GIÁO TRÌNH DUNG DỊCH KHOAN - XIMĂNG - CHƯƠNG 4 DUNG DỊCH KHOAN TRONG ĐIỀU KIỆN PHỨC TẠP doc

NỘI DUNG CHƯƠNG I MẤT DUNG DỊCH II DUNG DỊCH KHOAN TRONG ĐIỀU KIỆN PHỨC TẠP GEOPET SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN III DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN IV KẸT DỤNG CỤ KHOAN 4-2 I MẤT DUNG DỊCH Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH GEOPET Mất dung dịch cố trầm trọng tốn chi phí để khắc phục cơng tác khoan Mất dung dịch xảy độ sâu khoan dung dịch thường dung dịch làm nặng GEOPET Trong q trình khoan có sử dụng dung dịch, cột dung dịch lỗ khoan tạo nên áp lực thủy tĩnh Áp lực hướng vào lớp đất đá thành lỗ khoan Bản thân lớp đất đá khoan qua hay vỉa dầu khí lại có áp lực vỉa tương ứng Như vậy, hệ thống lỗ khoan vỉa có hai loại áp lực tùy theo chênh lệch chúng mà điều kiện khoan bình thường hay phức tạp Cần phân biệt tượng dung dịch với tượng thải nước Các thí nghiệm chứng minh tượng toàn dung dịch xảy có diện khe nứt, lỗ hổng Đối với đất đá nguyên khối, độ thấm tối thiểu để xảy tượng toàn dung dịch 300 darcy Áp lực thủy tĩnh cột dung dịch khoan tính cơng thức: Ptt = 0.052γH đó: Chất lượng trám ximăng nguyên nhân gây tượng dung dịch Ptt – áp lực thủy tĩnh cột dung dịch, psi γ – tỉ trọng dung dịch H – chiều cao cột dung dịch, ft 4-3 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-4 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH I MẤT DUNG DỊCH GEOPET GEOPET Nếu áp lực thủy tĩnh không cân với áp lực vỉa gây nhiều khó khăn cho cơng tác khoan Có hai trường hợp: Chênh lệch áp lực vỉa áp lực thủy tĩnh lớn phức tạp q trình khoan nhiều, đơi khơng thể tiến hành khoan - Áp lực thủy tĩnh > áp lực vỉa: dung dịch vào vỉa theo khe nứt, hang hốc đất đá gây nên tượng dung dịch Mực dung dịch lỗ khoan hạ xuống, áp lực thủy tĩnh giảm, kéo theo tượng sập lở thành lỗ khoan phía cột dung dịch Khi áp lực thủy tĩnh cân với áp lực vỉa trình khoan tiến hành bình thường, dung dịch bị giảm chất lỏng bị lọc từ dung dịch hay mát tự nhiên Các ảnh hưởng xấu tượng dầu, khí hay nước vào lỗ khoan khơng xảy - Áp lực thủy tĩnh < áp lực vỉa: lớp đất đá liên kết yếu có áp lực vỉa lớn sập xuống đáy lỗ khoan Dầu, khí hay nước xâm nhập vào lỗ khoan làm thay đổi dần tính chất dung dịch, có đẩy dung dịch khỏi lỗ khoan phun lên bề mặt N.I.Sasov đề nghị đánh giá điều kiện khoan trị số áp lực tương đối hệ thống lỗ khoan – vỉa Trị số tỉ số áp lực vỉa áp lực thủy tĩnh cột dung dịch lỗ khoan: Trong thực tế, để đảm bảo an tồn cho cơng tác khoan, cần thiết kế để chênh lệch áp suất khoảng 300 – 500 psi 4-5 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH Ptd = Pv Ptt 4-6 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH GEOPET So sánh trị số áp lực tương đối Ptd với tỷ trọng γ dung dịch, người ta có số kết luận thực tế sau: GEOPET 1.1 Nguyên nhân phân loại tượng dung dịch a Nguyên nhân Bao gồm nguyên nhân địa chất nguyên nhân quy trình kỹ thuật Nếu γ >> Ptd : xảy tượng dung dịch hoàn toàn, dẫn tới sập lở lớp đất đá nằm Tùy trường hợp mà nguyên nhân tượng dung dịch khác nói chung, tượng dung dịch khoan xảy áp lực thủy tĩnh vượt áp suất vỉa, tức là: Nếu γ > Ptd : xảy tượng dung dịch Nếu γ < Ptd : xảy tượng dầu, khí, nước vào lỗ khoan Ptt > Pv Nếu γ 25 Biết đường kính lỗ khoan, lượng dung dịch tính theo hạ thấp mực thủy động sau khoảng thời gian, theo công thức: Q= Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết π Dtb L 4T đó: Q – mức độ dung dịch, m3/h Nhược điểm phương pháp xác định K trị số Q H liên hệ với theo tỉ lệ bình phương, nghĩa xem chế độ chảy dung dịch chảy rối Điều có vùng dung dịch có kênh rãnh, khe nứt lớn, mực thủy động nhỏ mực thủy tĩnh lỗ khoan 4-23 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Dtb – đường kính trung bình lỗ khoan, m L – khoảng hạ thấp mực thuỷ động sau thời gian T, m T – thời gian đo mực thủy động, h 4-24 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH I MẤT DUNG DỊCH GEOPET Trên sở thí nghiệm vùng dung dịch lỗ khoan thăm dò, người ta chia mức độ dung dịch làm nhóm: GEOPET 1.2 Xác định chiều sâu vùng dung dịch mực dung dịch lỗ khoan a Xác định chiều sâu vùng dung dịch - Nhóm I, dung dịch phần: Q = – m3/h Có thể xác định chiều sâu vùng dung dịch cách quan sát mực dung dịch bể hút, miệng lỗ khoan Tuy nhiên phương pháp không cho kết tin cậy dung dịch xảy khoan phá tầng trước trám xi măng hay chân ống chống - Nhóm II, dung dịch mạnh: Q = – 10 m3/h - Nhóm III, dung dịch hoàn toàn: Q = 10 – 15 m3/h - Nhóm IV, dung dịch tai nạn: Q > 15 m3/h Để xác định chiều sâu vùng dung dịch cách xác hơn, người ta phải dùng phương pháp khác dùng điện nhiệt kế, máy biến máy đo xoay, chất phóng xạ… 4-25 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH 4-26 I MẤT DUNG DỊCH GEOPET Phương pháp dùng điện nhiệt kế Phương pháp dùng điện nhiệt kế có hiệu gradien nhiệt độ lớn 1,80C/100m Ưu điểm phương pháp tiến hành loại dung dịch có chứa chất lấp đầy, khơng cần nhiều dung dịch Khi bị dung dịch, bơm vào lỗ khoan loại dung dịch khác có nhiệt độ thấp nhiệt độ dung dịch lỗ khoan Dung dịch vào vùng nước làm giảm nhiệt độ cục vùng Nhiệt độ vùng dung dịch cũ tăng lên chưa thiết lập cân nhiệt độ Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết GEOPET Tại trường, người ta đo nhiệt độ lỗ khoan cách thả dụng cụ đo từ xuống hay kéo từ lên Sau đó, bơm dung dịch khác có nhiệt độ thấp nhiệt độ dung dịch lỗ khoan lại đo nhiệt độ lỗ khoan Quan sát đường biểu diễn gradient nhiệt độ lỗ khoan, ta xác định vùng dung dịch Sự chênh lệch nhiệt độ dung dịch lỗ khoan dung dịch bơm vào lớn vùng dung dịch thể rõ đồ thị So sánh gradient nhiệt độ trước sau bơm dung dịch vào, xác định vị trí vùng dung dịch 4-27 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-28 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH 26 100 250 400 550 700 850 1000 1150 1300 – 30 34 38 42 46 50 54 58 I MẤT DUNG DỊCH GEOPET GEOPET 62 t, oC Phương pháp dùng máy biến máy đo xoay Thả máy biến (transducer) vào giếng Máy biến thiết bị thăm dò dòng chảy dung dịch Chênh lệch áp suất dòng chảy xuống dung dịch máy biến ghi lại truyền qua cáp lên bề mặt, giúp xác định vùng dung dịch Đo lần Đo lần Máy đo xoay (spinner) thả vào giếng khoan cáp cho cánh quạt quay xuất dòng chảy dung dịch theo phương thẳng đứng Vận tốc quay cánh quạt ghi lại theo độ sâu từ xác định vùng dung dịch Vùng nước rửa H, m Phương pháp dùng máy đo xoay cần lượng dung dịch lớn khơng hiệu dung dịch có chứa nhiều chất bít nhét lỗ rỗng Hình 4.1 Xác định chiều sâu vùng nước rửa điện nhiệt kế 4-29 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH 4-30 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH GEOPET GEOPET Phương pháp dùng chất phóng xạ b Xác định mực dung dịch lỗ khoan Phương pháp dùng chất phóng xạ áp dụng vùng dung dịch đất đá có lỗ hổng hay khe nứt nhỏ có bề mặt hấp thụ lớn Các chất phóng xạ dùng phổ biến zircon (Zr95), antimoan (Sb124), sắt (Fe59) đặc biệt iot (I131) có chu kỳ bán rã ngày Để xác định mực dung dịch lỗ khoan người ta dùng dụng cụ đo mực nước điện, có độ xác khoảng cm Phương pháp tiến hành sau: - Tiến hành đo gamma giếng khoan lần để làm sở so sánh - Bơm dung dịch khoan có chứa chất phóng xạ vào giếng, dung dịch vào vùng dung dịch - Tiến hành đo gamma giếng khoan lần để xác định vùng dung dịch Phương pháp dùng chất phóng xạ xác cần thiết bị chuyên dùng, chi phí cao 4-31 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Theo phương pháp này, thay đổi mực nước báo hiệu bóng điện hay volt kế Thả dụng cụ đo xuống lỗ khoan, dụng cụ tiếp xúc với dung dịch qua “cửa sổ” mạch điện xem khép kín, bóng điện sáng lên hay kim volt kế chuyển động Nhìn bảng ghi thiết bị thả dụng cụ, ta đọc chiều sâu mực dung dịch lỗ khoan 4-32 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH I MẤT DUNG DỊCH GEOPET Cáp treo chứa dây dẫn GEOPET 1.3 Các biện pháp để chống tượng dung dịch Tùy theo điều kiện cụ thể mà người ta đề biện pháp chống dung dịch khác Nguyên tắc chung giảm áp lực vỉa nước, bịt kín khe nứt, kênh rãnh dùng phương pháp tổng hợp Vỏ kim loại a Chống dung dịch dung dịch sét Dung dịch sét dùng để chống dung dịch trường hợp khoan qua đất đá có độ lỗ hổng khe nứt nhỏ, xảy tượng nước yếu, phần (cấp 1) Cửa sổ Trong trường hợp này, dung dịch phải có thơng số thích hợp Hình 4.2 Sơ đồ dụng cụ xác định mực dung dịch lỗ khoan 4-33 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH 4-34 I MẤT DUNG DỊCH GEOPET Thông thường, muốn chống tượng dung dịch phải làm giảm tỷ trọng dung dịch để giảm áp lực thủy tĩnh cột dung dịch Biện pháp dùng tạo cân áp lực vỉa áp lực cột dung dịch lỗ khoan Pv = γ1(H1 – H2) GEOPET Để không xảy tượng dung dịch, ta dùng loại dung dịch có tỷ trọng γ2 cho lỗ khoan đầy dung dịch, áp lực thủy tĩnh cân với áp lực vỉa dung dịch, tức là: Pv = γ2H1 Từ suy ra: Giả sử lỗ khoan, có tượng dung dịch chiều sâu H1 Mực dung dịch lỗ khoan hạ xuống dừng lại chiều sâu H2 Khi áp lực vỉa cân với áp lực cột dung dịch lại lỗ khoan, áp lực vỉa vùng dung dịch là: Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết γ1(H1 – H2) = γ2H1 γ2 = γ1(1 – H2/H1) Trong thực tế, người ta sử dụng dung dịch có tỷ trọng nhỏ giá trị tính toán chút tác dụng cản trở lỗ khoan chuyển động dung dịch thân tính học, cấu trúc dung dịch γ1 tỷ trọng dung dịch sử dụng 4-35 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-36 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH I MẤT DUNG DỊCH GEOPET Nếu xét mặt chênh lệch áp lực chưa đủ chuyển động vào vỉa dung dịch, tốc độ chảy dung dịch phụ thuộc vào áp lực chênh lệch, mà phụ thuộc vào độ nhớt dung dịch Độ nhớt dung dịch lớn sức cản chuyển động dung dịch tăng, tốc độ chảy chúng vào khe nứt chậm, mạng lưới cấu trúc dung dịch bền Dung dịch bị đặc lại tạo thành “nút”, bịt kín khe nứt, không cho dung dịch tiếp tục vào vỉa, chống tượng dung dịch Như dùng dung dịch sét có ứng suất trượt tĩnh độ nhớt lớn với tỷ trọng phù hợp có khả chống tượng dung dịch GEOPET Ngồi chất hố học để gia cơng dung dịch, người ta dùng chất để làm giảm kích thước khe nứt gọi chất lấp đầy Chất lấp đầy cho vào dung dịch sét hỗn hợp đông nhanh để chống tượng nước hoàn toàn mạnh (cấp II – IV) Các chất phải có độ bền nén > 350KG/cm2, độ cứng thấp, chịu nhiệt tới 500C Qua nghiên cứu, người ta thấy chất lấp đầy bịt kín khe nứt có kích thước < mm Khi kích thước khe nứt lớn chất lấp đầy phải lớn Tốt vùng dung dịch, nên dùng hai loại chất lấp đầy có kích thước khác Chất lấp đầy thường dùng mạt cưa, trấu cỏ, mica, canxit… 4-37 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH 4-38 I MẤT DUNG DỊCH GEOPET Tỉ lệ chất lấp đầy phụ thuộc vào phương pháp khoan, tính chất dung dịch đặc tính vỉa Khi khoan turbin, lượng chất lấp đầy khoảng 0,1 – 1% theo khối lượng dung dịch Khi khoan roto tỉ lệ từ – 7% Với dung dịch có độ nước cao, độ nhớt thấp sử dụng chất lấp đầy tốt, chúng có khả tạo thành nút vòi phun choòng hay thành lỗ khoan Khi dung dịch nhớt lượng chất lấp đầy khơng nên cho vào nhiều làm khả dung dịch tăng lên áp lực thủy tĩnh lớn Khi mức độ nước nghiêm trọng lượng chất lấp đầy cho vào ≥ 10% Chất lấp đầy trực tiếp cho xuống lỗ khoan trộn với dung dịch bơm xuống lỗ khoan với áp lực lớn để ép vào khe nứt, kênh rãnh dung dịch 4-39 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết GEOPET b Chống dung dịch gel-ximăng Khi gặp tượng dung dịch trung bình dung dịch sét thường hay đặc biệt khắc phục Cần phải dùng loại dung dịch bịt kín khe nứt sau qua Dung dịch thích hợp dung dịch ximăng Tuy nhiên, dung dịch ximăng lại khơng có cấu trúc vào vỉa dung dịch, chúng không dừng lại, tượng dung dịch tiếp tục xảy Do đó, cần chế biến dung dịch thỏa mãn yêu cầu: – Có cấu trúc, có độ chảy toả để bịt kín khe nứt 4-40 – Có thời gian ngưng kết ban đầu xác định Nếu thời gian ngưng kết q nhanh làm ximăng hóa dụng cụ khoan; q chậm dung dịch Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết ximăng lại hết vào vỉa I MẤT DUNG DỊCH I MẤT DUNG DỊCH GEOPET Để thỏa mãn yêu cầu trên, người ta điều chế dung dịch ximăng dung dịch sét, hỗn hợp gọi gel-ximăng Gel-ximăng có cấu trúc thời gian ngưng kết ban đầu điều chỉnh tùy theo tỷ lệ thành phần chúng GEOPET Khi điều chế gel-ximăng, đầu tiên, người ta đổ lượng nước cần thiết vào dung dịch máy trộn Sau khuấy kỹ đổ lượng ximăng sàng qua lỗ mm vào Quá trình điều chế nên tiến hành thời gian ngắn Thông thường, 1m3 gel-ximăng gồm 500 – 900 kg ximăng 700 – 800 lít dung dịch sét có độ nhớt 26 – 27s Theo kinh nghiệm thực tế, trước bơm gel-ximăng, nên khoan sâu xuống 10 – 15 m vùng dung dịch Chiều sâu xác định sơ tài liệu địa chất hay theo mẫu lỗ khoan tương tự Nếu khơng có tài liệu dùng phương pháp đo điện nhiệt kế Ngoài ra, để dễ dàng điều chỉnh thời gian ngưng kết ban đầu gel-ximăng, người ta thêm vào 15 – 25% thạch cao hoa tuyết (CaSO4 nung) theo khối lượng ximăng vào hỗn hợp Để làm chậm tốc độ vào vỉa gel-ximăng, người ta thêm vào 20% chất lấp đầy (trấu, mica, mạt cưa…) theo thể tích gel-ximăng Trước bơm gel-ximăng xuống lỗ khoan, phải lọc qua ống dài m, có lưới lọc lớn 15 mm nhỏ 3/4 đường kính vịi phun chng để tránh tình trạng bịt kín vịi phun 4-41 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH 4-42 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH GEOPET Kết bơm gel-ximăng coi tốt lỗ khoan 1/3 - 1/2 lượng gel-ximăng lượng gel-ximăng vào vỉa 1/2 - 2/3 GEOPET Mực dung dịch Muốn đạt kết trên, bơm gel-ximăng phải kéo dụng cụ khoan lên cách vùng dung dịch khoảng 20 – 25m để làm giảm chiều cao cột dung dịch lỗ khoan, giảm áp suất thủy tĩnh để gel-ximăng không hết vào vỉa dung dịch, chất lượng đổ gel-ximăng đảm bảo Thể tích gel-ximăng cần thiết tính lần thể tích phần lỗ khoan với chiều dài tổng chiều dài đoạn khoan thêm trước đổ gel-ximăng (10 – 15m) chiều dài đoạn nâng dụng cụ khoan đổ (20 – 25m), tức khoảng 30 – 40m, đường kính đường kính chng khoan đoạn Khoảng nâng khoan cụ (20 – 25m) Khu vực dung dịch Khoảng khoan thêm (10 – 15m) Hình 4.3 Chống dung dịch gel-ximăng 4-43 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-44 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH Để lượng gel-ximăng vào vỉa có khả tạo cấu trúc tốt, sau bơm hết 1/2 lượng gel-ximăng, cần dừng lại khoảng 10 – 15 phút Sau bơm hết lượng gel-ximăng cịn lại Lúc nên quay nhẹ dụng cụ khoan cho chúng xuống khoảng 1/2 – 2/3 chiều dài cần chủ đạo, để bảo đảm chuyển động phần gel-ximăng tồn lỗ khoan Thể tích dung dịch cần thiết để đẩy gel-ximăng phải tính tốn cho đẩy hết gel-ximăng khỏi cần khoan, thường thể tích khoảng cần với chiều dài từ mực dung dịch tới đáy Mục đích sau đẩy gel-ximăng khỏi cần, mực dung dịch cần khoan cũ Trong thực tế, lượng dung dịch đẩy nên lấy tăng lên 0,5 – m3 để đảm bảo rửa gelximăng khỏi cần khoan 4-45 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH I MẤT DUNG DỊCH GEOPET c Chống dung dịch hỗn hợp đông nhanh Khi dung dịch mạnh cách tai nạn, mực dung dịch nằm gần đáy lỗ khoan, lỗ khoan khơng có dung dịch dùng gel-ximăng khơng có kết Trường hợp phải dùng hỗn hợp cho vào khe nứt, kênh rãnh nước đơng đặc lại Hiện người ta thường dùng hỗn hợp đông nhanh, thành phần chủ yếu ximăng, ngồi cịn có số chất phụ gia khác Tùy theo điều kiện lỗ khoan mà lựa chọn tỉ lệ thành phần thích hợp, cho bơm hỗn hợp đông nhanh xuống vùng nước, chúng không bị đông lại cần khoan thời gian ngưng kết ban đầu ngắn, không bị vào vỉa dung dịch thời gian ngưng kết dài 4-46 – Độ chảy tỏa dung dịch ximăng có 50% nước 16 – 16,5 cm Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH GEOPET Tùy theo chiều sâu lỗ khoan, nhiệt độ đáy mà người ta dùng loại ximăng cho lỗ khoan “lạnh” hay “nóng” Theo tiêu chuẩn, đặc tính kỹ thuật ximăng phải sau: GEOPET GEOPET Xác định thời gian ngưng kết Thời gian ngưng kết ban đầu tính từ lúc bắt đầu trộn kim dụng cụ kiểm tra xuống tới cách đáy mẫu mm – Độ mịn ximăng (với sàng 4900 lỗ/cm2) < 15% Thời gian ngưng kết cuối dung dịch ximăng 50% nước từ – 7,5 thời gian ngưng kết ban đầu Thời gian ngưng kết cuối tính từ lúc ximăng bắt đầu cứng tới kim dụng cụ không xuống sâu mm Ở cần ý với dung dịch ximăng, nhiệt độ tăng thời gian ngưng kết giảm, ví dụ: Ximăng Portland mác 500 nhiệt độ 700C thời gian ngưng kết ban đầu 40’, nhiệt độ 300C thời gian ngưng kết ban đầu 1h45’ Khi nhiệt độ cịn 150C thời gian ngưng kết ban đầu tăng lên đến 7h30’ Giới hạn bền uốn sau cứng ngày ximăng trộn nước nhạt 27 KG/cm2; nước nóng 62 KG/cm2 4-47 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-48 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH I MẤT DUNG DỊCH GEOPET Trong hỗn hợp đơng nhanh có chất hỗ trợ làm nhanh đông thủy tinh lỏng, NaOH, CaCl2, vôi, thạch cao hoa tuyết CaSO4 AlCl3, FeCl2, BaCl2… Khi tỉ lệ thành phần thay đổi thời gian ngưng kết thay đổi Ví dụ: – Tỉ lệ thủy tinh lỏng tăng thời gian ngưng kết ban đầu giảm – Tỉ lệ NaOH tăng độ linh động hỗn hợp tăng GEOPET Ngồi ra, người ta cịn dùng hỗn hợp ximăng dầu đơng nhanh huyền phù gồm ximăng, sản phẩm dầu mỏ (dầu diesel, dầu hỏa) vài chất làm nhanh đông khác Loại hỗn hợp thường có thời gian ngưng kết ngắn Khi hợp với nước, dầu diesel nhanh chóng tách ra, hỗn hợp bị đặc lại tạo thành ximăng cứng Ưu điểm loại hỗn hợp ximăng dầu đông nhanh nước, chúng khơng đặc lại Vì vậy, chúng bơm dễ dàng qua cần khoan mà khơng sợ làm bó chặt cần khoan Thời gian gần đây, người ta cịn dùng hỗn hợp đơng nhanh nhẹ để chống tượng dung dịch Hỗn hợp đông nhanh nhẹ hỗn hợp đơng nhanh thường có bão hịa bọt khí phản ứng hóa học chất thêm vào chất tạo thành hỗn hợp Để làm tăng độ chảy tỏa dung dịch, tạo điều kiện cho việc bơm máy bơm thường, người ta thêm CaCl2 vào với tỉ lệ – 7% Lượng CaCl2 nhỏ độ chảy tỏa nhỏ Có thể thêm 1-2% chất lấp đầy để tăng hiệu chống dung dịch 4-49 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH 4-50 I MẤT DUNG DỊCH GEOPET Chất thêm vào để gây phản ứng carbua canxi, clorua vôi, tốt bột nhôm Khi cho bột nhơm vào hỗn hợp đơng nhanh, phản ứng hóa học sau: 3Ca(OH)2 + 2Al = Ca3Al2O6 + 3H2↑ Như nói trên, nguyên tắc để chống tượng dung dịch dùng dung dịch có khối lượng riêng nhỏ Muốn vậy, người ta dùng nước lã, dung dịch sét nhũ tương dung dịch nhẹ khác – Nước lã sử dụng trường hợp thành lỗ khoan bền vững, không bị phá hủy Do dùng nước lã nên áp lực thủy tĩnh cột dung dịch giảm, khoan qua vùng có khe nứt, lỗ hổng nhỏ – Dung dịch sét nhũ tương loại dung dịch sét bổ sung dầu mỏ hay sản phẩm dầu mỏ, tạo thành loại nhũ tương “dầu nước” (viết tắt d/n) hay nhũ tương loại “nước dầu” (viết tắt n/d) Hiện thường dùng phổ biến loại nhũ tương thứ Tùy theo điều kiện cụ thể vùng dung dịch mà lượng dầu cho vào dung dịch từ 8-50% theo thể tích Hỗn hợp đơng nhanh nhẹ sử dụng hợp lý độ sâu nhỏ 150m, vùng dung dịch mức độ thấp cấp II Khuyết điểm hỗn hợp thành phần chúng phức tạp khó điều chế lỗ khoan Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết GEOPET d Chống dung dịch dung dịch nhẹ Kết phản ứng khí H2 ra, làm tăng thể tích giảm tỉ trọng hỗn hợp Mức độ nở rộng hỗn hợp xác định áp lực môi trường Khi áp lực khoảng 33 atm mức độ nở khoảng 5% 4-51 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-52 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH II SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN GEOPET Loại dung dịch nhũ tương có khối lượng riêng nhỏ (0,8 – 0,9 g/cm3), làm giảm áp lực thủy tĩnh, độ dính vỏ sét hạn chế đến mức thấp tạo thành nút gây kẹt dụng cụ khoan Ngồi ra, chúng có độ nhớt cao, tạo điều kiện thuận lợi cần chống tượng dung dịch Ngoài ra, để tạo thành dung dịch nhẹ, người ta gia công dung dịch sét chất hoá học keo kêratin với thủy tinh lỏng, hay chất có hoạt tính bề mặt chất tạo bọt, chất phản ứng detergent, sulfonol, sulfonat … với tỉ lệ nhỏ Tuy dùng dung dịch nhũ tương sét có khó khăn chúng làm bẩn mẫu, tăng giá thành dung dịch làm tăng mài mòn chi tiết cao su dụng cụ khoan GEOPET Sập lở tượng thường gặp trình khoan vùng đất đá bền vững hay lớp sét dễ trương nở 2.1 Nguyên nhân phân loại tượng sập lở Đất đá vỏ trái đất trạng thái cân lực Khi khoan, trạng thái cân bị phá vỡ, đất đá bị biến dạng lại thiết lập cân Q trình gây nhiều khó khăn cho cơng tác khoan Bình thường, cân giới hạn đất đá biểu diễn biểu thức: ξσh = σθ = σr đó: σh – ứng suất theo phương thẳng đứng σθ – ứng suất theo phương nằm ngang Các dung dịch nhẹ dùng tương đối phổ biến thời gian gần để chống tượng dung dịch 4-53 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết II SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN rlk + ∆r 4-54 II SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN GEOPET Ba loại ứng suất ứng suất chính, xác định trạng thái ứng suất đất đá Các giá trị cực đại ứng suất sau: σh = ∆tb.h σθ = 2ξ∆tbh – γh σr = γh đó: ∆tb – tỷ trọng trung bình đất đá γ – tỷ trọng nước rửa σh h – chiều sâu lớp đất đá ξ – hệ số ứng suất bên sườn Theo P M Simbarevitch, giá trị ξ: σr Đất đá chảy Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-56 0,017 Đất đá 0,004 0,383 Đất đá 0,0012 Đất đá yếu Hình 4.4 Ứng suất tác dụng lên nhân tố đất đá thành lỗ khoan Đất đá trung bình 0,526 Đất đá mềm σθ 0,757 Đất đá xốp rlk 4-55 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết GEOPET Khi khoan qua chúng, coi lỗ khoan cột đất đá hình trụ có chiều dày vơ tận, đất đá nằm cách mặt đất khoảng h, cách trục lỗ khoan khoảng r chịu áp lực thẳng đứng Pđ khối lượng lớp đất đá nằm trên, áp lực bên sườn Pn áp lực bên cột chất lỏng Pd Dưới tác dụng áp lực gây ứng suất σh theo phương thẳng đứng, ứng suất tiếp tuyến σθ có phương thẳng góc với bán kính lỗ khoan ứng suất hướng tâm σr dọc theo bán kính lỗ khoan (hình 4.4) Trục lỗ khoan σr – ứng suất theo phương nằm ngang ξ – hệ số ứng suất bên sườn 0,164 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết II SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN 2ξ ∆tbh – γh – γh = suy ra: ξ ∆tbh = γh hay γ = ξ ∆tb Tính chất lý đất đá: đất đá bền vững, hạt đất đá liên kết với yếu, tượng sập lở dễ xảy khoan qua chúng Vỉa nghiêng: vỉa nghiêng dễ xảy tượng sập lở Khi mặt phân lớp nằm nghiêng có váng dầu lại nguy hiểm dầu bôi trơn mặt lớp, làm giảm ma sát chúng, tác dụng lực gây trượt thành phần trọng lực, đất đá sập lở Khi γ < ξ∆tb, đất đá thành lỗ khoan bị biến dạng gây nên tượng sập lở thành lỗ khoan Đất đá bền vững dễ bị thay đổi tính chất tác dụng nước Cấu tạo đất đá loại thường gồm lớp khối nhỏ riêng biệt, liên kết lại lớp sét hay muối khống hịa tan Nước dung dịch ra, hồ tan lớp liên kết, làm khối nhỏ, lớp đất đá không gắn kết với Dưới tác dụng trọng lượng thân, chúng dễ dàng rơi xuống lỗ khoan, gây sập lở Khi khoan qua vùng đất đá có áp lực vỉa lớn hay vùng chứa dầu, khí, tượng sập lở dễ xảy ra, ứng suất σr lớn áp lực cản cột dung dịch nhiều 4-57 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết II SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN Hiện tượng sập lở phát dấu hiệu bên áp lực máy bơm tăng mạnh, tuần hoàn dung dịch giảm đi, dung dịch chứa nhiều mùn, độ nhớt dung dịch tăng Khi kéo thả dụng cụ khoan khó có không nâng dụng cụ khoan lên Mức độ sập lở phân loại sau: Lực nâng dụng cụ khoan Nhẹ Tăng 20-30% Áp lực máy bơm Tăng 5-10 atm Tuần hoàn dung dịch 4-58 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết II SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN GEOPET Phân loại mức độ sập lở Mức độ sập lở GEOPET yếu tố gây sập lở có nguyên nhân từ vỉa Điều kiện đất đá không sập lở: σθ = σr hay σθ – σr = thay vào ta được: II SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN GEOPET GEOPET 2.2 Các biện pháp chống tượng sập lở Tùy theo điều kiện cụ thể mà người ta có biện pháp chống sập lở khác nhau, thường dùng số phương pháp sau: – Điều chỉnh thông số dung dịch sét q trình khoan – Phương pháp hóa lý tác động đến thành lỗ khoan – Các phương pháp đặc biệt Kéo thả dụng cụ khoan Nhiều mùn, hình dạng khác “Trồi”, khơng xuống sát đáy Vướng nút đất đá Trung bình Tăng 30-100% Tăng ≥ 20 atm Mùn lên đầy hệ thống máng Nặng Không nâng dụng cụ Tăng mạnh (bật van an tồn) a Điều chỉnh thơng số dung dịch sét Qua phân tích nguyên nhân tượng sập lở thành lỗ khoan, muốn chống tượng phải tăng tỷ trọng làm giảm độ thoát nước dung dịch Ngưng tuần hoàn Kẹt hoàn toàn 4-59 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-60 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết II SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN II SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN GEOPET Điều kiện để không xảy tượng sập lở trình bày phần trước: γ = ξ ∆tb ∆tb đất đá thường lớn 2,3 g/cm3 nên γ dung dịch xấp xỉ trị số GEOPET Lưu ý: Thành lỗ khoan không ổn định nhiều nguyên nhân Cần phân tích kĩ trước tăng tỷ trọng dung dịch khoan Nếu không, cố trầm trọng Thành giếng khoan không ổn định Tăng tỉ trọng dung dịch Mặt khác, tăng tỷ trọng dung dịch, việc làm tăng áp lực thủy tĩnh, lực đẩy (lực Archimedes) dung dịch tăng Khi tỷ trọng dung dịch đủ lớn, đất đá, mảnh cắt dung dịch không bị rơi xuống khối lượng thân, tượng sập lở không xảy Thành giếng khoan ổn định tạm thời Tăng độ thải nước chênh áp Làm yếu thành hệ Tăng xâm nhập vào vỉa Để tránh tượng sập lở nước thấm vào đất đá, phải dùng dung dịch có độ nước nhỏ u cầu độ thoát nước phụ thuộc điều kiện cụ thể lỗ khoan, phải nhỏ 10cm3/30phút 4-61 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết II SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN Mất cân áp suất đáy 4-62 II SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN GEOPET Ví dụ trường hợp tăng tỉ trọng dung dịch làm trầm trọng ổn định thành giếng khoan: Dung dịch có tính ổn định gây tượng sét trương nở phân tán mạnh khoan vào tầng sét Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết GEOPET b Chống sập lở phương pháp hóa lý Phương pháp làm thành lỗ khoan vật liệu phi kim Mục đích: gia tăng độ bền học làm giảm độ thấm nước thành lỗ khoan Nếu gia tăng tỉ trọng dung dịch gia tăng độ thải nước, từ làm thành giếng khoan ổn định Để đạt mục đích trên, tùy theo loại tính chất học đất đá mà người ta dùng biện pháp khác để làm thành lỗ khoan silicat hóa, ximăng hóa, bitum hóa…thành lỗ khoan Thành giếng khoan không ổn định xuất khe nứt nhỏ thành hệ bền Trong biện pháp silicat hóa, người ta dùng dung dịch thủy tinh lỏng với số chất hóa học khác CaCl2, H2SiF6… Nếu gia tăng tỉ trọng dung dịch gây tổn hại thành hệ tăng nghiêm trọng cố 4-63 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Trong biện pháp ximăng hoá, người ta bơm xuống lỗ khoan dung dịch ximăng, sau đông lại, ximăng làm thành lỗ khoan 4-64 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết II SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN Trong biện pháp bitum hóa, người ta bơm xuống lỗ khoan dung dịch bitum Bitum làm lỏng cách: – đun nóng bitum tới 150-2000C, thu bitum nóng Nhược điểm bitum khó khoan qua, dính vào bề mặt kim loại choòng, tạo thành nút mơi trường nước có độ bền học thấp tải trọng đập Để hạn chế nhược điểm trên, người ta cho vào bitum chất lấp đầy parafin, cát, sét, ximăng… Trong nhũ tương bitum (bitum lạnh), người ta thêm chất gây ngưng kết dung dịch CaCl2, Na2SiF6… Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN Phương pháp dùng điện: người ta dùng dòng điện chiều để làm thành lỗ khoan Do tác dụng điện trường mà đất đá xuất q trình lý học, hóa học hóa lý khác q trình điện phân, điện thẩm, điện chuyển, phản ứng trao đổi… Các trình làm thay cation trao đổi phân tử cấu tạo nên đất đá, làm hình thành tổ hợp, tạo cấu trúc, làm đất đá lại, ngăn chặn tượng sập lở Phương pháp làm lạnh tạm thời: làm lạnh nhanh chất lỏng để chúng đóng băng lại đất đá bền vững Tuy làm ổn định tạm thời, phương pháp có ưu điểm dùng với loại đất đá chứa nước 4-66 Phân loại trường hợp xâm nhập chất lưu sau: 3.1 Dầu, khí vào lỗ khoan 3.2 Nước vào lỗ khoan Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN GEOPET Khi khoan qua tầng sản phẩm dầu khí qua tầng chứa nước, cân áp suất không đảm bảo, xảy tượng chất lưu từ vỉa xâm nhập vào giếng Nếu không phát xử lý kịp thời, hậu tượng xâm nhập trầm trọng 4-67 GEOPET c Các phương pháp đặc biệt – điều chế nhũ tương bitum, thu bitum lạnh 4-65 II SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN GEOPET GEOPET 3.1 Dầu, khí vào lỗ khoan Tùy theo áp lực mà khí vỉa dạng hay bị nén dạng lỏng Dầu vỉa thường hòa tan khí lượng khí dầu phụ thuộc vào áp lực vỉa Trong vỉa, với dầu khí cịn có nước Khi khoan qua vỉa chứa dầu khí, dầu khí vào lỗ khoan Nói chung, nguyên nhân tượng dầu khí vào lỗ khoan chênh lệch áp lực vỉa áp lực thủy tĩnh Chênh lệch lớn xâm nhập dầu, khí vào lỗ khoan nhiều: dầu dạng giọt, khí dạng bọt nhỏ vào lỗ khoan Nếu dầu khí chứa khe nứt chúng chảy thành dòng vào lỗ khoan Ban đầu dầu khí vào lỗ khoan làm tỷ trọng dung dịch giảm dần Nhưng dung dịch bão hịa khí, khí lên mặt thống có áp lực lớn, chúng đẩy dung dịch khỏi lỗ khoan phun lên Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-68 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN Ngay áp lực thủy tĩnh dung dịch lớn áp lực vỉa, tượng khí vào lỗ khoan xảy Đó tượng khuếch tán phụ thuộc vào nồng độ khí hai bên lớp vỏ sét Do đất đá chứa nhiều khí hơn, nên chất khí thấm qua vỏ sét Lượng khí thấm qua nhiều hay cịn phụ thuộc vào khả thấm vỏ chênh lệch mật độ khí Người ta thấy tượng dầu, khí vào lỗ khoan thường xảy vùng chứa dầu khí nằm vùng dung dịch Do dùng dung dịch có tỷ trọng nhỏ để chống dung dịch, áp lực thủy tĩnh cột dung dịch giảm tạo chênh lệch áp lực lỗ khoan vỉa tăng lên, dầu khí vào lỗ khoan 4-69 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN III DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN GEOPET Dầu khí vào lỗ khoan làm tính chất dung dịch bị thay đổi Do thể tích dung dịch tăng lên khối lượng dung dịch tăng không đáng kể nên tỷ trọng dung dịch giảm đi, nghĩa áp lực thủy tĩnh giảm, tạo điều kiện cho dầu khí tiếp tục xâm nhập vào lỗ khoan Khi lỗ khoan bão hòa dầu khí dầu khí xâm nhập đẩy dung dịch khỏi lỗ khoan Dầu khí vào lỗ khoan nguy hiểm dầu nguy hiểm dầu khơng nén khí nên dầu làm giảm tỷ trọng dung dịch nhiều Dầu khí vào dung dịch phát bọt khí mặt dung dịch hay váng dầu hệ thống máng, tỷ trọng dung dịch giảm độ nhớt dung dịch tăng lên 4-70 Trước khoan đến vùng dầu khí, phải có thiết bị khép kín miệng lỗ khoan, dự trữ chất làm nặng vật liệu cần thiết để điều chế chúng Một biện pháp quan trọng để tránh tượng dầu khí vào lỗ khoan phải tiến hành khoan liên tục Ngừng khoan qua vùng dầu khí dễ dẫn đến cố phức tạp Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN GEOPET Để chống tượng dầu khí vào lỗ khoan, phải tăng trọng lượng riêng dung dịch Theo kinh nghiệm, khoan vùng có dầu khí, áp lực thủy tĩnh dung dịch phải vượt áp lực vỉa atm/100 m chiều sâu GEOPET GEOPET Khoan qua vùng dầu khí phải thật thận trọng nâng thả dụng cụ khoan Khi nâng dụng cụ khoan, tránh tạo tượng “piston” có nút kẹt cần khoan hay choòng, nâng dụng cụ khoan sát thành giếng Khi nâng dụng cụ khoan, cần ý quan sát mực dung dịch lỗ khoan Nếu mực dung dịch bị hạ xuống nhiều, phải bơm thêm dung dịch vào lỗ khoan Tốt nhất, trước nâng dụng cụ khoan, nên bơm xuống lỗ khoan loại dung dịch có tỷ trọng lớn tỷ trọng dung dịch cũ khoảng 0,1 g/cm3 để bù lại áp lực ngừng tuần hoàn Khi dung dịch có nhiều khí phải dùng biện pháp để tách khí khỏi dung dịch Nếu dung dịch bị bão hịa dầu khí, khơng thể sử dụng phải thay dung dịch tốt hơn, thay theo phương pháp rửa nghịch 4-71 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-72 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN III DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN GEOPET 3.2 Nước vào lỗ khoan Nước vào lỗ khoan nhận thấy giảm tỷ trọng dung dịch, dung dịch bị pha loãng, áp lực máy bơm giảm đi, lượng dung dịch tràn miệng lỗ khoan lớn lượng dung dịch bơm vào ngừng bơm, nước tiếp tục tràn Tùy theo tính chất nước mà xâm nhập vào lỗ khoan làm tính chất dung dịch bị thay đổi khác – Nếu nước vào lỗ khoan nước nhạt hay nước có độ khống hóa yếu: chúng khơng làm ngưng kết dung dịch mà làm giảm tỷ trọng, độ nhớt, ứng suất trượt tĩnh; làm tăng độ thoát nước Tùy theo áp lực vỉa nước mà lượng nước vào lỗ khoan thay đổi giới hạn rộng từ vài m3 đến hàng chục nghìn m3/ngày đêm – Nếu nước có chứa muối vào lỗ khoan: ban đầu, lượng muối cịn ít, chúng làm ngưng kết dung dịch: độ nhớt, ứng suất trượt tĩnh, độ thoát nước tăng tỷ trọng giảm Khi lượng nước muối vào nhiều, dung dịch bị pha loãng ngưng kết, tỷ trọng, độ nhớt, ứng suất trượt tĩnh dung dịch giảm, cịn độ nước tăng Trong máng, lắng đọng nhiều chất làm nặng mùn khoan Nước vào lỗ khoan làm giảm chất lượng dung dịch dẫn đến tai nạn khác sập lở, dầu khí vào lỗ khoan có phun trào lên bề mặt 4-73 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN GEOPET 4-74 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN GEOPET GEOPET Để phòng chống tượng nước vào lỗ khoan dùng biện pháp tương tự với trường hợp phòng chống dầu khí vào lỗ khoan Nhưng nước có chứa muối vào lỗ khoan làm ngưng kết dung dịch, nên phải tiến hành gia công chúng chất hóa học Gặp trường hợp nước vào lỗ khoan mạnh (hiện tượng nước phun), phải nâng dụng cụ khoan cách đáy hết chiều dài cần chủ đạo, đóng BOP thay dung dịch lỗ khoan dung dịch nặng làm nặng trực tiếp dung dịch lỗ khoan chưa điều chế kịp dung dịch nặng Khi khoan qua vùng nước, cần phải: Trong chống tượng nước phun, không phép ngừng tuần hồn, xảy cố khác Do đó, khoan vùng có nước phun, phải chuẩn bị thiết bị, nguyên vật liệu dự trữ dung dịch để chống tượng nước phun kịp thời – Sử dụng dung dịch có tỷ trọng thích hợp, để tạo nên áp lực thủy tĩnh đủ lớn áp lực vỉa, – Độ thoát nước dung dịch phải giữ trị số thấp nhất, – Ứng suất trượt tĩnh phải điều chỉnh tăng lên so với mức bình thường (τ ≥ 50-60 mG/cm2), nước nhạt vào lỗ khoan làm thông số giảm nhanh, làm khả giữ hạt mùn khoan, hạt chất làm nặng trạng thái lơ lửng 4-75 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Trong hầu hết trường hợp, gặp tượng nước phun, người ta dùng phương pháp rửa nghịch 4-76 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN IV KẸT DỤNG CỤ KHOAN GEOPET Trong trình khoan, ngun nhân mà dụng cụ khoan khơng chuyển động gọi tượng kẹt Ưu điểm phương pháp rửa nghịch: – Dung dịch bơm vào khoảng không vành xuyến với áp lực lớn, trực tiếp đẩy dòng nước phun vào vỉa hay lên mặt đất theo đường cần, không làm hỏng thành lỗ khoan Có nhiều nguyên nhân gây tượng kẹt dụng cụ khoan Trong phạm vi rửa lỗ khoan, nguyên nhân gây tượng kẹt sau: – Đất đá sập lở chèn chặt dụng cụ khoan – Giữ áp lực cần thiết lên thành lỗ khoan 4-77 – Dụng cụ khoan bị dính chặt vào thành lỗ khoan vỏ sét dày dính – Áp lực dung dịch lên đáy tăng, phần tỷ trọng dung dịch bơm vào, phần khác sức cản chuyển động dung dịch cần khoan lớn khoảng không vành xuyến máy bơm làm việc với lưu lượng Nhờ làm giảm xâm nhập nước vào lỗ khoan Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV KẸT DỤNG CỤ KHOAN σ Đất đá khơng thấm nước 4-79 – Ximăng bó lấy dụng cụ khoan thời gian ngưng kết khơng thích hợp 4-78 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV KẸT DỤNG CỤ KHOAN F h Đất đá thấm nước GEOPET Theo hình, dụng cụ khoan bị giữ lại thành lỗ khoan với lực: F = S (Ptt – Pv) hay F = h.δ.(Ptt – Pv) đó: δ – chiều dài dây cung nối đầu phần cần khoan tiếp xúc với vỏ sét H – chiều dài phần cần khoan tiếp xúc với thành lỗ khoan có đất đá thấm nước Giới hạn lớn δ đường kính cần khoan h tổng chiều dày vỉa thấm nước khoảng kẹt Như trị số lực lớn ép dụng cụ khoan vào thành lỗ khoan là: r Hình 4.5 Sơ đồ tính tốn kẹt dụng cụ khoan – Kẹt dụng cụ khoan lỗ khoan tạo thành nút – Kẹt dụng cụ khoan mùn khoan chất làm nặng lắng xuống GEOPET Vỏ sét Kẹt có chênh áp lỗ khoan vỉa, thường xảy trường hợp dụng cụ khoan không chuyển động, dụng cụ thành lỗ khoan dễ thấm nước có lớp vỏ sét chặt áp lực thủy tĩnh lớn áp lực vỉa nhiều GEOPET δ Pv Fmax = h.d.(Ptt – Pv) Ptt Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-80 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV KẸT DỤNG CỤ KHOAN IV KẸT DỤNG CỤ KHOAN GEOPET Giá trị lực phụ thuộc chiều dày lớp vỏ sét thành lỗ khoan, diện tích tiếp xúc cần khoan vỏ sét, chênh lệch áp lực lỗ khoan vỉa gradien áp lực qua lớp vỏ sét GEOPET Để đề phòng chống tượng kẹt chênh áp: – Phải dùng dung dịch sét có chất lượng tốt, độ thải nước nhỏ – Kiểm soát chặt chẽ thành phần hạt rắn tỉ trọng thấp dung dịch – Giữ độ chênh áp hợp lý, khoảng 300 – 500 psi – Bổ sung phụ gia có cỡ hạt phù hợp Thực tế, cịn có ma sát lớp vỏ sét dụng cụ khoan Vì vậy, lực dính dụng cụ khoan kẹt là: G = µ.F Ngồi ra, để tránh tượng kẹt vỏ sét dính, người ta thêm vào dung dịch 8-12% dầu parafin nhẹ, theo thể tích dung dịch Hiện tượng dính dụng cụ khoan vào vỏ sét có dụng cụ khoan ngừng chuyển động Vì vậy, để tránh tượng này, không ngừng quay dụng cụ khoan vùng mà xảy tượng kẹt mút với µ – hệ số ma sát kim loại sét Vỏ sét dày, dính tượng kẹt dụng cụ khoan tăng 4-81 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV KẸT DỤNG CỤ KHOAN 4-82 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV KẸT DỤNG CỤ KHOAN GEOPET GEOPET Sự tạo thành nút lỗ khoan thường xảy dung dịch không ổn định, bị ngưng kết Đồng thời với tạo nút, mùn khoan chất làm nặng lắng xuống đáy Ở vài vùng, trường hợp địa chất cho phép, người ta làm giảm ma sát kim loại vỏ sét nước lã Nhưng phương pháp dùng vùng đất đá không bị sập lở áp lực vỉa không cao Để tránh tượng kẹt, phải làm ổn định dung dịch, giữ cho chúng không bị ngưng kết chất phản ứng hóa học làm tăng ứng suất trượt tĩnh để tăng khả giữ lơ lửng hạt mùn khoan chất làm nặng Khi khoan qua vùng đất đá carbonat, có tượng kẹt người ta bơm axit clohydrit (HCl) để hòa tan đất đá carbonat vài vật liệu sét khác, đồng thời làm giảm khả nở lớp sét, chống tượng kẹt Khi khoan có rửa nước lã điều đặc biệt quan trọng, nước lã chất lỏng khơng có cấu trúc Trong trường hợp này, phải đảm bảo lưu lượng tốc độ dòng nước lên khoảng không để đưa hết mùn khoan lên mặt đất 4-83 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Để tránh tượng kẹt ximăng bó lấy dụng cụ khoan, phải xác định thật cẩn thận thời gian ngưng kết hỗn hợp thời gian bơm xuống đáy lỗ khoan Khi bị kẹt, dùng phương pháp bơm axit xuống, đạt kết tốt 4-84 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết CÂU HỎI GEOPET GEOPET 4-85 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Phân tích nguyên nhân cố liên quan tới dung dịch khoan khoan giếng khoan dầu khí Phân loại tượng dung dịch cách phòng chống, khắc phục tượng KẾT THÚC CHƯƠNG Liệt kê trường hợp cố thường gặp liên quan tới dung dịch khoan khoan giếng khoan dầu khí Nêu biện pháp chống sập lở thành lỗ khoan dầu, khí, nước xâm nhập lỗ khoan 4-86 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết ... việc khoan tiến hành bình thường Pv = Ptt 4- 7 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4- 8 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH I MẤT DUNG DỊCH GEOPET Trong q trình dung. .. rãnh dung dịch 4- 3 9 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết GEOPET b Chống dung dịch gel -ximăng Khi gặp tượng dung dịch trung bình dung dịch. .. Triết I MẤT DUNG DỊCH 4- 4 2 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH GEOPET Kết bơm gel -ximăng coi tốt lỗ khoan 1/3 - 1/2 lượng gel -ximăng lượng gel -ximăng vào vỉa 1/2 - 2/3 GEOPET