QUY TRÌNH BƠM TRÁM, THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG TỚI CHẤT LƯỢNG XI MĂNG, CƠ SỞ LỰA CHỌN XI MĂNG, XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐẶC QUÁNH BẰNG THÍ NGHIỆM
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.87 MB, 41 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM
KHOA DẦU KHÍ
------------
BÁO CÁO THỰC TẬP SẢN XUẤT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT DẦU KHÍ
ĐỀ TÀI: QUY TRÌNH BƠM TRÁM, THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG TỚI
CHẤT LƯỢNG XI MĂNG, CƠ SỞ LỰA CHỌN XI MĂNG, XÁC ĐỊNH
THÔNG SỐ ĐẶC QUÁNH BẰNG THÍ NGHIỆM
ĐƠN VỊ THỰC TẬP
SV THỰC HIỆN
Phòng TN xi măng giếng khoan
Phan Thanh Nhân
Xí nghiệp khoan và sửa giếng
MSSV: 04PET110013
Liên doanh Vietsovpetro
Lớp: K4 KKT
Thời gian thực tập: 3/7 - 16/7/2017
Số buổi trong tuần: 10
Số buổi thực tập: 20/20
Tháng 7/2017
LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, Em xin gữi đến quý thầy cô khoa dầu khí, trường Đại học
Dầu khí Việt Nam đã tận tình dạy dỗ, truyền đạt kiến thức cũng như đã giúp đỡ, tạo điều
kiện để em có thời gian thực tập tại Ban gia cố giếng khoan của Xí nghiệp Khoan và Sửa
giếng thuộc liên doanh Vietsovpetro.
Em xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo là chú Nguyễn Hải Sơn và các anh kỹ sư trong
Phòng thí nghiệm xi măng giếng khoan thuộc Ban gia cố giếng khoan của Xí nghiệp Khoan
và Sửa giếng đặc biệt là chú Bé, anh Dũng, anh Thuận và anh Việt đã hướng dẫn trực tiếp,
giúp đỡ nhiệt tình và tạo những điều kiện thuận lợi nhất để em có thể thu thập những kiến
thức thực tiễn trong thời gian thực tập sản xuất tại đơn vị.
Tuy vậy, do thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế nên trong bài báo cáo thực tập
sản xuất này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế nhất định. Em rất mong nhận
được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các anh kỹ sư, thầy cô và các bạn khác để từ đó, em
có thể bổ sung, nâng cao chất lượng bài báo cáo cũng như những kiến thức chuyên môn của
bản thân.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Phan Thanh Nhân
1
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
1
MỤC LỤC
2
DANH SÁCH HÌNH
4
DANH SÁCH BẢNG
6
PHẦN I: MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC TẬP
7
1. Mục tiêu và nội dung
7
2. Thời gian và đơn vị thực tập
7
3. Phương pháp tiến hành
7
PHẦN II: KHÁI QUÁT VỀ ĐƠN VỊ THỰC TẬP
1. Chức năng, nhiệm vụ và cơ cấu tổ chức của Xí nghiệp Khoan và Sửa giếng
9
9
1.1.
Chức năng, nhiệm vụ
9
1.2.
Quy mô
9
1.3.
Sơ đồ tổ chức
2. Cơ cấu tổ chức, chức năng, nhiệm vụ của Ban gia cố giếng khoan
10
11
2.1.
Cơ cấu tổ chức
11
2.2.
Chức năng của đội bơm trám xi măng giếng khoan
11
2.3.
Chức năng của Phòng thí nghiệm xi măng giếng khoan
11
PHẦN III: KẾT QUẢ THỰC TẬP
1. Khái niệm về xi măng trám giếng (xi măng pooclăng)
12
12
1.1.
Khái niệm xi măng
12
1.2.
Khái niệm vữa xi măng
12
1.3.
Khái niệm đá xi măng
14
1.4.
Phụ gia và hóa chất
15
2. Phân loại xi măng theo các tiêu chuẩn
15
2.1.
Theo tiêu chuẩn API
15
2.2.
Theo tiêu chuẩn GOST
16
2.3.
Yêu cầu của Vietsovpetro đối với các loại xi măng
16
3. Các thông số ảnh hưởng tới chất lượng xi măng (theo tiêu chuẩn VSP)
18
3.1.
Đối với xi măng
18
3.2.
Đối với vữa xi măng
20
3.3.
Đối với đá xi măng
24
2
3.4.
Các yếu tố bên ngoài
27
3.5.
Chất lượng xi măng với cột ống chống
27
3.6.
Áp suất giữa các cột ống chống
28
4. Cơ sở lựa chọn xi măng để trám giếng
28
5. Quy trình bơm trám
29
5.1.
Các thiết bị sử dụng trong công tác bơm trám xi măng
30
5.2.
Các quy trình bơm trám
30
6. Xác định thông số độ đặc quánh bằng thí nghiệm
35
TÀI LIỆU THAM KHẢO
37
PHẦN IV: NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ VỀ QUÁ TRÌNH THỰC TẬP
38
1. Tự nhận xét về bản thân
38
2. Nhận xét về phòng thí nghiệm xi măng giếng khoan
38
3. Nhận xét về cách tổ chức thực tập của bộ môn
38
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
40
1. Kết luận
40
2. Kiến nghị
40
3
DANH SÁCH HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ tổ chức của Xí nghiệp Khoan và Sửa giếng ................................................. 10
Hình 1.2. Sơ đồ tổ chức của Ban gia cố giếng khoan ............................................................. 11
Hình 1.3. Máy pha trộn kiểu cánh khuấy và cân trong phòng thí nghiệm ............................. 14
Hình 3.1. Sàng đo độ mịn No 008 .......................................................................................... 19
Hình 3.2. Cân tỉ trọng (tỉ trọng kế) ......................................................................................... 20
Hình 3.3. Mặt phẳng đo độ chảy tỏa....................................................................................... 20
Hình 3.4. Cốc úp ngược hình côn ........................................................................................... 21
Hình 3.5. Ống nghiệm 250ml ................................................................................................. 21
Hình 3.6. Thí nghiệm đo độ tách nước ................................................................................... 21
Hình 3.7. Máy đo độ quánh Consistometer (HTHP) .............................................................. 22
Hình 3.8. Một số máy đo độ quánh khác ................................................................................ 22
Hình 3.9. Cốc đựng mẫu đo độ quánh và cánh khuấy ............................................................ 23
Hình 3.10. Cốc đựng mẫu đo thời gian đông kết...................................................................... 23
Hình 3.11. Thanh kim loại và đầu kim ..................................................................................... 24
Hình 3.12. Khung đở và than đo ............................................................................................... 24
Hình 3.13. Khuôn đúc mẫu đo độ bền uốn kích thước 20x20x100mm ................................... 25
Hình 3.14. Máy nén thủy lực đo độ bền uốn ............................................................................ 25
Hình 3.15. Khuôn đúc mẫu đo độ bền nén kích thước 2x2x2in ............................................... 26
Hình 3.16. Máy nén thủy lực đo độ bền nén ............................................................................ 26
Hình 3.17. Thùng dưỡng mẫu ................................................................................................... 27
Hình 5.1. Sơ đồ cấu trúc các cấp ống chống của một giếng khoan ngoài biển ...................... 29
Hình 5.2. Nút trám trên ........................................................................................................... 30
Hình 5.3. Nút trám dưới.......................................................................................................... 30
Hình 5.4. Chân đế ống chống ................................................................................................. 30
4
Hình 5.5. Lồng định tâm ......................................................................................................... 30
Hình 5.6. Đầu bơm trám xi măng ........................................................................................... 30
Hình 5.7. Quy trình bơm trám xi măng ống chống thông thường .......................................... 31
Hình 5.8. Viên bi nặng ............................................................................................................ 32
Hình 5.9. Nút treo và nút trám dưới đã được bắt dính với nhau ............................................ 33
Hình 5.10. Nút trám trên (chốt nút treo) ................................................................................... 33
Hình 5.11. Bộ đầu treo ống chống lửng.................................................................................... 34
Hình 5.12. Quy trình bơm trám xi măng ống chống lửng ........................................................ 34
Hình 6.1. Kết quả thí nghiệm đo độ quánh vữa xi măng ........................................................ 35
5
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1.1. Hệ số cần nước cho một số thành phần trong xi măng ........................................... 13
Bảng 1.2. Lượng xi măng và nước cho từng loại thí nghiệm ................................................. 14
Bảng 2.1 Các quy định của xi măng trám giếng tỉ trọng thường (OWC) .............................. 17
Bảng 2.2. Các quy định của xi măng trám giếng tỉ trọng nhẹ (OWCL) ................................. 18
Bảng 3.1 So sánh chất lượng liên kết của xi măng với cột ống chống trong năm 2013 và
2014 các giếng của Vietsovpetro ............................................................................ 28
Bảng 3.2. Số lượng giếng có xuất hiện áp suất giữa các cột ống chống năm 2013 và 2014
của Vietsovpetro ..................................................................................................... 28
6
PHẦN I: MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC TẬP
1. Mục tiêu và nội dung
Mục tiêu: Tìm hiểu quy trình bơm trám, các thông số ảnh hưởng tới chất lượng xi
măng, cơ sở lựa chọn xi măng để trám giếng khoan, xác định thông số độ đặc quánh
bằng thí nghiệm.
Nội dung tìm hiểu được từ đơn vị thực tập:
Nghiên cứu và biết được thành phần, đặc điểm của xi măng trám giếng.
Tìm hiểu quy trình bơm trám và một số lưu ý khi bơm trám giếng khoan.
Cách xác định các thông số tính chất của xi măng bằng thí nghiệm.
Quy mô công việc: Công việc gồm một số phần trong các công việc của đơn vị để
từ đó làm bước đầu cho việc định hướng nghề nghiệp tương lai của sinh viên. Tích lũy
và trao đổi các kinh nghiệm làm việc thực tế với các anh kỹ sư.
2. Thời gian và đơn vị thực tập
Quá trình thực tập từ ngày 3/7/2017 đến 16/7/2017. Vào ngày đầu tuần, sinh viên sẽ
được phân công công việc cần tìm hiểu và cách thức nghiên cứu. Vào tuần cuối cùng,
sinh viên phải hoàn thành báo cáo hoàn chỉnh để cán bộ đơn vị đánh giá, góp ý và sửa
chữa.
Đơn vị thực tập: Phòng thí nghiệm xi măng - Ban gia cố giếng khoan - Xí nghiệp
Khoan và Sửa giếng - Liên doanh Vietsovpetro.
3. Phương pháp tiến hành
Phương pháp tổ chức tiến hành thực tập.
Sinh viên được cán bộ hướng dẫn tạo điều kiện tìm hiểu tổng quan về cấu
trúc, quy mô và tình hình hoạt động, sản xuất kinh doanh của đơn vị thực tập.
Trao đổi và học hỏi kinh nghiệm trực tiếp từ cán bộ hướng dẫn hoặc gián tiếp
qua các báo cáo cho phép của Xí nghiệp Khoan và Sửa giếng.
Sinh viên nghiên cứu báo cáo được giao, vận dụng kiến thức được dạy trong
trường và hướng dẫn của cán bộ đơn vị để tìm hiểu thông tin.
Qua đó, sinh viên đạt được những kiến thức chung về quy trình, cách thức
làm việc thực tế của kỹ sư trong Xí nghiệp Khoan và Sửa giếng.
7
Viết báo cáo quá trình thực tập dưới sự hướng dẫn đánh giá và sửa chữa của
cán bộ đơn vị.
8
PHẦN II: KHÁI QUÁT VỀ ĐƠN VỊ THỰC TẬP
1. Chức năng, nhiệm vụ và cơ cấu tổ chức của Xí nghiệp khoan và sửa giếng
1.1.
-
Chức năng, nhiệm vụ
Khoan tìm kiếm, khoan thăm dò, khoan khai thác và sửa chữa các giếng khoan
dầu khí.
-
Hỗ trợ phương tiện vật tư cho nhà thầu khoan của Petrovietnam.
-
Sửa chữa và hủy giếng.
-
Khoan định hướng và đo khoan định hướng.
-
Cứu chữa sự cố trong thi công giếng khoan.
-
Cung ứng nhân lực cho dịch vụ khoan và sửa giếng.
-
Bơm trám xi măng và kiểm tra độ kín giếng khoan.
-
Dịch vụ và hóa phẩm khoan.
-
Cung cấp cần khoan, ống chống, đầu treo ống chống lửng.
-
Dịch vụ ống mềm (CTU).
-
Sửa chữa và bảo dưỡng thiết bị khoan, lấy mẫu.
-
Cho thuê và bảo dưỡng thiết bị khoan.
-
Cho thuê giàn khoan.
1.2.
Quy mô
Hiện Xí nghiệp có gần 1000 CBCNV với trình độ, tay nghề cao đang quản lý và
vận hành 5 giàn khoan tự nâng với các thiết bị hiện đại (Tam Đảo 01, Tam Đảo 02, Tam
Đảo 03, Tam Đảo 05, Cửu Long), 6 bộ giàn khoan Uranmash-3D, 2 giàn nhẹ sửa giếng
(MMWU-01, MMWU-02), căn cứ dịch vụ trên bờ với hệ thống nhà xưởng hiện đại,
Phòng khoan định hướng, Xưởng máy đo khoan định hướng, Ban dung dịch khoan,
Phòng công nghệ khoan và sửa giếng, Phòng kỹ thuật sản xuất, Ban gia cố giếng khoan
và 6 đội khoan cùng một số phòng phụ trợ khác có khả năng đáp ứng được dịch vụ trọn
gói hoặc riêng lẻ trong công tác thi công và sửa chữa giếng khoan.
9
1.3.
Sơ đồ tổ chức
Xí nghiệp Khoan và Sửa giếng được thành lập vào ngày 2 tháng 6 năm 1983.
Hình 1.1: Sơ đồ tổ chức của Xí nghiệp Khoan & Sửa giếng.
10
2. Cơ cấu tổ chức, chức năng và nhiệm vụ của Ban gia cố giếng khoan
Cơ cấu tổ chức
2.1.
Hình 1.2. Sơ đồ cơ cấu tổ chức của Ban gia cố giếng khoan
Chức năng của đội bơm trám xi măng giếng khoan
2.2.
-
Thực hiện chống ống.
-
Bơm trám xi măng cột ống chống.
-
Thả đầu treo ống chống lửng.
Chức năng của phòng thí nghiệm xi măng giếng khoan
2.3.
-
Tiến hành thí nghiêm kiểm tra chất lượng xi măng.
-
Lập đơn vữa xi măng.
11
PHẦN III: KẾT QUẢ THỰC TẬP
1. Khái niệm về xi măng trám giếng (xi măng pooclăng)
1.1. Khái niệm xi măng
a) Khái niệm
Xi măng pooclăng là chất kết dính vô cơ rắn trong nước, chứa khoảng 70-80%
canxi silicat. Nên còn được gọi là xi măng silicat. Đây là sản phẩm nghiền mịn của
clinke với phụ gia thạch cao (3-5%). Clinke ở dạng hạt được nung cho đến kết khối
(ở 14500C) hỗn hợp chứa canxi caconat (đá vôi) alumosilicat (đất sét, đá macnơ, xỉ
lò cao…). Trong khi nghiền mịn, để điều chỉnh tính chất và hạ giá thành người ta có
thể cho thêm phụ gia hoạt tính (poozôlan, tro...) và phụ gia trơ (cát, thạch anh, đá
vôi…).
Mặc dù mới được sản xuất từ đầu thế kỷ 19, nhưng do những ưu điểm nổi bật
(cường độ cao, rắn nhanh…) nên xi măng pooclăng đã trở thành chất kết dính quan
trọng nhất trong xây dựng cơ bản và được ứng dụng vào việc trám giếng khoan.
b) Thành phần hóa học
Thành phần hóa học của clinke biểu thị bằng hàm lượng (%) các oxit có trong
clinke, dao động trong các giới hạn sau:
CaO
:
60-66
SiO2
:
18-25
Al2O3
:
2-15
Fe2O3
:
0.5-5
c) Thành phần khoán vật chủ yếu
C-CaO
S-SiO2
A-Al2O3
F-Fe2O3
H-H2O
C3S
:
40-65
(alit)
C2S
:
10-35
(belit)
C3A
:
2-15
(aluminat tricanxi)
C4AF
:
5-20
(feroaluminat tetracanxi)
1.2. Khái niệm vữa xi măng
a) Khái niệm
Trong công nghệ trám xi măng, vữa xi măng là dạng huyền phù của xi măng
trong nước. Ngoài bản thân xi măng (chẳn hạn là xi măng pooclăng), thể huyền phù
này còn có chứa các phần tử của phụ gia nghiền mịn. Trong nước cũng có thể chứa
các chất hòa tan hữu cơ, vô cơ, khí hoặc lẫn những chất không tan khác ở dạng
huyền phù.
b) Tỉ lệ nước/xi măng (N/X)
Tỉ lệ nước/xi măng là tỉ lệ về khối lượng giữa nước và xi măng trong vữa xi
măng. Đối với xi măng trám giếng, nếu không có các phụ gia đặc biệt thì khi tỉ lệ
N/X <0,4, vữa xi măng sẽ đặc quánh (độ linh động thấp) đến mức không thể dùng
máy bơm để hút được, do đó không thể sử dụng trong trám giếng. Khi tỉ lệ N/X>0,55
vữa xi măng dường như không ổn định, lắng đọng và phân lớp. Giới hạn hàm lượng
nước cho phép phụ thuộc vào bản chất, thành phần bột xi măng, độ mịn, diện tích và
hình dạng bề mặt thấm ướt.
12
c) Hệ số cần nước (Kn)
Hệ số cần nước được hiểu là khối lượng nước trên một đơn vị diện tích bề mặt
vật liệu, mà thỏa mảng cả hai yêu cầu là ổn định lắng đọng và độ linh động trong
công nghệ trám giếng (diện tích bề mặt của vật liệu được xác định bằng phương
pháp thấm khí). Trong bảng dưới đây trình bày hệ số cần nước Kn của các thành
phần chính trong xi măng trám giếng.
Bảng 1.1. Hệ số cần nước Kn cho một số vật liệu là thành phần trong xi măng
Vật liệu
Kn, Kg/m2 . 10-3
Nhỏ nhất
Trung bình
Cao nhất
Clinke
1,2
1,4
1,7
Sỉ lò cao
0,8
1,0
1,2
Barit
0,8
1,1
1,2
Thạch anh
0,9
1,0
1,1
Hematit
1,3
1,5
1,7
Tro nhà máy điện
0,9
1,1
1,2
Fonropeclit
2,8
3,2
3,5
Diatomit
0,9
1,1
1,3
Đất khuê tảo
0,9
1,0
1,2
Vôi
0,6
0,8
1,0
Đối với xi măng pooclăng có độ mịn là 320 m2/kg thì dựa vào bảng trên, ta có thể
tính được hàm lượng nước cho xi măng như sau:
Thấp nhất: 38,4%
Trung bình: 44,8%
Cao nhất: 54,4%
d) Quy trình pha vữa xi măng trong phòng thí nghiệm
Phương tiện: Cân trong phòng thí nghiệm. Máy trộn kiểu cánh khuấy với vận tốc
1500±100 vòng/phút (Hình 1.3). Thể tích vữa khuấy trong cốc hình trụ từ 500900ml.
Khối lượng mẫu xi măng và nước dùng để pha trộn vữa xi măng cho từng loại thí
nghiệm cần phù hợp với các giá trị ghi trong Bảng 1.2.
Xi măng và nước cho từng loại thí nghiệm với khối lượng được trình bày trong
Bảng 1.2. đổ vào cốc của máy trộn và khuấy trong thời gian 180±5 giây.
13
Loại xi
măng
OWC
OWCL
Bảng 1.2. Lượng xi măng và nước cho từng loại thí nghiệm
Khối lượng mẫu xi măng (g) dùng cho một lần pha
trộn để xác định
Tỉ lệ
Khối
Độ chảy tỏa, tỷ
Thời gian
Độ bền đá
Nước/Xi
lượng
trọng vữa, độ bền đá quánh, độ
theo thanh
măng
nước (g) theo thanh mẫu kích tách nước
mẫu kích
(N/X)
thước
thước
20x20x100mm
40x40x160mm
0,6
0,8
350
525
600
700
400
600
720
500
1050
1200
750
900
Hình 1.3. Máy trộn kiểu cánh khuấy và cân trong phòng thí nghiệm
1.3. Khái niệm đá xi măng
a) Khái niệm
Sau khi bột xi măng được hòa với nước với một tỉ lệ nhất định để tạo thành vữa
xi măng, sau một thời gian nhất định, vữa xi măng sẽ trãi qua quá trình đóng rắn và
tạo thành đá xi măng.
b) Quá trình đông cứng
Khi hòa bột xi măng vào nước với tỉ lệ nào đó thì sẽ tạo ra một thể huyền phù.
Pha rắn sẽ có thể tích nhỏ hơn pha lỏng, nhưng có tỉ lệ diện tích lớn nên khoảng cách
giữa các hạt là rất nhỏ.
Khi hòa với nước, các hạt xi măng sẽ xảy ra quá trình thủy hóa, lượng pha lỏng
sẽ giảm đi, lượng pha rắn tăng lên do một phần nước tham gia phản ứng với pha rắn
14
và trở thành thành phần của pha rắn, đồng thời cũng để lại những khoảng trống sau
khi chúng tham gia phản ứng. Trên các khoảng cách giữa các hạt xi măng trong vữa
xi măng sẽ tạo thành cấu trúc keo không bền vững. Trong thời gian đóng rắn, vữa xi
măng sẽ chuyển dần thành loại vật chất giống như đá và rỗng.
1.4. Phụ gia và hóa chất
Trong trám giếng khoan, hệ xi măng pooclăng được thiết kế cho nhiệt độ từ dưới
0 đến hơn 350oC (700oF). Các hệ xi măng sẽ gặp áp xuất từ áp suất khí quyển đến áp
suất 30000psi (200 MPa) trong giếng khoan. Ngoài ra, xi măng thường được thiết kế
phù hợp với các vỉa yếu hoặc rỗng xốp, chất ăn mòn, vỉa có áp xuất dị thường.
Chúng có thể điều chỉnh cho phù hợp với các điều kiện biến đổi lớn như vậy bằng
cách sử dụng phụ gia cho xi măng. Các chất phụ gia làm biển đổi tính chất của hệ xi
măng, cho phép tối ưu hóa quá trình bơm và thay thế thành công vữa xi măng vào
giữa cột ống chống và thành giếng khoan, phát triển độ bền nén nhanh chóng và đạt
yêu cầu về cách ly vỉa của giếng khoan trong suốt thời gian làm việc.
Hiện nay có hơn 100 chất phụ gia cho xi măng trám giếng được sử dụng, chúng
được cung cấp dưới dạng rắn hoặc dạng lỏng. Được phân thành 8 loại sau đây:
1. Chất tạo đông nhanh: Đây là hóa chất làm giảm thời gian đông kết của hệ
xi măng, tăng tốc độ phát triển độ bền nén. Tuy nhiên, cơ chế rút ngắn thời
gian đông kết của loại hóa chất này rất phức tạp và vẫn chưa được biết hết,
một số cơ chế của chúng vẫn còn là giả thuyết.
2. Chất làm chậm đông: Các hóa chất giúp kéo dài thời gian đông kết của hệ
xi măng. Khi bơm trám ở những trường hợp phức tạp, cần có nhiều thời
gian hơn để vữa xi măng có thể thay thế dung dịch khoan ở khoảng không
giữa ống chống và thành hệ. Hay những khu vực có nhiệt độ và áp xuất
cao, làm đẩy nhanh quá trình thủy hóa của xi măng. Cơ chế làm chậm
đông cũng rất phức tạp và cũng đang là những giả thuyết.
3. Chất trương: Các chất làm giảm mật độ của một hệ xi măng, hay làm giảm
số lượng xi măng trên một đơn vị thể tích của sản phẩm đông kết (đá xi
măng).
4. Chất làm nặng: Các chất làm tăng mật độ của hệ xi măng.
5. Chất phân tán: Các hóa chất có khả năng làm giảm độ nhớt của vữa xi
măng, giúp quá trình bơm trám thuận tiện hơn.
6. Các chất điều khiển thải nước: Các vật liệu điều khiển sự thoát pha lỏng
(nước) của hệ xi măng vào vỉa.
7. Các chất chống mất tuần hoàn: Các vật liệu điều khiển sự thất thoát vữa xi
măng vào các vỉa yếu hoặc các vỉa dạng hang hốc.
8. Các phụ gia đặc biệt: Các chất phụ gia khác như chống tạo bọt, tạo sợi…
2. Phân loại xi măng theo các tiêu chuẩn
2.1. Theo tiêu chuẩn API
Ở Mỹ, theo tiêu chuẩn API xi măng trám giếng được sản xuất theo tám loại
(A,B,C,D,E,F,G,H), dùng để trám các giếng có độ sâu khác nhau, nhiệt độ đáy giếng
cao hoặc thấp. Đối với một số loại có yêu cầu độ bền ban đầu cao, độ bền sulfat…
Các loại xi măng này đều có cơ sở là xi măng pooclăng do đó để sử dụng cho điều
15
kiện nhiệt độ áp suất cao cần phải thêm chất phụ gia làm chậm đông. Đặc điểm phân
loại xi măng theo tiêu chuẩn API:
Loại A: Dùng ở độ sâu khoảng 6000ft (1830m), không có các yêu cầu đặc biệt.
Loại B: Độ sâu 6000ft (1830m), bền sulfat trung bình đến bền sulfat cao.
Loại C: Độ sâu 6000ft (1830m), có yêu cầu phát triển độ cứng xớm, bền sulfat.
Hàm lượng C3S tương đối cao.
Loại D: Độ sâu từ 6000ft (1830m) đến 10000ft (3050m), bền sulfat trung bình
và cao.
Loại E: Độ sâu từ 10000ft (3050m) đến 14000ft (4270m), bền sulfat trung bình
và cao, nhiệt độ và áp suất cao.
Loại F: Độ sâu từ 10000ft (3050m) đến 16000ft (4880m), bền sulfat trung
bình, nhiệt độ và áp suất rất cao.
Loại G: Như loại xi măng cơ sở, độ sâu đến 8000ft (2440m). Có thể dùng với
các phụ gia nhanh đông, chậm đông để sử dụng cho các khoảng độ sâu và nhiệt độ
rất rộng của giếng khoan. Khi sản xuất không có các phụ gia. Loại này bền sulfat
trung bình và cao.
Loại H: Như loại xi măng cơ sở, độ sâu đến 8000ft (2440m). Có thể dùng với
các phụ gia nhanh đông, chậm đông để sử dụng cho các khoảng độ sâu và nhiệt độ
rất rộng của giếng khoan. Khi sản xuất không có các phụ gia. Loại này bền sulfat
trung bình và cao. Độ mịn của xi măng loại H thấp hơn loại G.
2.2. Theo tiêu chuẩn GOST
Theo tiêu chuẩn GOST (GOST 1581-56) có những cách phân loại xi măng trám
giếng sau:
a) Phân loại theo thành phần các chất:
- I. Loại không có phụ gia.
- II. Loại có phụ gia là khoán vật.
- III. Loại có phụ gia chuyên dụng để điều chỉnh tỉ trọng vữa.
b) Phân loại theo tỉ trọng vữa, loại III có hai loại:
- Xi măng nhẹ.
- Xi măng nặng.
c) Phân loại theo nhiệt độ sử dụng:
- Nhiệt độ thấp và nhiệt độ thường (15-500C).
- Nhiệt độ tương đối (51-1000C).
- Nhiệt độ cao (101-1500C).
d) Phân loại theo độ bền sulfat:
- Loại thường (không yêu cầu bền sulfat).
- Loại bền sulfat.
2.3. Yêu cầu kỹ thuật của Vietsopetro đối với các loại xi măng
Để trám các giếng khoan của liên doanh Vietsovpetro sử dụng hai chủng loại xi
măng: xi măng trám giếng tỉ trọng thường (OWC) và xi măng trám giếng tỉ trọng
nhẹ (OWCL). Ngoài ra người ta còn có thể trộn thêm cát vào hai loại xi măng trên để
làm tăng khả năng thủy hóa của xi măng nhằm tăng độ cứng của đá xi măng (xi
măng OWCS và OWCLS).
16
Bảng 2.1. Các quy định của xi măng trám giếng tỉ trọng thường (OWC)
STT
1
Tên gọi các thông số
Diện tích bề mặt riêng của bột xi măng (cm2/g):
Không lớn hơn:
Không nhỏ hơn:
Giá trị
3200
2900
15
3
Độ mịn của bột xi măng qua sàng 008, % khối lượng
còn lại không lớn hơn:
Tỉ lệ nước-xi măng (N/X)
4
Khối lượng riêng của vữa xi măng (g/cm3)
1,80-1,72 (±0,02)
5
Độ chảy tỏa theo dụng cụ hình côn AzNII (cm) không
nhỏ hơn:
Độ tách nước ở T=270C, P=0.1MPa sau 2 giờ (%)
không lớn hơn.
Thời gian đông kết của vữa ở T=750C, P=0.1MPa
(giờ-phút)
Thời gian đông kết đầu không sớm hơn (TH):
Thời gian đông kết cuối không chậm hơn (TK):
20
Thời gian quánh của vữa ở T=750C, P=0.1MPa (giờphút) không sớm hơn.
Độ bền uống của đá xi măng (MPa) sau 24 giờ bảo
dưỡng ở T=750C, P=0.1MPa, không nhỏ hơn.
0,75TH
2
6
7
8
9
0,5-0,6
3,5
1-45
5-00
3,2
17
Bảng 2.2. Các quy định của xi măng trám giếng tỉ trọng nhẹ (OWCL)
STT
1
Tên gọi các thông số
Diện tích bề mặt riêng của bột xi măng (cm2/g):
Không lớn hơn:
Không nhỏ hơn:
Giá trị
3200
2900
15
3
Độ mịn của bột xi măng qua sàng 008, % khối lượng
còn lại không lớn hơn:
Tỉ lệ nước-xi măng (N/X)
4
Khối lượng riêng của vữa xi măng (g/cm3)
1,58-1,52 (±0,02)
5
Độ chảy tỏa theo dụng cụ hình côn AzNII (cm) không
nhỏ hơn:
Độ tách nước ở T=270C, P=0.1MPa sau 2 giờ (%)
không lớn hơn.
Thời gian đông kết của vữa ở T=750C, P=0.1MPa
(giờ-phút)
Thời gian đông kết đầu không sớm hơn (TH):
Thời gian đông kết cuối không chậm hơn (TK):
20
Thời gian quánh của vữa ở T=750C, P=0.1MPa (giờphút) không sớm hơn.
Độ bền uống của đá xi măng sau 48 giờ bảo dưỡng ở
T=750C, P=0.1MPa, không nhỏ hơn.
0,75 TH
2
6
7
8
9
0,8-0,9
3,5
1-45
8-00
1,2
3. Các thông số ảnh hưởng tới chất lượng xi măng (theo tiêu chuẩn VSP)
3.1. Đối với xi măng
a) Tỉ trọng- Khối lượng
Tỉ trọng là tỉ số giữa khối lượng riêng của bột xi măng so với nước. Tỉ trọng xi
măng có ảnh hưởng lớn đến tỉ trọng của vữa xi măng. Khối lượng riêng của bột xi
măng thường có giá trị:
- Đối với trạng thái xốp: 0,9-1,1 g/cm3.
- Đối với trạng thái lèn chặt: 1,4-1,7 g/cm3.
b) Độ mịn (độ nhỏ)
Độ mịn được hiểu là tổng diện tích bề mặt các hạt trong 1g bột xi măng, có đơn
vị là cm2/g, được xác định bằng dụng cụ theo phương pháp thấm khí. Ở Xí nghiệp
Khoan và Sửa giếng độ mịn được đo bằng sàng No 008 với kích thước các lỗ là
80µm, độ mịn là phần trăm (%) khối lượng hạt còn lại trên sàng. Hạt càng mịn thì xi
măng gắng kết càng tốt. Đối với xi măng thông thường, có độ mịn là 2500-4000
cm2/g, hoặc phần còn lại trên sàng No 008 (Hình 3.1) là 6-13%.
18
Hình 3.1. Sàng đo độ mịn No 008
Cách xác định độ mịn của xi măng bằng sàng No 008:
- Sàng với ô lưới No 008: lưới phải được căng và kẹp chặt trong đai hình
trụ. Lưới sang phải được kiểm tra định kỳ qua kính lúp. Ngoài ra, cần phải
có dụng cụ sàng xi măng bằng cơ hoặc khí nén. Tất cả dụng cụ phải thỏa
mảng các yêu cầu kỹ thuật.
- Sấy mẫu xi măng đã chuẩn bị trong tủ sấy ở nhiệt độ 105-1100C trong thời
gian 2 giờ, sau đó làm nguội trong bình hút ẩm.
- Cân 50g (±0.05) xi măng đổ vào sàng, đóng nắp và lắp vào thiết bị sàng
cơ. Sau 5-7 phút thực hiện sàng thì ngưn và tháo đáy sàng cẩn thận, đổ bỏ
phần xi măng đã lọt qua sàng, làm sạch thông thoáng các ô lưới bằng bàn
chải mềm, sau đó lắp lại đáy vào sàng và tiếp tục sàng.
- Thao tác được coi là hoàn thành nếu sau thao tác sàng kiểm tra thấy lượng
xi măng lọt qua sàng không quá 0,05g.
- Thao tác sàng kiểm tra được thực hiện bằng tay sau khi tháo đáy sàng
trong thời gian 1 phút.
- Độ mịn của xi măng là phần trăm khối lượng xi măng còn lại trên sàng so
với khối lượng xi măng ban đầu, được làm tròn đến 0,1%.
c) Thành phần hạt theo kích thước
<10 µm
:
30-35%
10-20 µm
:
10-20%
20-30 µm
:
10-20%
30-50 µm
:
10-20%
>50 µm
:
10-25%
d) Độ ẩm
Độ ẩm là khối lượng nước chứa trong bột xi măng, được xác định bằng cách sấy
khô xi măng ở nhiệt độ 1100C. Độ ẩm có ảnh hưởng đến chất lượng xi măng trong
quá trình vận chuyển và bảo quảng.
Xi măng sau khi sản xuất hoặc mới mở bao thì có độ ẩm rất thấp, chỉ khoảng 0,52%.
19
3.2. Đối với vữa xi măng
a) Tỉ trọng
Tỉ trọng của vữa xi măng là tỉ số giữa hối lượng riêng của vữa xi măng với khối
lượng riêng của nước. Tỉ trọng có vai trò quan trọng trong việc cân bằng áp suất với
thành hệ trong khi xi măng chưa đông cứng. Được xác định bằng cân tỉ trọng (Hình
3.2) với thể tích 150ml hoặc 200ml. Được tiến hành như sau:
Hình 3.2. Cân tỉ trọng (tỉ trọng kế)
Tiến hành pha vữa xi măng theo quy trình ở mục 1.2-d.
Đổ đầy vữa xi măng vào tỉ trọng kế và đóng nắp, khi đó vữa sẽ trào ra ngoài qua
lổ ở nắp. Lau sạch phần vữa thừa bằng vải ẩm.
Đặt tỉ trọng kế lên giá đở, điều chỉnh quả nặng sao cho tỉ trọng kế nắm ngan trên
giá đở (nhận biết bằng mắt qua giọt khí trên tỉ trọng kế).
Khi tỉ trọng kế cân bằng thì đọc giá trị tỉ trọng trên con trỏ gắn với quả nặng.
b) Độ chảy tỏa
Độ chảy tỏa biểu thị độ linh động của vữa xi măng trong giếng. Đánh giá khả
năng chảy vào các khe hẹp giữa ống chống và thành hệ do ống chống bị lệch tâm…
Dụng cụ: Mặt phẳng đo có giọt khí đề kiểm tra sự nằm ngan của mặt phẳng đo
(Hình 3.3). Cốc úp ngược hình côn (Hình 3.4). Trên mặt phẳng đo có vạch sẵn các
vòng tròn đồng tâm đường kính nhỏ nhất là 70mm, lớn nhất 250mm. Thước đo độ
dài hoặc compa.
Hình 3.3. Mặt phẳng đo độ chảy tỏa
20
Hình 3.4. Cốc úp ngược hình côn
Đặt dụng cụ hình côn lên tấm kính của mặt phẳng đo sao cho chu vi đường tròn
của dụng cụ hình côn trùng với đường tròn đầu tiên của than đo trên mặt đo. Mặt
trong của dụng cụ hình côn và mặt kính phải được lau sạch bằng khăng ẩm.
Pha trộn vữa xi măng theo mục 1.2-d.
Đổ vữa xi măng vào dụng cụ hình côn đầy đến mép trên. Khoảng thời gian từ lúc
kết thúc khuấy vữa đến lúc bắt đầu đổ vữa vào dụng cụ không được quá 5 giây. Sau
khi đổ đầy vữa vào dụng cụ hình côn, dùng dao gạt bỏ phẩn vữa thừa. Sau đó nhấc
dứt khoát dụng cụ hình côn lên theo phương thẳng đứng.
Đường kính lang tỏa của vữa xi măng dược đo bằng thước thẳng hoặc compa
theo hai phương vuông góc nhau và làm tròn tới 1mm.
Độ chảy tỏa là giá trị trung bình của kết quả hai lần đo, khi mà hai giá trị này lệch
nhau không quá 10mm.
c) Độ tách nước
Đo lượng nước tách ra hỏi vữa xi măng do quá trình lắng đọng của xi măng. Biểu
thị mức dâng vữa thực của xi măng trong giếng khoan. Phụ thuộc chủ yếu vào tỷ lệ
nước/xi măng khi pha trộn.
Dụng cụ: Hai ống nghiệm dung tích 250ml (có thể dùng ống nghiệm dung tích
khác) với độ cao phần chia vạch không thấp hơn 230mm và không lớn hơn 250mm
(Hình 3.5).
Hình 3.5. Ống nghiệm 250ml
Hình 3.6. Thí nghiệm đo độ tách nước
21
Tiến hành pha vữa xi măng theo mục 1.2-d.
Đổ vữa xi măng vào hai ống nghiệm đến vạch 250ml cho mỗi ống rồi để yên cho
quá trình lắng. Tránh tất cả các rung động hay chấn động.
Sau 2 giờ ± 5 phút, đo lượng nước tích tụ trên bề mặt của vữa xi măng ở cả hai
ống nghiệm và ghi vào sổ.
Kết quả thí nghiệm là trung bình cộng của kết quả ở hai ống nghiệm. Kết quả
được làm tròn đến 0,1ml. Có thể biểu diển kết quả bằng đơn vị phần trăm (%).
d) Thời gian đặc quánh
Dụng cụ: Máy đo độ quánh Consistometer (có thể dùng các loại máy khác) (Hình
3.7). Cốc đựng mẫu (Hình 3.9).
Hình 3.7. Máy đo độ quánh Consistometer (HTHP)
Hình 3.8. Một số máy đo độ quánh khác
Pha vữa xi măng theo mục 1.2-d.
Đổ vữa xi măng vào cốc đựng mẫu đến vạch khắc trên mặt trong của cốc và tiến
hành thí nghiệm theo hướng dẫn chi tiết của loại thiết bị được sử dụng.
Tốc độ cánh khuấy là 150±5 vòng/phút.
Nhiệt độ và áp xuất thí nghiệm được chọn sao cho tương ứng với thực tế vữa xi
măng chuyển động trong giếng khoan. Chế độ thay đổi nhiệt độ, áp xuất tác dụng lên
22
mẫu thử phụ thuộc vào thể tích và tốc độ dòng chảy của các chất lỏng trong giếng
khoan và các thao tác, công nghệ khác trong quá trình bơm trám.
Thời gian quánh của vữa là thời gian tính từ lúc bắt đầu pha trộn vữa xi măng cho
tới thời điểm vữa đạt giá trị 30Bc (đơn vị độ quánh theo thang đo tiêu chuẩn GOST)
hoặc 70 đơn vị độ quánh theo tiêu chuẩn API đối với thí nghiệm kiểm tra vữa trong
phòng thí nghiệm.
Trong trường hợp thời gian quánh của vữa xớm hơn hoặc muộn hơn yêu cầu
(theo tính toán quá trình trám) 30 phút (2 giờ đối với xi măng OWC và 2 giờ 30 phút
đối với xi măng OWCL) thì thí nghiệm cần phải lặp lại với sự thay đổi hàm lượng
chất chậm đông hoặc nhanh đông.
Đối với thí nghiệm kiểm tra độ quánh theo tiêu chuẩn sử dụng ở giàn khoan thì
trước khi quá trình bơm trám hoàn tất, độ quánh vữa xi măng không được lớn hơn
50Bc. Vì khi đó, máy bơm không thể hút và bơm đẩy được vữa xi măng vào giếng.
Sau thí nghiệm, mẫu xi măng đổ ra khỏi cốc và đo độ chảy tỏa. Quy định độ chảy
tỏa sau khi thí nghiệm đo độ quánh không được vượt quá 140mm.
Hình 3.9. Cốc đựng mẫu đo độ quánh và cánh khuấy
e) Thời gian đông kết
Là thời gian vữa xi măng chuyển từ trạng thái dung dịch loãng sang trạng thái
rắn, được xác định bằng dụng cụ vica. Dụng cụ vica gồm một cốc đựng mẫu (Hình
3.10.), một thanh kim loại hình trụ có gắng kim ở một đầu (Hình 3.11), một khung
đở có thang đo độ dịch chuyển của thanh kim loại (Hình 3.12).
Hình 3.10. Cốc đựng mẫu đo thời gian đông kết
23
Hình 3.11. Thanh kim loại và đầu kim
Hình 3.12. Khung đở và than đo
Trước khi thí nghiệm, kiểm tra chuyển động tự do của thanh kim loại của dụng
cụ, kiểm tra kim của dụng cụ.
Bôi mỡ vào mặt trong và đế cốc của dụng cụ.
Tiến hành pha vữa xi măng theo mục 1.2-d.
Đổ đầy vữa xi măng vào cốc.
Đậy cốc vữa bằng tấm kính và đưa và thùng dưỡng mẫu (Hình 3.17). Nước trong
thùng phải ngập cốc ít nhất 2cm.
Lấy cốc ra khỏi thùng dưỡng mẫu đặt vào đúng vị trí trên khung đở. Kẹp chặt
thanh kim loại và kim của dụng cụ đo ở vị trí tiếp xúc với mặt trên của vữa trong
cốc. Sau đó cho kim rơi tự do ngập vào vữa. Lúc đầu khi vữa còn dẻo hoặc lỏng, để
tránh cho kim va chạm mạnh xuống tấm lót ở đáy cốc, thì cho phép giữ nhẹ khi kim
chuyển động.
Lặp lại thao tác trên sau mỗi 15 phút. Lưu ý là dịch chuyển cốc để vị trí kim rơi
ngập vào vữa không trùng với vị trí trước đó.
Thời gian đông kết đầu là thời gian tính từ lúc pha trộn vữa xi măng (thời điểm
nước dính vào) đến thời điểm thả kim tự do rơi ngập vào vữa và cách tấm lót đáy 12mm.
Thời gian đông kết cuối là thời gian tính từ lúc pha trộn vữa xi măng đến lúc thả
kim rơi tự do ngập vào vữa không quá 1-3mm (cách tấm lót đáy 39-37mm).
3.3. Đối với đá xi măng
a) Độ bền uốn
Là khả năng chống lại moment uốn từ các lực bên ngoài.
Dụng cụ thí nghiệm : Khuôn đúc mẫu đo độ bền uốn (Hình 3.13), Thùng dưỡng
mẫu (Hình 5.16), Thiết bị thử mẫu theo tiêu chuẩn, hoặc các thiết bị nén có giới hạn
lực ép lớn nhất đến 5000N và sai số không quá 2% (Hình 3.14)
24
