Bài giảng Dung dịch khoan và xi măng ThS. Đỗ Hữu Minh Triết

Dung dịch Khoan Xi măng Trình bày: ThS ĐỖ HỮU MINH TRIẾT Bộ môn Khoan – Khai thác Dầu khí Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Đại học Bách Khoa TP HCM Email: dhmtriet@hcmut.edu.vn NỘI DUNG Dung dịch khoan Thủy lực khoan Xi măng Các phương pháp trám xi măng GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ DUNG DỊCH KHOAN GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ Nội dung Định nghĩa Chức Các phương pháp rửa lỗ khoan Dung dịch sét Các thông số dung dịch khoan Phân loại dung dịch khoan Làm dung dịch khoan GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ ĐỊNH NGHĨA ™ 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 ™ Dung dịch khoan chất lỏng khí ƒ Dung dịch khoan khơng khí ƒ Dung dịch khoan dạng bọt ƒ Dung dịch khoan nước ƒ Dung dịch khoan gốc dầu ƒ Dung dịch khoan gốc polyme tổng hợp (olefin este) GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ HỆ THỐNG TUẦN HOÀN DUNG DỊCH GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ CHỨC NĂNG CƠ BẢN Rửa lỗ khoan, nâng mùn khoan lên khỏi giếng Giữ mùn khoan lơ lửng ngưng tuần hồn Làm mát, bơi trơn khoan cụ Giữ ổn định thành lỗ khoan Truyền thông tin địa chất lên bề mặt GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ CÁC CHỨC NĂNG KHÁC ™ Gây tác dụng lý hóa phá hủy đất đá ™ Truyền lượng cho turbin khoan ™ Là môi trường trung gian để truyền tín hiệu điều khiển Ngồi ra, dung dịch khoan cịn hỗ trợ đảm bảo tính xác cho cơng tác đánh giá vỉa, kiểm sốt ăn mịn thiết bị, hỗ trợ qui trình trám ximăng hoàn thiện giếng… GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ TÍNH CHẤT - CHỨC NĂNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN Chức Tính chất lý/hóa Ứng suất trượt tĩnh, Độ nhớt biểu Vận chuyển mùn khoan lên bề mặt kiến, Lưu lượng, Độ bền gel Ứng suất trượt tĩnh, Độ bền gel Giữ mùn khoan lơ lửng ngưng tuần hồn Làm mát, bơi trơn khoan cụ Tỉ trọng, Lưu lượng Giữ ổn định thành lỗ khoan Tỉ trọng, Tính trơ với sét Truyền lượng cho turbin khoan Lưu lượng, Tỉ trọng, Độ nhớt GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ CÁC YẾU TỐ KHÁC Dung dịch khoan cần phải lựa chọn thiết kế để có tính chất lý hóa phục vụ chức nêu Ngoài ra, cần ý đến: ™ Ảnh hưởng đến môi trường dung dịch khoan ™ Giá thành dung dịch khoan ™ Khả vận chuyển ™ Ảnh hưởng dung dịch khoan đến giai đoạn khai thác GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ CÁC PHƯƠNG PHÁP RỬA LỖ KHOAN Tùy đặc điểm trình khoan yêu cầu kỹ thuật, thiết bị, dung dịch khoan tuần hồn giếng để rửa lỗ khoan theo phương pháp sau: ƒ Phương pháp rửa thuận ƒ Phương pháp rửa nghịch ƒ Phương pháp rửa cục ™ Dung dịch khoan xi măng GEOPET CÁC PHƯƠNG PHÁP RỬA LỖ KHOAN 1 2 Cần khoan 1 Thành giếng khoan Ống lắng lấy mẫu mùn khoan 2 Rửa thuận GEOPET Đường dung dịch vào Dung dịch khoan xi măng Rửa nghịch Đường dung dịch ™ Rửa cục Mùn khoan vào ống lắng DUNG DỊCH SÉT Dung dịch - Là hệ đồng thể gồm hay nhiều thành phần vật chất - Vật chất bị phân chia thành phần tử riêng biệt gọi chất hòa tan Chất chứa phân tử bị phân chia gọi mơi trường hịa tan - Hệ đồng thể gọi dung dịch đường kính φ hạt hịa tan nhỏ 10-6 mm GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ DUNG DỊCH SÉT Hệ phân tán - Là hệ bao gồm hay nhiều pha (tướng) mà pha bị phân chia thành phần tử nhỏ (chất phân tán) pha khác (môi trường phân tán) - Hệ gọi hệ phân tán đường kính φ chất phân tán lớn 10-6 mm GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ DUNG DỊCH SÉT Đá phiến sét chưa phong hóa Dung dịch khoan xi măng GEOPET Đá sét tầng chắn ™ DUNG DỊCH SÉT ™ Khi trộn sét vào nước ta hệ phân tán bao gồm: − Pha phân tán sét − Môi trường phân tán nước ™ Sét tự nhiên không đồng nhất, khơng thể tạo hệ phân tán đồng sét nước “Dung dịch sét” tên gọi thói quen GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT Bao gồm thông số sau: ƒ Trọng lượng riêng (γ) ƒ Độ nhớt (µ) ƒ Ứng suất trượt tĩnh (τ) ƒ Độ thải nước (B) ƒ Hàm lượng hạt rắn (Π) ƒ Độ ổn định (C) ƒ Độ lắng ngày đêm (O) ƒ Độ pH Dung dịch khoan xi măng GEOPET ™ TRỌNG LƯỢNG RIÊNG ™ Khối lượng riêng, g/cm3 (lbm/gal): ρ = m/V ™ Trọng lượng riêng, G/cm3 (lbf/gal): γ = F/V = mg/V = ρg ™ Khi điều chế sử dụng dung dịch, thường dùng ρ xác định phù kế Điều kiện khoan bình thường, ρ = 1,05 - 1,25 g/cm3 ™ Thường dùng γ xác định áp suất thủy tĩnh đo cân Phù kế Tỉ trọng kế dạng cân GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ TRỌNG LƯỢNG RIÊNG Đổi đơn vị đo khối lượng riêng Tỉ trọng (S.G) psi/ft ppg Tỉ trọng (S.G) 1.0 0.433 8.33 psi/ft 2.31 1.0 19.23 ppg 0.12 0.052 1.0 Ví dụ: Dung dịch có khối lượng riêng 12 ppg tương đương với 12x0.052 = 0.624 psi/ft Dung dịch có tỉ trọng 1.4 S.G tương đương với 1.4x0.433 = 0.606 psi/ft GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ TRỌNG LƯỢNG RIÊNG ™ Khi γ giảm ƒ Thành giếng sập lở ƒ Thành hệ trương nở ƒ Chất lưu từ vỉa xâm nhập vào giếng ƒ Vận tốc học tăng giải phóng nhanh mùn khoan ™ Khi γ tăng ƒ Mất dung dịch khoan vào thành hệ ƒ Vận tốc học giảm GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÁM XI MĂNG GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ NỘI DUNG Các phương pháp trám xi măng Trám xi măng ống chống đường kính lớn Trám xi măng ống chống đường kính nhỏ Bơm ép đặt cầu xi măng GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÁM XI MĂNG Trám xi măng bơm vữa xi măng thích hợp chiều sâu giếng khoan khoảng khơng hình xuyến thành giếng khoan cột ống chống, cột ống chống Trám xi măng cột ống chống nhằm mục đích sau: ƒ Gia cố thành giếng khoan; ƒ Liên kết cột ống chống với thành giếng khoan, chịu phần tải trọng đảm bảo chắn mặt học cho cột ống chống; ƒ Làm kín khoảng khơng vành xuyến, bảo vệ cột ống chống khỏi rỉ sét, hư hại lưu chất có tầng đất đá khoan qua; GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÁM XI MĂNG ƒ Cách ly tầng dung dịch, bảo đảm kiểm soát giếng khả nâng cao tỉ trọng dung dịch khoan sâu hơn; ƒ Cách ly tầng sản phẩm, cho phép lựa chọn tầng khai thác bơm ép thích hợp; ƒ Bảo vệ chân đế ống chống khỏi chấn động khoan sâu hơn; ƒ Tạo đáy kín cho thiết bị kiểm tra an toàn lắp đặt đầu giếng; ƒ Kiểm soát giếng dập giếng GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÁM XI MĂNG Các hệ thường gặp trám xi măng chất lượng: - Ống chống bị ăn mòn nhanh, tuổi thọ giếng giảm; - Lưu chất xâm nhập vào khoảng không xi măng thành hệ, tạo kênh dẫn liên thông tầng khai thác tầng lân cận, ví dụ: tầng vỉa liên thông nhau, nước đáy xâm nhập vào vỉa dầu,… - Khí từ vỉa lên bề mặt, gây nguy hiểm cho trình khai thác GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÁM XI MĂNG Có nhiều phương pháp trám xi măng, phương pháp thích hợp với yêu cầu cụ thể Tổng quát, trám xi măng phân loại sau: ™ Trám xi măng lần đầu (sơ cấp), áp dụng trám xi măng: - Ống chống dẫn hướng; - Ống chống bề mặt; - Ống chống trung gian; - Ống chống khai thác ™ Trám xi măng lần hai (thứ cấp), bao gồm: - Bơm ép xi măng; - Đặt cầu xi măng GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÁM XI MĂNG Trong trám xi măng sơ cấp, kỹ thuật trám lại phân loại: ƒ Trám xi măng ống chống đường kính lớn, áp dụng cho: • Ống chống dẫn hướng • Ống chống bề mặt ƒ Trám xi măng ống chống đường kính nhỏ, áp dụng cho: • Ống chống trung gian • Ống chống khai thác GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ CÁC CẤP ỐNG CHỐNG GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ CHUỖI ỐNG CHỐNG Production Casing Intermediate Casing Intermediate Casing Surface Casing GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ Conductor TRÁM XI MĂNG ỐNG CHỐNG ĐK LỚN Hai kỹ thuật trám xi măng ống chống đường kính lớn thơng thường: - Trám cần (stab-in, stinger) - Trám qua vành xuyến (top-up) Cần khoan Trám cần trám qua vành xuyến GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ TRÁM BẰNG CẦN GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ TRÁM XI MĂNG ỐNG CHỐNG ĐK NHỎ ™ Kỹ thuật trám xi măng đường kính nhỏ bao gồm: ƒ Trám xi măng giai đoạn ƒ Trám xi măng nhiều giai đoạn • Trám xi măng hai giai đoạn thơng thường • Trám xi măng hai giai đoạn liên tục • Trám xi măng ba giai đoạn GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ TRÁM XI MĂNG MỘT GIAI ĐOẠN GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ TRÁM XI MĂNG NHIỀU GIAI ĐOẠN Đầu nối phân tầng GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ TRÁM XI MĂNG ỐNG CHỐNG LỬNG Thiết bị trám xi măng ống chống lửng GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ BƠM ÉP XI MĂNG - BRADENHEAD Phương pháp áp dụng bơm ép áp suất thấp GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ BƠM ÉP XI MĂNG - PACKER ™ Phương pháp cho phép bơm ép xi măng xác áp suất bơm ép cao GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ BƠM ÉP XI MĂNG - ỐNG CHỐNG LỬNG GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ ĐẶT CẦU XI MĂNG – PP CÂN BẰNG GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ ĐẶT CẦU XI MĂNG – PP RÓT XI MĂNG ™ Thiết bị rót xi măng điều khiển điện từ bề mặt ™ Phương pháp có độ xác cao xi măng không bị nhiễm bẩn ™ Phương pháp khơng thích hợp với giếng sâu ™ Thể tích xi măng lần rót hạn chế GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ CÁC TRANG THIẾT BỊ ™ Các trang thiết bị ƒ Đầu trám xi măng ƒ Nút trám ƒ Nút trám ƒ Giỏ trám xi măng ƒ Lồng định tâm ƒ Vòng nối lồng định tâm ƒ Chổi nạo ƒ Chân đế ống chống ƒ Vòng dừng GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ ĐẦU TRÁM XI MĂNG GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ NÚT TRÁM XI MĂNG a) b) Nút trám xi măng a) bình thường b) chống xoay GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ GIỎ TRÁM XI MĂNG GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ LỒNG ĐỊNH TÂM GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ VÒNG NỐI LỒNG ĐỊNH TÂM GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ CHỔI NẠO Chổi nạo tịnh tiến Chổi nạo quay GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ CHÂN ĐẾ ỐNG CHỐNG GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ VÒNG DỪNG GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ KẾT THÚC GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ ...1 DUNG DỊCH KHOAN GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ Nội dung Định nghĩa Chức Các phương pháp rửa lỗ khoan Dung dịch sét Các thông số dung dịch khoan Phân loại dung dịch khoan Làm dung dịch khoan. .. PHÂN LOẠI DUNG DỊCH KHOAN ƒ Dung dịch khoan gốc nước ƒ Dung dịch khoan gốc dầu ƒ Dung dịch nhũ tương ƒ Khí, bọt dung dịch bọt khí GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ PHÂN LOẠI DUNG DỊCH KHOAN Các... GEOPET Dung dịch khoan xi măng ™ XI MĂNG GEOPET ™ Dung dịch khoan xi măng NỘI DUNG ™ Sơ lược lịch sử trám xi măng giếng dầu ™ Phân loại ™ Sản xuất xi măng ™ Vữa xi măng ™ Tính chất đá xi măng GEOPET