DUNG DỊCH KHOAN và XI MĂNG (cơ sở kỹ THUẬT dầu KHÍ SLIDE)

DUNG DỊCH KHOAN VÀ XI MĂNG


NỘI DUNG

1. Dung dịch khoan
2. Thủy lực khoan
3. Xi măng
4. Các phương pháp trám xi măng

GEOPET

Dung dịch khoan và xi măng



2


1. DUNG DỊCH KHOAN

GEOPET

Dung dịch khoan và xi măng



3


Nội dung

1. Định nghĩa
2. Chức năng
3. Các phương pháp rửa lỗ khoan
4. Dung dịch sét
5. Các thông số cơ bản của dung
dịch khoan
6. Phân loại dung dịch khoan
7. Làm sạch dung dịch khoan

GEOPET

Dung dịch khoan và xi măng



1. Dung dịch khoan

4


ĐỊNH NGHĨA
 Định nghĩa
Dung dịch khoan là bất kì dung dịch nào được tuần hoàn hoặc bơm từ bề mặt
vào cần khoan, đi qua choòng khoan và quay lại bề mặt bằng khoảng không
vành xuyến trong công tác khoan.

 Dung dịch khoan có thể là chất lỏng hoặc khí
 Dung dịch khoan là khơng khí
 Dung dịch khoan dạng bọt
 Dung dịch khoan là nước

 Dung dịch khoan gốc dầu
 Dung dịch khoan gốc polyme tổng hợp (olefin và este)
GEOPET

Dung dịch khoan và xi măng



1. Dung dịch khoan

5


HỆ THỐNG TUẦN HOÀN DUNG DỊCH

GEOPET

Dung dịch khoan và xi măng



1. Dung dịch khoan

6


CHỨC NĂNG CƠ BẢN
1. Rửa lỗ khoan, nâng mùn khoan lên khỏi giếng
2. Giữ mùn khoan lơ lửng khi ngưng tuần hồn
3. Làm mát, bơi trơn bộ khoan cụ

4. Giữ ổn định thành lỗ khoan
5. Truyền thông tin địa chất lên bề mặt

GEOPET

Dung dịch khoan và xi măng



1. Dung dịch khoan

7


CÁC CHỨC NĂNG KHÁC
 Gây tác dụng lý hóa khi phá hủy đất đá
 Truyền năng lượng cho turbin khoan
 Là mơi trường trung gian để truyền tín hiệu điều khiển

Ngồi ra, dung dịch khoan cịn hỗ trợ đảm bảo tính chính
xác cho cơng tác đánh giá vỉa, kiểm sốt sự ăn mịn thiết
bị, hỗ trợ qui trình trám ximăng và hoàn thiện giếng…

GEOPET

Dung dịch khoan và xi măng



1. Dung dịch khoan

8


TÍNH CHẤT - CHỨC NĂNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN
Chức năng

Tính chất lý/hóa

Vận chuyển mùn khoan lên bề mặt

Ứng suất trượt tĩnh, Độ nhớt biểu
kiến, Lưu lượng

Giữ mùn khoan lơ lửng khi ngưng

Ứng suất trượt tĩnh

tuần hồn
Làm mát, bơi trơn bộ khoan cụ

Tỉ trọng, Lưu lượng

Giữ ổn định thành lỗ khoan

Tỉ trọng, Tính trơ với sét

Truyền năng lượng cho turbin khoan Lưu lượng, Tỉ trọng, Độ nhớt

GEOPET

Dung dịch khoan và xi măng



1. Dung dịch khoan

9


CÁC YẾU TỐ KHÁC
Dung dịch khoan cần phải được lựa chọn và thiết kế để có
tính chất lý hóa phục vụ các chức năng nêu 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

GEOPET

Dung dịch khoan và xi măng



1. Dung dịch khoan

10

CÁC PHƯƠNG PHÁP RỬA LỖ KHOAN
Tùy đặc điểm của quá trình khoan và yêu cầu kỹ thuật, thiết
bị, dung dịch khoan có thể tuần hồn trong giếng để rửa lỗ
khoan theo các phương pháp sau:

 Phương pháp rửa thuận
 Phương pháp rửa nghịch
 Phương pháp rửa cục bộ

GEOPET

Dung dịch khoan và xi măng



1. Dung dịch khoan

11


CÁC PHƯƠNG PHÁP RỬA LỖ KHOAN
1

1
2

1

2

2

Cần
khoan
1
1

Thành
giếng
khoan

Ống
lắng lấy
mẫu
mùn
khoan

2

2

2

Rửa thuận
1

GEOPET

Đường dung dịch vào

Dung dịch khoan và xi măng

3

Rửa nghịch
2

Đường dung dịch ra


Rửa cục bộ
3

1. Dung dịch khoan

Mùn khoan vào ống lắng
12


DUNG DỊCH SÉT
Dung dịch
- Là một hệ đồng thể gồm 2 hay nhiều thành phần vật chất.
- Vật chất bị phân chia thành những phần tử riêng biệt được gọi là
chất hòa tan. Chất chứa các phân tử bị phân chia gọi là mơi
trường hịa tan.
- Hệ đồng thể được gọi là dung dịch khi đường kính  của hạt hòa
tan nhỏ hơn 10-6 mm.

GEOPET

Dung dịch khoan và xi măng



1. Dung dịch khoan

13


DUNG DỊCH SÉT
Hệ phân tán
- Là hệ bao gồm 2 hay nhiều pha (tướng) mà một trong những pha
đó bị phân chia thành những phần tử rất nhỏ (chất phân tán) trong
những pha khác (môi trường phân tán).
- Hệ được gọi là hệ phân tán khi đường kính  của chất phân tán
lớn hơn 10-6 mm.

GEOPET

Dung dịch khoan và xi măng



1. Dung dịch khoan

14


DUNG DỊCH SÉT

Đá phiến sét chưa phong hóa

GEOPET

Dung dịch khoan và xi măng

Đá sét tầng chắn



1. Dung dịch khoan

15


DUNG DỊCH SÉT
 Khi trộn sét vào nước ta
được hệ phân tán bao
gồm:


Pha phân tán là sét



Môi trường phân tán
là nước

 Sét trong tự nhiên khơng
đồng nhất, do đó khơng

thể tạo hệ phân tán đồng
nhất của sét trong nước.
“Dung dịch sét” là tên gọi
do thói quen.
GEOPET

Dung dịch khoan và xi măng



1. Dung dịch khoan

16


CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DUNG DỊCH SÉT
Bao gồm các thơng số sau:

GEOPET



Trọng lượng riêng ()



Độ nhớt (µ)



Ứng suất trượt tĩnh ()



Độ thải nước (B)



Hàm lượng hạt rắn ()



Độ ổn định (C)



Độ lắng ngày đêm (O)



Độ pH
Dung dịch khoan và xi măng



1. Dung dịch khoan

17

TRỌNG LƯỢNG RIÊNG
 Khối lượng riêng, g/cm3 (lbm/gal):  = m/V
 Trọng lượng riêng, G/cm3 (lbf/gal):  = F/V = mg/V = g
 Khi điều chế và sử dụng dung dịch, thường dùng  và được xác định
bằng phù kế. Điều kiện khoan bình thường,  = 1,05 - 1,25 g/cm3.
 Thường dùng  khi xác định áp suất thủy tĩnh và được đo bằng cân.
Phù kế
Tỉ trọng kế dạng cân

GEOPET

Dung dịch khoan và xi măng



1. Dung dịch khoan

18


TRỌNG LƯỢNG RIÊNG
Đổi đơn vị đo khối lượng riêng
Tỉ trọng (S.G)

psi/ft

ppg

Tỉ trọng (S.G)

1.0

0.433

8.33

psi/ft

2.31

1.0

19.23

ppg

0.12

0.052

1.0

Ví dụ:
Dung dịch có khối lượng riêng 12 ppg tương đương với 12x0.052 = 0.624 psi/ft.
Dung dịch có tỉ trọng 1.4 S.G tương đương với 1.4x0.433 = 0.606 psi/ft.

GEOPET

Dung dịch khoan và xi măng



1. Dung dịch khoan

19


TRỌNG LƯỢNG RIÊNG
 Khi  giảm
 Thành giếng sập lở
 Thành hệ trương nở
 Chất lưu từ vỉa xâm nhập vào giếng
 Vận tốc cơ học tăng do giải phóng nhanh mùn khoan

 Khi  tăng
 Mất dung dịch khoan vào thành hệ
 Vận tốc cơ học giảm

GEOPET

Dung dịch khoan và xi măng



1. Dung dịch khoan

20


TRỌNG LƯỢNG RIÊNG

Khối lượng riêng của một số thành phần dung dịch thông thường.

Vật liệu

GEOPET

Đơn vị
g/cm3

lb/gal

lb/ft3

lb/bbl

Nước

1,0

8,33

62,4

350

Dầu

0,8

6,66

50

280

Barite

4,3

35,8

268

1500

Sét

2,5

20,8

156

874

Muối

2,2

18,3

137

770

Dung dịch khoan và xi măng



1. Dung dịch khoan

21


TRỌNG LƯỢNG RIÊNG
 Khi dung dịch khoan tuần hoàn, áp suất đáy giếng sẽ cao hơn áp suất
thủy tĩnh của cột dung dịch.
 Tỉ trọng dung dịch tuần hoàn tương đương ECD là thơng số áp suất
tính theo tỉ trọng dung dịch:

Trong đó:
ECD: equivalent circulating density, ppg

GEOPET

:

khối lượng riêng của dung dịch, ppg

Pd :

tổn thất áp suất do ma sát trong vành xuyến, psi

D:

độ sâu tính tốn, ft
Dung dịch khoan và xi măng



1. Dung dịch khoan

22


ĐỘ NHỚT
 Độ nhớt: một đặc tính của lưu chất, thể hiện khả năng chống lại sự
dịch chuyển tương đối giữa các phần tử của lưu chất.
 Phân loại theo đặc tính độ nhớt, chất lỏng gồm:
 Chất lỏng Newton: trong dung dịch khơng chứa các phần tử lớn
hơn kích thước phân tử, ví dụ: nước, dung dịch muối, dầu,
glycerine,… Độ nhớt là hệ số góc của đường đặc tính ổn định.
 Chất lỏng phi Newton: trong dung dịch chứa đáng kể các phân
tử kích thước lớn hơn phân tử.

GEOPET

Dung dịch khoan và xi măng



1. Dung dịch khoan

23


ĐỘ NHỚT
Chất lỏng phi Newton bao gồm:
 Chất lỏng Bingham: đặc trưng bằng ứng suất trượt tới hạn (yieldpoint) - ứng suất tối thiểu để chất lỏng bắt đầu xuất hiện biến dạng.
Khi ứng suất vượt quá ứng suất trượt tới hạn, chất lỏng tn theo mơ
hình Newton. Ví dụ: dung dịch sét có hàm lượng hạt rắn cao.
 Chất lỏng theo mơ hình hàm mũ: quan hệ giữa ứng suất trượt và
tốc độ trượt tuân theo quy luật hàm mũ.

Dung dịch khoan, tùy theo hàm lượng hạt rắn, thể hiện đặc tính trung
gian giữa chất lỏng dẻo Bingham và chất lỏng theo mơ hình hàm mũ.

GEOPET

Dung dịch khoan và xi măng



1. Dung dịch khoan

24


ĐỘ NHỚT
Các mơ hình chất lỏng

t lỏn
ấ
h
C

ham
g
n
i
oB
g dẻ

hìn
Mơ

Ứng suất trượt tới hạn

Ứng suất trượt

Độ nhớt dẻo

ởng
ư
t
ũ lý
m
m
h hà

Dd khoan điển hình

t
Chấ

lỏ

ton
w
e
ng N

Độ nhớt
Tốc độ trượt

GEOPET

Dung dịch khoan và xi măng



1. Dung dịch khoan

25