Bài giảng Dung dịch khoan – ximăng: Chương 8 - Đỗ Hữu Minh Triết - Trường Đại Học Quốc Tế Hồng Bàng

TRÁM XIMĂNG ỐNG CHỐNG ĐƯỜNG KÍNH LỚN.. 3.1..[r]

(1)

CHƯƠNG 8

CÁC KỸTHUẬT BƠM TRÁM XIMĂNG

GIẾNG KHOAN DẦU KHÍ

GEOPET

Dung dịch khoan & ximăng – ĐỗHữu Minh Triết

8-2

NỘI DUNG

I. MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC BƠM TRÁM XIMĂNG II CÁC NGUYÊN TẮC CỦA TRÁM XIMĂNG

III TRÁM XIMĂNG ỐNG CHỐNG ĐƯỜNG KÍNH LỚN

IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG

GEOPET

8-3

I MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC BƠM TRÁM XIMĂNG Trám ximănglà bơm vữa ximăng thích hợp ởmột chiều sâu giếng khoan khoảng khơng hình xuyến thành giếng khoan cột ống chống Có nhiều cách trám ximăng khác nhau, loại thích hợp với yêu cầu riêng biệt

Trám ximăng cột ống chống nhằm mục đích sau: – Cách ly tầng khai thác với tầng lân cận

– Đảm bảo chắn vềmặt học cột ống chống thành hệ – Bảo vệcột ống chống khỏi rỉsét, hư hại chất lỏng có

tầng đất đá khoan qua

– Tạo đáy kín cho thiết bịkiểm tra an toàn lắp đặt ởđầu giếng

GEOPET

8-4

I MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC BƠM TRÁM XIMĂNG

Trám ximăng áp suất gọi làtrám lèn chặt, giếng khoan, ống chống đơi đục thủng nhằm mục đích:

– Phun ximăng thêm qua lỗđục thủng đểgia cốhoặc tu sửa việc trám ximăng giai đoạn cột ống

– Bịt tầng chứa khai thác hết

– Cách ly lớp vùng lân cận nhằm mục đích hạn chếtỷlệ nước khí đồng hành khai thác dầu

Trong khoan, người ta đặt nút trám ximăng ởgiếng khoan trần nhằm mục đích:

– Bít nước vỉa xâm nhập, cô lập vùng làm dung dịch khoan – Làm cầu xi măng đểkhoan xiên giếng

(2)

GEOPET

8-5

II CÁC NGUYÊN TẮC CỦA TRÁM XIMĂNG

Vữa ximăng bơm trực tiếp vào ống qua cột cần khoan ép trực tiếp vào khoảng khơng hình xuyến phần ngồi cột ống thành giếng khoan qua cột ống trám xi măng qua cột cần khoan cho cột vữa xi măng dâng lên đến chiều cao xác định trước

Vữa ximăng thường trộn mặt đất cách liên tục, sau đóđược bơm bơm pittông cao áp đểép vữa vào giếng khoan

Việc điều chỉnh tỷtrọng vữa ximăng thực nhờ thay đổi lưu lượng nước chảy vềbểtrộn Ximăng khô cung cấp nhờ phương pháp trọng lực từmột tháp silô Các thiết bịtrám ximăng giếng khoan biển đại cịn có thiết bịcung cấp ximăng đường ống dẫn thấp áp đến bểtrộn

GEOPET

8-6

III TRÁM XIMĂNG ỐNG CHỐNG ĐƯỜNG KÍNH LỚN

Trám ximăng ống chống đường kính lớn nhưống chống dẫn hướng hay

ống chống bềmặt là giai đoạn quan trọng q trình khoan giếng Do đó, cần có kếhoạch thực chi tiết

Hai kỹthuật trám ximăng ống chống đường kính lớn bao gồm: trám cần vàtrám qua vành xuyến

Chức vành đá ximăng trám ống chống sau:

– Cách ly tầng nước hay phần tầng sản phẩm có độsâu thấp, – Bảo vệcột ống chống khỏi bịăn mòn,

– Tạo lớp đỡvà treo giữcột ống chống chịu tải cho hệthống BOP

GEOPET Sàn khoan

Bàn rôto

Đối áp hình xuyến

Đầu ống chống

Ống chống dẫn hướng

Đường vào Đường

GEOPET III TRÁM XIMĂNG ỐNG CHỐNG

ĐƯỜNG KÍNH LỚN

Khi thực trám ximăng ống chống đường kính lớn, kỹthuật bơm trám có thểkhơng đạt hiệu mong muốn do:

– Tiết diện vành xuyến lớn, khó kiểm sốt sựnhiễm bẫn bùn khoan vào vữa ximăng; xác định vành xuyến khơng xác

– Xói mịn thành hệmềm, yếu hay thành hệkhơng kết dính tốt

– Thành hệyếu, áp suất nhỏ áp suất cột dung dịch khoan vữa ximăng – Các thông sốcủa bùn khoan không đạt yêu cầu

(3)

GEOPET

8-9

Chất lượng ximăng trám có thểđược cải thiện nếu:

– Tuần hoàn bùn khoan tốt trước trám xi măng dùng dung dịch rửa trước bơm vữa xi măng

– Chuyển động ống chống (tịnh tiến – xoay) q trình tuần hồn bùn khoan bơm trám xi măng

– Sửdụng chất phân tán chất hoạt tính bềmặt đểcải thiện độnhớt bùn khoan

– Sửdụng phụgia chống dung dịch dung dịch rửa đểhạn chếđộ

thấm lọc bơm trám qua thành hệcó tính thấm cao

– Sửdụng xi măng nhẹ hay xi măng “siêu nhẹ” nhằm tránh tuần hoàn – Bơm trám lượng ximăng dư thểtích vành xuyến khơng biết xác

hay ảnh hưởng bùn khoan

– Bơm đẩy với tốc độtối đa thiết bịvà phù hợp với áp suất cho phép ởđáy giếng khoan

GEOPET

8-10

Khi bơm trám ximăng ống chống đường kính lớn, thểtích ximăng thường khó xác định tượng xói mịn, tuần hồn bơm Thểtích ximăng trám thường ước lượng sau tiến hành trộn bơm trám

Nếu xảy tượng xói mịn, tuần hồn bơm trám ximăng khó dâng đến độcao mong muốn Trường hợp nên sửdụng phương pháp trám ximăng ngồi khoảng khơng hình xuyến cần khoan

Khi bơm ép ximăng, ống chống chịu lực tác động hướng lên áp suất bơm tác động lên đầu trám ximăng Nếu lực đủlớn, ống chống sẽbịđẩy trồi lên khỏi giếng khoan

GEOPET

8-11

3.1 Trám ximăng bằng cần khoan (Stab-in cementing)

Thường sửdụng trừnhững trường hợp ống chống bềmặt đường kính nhỏhoặc ống chống đường kính lớn sâu 3000 ft (915 m)

Ximăng trộn bơm đẩy xuống giếng khoan qua cần khoan lên vành xuyến đến bềmặt dừng lại theo thiết kế Ngay khơng có dấu hiệu vữa ximăng bịnhiễm bẫn bùn khoan ngừng trộn bơm hết thểtích cịn lại cần khoan, chấm dứt trình bơm trám

Nếu xảy q trình tuần hồn trước ximăng lên đến bềmặt ngừng trộn bơm đẩy ximăng Tránh trường hợp bơm ép lượng lớn ximăng vào đứt gãy thành hệ

GEOPET

8-12

Tốc độ bơm trám ximăng ống chống đường kính lớn phụthuộc vào thiết bị bơm điều kiện giếng khoan Tốc độ bơm ởchếđộchảy rối tốt

Khi bơm trám ximăng ống chống đường kính lớn thường áp dụng kỹthuật SLOFLO (vận tốc khoảng khơng hình xuyến tối đa 90 ft/phút kết hợp với lực đẩy lực kéo tối đa) Sựthành cơng cịn phụthuộc vào tính chất dung dịch đệm vữa ximăng điều kiện bùn khoan ởtrong giếng khoan Khi sửdụng kỹthuật bơm đẩy ởvận tốc thấp, phải tính đến lượng ximăng dư cần bơm trám sựnhiễm bẩn bùn khoan vào vữa xi măng

(4)

GEOPET

8-13

Hình 8.2 Quy trình bơm trám cần GEOPET

8-14

3.2 Trám ximăng qua vành xuyến (Top–up cementing)

Phương pháp sửdụng xảy tượng tuần hồn q trình trám ximăng ống chống đường kính lớn

Nếu xảy tuần hoàn phần mức dung dịch khoảng khơng hình xuyến ởtrên bềmặt Tiến hành thảcần khoan đường kính nhỏ

sao cho phù hợp với kích thước khoảng khơng vành xuyến bơm ximăng

Nếu tuần hoàn tồn bộ, khoảng khơng vành xuyến có thểtrống ởmột độ

sâu cần phải làm đầy ximăng Trường hợp nên sửdụng vữa ximăng có tỷtrọng thấp đểtránh trường hợp áp lực cột vữa ximăng lớn gây tuần hoàn vào thành hệyếu

GEOPET III TRÁM XIMĂNG ỐNG CHỐNG

ĐƯỜNG KÍNH LỚN IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET

Phần sẽtrình bày kỹthuật bơm trám ximăng ống chống trung gian

ống chống khai thác

Thông thường, ống chống trung gian có đường kính từ6 5/8”đến 13 3/8”và sâu từ 1000 ft đến 15000 ft Ống chống khai thác có đường kính từ4 1/2”đến 5/8”, sâu từ 1500 ft đến hơn 25000 ft

Mục đích trám ximăng bảo vệ ống chống cách ly tầng khai thác hay thành hệyếu khác Tùy thuộc vào điều kiện giếng khoan độsâu cần trám mà sửdụng kỹthuật bơm trám thích hợp

(5)

GEOPET

8-17

IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 4.1 Trám ximăng một giai đoạn

Sựphát triển loại ximăng đặc biệt ximăng “siêu nhẹ” cho phép sửdụng kỹthuật trám ximăng giai đoạn thay nhiều giai đoạn

trước Với tỷtrọng thấp (ximăng bọt), cột vữa ximăng bơm trám

những giếng khoan có độsâu lớn kỹthuật trám giai đoạn mà không gây nguy vỡvỉa thành hệyếu

Cải thiện tính chất của bùn khoan

Sau chống ống, cần phải bơm rửa giếng khoan đểtránh tượng phát triển gel bùn khoan Nếu bùn khoan đểlâu ởtrạng thái tĩnh gia tăng độbền gel làm giảm hiệu quảthay thếbùn khoan trám

GEOPET

8-18

IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 4.1.1 Nút trám dưới

Nút trám có chức sau:

– Ngăn cách dung dịch khoan với vữa, tránh tượng bùn khoan làm nhiễm bẩn vữa ximăng

– Khi dịch chuyển, nút trám có tác dụng nạo thành ống chống tránh

được tối đa khả nhiễm bẩn vữa ximăng 4.1.2 Nút trám trên

Nút trám sửdụng đểcách ly vữa ximăng dung dịch bơm đẩy

Nút trám thường làm nhựa, có độđàn hồi đểbịt kín ống chống trình bơm

GEOPET

8-19

IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG

Hình 8.4 Các loại nút trám ximăng

GEOPET

8-20

Quá trình bơm rửa bùn khoan tiến hành qua đầu trám ximăng Nếu sử

dụng đầu trám ximăng nút trám, q trình tuần hồn phải dừng lại khoảng thời gian đểlắp đặt nút trám Trường hợp sửdụng đầu trám ximăng hai nút trám nút trám lắp đặt trước khơng có khoảng thời gian trì hỗn, trừ trường hợp thay đổi đường bơm trám

Trong q trình bơm trám, khơng sửdụng nút trám thường xảy sựtrộn lẫn dung dịch tỷtrọng chúng khác Mức độtrộn lẫn phụthuộc vào kích thước ống chống tốc độ bơm đẩy

(6)

GEOPET

8-21

Khi sửdụng đầu trám xi măng nút trám nút trám dung dịch có thểđược bơm đẩy theo trình tựsau:

– Nút trám – dung dịch đệm – vữa xi măng

– Dung dịch rửa – nút trám – dung dịch đệm – vữa xi măng – Dung dịch rửa – nút trám – vữa xi măng

4.1.3 Quá trình bơm ép vữa

Việc thảnút trám đơn giản nhanh chóng qua van ởđầu trám

Đầu trám ximăng thiết kếvững điều kiện làm việc bình thường giảm thời gian trì hỗn Nếu ngừng tuần hoàn, dung dịch khoan

phát triển độbền gel ảnh hưởng đến trình thay thếsau

GEOPET

8-22

IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG Quá trình bơm ép sau:

– Dung dịch đệm bơm vào ống chống bên nút trám dưới, – Dung dịch đệm đẩy nút trám dần xuống Khi hết thểtích dung dịch

đệm thiết kế, vữa ximăng bơm vào qua đầu trám,

– Vữa ximăng đẩy dung dịch đệm nút trám xuống Khi nút trám chạm vòng dừng, áp suất gia tăng sẽlàm thủng màng ngăn nút trám dưới, dung dịch đệm ximăng thoát qua nút trám dưới, qua chân đếvà lên khoảng không vành xuyến

– Khi bơm hết thểtích ximăng thiết kế, nút trám thảra Dung dịch

đẩy sẽđẩy nút trám ximăng xuống

– Nút trám chạm nút trám dưới, cơng tác bơm trám ximăng hồn tất

GEOPET IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG

DE- Thảnút trám trên, chuẩn bị bơm đẩy EF - Bắt đầu bơm đẩy

FG - Nút trám đến vòng dừng GH - Lấp đầy ống chống

HI - Lớp màng nút trám bịphá IJ - Dung dịch đệm bắt đầu qua chân đế

JK - Dung dịch đệm qua ống chống, lưu lượng dòng chảy không đổi KL - Vữa bắt đầu qua chân đế

LM - Vữa qua chân đế, lưu lượng dịng chảy khơng đổi MN - Mức chất lỏng đến bềmặt NO - Dòng chảy liên tục, Qra = Qvào

A B

C

D F

E G H I J K L M N O P Thời gian

L

ư

u l

ượ

ng

Hình 8.5 Lưu lượng bơm ép trong trình trám ximăng AB - Trộn bơm dung dịch BC - Trộn bơm vữa ximăng CD - Ngừng trộn đểlắp đặt nút

GEOPET IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG Nói chung, vữa cịn ởtrong ống chống, lưu lượng bơm ép có thểđạt tối đa

điều kiện cho phép Tuy nhiên, lưu lượng bơm cần giảm xuống ởcuối trình bơm ép, đểtránh làm tăng đột ngột áp suất nút trám chạm nút trám Sau đó, giảm áp suất bềmặt mởđầu giếng đểkiểm tra Nếu dung dịch tràn lên bềmặt mởđường ống chờ ximăng đơng cứng Nếu van vịng dừng khơng kín dung dịch sẽtràn q trình kiểm tra Lưu chất phải bơm ngược trởlại vào giếng khoan

(7)

GEOPET

8-25

Hình 8.6 Qui trình bơm trám ximăng giai đoạn

GEOPET

8-26

IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 4.1.4 Dịch chuyển ống chống bơm ép

Dịch chuyển ống chống cóảnh hưởng lớn đến chất lượng trám ximăng Khi ống chống chuyển động, giúp phá bỏlớp gel bùn khoan tạo khắc phục hạn chếđẩy bùn khoan ống chống lệch tâm

Chuyển động ống chống tịnh tiến thường dùng bơm trám ximăng giai đoạn Tuy nhiên phải cẩn thận kiểm soát tốc độdịch chuyển ống chống, tránh gây áp lực làm nứt vỡthành hệhay gây phun trào

Xoay ống chống có hiệu cao tịnh tiến Lực ma sát ống chống ximăng (bùn khoan) có khuynh hướng kéo vữa ximăng (bùn khoan) vào khe hởnhỏvành xuyến ống chống bịlệch tâm Ximăng trám sẽbám vành xuyến

GEOPET

8-27

Tuy nhiên, xoay ống chống bịhạn chế ởnhững giếng khoan sâu giếng khoan định hướng Do kỹthuật chỉáp dụng cho giếng có độ

sâu thấp tương đối thẳng (< 6000 ft)

Đối với trám ximăng ống chống lửng, khơng áp dụng kỹthuật Nhưng có thểcải thiện chất lượng ximăng trám cách dùng thiết bịđầu treo ống chống lửng đặc biệt cho phép chuyển động xoay

Đểdễdàng dịch chuyển ống chống, thường sửdụng lồng định tâm ởđộsâu tới hạn nhưởđoạn cong, độsâu bắt đầu khoan xiên, vùng có độthấm cao

Chuyển động ống chống thực thiết bịnối đầu trám ximăng vàống chống cho phép chuyển động xoay tịnh tiến

GEOPET

8-28