GIÁO TRÌNH DUNG DỊCH KHOAN - XIMĂNG - CHƯƠNG 2 DUNG DỊCH SÉT docx

NỘI DUNG CHƯƠNG GEOPET I SÉT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG DUNG DỊCH SÉT II DUNG DỊCH SÉT III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT 2-2 I SÉT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG I SÉT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG GEOPET Sét loại đá trầm tích phổ biến vỏ trái đất, có khả tác dụng với nước thành vật thể dẻo giữ ngun trạng thái có sẵn khơ, nung lên có độ cứng cao 1.2 Các tính chất a Tính dẻo Sét khống chất phyllosilicat nhơm ngậm nước, hình thành kết trình phong hóa khống vật fenpat, silicat, cacbonat đất đá macma b Tính chịu nhiệt c Tính hấp phụ d Khả sét tạo thành huyền phù bền vững Tùy theo thành phần vật chất đất đá ban đầu, điều kiện lý hóa (mơi trường axít, kiềm, trung tính), khí hậu mà kết q trình phong hóa tạo thành đất sét có thành phần khống vật tính chất khác Có khoảng 30 loại đất sét “nguyên chất” e Tính trương nở 2-3 GEOPET 1.1 Sự hình thành phân loại 1.1 Sự hình thành phân loại f Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Tính ỳ với hóa học Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 2-4 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I SÉT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG I SÉT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG GEOPET Phân loại Hình thành Theo nguồn gốc hình thành: sét eluvi sét trầm tích • Sét eluvi: tích tụ chỗ sản phẩm phong hóa từ đất đá • Sét trầm tích: dịch chuyển lắng đọng chỗ khác sản phẩm đất đá bị phong hóa Trong loại sét trên, người ta lại chia nhỏ thành sét lục địa sét biển Môi trường axit K2OAl2O3.6SiO2 + CO2 + 2H2O = K2CO3 + 4SiO2 + Al2O3.2SiO2.2H2O Fenspat Kaolinit Mơi trường kiềm Theo thành phần khống vật sét: chia sét thành nhiều loại, nhóm, nhóm có thành phần hóa học mạng tinh thể khác Một dấu hiệu xác định khoáng vật sét tỉ số Al2O3/SiO2 Tỉ số đánh giá khả trương nở phân tán sét gặp nước Tỉ số nhỏ tính ưa nước đất sét mạnh, sét trương nở phân tán mạnh nước K2OAl2O3.6SiO2 + CO2 + H2O = K2CO3 + 2SiO2 + Al2O3.4SiO2.H2O Fenspat Montmorillonit 2-5 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I SÉT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG 2-6 Montmorillonit (M) Hydromica (H) Kaolinit (K) 2-7 Công thức phân tử (Na,Ca)0,3(Al,Mg)2Si4O10(OH)2·n(H2O) Al2O3.3SiO2.2H2O (K,H3O)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10[(OH)2,(H2O)] Al2O3.2SiO2.2H2O Al2Si2O5(OH)4 GEOPET Nhóm Montmorillonit (M) – Cơng thức thực nghiệm: Na0.2Ca0.1Al2Si4O10(OH)2(H2O)10 Tỉ số Al2O3/SiO2 Al2O3.4SiO2.H2O Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I SÉT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG GEOPET Theo tỉ số Al2O3/SiO2, có nhóm sét phổ biến quan trọng là: Nhóm sét GEOPET – Tìm thấy vào kỉ XIX – Gồm Montmorillenit, beidellit, palưgorkit Có màu trắng hồng, đỏ nâu, xanh nhạt Mạng tinh thể có khả mở rộng nên bị thấm nước sét M nở M tạo thành chủ yếu vùng phong hóa bề mặt mơi trường kiềm, phần lớn M tạo thành phân hủy nước tro núi lửa 1/4 1/3 1/2 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 2-8 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I SÉT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG I SÉT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG GEOPET Nhóm Hydromica (H) GEOPET Nhóm Kaolinit (K) – Công thức thực nghiệm: K0.6(H3O)0.4Al1.3Mg0.3Fe2+0.1Si3.5O10(OH)2·(H2O) – Là khoáng vật phổ biến nhất, gồm kaolinit, dikkit, hakrit, naluazit Màu xám sáng, màu vàng, màu xanh da trời Khi có oxit sắt có màu từ hồng đến đỏ – Gồm: Ilit, brammalit, montmoternit – H thường gặp dạng sản phẩm phong hóa tầng khoáng sản kaolin – K tạo thành điều kiện phong hóa bề mặt mơi trường axit – Được dùng nhiều sản xuất giấy, thành phần quan trọng để sản xuất giấy glossy Để điều chế dung dịch sét nhóm M tốt Đất sét chứa nhiều M gọi sét bentonit Sét K khơng gia cơng hóa học khơng tạo thành dung dịch tốt Sét H có tính chất trung gian loại 2-9 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I SÉT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG 2-10 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I SÉT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG GEOPET GEOPET 1.2 Các tính chất Kaolin a Tính dẻo: khả đất sét hợp với nước thành khối bột nhão Dưới tác dụng ngoại lực, khối bột nhão biến dạng khơng bị đứt, nứt Hình dạng giữ nguyên sau ngừng tác dụng lực hay đem phơi khơ nung nóng Kaolinit Phân loại: Sét dẻo cao (rất dẻo) - dẻo trung bình (dẻo) - dẻo vừa phải (khá dẻo) - dẻo thấp (hơi dẻo) - khơng dẻo Tính dẻo phụ thuộc chủ yếu vào thành phần khoáng vật sét, mức độ phân tán chúng, lượng nước có chúng lượng muối hịa tan chứa nước 2-11 Một mỏ kaolin Bulgaria Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Trong kỹ thuật gọi sét béo: tính dẻo mạnh, cát; sét gầy: tính dẻo thấp, nhiều cát 2-12 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I SÉT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG b Tính chịu nhiệt: xác định khả chế tạo sản phẩm chịu nhiệt sử dụng công nghiệp, đặc trưng nhiệt độ nóng chảy – Sét chịu nhiệt: c Khả hấp phụ: khả sét hấp phụ lên bề mặt ion phần tử môi trường xung quanh tonc = 1350 - 1580oC – Sét dễ nóng chảy: GEOPET tonc > 1580oC – Sét khó nóng chảy: I SÉT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG GEOPET tonc < 1350oC Sét M có tính hấp phụ tốt Tính hấp phụ sét ứng dụng làm dầu mỡ công nghiệp thực phẩm, dầu hỏa, làm nước Sét K có độ chịu nhiệt cao M H có độ chịu nhiệt kém, dễ nóng chảy 2-13 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I SÉT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG 2-14 I SÉT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG GEOPET d Khả sét tạo thành huyền phù bền vững Sét M Beidellit dạng tự nhiên có khả tạo thành huyền phù có thừa nước Sét có cấu tạo thành phần khác tính trương nở chúng khác Một yếu tố xác định tính trương nở thành phần khoáng vật sét Sét Na (M) nở mạnh Các loại sét sau có tính nở giảm dần là: Beidellit, Monnoternit, Hydromica, Kaolinit (hầu không nở) Dung dịch sét dùng khoan địa chất yêu cầu có khả giữ hạt chất làm nặng (barit, hematit ) hạt mùn khoan trạng thái lơ lửng Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết GEOPET e Tính trương nở: khả tăng thể tích sét bị thấm nước gọi tính trương nở Trong huyền phù hạt sét riêng biệt bị dính lại với nồng độ sét nước đủ lớn chúng tạo thành mạng lưới liên tục tồn thể tích huyền phù Mạng lưới ngăn cản hạt lớn cát không bị lắng xuống huyền phù 2-15 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Sét Na (M) nở mạnh nhanh Sét Ca (M) trạng thái tự nhiên khơng có tính trương nở 2-16 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I SÉT VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG II DUNG DỊCH SÉT GEOPET f Tính ỳ với hóa học: tính chất sét khơng tham gia vào liên kết hóa học với vài loại axít hay kiềm GEOPET 2.1 Khái niệm dung dịch 2.2 Hệ phân tán Nguyên nhân tượng thành phần hóa học sét 2.3 Dung dịch sét Ứng dụng: K tạo nên độ cứng độ chịu axit cao su làm trắng giấy, B dùng để tạo nhiều bọt công nghiệp xà phòng 2-17 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết II DUNG DỊCH SÉT 2-18 II DUNG DỊCH SÉT GEOPET 2.1 Khái niệm dung dịch: đường kính φ hạt hịa tan 10-4 mm 2-21 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT Bao gồm thông số sau: 2-22 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT GEOPET Ứng suất trượt tĩnh (τ) Độ thải nước (B) Hàm lượng cát (Π) Độ ổn định (C) Độ lắng ngày đêm (O) a Νν Nu n Ββ Beta b Ξξ Xi x Γγ Gamma g Οο Omicron o ∆δ Delta d Ππ Pi p Εε Epsilon e Ρρ Rho r Ζζ Zeta z Σ σ, ς Sigma s V: Thể tích khối dung dịch Ηη Eta e, ē Ττ Tau t m: Khối lượng khối dung dịch Θθ Theta th Υυ Upsilon u, y ρ: Khối lượng riêng dung dịch Iota i Φφ Phi ph g: gia tốc rơi tự Kappa k Χχ Chi ch Λλ Độ nhớt (µ) Alpha Κκ Trọng lượng riêng (γ) Lambda l Ψψ Psi ps m Ωω Omega o Μ µ Mu 2-23 GEOPET 3.1 Trọng lượng riêng (ρ, kg/m3) Αα Ιι GEOPET Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Trọng lượng riêng dung dịch trọng lượng đơn vị thể tích γ= P mg = = ρg V V P: Trọng lượng khối dung dịch Trọng lượng riêng dung dịch sét phụ thuộc vào tỷ lệ tính chất nước sét để pha chế dung dịch, phụ thuộc vào lượng chất phản ứng, chất làm nặng, cát, bọt, khí 2-24 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT GEOPET GEOPET Trọng lượng riêng xác định phù kế & tỷ trọng kế dạng cân Trọng lượng riêng dung dịch có tác dụng tạo nên áp suất thủy tĩnh tác động vào thành lỗ khoan để chống lại tượng sập lở, tượng phun, dầu, khí, nước Khi khoan vào tầng đất đá có áp lực vỉa cao, dung dịch cần có trọng lượng riêng lớn để tạo nên áp lực thủy tĩnh lớn thành lỗ khoan Trong điều kiện khoan bình thường khơng nên tăng trọng lượng riêng dung dịch tác hại sau: làm giảm tốc độ khoan, tăng công suất tiêu hao cho bơm, tăng tổn thất dung dịch vào khe nứt, lỗ hổng Tỉ trọng kế dạng cân Trong điều kiện khoan bình thường: ρ = 1,05 - 1,25 g/cm3 Trong điều kiện khoan phức tạp: ρ = 1,3 - 1,8 g/cm3 2-25 Phù kế Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT 2-26 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT GEOPET Mud balance GEOPET Tỷ trọng số thành phần dung dịch thông thường graduated arm Vật liệu Đơn vị g/cm3 lb/gal lb/ft3 lb/bbl Nước 1,0 8,33 62,4 350 Dầu 0,8 6,66 50 280 Barite 4,3 35,8 268 1500 Sét 2,5 20,8 156 874 Muối 2,2 18,3 137 770 rider lid spirit level knife edge counterweight cup 2-27 base Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 2-28 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết GEOPET GEOPET Công thức quy đổi bản: Ví dụ đổi kg/m3 thành psi/ft: – Kích thước: in = 2,54 cm, ft = 0,3048 m – Thể tích: in3 = 16,39 cm3; m3 = 35,31 ft3 – Khối lượng: kg = 2,205 lbm – Tốc độ: m/s = 196,85 ft/min = 2,237 mph – Áp suất: psi = 6,8948 kPa = 0,068 at = 51,715 mmHg – Công suất: kW = 1,341 hp psi 6,8948 × 103 P 6894,8 N / m = = ft 0,3048m 0,3048m (6894,8/ 9,81)kg = = 2305,89kg / m3 0,3048m3 – Khối lượng riêng: g/cm3 = 62,3 lb/ft3 = 8,33 lb/gal – Nước: ρ = 1000 kg/m3 = 0,434 psi/ft – Dầu: ρ = 900 kg/m3 = 0,39 psi/ft – Khơng khí đk thường: ρ = 1,168 kg/m3 = 5.10-4 psi/ft Biết dầu có khối lượng riêng ρ = 900 kg/m3, tính khối lượng riêng dầu đơn vị psi/ft? 2-29 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT 2-30 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT GEOPET GEOPET Chất lỏng Newton: dung dịch không chứa phần tử lớn kích thước phân tử: nước, dung dịch muối, dầu, glycerine,… Độ nhớt hệ số góc đường đặc tính ổn định (consistency curve) 3.2 Độ nhớt (µ, cp) Lưu biến học: nghiên cứu biến dạng chảy vật chất, bao gồm chất rắn có tính dẻo (chất dẻo, cao su,…) chất lỏng phi Newton (dầu, dung dịch khoan, ximăng, sơn, mực in, thực phẩm, dịch thể người,…) Về tổng quát, tính lưu biến phụ thuộc ứng suất trượt, vận tốc trượt, nhiệt độ áp suất Chất lỏng phi Newton: dung dịch chứa đáng kể phân tử kích thước lớn phân tử, bao gồm: – Chất lỏng Bingham: đặc trưng ứng suất trượt tới hạn (yield-point) - ứng suất tối thiểu để chất lỏng bắt đầu xuất biến dạng Khi ứng suất vượt ứng suất trượt tới hạn, chất lỏng tn theo mơ hình Newton Ví dụ: dung dịch sét có hàm lượng hạt rắn cao Độ nhớt: đặc tính lưu chất, thể khả chống lại dịch chuyển tương đối phần tử lưu chất – Chất lỏng tn theo mơ hình hàm mũ: quan hệ ứng suất trượt tốc độ trượt tuân theo quy luật hàm mũ Dung dịch khoan, tùy theo hàm lượng hạt rắn, thể đặc tính trung gian chất lỏng dẻo Bingham chất lỏng theo mơ hình hàm mũ 2-31 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 2-32 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT Các mơ hình chất lỏng gham o Bin Mơ m hàm hình ũ lý Đối với dung dịch khoan, độ nhớt thực tỉ lệ nghịch với tốc độ trượt Hiện tượng gọi shear thinning (giảm trượt) g tưởn Dd khoan điển hình ton New lỏng t Chấ Ứng suất trượt Ứng suất trượt tới hạn Ứng suất trượt Độ nhớt dẻo Độ nhớt Tốc độ trượt µ3 µ1 µ2 V1 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT V3 Tốc độ trượt Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT GEOPET Độ nhớt dung dịch Tốc độ khoan Khi tăng độ nhớt dung dịch, khoan đất đá nứt nẻ, nhiều lỗ hổng, có áp lực vỉa thấp dung dịch đỡ bị mát Đồng thời, tăng độ nhớt giúp cho việc lấy mẫu đạt tỷ lệ cao, tạo điều kiện tốt để mang mùn khoan lên mặt đất tăng độ ổn định thành giếng khoan đất đá bở rời Trong khoảng không vành xuyến: tiết diện lớn, tốc độ dung dịch thấp độ nhớt cao khả nâng mùn khoan cao Tuy nhiên, độ nhớt tăng, tổn hao công suất bơm tăng, hệ số hút đẩy máy bơm giảm khó loại trừ mùn khoan khỏi dung dịch Tỉ số ứng suất trượt tới hạn (yield point) độ nhớt dẻo (plastic viscosity) đặc trưng tỉ lệ thuận với độ lớn tượng giảm trượt Ngoài ra, dung dịch khoan cịn có tượng thixotropy: độ bền gel dung dịch tăng theo thời gian sau kết thúc dao động Nếu sau giữ trạng thái yên tĩnh, dung dịch khoan bị trượt đều, độ nhớt giảm theo thời gian hệ thống gel bị bẻ gãy Khi đạt tới trạng thái cân bằng, độ nhớt ổn định Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết V2 2-34 GEOPET Trong cần khoan: tiết diện nhỏ, tốc độ dung dịch cao độ nhớt thấp hao tốn cơng suất bơm 2-35 GEOPET Độ nhớt thực: tỉ số ứng suất trượt tốc độ trượt g dẻ t lỏn Chấ 2-33 III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT GEOPET Ở điều kiện khoan bình thường, người ta khơng dùng dung dịch có độ nhớt cao, độ nhớt qui ước dung dịch thay đổi khoảng 20 - 25s 2-36 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT GEOPET GEOPET Khi khoan qua tầng sét, độ nhớt dung dịch sét khơng ngừng tăng dần lên Vì phải xử lý dung dịch hóa chất pha thêm nước lã vào dung dịch sét theo chu kỳ Đo độ nhớt: thực tế thường dùng khái niệm độ nhớt qui ước, Các chất làm giảm độ bền gel dung dịch gốc nước lại gây tác dụng ngược: chúng làm phân tán sét thành mảnh nhỏ Các mảnh tách bề mặt mà tiếp tục tuần hoàn cịn kích thước keo Ví dụ: độ nhớt ổn định nước 20oC 26s xác định nhớt kế Marsh: số chảy loãng dung dịch biểu thị thời gian (đo giây) chảy hết 946 cm3 dung dịch qua phểu có dung tích 1500 cm3 đường kính lỗ phễu 4,75 mm Trong điều kiện khoan bình thường: độ nhớt T = 30 - 35s Trong điều kiện khoan phức tạp: độ nhớt T > 60s việc kiểm soát độ nhớt dung dịch khó khăn tốn khoan qua thành hệ sét keo dung dịch gốc nước Nhớt kế Marsh 2-37 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT 2-38 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT GEOPET GEOPET Độ nhớt thực µ (mPa s hay cp) xác định tỉ số ứng suất trượt (τ) tốc độ trượt (Vt) µ= τ Vt Trong thực tế việc xác định độ nhớt thực khó Độ nhớt biểu kiến dung dịch xác định công thức thực nghiệm sau: µa = 300θ n N Trong đó: θn: số đo nhớt kế Fann, biểu diễn giá trị ngẫu lực dung dịch khoan truyền cho xilanh bên ứng với tốc độ quay xác định nhớt kế Fann, độ Nhớt kế Fann N: tốc độ nhớt kế Fann, vòng/phút 2-39 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 2-40 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT • • 2-41 GEOPET 3.3 Ứng suất trượt tĩnh (τ, mG/cm2) Clay yield (sản lượng sét): số barrel dung dịch khoan có độ nhớt 15 cp sản xuất từ sét Ví dụ: 20 lb/bbl sét bentonit tạo dung dịch có độ nhớt 15 cp Dung dịch chứa 6% khối lượng hạt rắn, sản lượng sét 90 bbl/ton, 2,5% thể tích hạt rắn có tỉ trọng 8,7 ppg III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT GEOPET Là đại lượng đặc trưng cho độ bền cấu trúc (hay tính lưu biến) dung dịch để yên tĩnh sau thời gian xác định Độ bền cấu trúc dung dịch đo lực tối thiểu cần đặt vào đơn vị diện tích 1cm2 vật thể nhúng dung dịch để làm chuyển động Ứng suất trượt tĩnh dung dịch sét phụ thuộc vào sét, nước chất phóng hóa học tạo thành dung dịch Sét có độ phân tán kém, nước cứng ứng suất trượt tĩnh dung dịch nhỏ, cấu trúc có độ bền 15 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT 2-42 III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT GEOPET µp(cp) = θ600 - θ300 • Ứng suất trượt tới hạn τy (lb/100 sqft) = 300 - àp ã nht biu kin GEOPET Dung dịch có ứng suất trượt tĩnh lớn dùng làm nước rửa khoan qua đất đá có áp lực vỉa thấp, nhiều lỗ hổng khe nứt Khi tượng nước rửa bị hạn chế Dung dịch cần làm nặng ban đầu phải có ứng suất trượt tĩnh lớn Những điều giải thích sau: mạng lưới cấu trúc dung dịch bền (ứng suất trượt tĩnh lớn) khả phân tử sét nước tách khỏi khối dung dịch để vào kẽ nứt, lỗ hổng khó khả dung dịch giữ hạt chất làm nặng trạng thái lơ lững tốt Cơng thức tính độ nhớt ứng suất trượt tĩnh đo máy Fann: • Độ nhớt dẻo Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết µa (cp) = 0,5.θ600 với θ300, θ600: số đo tương ứng với số vòng quay 300 600 vòng/phút nhớt kế Fann Dung dịch sét chất lượng bình thường τ = 15-40 mG/cm2 Để pha chế chất làm nặng, dung dịch sét ban đầu phải có τ = 30-50 mG/cm2 Để chống nước, dung dịch phải có: τ = 100 - 120 mG/cm2 2-43 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 2-44 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT GEOPET Trong thực tế, cần thiết kế để ứng suất trượt tĩnh dung dịch vừa đủ để giữ mùn khoan barite trạng thái lơ lửng ngưng tuần hồn GEOPET Tính lưu biến dung dịch khoan quan trọng tính tốn: Tổn thất áp suất dọc đường ống khoảng không vành xuyến Áp suất nâng-thả (swab-surge) khoan − Ngăn cản q trình tách mùn khoan khí khỏi dung dịch Tỉ trọng dung dịch tuần hoàn tương đương (ECD) − Cần phải tăng áp suất để tái tuần hồn dung dịch sau thay chng Mơ hình dịng chảy khoảng khơng vành xuyến − Khi nâng cần khoan, dễ xảy tượng sụt áp cột dung dịch chng, gây tượng xâm nhập cột áp chênh lệch lớn Ước lượng hiệu làm đáy giếng Đánh giá khả nâng hạt rắn − Tương tự, hạ cần khoan, gây vỡ vỉa thất dung dịch Vận tốc vòi phun tổn thất áp suất choòng Vận tốc lắng hạt cắt giếng thẳng đứng Nếu ứng suất trượt tĩnh lớn: 2-45 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT 2-46 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT GEOPET 3.4 Độ thải nước (B, cm3/30’) GEOPET Quá trình hình thành vỏ sét thành giếng khoan Độ thải nước dung dịch sét khả nước lã tách khỏi dung dịch để vào khe nứt lỗ hổng đất đá xung quanh thành lỗ khoan tác dụng áp suất dư ∆P = Ptt - Pv – Các hạt sét mùn khoan có kích thước nhỏ kích thước lỗ rỗng thành hệ bám vào bề mặt lỗ rỗng Độ thải nước API lượng nước tính cm3 từ dung dịch khoan thấm lọc qua giấy lọc có đường kính 75 mm sau khoảng thời gian 30 phút áp suất 100 psi – Các hạt có kích thước nhỏ vận chuyển sâu vào lỗ rỗng – Lớp vỏ sét hình thành từ từ cho phép hạt kích thước ngày nhỏ xâm nhập qua Kèm theo tượng thải nước tạo thành vỏ sét thành lỗ khoan Độ dày vỏ sét thấp tốt, giá trị bình thường: mm – Cuối cùng, lớp vỏ sét cho thấm chất lỏng • Trong điều kiện khoan bình thường B = 10-25 cm3/30' • Phức tạp: B < 10 cm3/30' 2-47 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 2-48 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT GEOPET Dung dịch sét có độ thải nước lớn tạo thành lỗ khoan lớp vỏ sét xốp, dày, làm tiết diện lỗ khoan bị thu hẹp lại → khoan chậm kẹt dụng cụ khoan nâng Sự thải nước vào đất đá xung quanh thành lỗ khoan phá hoại ổn định đất đá liên kết yếu → tượng trương nở sập lở đất đá bịt kín làm lỗ khoan Dung dịch sét có độ thải nước nhỏ tránh cố kể GEOPET Độ thấm vỏ sét – Phụ thuộc kích cỡ hạt dung dịch khoan, dung dịch chứa nhiều hạt kích thước nhỏ (keo) độ thấm thấp – Phụ thuộc tính điện hóa dung dịch – Muối hòa tan dung dịch sét làm tăng độ thấm vỏ sét Để khắc phục, cần bổ sung số chất keo hữu Độ thải nước bề dày vỏ sét tùy thuộc vào mức độ mài mòn bề mặt vỏ sét trình khoan – Các chất làm giảm độ bền gel thường làm giảm độ thấm vỏ sét chúng phân tán sét thành hạt nhỏ • Khi dung dịch khoan ổn định, độ thải nước bề dày vỏ sét tỉ lệ thuận với bậc thời gian • Khi dung dịch khoan vận động, hình thành vỏ sét cân với tốc độ mài mịn vỏ sét có bề dày ổn định độ thải nước ổn định 2-49 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT 2-50 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết GEOPET GEOPET Khi khoan qua vỉa sản phẩm, cần tối thiểu hóa độ thải nước hình thành vỏ sét, do: – Độ thấm vỉa sản phẩm có chứa sét giảm sét trương nở gặp nước nước vận chuyển hạt mịn chỗ vào sâu vỉa – Áp suất vỉa không đủ lớn để đẩy tất nước xâm nhập khỏi vỉa đưa giếng vào khai thác – Các hạt mịn mùn khoan xâm nhập bít nhét kênh dẫn – Tương tác hóa học dung dịch vỉa tạo kết tủa vỉa Cấu tạo thiết bị đo độ thải nước 2-51 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 2-52 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT GEOPET Các loại thiết bị đo độ thải nước GEOPET 3.5 Hàm lượng cát (Π, %) Định nghĩa: Hàm lượng cát phần tử chưa tan thể tích cặn thu để dung dịch pha loãng nước lã theo tỉ lệ 9:1 trạng thái yên tĩnh sau phút, tính % theo thể tích dung dịch Là đại lượng thể phẩm chất đất sét pha chế dung dịch mức độ nhiễm bẩn Dung dịch có hàm lượng cát lớn mức độ làm mòn dụng cụ khoan chi tiết máy bơm lớn; dễ gây kẹt dụng cụ khoan hình thành vỏ sét dày Tiêu chuẩn 2-53 Tạo áp CO2 Giá trị hàm lượng cát dung dịch sét bình thường nhỏ 4% đạt yêu cầu Nhiệt độ cao, áp suất cao Xác định hàm lượng cát bình lắng Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Bộ dụng cụ đo hàm lượng cát 2-54 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT GEOPET GEOPET Quy trình đo hàm lượng cát Đổ dung dịch cần đo vào ống lắng tới mức “Mud to here” Sau thêm nước mức “Water to here” Bịt kín ống lắng lắc mạnh, Đổ dung dịch từ ống lắng qua rây lọc làm ống lắng nước Dung dịch qua rây nước rửa ống lắng thu hồi Hạt rắn lại rây rửa Không dùng lực để ép hạt rắn qua rây Gắn phểu vào phía rây từ từ lật ngược rây Hướng đầu phểu vào ống lắng Dùng tia nước nhỏ để rửa rây Chờ cho cát lắng Ghi lại hàm lượng hạt rắn Wash bottle Funnel Glass Measuring Tube Sieve Lưu ý: dung dịch khoan gốc dầu, dùng dầu diesel thay cho nước Plastic Carrying Case 2-55 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 2-56 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT Tiêu chuẩn API cỡ hạt Kích thước III CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT GEOPET GEOPET 3.6 Độ ổn định (C, g/cm3) Phân loại hạt Hơn 2000 micron Thô 10 2000 – 250 micron Lớn 60 250 – 74 micron Trung bình 200 74 – 44 micron Mịn 325 44 – micron Cực mịn _ – micron Keo Là đại lượng đặc trưng cho khả giữ dung dịch trạng thái keo Có thể hiểu độ ổn định hiệu số tỷ trọng hai phần dung dịch bên cốc, sau để chúng yên tĩnh ngày đêm Cỡ rây _ Giá trị độ ổn định nhỏ chứng tỏ dung dịch giữ vững trạng thái keo (dung dịch ổn định) Dung dịch sét ổn định có khả giữ trạng thái lơ lửng hạt mùn khoan hạt chất làm nặng Dung dịch ổn định dễ dẫn đến cố kẹt dụng cụ khoan Phân loại: • Dung dịch sét bình thường: C ≤ 0,02 (g/cm3) • Sét nặng C ≤ 0,06 (g/cm3) Xác định độ ổn định dụng cụ đo độ ổn định 2-57 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT 2-58 IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET 3.7 Độ lắng ngày đêm (O, %) Là lượng nước thoát bề mặt dung dịch sét sau để yên tĩnh ngày đêm Độ lắng ngày đêm lớn chứng tỏ dung dịch sét không ổn định, mức độ phân tán sét thấp làm nước rửa điều kiện khoan phức tạp Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết GEOPET Hiệu dung dịch khoan liên quan trực tiếp tới trọng lượng riêng, độ nhớt, độ bền gel tính thấm lọc Các tính chất thành phần keo sét có dung dịch định Dung dịch sét bình thường có O = 2-4%, dung dịch sét chất lượng tốt có O nhỏ Xác định độ lắng ngày đêm dung dịch bình chia độ 2-59 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 2-60 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET 4.1 Chọn ngun liệu 4.2 Tính tốn để điều chế dung dịch sét 4.3 Điều chế dung dịch sét GEOPET 4.1 Chọn nguyên liệu Quá trình điều chế dung dịch phân tán đất sét đến phần tử nhỏ nước Chất lượng dung dịch điều chế được, phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng nước đất sét đem dùng để điều chế dung dịch Chọn nước – Nước dùng để điều chế dung dịch phải nước mềm Do nước cứng chứa nhiều muối hịa tan, nên dùng tạo dung dịch có độ nhớt lớn (dung dịch bị ngưng kết) Mặt khác nước cứng sét khơng phân tán hồn tồn kích thước hạt sét lớn Như dùng nước cứng tạo nên dung dịch có chất lượng – Nước đem dùng phải khơng có sức ăn mòn kim loại, nghĩa độ pH phải lớn Độ cứng nước cho ta biết hàm lượng muối Ca2+ Mg2+ chứa chúng – Để biểu thị độ cứng nước tùy nước mà người ta dùng đơn vị khác 2-61 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT 2-62 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET Tính độ cứng nước theo miligam đương lượng Thường nước cứng chứa muối Ca2+ muối Mg2+ Muốn xác định độ cứng nước, phải đổi từ lượng Mg2+ sang Ca2+ cách nhân với 1,4 Tổng lượng CaO MgO (đã đổi theo CaO) chia cho số mg tương ứng với 10 độ cứng, ta độ cứng nước tính theo độ Đức, độ Anh, độ Pháp (Đương lượng: khối lượng tính gam chất phản ứng với 6,022.1023 electron.) Bằng cách biểu thị này, miligam đương lượng tương đương với 20,04 mg Ca2+ hay 12,16 mg Mg2+ Theo Alekin, nước có độ cứng 1,5-3 mg-eq nước mềm Nước có độ cứng 3-6 mg-eq dùng để điều chế dung dịch được, từ 6-9 mg-eq điều chế dung dịch Bảng chuyển đổi từ độ sang miligam đương lượng: Tính độ cứng nước tùy theo độ Theo phương pháp người ta quy định hàm lượng muối ứng với độ cứng theo mà xác định độ cứng nước theo hàm lượng muối chứa chúng Quốc gia Hệ số chuyển đổi Thang đo độ cứng không thống nước Do gọi đơn vị độ cứng thường kèm theo tên nước sử dụng đơn vị độ cứng Đức 0,36663 Anh • Ở Pháp 10… ứng • Ở Mỹ • Ở Anh 0,19982 Mỹ 10 … .ứng với mg CaCO3/l nước 0,28483 Pháp • Ở Liên Xơ, Đức: 10 độ cứng ứng với 10 mg CaO lít nước 2-63 GEOPET 0,01998 10 … .ứng với mg CaCO3/galon nước với 10 mg CaCO3/l nước Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 2-64 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET Tùy theo độ cứng nước tính theo độ trên, người ta chia nước làm nhiều cấp Để điều chế dung dịch, không dùng nước có độ cứng > 120 Đức Nếu nước có độ cứng lớn phải thêm vào nước hóa chất để làm giảm độ cứng Thường người ta dùng trinatriphotsphat (Na3PO4) hay soda (Na2CO3) Ví dụ: tính theo độ Đức: - Nước mềm H0 < - Nước trung bình H0 = 60 – 120 - Nước cứng H0 = 120 – 300 - Nước cứng GEOPET H0 > 300 Đức − Muốn làm giảm độ cứng nước 1mg đương lượng phải dùng 125 – 140g soda hay trinatriphotsphat 1m3 nước − Muốn làm giảm độ cứng nước 10 Đức phải dùng 45 – 50g trinatriphotsphat Chú ý: soda dùng để làm mềm nước nước khơng có muối Bicacbonat Canxi (Ca(HCO3)2) hay BicacbonatManhe (Mg(HCO3)2) Khi dùng nước khoáng hay nước biển để điều chế dung dịch hay khoan qua vỉa muối mỏ, đất đá chứa muối hịa tan, phải cho vào dung dịch chất hóa học đặc biệt 2-65 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT 2-66 IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET GEOPET Đánh giá sơ sét dùng để điều chế dung dịch: Chọn sét – Khi sét có độ ẩm tự nhiên khơng khí thơ có sức chống vỡ lớn vỡ tạo thành mép nhọn Trong đa số trường hợp, khối sét nhỏ dùng ngón tay mà ấn Sét có tác dụng định đến chất lượng dung dịch Để đánh giá chất lượng sét, phải biết thành phần khoáng vật, thành phần độ hạt hàm lượng muối chứa chúng Theo thành phần độ hạt, sét dùng để điều chế dung dịch cần có tỷ lệ sau: − Hạt có kích thước > 0,1mm (cát): > 0.05mm: < 12% − < 0,001mm (sét) > 40 – 50% – Khi cắt dao có mặt phẳng có màu sẩm so với vết vỡ 6% − Nếu sét, hàm lượng cát chiếm tỷ lệ > 6% khơng nên dùng Tùy theo hàm lượng muối sét mà sét sử dụng phạm vi khác Khi điều chế dung dịch sét có nhiều muối, phải dùng kỹ thuật đặc biệt để gia công chúng 2-67 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết – Khi sét trạng thái dẻo, dễ dàng lăn thành dây dài, mảnh (đường kính < 0,1mm) Ngoài dấu hiệu trên, để đánh giá chất lượng sét, người ta dùng phương pháp nhúng ướt Phương pháp dựa nguyên tắc: bột sét khơ có thành phần khống vật khác hút lượng nước hay chất điện phân xác định (1cm3 chẳng hạn) khoảng thời gian khác 2-68 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET GEOPET Trong thực tế, người ta thường tính gần thể tích dung dịch lỗ khoan cách nhân thêm hệ số mở rộng thành lỗ khoan K Hệ số thay đổi tùy theo tính chất đất đá: đất đá cứng, thành lỗ khoan bị phá rộng hệ số K nhỏ ngược lại đất đá mềm, bở rời K lớn Trường hợp phức tạp K = – 2.5 4.2 Tính tốn để điều chế dung dịch sét Xác định lượng dung dịch cần điều chế để rửa lỗ khoan Lượng dung dịch cần thiết để đảm bảo tuần hoàn lỗ khoan tính tổng lượng dung dịch lỗ khoan (khơng kể thể tích dụng cụ khoan) lượng dung dịch hệ thống máng, bể chứa Khi nâng dụng cụ khoan khỏi lỗ khoan lượng dung dịch cần thiết để đảm bảo tuần hoàn dung dịch trình khoan tổng thể tích lỗ khoan (đã kể đến mở rộng thành lỗ khoan) thể tích bể chứa Việc xác định thể tích dung dịch hệ thống máng bể chứa dựa theo kích thước cụ thể chúng Xác định thể tích lỗ khoan khó khăn đường kính thực tế lỗ khoan đường kính chng khơng giống nhau, muốn tính xác phải có dụng cụ đo đường kính lỗ khoan 2-69 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT V = Vlk + Vbc + Vml GEOPET Xác định lượng sét để điều chế dung dịch Khi điều chế đơn vị thể tích dung dịch sét, ta có biểu thức: ρ d = vs ρ s + (1 − vs ).ρ n π đó: ρd – khối lượng riêng dung dịch sét, g/cm3 ρs – khối lượng riêng sét, thay đổi 2,5 – 2,9 g/cm3 ρn – khối lượng riêng nước, thay đổi 1,0 – 1,03 g/cm3 vs – thể tích sét cần để điều chế đơn vị thể tích dung dịch n Vlk = K ∑ Di2 li i =1 đó: K – hệ số mở rộng thành lỗ khoan Di - đường kính đoạn lỗ khoan li - chiều dài đoạn lỗ khoan tương ứng với đường kính Di 2-71 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET Lượng dung dịch cần q trình tuần hồn đó: Vlk – thể tích lỗ khoan Vbc – thể tích bể chứa Vml – thể tích máng lắng 2-70 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Từ biểu thức suy ra: vs = 2-72 ρd − ρn ρ s − ρn Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT Do khối lượng sét cần thiết để điều chế đơn vị thể tích dung dịch là: ps = vs ρ s = ρ s IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET ρd − ρn ρs − ρn GEOPET Lượng sét cần thiết để điều chế toàn dung dịch sét Ps = β ps V đó: β - hệ số tổn thất dung dịch, β = 1,03 Nếu kể đến độ ẩm sét, thì: Trong cơng thức trên, ta tính lượng sét dạng khối chặt xít Trong thực tế, sét đập nhỏ thành khối nhỏ nghiền thành bột Do khối lượng riêng chúng nhỏ ρs ( ρd − ρn ) ps = ρ s − ρ n (1 − n + n.ρ s ) Khi tính tốn lượng sét, dùng đơn vị thể tích dễ dàng đơn vị khối lượng nên người ta thường tính đổi lượng sét cần để điều chế dung dịch thể tích đó: n – độ ẩm sét, % 2-73 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT 2-74 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET Khối lượng riêng sét bị đập nhỏ thành khối nhỏ bột: 1,6 - 2,1 T/m3, trung bình: 1,9 T/m3 GEOPET Xác định lượng nước để điều chế dung dịch Khi điều chế đơn vị thể tích dung dịch sét ta có biểu thức: ρ d = ρ n + (1 − ).ρ s Do thể tích sét cần thiết để điều chế dung dịch tính theo cơng thức: Vs = Ps 1,9 đó: – thể tích nước cần để điều chế đơn vị thể tích dung dịch ρs − ρd ρs − ρn Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết = Hoặc: 2-75 Suy ra: = − 2-76 ps ρs Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET GEOPET 4.3 Điều chế dung dịch sét Thể tích nước cần thiết để điều chế tồn dung dịch: Vn = β V Muốn điều chế dung dịch sét, người ta dùng máy làm phân tán khối bột sét, chất làm nặng chất hóa học nước Hiện nay, người ta dùng nhiều loại máy trộn khác nhau, chia làm hai nhóm: máy trộn học máy trộn thủy lực Bằng cơng thức tính tốn qua thực tế kinh nghiệm, người ta lập bảng tính sẵn để xác định lượng nước, lượng sét cần thiết để điều chế dung dịch có khối lượng riêng khác Các máy trộn học Dùng để điều chế sét cục Các máy trộn học có nhiều loại tùy theo cấu tạo dung tích máy Hiện thường dùng máy trộn trục đứng, hai trục ngang, máy cắt nhỏ đất sét 2-77 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT 2-78 IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET Cấu tạo máy trộn học GEOPET Trên trục người ta hàn thêm cánh hợp với góc 900 Đầu cuối cánh cách mép thùng trộn 35 – 40 mm Để tăng mức độ phân tán sét cánh với nhau, người ta nối dây xích kim loại Vỏ kim loại hình trụ ovan đặt thẳng đứng hay nằm ngang tùy thuộc bố trí trục Trục quay nhờ có bánh nặng lắp đầu trục nhơ ngồi ăn khớp với bánh khác lắp đồng trục với puli dẫn động Puli quay nhờ động điện (hay động đốt trong) qua hệ thống đai truyền Máy trộn có dung tích nhỏ (0,75 m3) có trục; máy có dung tích lớn (5m3) có hai trục Trên vỏ máy trộn, có “cửa sổ” để đổ sét vào Để giữ lại khối sét lớn, cửa người làm chắn song sắt nhỏ đặt song song Nước để trộn dung dịch dẫn ống qua cửa vào máy trộn Máy trộn sét học 2-79 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 2-80 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET Khi điều chế dung dịch, người ta đổ nước vào tới ngang trục máy Cho trục quay, đồng thời đổ sét bột hay sét cục qua “cửa sổ” phía máy Sét trước đem điều chế phơi khơ, đập nhỏ tốt, vào nước chúng phân tán nhanh háo nước mạnh Cần ý phải đổ sét từ từ, không nên đổ nhiều lúc Không đổ hết sét cho nước vào làm cong cánh quạt máy hay làm “chết máy” Các máy trộn thủy lực Dùng để điều chế sét bột Sét bị phân tán lực đập dòng nước hay dung dịch Cấu tạo máy trộn thủy lực – Phểu (1), phễu có đặt van để điều chỉnh lượng sét bột rơi xuống ống nối Dưới tác động cánh quạt nước máy trộn, sét bị phân tán tạo thành khối bột nhão Sau người ta tiếp tục đổ hết lượng nước tính tốn vào – Ống nối hai đầu (2) Qua 30 – 40 phút, lấy mẫu dung dịch máy trộn để đo độ nhớt Cho máy trộn tiếp tục quay đo độ nhớt dung dịch nhiều lần, tới độ nhớt dung dịch khơng đổi coi dung dịch điều chế xong 2-81 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT – Ống dẫn (3) – Thùng chứa (4) – Tấm chắn (5) 2-82 GEOPET Việc đảm bảo dung dịch cho lỗ khoan thực hai cách: điều chế dung dịch chỗ điều chế dung dịch trạm vận chuyển lên lỗ khoan Điều chế dung dịch lỗ khoan thiết bị điều chế riêng tiến hành khoan lỗ khoan riêng biệt, hay việc cung cấp dung dịch từ trạm điều chế lên tới lỗ khoan gặp nhiều khó khăn Điều chế dung dịch trạm tiến hành khoan nhiều lỗ khoan lúc, lỗ khoan tương đối gần cách cung cấp dung dịch đến lỗ khoan tương đối dễ dàng Điều chế dung dịch phương pháp có ưu điểm khơng phải dùng động riêng để chạy máy Dòng nước rửa bơm vào máy bơm trường lỗ khoan nên tương đối đơn giản Tùy theo thời gian thực lỗ khoan nhanh hay lâu mà người ta lập trạm điều chế di động hay cố định Năng suất loại máy 20 – 40 m3/h Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Cung cấp dung dịch cho lỗ khoan Tấm chắn (5) chịu va đập nhiều, nên dày 25 – 30 mm bị mòn Để thay dễ dàng, người ta gắn chúng vào thùng đinh vít 2-83 Máy trộn sét thủy lực IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET Dòng dung dịch hay nước bơm vào với áp lực lớn (25 – 30 atm), qua ống dẫn với tốc độ 65 – 80 m/s, gặp bột sét rơi xuống mang theo chúng đập vào chắn (5) Do ống dẫn hàn theo hướng tiếp tuyến với thùng chứa nên vào thùng dòng nước có sét bột chuyển động theo đường xoắn ốc từ lên Phía thùng có ống dẫn dung dịch ngồi GEOPET 2-84 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV ĐIỀU CHẾ DUNG DỊCH SÉT GEOPET GEOPET Việc điều chế dung dịch trạm điều chế so với việc điều chế dung dịch lỗ khoan có số ưu điểm sau: Tổ khoan khơng phải điều chế dung dịch KẾT THÚC CHƯƠNG Chất lượng dung dịch đảm bảo có tính tốn kiểm tra Thời gian điều chế dung dịch trạm giảm tổ chức điều chế hợp lý Trong trạm luôn có dung dịch dự trữ, kịp thời cung cấp cho lỗ khoan gặp điều kiện phức tạp Tại trạm sử dụng lại dung dịch dùng lỗ khoan, lấy lại chất làm nặng chất hóa học gia cơng, tiết kiệm kinh tế Từ trạm điều chế, dung dịch bơm lên máy bơm có công suất lớn, qua ống dẫn tới lỗ khoan Nếu không dùng ống dẫn, điều kiện giao thông cho phép, dùng tơ vận chuyển dung dịch (nếu đất liền) tàu (nếu biển) 2-85 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết CÂU HỎI Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết BÀI TẬP VÍ DỤ GEOPET Cơ sở phân loại sét tính chất sét? Dung dịch gì? Hệ phân tán gì? Đặc điểm dung dịch sét? Trình bày thơng số dung dịch sét: định nghĩa, đơn vị, phương pháp đo thiết bị đo Trình bày tượng giảm trượt Phân tích mối quan hệ độ nhớt, ứng suất trượt tĩnh dung dịch với thông số chế độ khoan Các loại máy trộn dung dịch hình thức cung cấp dung dịch cho lỗ khoan? 2-87 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Xác định khối lượng riêng dung dịch khoan gốc nước (tính g/cm3) có bổ sung 30 lbm/bbl sét 120 lbm/bbl barit Biết tỷ trọng sét 2,5 tỷ trọng barit 4,3 (đổi đơn vị: g/cm3 = 8,33 lbm/gal = 350 lbm/bbl) Tiêu chuẩn lựa chọn nước sét để điều chế dung dịch gì? Tính tốn sơ lượng nước sét để điều chế GEOPET 2-88 Có 1000 bbl dung dịch khoan khối lượng riêng 16 lbm/gal hàm lượng hạt rắn 0,06% Cần tăng khối lượng riêng dung dịch lên 17 lbm/gal giảm hàm lượng hạt rắn xuống 0,035% cách bổ sung barit (ρba = 1470 lbm/bbl) pha loãng với nước (ρn = 350 lbm/bbl) Thể tích dung dịch cuối cần 1200 bbl Xác định lượng dung dịch ban đầu cần bỏ lượng nước, barit cần thêm vào Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết GIẢI GEOPET GEOPET Thể tích hạt rắn lấy đi: Vr = 1000.0,06% – 1200.0,035% = 0,6 – 0,42 = 0,18 (bbl) Thể tích dung dịch cần bỏ: Vb = Vr /0,06% = 0,18/0,06% = 300 (bbl) Khối lượng riêng sét: ρsét = 2,5 x 350 = 875 lbm/bbl Khối lượng riêng barite: ρbarit = 4,3 x 350 = 1505 lbm/bbl Tổng thể tích ứng với bbl nước: vt = vnước + vsét + vbarit = + (30/875) + (120/1505) = 1,114 bbl Khối lượng riêng dung dịch tạo thành: ρdd = mt/vt = (350 + 30 + 120)/1,114 = 448,83 (lbm/bbl) = 10,7 (lbm/gal) = 1,28 (g/cm3) Cân thể tích: V2 = V1 + Vw + Vba = V1 + Vw + mba/ρba (1) Cân khối lượng: V2ρ2 = V1ρ1 + Vwρw + mba (2) mba tính theo (1), thay vào (2), suy ra: V2ρ2 = V1ρ1 + Vwρw + (V2 – V1 – Vw)ρba Vw = [(ρba - ρ2)V2 – (ρba - ρ1)V1]/(ρba - ρw) Thể tích nước thêm vào: Vw = [(1470 – 17.41,95).1200 – (1470 – 16.41,95).700]/(1470 – 350) = 311,7 (bbl) Từ (1), khối lượng barit thêm vào: mba = (V2 – V1 – Vw)ρba = (1200 – 700 – 311,7).1470 = 276.801 (lbm) 2-89 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 2-90 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết ... mG/cm2 Để pha chế chất làm nặng, dung dịch sét ban đầu phải có τ = 3 0-5 0 mG/cm2 Để chống nước, dung dịch phải có: τ = 100 - 120 mG/cm2 2- 4 3 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 2- 4 4 Dung dịch. .. dung dịch khó khăn tốn khoan qua thành hệ sét keo dung dịch gốc nước Nhớt kế Marsh 2- 3 7 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT 2- 3 8 Dung dịch khoan. .. (Na,Ca)0,3(Al,Mg)2Si4O10(OH )2? ?n(H2O) Al2O3.3SiO2.2H2O (K,H3O)(Al,Mg,Fe )2( Si,Al)4O10[(OH )2, (H2O)] Al2O3.2SiO2.2H2O Al2Si2O5(OH)4 GEOPET Nhóm Montmorillonit (M) – Công thức thực nghiệm: Na0.2Ca0.1Al2Si4O10(OH )2( H2O)10