lớp mỏng

1.1.4 Thành t ạo đá móng tiền Kainozoi

Đây là tầng nham thạch chủ yếu là Granite (thạch anh chiếm 25%), felspat bị phong hóa và các trầm tích không rõ bủa vây quanh chúng Trên móng thường là lớp vỏ

bị phong hóa cổ bị biến đổi Móng bị biến đổi và tạo thành nhiều đới phong hóa xen kẽ

có nhiều nứt nẻ vò nhàu và uốn nếp, bề dày đạt đến 1000m hoặc lớn hơn nữa

Các hoạt động phá hủy kiến tạo, biến đổi thứ sinh quyết định đặc tính nứt nẻ và

độ thấm của đá móng Theo chiều sâu, mức độ nứt nẻ của đá móng có khuynh hướng suy

giảm, còn theo bề mặt thì phần nhô cao bị phá hủy mạnh hơn cả Tính thấm chứa của đá móng còn phụ thuộc vào mức độ biến đổi thứ sinh Độ lỗ rỗng phổ biến là 4% Cũng theo các kết quả phân tích mẫu lõi, theo các tài liệu địa vật lý cho thấy độ mở của khe nứt trong đá móng dao động từ 3µm đến 25µm Đá móng kết tinh ở khu vực nghiên cứu nói riêng và bể trầm tích Cửu Long nói chung là đối tượng chứa dầu khí quan trọng và đang

là đối tượng của nhiều công trình nghiên cứu nhằm làm sáng tỏ cơ chế hình thành quy

luật phân bố dầu khí trong các đới khác nhau

1.1.5 Đặc điểm địa chất của thành hệ Miocene hạ tại mỏ Bạch Hổ

Tầng này thường phân bố ở độ sâu khoảng 2200-3100m chủ yếu bao gồm các lớp cát và sét xen kẽ, các lớp sét có thành phần đa dạng và các lớp mỏng cát kết hạt mịn được

gắn kết bởi xi măng sét Phụ điệp Bạch Hổ thuộc Miocene hạ còn được cấu thành bởi các

tập sét dẻo đàn hồi, phân bố cục bộ xen kẽ với các lớp cát kết và alervolit mỏng kết dính

nhờ có lớp xi măng sét, sét Montmorillonite xen kẹp với sét Hydromica và sét Kaolinite

ít hơn Trong đó Montmorillonite có khả năng trương nở mạnh nhất

Thành phần thạch học của tầng này bao gồm phần trên là sét màu xanh chiếm ưu

thế, đôi chỗ xen kẽ các lớp cát bở rời, hoặc cát kết hạt mịn, phía dưới cát kết thạch anh

sắc, độ mài mòn kém, độ hạt ứng theo chiều sâu Đôi chỗ hàm lượng sét tăng, có độ dày

lớn và thay đổi từ sét màu xanh đến màu nâu xám, không chứa cacbonate, phía dưới có màu xám đen Cát thạch anh từ hạt vừa đến hạt mịn

Đặc tính khoáng vật sét ở địa tầng này được trình bày ở bảng sau

Tên khoáng v ật Hàm lượng %

B ảng 1.2 Thành phần khoáng vật sét ở thành hệ Miocene hạ

Với hàm lượng sét Montmorillonite lớn có độ trương nở rất cao là nguyên nhân

chủ yếu gây ra các hiện tượng, khó khăn phức tạp trong quá trình khoan Đặc biệt dễ gây

sập và sụt lở giếng khoan dưới tác dụng của nước thải dung dịch khoan

1.2 Những phức tạp xảy ra trong quá trình thi công giếng khoan có góc nghiêng lớn ở mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng:

Duy trì sự ổn định giếng khoan là một trong những nhiệm vụ quan trọng có tính

chất quyết định thành công khi thi công các giếng dầu khí [4] Và đây cũng chính là một trong những nhiệm vụ cấp bách nhất hiện nay của XNLD Vietsopetro, đặc biệt là đối với các giếng khoan ngang và xiên có góc nghiêng lớn tại mỏ Bạch Hổ

Tính khơng ổn định của thành giếng khoan được bộc lộ do nhiều nguyên nhân khác nhau như: sự trương nở mạnh của đá phiến sét gây bĩ thành và sập lở thành giếng;

sự chênh áp giữa áp suất cột dung dịch trong giếng và áp suất thành hệ vượt quá một giới

hạn nhất định v.v.… Các nguyên nhân này đều dẫn đến mất ổn định thành giếng khoan

Vì thế trong thi cơng khoan chúng ta cần phải xác định đúng các nguyên nhân gây mất

ổn định thành giếng khoan để cĩ các biện pháp thích hợp nhằm phịng chống các sự cố

Do đĩ ta cần đi sâu phân tích các nguyên nhân chủ yếu gây mất ổn định thành giếng

chống cĩ hiệu quả sự cố, phức tạp trên

Nứt nẻ thành hệ Xói mòn gây mở rộng thành giếng

Bó hẹp thành giếng

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ DUNG DỊCH ỨC CHẾ SÉT ĐÃ VÀ ĐANG ĐƯỢC ÁP DỤNG THI CÔNG CHO CÁC GIẾNG KHOAN CỦA VIETSOVPETRO

2.1 C ơ chế tác dụng của các phụ gia ức chế sét

2.1.1 C ơ chế tác dụng của các phụ gia ức chế sét trong hệ dung dịch khoan

Sét có cấu tạo tinh thể hạt, nhỏ mịn với kích thước thường nhỏ hơn 2 micron, dày

từ 7-15Ao Nghiên cứu dưới kính hiển vi điện tử hay tia Ronghen thì thấy các hạt sét cơ bản có dạng tấm mỏng kéo dài với bán kính cong rất lớn ở đầu và bên sườn Trong mạng lưới tinh thể, đặc trưng của sét gồm các lớp tứ diện SiO2 và bát diện Al2O3(hoặc MgO) sắp đặt song song với nhau, liên kết với nhau bằng nguyên tử oxi Trên mỗi lớp lại liên kết với oxi bằng các liên kết hoá học Nhìn chung tất cả các loại sét đều có cấu tạo dạng

tứ diện và bát diện

 C ấu trúc tứ diện (hình 2.1)

Trong cấu trúc tứ diện này gồm có các lớp oxygen hoặc hydroxyl (OH-) bao xung quanh các ion nhôm (Al3+), magiê (Mg2+), sắt (Fe3+, Fe2+) bằng các liên kết tạo thành cấu trúc tứ diện

Trong cấu trúc tứ diện SiO4: Oxi nằm ở đỉnh và Si nằm ở tâm Khoảng cách từ tâm đến đỉnh là 1,55÷1,72 Ao Trong mạng cấu trúc các tứ diện liên kết với nhau qua đỉnh oxi thành một dải dài, rộng

Trong cấu trúc tứ diện thường có nhiều vị trí được thay thế để tạo nên cấu trúc ổn định hơn

Hình 2.1 Cấu trúc tứ diện Silic (a) và cấu trúc mạng của tứ diện silic (b)

C ấu trúc bát diện (hình 2.2)

Trong mỗi tấm bát diện, nguyên tử Al (có thể thay thế bằng các cation khác như:

Fe3+, Cr3+, …) nằm ở tâm, và ở đỉnh là các nhóm hydroxyl (OH-) hoặc nguyên tử oxi

(b) (a)

Trong mạng cấu trúc bát diện thường được sắp xếp thành mạng lục giác có cấu tạo phân

tử như sau: Si4O6(OH)4

Hình 2.2 C ấu trúc bát diện nhôm (a) và cấu trúc mạng của bát diện nhôm (b)

Trong trường hợp tâm được thay thế bằng các cation có hoá trị thấp hơn sẽ mang hoá trị âm Để trung hoà về điện nó sẽ hút các cation có trong dung dịch như: Ca2+, Na+,

Mg2+… và sự hấp phụ này đã làm thay đổi tính chất của sét

Cấu trúc của khoáng vật sét

Trong mạng cấu trúc sét, tuỳ theo sự sắp xếp xen kẽ giữa các lớp bát diện và tứ diện mà ta có các khoáng vật sét khác nhau Căn cứ vào tỷ số giữa lớp bát diện và lớp tứ diện trong cấu trúc mà người ta phân ra nhiều nhóm khoáng vật khác nhau, nhiều nhất là

tỷ số 2:1, ngoài ra còn có lớp 2:1:1 và 1:1 (xem bảng 2.1) Sự liên kết giữa các lớp bát diện và tứ diện thông qua các liên kết giữa nhóm O2-với nhóm OH-, và liên kết giữa các lớp tứ diện với nhau chủ yếu là liên kết giữa các nhóm O2- Chính những liên kết giữa các lớp này quyết định đặc tính hoạt động của sét

Dựa vào những đặc tính của các liên kết này, người ta chia sét ra thành 3 nhóm chính sau (Bảng 2.1):

• Nhóm Montmorillonite: có mức độ hoạt động và trương nở mạnh nhất

• Nhóm Hydromica: có mức độ hoạt động và trương nở trung bình

Nhóm Kaolinite: có mức độ hoạt động và trương nở yếu nhất

(b) (a)

Đặc tính Kaolinite Hydromica Montmorillonite

(meq/100g)

Ảnh hưởng của muối Làm kết bông Làm kết bông Làm kết bông

B ảng 2.1 Tổng hợp cấu trúc và tính chất của các khoáng vật sét

2.1.1.1 Montmorillonite

Montmorillonite (công thức hóa học Al2O3.4SiO2.2H2O+nH2O) là khoáng vật sét chính trong sét bentonite hay gel nước kỹ thuật (fresh water gel), và là khoáng vật thường thấy nhất trong nhóm khoáng vật smectite Sơ đồ cấu trúc Montmorillonite ở hình 2.3

Cấu trúc khoáng vật sét Montmorillonite thu được bằng cách thay thế từ mạng cấu trúc Pyrophyllite một số ion Al3+hoặc Fe2+ Như vậy sẽ thiếu điện tích dương và các điện tích này có thể được bù trừ bởi việc gắn vào cation H+, Ca2+, Na+… các cation thực ra không thuộc hẳn cấu trúc của sét và có tính linh hoạt nhất định tạo ra khả năng trao đổi với các cation của môi trường bao quanh sét Trong mạng cấu trúc của Montmorillonite lớp bát diện nhôm (nằm xen kẹp giữa hai lớp tứ diện Silic) liên kết với lớp tứ diện silic thông qua đỉnh O2- Chính mối liên kết rất yếu đã làm cho các lớp trong mạng lưới cấu

trúc dễ tách rời nhau Nước và các chất điện phân dễ xâm nhập vào các khe hở này làm cho kích thước của sét tăng lên và sét dễ phân tán để tạo thành các hạt cĩ kích thước nhỏ hơn 1 µm cĩ thể lên đến 50-80% Trong các khống vật sét Montmorillonite, thì hệ Montmorillonite-Na là trương nở mạnh nhất do ion Na+cĩ điện tích nhỏ nhất nên lực liên kết giữa Na và các lớp trong mạng lưới cấu trúc rất yếu nên chúng dễ tách rời nhau

Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc của khống vật sét Montmorillonite

Tính chất đặc biệt của Montmorillonite phụ thuộc vào độ lớn của kích thước bề mặt phân tử tiếp xúc khi sét trương nở hoặc hydrat hố cả mặt (Bảng 2.1) cho ta thấy diện tích bề mặt của Kaolinite, Hydromicas, Montmorillonite quyết định độ hấp phụ các phân

tử khơng phân cực, nitrogen, và phân tử nước phân cực Nhìn vào bảng 3.1 ta thấy duy nhất chỉ cĩ Montmorillonite cĩ diện tích bề mặt tiếp xúc lớn nhất nên cĩ độ hấp thụ nước lớn nhất

2.1.1.2 Kaolinite (Hình 2.4)

Kaolinite (cơng thức hố học là Al2O3.2Si2.2H2O) cĩ các đặc tính hố lý sau: kích thước hạt mịn, màu trắng và cĩ độ nhớt thấp

Silicon hoặc Aluminium Al,Fe,Mg

Hydroxyt Oxy

Khống vật sét Kaolinite gồm một tấm tứ diện liên kết với một tấm bát diện tạo thành một lớp Tấm tứ diện quay đỉnh chung về phía tấm bát diện Ở đỉnh chung đĩ, ion

OH- của tấm bát diện được thay thế bằng ion O2- của tứ diện Do được cấu tạo như vậy nên bề mặt cạnh nhau của hai lớp gồm các ion khác nhau: mặt O2-nằm cạnh mặt OH- Vì ion H+rất linh động nên dù cĩ liên kết chính với O2-tạo ra OH-nĩ vẫn dao động, khi ngã

về mặt này, khi sang mặt khác, gọi là kiểu “dùng chung” Kết quả là nĩ bị hút từ cả hai phía-tức hai tứ diện ở hai mặt đĩ, vậy là hình thành một liên kết hydro hai mặt Các tính chất đặc trưng cho Kaolinite cũng là do liên kết này gây ra

Tỉ số giữa lớp bát diện và tứ diện là 1:1 Trong cấu trúc kaolinite cĩ điện tích trung hồ nên cĩ rất ít sự thay thế lattice bởi các cation khác Do cĩ liên kết hydroxyl (OH-) rất vững chắc giữa các lớp nên nước, các chất điện phân khĩ thâm nhập vào khe hở giữa các hạt cơ bản và do vậy nhĩm sét này thường rất khĩ trương nở, và khĩ phân tán hơn

Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc khống vật sét Kaolinite

Lớp bát diện nhôm

Al3+ Sự có mặt của Na (hoặc K) trong cấu trúc hydromicas có vai trò rất quan trọng là giúp ổn định thành giếng khoan (có thể dùng nước biển NaCl)

Tính chất chính của cation được quyết định bởi số điện tích mà nó có và đường kính ion Ta nhận thấy rằng phạm vi hoạt động càng nhỏ và điện tích càng lớn thì mật độ điện tích càng đường kính cation ở trạng thái trước và sau khi hút nước) Sự sắp xếp này cho thấy với phương pháp đo đường kính khác nhau sẽ cho giá trị khác nhau Ta thấy là ion

Na (K) có đường kính nhỏ nên nó có thể lắp vừa khít vào khe lục giác trong lớp Silic và trung hòa điện tích tại lớp này Chính vì thế các lớp liên kết chắc chắn với nhau tạo nên

một cấu trúc vững chắc không bị trương nở

Nguyên t ử Kích thước ion

5,5-11,20 4,6-7,6 21,6 19,0 14,6

B ảng 2.2 Đường kính cation ở trạng thái trước và sau khi hút nước

Hydromicas gồm có hai loại: mica Muscovite và mica Biotite

Hydromicas Muscovite gồm có hai tứ diện và một bát diện, và chỉ có 2/3 vị trí trong bát diện được thay thế bằng các cation Công thức phân tử của Muscovite là (OH)4K2(Si6Al2)Al4O2, và thành phần gồm: K2O 11,8%, SiO2 45%, Al2O3 38,5%, H2O 4,5% Hydromicas Biotite là một tinh thể gồm ba tấm bát diện, và hầu hết các vị trí thay thế bởi Mg2+, Fe2+ hoặc Fe3+ Hydromicas có công thức phân tử là K2O.4MgO.Al2SiO3.6SiO2.nH2O

Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc khoáng vật Hydromicas Muscovite & Hydromicas Biotite

- Biến tính bề mặt khoáng sét nhờ quá trình hấp phụ các oxit kim loại đa hóa trị

- Tạo lớp màng bọc bên ngoài nhờ hấp phụ lên bề mặt hoặc góc cạnh của các phiến sét các polime cao phân tử

- Tạo lớp màng kị nước trên bề mặt khoáng sét

Như vậy tác dụng ngăn ngừa và hạn chế quá trình thủy hóa sét dựa vào hai nguyên tắc chính: ức chế trên bề mặt và ức chế vào bên trong cấu trúc ô mạng sét Với chức năng làm chất phụ gia ức chế, trong khoan dầu khí đã sử dụng các muối đơn hóa trị trung tính

Oxy OH

(KCl, NaCl), các muối kim loại đa hóa trị (CaSO4, CaCl2), các hydroxit kim loại đa hóa trị Ca(OH)2, phèn nhôm kali, các polime cao phân tử hoặc các hoạt chất silic hữu cơ

2.1.2.1 Cơ chế ức chế bằng các muối đơn hóa trị (Hình 2.6)

Khả năng ức chế sét của muối đơn hóa trị đạt được theo xu hướng hoặc là hấp phụ các cation đơn hóa trị có nồng độ cao (Na+) trong môi trường khuếch tán, hoặc xảy ra đối với các cation có năng lượng hydrat hóa thấp như K+ để tạo ra lớp màng hydrat mỏng nhất Các công trình nghiên cứu cho thấy ở nồng độ Natri cao (Na+=40.000 ppm) trong dung dịch sẽ gây ức chế quá trình thủy hóa và trương nở sét Montmorillonit đồng thời còn ngăn ngừa phân rửa mùn sét khoan Trong một số trường hợp khác, khi gặp khoáng sét gốc Canxi, các cation Na+có thể thế cation Ca2+đa hóa trị và chuyển sét Canxi thành sét Natri dễ trương nở và thủy hóa mạnh Từ đó dẫn đến hậu quả ngược lại là làm ảnh hưởng đến các tính chất thấm chứa tầng sản phẩm

Trong các phụ gia ức chế đơn hóa trị, hợp chất Kali được đề cập đến nhiều nhất Theo Mondshine đã chứng minh rằng K+ cho khả năng ức chế mạnh hơn nhiều so với

Na+, mức độ ức chế tối ưu nhất đạt được khi nồng độ K+ bằng 5% (tính theo trọng lượng)[2] Tuy nhiên theo Clark, nồng độ K+cần thiết để ức chế trương nở sét có thể thay thế tùy thuộc vào thành phần các khoáng sét trên thành hệ Đối với đá sét ở mỏ Bạch Hổ, theo các kết quả phân tích Ronghen các mẫu sét ở chiều sâu 1800m đến 3300m-, và qua phưong pháp xác định trao đổi cation, nồng độ muối kali clorua tối ưu nhất để ức chế sét

là 7% đến 10%

Khả năng ức chế cao của các cation K+ là nhờ chúng có kích thước nhỏ và năng lượng hydrat hóa thấp, do đó các cation K+ linh động có thể xâm nhập rất sâu vào bên trong cấu trúc ô mạng sét và tạo lực hút tĩnh điện trái dấu giữa các lớp sét và làm giảm sự trương nở sét (Hình 2.6) Như vậy nhờ kích thước nhỏ và khả năng tạo lớp màng thủy hóa rất mỏng, các ion kali có thể đi tự do, rất sâu vào các khoảng không vô cùng hẹp giữa các lớp của cấu trúc sét để ngăn ngừa quá trình trương nở và phân tán sét

Hình 2.6 Sơ đồ trao đổi cation có kích thước khác nhau với khoáng sét

2.1.2.2 Ức chế bằng các ion đa hóa trị

Đây là một trong những nguyên lý ức chế nhằm biến tính bề mặt khoáng sét nhờ quá trình hấp thụ các kim loại đa hóa trị từ các muối CaSO4, CaCl2, hoặc các hydroxit kim loại đa hóa trị như Ca(OH)2, K2SO4Al2SO4.24H2O,, v.v…

Khi tiếp xúc với sét Montmorillonite-Natri, các cation Ca2+ có thể thay thế các cation Na+ trong màng khuếch tán của khoáng sét nhằm làm giảm bề dày màng khuếch tán và làm cho các lớp sét xích lại gần hơn, từ đó làm giảm khoảng cách giữa các phiến

để hạn chế sự trương nở của sét Ức chế sét bằng cation canxi đã được áp dụng trong suốt thời gian để thi công các giếng khoan có các lớp sét kém ổn định Tuy nhiên khả năng bền nhiệt của dung dịch ức chế bằng canxi chỉ có thể đạt từ 100 đến 110 oC, nếu lớn hơn nhiệt

độ này dung dịch sẽ bị keo đặc

Khác với cation canxi, các cation nhôm, crôm và sắt hấp phụ vào khoáng sét bằng các liên kết chặt hơn, làm cho bề dày màng khuếch tán trong khoáng sét giảm đi Tuy nhiên, các cation nói trên chỉ tồn tại trong môi trường axit (pH<4) Khi tăng tính kiềm, các muối nhôm, crôm và sắt sẽ chuyển thành các hydroxit kim loại tương ứng và hấp phụ rất mạnh lên bề mặt sét mùn khoan, làm ức chế sự phân tán của sét vào dung dịch

Trong các hệ ức chế bằng muối nhôm, các hydroxit nhôm hấp phụ lên bề mặt đá sét thành giếng khoan, gây ngăn cản các cấu tử sét chuyển dịch vào dung dịch, đồng thời

khi sa lắng vào các khe nứt, hydroxit nhôm sẽ bít chúng, làm giảm hiện tượng ngậm nước của đá sét thành hệ và làm tăng độ bền chắc thành giếng khoan

Tuy nhiên khi hình thành các hydroxit, xung quanh chúng tạo ra lớp màng thủy hóa và làm suy giảm lực điện tích dương của nhôm Nếu đá sét bị thấm ướt, xung quanh

nó đồng thời tạo ra lớp màng thủy hóa dày, các cấu tử sét sẽ mất đi khả năng hấp phụ các hydroxit nhôm nên không giảm được lớp nước bao quanh và từ đó thành hệ sét trở nên kém bền chặt Vì vậy dung dịch ức chế bằng các muối nhôm (phèn nhôm Kali) chỉ có thể được áp dụng để khoan các tầng sét acgilit có độ thấm ướt thấp (độ ẩm nhỏ hơn 10%)

2.1.2.3 Cơ chế ức chế của các hóa phẩm làm loãng (Hình 2.7)

Perricone và Browing [11] đã đề cập đến khả năng bền vững của thành hệ sét và sét mùn khoan khi tiếp xúc với dung dịch trong một khoảng thời gian dài ở các chiều sâu lớn có nhiệt độ đáy giếng cao Browing cho rằng độ ổn định điện động và hóa lý (hoặc cơ học) đóng một vai trò quyết định đối với khả năng ức chế của hệ dung dịch Độ ổn định

lý hóa kéo theo sự hình thành lớp màng chắn hấp phụ lý học bởi các chất cao phân tử trên

bề mặt cấu tạo của đá sét Các hợp chất này có độ nhớt cao nhờ tính không linh động trong môi trường phân tán, hấp phụ và tạo lớp nhớt trên bề mặt khoáng sét Các hóa phẩm có khả năng như vậy được sử dụng trong các hệ dung dịch gốc nước, vì chúng khá bền vững khi có mặt các chất nhiễm bẩn trong dung dịch khoan Vì thế các hợp chất Lignosulfonate

đã được áp dụng rất phổ biến

Khi giải thích hiện tượng hấp thụ Lignosulfonate lên bề mặt sét, người ta cho rằng

ở các ô mạng khác nhau trên bề mặt cấu tử sét luôn luôn có mặt các cation H+, để tạo liên kết hydro bền vững với các nhóm OH- có trong phân tử Lignosulfonate Do đó các phân

tử Lignosulfonate được gắn chặt và hấp phụ vào bề mặt khoáng sét thông qua các liên kết hydro Như vậy nhờ hình thành các lớp hấp phụ Lignosulfonate có kích thước phân tử lớn

và có tính nhớt trên bề mặt cấu tử sét, nên Lignosulfonate có khả năng ức chế sự trương

nở của sét, làm phân tán sét mùn khoan, giảm độ nhớt và độ bền gel Tuy nhiên, do có kích thước phân tử lớn nên khi xâm nhập vào các lớp giữa các mặt phẳng phiến sét, hợp chất Lignosulfonate dễ gây tách vỡ, làm phân tán sét thành tạo, vì thế thành giếng kém ổn định (Hình 2.7)

Hình 2.7 Công th ức cấu tạo của phân tử Ferocrom Lignosulfonate

2.1.2.4 Cơ chế ức chế của các polime cao phân tử

Đã có nhiều công trình nghiên cứu đề cập khả năng ức chế của một số hợp chất polime cationic và polime anionic Polime cation có xu hướng hấp thụ lên bề mặt các khoáng sét mạnh hơn so với các polime anion, do trong khoáng sét điện tích âm chiếm ưu thế so với điện tích dương Sự hấp thụ mạnh này tạo ra màng chắn tăng khả năng bao bọc, ngăn cản trương nở và quá trình phân rữa, phân tán các phiến sét, do đó polime cation ức chế sét rất có hiệu quả Ngoài ra các polime cationic còn có khả năng tạo lớp hấp phụ trên

bề mặt kim loại điện tích âm, làm hạn chế hiện tượng bó chòong (balling) gây ra bởi các mảnh sét trong thời gian khoan

Ngày nay nhờ áp dụng các polime cationic phù hợp có các tính chất hoàn toàn tương hợp với một số thành phần trong dung dịch khoan, nên hợp chất này đang được đưa vào sử dụng làm chất phụ gia ức chế sét trong các hệ dung dịch ức chế Tuy nhiên, bên cạnh những mặt ưu điểm nói trên, mặt hạn chế cơ bản của polime cationic là khả năng bền nhiệt của chúng rất thấp (đến 100-110oC) Vì vậy chúng chỉ được áp dụng để thi công các giếng khoan có nhiệt độ đáy giếng không cao Mặt khác, do bề mặt sét tích điện âm, nên để bao bọc các bề mặt này cần phải tiêu tốn một lượng lớn polime cation, làm giá thành tăng cao

Ngược lại với polime cationic, polime anionic chỉ hút vào các cạnh sét tích điện dương, nên lượng hóa phẩm tiêu hao ít hơn Polimeacrilamit thủy phân từng phần PHPA thuộc loại polme anionic (cấu trúc phân tử PHPA được mô tả theo hình 2.8) Trong môi

trường phân tán, hợp chất PHPA hấp phụ ở các góc cạnh tích điện dương của các phiến sét tạo ra lớp màng ngăn cách nước Lớp màng hấp phụ PHPA trên bề mặt khoáng sét (sét mùn khoan hoặc sét thành tạo) không làm ảnh hưởng đến thay đổi lực dính kết bên trong cấu trúc ô mạng sét, nhưng làm cho chúng kết lại với nhau để dễ dàng chuyển lên miệng giếng khoan Sơ đồ hấp phụ của PHPA lên bề mặt các cấu tử sét được biểu diễn trên hình 2.9

Hình 2.8 Sơ đồ cấu trúc phân tử của PHPA

Hình 2.9 Sơ đồ hấp phụ của PHPA lên bề mặt các cấu tử sét

2.1.2.5 Cơ chế ức chế của các polime silic hữu cơ kị nước KR-22

Polime silic hữu cơ KR-22 là polime có cấu trúc phân tử thấp thuộc dạng Alumometylsiliconal hữu cơ Các liên kết cơ bản trong cấu trúc phân tủ siliconat hữu cơ bao gồm: nhóm liên kết anion silocxan ( SiO–Na ), nhóm liên kết silocxan phân cực (→ Si–O–Si ← ; O–H H ) và nhóm liên kết alumo phân cực (–O–Al<)

2

2 2 2

Công thức phân tử của KR-22

R R

Thường n = 9 ÷15, R= CH3, C2H5 hoặc OC2H5

Ngoài ra trong hợp chất siliconat hữu cơ còn có các nhóm hydrocacbon no (R= CH3, C2H5, OC2H5) Nhờ có các đuôi này mà khi hấp phụ lên các bề mặt vật thể rắn, lớp màng hấp phụ polime silic hữu cơ có tính kỵ nước có tác dụng làm ngăn cản nước xâm

nhập vào khoáng sét

Theo A.F Moisev và L.D Vineski [5] đã giải thích rằng trong môi trường kiềm pH=8-10, ion Na+ từ phân tử siliconat hữu cơ kỵ nước sẽ phân li và cho ra polime có dạng anion, chúng sẽ tương tác với các điện tích dương ở góc cạnh phiến sét, để tạo lớp vỏ bọc

bảo vệ không cho nước xâm nhập

KR-22 ức chế sét nhờ quá trình hấp thụ hoá học Trong đó mối liên kết giữa

KR-22 và khoáng sét là dựa trên mối liên kết tĩnh điện trái dấu bền vững Do có cấu trúc đặc thù và khả năng tạo ra những liên kết phối trí giữa Silic, nhôm với gốc oxygen trong phân

tử siliconat hữu cơ và phân tử nước mà polime này thể hiện như một dạng chất có cấu trúc hoá học khá phức tạp

Mặt khác, các liên kết phân cực Si–O–Si và Al–O–, đồng thời cùng với hơi nước phân cực thuộc lớp nước bám dính tự nhiên trên bề mặt vật thể tham gia vào quá trình hấp

thụ hoá học, tạo ra lớp màng bao bọc thông qua các liên kết phối trí Lớp polime mỏng được hình thành trên bề mặt có thể có bề dày xấp xỉ bằng 3.10-6 cm Lớp màng này có tính nhớt, bám chặt lên bề mặt vật thể nhờ có lực hoá trị dư trong các liên kết, ở đó các

gốc oxygen bị hút bởi các nguyên tử silic hay nhôm theo điện tích trái dấu, còn các đuôi hydrocacbon no trong phân tử silic hữu cơ hướng về phía môi trường phân tán Do đó lớp màng hấp phụ polime tạo ra trên bề mặt vật thể có tính kỵ nước Hiện tượng hấp phụ hoá

học này xảy ra liên tục, tạo lớp hấp phụ polime khá bền trên bề mặt vật thể

Từ những quan điểm trên chúng tôi cho rằng, có thể giải thích tương tác giữa siliconat hữu cơ với sét theo một cơ chế tương tự Sơ đồ mô tả sự hấp thụ của KR-22 lên

bề mặt khoáng sét được biểu diễn trên hình 2.10 Lớp màng hấp phụ polime silic hữu cơ trên bề mặt cấu tử sét có tác dụng như một lớp ngăn cách không cho nước xâm nhập vào bên trong cấu trúc ô mạng sét, mặt khác chúng còn làm mỏng lớp màng khuếch tán bao quanh cấu tử sét và trên bề mặt các mao dẫn, từ đó sẽ góp phần ngăn cản quá trình hydrat hóa

Hình 2.10 Sơ đồ mô tả màng phân tử polime siliconat hấp phụ lên bề mặt vật thể

Bên cạnh đó KR-22 còn có tác dụng bảo vệ nhiệt rất tốt Cơ chế bảo vệ nhiệt của KR-22 như sau :

• Trong thành phần của KR-22 có ba nguyên tử cơ bản tạo nên chúng gồm: cacbon của chất hữu cơ, silic và nhôm của chất vô cơ Sự có mặt đồng thời của chúng đảm

bảo cho phản ứng hoá học với các chất hữu cơ và vô cơ luôn tương thích Các liên kết của silicxan (Si–O–Si) và alumo (Al–O) rất chắc chắn và bền nhiệt, chúng hình thành lớp màng bảo vệ nhiệt bao quanh các mạch polime giúp hệ ổn định cả ở nhiệt độ đến 150oC

Vậy polime silic hữu cơ không những làm tăng khả năng ức chế sét, tính kỵ nước,

giảm độ bền gel mà còn cải thiện hàng loạt các tính chất của dung dịch khoan như: tạo

khả năng xi măng hoá trên thành giếng khoan bằng lớp vỏ sét mỏng, bền chắc và có độ

thấm nhỏ v.v… từ đó hạn chế sự xâm nhập của nước thải và dung dịch vào các kênh mao

dẫn, đồng thời nếu cùng với nước thải xâm nhập vào vỉa sẽ tạo lớp màng mỏng kỵ nước trên bề mặt của các nứt nẻ và lỗ rỗng mao dẫn làm giảm sức căng bề mặt, ngăn ngừa tạo nhũ tương dầu-nước

Đặc tính kỹ thuật của KR-22 được trình bày trong bảng 2.3

Nhờ có tính đa năng, KR-22 có thể đưa vào sử dụng để khoan qua các thành hệ sét, các tầng chứa có lẫn nhiều sét, các tầng sản phẩm có tính ưa nước ở mỏ Bạch Hổ

Hình 2.11 Sơ đồ mô tả sự hấp phụ của “KR-22” lên bề mặt khoáng sét

TT Tên gọi các chỉ tiêu Đơn vị Số lượng

5 Hàm lượng các chất không tan trong nước % Không lớn hơn 2,0

B ảng 2.3 Đặc tính kỹ thuật của hoá phẩm KR-22

NH ẬN XÉT

Trong các muối hoặc các hydroxit kim loại đơn và đa hóa trị được sử dụng làm phụ gia ức chế, thì ức chế bằng muối kali là có hiệu quả hơn cả Vì thế cho đến nay kaliclorua (KCl), đang được áp dụng rất phổ biến trong các hệ dung dịch khoan ức chế PHPA-KCL, KCL-Glycol…

Ức chế bằng polime cao phân tử để tạo lớp màng bao bọc như Lignosulfonate, polime sinh học, PHPA hoặc glycol… đã góp phần làm tăng khả năng hạn chế và ngăn

ngừa hydrat hóa sét Song do đây là polime có phân tử lượng lớn và chúng chỉ ức chế ở các góc cạnh của cấu tử sét nên lớp màng chắn thường là không bền vững Vì vậy, trong các hệ dung dịch khoan đang sử dụng ngày nay, người ta đã đưa vào sử dụng đồng thời nhiều chất phụ gia ức chế khác nhau, đó là các hệ PHPA/KCl, Lignosulfonate phèn nhôm kali, PHPA-KCl-glycol v.v… Tuy nhiên, các polime cao phân tử dễ bị phân hủy ở nhiệt

độ cao Do đó điều kiện áp dụng còn hạn chế Hợp chất gốc Ferocrom Lignosulfonate tuy

có khả năng ức chế sét và bền nhiệt cao, song rất độc hại đến môi trường sinh thái

Tương tự như các polime cao phân tử khác, polime silic hữu cơ KR-22 cũng có

dạng anion trong môi trường kiềm Chúng đều có khả năng ức chế vào các góc cạnh phiến sét nhờ lực hút tĩnh điện trái dấu Tuy nhiên điểm khác biệt của các hợp chất polime silic

hữu cơ thể hiện ở chỗ lớp màng chắn ức chế sét của nó còn được hình thành trên bề mặt

cấu tử sét tồn tại khá bền vững nhờ các liên kết phối trí, đồng thời có tính kỵ nước và rất

ổn định với nhiệt Và cũng do những ưu điểm trên mà chất phụ gia này gần đây đã được

sử dụng rất phổ biến ở XNLD, đặc biệt là các tầng Miocene hạ, Oligocene

2.2 Tổng quan về các hệ dung dịch ức chế sét đã và đang được áp dụng thi công cho các giếng khoan của vietsovpetro

2.2.1 Hệ dung dịch FCL

Hệ dung dịch ức chế lignosulfonat có môi trường phân tán là nước biển hoặc nước

kỹ thuật, sử dụng tác nhân ức chế gốc lignosulfonat (ferocromlignosulfonat-FCL.), kết hợp với polimer CMC-HV, hay CMC-LV Đây là hệ dung dịch có độ bền nhiệt và độ bền muối cao, đến độ khoáng hóa bằng 10 – 15 % NaCL Hệ dung dịch khá bền vững khi có mặt các chất nhiễm bẩn thường gặp trong quá trình khoan Do có tính bền nhiệt cao đến

180 0C, hệ ức chế lignosulfonat đã được sử dụng để khoan qua các tầng đá sét có nhiệt độ cao, đến chiều sâu 5000m Tuy nhiên, hệ dung dịch lignosulfonat còn có những nhược điểm sau:

- Tác dụng giảm độ nhớt (T, s) và độ bền Gel (Gel 1’/10’) đã làm tăng hàm lượng pha phân tán trong dung dịch dẫn đến hạn chế khả năng làm sạch mùn và gây xói lở thành giếng