Tổng Quan Dung Dịch Khoan (2)

GV HƯỚNG DẪN: NGUYỄN MINH TÂM

SV THỰC HIÊN: NHÓM 4

ĐẠI HỌC DẦU KHÍ ViỆT NAM

04/18/23 1

Danh sách thành viên

• Trần Thị Yến Ngọc

• Nguyễn Văn Chương

• Nguyễn Hoàng Phúc

• Cao Phúc Thành

• Lim Hậu Phúc

• Nguyễn Hữu Nam

• Nguyễn Đăng Hưng

DUNG DỊCH KHOAN04/18/23 2

Đặt vấn đề

04/18/23 3DUNG DỊCH KHOAN

I. Khái niệm

04/18/23 4

Dung dịch khoan là chất lưu được sử dụng để khoan các hố khoan trong lòng đất. Các dung dịch này thường được sử dụng khi khoan các giếng dầu và khí thiên nhiên và trên các giàn khoan thăm giò, khai thác

Dung dịch khoan là chất lưu được sử dụng để khoan các hố khoan trong lòng đất. Các dung dịch này thường được sử dụng khi khoan các giếng dầu và khí thiên nhiên và trên các giàn khoan thăm giò, khai thác

DUNG DỊCH KHOAN

04/18/23 5

Dung dịch nhũ tương

Dung dịch gốc dầu

Dung dịch gốc nước

PHÂN LOẠI

DUNG DỊCH

KHOAN

Do tính đa dạng của địa hình, kĩ thuật yêu cầu phải sử dụng nhiều loại dung dịch khoan khác nhau. Dung dịch khoan được phân loại theo bản chất của chất lỏng gốc.

II. Phân loại

Ngoài ra người ta có thể dùng khí,bọt hoặc dung dịch bọt khí.

DUNG DỊCH KHOAN

1. Dung dịch gốc nước

a) Nước kỹ thuật:

Đây là hỗn hợp nước lã hòa tan với các loại sét trong cột địa tầng khoan qua

(đôi khi còn gọi là dung dịch sét tự nhiên) đã được xử kí sơ bộ. Loại dung dịch

này được dùng để khoan trong lớp đất đá bền vững, thành giếng ổn định, ít xảy

ra các hiện tượng phức tạp như sập lở, trương nở, mất nước.


Là một hệ thống gồm

- Pha phân tán là các hạt sét

-Môi trường phân tán là nước

Tồn tại đồng thời hai hệ phân tán keo và huyền phù.

Giá thấp, thích ứng tốt nên được sử dụng rộng rãi.

Nhược điểm gây nhiễm bẩn tầng dung dịch chứa( bít nhét các lỗ rỗng và

khe nứt), làm giảm đáng kể độ thấm tự nhiên của vỉa. Nhằm bảo vệ độ

thấm tự nhiên của tâng chứa, cần sử dụng dung dịch khoan với các đặc tính

hạn chế nhiễm bẩn tầng chứa. Tuy nhiên việc này thường rất khó và tốn

kém.

04/18/23 7

b)Dung dịch sét

DUNG DỊCH KHOAN

Thường được dùng để khoan vào tầng chứa và là dung dịch

hoàn thiện giếng rất tốt.

Ưu diểm của dung dịch khoan gốc dầu gồm:

Tỉ lệ mẫu cao, ít gây nhiễm bẩn thành hệ.

Tăng khả năng thu hồi dầu so với giếng khoan rữa

Nhược điểm của dung dịch khoan gốc dầu bao gồm:

Một số phương pháp đo khi khoan và đo địa vật lí giếng

khoan không thực hiện được, giá thành cao

04/18/23 8

c) Dung dịch gốc dầu

DUNG DỊCH KHOAN

Gồm 1 pha liên tục là dầu và một pha phân tán nước chiếm ít

nhất là 50% thể tích, có những tính chất gần tương tự như

dung dịch gốc dầu nhưng hạn chế được một số hạn chế của

dung dịch gốc dầu đã kể trên. Dung dịch nhũ tương được sử

dụng để khoan trong các trường hợp sau:

Tầng muối hoặc anhydric có chiều dày lớn.

Giếng khoan có nhiệt độ cao.

Khoan định hướng.

04/18/23 9

2.Dung dịch nhũ tương

DUNG DỊCH KHOAN

Ngoài các tính năng như dung dịch khoan gốc dầu, dung dịch nhũ tương

có các ưu điểm sau:

Rủi ro cháy thấp hơn

Giá thành thấp hơn

Xử lí bề mặt dễ dàng hơn.

Tùy theo tỉ lệ và tính chất của chất lỏng tạo nên dung dịch mà người ta chia

dung dịch nhũ tương ra làm hai loại:

Nhũ tương dầu trong nước( nhũ tương thuận)

Nhữ tương nước trong dầu( nhũ tương nghịch )

04/18/23 10

2.Dung dịch nhũ tương

DUNG DỊCH KHOAN

3. Chất rữa

Là không khí, chất bọt và dung dịch bọt gốc nước

a) Chất rữa là không khí (khoan thổi khí): khí được bơm thay thế dung

dịch khoan, đảm bảo tất cả các chức năng cần thiết cho công tác khoan với

các khác biệt chính sau đây:

Vận tốc nâng mùn khoan cao

Áp suất thủy tĩnh lên đáy giếng rất thấp

Tốc đọ khoan cao

Không gây nhiễm bẩn thành hệ

Cần có thiết bị lọc bụi chuyên dụng ở miệng giếng

Không sử dụng được trong tầng chứa nước


b) Chất rửa là bọt: Người ta cố giữ các ưu điểm của chất rửa bằng không khí và khắc phục

hiện tượng nước xâm nhập bừng cách sử dụng dung dịch bọt ( hỗn hợp

không khí+chất tạo bọt+nước)

Ưu điểm

- Khả năng rữa giếng khoan bằng bọt lớn hơn

Lượng khí trong dung dịch bọt giảm khoảng 10 lần so với rửa

giếng khoan bằng khí

Bọt vẫn ổn định khi nước xâm nhập ít

Nhược điểm chủ yếu của dung dịch bọt là rất ổn định, do vậy cần dùng

hóa chất và tia thủy lực để phá hủy nó một cách liên tục trên bề mặt.


III. Thành phần dung dịch khoan

Gồm :

•Nước (ngọt, lợ, mặn) hoặc dầu

•Sét bentonit, polymer

•Các chất phụ gia

Được sử dụng để làm tăng tỷ trọng của dung dịch khoan lên tới

2,5g/cm3 nhằm kiểm soát áp suất vỉa và ổn định giếng khoan,

không gây độc cho người và môi trường.


Một số thành phần:

Barite - API DMC® (Chất làm nặng)

Là chất bột mịn màu be, có nguồn gốc từ

quặng Barite (BaSO4) sạch, tỷ trọng cao.


Bentonite API DMC® (Chất giảm độ nước thải)

•Được dùng phổ biến như một tác nhân tăng độ nhớt và giảm độ

thải nước của dung dịch khoan.

•Là sét có thành phần chủ yếu là khoáng Montmorillonite, ở dạng

bột, có màu vàng nhạt.



Natri Bicarbonat Là chất bột màu trắng,

sử dụng để pha chế và xử lý dung dịch khoan

nhằm trung hòa ion canxi, đặc biệt khi khoan

phá cốc xi măng.

PHÈN NHÔM KALI – AKK (Chất ức chế ăn mòn)

Có công thức hoá học: KАl(SO4)2.12H2O, trong công thức

phân tử có chứa 2 ion kim loại (K+) và (Аl3+), hai ion kim loại

này làm tăng khả năng ức chế sét của Phèn nhôm kali.



PHÈN NHÔM KALI – AKK (Chất ức chế ăn mòn)

STT Tên chỉ tiêu Mức chất lượng Phương pháp thử

1 Nhận dạng Bột đã nghiền , màu trắng, tan trong nước

Theo RD CP 61-11

2 Hàm lượng chất tinh 96 (% TL) nhỏ nhất

3 pH của dung dịch 5g AKK trong 100ml nước cất

3-6

4 Hàm lượng cặn không tan trong nước kỹ thuật

0,02 (% TL) lớn nhất


IV. Chức năng dung dich khoan

1.Rửa lỗ khoan, nâng mùn khoan lên bề mặt.

2.Giữ ổn đinh thành lỗ khoan.

3.Giữ hạt mùn ở trạng thái lơ lửng khi

ngừng tuần hoàn .

4.Làm mát, bôi trơn khoan cụ.

5.Truyền thông tin địa chất lên bề mặt

6.Gây tác dụng lý hóa khia phá hủy đất đá.

7.Truyền năng lượng cho động cơ đáy.


Điều kiện để đạt tốc độ khoan cơ học cao.

Phụ thuộc vào 3 yếu tố

+Vận tốc đi lên của dòng dung dịch: Năng suất

máy bơm lớn, lượng dung dịch bơm vào đáy lỗ

khoan càng nhiều,đáy lỗ khoan càng rửa sạch thì tôc độ khoan càng tăng.

+Tính chất của dung dịch: Dung dịch có độ nhớt thấp, độ linh động cao càng làm

sạch đáy lỗ khoan.

+Hình dạng và kích thước hạt mùn.

1.Rửa lỗ khoan, nâng mùn khoan lên bề mặt:


2.Giữ ổn đinh thành lỗ khoan.

Khi lỗ khoan có nước rửa thì cột chất lỏng trong lỗ khoan sẽ tạo

một áp lực thủy tĩnh cân bằng với áp suất vỉa ngăn cản sự xâm

nhập của chất lỏng từ giếng vào vỉa và ngược lại, ngăn ngừa hiện

tượng phun.


3.Giữ hạt mùn ở trạng thái lơ lửngkhi ngừng tuần hoàn

• Muốn tiếp cần khoan, cần ngừng tuần hoàn dung dịch.

• Trong thời gian này,mùn khoan được nâng lên trong khoảng

không vành xuyến không còn chịu tácđộng của dòng dung

dịch nữa nên bị lắng chìm.

• Chính tính lưu biến của dung dịchgiữ mùn khoan ở trạng thái

lơ lửng nhờ sự gen hóa khi ngừng tuần hoàn. Thực tế,tất cả các

dung dịch nhớt đều có tính lưu biến.


4.Làm mát, bôi trơn khoan cụ.

• Trong quá trình khoan, dụng cụ phá đá bị nóng do nhiệt ở

đáy ( địa nhiệt) và do ma sát với đấy đá.

• Việc tuần hoàn dung dịch sẽ đóng vai trò trao đổi nhiệt, làm

mát bộ khoan cụ.

Dung dịch khoan còn có tác dụng bôi trơn các ổ bi và các chi

tiết khác của tua bin, choòng, cần khoan và ống chống vv…

• Nước rửa phủ lên các chi tiết của bộ khoan cụ, làm giảm ma

sát ở các bộ phận quay, làm tăng độ bền của chúng.


5.Truyền thông tin địa chất lên bề mặt.

• Dung dịch khoan tuần hoàn trong giếng mang mùn khoan, chất

lỏng hoặc khí của các tầng khoan qua các tín hiệu do các tính

chất của đất đá và chất lưu lên trên bề mặt .

• Nhờ sự tuần hoàn và sự thay đổi tính chất hóa lý, màu sắc của

dung dịch mà ta biết được các nguồn thong tin về đất đá ở tầng

đang khoan thong qua mùn khoan. Từ đó có biện pháp điều

chỉnh công tác khoan cho hợp lý.



• Nước rửa qua lỗ thoát của choong có kích thước nhỏ có tốc độ

khá lớn và dự trữ một động năng. Động năng này đượng sử

dụng làm sạch đáy lỗ khoan và khi gặp đất đá mềm, nó phá hủy

trực tiếp.

• Tác động cơ học của dòng nước rửa lên đáy giá bằng áp lực hay

lực đập của dòng nước rửa khi tiếp xúc với đất đá ở đáy. Lực

đâp này phụ thuộc tốc độ, khối lượng và mật độ của dòng nước

rửa.


• Khi khoan qua đất đá cứng, nước rửa chỉ góp phần và việc

tăng tốc độ cơ học khoan vì nước đã làm giảm độ cứng của đất

đá.

• Đất đá có độ bền không đồng nhất,trong màng tinh thể có chỗ

rất yếu và trên bề mặt có nững khe nứt ngang dọc. Khi nước

rửa thâm sâu vào làm các khe nứt bị sâu them, rộng ra tạo điều

kiện cho việc phá hủy đá dễ dàng hơn.



• Hiệu quả đó tăng thêm khi ta thêm nước vào nước rửa các chất

giảm độ cứng. Tác dụng các chất này là tăng lực tương tác hóa

ký giữa môi trường phân hóa và bề mặt mới của các đất đá tạo

ra quá trình phá hủy cơ học.

-Các chất làm giảm độ cứng như hoạt chất cacbon, fenol, axit và

các muối kiềm của chúng.

- Các chất điện phân: NaCl, MgCl2, CaCl2, AlCl3.

-Các muối của kim loại kiềm NaOH, Na2CO3



7.Truyền năng lượng cho động cơ đáy.

• Trường hợp khoan giếng định hướng có góc nghiêng lớn

vàkhoan ngang, người ta sử dụng động cơ đáy (tuabin hoặc

động cơ thể tích). Độngcơ này làm việc nhờ năng lượng của

dòng dung dịch tuần hoàn trong giếng.

• Sự thấm lọc của pha lỏng dung dịch khoan vào các thành hệ

thấm để lại một lớp vỏ sét trên thành giếng khoan. Lớp vỏ sét

này bám trên thành giếng khoan,cách ly các tầng đất đá thấm

với giếng khoan và tăng độ ổn định của thành giếng.


IV. Các yếu tố ảnh hưởng quá trình lựa chọn Dung dịch khoan

1. Ảnh hưởng đến môi trường và quá trình khai thác

• Dung dịch khoan và mùn khoan là 1 trong những nguyên

nhân gây ô nhiễm môi trường


Các tác nhân làm ô nhiễm môi trường:

Sét bentonite

Các chất phụ gia

Mùn khoan

04/18/23 29


DUNG DỊCH KHOAN

Tái sử dụng đem lại nhiều lợi ích

04/18/23 30


DUNG DỊCH KHOAN

Vòng đời sản phẩm đem lại

nhiều lợi ích cả về mặt kinh

tế lẫn môi trường.

04/18/23 31


DUNG DỊCH KHOAN

Nhiều nghiêm cứu đang được tiến hành nhằm giảm ô

nhiễm do mùn khoan và dung dịch khoan hay tiến xa hơn

là giúp cải tạo đất trồng

04/18/23 32


DUNG DỊCH KHOAN

Cần lựa chọn dung dịch khoan có đặc tính phù

hơp với địa tầng

04/18/23 33


DUNG DỊCH KHOAN

2. Giá thành

Tùy vào giá thầu mà lựa chọn loại dung dịch khoan phù hơp

04/18/23 34


DUNG DỊCH KHOAN

3. Khả năng vận chuyển

a. Vận chuyển mùn khoan trong quá trình khoan

Các định luật vật lí

tự nhiên

04/18/23 35


DUNG DỊCH KHOAN

b.Vận chuyển mùn khoan từ nơi sản xuất đến giếng:

Chi phí vận chuyển cũng là 1 vấn đề không nhỏ

Địa hình 1 số công ty

dịch vụ trọn

gói hình thành

04/18/23 36


DUNG DỊCH KHOAN

Hệ thống tuần hoàn dung dịch khoan


Sơ đồ bố chí các thiết bị trong hệ thống tuần hoàn dung dịch:


Làm sạch dung dịch khoan

2 loại tạp chất cần loại bỏ

•

Mùn khoan Khí


Sơ đồ bố trí thiết bị xử lí dung dịch khoan

Sơ đồ bố trí thiết bị xử lí dung dịch khoan


Với mùn khoan, có 3 phương pháp xử lí:

04/18/23 41

Li tâm

Thủy lực

Cơ học


DUNG DỊCH KHOAN

Tách mùn khoan:

Phương pháp thủy lực :

Dựa trên nguyên tắc trọng lực – vật thể có trọng lượng riêng lớn hơn trọng

lượng riêng của dung dịch sẽ bị lắng xuống .


Phương pháp cơ học:

Nguyên tắc dùng các lưới kim loại có kích thước mắt lưới phù

hợp để lọc dung dịch.

Một số loại sàn rung:


Phương pháp li tâm:

Nguyên tắc làm việc: tạo dòng chảy của dung dịch dạng xoáy,

lực li tâm sẽ tách hạt mùn ra khỏi dung dịch.


Hóa lí

• Gồm

Cơ học

04/18/23 45

Với Khí, có 2 phương pháp xử lí:


DUNG DỊCH KHOAN

Cơ học Hóa lí

Khí trong dung dịch khoan có thể bị

tách bằng cách cho dòng dung dịch

chảy trên mặt thoáng và va đập vào

các vách ngăn.

04/18/23 46

Tách Khí

Cho vào dung dịch một số chất làm giảm độ bền chắc của lớp bảo vệ

chung quanh bọt khí, làm cho các bọt khí dính lại với nhau, nổi lên

trên mặt thoáng và vỡ ra.

DUNG DỊCH KHOAN

VI. Các sự cố xảy ra đối với dung dịch khoan

1. Sự nhiễm bẩn dung dịch khoan

Một dung dịch khoan được

cho là bị ô nhiễm khi một tác

động ngoài xâm nhập vào hệ

thống dung dịch và gây ra

những thay đổi không mong

muốn trong tinh chất của

dung dịch, chẳng hạn như mật

độ , độ nhớt, và lọc


Mất dung dịch khoan

Hiện tượng mất dung dịch khoan xảy ra khi áp suất thủy

tĩnh vượt quá áp suất vỉa. Áp suất thủy tĩnh

(Ptt)

Áp suất thủy tĩnh

(Ptt)

Áp suất vỉa(Pv)

Áp suất vỉa(Pv)


VII. Xử lý mùn khoan

Trong công nghiệp dầu khí,mùn khoan là

nguồn chất thải lớn và nguy cơ gây ô nhiễm cao

đặc biệt là gốc dầu.

Mùn khoan là hỗn hợp các mảnh vụn đất đá

được mang tên khỏi giếng khoan cùng với dung

dịch khoan.

Xử lý khá khó khăn và tốn kém nên các nhà

thầu thường sao lãng.


Dung dịch khoan nền nước được phép sử dụng trong hoạt động thăm dò và khai thác dầu khí trên vùng biển Việt Nam khi giá trị của Thuỷ ngân và Cadimi trong Barit dùng để pha dung dịch khoan không vượt quá giá trị tối đa cho phép quy định tại Bảng: Bảng : Giá trị tối đa cho phép của Hg và Cd trong Barit

STT Thông số Đơn vị Giá trị đối đa

1 Thủy ngân (Hg) mg/kg trọng lượng khô

1,0

2 Cadimi (Cd) mg/kg trọng lượng khô

3,0

Quy định về mùn khoan và dung dịch khoan nền nước:


Bảng : Giá trị tối đa cho phép của Hg, Cd trong Barit và PAHs trong dung dịch nền dùng để pha dung dịch khoan nền không nước

STT Thông số Đơn vị Giá trị tối đa

1 Hàm lượng Thủy ngân (Hg) trong Barit

mg/kg trọng lượng khô 1,0

2 Hàm lượng Cadimi (Cd) trong Barit

mg/kg trọng lượng khô 3,0

3 Hàm lượng PAHs (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) trong dung dịch nền

mg/kg 10

Quy định về mùn khoan và dung dịch khoan nền không nước


VII. Các phương án phục hồi chất thải khoan


Documents

Tổng Quan Dung Dịch Khoan (2)