tạp và quan trọng khi xây dựng giếng. Nếu công đoạn này không được thực hiện thành công có thể dẫn đến mất trắng các kết quả khoan trước đó, hoặc mất toàn bộ giếng. Còn nếu chất lượng trám xi măng không đạt yêu cầu có thể dẫn đến xuất hiện khí - áp suất giữa các cột ống chống, phun tràn dầu khí, cháy nổ và gây ra những hậu quả khôn lường. Đây cũng có thể là nguyên nhân làm sai lệch các kết quả tính toán trữ lượng dầu khí, dẫn đến sự chuyển dịch lưu chất giữa các vỉa với nhau khi chúng có chênh áp. Các thao tác sửa chữa cho việc trám xi măng hỏng hoặc kém chất lượng đều rất tốn kém, có thể làm mất đi tính nguyên trạng của vỉa mà không thể khôi phục được, có thể làm giảm năng lượng, sản lượng khai thác. Do đó, cần phải đạt được độ kín thủy lực giữa cột ống chống với vành xi măng và giữa vành xi măng với thành giếng, đồng thời ngăn ngừa sự hình thành kênh dẫn trong vành đá xi măng ngay từ khi trám xi măng lần đầu. Hơn nữa, cách ly tốt các vỉa mà giếng khoan qua còn là biện pháp bảo vệ môi trường dưới đất.
Sử dụng xi măng để trám các giếng khoan dầu và khí là công nghệ đã có từ lâu, đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu về lĩnh vực này, cũng như đã có các bộ tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế về xi măng trám giếng được thừa nhận và áp dụng rộng rãi. Mặc dù vậy, việc sử dụng xi măng vẫn còn những vấn đề cần phải chú ý quan tâm, đặc biệt khi đứng trên quan điểm tổng thể về xây dựng giếng khoan để khai thác phát triển mỏ lâu dài một cách an toàn và hiệu quả.
2. Đặc điểm của vữa dùng để bơm trám giếng khoan
Trám xi măng giếng khoan là quá trình pha chế vữa, chủ yếu từ xi măng, nước và các hoá chất, rồi bơm vữa đó qua cột ống chống ra bên ngoài dâng lên trong không gian vành xuyến giữa cột ống chống và thành giếng khoan. Kết quả của bơm trám giếng khoan là tạo ra vành đá xi măng đặc cứng và kín xung quang cột ống chống dọc theo thân giếng. Để có thể thực hiện được việc này thì vữa trám phải có đặc điểm giống và khác so với vữa dùng trong xây dựng.
2.1. Độ linh động
Do giếng khoan nằm sâu trong lòng đất nên phải sử dụng máy bơm để hút vữa trám được điều chế trên bề
mặt và bơm đẩy chúng xuống giếng khoan. Như vậy vữa xi măng cần ở dạng thể lỏng, độ linh động của vữa trở thành thông số quan trọng hàng đầu phải kiểm soát. Nếu thông số này không tốt (độ linh động kém) thì máy bơm sẽ bị tắc nghẽn và sự cố xảy ra. Độ linh động còn được gọi là khả năng bơm của vữa. Ảnh hưởng nhiều đến độ linh động là tỷ lệ nước/xi măng (N/XM). Tuy vậy, độ linh động cũng có thể được điều chỉnh bằng hoá chất. Các thông số liên quan đến độ linh động là độ nhớt, độ chảy toả và độ quánh. Nhiều chuyên gia thường dùng khái niệm độ quánh (hoặc thời gian quánh) để đặc trưng cho khả năng bơm và tính chất linh động của vữa mặc dù chúng vẫn có những điểm riêng biệt.
2.2. Trọng lượng riêng
Cột vữa xi măng ở thể lỏng sẽ tạo lên tác động áp suất thủy tĩnh và thủy động lên thành và đáy giếng, do đó trọng lượng riêng của vữa cũng phải được kiểm soát chặt chẽ để tránh hiện tượng thừa hoặc thiếu áp suất tác dụng lên các vỉa mà giếng khoan xuyên qua. Nếu áp suất này quá lớn sẽ gây vỡ vỉa, vữa xi măng có thể bị thất thoát vào lòng đất trong quá trình bơm trám. Ngược lại, nếu quá nhỏ thì áp suất vỉa lớn hơn sẽ đẩy các lưu chất (các sản phẩm) trong vỉa vào giếng khoan, gây ra các sự cố mất an toàn như phun tràn dầu khí, cháy nổ... Khi trám xi măng giếng khoan, trọng lượng riêng của vữa còn là thông số duy nhất để kiểm soát quá trình trộn vữa và chất lượng vữa được pha chế tại thực địa, phụ thuộc chủ yếu vào tỉ lệ nước/xi măng. Trọng lượng riêng cũng bị ảnh hưởng bởi các phụ gia, vật liệu và các hoá chất.
2.3. Tính chất đóng rắn của vữa trám
Cũng như vữa trong xây dựng, vữa trám giếng khoan sau khi bơm vào giếng khoan kết thúc quá trình trám cần phải nhanh chóng đóng rắn thành đá xi măng. Khả năng đóng rắn của vữa trám giúp cố định chắc chắn cột ống chống để sử dụng giếng khoan lâu dài.
Như vậy, tính chất đặc trưng của hai trạng thái lỏng và rắn của vữa xi măng được sử dụng triệt để và cần phải chủ động điều khiển.
3. Phạm vi áp dụng tiêu chuẩn về xi măng giếngkhoan khoan
nhất là của Viện Dầu khí Hoa Kỳ (API) và tiêu chuẩn Quốc gia Liên Xô trước đây, nay là CHLB Nga (ГОСТ). Thực tế khi trám giếng khoan, xi măng phải thay thế dung dịch khoan trong khoảng vành xuyến giữa ống chống và thân giếng trần hoặc giữa các cột ống chống. Xi măng cần nằm dọc theo giếng khoan từ bề mặt đến độ sâu đáy giếng (hàng nghìn mét), có nhiệt độ từ rất thấp dưới 00C ở các vùng đóng băng quanh năm đến hàng trăm độ 0C. Nhiệt độ này phụ thuộc vào gradient địa nhiệt ở từng nơi. Áp suất dọc theo thân giếng cũng thay đổi theo gradient áp suất vỉa, địa tầng, có giá trị từ 0 và có thể đạt đến hàng trăm, hàng nghìn atmotphe (at).
Tiêu chuẩn API cũng như tiêu chuẩn ГОСТ không bao hàm hết các tính chất của xi măng trong khoảng nhiệt độ, áp suất rộng như vậy. Các tiêu chuẩn chỉ thể hiện phương pháp thực dụng phân loại xi măng pooclan để sử dụng trong giếng khoan bởi một số tính chất được yêu cầu [3]. Tiêu chuẩn cung cấp cho các nhà sản xuất danh sách các tính chất cần có cho sản phẩm và cam với kết người
mua (khách hàng) rằng sản phẩm này thỏa mãn các yêu cầu tối thiểu cần thiết. Ngoài ra, nó cũng đơn giản hóa mối quan hệ giữa nhà sản xuất, nhà phân phối và người tiêu thụ. Mặc dù các tính chất trong tiêu chuẩn là đặc trưng cho xi măng với mục đích bắt buộc, xi măng giếng khoan cần phải có thêm những tính chất khác nữa để đảm bảo các nhiệm vụ chức năng dưới giếng khoan.
Có thể thấy rằng, các tiêu chuẩn về xi măng giếng khoan chỉ dùng để chuẩn hóa trong thị trường cung cấp - sản xuất xi măng. Việc sử dụng (điều chế vữa từ các loại xi măng đủ tiêu chuẩn) để trám giếng cần phải dựa vào điều kiện thực tế về địa chất, kỹ thuật, công nghệ, tài chính và thói quen của mỗi công ty, quốc gia... Hầu hết các loại vữa bơm trám đều phải được điều chỉnh các thông số rất khác nhau và thường khác xa so với tiêu chuẩn (Bảng 1 và 2).
Tiêu chuẩn API (API Specification 10A Twenty- third Edition, April 2002 ANSI/API 10A/ISO 10426-1- 2001) và tiêu chuẩn ГОСТ 1581-96 có quy định pha chế các loại xi măng (Bảng 1).
DẦU KHó
Bảng 1.Quy định về pha vữa xi măng theo tiêu chuẩn API và ГОСТ
Số liệu trong Bảng 2 cho thấy xi măng pha như tiêu chuẩn (API) trong thực tế chỉ chiếm khoảng dưới 15%, phần nhiều là pha xi măng không như tiêu chuẩn. Như vậy, các yêu cầu và tính chất của vữa xi măng quy định trong tiêu chuẩn không thể là yêu cầu cho vữa sẽ bơm vào giếng khoan. Nảy sinh vấn đề là xi măng phải đủ tiêu chuẩn, còn vữa xi măng thực tế bơm trám giếng khoan lại không như tiêu chuẩn hoặc không quy chuẩn được, mà phụ thuộc vào điều kiện thực tế của mỏ và giếng khoan.