vấn đề mất dung dịch khoan trong công tác khoan dầu khí

Trước yêu cầu bức thiết đó, bài báo cáo chuyên đề “Vấn đề mất dung dịch khoan trong công tác khoan dầu khí” đưa ra cái nhìn tổng quát về dung dịch khoan, nguyên nhân gây ra hiện tượng mấ

Trang 1

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM

HỌC PHẦN: NHẬP MÔN DẦU KHÍ

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

VẤN ĐỀ MẤT DUNG DỊCH KHOAN TRONG CÔNG TÁC KHOAN DẦU KHÍ

Khóa 1

1 Nguyễn Quang Khải

2 Nguyễn Xuân Tân Bình PGS.TS Lê Phước Hảo

3 Phạm Quốc Đô Th.S Nguyễn Minh Tâm

4 Nguyễn Thành Tài

5 Lâm Khánh Tuấn

6 Vũ Xuân Văn

Vũng Tàu, tháng 5 năm 2013

Khóa 1

Trang 2

Báo cáo chuyên đề: Vấn đề mất dung dịch khoan trong công tác khoan Dầu khí

MỤC LỤC

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

-I Dung dịch khoan 2

-2 Phân loại 2

-3 Chức năng của dung dịch khoan 3

-4 Hệ thống tuần hoàn dung dịch 4

-II Hiện tượng mất dung dịch khoan 5

-1 Mở đầu 5

-2 Nguyên nhân gây mất dung dịch khoan 5

-2.1 Nguyên nhân địa chất 5

-2.2 Nguyên nhân về quy trình kỹ thuật 7

-3 Phân loại mức độ mất dung dịch 7

-3.1 Tiêu chí phân loại 7

3.2 Phân loại 8

-4 Tác hại của hiện tượng mất dung dịch khoan 9

-4.1 Tốn kém chi phí khắc phục 9

-4.2 Ngưng trệ quá trình khoan 9

-4.3 Các rủi ro kèm theo 9

-4.4 Ô nhiễm môi trường 9

-5 Biện pháp khắc phục hiện tượng mất dung dịch 10

-5.1 Chống mất dung dịch bằng dung dịch sét 10

-5.2 Chống mất dung dịch bằng gel ximăng 10

-5.3 Chống mất dung dịch bằng hỗn hợp đông nhanh 11

KẾT LUẬN 12

-Tài liệu tham khảo

Trang 3

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong công tác khoan dầu khí, mất dung dịch khoan là một sự cố trầm trọng và tốn kém chi phí rất lớn để khắc phục Do đó, nắm bắt được những vấn đề cơ bản về hiện tượng mất dung dịch khoan là hết sức quan trọng đối với những ai đã, đang và s ẽ làm việc trong ngành dầu khí,

đặc biệt là những kĩ sư khoan-khai thác trong tương lai

Trước yêu cầu bức thiết đó, bài báo cáo chuyên đề “Vấn đề mất dung dịch khoan trong

công tác khoan dầu khí” đưa ra cái nhìn tổng quát về dung dịch khoan, nguyên nhân gây ra hiện

tượng mất dung dịch khoan và một số cách khắc phục chính

Trong giới hạn được phép, chúng tôi không đề cập các phương trình phức tạp mang tính chuyên môn và một số thuật ngữ chuyên ngành Quý độc giả quan tâm có thể tìm hiểu thêm trong các tài liệu tham khảo mà chúng tôi đưa ra ở cuối bài báo cáo này

Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng bài báo cáo khó tránh khỏi những sai sót, vì vậy chúng tôi rất mong ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn để hoàn thiện và phát triển chuyên đề

Nhóm 8-khóa 1

Trang 4

-I Dung dịch khoan

1 Khái niệm

Dung dịch khoan là chất lưu được sử

dụng để khoan các hố khoan trong lòng đất

Các dung dịch này thường được sử dụng

trong khi khoan các giếng dầu và khí thiên

nhiên và trên các giàn khoan thăm dò, khai

thác

Hình 1 Dung dịch khoan

2 Phân loại

Trong công tác khoan, do tính đa dạng và phức tạp của điều kiện địa chất-kỹ thuật buộc

phải sử dụng nhiều loại dung dịch khoan nhằm giải quyết các yêu cầu công nghệ khác nhau

Thông thường dung dịch khoan được phân loại theo bản chất của chất lỏng Người ta phân biệt:

 Dung dịch khoan gốc nước

 Dung dịch khoan gốc dầu

 Dung dịch nhũ tương

Ngoài ra người ta có thể dùng khí, bọt hoặc dung dịch bọt khí

Các sản phẩm chính để điều chế dung dịch khoan bao gồm:

 Nước (ngọt, lợ, mặn) hoặc dầu

 Sét bentonit, polymer

 Các chất phụ gia:

 Chất giảm độ nước thải

 Chất làm nặng (Barit BaSO4, = 4,3; oxyt sắt ba Fe2O3;4,9 < < 5,3)

 Chất chống mất dung dịch (dạng hạt, dạng sợi, dạng lá mỏng …)

 Chất ức chế ăn mòn

 Chất diệt khuẩn …

1 Khái niệm

thác

2 Phân loại

1 Khái niệm

thác

2 Phân loại

Trang 5

3 Chức năng của dung dịch khoan

Trong phương pháp khoan xoay, dung dịch khoan là một thông số chế độ khoan, tham

gia trực tiếp quá trình phá hủy đất đá ở đáy giếng, ảnh hưởng đến tốc độ khoan, khả năng rửa sạch đáy giếng và độ ổn định của thành giếng Dung dịch khoan thực hiện các chức năng chủ yếu sau:

1) Ổn định thành giếng khoan

Nhờ tạo cột áp suất thủy tĩnh cân bằng với áp suất vỉa, khống chế sự xâm nhập của các chất lỏng từ giếng vào vỉa và ngược lại, ngăn ngừa hiện tượng phun trào tự do

2) Kiểm soát áp suất địa tầng

3) Truyền tải năng lượng thủy lực tới động cơ đáy

Đối với một số trường hợp khoan giếng định hướng có góc nghiêng lớn và

khoan ngang, người ta sử dụng động cơ đáy (tuabin hoặc động cơ thể tích) Động

cơ này làm việc nhờ năng lượng của dòng dung dịch tuần hoàn trong giếng

Sự thấm lọc của pha lỏng dung dịch khoan vào các thành hệ thấm để lại một lớp vỏ sét trên thành giếng khoan Lớp vỏ sét này bám trên thành giếng khoan, cách ly các tầng đất đá thấm với giếng khoan và tăng độ ổn định của thành giếng 4) Rửa lỗ khoan, vận chuyển mùn khoan lên bề mặt

5) Làm mát và bôi trơn bộ khoan cụ

Dụng cụ khoan bị nóng lên bởi nhiệt độ ở đáy (địa nhiệt) và ma sát cơ học chuyển thành nhiệt Việc tuần hoàn dung dịch đóng vai trò trao đ ổi nhiệt , làm mát bộ khoan cụ và làm giảm ma sát giữa bộ khoan cụ và thành giếng khoan

Người ta có thể cải thiện chức năng này bằng cách cho thêm các chất bôi trơn như

dầu hoặc các chất phụ gia khác

6) Giữ mùn khoan ở trạng thái lơ lửng khi ngừng tuần hoàn

Muốn tiếp cần khoan, cần ngừng tuần hoàn dung dịch Trong thời gian này,

mùn khoan được nâng lên trong khoảng không vành xuyến không còn chịu tác động của dòng dung dịch nữa nên bị lắng chìm Chính tính lưu biến của dung dịch

giữ mùn khoan ở trạng thái lơ lửng nhờ sự gen hóa khi ngừng tuần hoàn Thực tế, tất cả các dung dịch nhớt đều có tính lưu biến

7) Truyền thông tin địa chất lên bề mặt

Dung dịch khoan tuần hoàn trong giếng mang mùn khoan, chất lỏng hoặc khí của các tầng khoan qua, các tín hiệu đo các tính chất của đất đá và chất lưu lên bề mặt Sự thay đổi các tính chất hóa lý của dung dịch (nhiệt độ, độ ph, độ khoáng

hóa …) buộc các nhà địa chất và thợ khoan hiệu chỉnh các thông số chế độ khoan

tại hiện trường

8) Khống chế sự ăn mòn của các thiết bị kim loại

Trang 6

-4 Hệ thống tuần hoàn dung dịch

Hình 2 Sơ đồ bố trí các thiết bị trong hệ thống tuần hoàn dung dịch

Máy bơm (mud pump) hút dung dịch từ các bể chứa dung dịch và đẩy chúng theo đường ống cao áp đến ống đứng (standpipe) Ống đứng là một ống bằng thép lắp thẳng đứng trên một

chân của tháp khoan Dung dịch chảy qua ống đứng vào tuyô cao áp (rotary hose) đến đầu xoay thủy lực

Dung dịch tiếp tục chảy vào cần chủ đạo (kelly), cần khoan (drill pipe), cần nặng rồi thoát

ra các vòi phun thủy lực ở choòng khoan (drill bit) Sau đó dung dịch đi ngược lên bề mặt theo khoảng không vành xuyến (annulus) giữa thành giếng và bộ khoan cụ Cuối cùng dung dịch rời khỏi giếng theo đường hồi dung dịch (mud return line) và chảy vào bể chứa dung dịch sau khi dẫn qua các thiết bị xử lí như sàn rung (shale shaker), thiết bị tách cát, thiết bị lắng bùn, thiết bị tách khí Dung dịch hồi vào các bể chứa dung dịch và được gia công lại rồi bơm tiếp tục vào giếng

Trang 7

II Hiện tượng mất dung dịch khoan

1 Mở đầu

Trong quá trình khoan có tuần hoàn dung dịch, cột dung dịch trong lỗ khoan tạo nên áp suất thủy tĩnh Áp suất này hướng vào các lớp đất đá trên thành lỗ khoan Bản thân các lớp đất

đá khoan qua hay vỉa dầu và khí lại có áp suất vỉa tương ứng Như vậy, trong lỗ khoan và vỉa tồn

tại hai loại áp suất và tùy theo sự chênh lệch giữa chúng mà điều kiện có thể bình thường hoặc phức tạp

Nếu áp suất thủy tĩnh và áp su ất vỉa không cân bằng sẽ gây nhiều khó khăn cho công tác

khoan Có hai trường hợp:

 Áp suất thủy tĩnh > áp suất vỉa: dung dịch khoan sẽ đi vào vỉa theo các khe nứt

và hang hốc của đất đá gây ra hiện tượng mất dung dịch

 Áp suất thủy tĩnh < áp suất vỉa: các lớp đất đá liên kết yếu do áp suất vỉa lớn sẽ

sập xuống dưới đáy lỗ khoan Dầu, khí hay nước sẽ xâm nhập vào lỗ khoan làm

thay đổi tính chất dung dịch, có khi đẩy dung dịch ra khỏi lỗ khoan và phun lên

bề mặt

2 Nguyên nhân gây mất dung dịch khoan

Bao gồm nguyên nhân địa chất và nguyên nhân về quy trình kỹ thuật

Tùy từng trường hợp mà nguyên nhân của hiện tượng mất dung dịch khoan có thể khác

nhau nhưng nói chung, hiện tượng mất dung dịch khoan xảy ra khi áp suất thủy tĩnh vư ợt quá áp suất vỉa

2.1 Nguyên nhân địa chất

Là yếu tố chính gây ra hiện tượng mất dung dịch khoan

Các lớp đất đá thường có các khe nứt , lỗ hổng hay kênh rãnh có cấu tạo và kích thước khác nhau Mức độ mất dung dịch sẽ phụ thuộc vào các tính chất cơ học của chúng:

 Đất đá có lỗ hổng càng nhiều, độ rỗng lớn hoặc các tầng có độ thẩm lớn hay

bị khai thác nhiều thì mức độ mất dung dịch càng tăng

 Đất đá cứng ít lỗ hổng hơn đất đá mềm, bở rời Vì vậy, khi khoan qua các lớp đất đá macma, hiện tượng mất dung dịch khoan ít xảy ra hơn so với khi khoan

qua các lớp trầm tích

Bảng 1 Độ rỗng của một số loại đất đá

Đá vôi, đá hoa, dolomite 0.53 – 13.96

Trang 8

-Biết được lỗ hổng ở lỗ khoan người ta có thể xác định được mức độ mất dung dịch và

trên cơ sở đó đề ra những biện pháp khắc phục phù hợp

Có bốn loại thành hệ dễ dẫn tới hiện tượng mất dung dịch khoan:

1) Thành hệ có khe nứt tự nhiên

Trong một số trường hợp, các khe nứt tự nhiên không có tính thấm ở điều kiện thường Tuy nhiên, khi áp suất đạt giới han các khe nứt sẽ mở và gây hiện tượng mất dung dịch Khi khe nứt đã mở, dung dịch đi vào khe nứt với lưu lượng lớn sẽ làm rộng thêm khe nứt Măc dù sau đó

áp suất giảm, khe nứt có thể không đóng lại hoàn toàn và tiếp tục gây mất dung dịch

Hình 3 Thành hệ có khe nứt tự nhiên

Khắc phục:

 Duy trì tỷ trọng dung dịch ở mức tối thiểu

 Trong một vài trường hợp, dùng chất phụ gia tăng độ nhớt hoặc nước có thể

làm giảm thiểu hiện tượng mất dung dịch

2) Thành hệ dễ tạo khe nứt

Nguyên nhân mất dung dịch ở loại thành hệ này chủ yếu do gia tăng áp suất đột ngột ở

đáy giếng Các mảnh cắt tích tụ hoặc sét trương nở có thể bịt kín hoặc thu hẹp khoảng không

vành xuyến, gây gia áp tại đáy giếng

Khắc phục:

 Kiểm soát thao tác khoan chặt chẽ để tránh gia áp khi nâng hạ bộ khoan cụ

 Khi phát hiện mất dung dịch phải ngừng khoan và chờ (6-12 giờ)

 Sau đó tiến hành khoan lại cẩn thận

Trong nhiều trường hợp, thành hệ dễ tạo khe nứt khi đã “no” dung dịch sẽ trở nên vững chắc hơn, có thể dùng dung dịch có tỷ trọng lớn mà không bị mất dung dịch nữa

3) Thành hệ có hang động karstơ và khe nứt mở

Hang động karstơ hình thành do sự hòa tan của đá vôi, đá phấn, thạch cao, dolomite, đá hoa, … dưới tác dụng của nước Đôi khi hang karstơ có kích thước rất lớn chứa nước, các vạt

liệu xốp hoặc rỗng hoàn toàn

Hang karstơ có thể dự đoán trước nhờ tài liệu địa chất khu vực

Khi khoan vào hang karstơ , mất dung dịch xảy ra đột ngột và có thể kèm theo hiện tượng

“sụt” cần khoan, sụt lở và phun trào lên bề mặt

Khắc phục:

 Ngừng bơm dung dịch khỏi vành xuyến, bổ sung liên tục lưu lượng nhỏ dung

dịch vào vành xuyến-chế độ khoan không tuần hoàn dung dịch (khoan mù)

 Bơm nước vào cần khoan để làm mát chòong và đẩy hạt cắt vào lỗ hổng

 Khi khoan tới đá cứng, tiến hành chống ống và trám xi măng chân đế, sau đó trám xi măng bên trên vùng mất dung dịch

Trang 9

4) Thành hệ gần bề mặt, chứa nhiều hạt thô và có độ thấm cao.

Thành hệ này thường có dị thường áp

suất, độ thấm thay đổi đáng kể Theo kinh

nghiệm, để dung dịch đi qua thì độ mở của

thành hệ phải lớn hơn ba lần đường kính hạt

lớn nhất chiếm đa số trong dung dịch

Hình 4 Thành hệ chứa chứa

nhiều hạt thô và độ thấm cao

Khắc phục:

 Giảm tỷ trọng dung dịch đến mức tối thiểu, có thể dùng dầu

 Dùng lưới rây cỡ nhỏ để giảm lượng hạt rắn kích thước lớn trong dung dịch

 Nếu tỷ trọng của dung dịch không thể giảm được nữa mà hiện tượng mất dung

dịch vẫn tiếp tục thì có thể tăng độ nhớt của dung dịch bằng vôi hoặc xi măng

2.2 Nguyên nhân về quy trình kỹ thuật

Các nguyên nhân về quy trình kỹ thuật là tất cả các hiện tượng có thể dẫn đến sự gia tăng

áp lực đối với các lớp đất đá khoan qua Khác với nguyên nhân địa chất, nguyên nhân về quy trình kỹ thuật có thể tránh được bằng cách quan sát, kiểm tra chế độ kỹ thuật khoan

2.2.1 Khối lượng và chất lượng dung dịch không hợp lý.

Lượng dung dịch quá ít sẽ không đưa hết được mùn khoan lên mặt đất, tỷ trọng dung

dịch tăng lên do lẫn nhiều mùn khoan, làm tăng áp suất thủy tĩnh tĩnh, nghĩa là càng tăng khả

năng mất dung dịch

Chất lượng dung dịch không thích hợp sẽ làm tăng khả năng mất dung dich Các thông số của dung dịch như tỷ trọng, độ nhớt, ứng suất trượt tĩnh nếu không phù hợp sẽ làm tăng áp suất thủy tĩnh và gây mất dung dịch

2.2.2 Chế độ khoan không hợp lý

Nếu tăng tốc độ quay của dụng cụ phá đá thì mùn khoan sẽ càng nhiều, đồng thời chúng phải được đưa lên mặt đất nhanh hơn Do đó, phải tăng lưu lượng dung dich bằng cách tăng công suất của máy bơm Áp lực gia tăng từ máy bơm sẽ truyền xuống lỗ khoan tạo nhên áp suất dư gây mất dung dịch

2.2.3 Sai sót trong nâng thả bộ khoan cụ

Hạ bộ khoan cụ quá nhanh sẽ gây ra gia áp tại đáy giếng Cột dung dịch trong lỗ khoan dâng lên cũng làm tăng áp suất thủy tĩnh gây mất dung dịch

Nâng bộ khoan cụ lên đột ngột gây sụt áp tại đáy giếng Chênh lệch áp suất cục bộ gây sụt lở, tạo điều kiện cho hiện tượng mất dung dịch

3 Phân loại mức độ mất dung dịch

Trang 10

- Căn cứ vào lượng dung dịch tràn ra miệng lỗ khoan

 Đo mực dung dịch trong lỗ khoan

 Tính toán hệ số mất dung dịch

Một phương pháp phổ biến để đo mực dung dịch trong lỗ khoan là dùng dụng cụ đo bằng

điện, có độ chính xác khoảng 5cm Theo phương pháp này, sự thay đổi mực nước được báo hiệu

bằng bóng điện hay volt kế Thả dụng cụ đo xuống lỗ khoan, khi dụng cụ tiếp xúc với dung dịch

qua “cửa sổ” thì mạch điện xem như được khép kín, bóng điện sẽ sáng lên hay kim volt kế sẽ

chuyển động

Nhìn trên bảng ghi của dụng cụ, ta xác định được mực dung dịch trong lỗ khoan

Hình 5 Sơ đồ và dụng cụ xác định mực dung dịch trong lỗ khoan

3.2 Phân loại

Trên cơ sở thí nghiệm các vùng mất dung dịch trong lỗ khoan thăm dò , người ta chia mức

độ mất dung dịch thành bốn nhóm:

Mức

độ

Mất dung dịch từng phần

Mất dung dịch mạnh

Mất dung dịch hoàn

toàn

Mất dung dịch tai nạn Tốc

độ Q

1 – 5 m3/ h 5 – 10 m3/h 10 - 15 m3/h > 15 m3/h

Hoặc theo hai công ty MI SWACO và DMC, mức độ mất dung dịch được phân loại: Mức độ Mất dung dịch rò rỉ Mất dung dịch từng

phần

toàn Tốc độ Q < 2 m3/h 2 – 45 m3/h > 45 m3/h

chuyển động

Mức

độ

toàn

độ Q

1 – 5 m3/ h 5 – 10 m3/h 10 - 15 m3/h > 15 m3/h

phần

chuyển động

Mức

độ

toàn

độ Q

1 – 5 m3/ h 5 – 10 m3/h 10 - 15 m3/h > 15 m3/h

phần

Định dạng
Số trang	15
Dung lượng	551,83 KB