Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan PVEP

Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan

PVEP

Drilling fluid: Dung dịch khoan
I.Những vấn đề cơ bản
1Định nghĩa: Là bất kì dung dịch nào được tuần hoàn hoặc bơm từ bề mặt vào cần
khoan, đi qua chòong khoan và quay lại bề mặt bằng khoảng không vành xuyến
trong công tác khoan.
*Chức năng cơ bản của dung dịch:
1. Rửa lỗ khoan nâng mùn khoan lên khỏi giếng .
2. Giữ mùn khoan ở trạng thái lơ lửng khi ngừng tuần hoàn .
3. Làm mát bôi trơn dụng cụ khoan.
4. Giữ ổn định thành lỗ khoan.
5. Truyền thông tin địa chất lên mặt.
2Một số chức năng khác:
1. Gây tác dụng lý hóa khi phá hủy đất đá.
2. Truyền năng lượng cho tuabin khoan.
3. Là môi trường trung gian để truyền tín hiệu điều khiển.
Ngoài ra dung dịch khoan còn hỗ trợ đảm bảo tính chính xác cho công tác đánh giá
vỉa, kiểm soát sự an mòn thiết bị, hỗ trợ quy trình trám ximang và hoàn thiện
giếng…
Tính chất chức năng của dung dịch khoan

svth

1


Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan

Chức năng
Vận chuyển mùn khoan lên bề mặt

PVEP

Tính chất hóa/lý
ứng suất trượt tĩnh, độ nhớt biểu

kiến, lưu lượng, độ bền gel
Giữ mùn khoan ở trạng thái lơ lửng ứng suất trượt tĩnh, độ bền gel
khi tuần hoàn
Làm mát bôi trơn bộ khoan cụ
Giũ ổn định thành lỗ khoan
Truyền năng lượng cho turbin khoan

Tỉ trọng , lưu lượng
Tỉ trọng, tính trơ với sét
Lưu lượng, tỉ trọng, độ nhớt

Dung dịch khoan cần phải được lựa chọn và thiết kế để có tính chất lý hóa phục vụ
các chức năng trên. Ngoài ra cần chú ý đến:
- Ảnh hưởng đến môi trường của dung dịch khoan.
- Giá thành của dung dịch khoan.
- Khả năng vận chuyển.
- Ảnh hưởng của dung dịch khoan đến giai đoạn khai thác.
Dung dịch khoan có thể là chất lỏng hoặc khí:
1.dung dịch khoan là không khí
2. dung dịch khoan dạng bọt
3. dung dịch khoan là nước
4.dung dịch khoan gốc dầu

5. Dung dịch khoan gốc polyme tổng hợp(olefin và este)

svth

2


Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan

PVEP

Hình 1.Sơ đồ trộn và bơm dung dịch

II.Phân loại dung dịch:
svth

3


Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan

PVEP

1.Dung dịch gốc nước:(water base mud)

svth

4

Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan

PVEP

Dung dịch gốc nước là dung dịch được sử dung rộng dãi, rất dễ dàng để điều chế
chúng và duy trì thì không tốn kém. Để hiểu hơn về dung dịch gốc nước , người ta
chia ra làm 2 dạng chính:
- dung dịch ức chế
- dung dịch không ức chế
a.Dung dịch không ức chế: là những dung dịch mà không kiềm chế được sự trương
nở của sét. Thông thường nó bao gồm sét tự nhiên hoặc sét thương phẩm với một số
chất phụ gia như sút ăn da hay vôi. Chúng có thể bao gồm các chất kết tủa hoặc các
chất phân tán ví dụ như: than non,lignosunfphat, phốt phát. Dung dịch không ức
chế thường dùng như một loại bùn rửa. Chất rắn tự nhiên phân tán vào hệ thống cho
đến khi tính lưu biến của dung dịch không thể kiểm soát được bởi nước quá loãng.
b.Dung dịch ức chế: là dung dịch làm chậm đáng kể sự trương nở của sét. Để đạt
được sự ức chế thì trong dung dịch có sự hiện diện của các cation đặc thù cation
natri(na+), (ca++) và k+ thường thì là (ca++) hoặc k+ hoặc hỗn hợp của cả hai. Cung
cấp để ức chế sét. Một số chất phụ gia glycol và natri silicat sẽ làm tăng mức độ ức
svth

5


Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan

PVEP

chế của dung dịch. Hệ dung dịch này thường sử dụng để khoan vào tầng sét hydrat
hoặc cát chứa sét hydrat.

Với những ưu nhược điểm chung sau:
-Ưu điểm:
+Độ nhớt và tỉ trọng thấp , ít tiêu tốn công suất máy bơm, tốc độ khoan cao.
+Rẻ tiền (Hơn dung dịch gốc dầu và polyme)
+Đễ điều chế, nước rất sẵn có (nước biển, nước ngọt) và phổ biến nhất
+Có thể làm loãng bằng nước.
+Chỉ cần từ nước và các chất rắn khoan có thể tạo ra dung dịch phức tạp
+Hệ thống dung dịch muối hoặc dung dịch nước muối là đặc biệt được sử dụng để
đạt được những mục tiêu đặc biệt khi khoan qua các hệ tầng đặc biệt.
-Nhược điểm
+Bentonit không phân tán tốt trong nước muối, và dễ bị keo tụ.
+Gặp khó khăn khi khoan qua tầng sét và chứa sét.
+Khó tách mùn khoan hơn các loại dung dịch khác và độ nhớt dễ bị tăng lên
trong quá trình khoan.
+Làm nhiểm bẩn tầng chứa , làm giảm đáng kể độ thấm tự nhiên của vỉa
1.1.Dung dịch polymer:
Polyme được sử dụng từ những năm 1930, khi bột ngô được giới thiệu như là một
chất phụ gia chống mất dung dịch. Kể từ đó polymer đã trở lên thông dụng và phát
triển để phù hợp hơn. Polymer là một phần của dung dịch gốc nước sử dụng và
Nhiều chức năng rộng lớn của polymer vẫn còn có hiệu quả tới ngày nay, tinh bột
là một ví dụ, ban đầu nó có nguồn gốc tự nhiên. Nhiều polymer đã được điều chỉnh
từ polymer tự nhiên để sử dụng rộng dãi hơn. Chuyển hóa thành những polymer có
tính chất đặc biệt người ta dùng phương pháp tổng hợp nhân tạo.Khả năng đa dạng
của polymer đã được phát triển ứng dụng vào hầu hết các chức năng của dung
dịch.
svth

6

Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan

PVEP

Polyme là hợp chất cao phân tử có độ nhớt cao.
Polymer hóa học :
Để nhanh chóng viết ra công thức của polymer. Theo kinh nghiệm công thức của nó
là chuỗi vòng. Vd:
Polymer đơn giản nhất là polyethylene (C 2H2= C2H2) trong suốt quá trình trùng hợp
ethylene mất đi liên kết đôi:
n(C2H2= C2H2)

(C2H2- C2H2)n

kết quả của polymer polyethylene bao gồm 1 chuỗi phân tử. số lần nhân của
monomer là quá trình được hiểu như là các cấp độ trùng hợp. những polymer điển
hình có mức trùng hợp lớn hơn nhiều 1000.
Cấu trúc của polymer được phân loại là đường thẳng , có nhánh, hoặc đan chéo vd:
tuyến tính

Ex: CMC(carboxy methylcellulose)
PHPA(partially hydrolyzedply acrylamide)
HEC(hydroxyethycellulose)
Nhánh :

Vd: tinh bột và xathan gum

svth

7

Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan

PVEP

Đan chéo:

Vd: xathan gum
Polymer có 3 loại chính:
-

polymer tìm thấy trong tự nhiên

-

polymer trong tự nhiên được điều chỉnh

-

polymer nhân tạo

Dung dịch Polymer có thể được sử dụng 100% Polyme để khoan qua các tầng đất
đá dễ mất nước đặc biệt rất hiệu quả khi khoan qua các tầng đất đá sét kết hoặc
chứa sét.
Ngoài ra polyme còn được cho vào dung dịch gốc nước. Polyme được cho vào
dung dịch để làm tăng độ nhớt
-Ưu điểm:
+Có độ nhớt cao, phù hợp khoan qua các tầng mất dung dịch.
+Rất hữu hiệu khoan qua các tầng sét

+Thân thiện với môi trường hơn dung dịch gốc dầu
-Nhược điểm:
+Đắt, đắt hơn dung dịch gốc dầu.
1.2.Pre- hydrate bentonite form:
Là dung dịch sét ngâm. Sét được ngâm trong nước 4-6h thành dung dịch đặc
sệt.
Dung dịch sét ngâm dùng để trám tạm thời thành lỗ khoan của các tầng đất đá mất
dung dịch. Dung dich này tạo thành vỏ sét tạm thời gia cố thành lỗ khoan. Nhưng
cấu trúc chỉ bền trong vòng 48h.
svth

8


Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan

PVEP

Hiện nay dung dịch này ít dùng. Để tạo được độ nhớt cao như PHBF người ta có
thể gia công hóa học dung dịch.
1.3.Dung dịch sét
Sét là đất đá trầm tích phổ biến trong vỏ trái đất, có khả năng khi hợp với nước
tạo trạng thái dẻo. khi để khô có khả năng giữ nguyên trạng thái ban đầu và có độ
bền cao của đất đá
Dung dịch: là hệ đồng thể gồm hai hay nhiều thành phần vật chất.
Vật chất được chia làm những phần tử riêng biệt được gọi là chất hòa tan. Chất
chứa các phần tử bị phân chia gọi là môi trường hòa tan.
Hệ đồng thể được gọi là dung dịch khi dường kính Φ của hạt hòa tan nhỏ hơn 10 −6
mm
Hệ phân tán: là hệ gồm hai hay nhiều pha mà một trong những pha đó bị phân chia

thành những phần tử nhỏ(chất phân tán) trong những pha khác (môi trường phân
tán).
Khi trộn sét vào nước ta được hệ phân tán bao gồm:
-Pha phân tán là sét
-Môi trường phân tán là nước
*Những tính chất cơ bản của sét trong nước:
a. sự trương nở và hydrat hóa của các hạt sét
-Sự trương nở : khả năng sét bị thấm nước , thể tích tăng lên gọi là tính trương nở
-Sự hydrat hóa và tạo lớp điện tích kép
b.Sự đông tụ keo sét
Các hạt sét được bao bọc bởi lớp vỏ hydrat, chiều dày lớp này thể hiện mức thấm
ướt của các hạt sét. Khi chiều dày của vỏ hydrat càng lớn tức là lực hút các phần tử
nước vào bề mặt các hạt sét càng mạnh thì sét càng được thấm nước tốt , hệ thống
sét nước càng bền vững.
svth

9


Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan

PVEP

sự thay đổi thế điện động và chiều dày vỏ hydrat làm cho lực đẩy giữa những hạt
sét giảm và chúng có thể dính lại với nhau, hiện tượng này gọi là hiện tượng ngưng
kết các hạt keo sét.
c.Các đặc điểm chính của dung dịch sét
-Dung dịch nhạy cảm với môi trường khoáng hóa
-Tính chất của dung dịch sẽ bị thay đổi đáng kể trong quá trình khoan do tăng hàm
lượng pha rắn trong dung dịch và nhiệt độ môi trường thay đổi.

-Tính chất của dung dịch sẽ được phục hồi một phần khi được gia công bằng các
chất phụ gia hóa học khác nhau.
-Khả năng làm sạch lỗ khoan của dung dịch sét là rất kém vì độ nhớt rất cao.
2.Dung dịch gốc dầu:(oil base muds)
Khi khoan qua các tầng sét trương nở , các vỉa muối hoặc chứa muối nhất là khi mở
vỉa sản phẩm dầu khí nếu sử dụng dung dịch khoan không hợp lý sẽ dẫn đến nhiều
phức tạp khác nhau. Ví dụ nếu mở vỉa sản phẩm dầu khí bằng các loại sét bình
thường có độ thải nước cao , trọng lượng riêng lớn , độ nhớt và ứng suất trượt tĩnh
không hợp lý sẽ làm thay đổi độ thấm tự nhiên của vỉa, tạo nhũ tương ngược hoặc
gây ngưng kết bít kín những kênh dẫn , khe nứt trong vỉa sản phẩm .Các hiện tượng
trên gây khó khăn cho công tác gọi dòng và khai thác dầu khí sau này.
Dung dịch gốc dầu được định nghĩa là dung dịch khoan mà dầu là môi trường phân
tán. Nếu có sự hiện diện của nước, nó sẽ đóng vai trò là chất phân tán hoặc pha
phân tán. Chất rắn trong dung dịch gốc dầu thấm đẫm dầu, tất cả các chất phụ gia
được phân tán trong dầu.Nếu có sự hiện diện của nước nó sẽ bị nhũ hóa trong pha
dầu.
Dung dịch gốc dầu được chia làm 2 loại cơ bản: nhũ tương ngược và tất cả dung
dịch là dầu. Lượng nước hiện diện sẽ mô tả kiểu của dung dịch gốc dầu. Dầu được
sử dụng trong dung dịch gốc dầu có nhiều loại: dầu thô, dầu tinh chế như là như
dầu diesel và dầu nhớt hoặc dầu có nguồn gốc hữu cơ phi dầu khí…
svth

10


Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan

PVEP

-Ưu điểm

+Kiểm soát dễ dàng các đặc tính của dung dịch khi không có sự xuất hiện của nước
hoặc dầu thô
+Không nhạy với các chất nhiễm bẩn thông thường của dung dịch gốc nước(Nacl,
CaSO 4 , ximang, sét)
+Các đặc tính thấm lọc tốt ở nhiệt độ và áp suất cao, vỏ sét mỏng.
+Tỉ trọng dung dịch nhỏ
+Giảm ma sát bộ khoan cụ lên thành giếng, loại trừ đính bộ khoan cụ do chênh áp.
+Tăng tuổi thọ các chòong khoan dạng chóp xoay.
+Tỉ lệ mẫu cao ít gây nhiễm bẩn thành hệ
-Nhược điểm
+Nhạy với nước.
+Dễ lắng đọng các chất làm nặng.
+Thao tác dễ bẩn người và dễ cháy
+Làm hỏng cao su không chuyên dùng với hydrocacbua
+Khó phát hiện dầu và khí trong mùn khoan
+Một số phương pháp đo trong khi khoan và địa vật lý giếng khoan không thực
hiện được
+Giá thành cao
+Thay đổi tính chất ở nhiệt độ cao
3.Dung dịch khoan mở lỗ:
a. Nước kỹ thuật( nước biển):
*Dung dịch này thường dùng để khoan mở lỗ giếng khoan vì nó có nhiều ưu điểm:
Nước có độ nhớt , tỷ trọng nhỏ , ứng suất cắt tĩnh gần như bằng không nên tổn thất
thủy lực trong quá trình tuần hoàn nhỏ. Ta có thể bơm với lưu lượng lớn và do đó
khả năng làm sạch đáy hố khoan và tách mùn là rất tốt. Đồng thời áp suất thủy tĩnh
svth

11

Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan

PVEP

của cột dung dịch nhỏ , vận tốc cơ học cao tiến độ chòong cũng lớn hơn so với sử
dụng dung dịch khác.
Hệ dung dịch này không tạo màng vỏ sét trên thành lỗ khoan nên tránh được những
phức tạp trong khi khoan
Hàm lượng pha rắn và những phần tử không tan hầu như không có nên khả năng
gây mòn chòong khoan là không đáng kể
Kinh tế dễ kiếm dễ sử dụng
*Tuy nhiên bên cạnh đó còn có những nhược điểm:
Không thể tham gia vào những tầng đất đá kém bền vững như tầng sét tầng muối
Chiều sâu giếng khoan thường bị hạn chế vì không tạo được áp suất thủy tĩnh, để
ngăn ngừa các hiện tượng xâm nhập của khí nước vào giếng, mặt khác lưu lượng
lớn , vận tốc dòng chất lưu đi lên lớn dễ gây sập lở thành giếng khoan
Khi ứng suất trượt tĩnh bằng không, thì khả năng giữ mùn ở trạng thái lơ lửng kém ,
dẽ gây các hiện tượng do lắng mùn khoan.
Không dùng loại dung dịch này khoan qua tầng sản phẩm vì nó có khả năng làm
thay đổi độ thấm tự nhiên của vỉa sản phẩm.
b. Nước tự nhiên:
Dung dịch tự nhiên là dung dịch mà môi trường phân tán là nước còn pha phân tán
là những mảnh vụn của đất đá. Dung dịch này có một số tính chất sau:
trong lượng dung dịch nhỏ, ứng suất trượt tĩnh thấp và các thông số dung dịch phụ
thuộc nhiều vào tính chất tự nhiên của vỉa và đất đá khoan qua. Vì vậy để mở rộng
phạm vi sử dụng của nó người ta tiến hành thêm vào dung dịch một số chất phụ gia
để thay đổi cấu trúc cơ học và them vào một số chất bôi trơn , để tăng khả năng bôi
trơn , giảm ma sát trong giếng khoan để tăng vận tốc khoan. Chính vì vậy những
tính chất này mà dung dịch tự nhiên có một số ưu điểm hơn hẳn nước kỹ thuật, nó
có thể khoan qua các tầng , các vùng mà nước kỹ thuật không đảm nhận được.

4.Dung dịch hoàn thiện giếng:
svth

12


Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan

PVEP

Mặc dù thao tác hoàn thiện giếng được tiến hành từ khi bắt đầu khoan vào tầng sắp
khai thác, nhưng thực tế dung dịch hoàn thiện giếng là dung dịch được sử dụng để
lắp thiết bị giếng và khi bắn vỉa.
Như vậy các chức năng của nó khác với dung dịch khoan. Như vậy dung dịch hoàn
thiện giếng khoan cần được chọn sao cho có thể tối ưu hóa việc khai thác các tầng
về sau này mà vẫn đảm bảo vận hành an toàn.
Do đó các đặc tính của dung dịch này cần đảm bảo sự ổn định của thành giếng
khoan, khả năng rửa sạch giếng khoan và giữ các hạt mùn khoan ở trạng thái lơ
lửng và đặc biệt là tránh hiện tượng bịt kín tầng chứa.
Hiện tượng bịt kín tầng chứa là đáng ngại hơn cả, dù ở mức độ thấp nó cũng làm
giảm khả năng khai thác của giếng. Nó có quan hệ trực tiếp đến các đặc tính của
tầng chứa (độ rỗng, độ nứt nẻ, độ thấm) và dung dịch tầng chứa. Dung dịch này có
thể phải ứng với dung dịch hoàn thiện giếng tạo kết tủa có thể làm thay đổi độ
thấm. Do đó cũng phải điều chỉnh độ thải nước.
Các hạt rắn chứa trong dung dịch cũng có thể bịt kín bề mặt tầng chứa. Để dự
phòng độ an toàn cần thiết, tỉ trọng dung dịch không được lớn hơn nhiều so với tỉ
trọng tương đương với gradien áp suất của tầng chứa nhằm hạn chế sự xâm nhập
của các hạt rắn này vào tầng chứa.
Nước muối thường được sử dụng, đặc biệt là nước có NaCl, do độ thải nước của nó
thích ứng với đặc tính của tầng chứa.

Các dung dịch phức tạp hơn cũng có thể được sử dụng nếu muốn tránh hiện tượng
bịt kín thường xuyên tầng chứa. Khi đó có thể tiến hành bơm rửa giếng bằng axit
trước khi khai thác. Như vậy thành phần dung dịch hoàn thiện giếng trong trường
hợp này có thể cho phép phá hủy nó bằng axit. Đây là trường hợp dung dịch có
chứa cacbonat canxi.
Dung dịch gốc dầu được sử dụng nếu như tỉ trọng của nó cho phép, nhìn chung nó
phù hợp với các loại dung dịch tầng chứa.
svth

13


Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan

PVEP

5.Dung dịch khí nén(Pneumatic):
Dung dịch khí nén được sử dụng khoan vào các thành tạo đã suy kiệt hoặc những
vùng khác nơi mà dị thường áp suất thấp có thể gặp. Mọi ưu điểm của hệ thống khí
nén có thể nhận thấy khi tăng vận tốc cơ học khoan. Mùn được thổi ra khỏi chòong
là kết quả của sự phân dị áp suất cao. Ở những vùng phân dị áp suất cao cũng cho
phép chất lỏng hình thành từ tầng thấm chảy vào giếng .
Dung dịch gốc khí không có hiệu quả ở những vùng thành tạo chất lưu có dung tích
lớn mà ta bắt gặp . Dòng xâm nhập của thành tạo chất chất lưu phụ thuộc vào dung
dịch khí nén chuyển thành hệ dung dịch lỏng . Kết quả là, có khả năng
mất tuần hoàn dung dịch hoặc gây thiệt hại cho tầng sản phẩm là rất to lớn. Chúng
ta phải cân nhắc khi lựa chọn dung dịch khí nén cho những giếng khoan sâu . Đối
với các giếng dưới 10.000ft người ta không phải cân nhắc gì bởi vì thể tích khí cần
thiết nâng mùn khoan từ đáy lỗ khoan có thể lớn hơn các thiết bị bề mặt cung cấp.

III. Các thông số cơ bản của dung dịch:
1.MW: Mud Weight: Là trọng lượng riêng dung dịch khoan
Trọng lượng riêng của dung dịch là trọng lượng của một đơn vị thể tích dung dịch
được ký hiệu là , đơn vị là G/cm3 và T/m3.

γ=

P
V

=

m× g
V

=ρXg

Trong đó:
P: Trọng lượng của khối dung dịch
V: Thể tích của khối dung dịch
m: Khối lượng của khối dung dịch
g: Gia tốc rơi tự do
ρ: Khối lượng riêng của dung dịch

svth

14


Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan

PVEP

Trọng lượng riêng có tác dụng làm cân bằng áp lực vỉa lỗ khoan. Dung dịch khoan
có thể dao động từ 7,5ppg (dung dich gốc dầu) và có thể thu được dung dịch có
trọng lượng riêng nặng hơn bằng các chất làm nặng như Barite.
*Điều chỉnh trọng lượng riêng của các loại dung dịch: Để thay đổi WM ta có thể
thêm Bentonit hoặc thêm các chất làm nặng như Barrit, Hematit…. Khi thêm
bentonit thì PV và YP tăng lên. Nhưng khi thêm Barit hay Hematit thì chỉ có PV
tăng còn YP thay đổi không đáng kể.
*Cách xác định:
-Trong phòng thí nghiệm cần độ chính xác cao người ta dùng cân kĩ thuật
-Ngoài sản xuất người ta dùng các dụng cụ sa:
+ Cân như cân đòn bẩy Linhepski. Loại này bây giờ ít dùng
+ Tỉ trọng kế(kiểu phao): Xác định dựa vào chiều sâu ngập trong nước của phần
chứa dung dịch.
*Tỷ trọng dung dịch tuần hoàn tương đương ECD là thông số áp suất tính theo tỷ
trọng dung dịch:
ECD = ρ +

Pd
0.052.D

Trong đó:
ECD: equivalent circulating density, ppg
ρ : khối lượng riêng của dung dịch, ppg

Pd : tổn thất áp suất do ma sát trong vành xuyến, psi
D: độ sâu tính toán, ft
2.PV: Plastic Viscosity(độ nhớt dẻo)

Là một thành phần biểu biễn độ nhớt của dung dịch.
PV bản chất là lực ma sát giữa các lớp dung dịch do ma sát giữa các thành phần rắn
gây ra. Nên PV phụ thuộc vào hình dạng và kích cỡ của các hạt rắn.
PV sẽ tăng lên trong quá trình khoan.
svth

15


Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan

PVEP

Để điều chỉnh PV ta thêm số lượng chất rắn phân tán hoặc cho các chất rắn có kích
thước nhỏ vào.
*Cách xác định: Đơn vị là cp
Người ta xác định độ nhớt dẻo bằng máy Fann
µ p θ 600
=

Với

θ 300
-

θ 300
,

θ 600 : số đo tương ứng với số vòng quay 300, 600 vòng/phút của nhớt kế

Fann
3.YP: Yield Point:
Là một thành phần biểu biễn độ nhớt của dung dịch.
PV bản chất là lực ma sát giữa các lớp dung dịch do liên kết hydrate gây ra. Bản
chất này chính là lực hút đẩy giữa các Ion và các electron trong hệ dung dịch.
Gia công hóa học điều chỉnh độ nhớt chính là điều chỉnh YP.
Nên PV phụ thuộc vào hình dạng và kích cỡ của các hạt rắn.
Khi điều chỉnh PV sẽ làm thay đổi lớn YP vì khi tăng hàm lượng pha rắn (đặc biệt
là set) sẽ làm thay đổi hệ thống hydrate. Còn khi thay đổi YP sẽ không làm ảnh
hưởng nhiều đến PV vì hàm lượng pha rắn hầu như không thay đổi.
*Cách xác định: Xác định bằng máy Fann đơn vị là lb/100ft2
τy

(lb/100sqft)=

θ 300

- µp

4.FV: Funnel Viscosity(độ nhớt phễu)
Đây là độ nhớt quy ước. Cách xác định tương đối đơn giản và nhanh. Nên phương
pháp này được sử dụng nhiều để xác định độ nhớt của dung dịch ngay trên sàn tháp
khoan. Có thể căn cứ vào FV để xác định độ nhớt hoặc để có dấu hiệu để xác định
PV và YP khi dung dịch bị biến đổi tính chất nhiều.
Dụng cụ là phễu có dung tích 1500cm3, vòi có đường kính 4,6mm.
svth

16

Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan

PVEP

Với dụng cụ này nước tinh khiết có độ nhớt 26s.
5.FL: Fluild Loss (Độ thải nước)
Độ thải nước là lượng nước thoát ra qua thiết bị lọc có đường kính 75mm, áp lực
14,7 PSI trong thời gian 30 phút.
Trong thi công khoan, chất lỏng trong dung dịch tách ra và đi vào các lỗ rỗng, khe
nứt của đất đá trên thành lỗ khoan khi tồn tại sự chênh lệch áp lực. Mỗi loại dung
dịch có độ thải nước riêng, nó phụ thuộc vào hàm lượng gel trong điều kiện nhất
định.
Độ thải nước thay đổi theo thời gian. Ban đầu khi lớp vỏ sét chưa hình thành và
hình thành chưa tốt(chứa nhiều lỗ hổng) thì độ thải nước lớn. Về sau khi mà lớp vỏ
sét đã chặt xít thì FL nhỏ. Nghiên cứu cho thấy FL ở thời gian 7,5minute bằng 2
lần FL ở thời gian 30minute.
Xác định bằng dụng cụ Fann
6.Gel và Gel strenght:
Gel là huyền phù keo mà khi chúng ta tác dụng vào nó một ứng suất nhỏ hơn một
giá trị nhất định thì không gây ra bất kỳ biến dạng nào. Giá trị giới hạn của ứng suất
này gọi là độ bền gel.
Độ bền gel: Đó là ứng suất tối thiểu gây ra sự bắt đầu chảy của một chất lỏng dẻo.
Nó được xác định bằng độ nhớt Fann, đó là ứng suất trượt tương ứng với sự quay
chậm ở tốc độ 3 vòng/ phút của Roto.
Giá trị gel 0 biểu thị độ bền của gel ngay sau khi khuấy dung dịch khoan.
Giá trị gel 10 biểu thị độ bền của gel sau khi khuấy dung dịch khoan và để yên sau
10 phút.
Các giá trị gel 0 và gel 10 tuỳ theo phương pháp tiêu chuẩn phụ thuộc vào dạng
hình học của thiết bị đo và người ta chỉ có thể so sánh được các giá trị này nếu như
chúng cùng thực hiện trên một thiết bị đo. Gel và độ bền gel là biểu thị tính ổn định

của dung dịch.
svth

17


Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan

PVEP

7.Một số chất phụ gia thường dùng:
Có rất nhiều hóa phẩm kể cả loại phản ứng được và loại không phản ứng được. Cho
vào dung dịch để thực hiện các chức năng chuyên dụng . một trong các chức năng
phổ biến là:
7.1.Alkalinity and PH control
Được dùng để điều chỉnh độ axit và kiềm của dung dịch khoan. Một số chất thường
dùng là: vôi, sút ăn da, bicarbonate của soda.
7.2.Bactericides(thuốc diệt vi khuẩn)
Được sử dụng để giảm bớt số lượng vi khuẩn. paraformaldehyde, sút ăn da, vôi và
chất bảo quản tinh bột là những chất phổ biến nhất.
7.3. Chất khử Ca2+
Chúng được sử dụng để chống lại,làm giảm, khắc phục sự nhiễm bẩn của Ca 2+ .
những chất thường được dùng là: sút ăn da , soda khan, bicarbonate của soda, và tất
nhiên cả polyphosphates.
7.4. Chất ức chế sự ăn mòn
Được sử dụng để hạn chế sự an mòn của oxy và hidro sunful . nước vôi và các muối
amin thường dùng để kiểm tra loại chất ăn mòn. Dung dịch gốc dầu là dung dịch
kiềm chế sự ăn mòn rất hiệu quả.
7.5.Chất khử bọt
Được sử dụng để hạn chế hoạt động tạo bọt trong muối hoặc dung dịch muối bão

hòa, bởi nó làm giảm sức căng bề mặt.
7.6.Chất nhũ tương hóa
Được thêm vào dung dịch để hòa trộn đồng nhất giữa hai chất lỏng dầu và nước.
phổ biến nhất là chất điều chỉnh lignosulfunates axit béo và dẫn suất amin.
7.7.Filtrate reducers(chất giảm độ thải nước)
svth

18


Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan

PVEP

Chúng là chất được dùng để giảm độ thải nước vào thành hệ. một số chất thường
được sử dụng là bentonite sét, CMC(sodium carboxymethy cellulose) và chất tinh
bột galetin hóa
7.8.Flocculants
Chúng được sử dụng để gây ra các phần tử keo trong hệ để dính kết các phần tử.
phổ biến là nước vôi , thạch cao natriphotphat.
7.9.Tác nhân tạo bọt
Được sử dụng phổ biến trong khoan bằng khí , chúng hoạt động như chất hoạt tính
bề mặt , tạo bọt trong khi có sự hiện diện của nước.
7.10.Vật liệu chống mất tuần hoàn dung dịch(lost circulation material)
Những hạt rắn thô dược sử dụng dể nút lỗ lớn trong thành tạo, chống mất dung dịch
trong khi khoan. nut plug và mica flakes(mica mảnh) thường được sử dụng.
7.11.Chất bôi trơn(lubricans)
Được sử dụng làm giảm momen xoắn tại choong, bằng cách giảm masat.tất nhiên
dầu và xà phòng thường được sử dụng.
7.12 Tác nhân giải phóng cần. (pipe freeing agent)

Được sử dụng để định hướng dung dịch tại những vùng kẹt cần nhằm giảm masat,
tăng độ bôi trơn, và ức chế sự hydrat của thành tạo. Thường sử dụng dầu, chất tẩy ,
chất hoạt tính bề mặt và xà phòng.
7.13 Chất kiểm soát sự ức chế sét(shale control inhibitorts)
Được sử dụng để kiểm soát sự hydrat, sự tạo hang, và sự phân hủy của sét/sét thành
tạo. thường sử dụng thạch cao, sodium silicat, hạt canxi.
7.14Surfactant(chất giảm sức căng bề mặt)
Được sử dụng để giảm sức căng mặt phân cách giữa các bề mặt tiếp xúc(dầu/nước,
nước/chất rắn , nước/khí…)
svth

19


Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan

PVEP

7.15weighting agent( tác nhân làm tăng tỉ trọng dung dịch)
Sử dụng dể cung cấp cho tỷ trọng dung dịch năng hơn thông thường.những chất đó
là barit,hematite,canxicacbonat,galena.
7.16 sét bentonite
Đây là cấu trúc của hệ phân tán . Ngoài sự có mặt của sét trong dung dịch, còn cho
phép tạo ra lớp vỏ bùn trên thành lỗ khoan và làm giảm độ thoát nước của dung
dịch vào vỉa.
Bentonite có ưu điểm là không độc hại
7.17 Hóa phẩm CMV-HV
Chức năng cơ bản của hoá phẩm CMC- HV là giảm độ thoát nước của dung
dịch khoan đồng thời làm tăng độ nhớt của dung dịch.
7.18Hoá phẩm KR- 22: Hoá phẩm này dùng để gia công sử lý dung dịch khoan

với mục đích điều chỉnh các tính chất cấu trúc cơ học, tăng khả năng ức chế sét
thành hệ. Hoá phẩm KR- 22 là chất lỏng linh động dễ tan trong nước khoáng hoá.
Hoá phẩm KR- 22 mang tính kiềm cao, không gây cháy nổ, ở nồng độ < 2% không
gây độc.
7.19 Xô đa (Na2CO3): Có chức năng làm kết tủa các ion Ca 2+ và Mg2+nhằm khả
năng phân tán sét Bentonit. Khi có mặt Na 2CO3 vào dung dịch cũng làm thay đổi
ứng suất cắt tĩnh và giảm độ thải nước, tăng độ pH của dung dịch .
7.20 FCL(Ferrochrome lignosulphonate): Chức năng của FCL là khống chế độ
nhớt quy ước, ứng suất cắt tĩnh khi khoan qua các tâng sét kết. Ngoài ra, FCL còn
có chức năng phụ đó là làm giảm độ thải nước và ức chế sự trương nở của sét.
7.21Chất diệt khuẩn Việt Bắc 21: là chất diệt khuẩn có gốc tinh dầu thực vật có
hoạt tính cao, được dùng để ngăn ngừa, phân huỷ do sinh vật đối với dung dịch
khoan mà đặc biệt là đối với polime. Chất diệt khuẩn an toàn về cháy nổ, không
thành tạo các chất có hại khi bảo quản và sử dụng.
svth

20


Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan

PVEP

7.22 Chất phụ gia bôi trơn Viet Lub- 150, Grafit: Đây là chất phụ gia bôi trơn chịu
nhiệt độ cao sử dụng để tăng tính bôi trơn của dung dịch khoan, giảm mô men quay
và giảm lực kéo khi thả cột cần và thả ống chống.
7.23 Xút (NaOH) KOH: Dùng để tăng độ pH cho dung dịch, ngoài ra nó còn có tác
dụng kết tủa CaCO3, tăng hiệu quả phân tán của sét.
7.24 Glycol: Dùng để giảm độ nhớt, tăng tính lưu biến của dung dịch.
7.25 Tinh bột: Dùng để điều chỉnh độ thải nước của dung dịch có độ khoáng hóa

yếu. Tuy nhiên tinh bột lại không chịu được nhiệt độ cao (nhỏ hơn 130 độ)
7.26 K2SO4: có tác dụng ức chế sét thành hệ giúp cho thành giếng khoan vững chắc
và làm cho vỉa có độ thấm tốt hơn.
Chất phụ da được sử dụng với các chức năng nâng cao chất lượng của dung dịch.
Tuy nhiên nhiều loại hoá phẩm rất đắt tiền, làm tăng giá thành khoan. Do vậy chỉ
dùng hoá phẩm khi cần thiết và với khối lượng vừa đủ, tiết kiệm hoá phẩm, tiết
kiệm dung dịch. Khi điều kiện cho phép có thể chuyển dung dịch khoan ở khoảng
này sang khoản khoan tiếp theo, hoặc từ lỗ khoan cũ sang các lỗ khoan khác đang
thi công.

IV.Cách lựa chọn hệ dung dịch và tỷ trọng dung
dịch khi khoan
Việc lựa chọn hệ dung dịch dựa chủ yếu vào điều kiện địa chất và mục đích khoan,
chiều sâu khoan. Chẳng hạn cũng một điều kiện đất đá bở rời dễ sập lở nhưng với
khoan mở lỗ ta có thể chọn hệ dung dịch khác với khi khoan ở độ sâu 2000,3000m.
Các thông số dung dịch cũng khác nhau khi khoan qua các tầng đất đá
có tính chất khác nhau như: Sét trương nở, nứt nẻ, bở rời hay cứng và ổn định.
Trọng lượng riêng dung dịch dựa chủ yếu vào áp suất vỉa sao cho áp suất thủy tĩnh
phải cân bằng với áp suất vỉa.
svth

21


Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan

PVEP

Mở lỗ khoan qua các lớp đất đá phủ có độ liên kết và độ bền cơ học nhỏ. Nên
dung dịch cần phải tạo lớp vỏ sét dủ để gia cố tạm thời thành giếng khoan. Tránh

xói mòn, tạo hang hốc, mở rộng thành lỗ khoan. Bên cạnh đó do áp suất của các
vỉa đất đá thường nhỏ nên tỉ trọng của dung dịch cũng nhỏ. Mặt khác, kích thước
hạt mùn tương đối lớn, nên dung dịch cần có độ nhớt và ứng suất trượt tĩnh dủ đển
vận chuyển mùn khoan.
Nên dung dịch được sử dụng là dung dịch sét. Để tăng độ nhớt ta gia công
hóa phẩm.
Các hóa phẩm có thể dùng như Sô đa, vôi …
Do chiều dài khoan mở lỗ không lớn nên khả năng gia cố tạm thời của dung dịch
khoan không yêu cầu cao. Nên ta chọn các hóa phẩm rẻ tiền để gia công dung dịch.
Dung dịch được sử dụng thường là dung dịch rẻ tiền.
Trong trường hợp đất đá khoan mở lỗ khá ổn định ta có thể dùng nước biển hoặc
dung dịch ít sét để khoan.
Đảm bảo về kinh tế, dung dịch spud mud có thể được tận dụng khoan tiếp các
khoảng khoan tiếp theo….

V. Cách tính lượng dung dịch cho các khoảng
khoan.
Lượng dung dịch cần thiết cho quá trình khoan là:
V=V bc +V ml + V oc +V k +V th
Trong ®ã:
-V bc lµ thÓ tÝch cña bÓ chøa
-

V ml lµ thÓ tÝch m¸ng l¾ng
-V oc là thể tích lỗ khoan đoạn chống ống.

svth

22

Tìm hiểu về hệ dung dịch khoan
2
V oc = ∑ π × Dioc × Lco
4

Víi:

PVEP

Dioc là đường kính trong cét chèng (m).

L là chiều dài cột ống chống (m).
- V k là thể tích lỗ khoan không chống ống.
2
V k = k. ∑ π × Dic × Li

4

Víi:

k: hệ số kể đến sự tăng đường kính lỗ khoan.

Dic : là đường kính chßong khoan (m).
Li : chiều dài lỗ khoan không chống ống (m).

-V th là thể tích dung dịch bị tiêu hao: V th =K × L k
Víi: L k là chiều dài khoảng khoan (m).

svth

23