DUNG DỊCH và THỦY lực KHOAN (cơ sở kỹ THUẬT dầu KHÍ SLIDE)

MƠN HỌC

KHOAN VÀ HỒN THIỆN GIẾNG

DUNG DỊCH VÀ THỦY
LỰC KHOAN


NỢI DUNG
 DUNG DỊCH KHOAN

 Chức năng
 Các thơng sớ cơ
bản
 Phân loại
 CƠ SỞ TÍNH TOÁN

THUỶ LỰC KHOAN

DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

2


Chức năng
1. Nâng mùn khoan

DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

3

Chức năng
2. Ổn định thành giếng khoan

DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

4


Chức năng
3. Giữ mùn khoan ở trạng thái lơ lửng khi ngừng tuần hoàn

DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

5


Chức năng
4. Làm mát và bôi trơn bộ khoan cu

DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

6


Chức năng
5. Truyền thông tin (dữ liệu) địa chất lên bề mặt

DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

7


Chức năng
Đối với một số trường hợp khoan giếng định hướng có góc
nghiêng lớn và khoan ngang, người ta sử dung động cơ
đáy (tuabin hoặc động cơ thể tích). Động cơ này làm việc
nhờ năng lượng của dòng dung dịch tuần hoàn trong
giếng.

 Các thông số kỹ thuật ảnh hưởng đến hiệu quả rữa sạch:



Vận tốc dung dịch trong khoảng không vành
xuyến.



Tỉ trọng của dung dịch khoan



Độ nhớt

DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

8

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

DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

9


Tỉ trọng
 Khi γ giảm

 Sập lở thành giếng
 Trương nở thành hệ
 Xâm nhập chất lưu từ vỉa
 Vận tốc cơ học tăng do giải phóng nhanh mùn khoan
 Khi γ tăng

 Mất dung dịch khoan
 Vận tốc cơ học giảm

DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

10

Độ thải nước API
 Là lượng nước tính bằng cm3 thoát ra từ dung dịch
khoan khi thấm lọc qua thiết bị (giấy) lọc có đường
kính 75 mm sau khoảng thời gian 30 phút và dưới áp
suất 100 psi.
 Giá trị độ thải nước của dung dịch khoan khoảng 25
cm3/30ph
 Thực tế để giảm thời gian thí nghiệm, đôi khi người
ta nhân đôi thể tích thấm lọc đo sau 7,5 phút để được
độ thải nước API

DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

11


Độ thải nước API
 Dung dịch khoan có độ thải nước lớn

 Trương nở và sập lở thành giếng
 Mất nước rửa
 Tăng độ dày lớp vỏ bùn nên dễ kẹt
bộ khoan cu
 Tăng tốc độ cơ học khoan do
nhanh chóng cân bằng áp suất giữ
hạt mùn khoan ở đáy giếng.

DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

12


Độ dày vỏ sét (k)
 Là bề dày lớp vỏ sét bám trên thành giếng (hay trên
thiết bị lọc) khi nước từ dung dịch khoan thấm vào
đất đá thành hệ.
 Trị số k càng nhỏ tức là lớp vỏ sét càng mỏng và
chặt sít, càng có tác dung ngăn cản sự lưu thông của
chất lưu giữa vỉa với giếng và ngược lại, như vậy
thành giếng càng ổn định hơn. Ở điều kiện khoan
bình thường k = 1 - 2 mm.

DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

13


Đợ nhớt
 Đợ nhớt µ (mPa.s, cp) biểu thị khả năng của dung dịch chống lại

sự dịch chuyển tương đối giữa các lớp chất lỏng, được xác định
γ&
bằng tỉ số giữa ứng suất trượt
(τ) và tốc độ trượt ( ) :

τ
µ=
γ&

 Đợ nhớt biểu kiến:

300θ N
µa =
N

θN - số đo trên nhớt kế Fann, biểu
diễn giá trị ngẫu lực do dung dịch
khoan truyền cho xi lanh bên trong
ứng với một tốc độ quay xác định
của nhớt kế Fann, độ;
N - tốc độ quay của nhớt kế Fann,
DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN
vòng/phút.

14


Độ nhớt
 Độ nhớt qui ước (nhớt kế Marsh)

 Là thời gian (đo bằng giây)
chảy hết 946cm3 dung dịch
qua phễu có dung tích 1500
cm3 và đường kính trong của
cuống phễu bằng 4,75mm
 Độ nhớt qui ước của nước
sạch ở 20 0C là 20 s.
 Với điều kiện khoan
bình thường độ

nhớt qui ước thay
đổi trong khoảng 20
- 25s.

DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

15


Độ nhớt
 Độ nhớt dung dịch nhỏ sẽ khó ổn định thành giếng song cho

phép đạt vận tốc cơ học khoan cao
 Khi độ nhớt lớn sẽ có các tác dung:

 Khả năng giữ và nâng mùn khoan tốt
 Hạn chế mất dung dịch khoan
 Hạn chế trương nở và sập thành giếng
 Vận tốc cơ học khoan nhỏ vì khả năng tách mùn
khoan khỏi đáy giếng kém
 Tổn hao công suất bơm, giảm hiệu suất hút và đẩy
của bơm

DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

16


Ứng suất trượt tĩnh τ (mG/cm2 hoặc N/m2)
 Là lực tối thiểu cần thiết tác dung lên 1 cm2 vật thể

nhúng trong dung dịch để làm nó chuyển động và được
đo bằng tỉ số giữa lực tác dung F và diện tích tiếp xúc
giữa hai lớp chất lỏng A:

F
τ=
A

 Đặc trưng cho độ bền cấu trúc của dung dịch

 Đo bằng nhớt kế Fann ở tốc độ

300, 600 vòng/phút ⇒ Tính các giá
trị độ nhớt dẻo µp và ứng suất trượt
giới hạn τy của dung dịch theo các
phương trình thực nghiệm sau đây:

DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

17


Ứng suất trượt tĩnh


Khả năng của dung dịch kết tu ở trạng thái tĩnh và lỗng ra khi
chịu tác đợng cơ học được gọi là tính xúc biến của dung dịch.



Để xác định tính xúc biến của dung dịch, đo các giá trị θ 1 và
θ 10 sau khi để dung dịch ở trạng thái yên tĩnh 1 phút và 10
phút. Tính xúc biến càng cao khi hiệu số θ 10 - θ 1 càng lớn.



Trong điều kiện khoan bình thường, θ 1 = 25 ÷ 30mG/cm2 và θ 10
= 75 ÷150 mG/cm2.

 Giá trị ứng suất trượt tĩnh θ lớn có tác dung:

 Chống mất dung dịch
 Giảm hiện tượng kẹt bộ khoan cu do mùn khoan lắng đọng
khi ngừng tuần hoàn dung dịch
 Khó tách mùn khoan khỏi đáy giếng nên vận tốc cơ học
khoan giảm
 Tổn thất thủy lực trong hệ thống tuần hoàn lớn.
DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

18


Hàm lượng hạt rắn
 Hàm lượng các phần tử cứng của đất đá không

tan trong dung dịch (qui ước gọi là hàm lượng
cát, tính bằng %) và được đo bằng bình lắng.

DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

19


Độ lắng ngày đêm và độ ổn định
 Đặc trưng cho mức độ bảo toàn tỉ
trọng đồng đều của dung dịch khoan
 Độ lắng ngày đêm: lượng nước tách
ra khỏi dung dịch khi giữ yên 100 cm3
dung dịch trong bình đo sau 24 giờ.
 Độ ổn định: được đo bằng hiệu số tỉ
trọng dung dịch ở nửa dưới và trên
của 500 cm3 dung dịch đựng trong
cốc đo để yên sau 24 giờ. Dung dịch
được coi là ổn định nếu hiệu số này
không quá 0,02 đối với dung dịch
thường và không quá 0,06 đối với
dung dịch nặng.

DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

20


Độ pH
 Đại lượng biểu thị nồng độ ion hiđro [H+] trong dung dịch
(đơn vị là mol/l) và được tính bằng biểu thức pH = log[H+].
Thang đo độ pH từ 0 - 14. Dung dịch có độ pH nhỏ hơn 7 là
dung dịch axít, bằng 7 là trung tính và lớn hơn 7 có tính
kiềm.

 Dung dịch sét thường có độ pH = 8,5 - 9,5, còn dung dịch
vôi: 11 - 12. Độ pH được đo bằng giấy quỳ hoặc máy đo độ
pH.

DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

21


Phân loại dung dịch khoan


Dung dịch khoan gốc nước



Dung dịch khoan gốc dầu



Dung dịch nhũ tương.



Khí, bọt hoặc dung dịch bọt khí.

 Các sản phẩm chính để điều chế:

 Nước (ngọt, lợ, mặn) hoặc dầu
 Sét bentonit, polyme

 Các chất phu gia:
−

Chất giảm độ thải nước

−

Chất làm nặng (barit BaSO4, γ = 4,3; oxyt sắt ba Fe2O3, 4,9 < γ < 5,3)

−

Chất chống mất dung dịch (dạng hạt, dạng sợi, dạng lá mỏng …)

−

Chất ức chế ăn mòn

−

Chất diệt khuẩn ...
DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

22


Dung dịch gốc nước
 Nước kỹ thuật

 Hỗn hợp nước lã hoà tan với các loại sét trong cột địa tầng
khoan qua

 Dùng để khoan trong đất đá bền vững, thành giếng ổn
định, ít xảy ra các hiện tượng phức tạp như sập lở, trương
nở, mất nước.
 Ưu điểm
−

Độ nhớt và tỉ trọng thấp, ít tiêu tốn
công suất máy bơm và tốc độ
khoan cao.

−

Giá thành thấp và phổ biến.

 Nhược điểm

DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

−

Không thể khoan trong các thành
hệ phức tạp

−

Dễ bị kẹt bộ khoan cụ khi ngừng
tuần hoàn dung dịch.
23

Dung dịch gốc nước
 Dung dịch sét

 Pha phân tán là các hạt sét (sét mônmôrilônit) và môi
trường phân tán là nước.
 Hệ keo: kích thước hạt phân tán nhỏ hơn 0,1µm
 Hệ huyền phù: kích thước lớn hơn 0,1µm

 Do thành phần sét không đồng nhất nên
trong dung dịch luôn tồn tại cả hai hệ phân
tán keo và huyền phù.
 Giá thành tương đối thấp lại đáp ứng tương
đối tốt các điều kiện khoan nên được sử
dụng rộng rãi trong thực tế.
 Nhược điểm: gây nhiễm bẩn tầng chứa,
làm giảm đáng kể độ thấm tự nhiên của vỉa.
−

Nhằm bảo vệ độ thấm tự nhiên của tầng
chứa, cần sử dụng dung dịch khoan với
các đặc tính hạn chế nhiễm bẩn tầng
chứa.

DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

24


Dung dịch gốc nước
 Dung dịch hoàn thiện giếng

 Thường dùng để khoan vào tầng sản phẩm
 Phải đảm bảo tránh hiện tượng bít kín tầng chứa
 Thành phần của dung dịch hoàn thiện giếng khoan rất đa
dạng tùy thuộc vào tính chất tầng chứa và giá thành điều chế.

 Dung dịch khoan gốc
nước biển thường được
sử dụng do nhiều tính
chất của nó tương thích
với các đặc tính của tầng
chứa.

DUNG DỊCH VÀ THỦY LỰC KHOAN

25