Giáo trình Thí nghiệm dung dịch khoan (Nghề: Khoan khai thác dầu khí - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí (năm 2020)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.74 MB, 109 trang )
TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ
GIÁO TRÌNH
MƠ ĐUN: THÍ NGHIỆM DUNG DỊCH KHOAN
NGHỀ: KHOAN KHAI THÁC DẦU KHÍ
TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP
(Ban hành kèm theo Quyết định số:191/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020
của Trường Cao Đẳng Dầu Khí)
Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2020
(Lưu hành nội bộ)
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được phép
dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu
lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
Trang 1
LỜI GIỚI THIỆU
Ngày nay với công nghệ khoan hiện đại thì sự thành cơng của các giếng khoan sâu
cũng đã có nhiều bước tiến đáng kể. Để phương pháp khoan xoay có rửa mang lại hiệu
quả kinh tế cao thì sự góp mặt của dung dịch khoan đóng vai trị vơ cùng to lớn. Nhờ
dung dịch khoan có chất lượng cao, phù hợp tuần hoàn liên tục xuống giếng mà quá
trình khoan nhanh hơn, hiệu quả cao hơn, chiều sâu giếng khoan cũng ngày càng có
từng bước đột phá.
Việc pha chế cũng như đo các thông số của dung dịch khơng khó nhưng địi hỏi
người thợ phải u nghề, chịu khó, cẩn thận và có nhiều kinh nghiệm để có thể ln nắm
vững quy trình pha chế và kiểm sốt thơng số một cách chính xác nhanh chóng đảm bảo
chất lượng dung dịch phục vụ cho quá trình khoan.
Nhằm phục vụ tốt cho công tác giảng dạy của giáo viên cũng như học tập của học
sinh nghề khoan khai thác trong Trường, tơi đã tham khảo nhiều giáo trình của các tác
giả trong và ngoài nước, các tài liệu kỹ thuật về các hệ dung dịch khoan tại các đơn vị
sản xuất như Vietsovpetro, DMC, MI,…
Tồn bộ quyển Thí nghiệm dung dịch khoan và xi măng bao gồm có 8 bài đề cập
đến tất cả các vấn đề từ lý thuyết dung dịch khoan, cách pha chế dung dịch khoan, cách
đo các thông số cũng như sử dụng các thiết bị để đo các thơng số đó.
Mặc dù tơi đã rất cố gắng song trong quá trình biên soạn giáo trình này khơng thể
tránh khỏi các sai sót về nội dung, hình thức, cũng như là những sai sót trong quá trình
in ấn, trình bày, mong người đọc, các bạn đồng nghiệp chân thành góp ý để chúng tơi
hồn thiện hơn giáo trình hơn nữa.
Trân trọng cảm ơn./.
Bà rịa - Vũng Tàu, tháng 3 năm 2020
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên: Ths. Phạm Thị Nụ
2. Ks. Lý Tòng Bá
3. ThS. Phạm Hữu Tài
Trang 2
MỤC LỤC
TRANG
Bài 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP TUẦN HOÀN DUNG DỊCH ................................15
1.1.
1.2.
1.3.
PHƯƠNG PHÁP TUẦN HOÀN THUẬN................................................................... 17
PHƯƠNG PHÁP TUẦN HOÀN NGHỊCH ................................................................. 18
TUẦN HOÀN CỤC BỘ ............................................................................................... 20
Bài 2: CÁC CHỨC NĂNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN .....................................22
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.6.
2.7.
2.8.
RỬA SẠCH GIẾNG KHOAN VÀ VẬN CHUYỂN MÙN KHOAN ......................... 23
TRẤN ÁT ÁP SUẤT THÀNH HỆ .............................................................................. 25
GIA CỐ THÀNH GIẾNG KHOAN ............................................................................. 26
LÀM MÁT VÀ BÔI TRƠN CÁC CHI TIẾT CHỊU MA SÁT CỦA BỘ DỤNG CỤ
KHOAN ........................................................................................................................ 28
GIỮ HẠT MÙN KHOAN Ở TRẠNG THÁI LƠ LỬNG KHI NGỪNG TUẦN HOÀN
29
TÁC ĐỘNG PHÁ HỦY ĐẤT ĐÁ ............................................................................... 29
TRUYỀN NĂNG LƯỢNG THỦY LỰC CHO ĐỘNG CƠ ĐÁY ............................... 30
GIẢM TẢI TRỌNG LÊN MÓC NÂNG ...................................................................... 31
2.9.
TRUYỀN THÔNG TIN TỪ ĐÁY GIẾNG LÊN BỀ MẶT ...............................32
2.5.
Bài 3: CÁC LOẠI DUNG DỊCH KHOAN ĐƯỢC SỬ DỤNG .............................36
3.1.
3.1.1.
3.1.2.
3.1.3.
3.1.4.
3.2.
3.2.1.
3.2.2.
3.2.3.
3.2.4.
3.2.5.
3.2.6.
3.2.7.
3.2.8.
3.2.9.
3.3.
PHÂN LOẠI THEO CHẤT LỎNG NỀN .................................................................... 37
Dung dịch gốc nước ...................................................................................................... 37
Dung dịch gốc dầu ........................................................................................................ 42
Dung dịch nhũ tương .................................................................................................... 45
Dung dịch với chất rửa là khí, chất bọt và dung dịch bọt gốc nước ............................. 47
PHÂN LOẠI THEO API VÀ IADC ............................................................................ 48
Hệ không phân tán 1 ..................................................................................................... 48
Hệ phân tán 2 ................................................................................................................ 48
Hệ dung dịch được xử lý bằng các hợp chất Canxi ..................................................... 49
Dung dịch Polime ......................................................................................................... 50
Hệ dung dịch có hàm lượng pha rắn thấp ..................................................................... 50
Hệ dung dịch muối........................................................................................................ 51
Dung dịch gốc dầu mỏ .................................................................................................. 51
Dung dịch gốc dầu tổng hợp ......................................................................................... 52
Dung dịch khơng khí, sương bọt và khí ........................................................................ 52
ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN ĐẾN CÁC THÀNH HỆ TRONG QUÁ
TRÌNH KHOAN ........................................................................................................... 56
3.4. CÁC HIỆN TƯỢNG PHỨC TẠP TRONG QUÁ TRÌNH KHOAN ........................... 57
3.4.1. Sự trương nở sét ............................................................................................................. 57
3.4.2. Mất cân bằng áp suất ...................................................................................................... 58
3.4.3. Hiện tượng mất dung dịch .............................................................................................. 58
3.4.4. Các giếng khoan ngang hoặc xiên có góc nghiêng lớn .................................................. 68
3.4.5. Dầu khí, nước vào lỗ khoan (Hiện tượng kick) .............................................................. 69
3.4.6. Kẹt dụng cụ khoan .......................................................................................................... 71
Trang 3
3.4.7. Sập lở thành lỗ khoan ................................................................................................... 73
3.4.8. Phạm vi sử dụng và một số loại dung dịch khoan thường dùng ................................... 76
3.4.9. Các kiểu dung dịch khoan và thành phần ..................................................................... 78
Bài 4: CÁC THÔNG SỐ CỦA DUNG DỊCH KHOAN VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH 83
4.1. CÁC THÔNG SỐ CỦA DUNG DỊCH KHOAN ......................................................... 84
4.1.1. Tỷ trọng của dung dịch ................................................................................................. 84
4.1.2. Độ nhớt ......................................................................................................................... 85
4.1.3. Ứng suất trượt tĩnh (hoặc độ bền Gel) ....................................................................... 86
4.1.4. Độ thải nước và độ dày vỏ bùn của dung dịch ............................................................. 87
4.1.5. Hàm lượng cát............................................................................................................... 87
4.1.6. Độ ổn định của dung dịch (C)....................................................................................... 87
4.1.7. Độ nhớt dẻo (PV) .......................................................................................................... 88
4.1.8. Ứng lực cắt động (YP) .................................................................................................. 88
4.1.9. Độ pH............................................................................................................................ 88
4.1.10. Hàm lượng pha rắn ....................................................................................................... 89
4.1.11. Độ lắng ngày đêm (L - %) ............................................................................................ 89
4.1.12. Hàm lượng pha keo ....................................................................................................... 89
4.1.13. Hàm lượng khống hóa ................................................................................................. 89
4.1.14. Hàm lượng Ca+2, Mg+2.................................................................................................. 90
4.1.15. Hàm lượng K+ ............................................................................................................... 90
4.1.16. Hàm lượng kiềm ........................................................................................................... 91
4.1.17. Khả năng giữ mùn khoan của dung dịch ...................................................................... 92
4.2. CÁCH XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA DUNG DỊCH KHOAN ........................ 93
4.2.1. Xác định tỷ trọng dung dịch ......................................................................................... 93
4.2.2. Độ nhớt ......................................................................................................................... 94
4.2.3. Ứng suất trượt tĩnh (hoặc độ bền Gel) ....................................................................... 95
4.2.4. Độ thải nước và độ dày vỏ bùn của dung dịch ............................................................. 97
4.2.5. Hàm lượng cát............................................................................................................... 99
4.2.6. Độ ổn định của dung dịch (C)..................................................................................... 100
4.2.7. Độ nhớt dẻo (PV) ........................................................................................................ 101
4.2.8. Ứng lực cắt động (YP) ................................................................................................ 101
4.2.9. Độ pH.......................................................................................................................... 101
4.2.10. Hàm lượng pha rắn ..................................................................................................... 101
4.2.11. Khả năng giữ mùn khoan của dung dịch .................................................................... 103
4.2.12. Các thiết bị phụ trợ khác ............................................................................................. 103
4.2.13. Các hóa phẩm sử dụng ................................................................................................ 104
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................108
Trang 4
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
API
Viện dầu khí Mỹ
IADC Hiệp hội các nhà thầu khoan đa quốc gia
AKK Phèn nhôm kali
Trang 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ ngun lý hệ thống tuần hồn dung dịch
Hình 1.2. Phương pháp tuần hồn thuận
Hình 1.3. Phương pháp tuần hồn nghịch
Hình 1.4. Phương pháp tuần hồn cục bộ
Hình 2.1. Các chức năng chính của dung dịch khoan
Hình 2.2. Mùn khoan tuần hồn lên từ dưới giếng.
Hình 2.3. Sự cân bằng áp suất trong quá trình khoan
Hình 2.4. Sự tạo thành lớp vỏ bùn trong quá trình khoan
Hình 2.5. Sự hình thành lớp vỏ sét
Hình 2.6. Gia tăng nhiệt độ lên chng trong q trình khoan
Hình 2.7. Dung dịch chuẩn bị bơm xuống giếng
Hình 2.8. Turbine khoan
Hình 2.9. Lực đẩy Accimet
Hình 2.10. Sơ đồ mô phỏng thông tin địa chât giếng bằng các đường gamaray
Hình 3.1. Dung dịch Polime
Hình 3.2. Pha chế dung dịch gốc dầu
Hình 3.3. Bitum
Hình 3.4. Pha chế dung dịch bitum
Hình 3.5. Cấu tạo hóa học nhũ tương nước trong dầu
Hình 3.6. Sự chuyển hóa giữa nhũ tương nước trong dầu và dầu trong nước
Hình 3.7. Hệ thống khoan thổi khí
Hình 3.8. Hệ thống khoan sử dụng hỗn hợp bọt
Hình 3.9. Hỗn hợp khí-nước di chuyển trong giếng
Hình 3.10. Hệ thống khoan sử dụng hỗn hợp khí - nước
Hình 3.11. Khả năng mất dung dịch trong quá trình khoan
Hình 3.12. Bơm vật liệu thơ bịt kín khe nứt
Hình 3.13. Vật liệu chống mất dung dịch
Hình 3.14. Xác định chiều sâu mất dung dịch bằng nhiệt kế
Hình 3.15. Sơ đồ và dụng cụ xác định mực dung dịch trong giếng khoan
Hình 3.16. Sơ đồ tính tốn khi kẹt dụng cụ khoan
Hình 4.1. Bột CaCO3
Hình 4.2. Kali clorua
Hình 4.3. Dung dịch xuất hiện nhiều bọt
Hình 4.4. Phèn nhơm AKK
Hình 4.5. KCl
Hình 4.6. Na0H
Hình 4.7. NaHCO3
Hình 4.8. Bentonite API
Hình 4.9. Bentonite nội địa
Hình 4.10. Cân tỷ đo trọng dung dịch
Hình 4.11. Phễu đo độ nhớt biểu kiến của dung dịch
Hình 4.12. Xác định độ nhớt biểu kiến tại cơng trường
Hình 4.13. Cấu tạo của phễu đo độ nhớt biểu kiến
Hình 4.14. Cấu tạo ngồi của Reometer
Hình 4.15. Sơ đồ cấu tạo trong của Reometer
Hình 4.16. Thiết bị đo độ thải nước và độ dày vỏ bùn sử dụng khí nén
Hình 4.17. Thiết bị đo độ thải nước và độ dày vỏ bùn sử dụng bình CO2 tạo áp
Hình 4.18. Bộ six units filter press
Trang 17
Trang 18
Trang 19
Trang 20
Trang 23
Trang 24
Trang 26
Trang 27
Trang 27
Trang 28
Trang 29
Trang 31
Trang 32
Trang 34
Trang 42
Trang 43
Trang 43
Trang 44
Trang 46
Trang 47
Trang 53
Trang 54
Trang 55
Trang 55
Trang 59
Trang 63
Trang 63
Trang 64
Trang 66
Trang 72
Trang 85
Trang 90
Trang 90
Trang 91
Trang 91
Trang 92
Trang 92
Trang 92
Trang 93
Trang 93
Trang 94
Trang 94
Trang 95
Trang 96
Trang 96
Trang 97
Trang 97
Trang 98
Trang 6
Hình 4.19. Cốc đựng mẫu xác định độ thải nước và độ dày vỏ bùn
Hình 4.20. Dụng cụ đo hàm lượng cát
Hình 4.21. Vạch đo trên dụng cụ đo hàm lượng cát
Hình 4.22. Cấu tạo dụng cụ đo hàm lượng chất rắn
Hình 4.23. Thực hiện đo hàm lượng chất rắn
Hình 4.24. Cân tiểu ly
Hình 4.25. Đồng hồ bấm giây
Hình 4.26. Bơm tạo áp suất nhỏ
Trang 98
Trang 99
Trang 100
Trang 102
Trang 102
Trang 103
Trang 103
Trang 104
Trang 7
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3. 1 Tổng hợp cấu trúc và tính chất của các khống vật sét ............................................ 41
Bảng 3. 2 Phân loại sử dụng các hệ dung dịch theo IADC ...................................................... 56
Bảng 3. 3 ................................................................................................................................... 60
Bảng 3. 4 Một số dung dịch khoan thường dùng ..................................................................... 76
Trang 8
GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN
1. Tên mơ đun: Thí nghiệm dung dịch khoan
2. Mã mơ đun: KKT19MĐ37
3. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơ đun:
3.1. Vị trí: Đây là mơ đun chun mơn nghề của chương trình đào tạo khoan khai thác
dầu khí hệ Cao đẳng, Trung cấp. Mơ đun này được bố trí sau khi đã học xong môn địa
chất cơ sở, cơ sở khoan và được bố trí trước mơ đun hệ thống tuần hồn dung dịch, hệ
thống chống ống và trám xi măng, hệ thống kiểm sốt giếng khoan.
3.2. Tính chất: Mơ đun này trang bị những kiến thức chuyên môn nghề về việc xác các
thông số của dung dịch khoan cho giếng khoan.
3.3. Ý nghĩa và vai trị của mơ đun: Mơ đun đóng vai trị vơ cùng quan trọng, quyết
định sự thành công và chiều sâu giếng khoan trong công tác khoan dầu khí.
4. Mục tiêu của mơ đun:
4.1. Về kiến thức:
A1. Trình bày được các phương pháp tuần hồn dung dịch khoan.
A2. Trình bày được các loại dung dịch khoan.
A3. Trình bày được các tính chất của dung dịch khoan.
A4. Trình bày được các thơng số của dung dịch.
A5. Trình bày được các hoá phẩm thường dùng để điều chế, gia cơng hố học dung dịch
khoan.
4.2. Về kỹ năng:
B1. Đo và xác định được các thông số của dung dịch khoan trong q trình thi cơng một
giếng khoan.
B2. Sử dụng thành thạo các thiết bị, dụng cụ và hóa chất trong phịng thí nghiện dung
dịch khoan.
4.3. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
C1. Tuân thủ tuyệt đối các qui định về an tồn, PCCC, nội quy phịng học thí nghiệm và
quy chế của nhà trường.
C2. Tuân thủ các qui trình vận hành các thiết bị điện có liên quan.
C3. Xác định được cơng việc phải thực hiện, hồn thành các công việc theo yêu cầu,
không để xảy ra sự cố, hư hỏng đối với hệ thống thiết bị.
5. Nội dung của mô đun:
Trang 9
5.1. Chương trình khung
Thời gian đào tạo (giờ)
Mã MH/MĐ/HP
Tên mơn học/ mơ đun
Số
tín
chỉ
Tổng
số
Lý
thuyế
t
Thực
hành
thí nghiệ
m bài tập
thảo luận
LT
T
H
Kiểm
tra
Các mơn học chung/ đại
cương
12
255
94
148
8
5
MHCB19MH01
Giáo dục chính trị
2
30
15
13
2
0
MHCB19MH03
Pháp luật
1
15
9
5
1
0
MHCB19MH05
Giáo dục thể chất
1
30
4
24
0
2
MHCB19MH07
Giáo dục quốc phịng và An
ninh
2
45
21
21
1
2
MHCB19MH09
Tin học
2
45
15
29
0
1
Tiếng Anh
4
90
30
56
4
0
II.
Các mơn học, mơ đun
chun mơn ngành, nghề
44
1125
243
832
16
34
II.1.
Mơn học, mơ đun kỹ thuật cơ
sở
12
240
102
126
7
5
An tồn vệ sinh lao động
2
30
23
5
2
0
Vẽ kỹ thuật - 1
2
45
15
28
0
2
KTĐ19MH11
Điện kỹ thuật cơ bản
3
45
36
6
3
0
TĐH19MĐ11
Cơ sở điều khiển q trình
2
45
14
29
1
1
KKT19MH31
Địa chất cơ sở
3
75
14
58
1
2
Mơn học, mơ đun chun
mơn ngành, nghề
32
885
141
706
9
29
KKT19MH33
Cơ sở khoan
3
45
42
0
3
KKT19MĐ37
Thí nghiệm dung dịch khoan
3
75
14
58
1
2
KKT19MĐ40
Hệ thống nâng hạ
4
105
14
87
1
3
KKT19MĐ41
Hệ thống tuần hoàn dung dịch
4
105
14
87
1
3
KKT19MĐ42
Vận hành hệ thống chuỗi cần
khoan và dụng cụ phá hủy đất
đá
5
135
14
116
1
4
KKT19MĐ43
Hệ thống chống ống và trám
xi măng
4
105
14
87
1
3
KKT19MĐ44
Hệ thống kiểm soát giếng
khoan 1
5
135
14
116
1
4
I
TA19MH01
ATMT19MH01
CK19MH01
II.2.
Trang 10
Thời gian đào tạo (giờ)
Mã MH/MĐ/HP
KKT19MĐ46
Tên môn học/ mô đun
Thực tập sản xuất
Tổng cộng
Số
tín
chỉ
Lý
thuyế
t
Tổng
số
Thực
hành
thí nghiệ
m bài tập
thảo luận
LT
T
H
Kiểm
tra
4
180
15
155
0
10
56
1380
337
980
24
39
5.2. Chương trình mô đun chi tiết
Thời gian (giờ)
Số
Tên chương, mục
TT
1
2
3
4
Bài 1. Các phương pháp tuần hoàn
Tổng
Lý
Thực
Kiểm
số
thuyết
hành
tra
2
2
0
0
3
3
0
0
6
5
0
1
64
4
58
2
75
14
58
3
dung dịch
Bài 2. Các chức năng của dung dịch
khoan
Bài 3: Các loại dung dịch khoan được
sử dụng
Bài 4: Các thông số của dung dịch
khoan và cách xác định
Cộng
6. Điều kiện thực hiện mơn học:
6.1. Phịng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn
6.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn
6.3. Học liệu, dụng cụ, mơ hình, phương tiện: Giáo trình, mơ hình học tập,…
6.4. Các điều kiện khác: Phịng thí nghiệm dung dịch khoan
7. Nội dung và phương pháp đánh giá:
7.1. Nội dung:
- Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
- Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp.
Trang 11
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học.
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập.
7.2. Phương pháp:
Người học được đánh giá tích lũy mơn học như sau:
7.2.1. Cách đánh giá
- Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư
số 09/2017/TT-LĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh
và Xã hội.
- Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Dầu khí
như sau:
Điểm đánh giá
+ Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1)
+ Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2)
+ Điểm thi kết thúc mô đun
Trọng số
40%
60%
7.2.2. Phương pháp đánh giá
Phương pháp Phương pháp
đánh giá
tổ chức
Thường
xuyên
Viết/
Hình thức
kiểm tra
Chuẩn đầu ra
đánh giá
Số
cột
Thời
điểm
kiểm tra
Tự luận/
A1, A2, C1, C2
1
Sau 5 giờ.
A3, A4, C1, C2
1
A5, B1, B2, C1,
C2
2
Sau 15
giờ
A1, A2, A3, A4,
A5,
1
Thuyết trình Trắc nghiệm/
Báo cáo
Định kỳ
Viết/
Tự luận/
Thuyết trình Trắc nghiệm/
Báo cáo
Kết thúc môn
đun
Viết
Tự luận và
trắc nghiệm
Sau 73
giờ
Sau 75
giờ
B1, B2, C1, C2,
C3,
7.2.3. Cách tính điểm
- Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo thang
điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân.
Trang 12
- Điểm môn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của môn học
nhân với trọng số tương ứng. Điểm môn học theo thang điểm 10 làm trịn đến một chữ
số thập phân, sau đó được quy đổi sang điểm chữ và điểm số theo thang điểm 4 theo quy
định của Bộ Lao động Thương binh và Xã hội về đào tạo theo tín chỉ.
8. Hướng dẫn thực hiện môn học
8.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng HSSV Trường Cao đẳng Dầu khí
8.2. Phương pháp giảng dạy, học tập môn học
8.2.1. Đối với người dạy
* Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: thuyết trình ngắn, nêu
vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, diễn trình, làm mẫu bài tập tình huống, câu hỏi thảo
luận….
* Bài tập: Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập theo nội dung đề ra.
* Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra.
* Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân cơng các thành viên trong nhóm
tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày
nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm.
8.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau:
- Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung
cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu...)
- Tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết và 100% số tiết thực hành.. Nếu
người học vắng >30% số tiết lý thuyết hoặc > 0% số tiết thực hành phải học lại mô đun
mới được tham dự kì thi lần sau.
- Tự học và thảo luận nhóm: là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc
theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 8-10 người học sẽ được cung cấp chủ
đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về
1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân cơng để phát triển và hoàn thiện
tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm.
- Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ.
- Tham dự thi kết thúc mô đun.
- Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học.
9. Tài liệu tham khảo:
[1] Trần Đình Kiên, Giáo trình dung dịch khoan và vữa trám, NXB Giao thông vận tải
Trang 13
[2] TS. Lê Phước Hảo, Cơ sở khoan và khai thác dầu khí, NXB Đại học quốc gia
TPHCM, 2006.
[3] J.P .Nguyen, Kỹ thuật khoan dầu khí, NXB Giáo dục, 1995.
Trang 14
Bài 1:
CÁC PHƯƠNG PHÁP TUẦN HOÀN DUNG DỊCH
❖ GIỚI THIỆU BÀI 1
Bài 1 là bài giới thiệu bức tranh tổng quan về một số nội dung cơ bản của công tác
tuần hồn dung dịch xuống giếng phục vụ q trình khoan.
❖ MỤC TIÊU BÀI 1
Sau khi học xong bài này, người học có khả năng:
➢ Về kiến thức:
-
Trình bày được các phương pháp tuần hồn dung dịch và mơ tả được đường đi
của dung dịch khoan đối với mỗi phương pháp.
➢ Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
-
Rèn luyện cho học sinh tính cẩn thận, tỉ mỉ trong các thao tác kỹ thuật, có tinh
thần trách nhiệm cao trong công việc.
❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 1
-
Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng,
vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và
bài tập bài 1 (cá nhân hoặc nhóm).
-
Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (bài 1) trước buổi học; hoàn
thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống bài 1 theo cá nhân hoặc
nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định.
❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 1
-
Phòng học chuyên mơn hóa/nhà xưởng: Khơng có.
-
Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
-
Học liệu, dụng cụ, ngun vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình, tài liệu
tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.
-
Các điều kiện khác: Phịng mơ hình khoan dầu khí
❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 1
-
Nội dung:
✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
Bài 1: Các phương pháp tuần hoàn dung dịch
Trang 15
✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.
✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng mơn học.
+ Nghiêm túc trong q trình học tập.
-
Phương pháp:
✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)
✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: khơng có
✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: khơng có
❖ NỘI DUNG BÀI 1
Lịch sử phát triển và sử dụng các loại dung dịch khoan
- Từ thế kỷ XIX ở Trung Quốc người ta đã tiến hành rửa lỗ khoan bằng nước lã, sau đó
là nước lã và các hạt sét có sẵn.
- Từ năm 1905, dung dịch sét đã được dùng để rửa lỗ khoan trong giếng khoan đầu tiên
ở Texas.
- Năm 1921, ôxit sắt xay nhỏ được dùng để làm nặng dung dịch ở bang Arkansas và
bang Louissiana (Mỹ). Sau đó, barite được tìm thấy có khả năng làm nặng dung dịch tốt
hơn.
- Đồng thời với việc làm nặng dung dịch người ta đã tìm ra xút (NaOH) và aluminat
natri để làm ổn định dung dịch và giữ các hạt chất làm nặng ở trạng thái lơ lửng.
- Năm 1937, tinh bột được dùng làm giảm độ thoát nước của dung dịch.
- Năm 1944, Carboxymetyl Celullose (CMC) được dùng làm giảm độ thoát nước của
dung dịch.
- Sau đó, ở Mỹ và Nga đồng thời tìm ra dung dịch gốc dầu để mở vỉa dầu.
- Từ năm 1939 – 1940, người ta dùng huyền phù carbonat để rửa lỗ khoan.
- Năm 1943, người ta dùng dung dịch có vơi để có thể chịu được nhiệt độ cao hơn 1900C
mà không bị đông đặc.
- Năm 1953, dùng dung dịch thạch cao để thực hiện mục đích trên.
- Ngồi việc rửa lỗ khoan bằng chất lỏng, cơng tác khoan cịn dùng đến cả chất khí để
rửa lỗ khoan, chất khí được sử dụng để thực hiện rửa lỗ khoan đầu tiên vào 1918.
Qui trình sửa lỗ khoan trong quá trình khoan được mô tả bằng sơ đồ nguyên lý hệ thống
tuần hoàn dung dịch khoan dưới đây:
Bài 1: Các phương pháp tuần hoàn dung dịch
Trang 16
Hình 1.1. Sơ đồ ngun lý hệ thống tuần hồn dung dịch
Hiện nay để phục vụ cho công tác khoan các giếng khoan dầu khí bằng phương
pháp khoan xoay có rửa, có 2 phương pháp tuần hồn dung dịch xuống giếng khoan
chính được sử dụng, đó là:
- Tuần hồn thuận.
- Tuần hồn nghịch.
Ở đây tuần hồn thuận có nghĩa là phương pháp tuần hoàn mà người ta sử dụng
nhiều, một cách thường xun. Cịn tuần hồn nghịch là phương pháp chỉ được thực
hiện rất ít, chỉ trong một số trường hợp nhất định mà thơi.
Phương pháp tuần hồn thuận được thực hiện ở tất cả các giếng khoan. Chỉ khi
có những sự cố đặc biệt hoặc trong trường hợp thực hiện một nhiệm vụ đặc biệt nào đó
thì tuần hồn nghịch mới được sử dụng.
Ngoài 2 phương pháp tuần hoàn dung dịch chính ở trên cịn có thêm một phương
pháp tuần hoàn nữa dựa trên nền phương pháp tuần hoàn thuận đó là phương pháp tuần
hồn cục bộ.
PHƯƠNG PHÁP TUẦN HOÀN THUẬN
Trong phương pháp này dung dịch được bơm xuống giếng khoan theo phía trong
cần khoan và đi lên theo khoảng khơng vành xuyến (quan sát hình 1.1)
Dung dịch thốt ra từ chng khoan và do đặc tính của các vịi phun thủy lực nên dịng
dung dịch có vận tốc rất lớn làm rửa sạch răng chòng và còn tác dụng lên đáy giếng
khoan một áp lực lớn làm phá hủy đất đá (có cấu trúc bở rời mềm…). Dịng dung dịch
đi lên khoảng không vành xuyến mang theo mùn khoan và thoát lên bề mặt.
- Ưu điểm của phương pháp tuần hoàn thuận:
1.1.
Bài 1: Các phương pháp tuần hoàn dung dịch
Trang 17
+ Thực hiện đơn giản, không cần những thiết bị phức tạp để bịt kín miệng lỗ
khoan.
+ Ít phá vỡ thành giếng khoan do dịng đi lên chậm.
+ Ít bị tắc (nghẽn) cần khoan do mùn khoan.
+ Có thể khoan được trong điều kiện mất dung dịch.
- Nhược điểm:
+ Lượng tiêu hao nước rửa lớn mới đạt được vận tốc dịng chảy đủ nâng hạt mùn
trong khơng gian vành xuyến, dễ gây sập nở thành lỗ khoan.
+ Tỷ lệ lấy mẫu thấp trong đất đá mềm và độ cứng trung bình (do va đập thuỷ
lực).
Hình 1.2. Phương pháp tuần hồn thuận
Trong đó:
1: là đường dung dịch vào
2: đường dung dịch ra
PHƯƠNG PHÁP TUẦN HOÀN NGHỊCH
Dung dịch được bơm xuống giếng khoan thông qua khoảng không vành xuyến
và đi lên theo phía trong cần khoan.
Do tiết diện trong cần khoan nhỏ nên tốc độ đi lên nhanh, vì vậy phương pháp
này được dùng trong trường hợp phải nâng nhanh mẫu lên khi lỗ khoan thăm dị đường
kính nhỏ hay khoan qua các lớp đất đá có nhiều mùn khoan như cát, sa thạch bị phong
hóa. Phương pháp này được áp dụng khi muốn thay thế loại dung dịch đang tuần hoàn
trong lỗ khoan bằng loại dung dịch khác hoặc cần bơm ép để chống phun.
1.2.
Bài 1: Các phương pháp tuần hoàn dung dịch
Trang 18
Phương pháp này cần thiết phải bịt kín miệng lỗ khoan bằng thiết bị đặc biệt, tiêu
hao năng lượng bơm ép và dễ bị tắc cần khoan.
Ít sử dụng hơn phương pháp thuận nhưng ở điều kiện phù hợp cho hiệu quả công
tác tốt.
- Ưu điểm:
+ Tăng tỷ lệ mẫu, đặc biệt trong đất đá mềm kém bền vững.
+ Tác dụng va đập thuỷ lực của dòng chảy lên thành lỗ khoan nhỏ.
+ Khả năng tách mùn khoan nhanh, tránh được sự cố kẹt mút cần khoan do lắng
mùn.
+ Cho phép áp dụng kỹ thuật lấy mẫu liên tục.
- Nhược điểm:
+ Thiết bị bịt kín miệng lỗ khoan phức tạp. Không khoan được trong điều kiện
mất nước. Cấu trúc bộ khoan cụ phức tạp.
+ Dễ gây kẹt lắng mùn khi ngừng tuần hoàn.
Phương pháp tuần hoàn nghịch được thực hiện bằng hai cách:
- Có thiết bị bịt kín miệng lỗ khoan.
- Khơng có thiết bị bịt kín miệng lỗ khoan (phải lắp thêm bơm chân khơng, elip
hoặc elevator thuỷ lực).
Hình 1.3. Phương pháp tuần hồn nghịch
Trong đó:
1: là đường dung dịch vào
2: đường dung dịch ra
Bài 1: Các phương pháp tuần hoàn dung dịch
Trang 19
TUẦN HOÀN CỤC BỘ
Nước rửa bơm vào lỗ khoan như trong phương pháp rửa thuận. Trên cần khoan
có gắn thêm thiết bị thu mùn khoan (còn gọi là thiết bị lắng mùn). Phương pháp này
được dùng trong trường hợp không thể rửa toàn bộ lỗ khoan hay để nâng cao tỉ lệ lấy
mẫu hoặc sau khi xảy ra hiện tượng rơi rớt thiết bị vào lòng giếng, choòng khoan bị mất
răng cắt…
1.3.
Hình 1.4. Phương pháp tuần hồn cục bộ
Trong đó:
1: là đường dung dịch vào
2: đường dung dịch ra
3: mùn khoan vào ống lắng
❖ TÓM TẮT BÀI 1
Trong bài này, một số nội dung chính được giới thiệu:
-
Giới thiệu phương pháp tuần hoàn thuận.
-
Giới thiệu phương pháp tuần hoàn nghịch.
-
Giới thiệu phương pháp tuần hoàn cục bộ
❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN BÀI 1
Bài 1: Các phương pháp tuần hoàn dung dịch
Trang 20
Câu hỏi 1. Mô tả sơ đồ hệ thống tuần hồn thuận?
Câu hỏi 2. Mơ tả sơ đồ hệ thống tuần hồn nghịch?
Câu hỏi 3. Mơ tả sơ đồ hệ thống tuần hồn cục bộ?
Câu hỏi 4. Trình bày ưu nhược điểm của tuần hồn cục bộ?
Câu hỏi 5. Trình bày ưu nhược điểm của tuần hoàn thuận?
Bài 1: Các phương pháp tuần hoàn dung dịch
Trang 21
Bài 2:
CÁC CHỨC NĂNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN
❖ GIỚI THIỆU BÀI 2
Bài 2 là bài giới thiệu bức tranh tổng quan về các tác dụng của dung dịch khoan trong
quá trình khoan các giếng khoan dầu khí.
❖ MỤC TIÊU BÀI 2
Sau khi học xong bài này, người học có khả năng:
➢ Về kiến thức:
-
Trình bày được các chức năng của dung dịch khoan
➢ Về kỹ năng:
-
Phân tích được từng chức năng của dung dịch khoan
➢ Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
-
Rèn luyện cho học sinh tính cẩn thận, tỉ mỉ trong các thao tác kỹ thuật, có tinh
thần trách nhiệm cao trong công việc.
❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 2
-
Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng,
vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và
bài tập bài 2 (cá nhân hoặc nhóm).
-
Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (bài 2) trước buổi học; hồn
thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống bài 2 theo cá nhân hoặc
nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định.
❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 2
-
Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Khơng
-
Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
-
Học liệu, dụng cụ, ngun vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình, tài liệu
tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.
-
Các điều kiện khác: Không có
❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 2
Bài 2: Các chức năng của dung dịch khoan
Trang 22
-
Nội dung:
✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.
✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng mơn học.
+ Nghiêm túc trong q trình học tập.
-
Phương pháp:
✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)
✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: khơng có
✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: khơng có
❖ NỘI DUNG BÀI 2
Dung dịch khoan là một yếu tố đặc biệt quan trọng trong q trình thi cơng các
giếng khoan, nó góp phần nâng cao hiệu quả thi cơng giếng khoan một cách đáng kể khi
được sử dụng hợp lý. Dung dịch khoan có các chức năng sau:
Hình 2.1. Các chức năng chính của dung dịch khoan
2.1.
RỬA SẠCH GIẾNG KHOAN VÀ VẬN CHUYỂN MÙN KHOAN
Bài 2: Các chức năng của dung dịch khoan
Trang 23
Mùn khoan được giải phóng kịp thời ra khỏi đáy giếng khoan sẽ tạo điều kiện
thuận lợi cho choòng khoan tiếp xúc một cách liên tục, trực tiếp lên đất đá ở đáy giếng
khoan. Khi thực hiện tuần hoàn dung dịch, dung dịch chảy qua các lỗ của choòng khoan
sẽ tác dụng một lực lên đáy giếng khoan và có tác dụng rửa sạch đáy giếng khoan.
Các mùn khoan sau khi được tách ra khỏi đáy giếng khoan, để khoan tiếp ta bắt
buộc phải lấy chúng lên trên bề mặt bằng cách cho dung dịch tuần hồn trong giếng
khoan.
Hình 2.2. Mùn khoan tuần hoàn lên từ dưới giếng.
Việc tải mùn khoan lên mặt đất phụ thuộc vào các yếu tố như tốc độ đi lên của
dung dịch, các tính chất của dung dịch, loại đất đá và kích thước của các hạt mùn khoan.
Mùn khoan đi lên theo dung dịch khoan, mùn khoan có khuynh hướng trượt xuống
do tác dụng của trọng lực, vận tốc trượt của mùn khoan phụ thuộc vào các yếu tố như:
hình dạng kích thước, tỷ trọng của hạt mùn khoan và phụ thuộc vào chất lượng nước
rửa. Muốn bảo đảm tải hết mùn khoan phải duy trì tốc độ đi lên của dung dịch.
- Vận tốc đi lên của dùng dung dịch:
V = Q/S (m/s)
Trong đó:
Q: lưu lượng dung dịch quay trở về, m3/s
S: tiết diện ngang của dòng dung dịch quay trở về, m2
- Vận tốc trượt xuống của hạt mùn khoan:
U = g.d2.(ñ -d)/18 (m/s)
Trong đó:
g: gia tốc trọng trường
đ: trọng lượng riêng của đất đá khoan qua
Bài 2: Các chức năng của dung dịch khoan
Trang 24
