Tiềm năng dầu khí của bể Nam Côn Sơn tới nay đã phát hiện khoảng 215 triệu tấn quy dầu (khí chiếm ưu thế), tiềm năng chưa phát hiện của bể Nam Côn Sơn khoảng 60 triệu tấn quy dầu (chủ yếu là khí), chiếm hơn 40% trữ lượng tiềm năng còn lại của thềm lục địa Việt Nam. Trong giai đoạn tới, phần lớn gia tăng trữ lượng sẽ phải dựa vào tài nguyên của bể Nam Côn Sơn, đây là bể có triển vọng và có tiềm năng dầu khí lớn đứng thứ 2 của Việt Nam sau bể Cửu Long và chứa khí nhiều hơn dầu.
1 MỤC LỤC PHỤ LỤC HÌNH ẢNH Hình Sơ đồ trám xi măng giếng khoan dầu khí Hình 2 Các trạng thái pha xi măng giếng khoan Hình Giản đồ pha khoáng vật hệ CaO-SiO2-H2O [18,47] Hình Độ bền nén đá xi măng nhiệt độ khác Hình Độ thấm khí phụ thuộc vào nhiệt độ thời gian đóng rắn Hình Sơ đồ tạo pha khoáng xi măng trám Hình Độ bền nén phụ thuộc vào cỡ hạt nhiệt độ khác Hình Độ thấm phụ thuộc vào cỡ hạt nhiệt độ khác Hình Độ bền đá xi măng phụ thuộc vào hàm lượng SSA-1 Hình 10 Độ bền nén xi măng + 35% Silica có mật độ vữa 1,905 g/cm3 Hình 11 Độ bền nén xi măng + 35% Silica có mật độ vữa 2,04 g/cm3 Hình 12 Độ thấm xi măng + 35% Silica có mật độ vữa 1,904 g/cm3 Hình 13 Độ thấm xi măng + 35% Silica có mật độ vữa 2,04 g/cm3 PHỤ LỤC BẢNG SỐ LIỆU Bảng Các thành phần khống xi măng portland Bảng 2 Độ bền nén đá xi măng theo hàm lượng silica Bảng Độ bền nén hỗn hợp xi măng +35% SSA-1 Bảng Độ thấm hỗn hợp xi măng + 35% SSA-1 Bảng Tổng hợp kết thí nghiệm xác định độ bền nén DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT a Hệ số dị thường API American Petroleum Institute (Viện Dầu mỏ Hoa kỳ) CBL Cement bond log (Biểu đồ gắn kết xi măng) CSR-100L Cement Retarder (Phụ gia chậm ngưng kết) CFR-3L Cement Friction Reducer (Phụ gia giảm ma sát) Ex-HPHT Extreme High Pressure High Temperature (HPHT cao) HPHT High Pressure High Temperature (Áp suất cao nhiệt độ cao) KGVX Không gian vành xuyến m Mét mD Mili Darcy MD Chiều sâu đo (Measured Depth) MPRO Mechanical Properties Analyzer (Máy phân tích tính chất học) NĐ&ASC Nhiệt độ áp suất cao N/X Nước/ Xi măng pnv Áp suất nứt vỉa pv Áp suất vỉa ppg Pounds per gallon SG Specific gravity (Trọng lượng riêng) SSA-1 Strength-Stabilizing Agent (Phụ gia ổn định cường độ) UCA Ultrasonic Cement Analyzer (Máy phân tích xi măng siêu âm) Ultra HPHT Ultra High Pressure High Temperature (Siêu HPHT) VDL Variable density log (Biểu đồ mật độ biến thiên) VNIIKRNEFTI Viện nghiên cứu khoa học dầu mỏ Krasnodar (Liên bang Nga) XM Xi măng LỜI NĨI ĐẦU Tiềm dầu khí bể Nam Côn Sơn tới phát khoảng 215 triệu quy dầu (khí chiếm ưu thế), tiềm chưa phát bể Nam Côn Sơn khoảng 60 triệu quy dầu (chủ yếu khí), chiếm 40% trữ lượng tiềm lại thềm lục địa Việt Nam Trong giai đoạn tới, phần lớn gia tăng trữ lượng phải dựa vào tài nguyên bể Nam Cơn Sơn, bể có triển vọng có tiềm dầu khí lớn đứng thứ Việt Nam sau bể Cửu Long chứa khí nhiều dầu Bể Nam Cơn Sơn có điều kiện địa chất - kỹ thuật phức tạp, nước sâu, đặc biệt khu vực Đông - Bắc bể xuất tầng chứa có nhiệt độ cao áp suất cao, gradien địa nhiệt 40C/100m, hệ số áp suất dị thường đạt 1,7-2,0 Tại bể Nam Côn Sơn, trình bơm trám xi măng, xảy từng cố nghiêm trọng, vữa xi măng trám khơng thể tuần hồn, khơng ép vào khơng gian vành xuyến cột ống mà ngưng kết cột ống khai thác Nghiêm trọng cố trám xi măng cột ống chống 5/8”, vữa xi măng khơng thể ép ngồi vành xuyến, tồn lượng xi măng nằm ống chống từ 1.743m - 4.510m Ngoài ra, chất lượng gắn kết vành đá xi măng với cột ống chống với thành hệ địa chất số giếng khoan đạt tỉ lệ thấp Những cố ảnh hưởng đến chất lượng thi công giếng, tốn thời gian vật tư thiết bị, giảm tuổi thọ giếng, tiềm ẩn nguy xâm nhập khí – dạng phức tạp nguy hiểm phổ biến nhất, thường dẫn đến cố nghiêm trọng, Một nguyên nhân làm giảm chất lượng trám xi măng thiết kế đơn pha chế vữa xi măng trám chưa hợp lý, thiếu phụ gia chuyên dụng, công thức pha chế chưa phù hợp điều kiện áp suất cao nhiệt độ cao Đối tượng nghiên cứu đề tài lựa chọn xi măng nền, phụ gia ổn định độ bền xi măng, chất làm nặng phụ gia hoá chất để lập đơn pha chế xác định thông số công nghệ vữa xi măng để trám xi măng cho khoảng không vành xuyến cột ống chống khai thác ½” giếng khoan hệ tầng chứa vỉa sản phẩm có nhiệt độ đến 1800C gradien áp suất vỉa 2MPa/ 100m bể Nam Côn Sơn Mặc dù em cố gắng thực tốt đồ án này, với kiến thức chun mơn hạn chế thời gian thực tập có hạn có số nội dung trình bày nhiều thiếu sót chưa xác mong thầy lưu ý bổ sung vào đồ án em cho hoàn thiện Trong trình học tập làm đồ án em xin cảm ơn tới thầy Lê Văn Thăng tận tình, tỉ mỉ, chu đáo hướng dẫn em hoàn thành đồ án hiểu biết nhiều kiến thức ngành học mình Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2018 Người thực Phạm Hoàng Tuấn Chương ĐẶC ĐIỂM NHIỆT ĐỘ VÀ ÁP SUẤT CAO TẠI BỂ NAM CÔN SƠN VÀ ẢNH HƯỞNG TỚI CHẤT LƯỢNG XI MĂNG TRÁM Đặc điểm địa tầng trầm tích bể Nam Cơn Sơn Bể Nam Nam Cơn Sơn (hình 1.1) có diện tích gần 100.000 km Ranh giới phía bắc bể đới nâng Cơn Sơn, phía Tây Nam đới nâng Khorat - Natuna, phía Đơng bể Tư Chính - Vũng Mây phía Đơng-Bắc bể Phú Khánh Độ sâu nước biển phạm vi bể thay đổi lớn, từ vài chục mét phía Tây đến 1.000 m phía Đơng Hình 1 Sơ đồ bể Nam Côn Sơn Trên sở thông số chiều dày, thành phần phân bố trầm tích, địa tầng, trầm tích bể Nam Cơn Sơn chia sau (hình 1.2) Thành tạo trước Kainozoi Ở bể Nam Côn Sơn gặp đá móng khơng đồng bao gồm: granit, granodiorit, diorit đá biến chất, tuổi thành tạo Jura muộn – Creta Nằm khơng chỉnh hợp móng lớp phù trầm tích Paleogen – Đệ Tứ có chiều dày biến đổi từ hàng trăm đến hàng nghìn mét Các thành tạo Kainozoi - Hệ tầng Cau (E3c - Paleogen, Oligocen) bao gồm chủ yếu lớp cát kết có màu xám xen lớp sét bột kết Cát kết thạch anh hạt thô đến mịn Chiều dày trung bình khoảng 360 m Mặt cắt hệ tầng Cau có nơi đến hàng nghìn mét, gồm phần dưới: cát kết hạt mịn đến thơ, sạn kết, cuội kết, có chứa mảnh vụn than; phần chủ yếu thành phần hạt mịn tập sét kết; phần trên, gồm cát kết hạt nhỏ, xen kẽ bột kết, sét kết Đặc điểm trầm tích chứng tỏ hệ tầng Cau hình thành giai đoạn đầu tạo bể Hệ tầng Cau phủ khơng chỉnh hợp móng trước Đệ Tam định tuổi Oligocen - Hệ tầng Dừa (N11d - Neogen, Miocen dưới) phân bố rộng rãi bể Nam Côn Sơn bao gồm chủ yếu cát kết, bột kết màu xám sáng, xen kẽ với sét kết Các trầm tích bị biến đổi thứ sinh mức độ thấp Vì vậy, đặc tính thấm chứa nguyên sinh đá chứa bị ảnh hưởng Một số tập cát kết hệ tầng coi tầng chứa trung bình đến tốt với độ rỗng thay đổi từ 17 ÷ 23% độ thấm từ vài chục mD đến vài trăm mD Trầm tích hệ tầng Dừa thành tạo điều kiện địa hình cổ gần phẳng có phân cắt khơng đáng kể Chiều dày hệ tầng Dừa thay đổi từ 200 ÷ 800 m, cá biệt có nơi dày tới 1.000 m - Hệ tầng Thông – Mãng Cầu (N 12 tmc), Miocen – phân bố rộng khắp bể Nam Cơn Sơn Mặt cắt hệ tầng chia làm hai phần chính: phần cát kết, thạch anh hạt mịn đến trung; phần xen kẽ lớp đá có màu xám sáng màu sữa với lớp sét, bột kết, cát kết Các trầm tích lục ngun, lục ngun chứa vơi phát triển mạnh dần phía rìa Bắc phía Tây – Tây Nam bể Trầm tích hệ Thông - Mãng Cầu bị biến đổi thứ sinh nên tập cát kết có khả chứa tốt Đá carbonat phát triển rộng rãi, đặc biệt lơ 04, 05, 06…Trầm tích hệ tầng Thơng – Mãng Cầu thành tạo môi trường đồng châu thổ chủ yếu phía Tây Chiều dày trầm tích thay đổi từ vài mét đến vài trăm mét nằm chỉnh hợp hệ tầng Dừa - Hệ tầng Nam Côn Sơn (N13 ncs) - Miocen trên, phân bố rộng rãi với tướng đá thay đổi mạnh khu vực khác Ở rìa phía Bắc Tây – Tây Nam trầm tích chủ yếu lục ngun, gồm sét kết, sét vơi Cát kết có độ lựa chọn mài tròn tốt Ở vùng Trung tâm bể, mặt cắt gồm có trầm tích lục nguyên carbonat xen kẽ Hệ tầng Nam Côn Sơn có bề dày 200 ÷ 600 m nằm bất chỉnh hợp hệ tầng Thông – Mãng Cầu - Hệ tầng Biển Đông (N2 – Q bd) - Pliocen – Đệ Tứ, không phân bố bể Nam Cơn Sơn mà tồn khu vực Biển Đơng liên quan đến biển tiến Pliocen Trầm tích Pliocen gồm cát kết lẫn sét kết nhiều vôi chứa nhiều gluconit Trầm tích Đệ Tứ gồm cát gắn kết yếu, xen kẽ với sét bùn chứa nhiều di tích sinh vật biển Hệ tầng Biển Đông thay đổi lớn từ vài trăm mét đến vài nghìn mét, nằm bất chỉnh hợp hệ tầng Nam Cơn Sơn Các tích tụ hydrocacbon Ở bể Nam Cơn Sơn, dầu khí phát giếng khoan Dừa – 1X vào năm 1975 Tập đồn Dầu khí Việt Nam đưa mỏ vào khai thác: mỏ dầu khí Đại Hùng, mỏ khí Lan Tây Lan Đỏ Đang phát triển để đưa vào khai thác mỏ khí Rồng Đôi – Rồng Đôi Tây, Hải Thạch, Mộc Tinh… Dầu khí phát tất đối tượng: Móng nứt nẻ trước Đệ Tam, cát kết tuổi Oligocen, cát kết tuổi Miocen Ở bể Nam Côn Sơn, chiều sâu vỉa dầu khí trầm tích Đệ Tam đạt đến chiều sâu 4.600 m, chiều sâu lớn phát dầu khí thềm lục địa Việt Nam Hình Cột địa tầng tổng hợp bể Nam Côn Sơn Đặc điểm nhiệt độ áp suất cao bể Nam Côn Sơn 1.2.1 Khái niệm nhiệt độ áp suất cao Áp suất vỉa (áp suất lỗ rỗng) - thông số địa chất quan trọng nhất, tạo lỗ rỗng vỉa đá có nước, dầu khí Áp suất vỉa chia hai loại: Áp suất vỉa trung bình áp suất vỉa dị thường Áp suất vỉa trung bình (thủy áp) áp suất chất lưu tầng chứa nước, khí dầu, gần áp suất thủy tĩnh quy ước có trị số áp suất cột nước nhạt theo chiều sâu nằm tầng chứa Áp suất vỉa dị thường (địa áp suất) dạng áp suất xuất vùng khơng có liên thông trực tiếp tầng gần 10 Áp suất chất lưu vỉa vượt áp suất bình thường (gần áp suất thủy tĩnh) đến 1,3-1,6 lần có đạt đến trị số áp suất mỏ gọi áp suất vỉa dị thường cao Áp suất vỉa dị thường cao có giá trị tuyệt đối lớn xuống sâu Áp suất vỉa thấp áp suất thủy tĩnh Tỉ số áp suất vỉa pv với áp suất cột nước pn chiều sâu định gọi hệ số dị thường a = pv/ pn Nhiệt độ vỉa – đặc tính địa chất, trường nhiệt đặc trưng tiến hóa cấu trúc khối đá Gradien địa nhiệt thay đổi theo từng vùng, tùy thuộc vào dòng nhiệt độ dẫn nhiệt đất đá Trong giếng khoan khai thác dầu khí, nhiệt độ vỉa phân ra: Nhiệt độ tĩnh nhiệt độ động Nhiệt độ tĩnh nhiệt độ đất đá nguyên trạng; nhiệt độ đáy gần nhiệt độ tĩnh dung dịch khoan khơng tuần hồn thời gian 2-4 ngày đêm Nhiệt độ động nhiệt độ đo trình dung dịch tuần hoàn chiều sâu định giếng Nhiệt độ động đáy thường thấp nhiệt độ tĩnh Trong ngành công nghiệp dầu khí, nhiệt độ vào áp suất cao phân thành cấp, hình 1.3 bảng 1.1 Hình Bảng phân cấp nhiệt độ áp suất cao (theo Công ty Schlumberger) Nhiệt độ đáy giếng Áp suất đáy giếng 75 Hình Cấu trúc giếng khoan 4.2 Sơ lược công nghệ bơm trám xi măng giếng khoan Tại bể Nam Côn Sơn, công nghệ bơm trám xi măng trang bị hệ thống bơm trám chuyên dụng, bảo đảm bơm ép vữa xi măng theo chiều sâu thiết kế từng cột ống Công nghệ bơm trám xi măng giếng khoan bể Nam Côn Sơn thường áp dụng phương pháp sau đây: - Trám thuận tầng: vữa xi măng bơm vào cột ống chống (1 liều liều khác nhau) kết hợp với nút trám nút trám để đẩy ép vữa xi măng vào khoảng không vành xuyến đến chiều sâu thiết kế - Phương pháp trám cột ống lửng: Vữa xi măng bơm qua cần khoan, qua chân đế ống chống vào khoảng không vành xuyến Khi trám phân đoạn, cột ống chống thả làm lần: lần thả trám ống chống lửng, sau thả trám tiếp đoạn 2, kết nối với đầu ống chống lửng đầu nối kiểu tie-back 76 Định tâm sử dụng để giữ cho cột ống chống năm tâm giếng khoan, đảm bảo cách ly vỉa bảo vệ tốt ống chống tăng hiệu thay thể dung dịch khoan Để đảm bảo chất lượng trám xi măng giếng khoan cần thiết phải đẩy hết dung dịch khoan mùn khoan trước vữa tiếp xúc với ống chống, vì phải lựa chọn dung dịch đệm có độ nhớt, mật độ, ứng suất trượt tĩnh phù hợp tạo lớp đệm dung dịch khoan vữa xi măng 4.3 Thiết kế hệ vữa xi măng trám cột ống chống khai thác ½” 4.3.1 Các yêu cầu thiết kế vữa xi măng Thiết kế hệ vữa xi măng sở dự báo biến đổi tính chất vữa, lựa chọn thành phần phụ gia (công dụng, phẩm chất, hàm lượng) theo điều kiện cột ống khai thác giếng khoan: chiều sâu thả cột ống khai thác, nhiệt độ tuần hoàn nhiệt độ tĩnh đáy giếng Vì vậy, nhiệm vụ thiết kế vữa xi măng là: 1) lựa chọn tối ưu thành phần vữa xi măng nền, phụ gia chịu nhiệt phụ gia khác; 2) điều chỉnh hàm lượng thành phần để vữa xi măng trám có đủ tính chất cơng nghệ phù hợp với điều kiện địa chấtkỹ thuật khoảng chiều sâu chống ống khai thác Do điều kiện địa chất đặc điểm nhiệt độ áp suất cao bể Nam Cơn Sơn có ảnh hưởng đến tính chất vữa đá xi măng, đòi hỏi phải điều chỉnh tính chất vữa đá xi măng phụ gia hóa chất Các thơng số cơng nghệ hệ xi măng đòi hỏi phải thay đổi đặc điểm công nghệ thi công điều kiện giếng khoan thời gian quánh thời hạn ngưng kết, tính chất lưu biến, tính ổn định chống lắng kết vữa độ bền nén, tính đàn hồi, độ thấm đá xi măng Độ nhớt thời gian quánh cần phải tối ưu hóa để vữa xi măng trì thời gian bơm ép để vữa lấp đầy không gian vành xuyến dâng cao đến chiều cao cần thiết giếng khoan Khi thay đổi định lượng tiêu vữa xi măng làm biến đổi hay thơng số, có trường hợp không mong muốn Vì vậy, phụ gia bổ sung vào hệ xi măng, có tác dụng tổng hợp thay đổi đồng thời vài thông số Cùng điều kiện nhau, số phụ gia có tác động thuận lợi đến tính chất hệ xi măng, song điều kiện khác phụ gia với liệu lượng khác gây tác dụng ngược lại 77 4.3.2 Xi măng Theo tiêu chuẩn API, xi măng trám giếng khoan phân thành nhóm từ nhóm A đến nhóm H phụ thuộc vào chiều sâu điều kiện sử dụng trám giếng khoan Nhóm A- dùng để trám giếng khoan đến chiều sâu 1830 m, không yêu cầu tính chất đặc biệt xi-măng, loại thông thường (tương ứng với xi măng C 150, theo tiêu chuẩn ASTM loại I Nhóm B – dùng để trám giếng khoan đến chiều sâu 1830 m, có độ bền chống sunfat ăn mòn từ vừa đến cao Nhóm B tương đương với ASTM loại II, có hàm lượng C3A thấp nhóm A Nhóm C - sử dụng với chiều sâu đến 830, yêu cầu tăng nhanh độ bền thời gian ngưng kết sớm Nhóm C có ba dạng có độ bền chống sunfat tương đương với ASTM loại III Để đạt độ bền sớm thì hàm lượng C 3S diện tích bề mặt tương đối cao Nhóm D, E F, gọi loại xi măng chậm đông kết sử dụng cho giếng khoan sâu Sự chậm đông kết kết giảm khối lượng pha hydrat hóa nhanh (C3S C3A) tăng kích thước hạt xi măng Nhóm D – sử dụng độ sâu từ 1830 m đến 3050 m điều kiện nhiệt độ áp suất tương đối cao Nhóm E – sử dụng độ sâu từ 3050 m đến 4270 m điều kiện nhiệt độ áp suất cao Nhóm F – sử dụng độ sâu từ 3050 m đến 4880 m điều kiện nhiệt độ áp suất cao Nhóm G H nhóm xi măng sản xuất tùy thuộc vào công nghệ đông nhanh hay chậm theo tiêu chuẩn API xi măng trám giếng khoan phân loại thành nhóm từ nhóm A đến nhóm H phụ thuộc vào chiều sâu điều kiện sử dụng trám giếng khoan Nhóm G H sử dụng làm xi măng trám giếng khoan từ bề mặt đến độ sâu 2440 m, kết hợp với chất phụ gia chậm đông hay đông không cần phải thêm canxi sunfat nước hay hai trình sản xuất xi măng clinke nhóm G H 78 Hiện nay, điều kiện bể Nam Côn Sơn thường sử dụng xi măng mác Holcim G-API, có thành phần thành phần khoáng sạu: Tricalcium Silicat (Alit)- 3CaO·SiO2 …………… 64,0% Dicalcium Silicat (Belit) - 2CaO·SiO2…………… 16,0% Tricalcium Aluminat - 3CaO·Al2O3 ……………… 2,3% Tetracalcium Aluminoferrit - 4CaOAl2O3· Fe2O3 … 6,0% Tổng : 3CaO·Al2O3+4CaOAl2O3· Fe2O3 ……… 20,0% 4.3.3 Các phụ gia xi măng - Phụ gia làm nặng HiDense 4, sản xuất từ nguyên liệu khoáng hematit, khơng nhiễm từ, khơng chứa phóng xạ ảnh hưởng đến tính chất khác xi măng Hi-Dense có thành phần hạt 45 µm) chiếm 80%, độ phân tán cao, khơng bị lắng đọng Phụ gia trộn để tạo vữa xi măng có mật độ 3,15 g/cm - MicroMax phụ gia làm nặng chế biến từ khống mangan Hausmannit có tỉ trọng 4,7-4,9 g/cm3, cỡ hạt bình quân m MicroMax sử dụng hiệu khoảng nhiệt độ từ 270C - 260 0C - Phụ gia ổn định độ bền SSA-1 (còn gọi Silica nghiền) giúp chống lại suy thối độ bền nhờ tác dụng hóa học với xi măng nhiệt độ cao, giảm độ thấm xi măng SSA-1 có tính tương thích cao với phụ gia khác vữa chất chậm ngưng kết, giảm ma sát, giảm độ thải nước làm nặng - Phụ gia làm chậm ngưng kết đóng rắn: CSR-100L, HR-25L, FDP-C765 CSR-100L có tác dụng tốt hỗn hợp vữa xi măng - nước kỹ thuật điều kiện nhiệt độ tuần hoàn đáy khoảng 121 0C Kết hợp với phụ gia Halad, phụ gia CSR-100 có tính xúc biến Khi vữa xi măng đóng rắn khoảng 24 với nhiệt độ tuần hoàn đáy, độ bền nén vành đá xi măng đạt trị số cao HR-25 phụ gia làm chậm ngưng kết nhiệt độ cao Phụ gia có tác dụng bổ trợ cho SCR-100 HR-25 nhiệt độ tuần hoàn đáy từ 93 0C 203 0C Hàm lượng HR-25- hợp lý vữa từ 0,5% đến 2,0% HR-25 khả hòa tan cao nước, tính phân bố ảnh hưởng đến phát triển độ bền nén phần cột xi mằng có chiều dài lớn 79 FDP-C765 loại polyme bền nhiệt sử dụng khoảng nhiệt độ cao cao FPD dùng làm chất chậm ngưng kết độc lập khoảng 93 – 149 0C Tỉ lệ trung bình từ 0.1 5% khối lượng xi măng Khi nhiệt độ đáy giếng đạt đến 315 0C, phụ gia FPD phối hợp với chất chậm đơng HR-25 có hiệu với tỉ lệ 1:1 Sử dụng FPD cho phép kéo dài thời gian bơm tăng thời gian quánh vữa xi măng - Phụ gia giảm độ thải nước Halad-413L phụ gia tổng hợp không nhớt để điều chỉnh độ thải nước có tác dụng chất phân tán, làm chậm ngưng kết, điều chỉnh tốt độ nhớt chất lỏng áp suất tuần hoàn Ngoài ra, phụ gia Halad-413L trì mật độ vữa xi măng, hạn chế khí xâm nhập vào giếng, chống ăn mòn nước vỉa, tạo kết dính tốt vành đá xi măng với cột ống chống - Phụ gia nở - MICROBOND-HT, phụ gia hóa học có tác dụng nở Bổ sung Microbond-HT cho phép ngăn ngừa tạo thành rạn nứt bé, nguồn gốc liên thông chất lưu vỉa Đặc điểm phụ gia nở Microbond nhiệt độ tăng thì giãn nở nhanh - Phụ gia tiêu bọt D-Air-4000L, bổ sung vào vữa xi măng để triệt tiêu lượng bọt xuất thời gian pha trộn vữa, gây khó khăn cho công tác trám xi măng – chủ yếu khó xác định thể tích bơm trám mật độ vữa Sử dụng D-Air-4000L, ảnh hưởng đến độ thải nước, thời gian quánh, độ nhớt vữa độ bền nén đá xi măng Hàm lượng D-Air 4000L cho phép khoảng 0,0025 đến 0,45% theo khối lượng xi măng - Chất phân tán CFR-3L cho phép giảm độ nhớt biểu kiến nâng cao tính chất lưu biến vữa xi măng, nhờ đạt chế độ chảy rối lưu lượng bơm thấp, giảm áp suất ma sát thời gian bơm ép, giảm bớt cơng suất thủy lực Ngồi ra, CFR-3L điều chỉnh tốt độ thải nước bảo đảm làm chậm thêm ngưng kết - Phụ gia tăng cường tính lý vành đá xi măng WELLLIFE-684 phụ gia sợi carbon dùng để cải thiện tính chất học vành đá xi măng, làm cho vành đá bớt dòn, bền có tính đàn hồi so với xi măng thơng thường WELLLIFE-684 phụ gia đàn hồi, dạng hạt có tỉ trọng 1,80 g/cm 3, sử dụng nhiệt độ cao, giúp tăng độ bền kéo không ảnh hưởng đến độ bền nén WELLLIFE-987 tỉ trọng 2,0 g/cm3 sử dụng cho vữa có mật độ 1,68 g/cm3 cao 80 - Phụ gia tạo huyền phù SA-1015TM cho phép ngăn lắng kết pha rắn, giữ cho hạt rắn trạng thái lơ lửng kiểm soát lượng nước tự do, đặc biệt vữa có tỉ lệ xi măng nước cao Nhờ giảm độ lắng kết vữa xi măng nên ngăn chặn xi măng bó chèn cột ống chống lửng, hạn chế thấm lọc vào tầng sản phẩm tầng chứa nước Trên hình 4.3 Hệ xi măng nặng bền nhiệt sử dụng cho điều kiện Nam Côn Sơn: Xi măng Holcim + phụ gia silica SSA-1 + chất làm HiDense + MicroMax Xi măng pooclan Holcim tiêu chuẩn GAPI Hệ XM nặng- bền nhiệt: XM (100%) + SSA-1 (35%) + HiDense (40%) + MicroMax (25%) Hình Hệ xi măng nặng bền nhiệt cho điều kiện bể Nam Côn Sơn 4.4 Đơn pha chế vữa xi măng trám cột ống chống khai thác 4.4.1 Thành phần xi măng phụ gia Trên sở phân tích: đặc tính vữa xi măng điều kiện áp suất cao nhiệt độ cao, kết nghiên cứu phòng thí nghiệm tổng hợp kinh nghiệm trám xi măng giếng khoan thềm lục địa nói chung bể Nam Cơn Sơn nói riêng, nêu chương 2, 3, – đơn pha chế vữa xi măng tối ưu để trám cột ống chống khai thác ½” giếng khoan điều kiện nhiệt độ áp suất cao bể Nam Côn Sơn, trình bày bảng 4.1 Bảng Đơn pha chế vữa xi măng Các thông tin giếng khoan 81 Đường kính giếng, mm Đường kính cột ống chống, mm Chiều dài thân giếng, m Chiều sâu giếng, m Nhiệt độ tĩnh đáy, 0C Nhiệt độ động, 0C 215,9 139,7 4.308 4.198 180 150 Thành phần vữa xi măng Tỷ Công dụng trọng XM Holcim API-G 3,15 Xi măng SSA-1A 2,63 Chất ổn định độ bền Hi-Dence No4 5,02 Chất tăng trọng Micromax FF 4,48 Chất tăng trọng WellLife-987 (FP) 2,1 Gia cường độ bền Microbond-HT 3,57 Chất nở FDP-C765-04 1,92 Chậm ngưng kết CSR-100L 1,16 Chậm ngưng kết HR-25L 1,2 Chậm ngưng kết CFR-3L 1,17 Chất pha loãng Halad-413L 1,11 Giảm độ thải nước D-Air 4000L 0,796 Phụ gia tiêu bọt GasStop HT (PB) 1,43 Ngăn xuất khí SA-1015 (PB) 1,47 Tạo huyền phù 4.4.2 Các thơng số vữa xi măng Vật liệu/Phụ gia Đơn vị Hàm lượng % kL % kL % kL % kL % kL % kL % kL 3,785 dm3/bao 3,785 dm3/bao 3,785 dm3/bao 3,785 dm3/bao % kL % kL 3,785 dm3/bao 100,00 35,00 40,00 25,00 7,00 3,00 1,00 0,27 0.29 0,90 0.30 0.10 0,05 0.01 Trên bảng 4.2 trình bày thông số công nghệ vữa xi măng để trám cho cấp ống chống khai thác đường kính ½” khoảng nhiệt độ áp suất cao Bảng Các thông số công nghệ vữa xi măng Các tính chất xi măng Mật độ vữa, Hiệu suất vữa, Nước trộn, Tổng lượng nước trộn, g/cm3 28,32 dm3/bao 3,785 dm3/bao 3,785 dm3/bao 2,22 1,86 5.03 6,81 Độ nhớt ưng suất trượt tĩnh Hệ Nhiệt Hệ số PV/P 600 300 200 100 60 30 số độ C K2 Y K1 26 215 128 95 60 44 29 14 10 0.289 0.735 682/29 88 120 65 95 60 44 29 14 10 0.289 0.375 527/13 Độ thải nước API Độ thải Nhiệt Áp suất, Thời gian, Thể tích nước, Thời gian đo, độ, 0C MPa đo, cm3 cm3/30 82 88 6,89 Nhiệt độ, 0C 160 Áp suất, MPa 84,68 30 28 14 Độ quánh 50 Bc 70 Bc hh:min hh:min 06,44 06.44 30 100 Bc hh:min 06,45 Độ bền nén UCA Nhiệt độ, C 180 Áp suất, MPa 20,67 0,344 MPa, hh.mm 12,42 3,445MPa, hh.mm 13,56 24 h, MPa 23,47 Trong đơn pha chế cho thấy chọn hàm lượng phụ gia silica, chất làm nặng Hi-Dense Micro-Max hợp lý cho điều kiện nhiệt độ áp suất cao bể Nam Côn Sơn Tùy theo điều kiện giếng khoan khác chọn hàm lượng phụ gia khác để điều chỉnh thông số vữa cho phù hợp Từ thành phần thông số vữa đơn pha chế dựa sở lý thuyết với kết đạt thiết bị thí nghiệm đại tham khảo kinh nghiệm trám giếng khoan thời gian qua bể Nam Cơn Sơn Để đạt chế độ dòng chảy rối có liên quan đến tăng vận tốc dòng chảy, điều dẫn đến tăng áp suất khoảng không gian vành xuyến dễ gây nứt vỉa thủy lực Để bảo đảm chế độ dòng chảy rối ngồi việc tăng vận tốc dòng phải điều chỉnh tính chất lưu biến vữa Trong đơn pha chế này, sử dụng phụ gia giảm độ nhớt ứng suất trượt tĩnh 4.5 Đánh giá chất lượng vữa trám xi măng Chất lượng trám xi măng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, vữa trám có vai trò định Vữa trám bảo đảm cách ly hoàn toàn tầng sản phẩm, ngăn liên thơng dòng chất lưu theo thân giếng độ kín khơng gian vành xuyến lấp đầy vật liệu xi măng Sau kết thúc công đoạn trám xi măng cột ống, việc đánh giá chất lượng thông qua phương pháp địa vật lý giếng khoan, nhằm: - Chiều cao dâng vữa khoảng không vành xuyến; - Mức độ lấp đầy khoảng không vành xuyến vữa; 83 - Mức độ liên kết vữa xi măng với thành ống chống với thành giếng khoan Trong trình đánh giá chất lượng trám xi măng giếng khoan điều kiện nhiệt độ áp suất cao chủ yếu đánh giá chất lượng cột ống chống khai thác - cột ống chịu nhiều điều kiện nhiệt độ cao áp suất lớn giếng Đánh giá chất lượng xi măng theo phương pháp CBL VDL Độ sâu giếng khoan chia từng khoang 100 m Trong từng khoảng chiều dài này, chất lượng xi măng liên kết với cột ống chống rõ mét độ dày xi măng tốt, mét có xi măng từng phần mét khơng có xi măng Cuối tính chung cho tồn mặt cắt giếng khoan Để so sánh, chất lượng tính theo phần trăm Việc đánh gia chất lượng trám giếng khoan chủ yếu đo địa vật lý giếng khoan CBL (Cement Bond Log) VDL (Variable Density Log) Trên hình 4.5 Minh giải tài liệu CBL VDL chất lượng vành đá xi măng cột ống chống khai thác ½” Nguyên lý minh giải tài liệu CBL/VDL, đoạn xi măng gắn kết từng phần cho thấy đường biên độ thấp đến trung bình Trên biểu đồ VDL quan sát tín hiệu sóng thẳng, số điểm khơng có xi măng thấy rõ log Trên khoảng xi măng gắn kết tốt, đường “Amplitude” có biên độ thấp, tín hiệu lượn sóng rõ từ đường VDL Tuy vậy, để đánh giá chất lượng trám xi măng thời gian lâu dài, gồm có mức độ liên kết tính chất học vành đá xi măng cần tiến hành đo lặp lại cột ống khai thác để kịp thời có biện pháp xử lý 84 Hình 4 Biểu đồ CBL, VDL giếng khoan 85 KẾT LUẬN Bể Nam Cơn Sơn - thềm lục đia Việt Nam có tiềm lớn dầu khí Tuy nhiên, điều kiện địa chất - kỹ thuật lô thuộc khu vực phía Đơng Đơng Bắc bể Nam Côn Sơn phức tạp, đặc biệt áp suất nhiệt độ coi cao nhiệt độ giếng 1500C áp suất đáy giếng 69MPa Các điều kiện áp suất nhiệt độ cao bể Nam Cơn Sơn phân thành hai cấp: cấp I (nhiệt độ từ 1500C đến 1750C áp suất từ 69 MPa đến 103 MPa) cấp II (nhiệt độ từ 1750C đến 2000C áp suất từ 103 MPa đến 138 MPa) Áp suất cao nhiệt độ cao nguyên nhân gây nhiều cố, phức tạp vữa xi măng khơng thể ép đẩy ngồi khoảng khơng vành xuyến, toàn vữa xi măng nằm lại cột ống khai thác (7”) dài 3.000 m (giếng khoan 05-1B-TL-2X); vữa xi măng ngưng kết nhanh dẫn đến tuần hoàn (giếng khoan 05-3-MT-1RX)…Tại số giếng khoan mức độ liên kết xi măng với ống chống xi măng với thành hệ không đồng đều, tiềm ẩn xuất khí khơng gian vành xuyến, giảm tuổi thọ giếng Những yếu tố gây cố giảm chất lượng trám xi măng viêc sử dụng chất phụ gia xi măng xác định thông số công nghệ chưa phù hợp với môi trường áp suất cao nhiệt độ cao Trong điều kiện bể Nam Côn Sơn, xi măng Holcim mác G-API sử dụng phổ biến để trám giếng khoan dầu khí Xi măng Holcim loại xi măng portland, điều kiện nhiệt độ cao (120-180 oC), xi măng bị thay đổi tính chất lý-hóa, biến đổi hình thái kết tinh chuyển đổi pha, dẫn đến suy giảm độ bền tăng độ thấm đá xi măng Vì vậy, bổ sung 35% khối lượng phụ gia silica SSA-1 vào hỗn hợp xi măng trám, biện pháp hiệu để ổn đinh độ bền đá xi măng, cải thiện tính chất công nghệ xi măng Trong khu vực Đông Bắc bể Nam Côn Sơn gặp nhiệt độ cao đồng thời áp suất cao với gradien áp suất vỉa 1,99 với thân giếng có đường kính nhỏ, khe hở áp suất vỉa áp suất nứt vỉa bé Do đó, để khống chế xâm nhập dầu khí giếng đòi hỏi áp suất thủy tĩnh vữa phải tương đối cao để điều chỉnh áp suất lỗ rỗng vỉa, đồng thời áp suất thủy tĩnh tương đối thấp để không gây nứt vỉa Kết nghiên cứu cho thấy chọn phụ gia tăng trọng Hi-Dense với tỉ lệ 40% MicroMax với 25% tối ưu, cho phép mật độ vữa đạt yêu cầu bảo đảm tiêu chất lượng khác độ thời gian quanh, độ thấm, v.v Nghiên cứu xác định tính chất vữa xi măng tính học đá (độ bền nén, modun đàn hồi, hế số Poisson) phương pháp không phá hủy 86 thiết bị UCA MPRO, cho phép mô điều kiện áp suất cao nhiệt độ cao giếng khoan thời gian thực, bảo đảm độ tin cậy cao đáp ứng yêu cầu ngắn hạn dài hạn vữa đá xi măng Trên sở phân tích lý thuyết, kết nghiên cứu phòng thí nghiệm kinh nghiệm thực tế thi công giếng khoan bể Nam Côn Sơn, lựa chọn vật liệu phụ gia chuyên dụng để lập Đơn pha chế vữa xi măng cách hợp lý xác định thông số công nghệ tối ưu để trám cột ống chống khai thác ½” khoảng giếng khoan có áp suất cao nhiệt độ cao Kết áp dụng đơn pha chế vữa xi măng theo phân tích minh giải phương pháp đo địa vật lý giếng khoan CBL VDL cho thấy chất lượng trám cột ống chống lửng ½” đạt kết tương đối tốt, làm sở cho việc lập Đơn pha chế vữa trám giếng khoan bể Nam Cơn Sơn có điều kiện địa chất - kỹ thuật tương tự, có điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện cụ thể giếng khoan 87 KIẾN NGHỊ Trên sở phân tích lý thuyết, kết nghiên cứu phòng thí nghiệm kinh nghiệm thực tế thi công giếng khoan bể Nam Côn Sơn, sử dụng xi măng Holcim loại xi măng portland mác G kết hợp với phụ gia chuyên dụng sử dụng Đơn pha chế vữa xi măng có hiệu để trám cột ống điều kiện nhiệt độ áp suất cao bể Nam Côn Sơn Vì vậy, khuyến nghị sử dụng Đơn pha chế vữa xi măng trám trình bày cho giếng khoan có điều kiện địa chất, áp suất nhiệt độ tương tự Trong điều kiện áp suất 103,4 MPa nhiệt độ 193 0C nên sử dụng đơn pha chế vữa xi măng với thành phần 35% SSA-1 + 40% HiDense + 25% MicroMax, cho phép đạt khối lượng riêng vữa 2,22 g/cm3, thời gian quánh đạt 10h30min; độ bền nén tối thiểu (3,445 MPa) thời gian 19h04min 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trương Hoài Nam, 2016 Nghiên cứu lựa chọn vữa trám cho giếng khoan điều kiện nhiệt độ áp suất cao bể Nam Côn Sơn Luận án tiến sĩ kỹ thuật Hà Nội Hồng Quốc Khánh, 2000 Hồn thiện cơng nghệ gia cố giếng khoan Xí nghiệp Liên doanh dầu khí Viêt-Xơ Luận án tiến sĩ địa chất Hà Nội Nguyễn Đình Hà, 2005 Phương pháp phát dự báo dị thương áp suất bể Nam Côn Sơn Tuyển tập báo cáo Hội nghị KHCN “30 năm Dầu khí Việt Nam – Cơ hội mới, thách thứ mới” Tr 39-604, Quyển I NXB Khoa học & Kỹ thuật Nguyễn Hữu Chinh, 2003 Nghiên cứu hoàn thiện cơng nghệ trám xi măng ngậm khí giếng khoan dầu khí thềm lục địa miền Nam Luận án tiến sĩ địa chất Hà Nội Nguyễn Hữu Chinh, 2010 Những vấn đề sử dụng xi măng bơm trám gia cố kết thúc giếng khoan dầu khí Tuyển tập Báo cáo Hội nghị KH&CN quốc tế - Dầu khí Việt Nam 2010, Tăng tốc phát triển Tr 837-84, Quyển I NXB Khoa học & Kỹ thuật Nguyễn Giao, Nguyễn Trọng Tín, 2008 Bể Trầm tích Nam Cơn Sơn tài ngun dầu khí Địa chất Tài nguyên dầu khí Việt Nam Tr 317-360 NXB Khoa học & Kỹ thuật Nguyễn Xuân Hòa, Đinh Hữu Kháng, Nguyễn Văn Toàn, Hoàng Quốc Khánh, Hoàng Bá Cường, 2005 Các yếu tố ảnh hương giải pháp nâng cao chất lượng trám xi măng giếng khoan bể Cửu Long Tuyển tập báo cáo Hội nghị KHCN “30 năm Dầu khí Việt Nam – Cơ hội mới, thách thức mới” Trg 822-831, Quyển I NXB Khoa học & Kỹ thuật Phạm Trường Giang, Lê Vũ Quân, Nguyễn Minh Quân, Lê Thị Thu Hường, Đỗ Văn Hiển, Trương Hoài Nam, 2014 Tổng kết đánh giá công tác bơm trám xi măng cho giếng khoan có nhiệt độ áp suất cao bể Nam Cơn Sơn Tạp chí Dầu khí tháng 7-2014, Tr 21-29 Tạ Đình Vinh, Nguyễn Văn Ngọ, Phạm Anh Tuấn, 2000 Bản chất thành phần xi măng bền nhiệt Tuyển tập Hội nghị khoa học công nghệ 2000 “Ngành Dầu khí Việt Nam trước thềm kỷ 21” Tr 128-138, Tập II NXB Thanh niên, Hà Nội 89 10 Trần Hồng Nam, Lê Trần Minh Trí, Nguyễn Kiên Cường, Trịnh Ngọc Bảo, Mike Nguyễn, 2010 Thiết kế giếng phát triển mỏ áp suất cao nhiệt độ cao – Những điều cần lưu ý Tuyển tập báo cáo Hội nghị KH&CN quốc tế - Dầu khí Việt Nam 2010 Tăng tốc phát triển Tr 620-633, Quyển I NXB Khoa học & Kỹ thuật 11 Võ Thanh, (1993) Nghiên cứu tính chất vữa xi măng trám giếng khoan dầu khí thềm lục địa phía Nam vật liệu nước Luận án phó tiến sĩ địa chất Hà Nội 12 Art Bonett, Demos Pafitis, 1996 Getting to the Root of Gas Migration Oilfield Review Volume: Issue 13 Anjuman Shahriar , 2011 Investigation on Rheology of Oil well Cement Slurries The University of Western Ontario, Canada, pp 28-29 14 Arash Shadravan, Mahmod Aman HPHT 101, 2012 What Petroleumm Engineers and Geoscientists Should Know HPHT Wells Environment Energy Science and Technology Vol.4, No.2, 2012, pp.36-54 15 Backe K.R , Skalle P., Lile O B , Lyomov S.K., Justnes H , Seveen J., 1991 Shrinkage of Oil well cement slurries JCPT, 7, No 26