Dung dịch khoan và xi măng

Tài liệu tham khảo DUNG DỊCH KHOAN - XIMĂNG „ Kỹ thuật khoan dầu khí, Lê Phước Hảo, 1995 „ Bài giảng dung dịch khoan vữa trám, Trần Đình Kiên, 2002 „ Applied Drilling Engineering, A T Bourgoyne Jr., K K Millheim, M E Chenevert, F S Young Jr., SPE, 1991 „ Drilling fluids, Solids Control and Hydraulics (Module A-E), Smith International, 1990 GV: Đỗ Hữu Minh Triết Email: dhmtriet@hcmut.edu.vn „ Principles of Drilling Fluid Control, 12nd Edition, API, 1969 „ Cementing, Dwight K Smith, SPE monograph vol 4, 1990 „ Well Cementing, Erick B Nelson, 1990 GEOPET Nội dung tóm tắt Kiểm tra – Đánh giá A Dung dịch khoan „ Kiểm tra lớp, tập: 20% Các khái niệm, tính chất, thơng số dung dịch „ Kiểm tra học kỳ (tuần 8): 20% khoan, cách gia cơng hóa học chúng Cách rửa lỗ khoan „ Thi cuối kỳ (tuần 16): 60% nước lã dung dịch tự nhiên Các loại dung dịch dùng điều kiện phức tạp Cách làm dung dịch B Ximăng Các tính chất ximăng, cách chọn vữa ximăng, nguyên tắc phương pháp trám ximăng GEOPET GEOPET Nội dung chi tiết Tuần 1-2 3-4-5 7-8-9 Nội dung CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ RỬA LỖ KHOAN CHƯƠNG 2: DUNG DỊCH SÉT CHƯƠNG 3: GIA CÔNG HÓA HỌC DUNG DỊCH SÉT CHƯƠNG 4: DUNG DỊCH KHOAN TRONG ĐIỀU KIỆN PHỨC TẠP 10 CHƯƠNG 5: LÀM SẠCH DUNG DỊCH 11 CHƯƠNG 6: XIMĂNG PORLAND 12 CHƯƠNG 7: CHỌN VỮA XIMĂNG DÙNG TRONG CƠNG NGHIỆP DẦU KHÍ 13-14 CHƯƠNG 8: KỸ THUẬT BƠM TRÁM XIMĂNG GIẾNG KHOAN DẦU KHÍ GEOPET RỬA LỖ KHOAN LÀ GÌ? GEOPET CHƯƠNG „ KHÁI NIỆM CHUNG VỀ RỬA LỖ KHOAN „ Rửa lỗ khoan dùng chất lỏng hay chất khí để thực nhiệm vụ: … Làm đáy lỗ khoan … Bôi trơn làm mát dụng cụ khoan Định nghĩa Dung dịch khoan dung dịch tuần hoàn bơm từ bề mặt vào cần khoan, qua choòng khoan quay lại bề mặt khoảng không vành xuyến công tác khoan „ - 1905, dung dịch sét dùng để rửa lỗ khoan giếng khoan Texas - 1921, ôxit sắt xay nhỏ dùng để làm nặng dung dịch bang Arkansas bang Louissiana (Mỹ) Sau đó, barit tìm thấy có khả làm nặng dung dịch tốt - 1-3 Đồng thời với việc làm nặng dung dịch người ta tìm xút (NaOH) aluminat natri để làm ổn định dung dịch giữ hạt chất làm nặng trạng thái lơ lửng Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Dung dịch khoan khơng khí … Dung dịch khoan dạng bọt … Dung dịch khoan nước … Dung dịch khoan gốc dầu … Dung dịch khoan gốc polyme tổng hợp (olefin este) I LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ SỬ DỤNG CÁC LOẠI DUNG DỊCH VÀO CÔNG TÁC KHOAN GEOPET Thế kỷ XIX Trung Quốc người ta tiến hành rửa lỗ khoan nước lã, sau nước lã hạt sét có sẵn - … Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 1-2 I LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ SỬ DỤNG CÁC LOẠI DUNG DỊCH VÀO CƠNG TÁC KHOAN Dung dịch khoan chất lỏng khí 1-4 GEOPET - 1937, tinh bột dùng làm giảm độ thoát nước dung dịch - 1944, Carboxymetyl Celullose (CMC) dùng làm giảm độ thoát nước dung dịch - Sau đó, Mỹ Nga đồng thời tìm dung dịch gốc dầu để mở vỉa dầu - 1939 – 1940, người ta dùng huyền phù carbonat để rửa lỗ khoan - 1943, người ta dùng dung dịch có vơi để chịu nhiệt độ 190oC mà không bị đặc - 1953, dùng dung dịch thạch cao để thực mục đích - Ngồi việc rửa lỗ khoan chất lỏng, cịn dùng chất khí để rửa lỗ khoan, thực vào 1918 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Hệ thống tuần hoàn dung dịch II CHỨC NĂNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN GEOPET GEOPET ¾ Rửa lỗ khoan, nâng mùn khoan lên khỏi giếng ¾ Giữ mùn khoan lơ lửng ngưng tuần hồn ¾ Làm mát, bơi trơn khoan cụ Ổn định thành giếng Ngăn xâm nhập chất lưu Giúp xác định lưu chất vỉa ¾ Giữ thành lỗ khoan không bị sập lở, tránh nước rửa tượng dầu-khí-nước vào lỗ khoan Vận chuyển mùn khoan lên bề mặt Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 1-5 II CHỨC NĂNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN 1-7 Đảm bảo tính xác cho cơng tác đánh giá vỉa ¾ Kiểm sốt ăn mịn thiết bị (O2, CO2, H2S) ¾ Hỗ trợ q trình trám ximăng hồn thiện giếng ¾ Giảm thiểu tác hại cho mơi trường ¾ Truyền thơng tin địa chất lên mặt đất ¾ Là mơi trường trung gian để truyền tín hiệu điều khiển Gây tác dụng lý hóa phá hủy đất đá ¾ Truyền lượng cho turbin khoan Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 1-6 Chức GEOPET Rửa lỗ khoan, nâng mùn khoan lên khỏi giếng Các chức khác ¾ Bơi trơn, làm mát khoan cụ ¾ Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 1-8 „ Đây điều kiện để đạt tốc độ học khoan cao „ Muốn rửa đáy lỗ khoan phải kịp thời đưa mùn khoan lên mặt đất theo khoảng không vành xuyến thành lỗ khoan cần khoan Mức độ rửa lỗ khoan phụ thuộc vào số lượng chất lượng nước rửa bơm vào lỗ khoan: tốc độ dịng nước rửa lên, tính chất học, cấu trúc nước rửa, kích thước trọng lượng hạt mùn khoan „ Năng suất máy bơm lớn, lượng nước rửa bơm vào lỗ khoan nhiều, đáy lỗ khoan rửa tốc độ khoan tăng GEOPET Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Chức Chức Giữ mùn khoan lơ lửng ngưng tuần hoàn „ „ GEOPET Trong trình khoan thường xảy tượng ngừng khoan cách đột ngột tiếp cần, thay chng khoan Lúc khoảng khơng vành xuyến cịn nhiều mùn khoan chưa nâng lên mặt đất Do trọng lượng thân, hạt mùn khoan lắng xuống gây tượng kẹt lỗ khoan Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Chức Khả giữ hạt mùn khoan trạng thái lơ lửng loại nước rửa đánh giá kích thước lớn hạt mùn khoan khơng bị chìm loại nước rửa „ Khi rửa lỗ khoan nước lã chất khí, tính lưu biến loại dung dịch thấp, ngừng tuần hoàn sau đưa hết mùn khoan lên mặt đất Đồng thời phải nhanh chóng khơi phục lại tuần hồn dung dịch Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 1-10 Chức GEOPET Làm mát, bôi trơn khoan cụ „ Trong trình khoan, dụng cụ phá đá bị nóng nhiệt độ đáy (địa nhiệt) ma sát với đất đá „ Năng lượng học ma sát sinh nhiệt Một phần làm nóng dụng cụ phá đá phần vào đất đá Nhiệt độ vùng tiếp xúc 800 1000oC giảm độ bền độ chống mòn dụng cụ 1-11 „ Để tránh tượng kẹt lỗ khoan, phải dùng dung dịch có tính lưu biến cao Dung dịch loại trạng thái yên tĩnh, ứng suất giới hạn chúng tăng lên (quá trình gel hóa), đủ để giữ hạt mùn khoan không bị lắng xuống 1-9 „ GEOPET Giữ mùn khoan lơ lửng ngưng tuần hoàn (tt) Khi dùng chất lỏng khí để rửa lỗ khoan chất thu nhiệt dẫn đến cân nhiệt độ: nhiệt độ tỏa trình ma sát sau thời gian nhiệt độ chất rửa lỗ khoan Lúc nhiệt độ dụng cụ phá đá không đổi Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Làm mát, bôi trơn khoan cụ (tt) GEOPET „ Việc làm mát dụng cụ phá đá phụ thuộc lưu lượng, tỉ nhiệt nhiệt độ ban đầu chất để rửa lỗ khoan Lưu lượng tỉ nhiệt lớn nhiệt độ trung bình chỗ tiếp xúc nhỏ Mặt khác lỗ khoan lớn việc làm lạnh chng khoan nhanh „ Thực tế cho thấy dung dịch làm lạnh dụng cụ phá đá tốt nước lã, sau dung dịch sét chất lỏng khác, cuối chất khí „ Nước rửa cịn bơi trơn ổ bi, chi tiết khác turbin, choòng khoan cần khoan ống chống nước rửa làm giảm độ ma sát phận quay, bôi trơn làm giảm nhẹ làm việc cấu dẫn đến tăng độ bền chúng, đặc biệt quan trọng khoan turbin Hiệu bôi trơn tăng pha vào dung dịch - 10% dầu diesel dầu hỏa Dung dịch nhũ tương dầu có tác dụng bơi trơn tốt nhất, dùng dung dịch khoan moment quay giảm 30% 1-12 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Chức Chức GEOPET Giữ thành lỗ khoan không bị sập lở, tránh nước rửa tượng dầu-khí-nước vào lỗ khoan „ „ GEOPET Giữ thành lỗ khoan không bị sập lở, tránh nước rửa tượng dầu-khí-nước vào lỗ khoan (tt) Mỗi lớp đất đá, vỉa khống sản, tầng chứa dầu, khí, nước nằm lịng đất có áp lực vỉa Pv chúng (áp lực địa tĩnh) từ vài atm, vài trăm đến hàng nghìn atm Ở điều kiện bình thường, cân áp lực đất đá nên chúng ổn định khoan qua chúng cân bị phá vỡ Dưới tác dụng áp lực vỉa, lớp đất đá vào lỗ khoan … Đồng thời với tượng nước rửa, Ptt giảm mực nước lỗ khoan giảm dẫn đến tượng sập lở thành lỗ khoan; dầu, khí, nước vào lỗ khoan Khi lỗ khoan có nước rửa cột chất lỏng lỗ khoan tạo áp lực thủy tĩnh Pv … Khi Pv > Ptt đất đá, dầu khí nước vào lỗ khoan gây tượng sập lở thành lỗ khoan hay tượng dầu, khí, nước vào lỗ khoan làm bão hịa dung dịch, đơi đẩy dung dịch khỏi lỗ khoan phun lên Tăng tỷ trọng Ptt có tác dụng chống lại Pv Mặt khác dùng dung dịch sét tạo nên lớp vỏ mỏng sét chặt sít xung quanh thành lỗ khoan, ngăn cách vỉa lỗ khoan thành lỗ khoan ổn định Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 1-13 Chức Khi Pv < Ptt, nước rửa vào khe nứt đất đá làm giảm thể tích nước rửa, gây tượng nước rửa phần hay hoàn toàn Hiện tượng xảy khoan qua đất đá nứt nẻ, nhiều lỗ hổng… Khắc phục cách dùng dung dịch sét chất lượng tốt, tỷ trọng nhỏ tạo nên vỏ sét chặt sít ngăn cách lỗ khoan vỉa, đồng thời Ptt nhỏ thành lập nên trạng thái cân Ptt = Pv để chống nước rửa Trong trường hợp nước rửa mạnh, người ta dùng hỗn hợp đông nhanh để khắc phục Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 1-14 Chức Gây tác dụng lý hóa phá hủy đất đá GEOPET Gây tác dụng lý hóa phá hủy đất đá (tt) GEOPET „ Là thông số chế độ khoan „ „ Nước rửa qua lỗ chng có kích thước nhỏ có tốc độ lớn dự trữ động Động sử dụng làm đáy lỗ khoan gặp đất đá mềm, phá hủy trực tiếp Đất đá có độ bền khơng đồng nhất, màng tinh thể có chỗ yếu bề mặt có khe nứt ngang dọc Khi nước rửa thấm sâu vào làm khe nứt bị sâu thêm, rộng tạo điều kiện cho việc phá hủy đá dễ dàng „ Tác động học dòng nước rửa lên đáy lỗ khoan đánh giá áp lực hay lực đập dòng nước rửa tiếp xúc với đất đá đáy Lực đập phụ thuộc tốc độ, khối lượng mật độ dịng nước rửa Hiệu tăng thêm ta thêm vào nước rửa chất giảm độ cứng Tác dụng chất tăng lực tương tác hóa lý mơi trường phân hóa bề mặt đất đá tạo trình phá hủy học „ Các chất làm giảm độ cứng hoạt chất cacbon, fenol, axit muối kiềm chúng + Các chất điện phân: NaCl, MgCl2, CaCl2, AlCl3 + Các muối kim loại kiềm NaOH, Na2CO3 „ „ Khi khoan qua đất đá cứng, nước rửa góp phần vào việc tăng tốc độ học khoan nước làm giảm độ cứng đất đá Lưu ý: Khi nồng độ chất nước rửa nhỏ có tác dụng, nồng độ tăng tác dụng ngược lại 1-15 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 1-16 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Chức Chức Truyền lượng cho turbin khoan GEOPET Truyền lượng cho turbin khoan (tt) Đối với số trường hợp khoan giếng định hướng có góc nghiêng lớn khoan ngang, người ta sử dụng động đáy (tuabin động thể tích) Động làm việc nhờ lượng dòng dung dịch tuần hoàn giếng „ Muốn Q tăng để tăng cơng suất quay turbin tăng Nb hay giảm p Trong kỹ thuật, Nb điều chỉnh dễ dàng nên tăng Q dễ dàng kỹ thuật khoan, kích thước ống dẫn hạn chế nên Q tăng làm p giảm Tùy theo độ bền ống dẫn thủy lực, bơm dụng cụ khoan mà p tăng đến trị số p < pmax giá trị pmax làm hạn chế Q máy bơm Yếu tố định lượng nước rửa bơm vào turbin nghĩa suất máy bơm N t1  Q = N t  Q    „ Khi Nb không đổi, muốn tăng Q phải giảm tổn thất cục Điều thực cách - Tăng đường kính phần có nước rửa chảy qua ống dẫn, cần khoan đầu nối, lỗ chng - Dùng nước rửa linh động có tỷ trọng độ nhớt nhỏ „ Khi Q không đổi tổn thất thủy lực nhỏ làm lỗ khoan nước lã Ỵ lượng nước rửa tăng lên cơng suất turbin thay đổi nhiều Ỵ tăng tiến độ khoan „ Ở máy bơm có liên hệ: Nb = pQ Trong đó: Nb: cơng suất máy bơm dung dịch p: áp lực ống thoát máy bơm Q: lưu lượng máy bơm dung dịch Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 1-17 „ … … … … Phương pháp rửa nghịch Dùng cần khoan đầu nối có kích thước nhỏ Dùng động đáy Dùng thiết bị đo khoan Phương pháp rửa cục Tổn thất áp suất cao khi: … … … 1-19 GEOPET Phương pháp rửa thuận Tăng khả tách mùn khoan choòng Tối đa độ giảm áp choòng Tối ưu lực va đập thủy lực đáy giếng Áp lực choòng làm giảm cách: … „ III CÁC PHƯƠNG PHÁP RỬA LỖ KHOAN GEOPET Tính tốn thủy lực khoan nhằm tối ưu ROP (Rate of Penetration) cách: … „ Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 1-18 Chức Truyền lượng cho turbin khoan (tt) GEOPET Dung dịch có tỉ trọng lớn Dung dịch có độ nhớt lớn Thành phần rắn mùn khoan cao Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 1-20 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Phương pháp rửa thuận GEOPET Nước rửa bơm vào lỗ khoan qua phía cần khoan tới đáy, đưa mùn khoan lên theo khoảng không thành lỗ khoan cần khoan „ „ Ưu điểm … Đơn giản, không cần thiết bị phức tạp … Nước rửa có tốc độ lớn chuyển động cần khoan nên không phá ổn định thành lỗ khoan … Tốc độ nước rửa lớn tạo áp lực phá hủy đất đá mềm dẫn đến tốc độ học khoan cao … Khơng bị tắt cần, khoan điều kiện dung dịch Phương pháp rửa nghịch Nước rửa bơm vào lỗ khoan qua khoảng không vành xuyến thành lỗ khoan cần khoan, tới đáy, đưa mùn khoan lên theo phía cần khoan Phương pháp thường dùng lỗ khoan đường kính nhỏ hay khoan qua cát, cát kết bị phong hóa „ Ưu điểm … Do tiết diện cần khoan nhỏ nên tốc độ dòng nước rửa lên nhanh … Mùn khoan mẫu nâng nhanh, lấy mẫu liên tục … Va đập vào thành lỗ khoan nhỏ „ Khuyết điểm: … Cần có thiết bị bít miệng lỗ khoan … Khơng khoan điều kiện nước … Cấu trúc dụng cụ khoan phức tạp, dễ bị tắt cần khoan Khuyết điểm … Tốc độ nâng mẫu chậm lỗ khoan sâu đường kính lớn … Dễ gây kẹt lắng mùn khoan ngừng tuần hoàn 1-21 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết GEOPET Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 1-22 CÁC PHƯƠNG PHÁP RỬA LỖ KHOAN Phương pháp rửa cục GEOPET GEOPET 1 Nước rửa bơm vào lỗ khoan phương pháp rửa thuận Trên cần khoan có gắn thêm thiết bị thu mùn khoan Phương pháp dùng trường hợp rửa toàn lỗ khoan hay để nâng cao tỉ lệ lấy mẫu sau xảy tượng rơi rớt thiết bị vào lòng giếng, choòng khoan bị cắt… Ngồi ra, người ta cịn dùng phương pháp tuần hoàn hỗn hợp khoan qua đất đá bền vững, vùng tỉ lệ mẫu thấp, vùng dễ nước rửa, vùng thiếu nước để gia công dung dịch khoan 2 Cần khoan 1 Thành giếng khoan Ống lắng lấy mẫu mùn khoan Phương pháp tuần hoàn hỗn hợp cần thiết bị bơm chuyên dụng đặt chìm Ưu điểm: tiêu hao dung dịch ít, tỉ lệ mẫu cao Tuy nhiên, phương pháp bị hạn chế chiều sâu lỗ khoan công suất nâng hạ dụng cụ 1-23 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Rửa thuận 1-24 Đường dung dịch vào Rửa nghịch Đường dung dịch Rửa cục Mùn khoan vào ống lắng Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC CHẤT ĐỂ RỬA LỖ KHOAN „ „ IV CÁC CHẤT ĐỂ RỬA LỖ KHOAN GEOPET Tùy theo môi trường phân tán, chia thành loại: Chất rửa lỗ khoan có mơi trường phân tán chất lỏng … Nhóm có mơi trường phân tán nước: dung dịch sét, dung dịch tự nhiên (dung dịch cacbơnat, sunfat), huyền phù nước thơ … Nhóm có mơi trường phân tán nước (dầu mỏ hay cacbua hydro): dung dịch gốc dầu, dung dịch nhũ tương sét Một số chất để rửa lỗ khoan tương đối phổ biến: Chất rửa lỗ khoan có mơi trường phân tán chất khí: khơng khí hay chất khí tự nhiên „ Dung dịch sét dùng điều kiện địa chất khơng phức tạp lắm, có tác dụng làm đáy lỗ khoan, làm lạnh dụng cụ phá đá, làm thành lỗ khoan, tránh lắng đọng mùn khoan ngưng tuần hoàn, tránh xâm nhập dầu, khí, nước vào lỗ khoan „ Nước lã dùng để khoan qua đất đá tương đối ổn định Khi khoan, nước lã hòa lẫn với mùn khoan tạo thành dung dịch tự nhiên (khoan qua đá vôi, dolomit tạo thành dung dịch cacbonat, khoan qua anhydrit thạch cao, dung dịch sun phát) … Ưu điểm: Trọng lượng riêng nhỏ, tổn thất áp lực tăng tốc độ học khoan 15 - 20% so với sử dụng loại dung dịch khác … Khuyết điểm: Không giữ mùn khoan lơ lửng dễ gây kẹt dụng cụ khoan Ngồi cịn dùng dung dịch nhẹ hỗn hợp khí nước Theo quan điểm tốc độ học khoan, chất rửa lỗ khoan tốt theo thứ tự: chất khí, nước lã, dung dịch sét Nhưng xét cách tồn diện chất rửa tốt theo thứ tự: dung dịch sét, nước lã, chất khí Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 1-25 IV CÁC CHẤT ĐỂ RỬA LỖ KHOAN GEOPET Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 1-26 IV CÁC CHẤT ĐỂ RỬA LỖ KHOAN GEOPET „ Dung dịch nhũ tương sét: nhũ tương dầu hay sản phẩm dầu dung dịch sét Loại dung dịch ngăn cản hạt mùn khoan dính hạn chế việc tạo “nút” đất đá nên người ta thường dùng để khoan vùng dễ bị sập lở, kẹt mút Dung dịch có khả làm giảm độ mịn chng giảm cơng suất quay cột cần khoan chúng bôi trơn tốt loại rửa khác „ Dung dịch muối bão hịa: Dùng để khoan qua vỉa muối khống hay lớp đất đá liên kết loại muối khống hịa tan Khi khoan qua loại muối dùng dung dịch bão hịa loại muối Dung dịch muối khống khơng bị đóng băng nhiệt độ âm người ta dùng dung dịch để khoan qua vùng đóng băng quanh năm „ Dung dịch gốc dầu: Môi trường phân tán dầu (diesel ) chất phân tán bitum hay chất hữu khác (đóng vai trị chất tạo cấu trúc, ổn định dung dịch) Dùng để khoan qua vùng dầu có áp lực vỉa thấp, tạo điều kiện thoát dầu khai thác chúng, loại dung dịch có độ nhớt cao, tỷ trọng nhỏ „ Khí nén: Dùng để rửa lỗ khoan vùng khơng có nước, vùng đóng băng hay vùng dễ nước rửa Dùng khơng khí tự nhiên, khí thải động đốt tăng tốc độ học khoan từ đến lần so với dùng loại nước rửa Phương pháp bị hạn chế vùng có nước áp lực GEOPET Ngồi người ta dùng dung dịch nhẹ hỗn hợp nước hay dung dịch với khơng khí hay khí tự nhiên 1-27 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 1-28 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết CÂU HỎI GEOPET KẾT THÚC CHƯƠNG 1-29 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 1-30 GEOPET Trình bày chức dung dịch khoan phân tích chức Trình bày ngun tắc hoạt động phương pháp rửa lỗ khoan So sánh ưu điểm nhược điểm phương pháp rửa thuận phương pháp rửa nghịch Phân loại chất rửa lỗ khoan phổ biến khoan dầu khí Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET Khi sử dụng đầu trám xi măng nút trám nút trám dung dịch bơm đẩy theo trình tự sau: Quá trình bơm ép sau: – Nút trám – dung dịch đệm – vữa xi măng – Dung dịch đệm bơm vào ống chống bên nút trám dưới, – Dung dịch rửa – nút trám – dung dịch đệm – vữa xi măng – Dung dịch đệm đẩy nút trám dần xuống Khi hết thể tích dung dịch đệm thiết kế, vữa ximăng bơm vào qua đầu trám, – Dung dịch rửa – nút trám – vữa xi măng – Vữa ximăng đẩy dung dịch đệm nút trám xuống Khi nút trám chạm vòng dừng, áp suất gia tăng làm thủng màng ngăn nút trám dưới, dung dịch đệm ximăng thoát qua nút trám dưới, qua chân đế lên khoảng không vành xuyến 4.1.3 Quá trình bơm ép vữa Việc thả nút trám đơn giản nhanh chóng qua van đầu trám – Khi bơm hết thể tích ximăng thiết kế, nút trám thả Dung dịch đẩy đẩy nút trám ximăng xuống Đầu trám ximăng thiết kế vững điều kiện làm việc bình thường giảm thời gian trì hỗn Nếu ngừng tuần hoàn, dung dịch khoan phát triển độ bền gel ảnh hưởng đến trình thay sau 8-21 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG EF - Bắt đầu bơm đẩy C Lưu lượng N B O 8-22 FG - Nút trám đến vòng dừng Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET Nói chung, vữa cịn ống chống, lưu lượng bơm ép đạt tối đa điều kiện cho phép Tuy nhiên, lưu lượng bơm cần giảm xuống cuối trình bơm ép, để tránh làm tăng đột ngột áp suất nút trám chạm nút trám GH - Lấp đầy ống chống F K HI - Lớp màng nút trám bị phá J L IJ - Dung dịch đệm bắt đầu qua chân đế M P DE GH Thời gian Hình 8.5 Lưu lượng bơm ép trình trám ximăng AB - Trộn bơm dung dịch BC - Trộn bơm vữa ximăng CD - Ngừng trộn để lắp đặt nút trám trên, ngừng tuần hoàn 8-23 – Nút trám chạm nút trám dưới, công tác bơm trám ximăng hoàn tất GEOPET DE- Thả nút trám trên, chuẩn bị bơm đẩy I A GEOPET JK - Dung dịch đệm qua ống chống, lưu lượng dịng chảy khơng đổi KL - Vữa bắt đầu qua chân đế LM - Vữa qua chân đế, lưu lượng dịng chảy khơng đổi MN - Mức chất lỏng đến bề mặt Sau đó, giảm áp suất bề mặt mở đầu giếng để kiểm tra Nếu khơng có dung dịch tràn lên bề mặt mở đường ống chờ ximăng đơng cứng Nếu van vịng dừng khơng kín dung dịch tràn trình kiểm tra Lưu chất phải bơm ngược trở lại vào giếng khoan Ximăng phát triển độ bền gel đông cứng khoảng từ – Sau trình bơm trám hồn tất cần phải giải phóng áp suất ống chống trước ximăng phát triển độ bền nén Điều quan trọng để tránh trường hợp tạo khe hở vành xuyến co giãn ống chống NO - Dòng chảy liên tục, Qra = Qvào OP - Kết thúc bơm trám Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 8-24 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET GEOPET 4.1.4 Dịch chuyển ống chống bơm ép Dịch chuyển ống chống có ảnh hưởng lớn đến chất lượng trám ximăng Khi ống chống chuyển động, giúp phá bỏ lớp gel bùn khoan tạo khắc phục hạn chế đẩy 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 độ dịch chuyển ống chống, tránh gây áp lực làm nứt vỡ thành hệ hay 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 hở nhỏ vành xuyến ống chống bị lệch tâm Ximăng trám bám vành xuyến Hình 8.6 Qui trình bơm trám ximăng giai đoạn 8-25 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 8-26 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET GEOPET Tuy nhiên, xoay ống chống bị hạn chế giếng khoan sâu giếng khoan định hướng Do kỹ thuật áp dụng cho giếng có độ sâu thấp tương đối thẳng (< 6000 ft) Đối với trám ximăng ống chống lửng, không áp dụng kỹ thuật Nhưng cải thiện chất lượng ximăng trám cách dùng thiết bị đầu treo ống chống lửng đặc biệt cho phép chuyển động xoay Để dễ dàng dịch chuyển ống chống, thường sử dụng lồng định tâm độ sâu tới hạn đoạn cong, độ sâu bắt đầu khoan xiên, vùng có độ thấm cao Chuyển động ống chống thực thiết bị nối đầu trám ximăng ống chống cho phép chuyển động xoay tịnh tiến 8-27 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Hình 8.7 Dịch chuyển ống chống bơm trám 8-28 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET GEOPET Nhìn chung, kỹ thuật trám xi măng nhiều giai đoạn bao gồm: 4.2 Trám ximăng nhiều giai đoạn Trám ximăng nhiều giai đoạn áp dụng trường hợp sau: – Thành hệ đáy giếng khoan có áp suất vỉa nhỏ áp suất thủy tĩnh cột dung dịch cột vữa xi măng – Trám xi măng hai giai đoạn thơng thường: q trình trám qui trình trám hoạt động riêng lẻ, phân biệt – Tầng phía cần trám ximăng có chất lượng tốt, khơng bị nhiễm bẩn – Trám xi măng hai giai đoạn liên tục: hai giai đoạn trám thực liên tục – Ximăng khơng thiết phải trám kín suốt cột ống chống đến bề mặt – Trám xi măng ba giai đoạn: giai đoạn trám hoạt động riêng lẻ Hầu hết lý để trám ximăng nhiều giai đoạn rơi vào trường hợp Đối với ống chống trung gian ống chống khai thác, việc trám ximăng nhiều giai đoạn giúp đảm bảo chất lượng độ bền vành đá ximăng 8-29 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 8-30 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET GEOPET 4.2.1 Trám ximăng hai giai đoạn thông thường ™ Trám ximăng giai đoạn đầu Các thiết bị kỹ thuật trám ximăng hai giai đoạn thơng thường là: Q trình trộn, bơm ép dung dịch đệm vữa ximăng giai đoạn đầu tương tự kỹ thuật trám giai đoạn Sau trộn ximăng, nút trám giai đoạn đầu thả bơm đẩy chạm vào vòng dừng chân đế ống chống – Đĩa làm kín cao su: lắp đặt phần đỉnh vịng dừng, có tác dụng làm kín, cách ly – Nút trám giai đoạn đầu: sử dụng để phân cách vữa ximăng bùn khoan, cho biết thời điểm kết thúc việc bơm đẩy giai đoạn đầu – Bom mở cửa sổ: thả sau trám ximăng giai đoạn đầu hồn tất, rơi vào vị trí đóng đầu trám phân tầng Khi tăng áp suất đẩy ống trượt xuống mở cửa sổ đầu trám phân tầng – Đầu trám phân tầng: đoạn ống nối có cửa sổ đóng mở ống trượt hoạt động theo nguyên tắc thủy lực, lắp đặt trước độ sâu cần trám Thông thường trám ximăng ống chống khai thác, giai đoạn đầu sử dụng hai dung dịch, phía đầu trám phân tầng làm đầy dung dịch hồn thiện, phía sử dụng bùn khoan, bùn khoan sau tuần hoàn qua cửa sổ đầu trám phân tầng – Nút đóng: nút bơm để đóng kín cửa sổ đầu trám phân tầng báo hiệu kết thúc trình trám 8-31 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 8-32 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET GEOPET ™ Trám ximăng giai đoạn sau Bom mở cửa sổ thả sau hoàn tất trám giai đoạn đầu rơi xuống đầu trám phân tầng, tựa vào bề mặt đóng ống trượt Áp suất bơm gia tăng khoảng 1200 – 1500 psi đẩy bom mở cửa sổ, cắt đứt chốt giữ đẩy ống trượt xuống Sự giảm áp đột ngột bề mặt cho biết cửa sổ mở Hình 8.8 Trám ximăng hai giai đoạn – Nếu ximăng giai đoạn đầu dâng cao đầu trám phân tầng, cần phải tiến hành bơm rửa hết lượng ximăng phía đầu trám phân tầng khỏi giếng khoan trước ximăng phát triển độ bền gel thông thường – Nếu ximăng trám giai đoạn đầu chưa đạt đến vị trí đầu trám phân tầng, để ximăng đông cứng trước tiến hành mở cửa sổ tuần hoàn giếng khoan 8-33 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG Để trám ximăng giai đoạn sau, việc trộn ximăng sử dụng dung dịch đệm giống q trình trám ximăng giai đoạn đầu Nút đóng thả sau trộn ximăng bơm đẩy đến vị trí đóng, áp suất bơm tối thiểu 1500 psi đóng cửa sổ đầu trám phân tầng Áp suất ống chống giải phóng sau cửa sổ đóng Hầu hết trám ximăng giai đoạn sau thường sử dụng vữa ximăng nhẹ để đẩy ximăng lên đến bề mặt Để bảo vệ điểm yếu cột ống chống, đầu trám phân tầng, tăng tỷ trọng vữa phần cuối cột vữa ximăng Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET Khi cửa sổ đầu trám phân tầng mở, giếng khoan cần phải tuần hoàn bùn khoan bảo đảm cho giai đoạn sau 8-35 8-34 GEOPET 4.2.2 Trám ximăng hai giai đoạn liên tục Đôi yêu cầu công việc mà q trình trộn ximăng bơm đẩy khơng thể chờ để thả bom mở cửa sổ đầu trám phân tầng đến vị trí đóng thiết bị Khi người ta sử dụng kỹ thuật trám ximăng hai giai đoạn liên tục Giai đoạn đầu ximăng trộn bơm ép vào giếng khoan Sử dụng nút trám sau vữa ximăng để ngăn cách vữa ximăng dung dịch ép Thể tích dung dịch bơm ép phải tính tốn để đẩy ximăng khỏi ống chống bên đầu trám phân tầng Ống chống xoay, tịnh tiến để ximăng không bị ứ đọng xung quanh chân đế ống chống 8-36 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET GEOPET Phía vịng dừng có lắp đặt đoạn ống nối chảy vòng (bypass insert) để ngăn ngừa bít kín đột ngột nút trám đặt vòng dừng, cho phép lượng nhỏ dung dịch đẩy qua Sau bơm dung dịch ép, nút mở đầu trám phân tầng giải phóng Hình 8.9 Trám ximăng hai giai đoạn Giai đoạn trám thứ hai thực sau nút mở giải phóng, vữa ximăng đẩy nút đóng Quá trình bơm vữa đẩy nút mở đặt lên ống trượt Khi gia tăng áp suất ống trượt bị đẩy trượt xuống mở cửa sổ trám phân tầng liên tục Sau vữa bơm qua cửa sổ này, nút đóng đến vị trí phân tầng tựa lên gờ đỡ đoạn ống đóng cửa sổ Áp suất bơm gia tăng (khỏang 1500 psi), cửa sổ đầu trám phân tầng đóng lại 8-37 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG - Nút trám đàn hồi (flexible plug): kiểu nút trám đặc biệt bơm đẩy phía trước cột vữa xi măng giai đoạn đầu - Đoạn nối chảy vòng (bypass insert): lắp đặt phía chân đế ống chống hay vịng dừng, tạo gờ đỡ cho nút trám đàn hồi cho phép tiếp tục tuần hoàn vữa xi măng qua lỗ hở Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET Trong trường hợp vữa ximăng bùn khoan khơng tương thích cao, thả nút trám trước cột vữa giai đoạn đầu Để làm điều cần phải sử dụng số thiết bị phụ trợ khác trám xi măng hai giai đoạn thông thường, bao gồm: 8-39 8-38 GEOPET - Đoạn ống nối chuyên dụng (special insert collar): lắp đặt đầu nối ống chống phía đoạn nối chảy vịng, tạo điểm tựa cho nút trám giai đoạn đầu - Nút trám giai đoạn đầu đặc biệt (special first stage plug): có đầu đặc biệt để làm kín đoạn ống nối chuyên dụng Nó thay cho nút trám giai đoạn đầu kỹ thuật trám hai giai đoạn thông thường Các thao tác tương tự qui trình trám ximăng hai giai đoạn ngoại trừ thêm nút trám phía trước cột vữa ximăng hay dung dịch đệm giai đoạn đầu 8-40 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET GEOPET 4.2.3 Trám ximăng ba giai đoạn Hình 8.10 Trám ximăng ba giai đoạn Kỹ thuật trám ximăng ba giai đoạn thường áp dụng trường hợp giếng sâu, thành hệ yếu có chứa kênh rãnh khí hay khả gây ăn mịn ống chống, rò rỉ ống chống – Giai đoạn đầu: trám ximăng qua chân đế ống chống – Giai đoạn hai: trám ximăng qua đầu trám phân tầng thông thường Nguyên tắc không khác kỹ thuật trám ximăng hai giai đoạn thông thường, nhiên kỹ thuật có thêm giai đoạn thứ ba – Giai đoạn cuối: trám ximăng qua đầu trám đỉnh Giai đoạn đầu thực qua chân đế ống chống cách sử dụng nút trám giai đoạn đầu để làm kín vịng dừng Giai đoạn hai thực lúc sau giai đoạn đầu hoàn tất Giai đoạn phụ thuộc chương trình trám thiết kế 8-41 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG Sau cửa sổ đóng nút đóng đàn hồi chuyên dụng Nút đóng di chuyển qua gờ nối đầu trám phân tầng phía tựa vào vị trí đóng đầu trám phân tầng giai đoạn hai Cung cấp áp suất để đóng cửa sổ đầu trám phân tầng Giai đoạn cuối thực vào lúc sau giai đoạn hai hoàn tất Bom mở cửa sổ (lớn bom mở cửa sổ giai đoạn hai) thả giếng khoan tựa vào vị trí làm kín đầu trám phân tầng giai đoạn ba Các thao tác mở cửa sổ bơm đẩy dung dịch đệm vữa ximăng giống giai đoạn hai Nút trám chuyên dụng dùng để đóng cửa sổ đầu trám phân tầng Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET Bom mở cửa sổ thông thường sử dụng để mở cửa sổ đầu trám phân tầng giai đoạn hai Tiến hành bơm rửa giếng khoan, vữa ximăng bơm qua cửa sổ trám phân tầng 8-43 8-42 GEOPET Các trang thiết bị phụ trợ a Giỏ trám ximăng Giỏ trám ximăng lắp đặt phía đầu trám phân tầng Mục đích hạn chế lượng thể tích lớn ximăng vào thành hệ yếu phía đầu trám phân tầng xảy tuần hồn Tuy nhiên, giỏ trám ximăng khơng ngăn chặn lan truyền áp suất, chúng hạn chế di chuyển dung dịch 8-44 Hình 8.11 Giỏ trám ximăng Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET GEOPET b Lồng định tâm Lồng định tâm nhằm ổn định vị trí cột ống chống đầu trám phân tầng lỗ khoan Nếu đầu trám phân tầng bị lệch tâm, dẫn đến đoạn ống chống không trám ximăng khắp vành xuyến, tạo điều kiện cho ăn mòn ống chống dung dịch thành hệ Nếu ống chống nằm lệch phía giếng khoan, đầu trám phân tầng bị kẹt, làm giảm khả dịng chảy dẫn đến việc gia tăng áp suất bơm bề mặt Vì lý trên, cần phải lắp đặt lồng định tâm phía đầu trám phân tầng 8-45 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG Hình 8.12 Các loại lồng định tâm 8-46 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET GEOPET c Chổi nạo Là thiết bị gắn vào ống chống để làm lớp bùn khoan bám thành giếng khoan, tăng hiệu gắn kết ximăng Hình 8.13 Lồng định tâm Chổi nạo quay Chổi nạo tịnh tiến Hình 8.14 Các loại chổi nạo 8-47 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 8-48 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET GEOPET d Chân đế ống chống Là thiết bị có dạng mũi trịn, lắp đặt đầu ống chống để bảo vệ ống chống cho phép ống chống qua vùng hẹp dễ dàng Mũi chân đế ống chống làm vật liệu khoan qua ximăng nhơm Vỏ thép tương tự thép ống chống Hình 8.15 Chân đế ống chống 8-49 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG Hình 8.16 Bố trí thiết bị phụ trợ 8-50 IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET 4.3 Trám ximăng ống chống lửng 8-51 Ống chống lửng khai thác: cột ống gắn vào phần cuối ống chống cuối đến chiều sâu khai thác, thay cho ống chống khai thác Việc trám ximăng loại ống bị hạn chế ống chống lửng tiếp xúc trực tiếp với tầng khai thác – Ống chống lửng kỹ thuật: cho phép khoan sâu nhờ cách ly vùng tuần hồn, vùng có áp suất cao, thành hệ chứa sét Việc trám ximăng ống chống gặp nhiều khó khăn tính chất thành hệ nêu Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 8-52 GEOPET – Ống chống giằng (tie-back) dạng “stub”: nối từ đầu ống chống lửng đến đầu ống chống khác Loại ống thường sử dụng để sửa chữa đoạn ống chống bị hư hại, ăn mòn bảo vệ cột ống chống đoạn có lỗ bắn bị rò rỉ, áp suất cao – Ống chống giằng: gắn từ đầu giếng khoan đến phần đầu cột ống chống lửng Cột ống bảo vệ ống chống trung gian, làm vững thêm cho cột ống chống trung gian bị ăn mòn khoan, ngăn cản áp suất gây bóp méo ống chống nơi thành hệ có áp lực dị thường, bảo vệ chống ăn mịn làm kín cột ống lửng trước bị khí xâm nhập Ống chống lửng loại ống chống mà đỉnh khơng kéo lên bề mặt mà treo vào phần cuối cột ống chống trước Độ dài khoảng bao phủ phụ thuộc vào mục đích chức ống lửng thay đổi từ 50 – 500 ft Ống chống lửng chia loại sau: – Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET GEOPET 4.3.1 Qui trình lắp đặt thả ống chống Ống chống lửng thường thả vào giếng cần khoan đỉnh có đầu treo chuyên dụng Thiết bị có đầu nối với ống chống lửng tháo khỏi ống lửng để thu hồi lại với cần khoan sau trám ximăng Lắp đặt vòng dừng đầu nối phía chân đế ống chống để tạo điểm tựa cho nút trám ống chống lửng Đồng thời lắp đặt lồng định tâm chổi nạo để làm khoảng không vành xuyến ống chống lửng thành giếng khoan Hình 8.17 Các loại ống chống lửng 8-53 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 8-54 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET GEOPET Đầu treo ống chống lửng có chức sau: Hình 8.19 Đầu bơm trám ximăng ống chống lửng 8-55 Hình 8.18 Đầu treo ống chống lửng Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 8-56 – Treo cột ống lửng thả vào giếng khoan – Làm kín cần khoan cột ống lửng Chất lưu bơm vào cần khoan phải tuần hoàn bên cột ống lửng khỏi chân đế trước lên khoảng không vành xuyến – Tạo điểm tựa cho nút trám ống chống lửng Nút trám giữ chốt giữ có lỗ thơng nhỏ cho phép lưu chất vữa qua nút trám đẩy đặt vào làm kín lỗ thông Tăng áp suất bơm cắt đứt chốt giữ nút trám ống chống lửng đẩy xuống với nút trám đóng phía sau vữa xi măng Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET Cần phải tiến hành tuần hoàn giếng trước treo ống chống lửng Trong số đầu treo ống chống lửng có van tuần hồn cho phép tuần hồn phía ống chống lửng trước van đóng tuần hồn xuống phía xung quanh địa tầng ống chống lửng Sau bơm rửa bùn khoan, tiến hành lắp đặt đầu treo ống chống lửng Sau đó, cần khoan đầu treo kéo lên từ từ để kiểm tra đầu treo có tách khỏi cột ống lửng khơng Thiết bị làm kín có độ dài 10 – 15 ft giữ nút trám ống chống cho phép thực thao tác mà không tạo khe hở cần khoan ống chống lửng Thao tác cần phải thực để bảo đảm cần khoan đầu treo tháo khỏi ống lửng sau trám xi măng xong GEOPET 4.3.2 Kỹ thuật trám ximăng ống chống lửng Có phương pháp bơm trám ống chống lửng: a Trám xi măng giai đoạn thông thường b Trám xi măng giai đoạn thông thường với cột xi măng dư c Ép vữa ximăng a Trám ximăng giai đoạn thông thường Kỹ thuật bao gồm trám ximăng xung quanh đỉnh ống chống Lượng ximăng dư phía đỉnh ống chống bơm rửa trước kéo cần khoan lên Khó khăn phương pháp khơng thể tính xác thể tích ximăng sử dụng phải khoan phá ximăng dư (Hình 8.20.a) Lưu ý: Có thể kẹt cần khoan ximăng đơng cứng trước hoàn tất thao tác 8-57 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 8-58 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET GEOPET b Trám xi măng giai đoạn thông thường với cột xi măng dư Kỹ thuật bao gồm trám ximăng dư đỉnh ống chống lửng phương pháp giai đoạn thông thường Lượng ximăng dư chiếm khoảng -10 chiều dài ống chống trung gian Cột ximăng dư khoan phá sau đơng cứng dễ khoan phá cột ximăng dư bơm ép vào phần phủ ống chống (Hình 8.20.b) (a) (b) Hình 8.20 Trám ximăng ống chống lửng 8-59 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 8-60 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET Qui trình bơm trám Đường ống bơm vữa gắn vào cần khoan với nút trám đặt hai đường nối đầu trám xi măng Sau lắp xong đầu trám thử áp suất, tiến hành bơm nước rửa hay dung dịch đệm vào cần khoan Sau trộn vữa ximăgn bơm vào cần khoan, tiến hành thả nút trám bơm đẩy đến đầu treo ống chống lửng Tại nút trám đóng kín vào trám ống chống lửng treo trước Áp suất bơm tăng nút trám làm kín nút trám ống chống lửng GEOPET Áp suất tăng đạt khoảng 1200 psi cắt chốt giữ nút trám ống chống lửng, hai nút trám xuống bên cột ống lửng Khi bơm hết thể tích vữa ống chống lửng nút trám chạm vào vòng dừng bị giữ lại đây, áp suất bơm tăng lên báo hiệu công việc bơm trám hồn tất Nếu đầu treo cột ống lửng có sử dụng packer, thời điểm packer mở đầu treo kéo khỏi ống chống lửng, tiến hành tuần hoàn ngược hết lượng ximăng dư Nếu khơng sử dụng Packer, cơng việc tuần hồn ngược phụ thuộc vào lượng ximăng dư lại khả tuần hoàn giếng khoan 8-61 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 8-62 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET GEOPET Lượng ximăng trám ống chống lửng cần tính tốn cẩn thận tùy điều kiện giếng khoan Chú ý yếu tố sau: – Lượng ximăng dư thiết kế cho vừa đủ tránh gây nhiễm bẩn xi măng phần đầu treo cột ống lửng – Với thành hệ yếu việc tuần hồn ngược gặp nhiều khó khăn, thời gian đơng cứng vữa ximăng nên kéo dài để tuần hồn ngược – Nếu khơng thực tuần hồn ngược lượng ximăng dư khơng muốn khoan phá cột ximăng dài, ximăng dư giới hạn khoảng vài bao Tuy nhiên điều ảnh hưởng đến chất lượng xi măng trám vùng bao phủ – Khi q trình tuần hồn ngược (hay khơng tuần hồn ngược) hồn tất, đầu treo cần khoan kéo lên để chờ xi măng đông cứng 8-63 Hình 8.20 Qui trình trám ximăng ống chống lửng Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 8-64 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET GEOPET c Ép vữa ximăng Khi cần chống ống lửng dài qua thành hệ yếu mà áp suất thủy tĩnh cột vữa ximăng gây tổn hại đến thành hệ nhiều vấn đề khác, sử dụng phương pháp trám ximăng hai giai đoạn Qui trình bơm trám Giai đoạn đầu tiến hành theo phương pháp giai đoạn thơng thường với lượng ximăng giới hạn, tính tốn trước để bao phủ vùng thành hệ yếu Đỉnh cột ximăng khoảng không vành xuyến gần chân đế ống chống trước tốt Sau giai đoạn đầu hoàn tất, đầu treo cần khoan kéo lên khỏi giếng khoan chờ ximăng đơng cứng 8-65 Hình 8.21 Trám bơm ép vữa ximăng ống chống lửng Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 8-66 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET GEOPET Cần khoan có lắp packer bơm ép (cement retainer) thả vào giếng khoan Packer mở đầu treo ống chống lửng từ – đoạn ống nối, cho phép tác động áp suất từ bề mặt lên ximăng trám giai đoạn đầu Tiến hành bơm trám giai đoạn hai với lượng ximăng cho phép xung quanh đầu treo ống chống lửng Cần tính tốn lưu lượng, áp suất bơm để tránh làm nứt vỡ thành hệ, gây xi măng Phương pháp để lại khoảng trống hai cột ximăng, dễ gây tượng ăn mịn ống chống khí xâm nhập vào vành ximăng Hình 8.22 Qui trình trám bơm ép vữa ximăng ống chống lửng 8-67 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 8-68 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET 4.3.3 Ống chống lửng Tie-back GEOPET Để thực điều này, thiết bị đặc biệt sau sử dụng để nối hai ống: – Ống lồng Tie-back (tie-back sleeve): lắp đặt phía đầu treo ống chống lửng, có tác dụng chứa đoạn ống nối làm kín (sealing nipple) Bề mặt thường làm nhẵn vát góc xiên phần để dẫn hướng thiết bị khác lắp đặt vào Lý sử dụng ống chống lửng Tie-back hay ống lửng Tie-back dạng “stub” bao gồm: – Bao phủ đoạn ống chống bị hỏng phía đỉnh ống chống trước – Cần ống chống có đường kính lớn đỉnh ống chống trước cho phép đặt nhiều cột ống khai thác – Đoạn ống nối làm kín Tie-back (tie-back sealing nipple): ống làm kín lắp phần đầu ống chống lửng Tie-back dạng “Stub” Thiết bị nối kín với lồng Tie-back sau bơm trám xi măng xong – Cho phép lựa chọn thử giếng nhiều đoạn khác để thiết kế thiết bị khai thác sau kích thước ống chống khai thác – Trám xi măng số đoạn giếng có áp suất cao, thành hệ chứa sét trước ống chống đến bề mặt 8-69 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG Ống chống Tie-back thường trám phương pháp thông thường Tuy nhiên, việc trám ximăng tiến hành qua đầu trám phân tầng đặt phía đoạn ống nối làm kín Ống chống lửng Tie-back trám ximăng sau lắp đặt đầu treo ống chống lửng đặt đoạn ống nối làm kín vào ống lồng Tie-back Có thể lắp đặt đầu trám phân tầng phía đoạn ống nối làm kín Trong hầu hết trường hợp, áp suất thủy tĩnh vấn đề lớn việc trám ximăng thực ống chống Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET Trám xi măng ống chống Tie-back – hay ống lửng Tie-back 8-71 8-70 GEOPET Sử dụng dung dịch đệm trước cột vữa hạn chế nhiễm bẩn vữa làm tăng hiệu thay bùn khoan khoảng không vành xuyến Điều đặc biệt quan trọng trám ximăng ống lửng Tie-back khơng sử dụng nút trám để ngăn cách bùn khoan vữa ximăng cột ống lửng Nếu giếng khoan có chứa dung dịch hoàn thiện giếng, cần phải bảo đảm mức độ tương thích với vữa ximăng sử dụng lượng thể tích lớn nước phía trước cột vữa ximăng dung dịch hoàn thiện giếng có chứa muối gây ảnh hưởng đến thời gian đông cứng vữa, dễ xảy tượng “đơng nhanh” làm ximăng chậm phát triển độ bền gel 8-72 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET GEOPET 4.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc trám xi măng ống chống lửng a Thay bùn khoan vữa ximăng trám Sự thành công công tác bơm trám ximăng phụ thuộc vào hiệu thay bùn khoan Trám xi măng ống chống lửng trường hợp khó khăn thường trường hợp khoảng không vành xuyến nhỏ phần lớn cột ống chống định tâm Đối với giếng khoan có độ cong vành xuyến hẹp, định tâm ống chống thường khó khăn kết ống chống lửng không định tâm, cột ống tiếp xúc với thành giếng khoan Những trường hợp khó khăn để vữa ximăng thay bùn khoan Hình 8.23 Trám ximăng ống chống lửng Tie-back 8-73 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 8-74 IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET Xoay ống thực q trình bơm ép trước lắp đặt đầu treo ống lửng Ngồi sử dụng đầu treo ống chống lửng hoạt động thủy lực cho phép chuyển động xoay ống chống lửng trám ximăng kể giếng khoan định hướng Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết GEOPET b Thời gian ximăng đơng cứng Khi trám ximăng ống chống lửng dài, nhiệt độ đáy giếng khoan đầu cột ống chống lửng thay đổi lớn vữa ximăng thiết kế cần có đủ thời gian đơng cứng hết đoạn ximăng bơm trám Kỹ thuật bơm đẩy chế độ chảy rối có hiệu chế độ chảy nút việc rửa thay bùn khoan Tuy nhiên, cần cẩn thận không để vượt áp suất cho phép gây nứt vỡ thành hệ Việc khoan phá ximăng tiến hành sau ximăng phát triển độ bền tối thiểu chịu va chạm với thiết bị khoan Khoảng không vành xuyến nhỏ dễ dàng tạo chế độ chảy rối tốc độ bơm đẩy thấp Nếu bơm đẩy chế độ chảy tầng hay chảy nút hiệu thay bùn khoan Xác định nhiệt độ đáy giếng khoan cần thiết cho việc lựa chọn thành phần ximăng Thành phần ximăng thường sử dụng trám ống chống lửng ximăng API loại G hay H chứa 35% bột silica, phụ gia chống tuần hoàn, chất phân tán, chất làm nặng, KCl NaCl chất chậm đơng Tỉ trọng từ 17,5 – 19,5 lbm/gal thời gian đông cứng – 4,5 8-75 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 8-76 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG GEOPET GEOPET c Dung dịch đệm Tỷ trọng dung dịch đệm thường dung dịch khoan Nhiều trường hợp bơm trám ximăng, dung dịch khoan sử dụng phức tạp thường dẫn đến khơng tương thích với ximăng Vì cần sử dụng dung dịch đệm để ngăn cách vữa dung dịch khoan, tránh nhiễm bẩn Thể tích dung dịch vào khoảng khơng hình xuyến, vài trường hợp thể tích tính tốn để bao phủ tồn cột ống lửng Sự khơng tương thích làm ximăng chậm đơng, tăng độ bền gel, giảm hiệu thay bùn khoan làm giảm độ bền nén ximăng đông cứng vùng bao phủ đầu ống chống lửng Chọn dung dịch đệm cần phù hợp với mẫu dung dịch khoan lấy từ giếng khoan điều kiện bơm trám ximăng Vì vậy, dung dịch đệm phải có tỉ trọng thể tích thích hợp để ngăn chặn nhiễm bẩn ximăng trình bơm đẩy Khi vữa bị nhiễm bẩn mức độ có độ nhớt cao, tạo áp lực ma sát gây nứt vỡ thành hệ yếu bơm ép 8-77 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 8-78 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết GEOPET GEOPET d Thể tích vữa ximăng Thể tích vữa trám sử dụng thường tính tốn dựa số liệu đo đường kính giếng khoan (caliper) Thể tích ximăng tổng cộng thể tích tính tốn cộng thêm 20 – 30% lượng ximăng dư hay thể tích ximăng bị nhiễm bẩn đỉnh cột ống chống lửng KẾT THÚC CHƯƠNG Khi trám ximăng phương pháp ép vữa, thể tích ximăng giai đoạn đầu tương đương 80% thể tích khoảng khơng cần trám Thể tích ximăng sử dụng giai đoạn hai dựa vào thể tích vành xuyến tính từ đỉnh cột ximăng giai đoạn đầu đến ống lửng cộng với lượng ximăng để làm kín khoảng không vành xuyến từ thiết bị bơm trám đến đỉnh ống chống lửng 8-79 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 8-80 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết ... dung dịch rẻ tiền 4-15 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-16 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I MẤT DUNG DỊCH I MẤT DUNG DỊCH... dung dịch dung dịch tỷ trọng nhỏ • Thêm chất tạo bọt, dùng dung dịch gốc dầu… 3-37 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV ĐIỀU CHỈNH TÍNH CHẤT CỦA DUNG DỊCH 3-38 Dung dịch khoan & ximăng... 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