Dung dịch khoan - Ximăng - Chương 4: Dung dịch khoan trong điều kiện phức tạp

Nội dung text: Dung dịch khoan - Ximăng - Chương 4: Dung dịch khoan trong điều kiện phức tạp

1. NỘI DUNG GEOPET CHƯƠNG 4 DUNG DỊCH KHOAN I. MẤT DUNG DỊCH II. SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN TRONG ĐIỀU KIỆN PHỨC TẠP III. DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN IV. KẸT DỤNG CỤ KHOAN 4-2 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET Mất dung dịch là một trong những sự cố trầm trọng và tốn kém chi phí để Trong quá trình khoan có sử dụng dung dịch, cột dung dịch trong lỗ khoan sẽ khắc phục nhất trong công tác khoan. Mất dung dịch có thể xảy ra tại bất kì tạo nên áp lực thủy tĩnh. Áp lực này hướng vào các lớp đất đá trên thành lỗ độ sâu nào khi khoan bằng dung dịch thường hoặc dung dịch làm nặng. khoan. Bản thân mỗi lớp đất đá khoan qua hay các vỉa dầu và khí lại có áp lực vỉa tương ứng. Như vậy, trong hệ thống lỗ khoan và vỉa có hai loại áp lực Cần phân biệt hiện tượng mất dung dịch với hiện tượng thải nước. và tùy theo chênh lệch giữa chúng mà điều kiện khoan có thể bình thường hay phức tạp. Các thí nghiệm đã chứng minh rằng hiện tượng mất toàn bộ dung dịch chỉ xảy ra khi có sự hiện diện của khe nứt, lỗ hổng. Đối với đất đánguyên khối, Áp lực thủy tĩnh của cột dung dịch khoan có thể tính bằng công thức: độ thấm tối thiểu để xảy ra hiện tượng mất toàn bộ dung dịch là 300 darcy. Ptt = 0.052γH Chất lượng trám ximăng kém cũng là một nguyên nhân gây ra hiện tượng trong đó: Ptt –áp lực thủy tĩnh cột dung dịch, psi mất dung dịch. γ –tỉ trọng dung dịch H – chiều cao cột dung dịch, ft 4-3 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-4 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
2. I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET Nếu áp lực thủy tĩnh không cân bằng với áp lực vỉa thì sẽ gây nhiều khó khăn ƒ Chênh lệch giữa áp lực vỉa và áp lực thủy tĩnh càng lớn thì sự phức tạp cho công tác khoan. Có hai trường hợp: trong quá trình khoan càng nhiều, đôi khi không thể tiến hành khoan. - Áp lực thủy tĩnh > áp lực vỉa: dung dịch sẽ đi vào vỉa theo các khe nứt, ƒ Khi áp lực thủy tĩnh cân bằng với áp lực vỉa thì quá trình khoan tiến hành hang hốc của đất đá gây nên hiện tượng mất dung dịch. Mực dung dịch trong bình thường, dung dịch chỉ bị giảm đi do chất lỏng bị lọc ra từ dung dịch lỗ khoan sẽ hạ xuống, áp lực thủy tĩnh giảm, kéo theo hiện tượng sập lở hay mất mát tự nhiên. Các ảnh hưởng xấu của hiện tượng dầu, khí hay thành lỗ khoan phía trên cột dung dịch. nước vào lỗ khoan cũng không xảy ra. - Áp lực thủy tĩnh > Ptd : có thể xảy ra hiện tượng mất dung dịch hoàn toàn, dẫn tới sập lở các lớp đất đánằm trên. Tùy từng trường hợp mà nguyên nhân của hiện tượng mất dung dịch có thể khác nhau nhưng nói chung, hiện tượng mất dung dịch khi khoan xảy 9 Nếu γ > P : có thể xảy ra hiện tượng mất dung dịch. td ra do áp lực thủy tĩnh vượt quá áp suất vỉa, tức là: 9 Nếu γ Pv 9 Nếu γ << Ptd : dầu, khí nước sẽ tràn ra miệng lỗ khoan và có thể phun lên bề mặt. Trong trường hợp này hiện tượng sập lở xảy ra một cách dễ dàng nếu các lớp đất đákém bền vững. Khi ở trạng thái tĩnh, trong lỗ khoan có đầy dung dịch thì sự cân bằng tĩnh 9 Nếu γ≈Ptd : trong hầu hết các trường hợp, việc khoan tiến hành bình thường. của hệ thống lỗ khoan – vỉa được biểu diễn bằng đẳng thức: Pv = Ptt 4-7 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-8 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
3. I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET Trong quá trình dung dịch tuần hoàn trong lỗ khoan, sự cân bằng động được Tùy theo trị số của áp lực chênh lệch này mà quyết định mức độ mất dung thiết lập và có thể biểu diễn như sau: dịch nhiều hay ít. ∆P càng lớn khi Ptt càng lớn và Pv càng nhỏ. Vì vậy tất cả các nguyên nhân làm tăng P và làm giảm P sẽ đều dẫn đến mức độ mất Ptt + Pct = Pv + Pcc tt v trong đó: dung dịch tăng lên. Có hai nhóm nguyên nhân: Pct –tổn thất thuỷ lực khi dung dịch đi lên trong vành xuyến Nguyên nhân địa chất Pcc –tổn thất thủy lực khi dung dịch đi vào các tầng mất dung dịch -Làyếu tố chính gây ra hiện tượng mất dung dịch. - Trong các lớp đất đá thường có các khe nứt, lỗ hổng hay các kênh rãnh có cấu Trạng thái cân bằng động này bị phá vỡ, dung dịch đi vào các khe nứt, hang tạo và kích thước rất khác nhau. Mức độ mất dung dịch sẽ phụ thuộc vào các hốc của đất đá khi áp lực của dung dịch lớn hơn áp lực vỉa, nghĩa là phải có tính chất cơ học của chúng. sự chênh lệch áp lực giữa lỗ khoan và tầng mất dung dịch. - Đất đácólỗ hổng càng nhiều, độ rỗng lớn thì mức độ mất dung dịch càng tăng. - Đất đácứng ít lỗ hổng hơn đất đámềm, bở rời. Vì vậy khi khoan qua các lớp đất Sự chênh lệch này có thể biểu diễn như sau: đámacma, hiện tượng mất dung dịch ít xảy ra hơn khi khoan qua các lớp trầm tích. ∆P = P + P –P –P 4-9 tt ct v cc Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-10 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET Độ rỗng của một vài loại đất đá như sau: Biết được lỗ hổng của đất đá ở lỗ khoan người ta có thể xác định được mức độ mất dung dịch, và trên cơ sở đó đề ra phương pháp khắc phục thích hợp. Loại đá Độ rỗng (%) Bazan 0,63 – 1,28 Có 4 loại thành hệ dễ dẫn tới hiện tượng mất dung dịch: Granit 0,37 – 1,85 – Thành hệ có hang động karstơ và khe nứt mở Diabaz, gabro, thạch anh 0,84 – 1,13 – Thành hệ gần bề mặt, chứa nhiều hạt thô và có độ thấm cao Thạch cao 1,32 – 3,96 – Thành hệ có khe nứt tự nhiên Đá vôi, đá hoa, dolomit 0,53 – 13,96 – Thành hệ dễ tạo khe nứt Cát kết 4,8 – 28,28 Đáphấn 7,7 – 37,2 4-11 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-12 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
4. I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET ™ Thành hệ có hang động karstơ và khe nứt mở ™ Thành hệ gần bề mặt, chứa nhiều hạt thô và có độ thấm cao - Hang động karstơ tạo thành do sự hòa tan của đá vôi, đáphấn, thạch cao, dolomit, đá hoa dưới tác dụng của nước. Đôi khi hang karstơ có kích thước -Thường có dị thường áp suất, độ thấm thay đổi đáng kể. rất lớn, chứa nước, các vật liệu xốp hoặc rỗng hoàn toàn. - Theo kinh nghiệm, để dung dịch đi qua, độ mở của thành hệ phải lớn hơn 3 - Hang karstơ có thể dự đoán trước nhờ vào tài liệu địa chất khu vực. lần đường kính hạt lớn nhất chiếm đa số trong dung dịch. - Khi khoan vào hang karstơ, mất dung dịch xảy ra đột ngột và có thể kèm theo hiện tượng “sụt” cần khoan. Khắc phục -Mất dung dịch khi khoan vào hang karstơ có thể sẽ gây sập lở, kẹt cần khoan -Giảm tỷ trọng của dung dịch tới mức tối thiểu, có thể dùng dầu. và phun trào từ các thành hệ bên trên. - Dùng lưới rây cỡ nhỏ để giảm lượng hạt rắn kích thước lớn trong dung dịch. Khắc phục -Nếu tỷ trọng dung dịch không thể giảm được nữa mà hiện tượng mất dung -Ngừng bơm dung dịch khỏi vành xuyến, bổ sung liên tục lưu lượng nhỏ dung dịch vẫn tiếp diễn, có thể tăng độ nhớt của dung dịch bằng vôi hoặc ximăng. dịch vào vành xuyến – chế độ khoan không tuần hoàn dung dịch (khoan mù). -Bơm nước vào cần khoan để làm mát choòng và đẩy hạt cắt vào lỗ hổng. - Khi khoan tới đácứng, tiến hành chống ống và trám ximăng chân đế. Sau đó trám ximăng bên trên vùng mất dung dịch. 4-13 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-14 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET ™ Thành hệ có khe nứt tự nhiên ™ Thành hệ dễ tạo khe nứt - Trong một số trường hợp, các khe nứt tự nhiên không có tính thấm ở điều - Nguyên nhân chủ yếu do gia tăng áp suất đột ngột ở đáy giếng. kiện thường. Tuy nhiên, khi áp suất đạt giới hạn, khe nứt sẽ mở và gây mất -Các mảnh cắt tích tụ hoặc sét trương nở có thể bịt kín hoặc thu nhỏ khoảng dung dịch. không vành xuyến, gây gia áp tại đáy giếng. - Khi khe nứt đã mở, dung dịch vào khe nứt với lưu lượng lớn có thể làm rộng thêm khe nứt. Mặc dù sau đó áp suất giảm, khe nứt có thể không đóng lại Khắc phục hoàn toàn và vẫn tiếp tục gây mất dung dịch. -Kiểm soát thao tác khoan chặt chẽ để tránh gia áp khi nâng hạ bộ khoan cụ. -Khi đã xuất hiện mất dung dịch, ngừng khoan và tiến hành chờ (6-12 giờ). Khắc phục - Sau đótiến hành khoan lại cẩn thận. - Duy trì tỷ trọng dung dịch ở mức tối thiểu. - Trong một vài trường hợp, dùng phụ gia tăng độ nhớt hoặc nước có thể giảm Trong nhiều trường hợp, thành hệ dễ tạo khe nứt sau khi đã “no” dung thiểu hiện tượng mất dung dịch. dịch sẽ trở nên vững chắc hơn, có thể dùng dung dịch tỷ trọng lớn mà -Cóthể giảm chi phí khắc phục bằng cách dùng các dung dịch rẻ tiền. không bị mất dung dịch nữa. 4-15 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-16 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
5. I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET Nguyên nhân về quy trình kỹ thuật ™ Khối lượng và chất lượng dung dịch không thích hợp Các nguyên nhân về quy trình kỹ thuật là tất cả các hiện tượng có thể dẫn –Lượng dung dịch ít quá sẽ không đưa hết được mùn khoan lên mặt đất, tỷ đến sự tăng áp lực đối với các lớp đất đá khoan qua. Khác với các nguyên trọng của dung dịch tăng lên do lẫn nhiều mùn khoan, làm tăng P, nghĩa là nhân về địa chất, nguyên nhân về quy trình kỹ thuật có thế tránh được bằng càng tăng khả năng xảy ra hiện tượng mất dung dịch. cách kiểm tra, quan sát chế độ kỹ thuật khoan. –Chất lượng dung dịch không thích hợp sẽ dẫn đến hiện tượng mất dung dịch. Các thông số của dung dịch như tỷ trọng, độ nhớt và ứng suất trượt tĩnh nếu không phù hợp sẽ làm tăng P và dẫn đến mất dung dịch. Các yếu tố chính của nguyên nhân về quy trình kỹ thuật là: –Khối lượng và chất lượng dung dịch không thích hợp. ™ Chế độ khoan không hợp lý –Chế độ khoan không hợp lý. -Nếu tăng tốc độ quay của dụng cụ phá đá thì mùn khoan trong dung dịch càng – Sai sót trong nâng thả dụng cụ khoan. nhiều, đồng thời chúng phải được đưa lên mặt đất nhanh hơn. –Áp lực máy bơm tăng do tiết diện cần khoan hoặc vành xuyến bị thu hẹp. - Để đưa mùn khoan lên bề mặt, phải tăng lưu lượng dung dịch bằng các tăng công suất bơm. Áp lực gia tăng từ máy bơm sẽ truyền xuống lỗ khoan, tạo áp suất dư gây mất dung dịch. 4-17 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-18 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET ™ Sai sót trong nâng thả dụng cụ khoan b. Phân loại –Hạ bộ dụng cụ khoan quá nhanh sẽ gây gia áp tại đáy giếng. Cột dung dịch trong lỗ khoan dâng lên cũng làm tăng áp lực thủy tĩnh, gây mất dung dịch. –Chưa có một chỉ tiêu thống nhất về phân loại mức độ mất dung dịch. – Nâng bộ dụng cụ khoan lên đột ngột gây sụt áp tại đáy giếng. Chênh lệch áp –Mức độ mất dung dịch phụ thuộc chủ yếu vào khả năng thấm qua của suất cục bộ gây sụp lở, tạo điều kiện cho hiện tượng mất dung dịch. vỉa, điều kiện thế nằm, cấu tạo và áp lực của vỉa. –Mức độ mất dung dịch cũng phụ thuộc vào các yếu tố làm tăng áp lực ™ Áp lực máy bơm tăng do tiết diện cần khoan hoặc vành xuyến bị thu hẹp thủy tĩnh của cột dung dịch. –Mất dung dịch cũng có thể xảy ra do tạo thành các “nút” trong dụng cụ khoan – Tùy theo mức độ yêu cầu chính xác của việc xác định mức độ mất hay tiết diện khoảng không vành xuyến bị thu hẹp, làm tăng áp lực máy bơm. dung dịch mà người ta có thể căn cứ vào lượng dung dịch tràn ra miệng lỗ khoan hay đo mực dung dịch trong lỗ khoan, tính toán hệ số Có thể phòng tránh hiện tượng mất dung dịch bằng cách sử dụng các biện mất dung dịch Theo các dấu hiệu, chỉ tiêu đómàmột vài tác giả đã pháp ngăn ngừa, tăng cường giám sát và theo dõi trong quá trình khoan. phân cấp mức độ mất dung dịch. 4-19 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-20 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
6. I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET Theo X. Yu. Giukhovitski, mức độ mất dung dịch có thể chia làm 3 nhóm: Theo A.A.Gaivoronxki và B.M.Saiderov, lượng dung dịch bị mất đi có thể tính theo công thức: 9 Mất dung dịch yếu: lượng dung dịch tràn ra miệng lỗ khoan ít hơn π 25gdH Q = lượng dung dịch bơm vào lỗ khoan. 8λl 9 Mất dung dịch trung bình: mực dung dịch thấp hơn miệng lỗ khoan trong đó: trong khi máy bơm vẫn làm việc, nghĩa là không có sự tuần hoàn dung Q – lượng dung dịch bị mất (m3/h) dịch. g – gia tốc rơi tự do, g = 9.81 m/s2 9 Mất dung dịch mạnh, hoàn toàn: dung dịch hầu như đi hết vào vỉa, d – đường kính của các kênh, rãnh thoát nước mực dung dịch ở gần sát đáy lỗ khoan. λ –hệ số cản thuỷ lực l –chiều dài cột cần khoan, m H – hiệu số giữa mực nước tĩnh và động trong lỗ khoan, m H = Ht –Hd 4-21 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-22 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET 25 π gd 2 Đặt = K Ngoài ra còn có phương pháp phân loại hiện tượng mất dung dịch dựa trên 8λl sự xác định lưu lượng dung dịch mất đi tại bất kỳ phần nào của lỗ khoan QQ suy ra K == trong một đơn vị thời gian. HHHtd− Biết đường kính lỗ khoan, lượng dung dịch mất đi có thể tính được theo sự hạ thấp của mực thủy động sau một khoảng thời gian, theo công thức: K gọi là hệ số khả năng mất nước, đặc trưng cho khả năng thấm qua vùng π D2 L mất dung dịch. Q = tb Tuỳ theo hệ số này, chia hiện tượng mất nước thành 6 cấp: K = 1; K = 1 –3; 4T K = 3 –5; K = 5 –15; K = 15 –25; K > 25. trong đó: Nhược điểm của phương pháp xác định K này là trị số Q và H liên hệ với Q – mức độ mất dung dịch, m3/h nhau theo tỉ lệ bình phương, nghĩa là xem chế độ chảy của dung dịch là chảy Dtb – đường kính trung bình của lỗ khoan, m rối. Điều này chỉ có được khi vùng mất dung dịch có các kênh rãnh, khe nứt L – khoảng hạ thấp mực thuỷ động sau thời gian T, m khá lớn, và mực thủy động nhỏ hơn mực thủy tĩnh trong lỗ khoan. T – thời gian đo mực thủy động, h 4-23 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-24 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
7. I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET Trên cơ sở thí nghiệm các vùng mất dung dịch trong lỗ khoan thăm dò, 1.2. Xác định chiều sâu vùng mất dung dịch người ta chia mức độ mất dung dịch làm 4 nhóm: và mực dung dịch trong lỗ khoan a. Xác định chiều sâu vùng mất dung dịch - Nhóm I, mất dung dịch từng phần: Q = 1 – 5 m3/h - Nhóm II, mất dung dịch mạnh: Q = 5 – 10 m3/h Có thể xác định chiều sâu vùng mất dung dịch bằng cách quan sát mực dung dịch trong bể hút, ở miệng lỗ khoan. Tuy nhiên phương pháp này - Nhóm III, mất dung dịch hoàn toàn: Q = 10 – 15 m3/h không cho kết quả tin cậy nếu sự mất dung dịch xảy ra khi khoan phá các - Nhóm IV, mất dung dịch tai nạn: Q > 15 m3/h tầng trước kia đã trám xi măng hay ở chân ống chống. Để xác định được chiều sâu vùng mất dung dịch một cách chính xác hơn, người ta phải dùng các phương pháp khác như dùng điện nhiệt kế, máy biến năng hoặc máy đo xoay, các chất phóng xạ 4-25 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-26 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET Phương pháp dùng điện nhiệt kế Tại hiện trường, người ta đo nhiệt độ của lỗ khoan bằng cách thả dụng cụ đo Phương pháp dùng điện nhiệt kế chỉ có hiệu quả khi gradien nhiệt độ lớn hơn từ trên xuống dưới hay kéo từ dưới lên trên. Sau đó, bơm dung dịch khác có 1,80C/100m. Ưu điểm của phương pháp này là tiến hành được ngay trong nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ của dung dịch ở trong lỗ khoan rồi lại đo nhiệt độ các loại dung dịch có chứa các chất lấp đầy, không cần nhiều dung dịch. của lỗ khoan. Khi bị mất dung dịch, bơm vào lỗ khoan một loại dung dịch khác có nhiệt độ Quan sát 2 đường biểu diễn gradient nhiệt độ của lỗ khoan, ta xác định được thấp hơn nhiệt độ của dung dịch trong lỗ khoan. Dung dịch mới này khi đi vào vùng mất dung dịch. các vùng mất nước sẽ làm giảm nhiệt độ cục bộ tại vùng đó. Nhiệt độ ở dưới vùng mất dung dịch vẫn như cũ hoặc hơi tăng lên do chưa thiết lập được sự Sự chênh lệch về nhiệt độ của dung dịch trong lỗ khoan và dung dịch bơm cân bằng về nhiệt độ. vào càng lớn thì vùng mất dung dịch thể hiện càng rõ trên đồ thị. So sánh gradient nhiệt độ trước và sau khi bơm dung dịch mới vào, sẽ xác định được vị trí của vùng mất dung dịch. 4-27 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-28 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
8. I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET 26 30 34 38 42 46 50 54 58 62 t, oC - Phương pháp dùng máy biến năng hoặc máy đo xoay 100 - - Thả máy biến năng (transducer) vào trong giếng. Máy biến năng là thiết bị 250 - - Đo lần 1 thăm dò dòng chảy của dung dịch. Chênh lệch áp suất do dòng chảy xuống 400 - Đo lần 2 của dung dịch sẽ được máy biến năng ghi lại và truyền qua cáp lên bề mặt, - 550 - giúp xác định vùng mất dung dịch. - 700 - - 850 - Vùng mất nước rửa Máy đo xoay (spinner) được thả vào giếng khoan bằng cáp sao cho các cánh - 1000 - quạt của nó quay khi xuất hiện dòng chảy dung dịch theo phương thẳng - 1150 - đứng. Vận tốc quay của cánh quạt được ghi lại theo độ sâu và từ đóxác định - vùng mất dung dịch. 1300 – H, m Phương pháp dùng máy đo xoay cần lượng dung dịch lớn và sẽ không hiệu Hình 4.1. Xác định chiều sâu vùng mất nước rửa bằng điện nhiệt kế quả nếu dung dịch có chứa nhiều chất bít nhét lỗ rỗng. 4-29 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-30 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET Phương pháp dùng chất phóng xạ b. Xác định mực dung dịch trong lỗ khoan Phương pháp dùng các chất phóng xạ chỉ áp dụng khi vùng mất dung dịch là Để xác định mực dung dịch trong lỗ khoan người ta dùng dụng cụ đo mực đất đácólỗ hổng hay khe nứt nhỏ và có bề mặt hấp thụ lớn. Các chất phóng nước bằng điện, có độ chính xác khoảng 5 cm. xạ dùng phổ biến là zircon (Zr95), antimoan (Sb124), sắt (Fe59) và đặc biệt là iot (I131) có chu kỳ bán rã là 8 ngày. Theo phương pháp này, sự thay đổi mực nước được báo hiệu bằng bóng điện hay volt kế. Thả dụng cụ đo xuống lỗ khoan, khi dụng cụ tiếp xúc với Phương pháp này được tiến hành như sau: dung dịch qua “cửa sổ”thìmạch điện xem như được khép kín, bóng điện sẽ -Tiến hành đo gamma giếng khoan lần 1 để làm cơ sở so sánh. sáng lên hay kim volt kế sẽ chuyển động. -Bơm dung dịch khoan có chứa chất phóng xạ vào giếng, dung dịch này sẽ đi vào vùng mất dung dịch. Nhìn trên bảng ghi của thiết bị thả dụng cụ, ta đọc được chiều sâu mực dung -Tiến hành đo gamma giếng khoan lần 2 để xác định vùng mất dung dịch. dịch trong lỗ khoan. Phương pháp dùng chất phóng xạ rất chính xác nhưng cần thiết bị chuyên dùng, chi phí cao. 4-31 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-32 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
9. I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET Cáp treo chứa dây dẫn 1.3. Các biện pháp để chống hiện tượng mất dung dịch Tùy theo điều kiện cụ thể mà người ta đề ra các biện pháp chống mất dung dịch khác nhau. Nguyên tắc chung là giảm áp lực đối với vỉa mất nước, bịt kín các khe nứt, kênh rãnh và dùng phương pháp tổng hợp. Vỏ kim loại a. Chống mất dung dịch bằng dung dịch sét Dung dịch sét chỉ dùng để chống mất dung dịch trong trường hợp khoan qua đất đácó độ lỗ hổng và khe nứt nhỏ, có thể xảy ra hiện tượng mất Cửa sổ nước yếu, từng phần (cấp 1). Trong trường hợp này, dung dịch phải có các thông số thích hợp. Hình 4.2. Sơ đồ và dụng cụ xác định mực dung dịch trong lỗ khoan 4-33 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-34 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET Thông thường, muốn chống hiện tượng mất dung dịch phải làm giảm tỷ trọng Để không xảy ra hiện tượng mất dung dịch, ta dùng loại dung dịch có tỷ trọng của dung dịch để giảm áp lực thủy tĩnh của cột dung dịch. Biện pháp này là γ2 sao cho khi trong lỗ khoan đầy dung dịch, áp lực thủy tĩnh vẫn cân bằng được dùng cho đến khi tạo được sự cân bằng giữa áp lực vỉa và áp lực của với áp lực của vỉa mất dung dịch, tức là: cột dung dịch trong lỗ khoan. Pv = γ2H1 Từ đó suy ra: γ1(H1 –H2) = γ2H1 Giả sửởmột lỗ khoan, có hiện tượng mất dung dịch tại chiều sâu H . Mực 1 γ2 = γ1(1 – H2/H1) dung dịch trong lỗ khoan sẽ hạ xuống và dừng lại ở chiều sâu H2. Khi áp lực vỉa cân bằng với áp lực của cột dung dịch còn lại trong lỗ khoan, áp lực vỉa ở Trong thực tế, người ta sử dụng dung dịch có tỷ trọng nhỏ hơn giá trị tính vùng mất dung dịch là: toán một chút do tác dụng cản trở của lỗ khoan đối với sự chuyển động của Pv = γ1(H1 –H2) dung dịch và bản thân tính cơ học, cấu trúc của dung dịch. trong đó γ1 là tỷ trọng của dung dịch đang sử dụng. 4-35 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-36 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
10. I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET Nếu chỉ xét về mặt chênh lệch áp lực thì chưa đủ vì khi chuyển động vào vỉa Ngoài các chất hoá học để gia công dung dịch, người ta còn dùng các chất mất dung dịch, tốc độ chảy của dung dịch không những phụ thuộc vào áp lực chỉ để làm giảm kích thước của các khe nứt gọi là các chất lấp đầy. chênh lệch, mà còn phụ thuộc vào độ nhớt của dung dịch. Chất lấp đầy cho vào dung dịch sét và cả các hỗn hợp đông nhanh để chống Độ nhớt của dung dịch càng lớn thì sức cản sự chuyển động của dung dịch hiện tượng mất nước hoàn toàn và mạnh (cấp II – IV). Các chất này phải có càng tăng, tốc độ chảy của chúng vào khe nứt càng chậm, mạng lưới cấu độ bền nén > 350KG/cm2, độ cứng thấp, chịu được nhiệt tới 500C. trúc của dung dịch càng bền chắc. Dung dịch bị đặc lại và tạo thành các “nút”, bịt kín các khe nứt, không cho dung dịch tiếp tục đi vào vỉa, chống Qua nghiên cứu, người ta thấy là các chất lấp đầy có thể bịt kín được các được hiện tượng mất dung dịch. khe nứt có kích thước < 6 mm. Khi kích thước khe nứt càng lớn thì chất lấp đầy cũng càng phải lớn. Tốt nhất là trong cùng một vùng mất dung dịch, nên Như vậy dùng dung dịch sét có ứng suất trượt tĩnh và độ nhớt lớn với tỷ dùng hai loại chất lấp đầy có kích thước khác nhau. trọng phù hợp sẽ có khả năng chống được hiện tượng mất dung dịch. Chất lấp đầy thường dùng là mạt cưa, trấu cỏ, mica, canxit 4-37 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-38 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET Tỉ lệ chất lấp đầy phụ thuộc vào phương pháp khoan, tính chất của dung dịch b. Chống mất dung dịch bằng gel-ximăng và đặc tính vỉa. Khi khoan turbin, lượng chất lấp đầy khoảng 0,1 – 1% theo Khi gặp hiện tượng mất dung dịch trung bình thì dung dịch sét thường hay khối lượng của dung dịch. Khi khoan roto thì tỉ lệ này có thể từ 5 – 7%. đặc biệt cũng không thể khắc phục được. Cần phải dùng một loại dung dịch nào đócóthể bịt kín khe nứt sau khi đi qua. Dung dịch thích hợp là dung dịch Với những dung dịch có độ thoát nước cao, độ nhớt thấp thì sử dụng chất ximăng. lấp đầy rất tốt, vì chúng ít có khả năng tạo thành những nút trong vòi phun của choòng hay thành lỗ khoan. Khi dung dịch đã khá nhớt thì lượng chất lấp Tuy nhiên, dung dịch ximăng lại không có cấu trúc và khi đi vào vỉa mất dung đầy không nên cho vào nhiều vì có thể làm khả năng mất dung dịch tăng lên dịch, chúng không dừng lại, hiện tượng mất dung dịch vẫn tiếp tục xảy ra. do áp lực thủy tĩnh quá lớn. Khi mức độ mất nước nghiêm trọng thì lượng chất lấp đầy cho vào có thể ≥ 10%. Do đó, cần chế biến dung dịch thỏa mãn 2 yêu cầu: –Cócấu trúc, có độ chảy toả để bịt kín các khe nứt. Chất lấp đầy có thể trực tiếp cho xuống lỗ khoan hoặc trộn với dung dịch rồi –Cóthời gian ngưng kết ban đầu xác định. Nếu thời gian ngưng kết quá nhanh bơm xuống lỗ khoan với áp lực lớn để ép vào các khe nứt, kênh rãnh mất thì có thể làm ximăng hóa dụng cụ khoan; quá chậm thì dung dịch dung dịch. 4-39 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-40 ximăng lại đi hết vào vỉa. Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
11. I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET Để thỏa mãn các yêu cầu trên, người ta điều chế dung dịch ximăng trong Khi điều chế gel-ximăng, đầu tiên, người ta đổ lượng nước cần thiết vào dung dịch sét, và hỗn hợp như vậy gọi là gel-ximăng. Gel-ximăng có cấu trúc dung dịch trong máy trộn. Sau khi khuấy kỹ mới đổ lượng ximăng đã sàng và thời gian ngưng kết ban đầu có thể điều chỉnh được tùy theo tỷ lệ các qua lỗ 5 mm vào. Quá trình điều chế nên tiến hành trong thời gian ngắn. thành phần trong chúng. Theo kinh nghiệm thực tế, trước khi bơm gel-ximăng, nên khoan sâu xuống Thông thường, 1m3 gel-ximăng gồm 500 – 900 kg ximăng và 700 – 800 lít 10 – 15 m quá vùng mất dung dịch. Chiều sâu này có thể xác định sơ bộ dung dịch sét có độ nhớt 26 – 27s. bằng tài liệu địa chất hay theo mẫu của các lỗ khoan tương tự. Nếu không có tài liệu có thể dùng phương pháp đo bằng điện nhiệt kế. Ngoài ra, để dễ dàng điều chỉnh thời gian ngưng kết ban đầu của gel-ximăng, người ta thêm vào 15 – 25% thạch cao hoa tuyết (CaSO4 đã nung) theo khối Trước khi bơm gel-ximăng xuống lỗ khoan, phải lọc qua ống dài 1 m, có lưới lượng ximăng vào hỗn hợp. Để làm chậm tốc độ đi vào vỉa của gel-ximăng, lọc lớn hơn 15 mm và nhỏ hơn 3/4 đường kính vòi phun của choòng để tránh người ta cũng thêm vào 20% chất lấp đầy (trấu, mica, mạt cưa ) theo thể tình trạng bịt kín vòi phun. tích gel-ximăng. 4-41 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-42 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET Kết quả bơm gel-ximăng được coi là tốt khi trong lỗ khoan còn 1/3 - 1/2 lượng gel-ximăng và lượng gel-ximăng đã đi vào vỉa là 1/2 - 2/3. Mực dung dịch Muốn đạt kết quả trên, khi bơm gel-ximăng phải kéo dụng cụ khoan lên cách vùng mất dung dịch khoảng 20 – 25m để làm giảm chiều cao cột dung dịch trong lỗ khoan, giảm áp suất thủy tĩnh để gel-ximăng không đi hết vào vỉa mất dung dịch, chất lượng đổ gel-ximăng đảm bảo hơn. Thể tích gel-ximăng cần thiết được tính bằng 3 lần thể tích phần lỗ khoan với Khoảng nâng bộ khoan cụ (20 – 25m) chiều dài là tổng chiều dài đoạn khoan thêm trước khi đổ gel-ximăng (10 – 15m) và chiều dài đoạn nâng dụng cụ khoan khi đổ (20 – 25m), tức Khu vực mất dung dịch khoảng 30 – 40m, và đường kính là đường kính choòng khoan tại đoạn đó. Khoảng khoan thêm (10 – 15m) Hình 4.3. Chống mất dung dịch bằng gel-ximăng 4-43 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-44 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
12. I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET Để lượng gel-ximăng đi vào vỉa có khả năng tạo cấu trúc tốt, sau khi bơm hết c. Chống mất dung dịch bằng hỗn hợp đông nhanh 1/2 lượng gel-ximăng, cần dừng lại khoảng 10 – 15 phút. Sau đómới bơm Khi mất dung dịch mạnh một cách tai nạn, mực dung dịch nằm ở gần đáy lỗ hết lượng gel-ximăng còn lại. Lúc này nên quay nhẹ bộ dụng cụ khoan và khoan, trong lỗ khoan hầu như không có dung dịch thì dùng gel-ximăng cũng cho chúng đi xuống khoảng 1/2 – 2/3 chiều dài cần chủ đạo, để bảo đảm sự không có kết quả. Trường hợp này phải dùng một hỗn hợp sao cho khi đi vào chuyển động đều của các phần gel-ximăng trong toàn bộ lỗ khoan. các khe nứt, kênh rãnh mất nước thì đông đặc ngay lại. Thể tích dung dịch cần thiết để đẩy gel-ximăng phải tính toán sao cho đẩy hết Hiện nay người ta thường dùng các hỗn hợp đông nhanh, thành phần chủ được gel-ximăng ra khỏi cần khoan, thường bằng thể tích khoảng trong cần yếu là ximăng, ngoài ra còn có một số chất phụ gia khác. với chiều dài từ mực dung dịch tới đáy. Mục đích là sau khi đẩy gel-ximăng ra khỏi cần, mực dung dịch trong cần khoan vẫn như cũ. Trong thực tế, lượng dung dịch đẩy nên lấy tăng lên 0,5 – 1 m3 để đảm bảo rửa sạch gel- Tùy theo điều kiện của từng lỗ khoan mà lựa chọn tỉ lệ thành phần thích hợp, ximăng ra khỏi cần khoan. sao cho khi bơm hỗn hợp đông nhanh xuống vùng mất nước, chúng không bị đông lại ngay trong cần khoan do thời gian ngưng kết ban đầu quá ngắn, và cũng không bị mất vào vỉa mất dung dịch do thời gian ngưng kết quá dài. 4-45 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-46 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET Tùy theo chiều sâu của lỗ khoan, nhiệt độ ở đáy mà người ta có thể dùng loại ximăng cho các lỗ khoan “lạnh” hay “nóng”. Theo tiêu chuẩn, các đặc tính kỹ Xác định thời gian ngưng kết thuật của ximăng phải như sau: Thời gian ngưng kết ban đầu được tính từ lúc bắt đầu trộn cho đến khi kim – Độ chảy tỏa của dung dịch ximăng có 50% nước là 16 – 16,5 cm. của dụng cụ kiểm tra xuống tới cách đáy mẫu 1 mm. – Độ mịn của ximăng (với sàng 4900 lỗ/cm2) < 15%. Thời gian ngưng kết cuối cùng tính từ lúc ximăng bắt đầu cứng tới khi kim của dụng cụ không xuống sâu được quá 1 mm. Ở đây cần chú ý là với dung Thời gian ngưng kết cuối cùng của dung dịch ximăng 50% nước từ 3 – 7,5 dịch ximăng, nhiệt độ càng tăng thì thời gian ngưng kết càng giảm, ví dụ: giờ và thời gian ngưng kết ban đầu ít hơn 3 giờ. Ximăng Portland mác 500 khi ở nhiệt độ 700C thì thời gian ngưng kết ban đầu Giới hạn bền khi uốn sau khi cứng 2 ngày của ximăng trộn bằng nước nhạt là là 40’, khi nhiệt độ 300C thì thời gian ngưng kết ban đầu là 1h45’. Khi nhiệt độ 27 KG/cm2; nước nóng là 62 KG/cm2. còn 150C thì thời gian ngưng kết ban đầu tăng lên đến 7h30’. 4-47 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-48 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
13. I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET Trong hỗn hợp đông nhanh có các chất hỗ trợ làm nhanh đông như thủy tinh Ngoài ra, người ta còn dùng hỗn hợp ximăng dầu đông nhanh là một huyền lỏng, NaOH, CaCl2, vôi, thạch cao hoa tuyết CaSO4 và cả AlCl3, FeCl2, phù gồm ximăng, các sản phẩm của dầu mỏ (dầu diesel, dầu hỏa) và một vài BaCl2 Khi tỉ lệ các thành phần này thay đổi thì thời gian ngưng kết cũng chất làm nhanh đông khác. Loại hỗn hợp này thường có thời gian ngưng kết thay đổi. Ví dụ: rất ngắn. Khi hợp với nước, dầu diesel nhanh chóng tách ra, hỗn hợp bị đặc lại và tạo thành ximăng cứng. Ưu điểm của loại hỗn hợp ximăng dầu đông –Tỉ lệ thủy tinh lỏng càng tăng thì thời gian ngưng kết ban đầu càng giảm. nhanh là khi không có nước, chúng không đặc lại được. Vì vậy, chúng có thể –Tỉ lệ NaOH tăng thì độ linh động của hỗn hợp tăng. bơm dễ dàng qua cần khoan mà không sợ làm bó chặt cần khoan. Để làm tăng độ chảy tỏa của dung dịch, tạo điều kiện cho việc bơm bằng Thời gian gần đây, người ta còn dùng hỗn hợp đông nhanh nhẹ để chống hiện tượng mất dung dịch. Hỗn hợp đông nhanh nhẹ là hỗn hợp đông nhanh máy bơm thường, người ta thêm CaCl2 vào với tỉ lệ 5 – 7%. Lượng CaCl2 càng nhỏ thì độ chảy tỏa càng nhỏ. thường nhưng có bão hòa các bọt khí do những phản ứng hóa học giữa các chất thêm vào và chất tạo thành hỗn hợp. Có thể thêm 1-2% chất lấp đầy để tăng hiệu quả chống mất dung dịch. 4-49 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-50 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET Chất thêm vào để gây phản ứng có thể là carbua canxi, clorua vôi, nhưng tốt d. Chống mất dung dịch bằng dung dịch nhẹ nhất vẫn là bột nhôm. Khi cho bột nhôm vào hỗn hợp đông nhanh, phản ứng Như đã nói ở trên, một trong những nguyên tắc để chống hiện tượng mất hóa học như sau: dung dịch là dùng dung dịch có khối lượng riêng nhỏ. Muốn vậy, người ta có 3Ca(OH)2 + 2Al = Ca3Al2O6 + 3H2↑ thể dùng nước lã, dung dịch sét nhũ tương và các dung dịch nhẹ khác. –Nước lã chỉ được sử dụng trong trường hợp thành lỗ khoan bền vững, Kết quả phản ứng là khí H2 thoát ra, làm tăng thể tích và giảm tỉ trọng hỗn không bị phá hủy. Do dùng nước lã nên áp lực thủy tĩnh của cột dung hợp. Mức độ nở rộng của hỗn hợp được xác định bằng áp lực môi trường. dịch giảm, có thể khoan qua được vùng có các khe nứt, lỗ hổng nhỏ. Khi áp lực này khoảng 33 atm thì mức độ nở khoảng 5%. – Dung dịch sét nhũ tương là một loại dung dịch sét được bổ sung dầu mỏ hay sản phẩm của dầu mỏ, tạo thành loại nhũ tương “dầu trong Hỗn hợp đông nhanh nhẹ sử dụng hợp lý nhất ở độ sâu nhỏ hơn 150m, nước” (viết tắt là d/n) hay nhũ tương loại “nước trong dầu” (viết tắt là trong vùng mất dung dịch ở mức độ thấp hơn cấp II. Khuyết điểm của hỗn n/d). Hiện nay thường dùng phổ biến loại nhũ tương thứ nhất. Tùy theo hợp này là thành phần của chúng phức tạp và khó điều chế tại lỗ khoan. điều kiện cụ thểởvùng mất dung dịch mà lượng dầu cho vào dung dịch có thể từ 8-50% theo thể tích. 4-51 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-52 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
14. I. MẤT DUNG DỊCH GEOPET II. SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN GEOPET 3 Loại dung dịch nhũ tương này có khối lượng riêng nhỏ (0,8 – 0,9 g/cm ), làm Sập lở là hiện tượng thường gặp trong quá trình khoan ở những vùng đất đá giảm áp lực thủy tĩnh, độ dính của vỏ sét và hạn chế đến mức thấp nhất sự kém bền vững hay những lớp sét dễ trương nở. tạo thành các nút gây kẹt dụng cụ khoan. Ngoài ra, chúng có độ nhớt rất cao, 2.1. Nguyên nhân và phân loại hiện tượng sập lở tạo điều kiện thuận lợi khi cần chống hiện tượng mất dung dịch. Đất đátrong vỏ trái đất ở trạng thái cân bằng về lực. Khi khoan, trạng thái cân bằng này bị phá vỡ, đất đábị biến dạng và lại thiết lập một sự cân bằng Ngoài ra, để tạo thành dung dịch nhẹ, người ta gia công dung dịch sét bằng mới. Quá trình này gây nhiều khó khăn cho công tác khoan. các chất hoá học như keo kêratin cùng với thủy tinh lỏng, hay các chất có Bình thường, cân bằng giới hạn của đất đá được biểu diễn bằng biểu thức: hoạt tính bề mặt như chất tạo bọt, các chất phản ứng detergent, sulfonol, sulfonat với tỉ lệ rất nhỏ. Tuy vậy dùng dung dịch nhũ tương sét cũng có ξσh = σθ = σr khó khăn là chúng làm bẩn mẫu, tăng giá thành của dung dịch và làm tăng trong đó: sự mài mòn các chi tiết bằng cao su của dụng cụ khoan. σh – ứng suất theo phương thẳng đứng σθ – ứng suất theo phương nằm ngang Các dung dịch nhẹ được dùng tương đối phổ biến trong thời gian gần đây σr – ứng suất theo phương nằm ngang để chống hiện tượng mất dung dịch. ξ –hệ sốứng suất bên sườn 4-53 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-54 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết II. SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN GEOPET II. SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN GEOPET Khi khoan qua chúng, nếu coi lỗ khoan là một cột đất đá hình trụ có chiều Ba loại ứng suất này là những ứng suất chính, xác định trạng thái ứng suất dày vô tận, thì đất đánằm cách mặt đất một khoảng h, cách trục lỗ khoan của đất đá. Các giá trị cực đại của các ứng suất trên như sau: một khoảng r sẽ chịu áp lực thẳng đứng P do khối lượng của các lớp đất đá đ σh = ∆tb.h nằm trên, áp lực bên sườn Pn và áp lực bên trong cột chất lỏng Pd. Dưới tác σθ = 2ξ∆tbh – γh dụng của các áp lực này sẽ gây ra các ứng suất σh theo phương thẳng đứng, σr = γh ứng suất tiếp tuyến σθ có phương thẳng góc với bán kính lỗ khoan và ứng trong đó: ∆tb –tỷ trọng trung bình của đất đá suất hướng tâm σr dọc theo bán kính lỗ khoan (hình 4.4). γ –tỷ trọng của nước rửa Trục lỗ khoan h – chiều sâu của lớp đất đá σh rlk + ∆r ξ –hệ sốứng suất bên sườn. Theo P. M. Simbarevitch, giá trị của ξ: σr Đất đáchảy 0,757 Đất đá trung bình 0,017 r lk Đất đáxốp 0,526 Đất đáchắc 0,004 σθ Đất đámềm 0,383 Đất đárất chắc 0,0012 Hình 4.4. Ứng suất tác dụng lên một nhân tố đất đá ở thành lỗ khoan Đất đáyếu 0,164 4-55 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-56 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
15. II. SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN GEOPET II. SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN GEOPET Điều kiện đất đá không sập lở: σ = σ hay σ – σ = 0 θ r θ r các yếu tố gây sập lở có nguyên nhân từ vỉa thay vào ta được: 2ξ∆ h – γh – γh = 0 tb ƒ Tính chất cơ lý của đất đá: khi đất đákém bền vững, các hạt đất đá liên kết suy ra: ξ∆tbh = γh với nhau yếu, hiện tượng sập lở rất dễ xảy ra khi khoan qua chúng. hay γ = ξ∆tb ƒ Vỉa nghiêng: vỉa càng nghiêng càng dễ xảy ra hiện tượng sập lở. Khi trên mặt phân lớp nằm nghiêng có các váng dầu thì lại càng nguy hiểm do dầu bôi trơn mặt lớp, làm giảm sự ma sát giữa chúng, dưới tác dụng của lực Khi γ<ξ∆tb, đất đá ở thành lỗ khoan bị biến dạng gây nên hiện tượng sập lở thành lỗ khoan. gây trượt là một thành phần của trọng lực, đất đásẽ sập lở. ƒ Đất đábền vững nhưng dễ bị thay đổi tính chất dưới tác dụng của nước. Khi khoan qua vùng đất đácóáp lực vỉa lớn hay vùng chứa dầu, khí, hiện Cấu tạo của đất đáloại này thường gồm những lớp khối nhỏ riêng biệt, được liên kết lại bằng các lớp sét hay muối khoáng hòa tan. Nước trong tượng sập lở rất dễ xảy ra, do ứng suất σr lớn hơn áp lực cản của cột dung dịch rất nhiều. dung dịch thoát ra, hoà tan các lớp liên kết, làm các khối nhỏ, các lớp đất đákhông gắn kết với nhau. Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân, chúng dễ dàng rơi xuống lỗ khoan, gây sập lở. 4-57 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-58 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết II. SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN GEOPET II. SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN GEOPET Phân loại mức độ sập lở 2.2. Các biện pháp chống hiện tượng sập lở Hiện tượng sập lở có thể phát hiện được bằng các dấu hiệu bên ngoài như Tùy theo điều kiện cụ thể mà người ta có những biện pháp chống sập lở áp lực của máy bơm tăng mạnh, sự tuần hoàn dung dịch giảm đi, trong khác nhau, nhưng hiện nay thường dùng một số phương pháp sau: dung dịch chứa rất nhiều mùn, độ nhớt của dung dịch tăng. Khi kéo thả – Điều chỉnh các thông số của dung dịch sét trong quá trình khoan dụng cụ khoan rất khó và có khi không nâng được dụng cụ khoan lên nữa. –Phương pháp hóa lý tác động đến thành lỗ khoan Mức độ sập lở được phân loại như sau: – Các phương pháp đặc biệt Mức độ Lực nâng dụng Áp lực Tuần hoàn Kéo thả dụng sập lở cụ khoan máy bơm dung dịch cụ khoan Nhẹ Tăng 20-30% Tăng 5-10 atm Nhiều mùn, hình “Trồi”, không a. Điều chỉnh các thông số của dung dịch sét dạng khác nhau xuống sát đáy Qua phân tích nguyên nhân của hiện tượng sập lở thành lỗ khoan, muốn Trung Tăng 30-100% Tăng ≥ 20 atm Mùn lên đầy hệ Vướng những chống hiện tượng này phải tăng tỷ trọng và làm giảm độ thoát nước của bình thống máng nút đất đá dung dịch. Nặng Không nâng Tăng rất mạnh Ngưng tuần hoàn Kẹt hoàn toàn được dụng cụ (bật van an toàn) 4-59 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-60 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
16. II. SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN GEOPET II. SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN GEOPET Điều kiện để không xảy ra hiện tượng sập lở như đã trình bày phần trước: Lưu ý: Thành lỗ khoan không ổn định có thể do nhiều nguyên nhân. Cần phân tích kĩ trước khi tăng tỷ trọng dung dịch khoan. Nếu không, sự cố sẽ γ = ξ∆tb 3 càng trầm trọng hơn. ∆tb của đất đá thường lớn hơn 2,3 g/cm nên γ của dung dịch cũng xấp xỉ trị số này. Thành giếng khoan không ổn định Tăng tỉ trọng dung dịch Mặt khác, khi tăng tỷ trọng của dung dịch, ngoài việc làm tăng áp lực thủy Thành giếng khoan ổn định tạm thời tĩnh, lực đẩy nổi (lực Archimedes) của dung dịch cũng tăng. Khi tỷ trọng của dung dịch đủ lớn, đất đá, mảnh cắt trong dung dịch sẽ không bị rơi xuống do Tăng độ thải nước do chênh áp khối lượng bản thân, hiện tượng sập lở sẽ không xảy ra được. Làm yếu thành hệ Để tránh hiện tượng sập lở do nước thấm vào đất đá, phải dùng dung dịch Tăng sự xâm nhập vào vỉa có độ thoát nước nhỏ. Yêu cầu về độ thoát nước phụ thuộc điều kiện cụ thể Mất cân bằng áp suất đáy của từng lỗ khoan, nhưng phải nhỏ hơn 10cm3/30phút. 4-61 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-62 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết II. SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN GEOPET II. SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN GEOPET Ví dụ về trường hợp tăng tỉ trọng dung dịch sẽ làm trầm trọng sự mất ổn định b. Chống sập lở bằng phương pháp hóa lý thành giếng khoan: Phương pháp này làm chắc thành lỗ khoan bằng các vật liệu phi kim. Mục đích: gia tăng độ bền cơ học và làm giảm độ thấm nước của thành lỗ khoan. ¾ Dung dịch có tính ổn định kém gây hiện tượng sét trương nở và phân tán mạnh khi khoan vào tầng sét. Để đạt được mục đích trên, tùy theo loại và tính chất cơ học của đất đámà Nếu gia tăng tỉ trọng dung dịch sẽ gia tăng độ thải nước, từ đó càng người ta có thể dùng các biện pháp khác nhau để làm chắc thành lỗ khoan làm thành giếng khoan mất ổn định. như silicat hóa, ximăng hóa, bitum hóa thành lỗ khoan. ¾ Thành giếng khoan không ổn định do xuất hiện các khe nứt nhỏ hoặc Trong biện pháp silicat hóa, người ta dùng dung dịch thủy tinh lỏng cùng với thành hệ kém bền một số chất hóa học khác như CaCl2, H2SiF6 Nếu gia tăng tỉ trọng dung dịch sẽ càng gây tổn hại thành hệ và tăng sự nghiêm trọng của sự cố. Trong biện pháp ximăng hoá, người ta bơm xuống lỗ khoan các dung dịch ximăng, sau khi đông lại, ximăng sẽ làm chắc thành lỗ khoan. 4-63 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-64 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
17. II. SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN GEOPET II. SẬP LỞ THÀNH LỖ KHOAN GEOPET Trong biện pháp bitum hóa, người ta bơm xuống lỗ khoan các dung dịch c. Các phương pháp đặc biệt bitum. Bitum được làm lỏng có thể bằng 2 cách: Phương pháp dùng điện: người ta dùng dòng điện một chiều để làm chắc thành lỗ khoan. Do tác dụng của điện trường mà trong đất đáxuất hiện các – đun nóng bitum tới 150-2000C, thu được bitum nóng quá trình lý học, hóa học và hóa lý khác nhau như quá trình điện phân, điện – điều chế nhũ tương bitum, thu được bitum lạnh. thẩm, điện chuyển, các phản ứng trao đổi Các quá trình trên làm thay thế các cation trao đổi ở trong các phân tử cấu tạo nên đất đá, làm hình thành Nhược điểm của bitum là khó khoan qua, dính vào các bề mặt kim loại của các tổ hợp, tạo cấu trúc, dần dần làm đất đáchắc lại, ngăn chặn được hiện choòng, tạo thành nút trong môi trường nước và có độ bền cơ học thấp đối tượng sập lở. với tải trọng đập. Phương pháp làm lạnh tạm thời: làm lạnh nhanh chất lỏng để chúng đóng Để hạn chế các nhược điểm trên, người ta cho vào bitum các chất lấp đầy băng lại trong các đất đákém bền vững. Tuy chỉ làm ổn định tạm thời, nhưng như parafin, cát, sét, ximăng Trong nhũ tương bitum (bitum lạnh), người ta phương pháp này có ưu điểm là có thể dùng với bất kỳ loại đất đáchứa nước nào. còn thêm các chất gây ngưng kết như dung dịch CaCl2, Na2SiF6 4-65 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-66 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III. DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN GEOPET III. DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN GEOPET Khi khoan qua tầng sản phẩm dầu khí hoặc qua tầng chứa nước, nếu cân 3.1. Dầu, khí vào lỗ khoan bằng áp suất không được đảm bảo, sẽ xảy ra hiện tượng các chất lưu từ vỉa Tùy theo áp lực mà khí trong vỉa có thểởdạng hơi hay bị nén ở dạng lỏng. Dầu trong xâm nhập vào giếng. Nếu không phát hiện và xử lý kịp thời, hậu quả của hiện vỉa thường hòa tan khí và lượng khí trong dầu cũng phụ thuộc vào áp lực vỉa. Trong tượng xâm nhập có thể rất trầm trọng. vỉa, cùng với dầu và khí còn có thể có nước. Phân loại các trường hợp xâm nhập chất lưu như sau: Khi khoan qua vỉa chứa dầu và khí, dầu và khí có thể vào lỗ khoan. Nói chung, nguyên nhân của hiện tượng dầu và khí vào lỗ khoan là do sự chênh lệch giữa áp lực vỉa và áp lực thủy tĩnh. Chênh lệch càng lớn thì sự xâm nhập của dầu, khí vào lỗ 3.1. Dầu, khí vào lỗ khoan khoan càng nhiều: dầu ở dạng từng giọt, khí ở dạng từng bọt nhỏ vào lỗ khoan. 3.2. Nước vào lỗ khoan Nếu dầu và khí chứa trong các khe nứt thì chúng sẽ chảy thành từng dòng vào lỗ khoan. Ban đầu dầu và khí vào lỗ khoan chỉ làm tỷ trọng của dung dịch giảm dần đi. Nhưng khi dung dịch đã bão hòa khí, thì khí sẽ nổi lên mặt thoáng và nếu có áp lực lớn, chúng đẩy dung dịch ra khỏi lỗ khoan và có thể phun lên. 4-67 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-68 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
18. III. DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN GEOPET III. DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN GEOPET Ngay khi áp lực thủy tĩnh của dung dịch lớn hơn áp lực vỉa, hiện tượng khí Dầu và khí vào lỗ khoan làm tính chất của dung dịch bị thay đổi. Do thể tích vào lỗ khoan vẫn có thể xảy ra. Đólàhiện tượng khuếch tán và phụ thuộc của dung dịch tăng lên trong khi khối lượng của dung dịch tăng không đáng vào nồng độ khí ở hai bên lớp vỏ sét. Do trong đất đáchứa nhiều khí hơn, kể nên tỷ trọng của dung dịch giảm đi, nghĩa là áp lực thủy tĩnh giảm, tạo nên các chất khí sẽ thấm qua vỏ sét. Lượng khí thấm qua nhiều hay ít còn điều kiện cho dầu và khí tiếp tục xâm nhập vào lỗ khoan. Khi trong lỗ khoan phụ thuộc vào khả năng thấm của vỏ và chênh lệch mật độ khí. đã quá bão hòa dầu và khí thì dầu và khí xâm nhập sẽ đẩy dung dịch ra khỏi lỗ khoan. Người ta thấy rằng hiện tượng dầu, khí vào lỗ khoan cũng thường xảy ra nếu vùng chứa dầu và khí nằm giữa vùng mất dung dịch. Do dùng dung dịch có Dầu và khí vào lỗ khoan đều nguy hiểm nhưng dầu nguy hiểm hơn do dầu tỷ trọng nhỏ để chống mất dung dịch, áp lực thủy tĩnh của cột dung dịch giảm không nén được như khí nên dầu làm giảm tỷ trọng của dung dịch nhiều hơn. tạo sự chênh lệch áp lực trong lỗ khoan và vỉa tăng lên, dầu và khí có thể đi vào lỗ khoan. Dầu và khí vào trong dung dịch có thể phát hiện được bằng các bọt khí nổi trên mặt dung dịch hay các váng dầu trên hệ thống máng, tỷ trọng của dung dịch giảm đi và độ nhớt của dung dịch tăng lên. 4-69 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-70 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III. DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN GEOPET III. DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN GEOPET Để chống hiện tượng dầu và khí vào lỗ khoan, phải tăng trọng lượng riêng Khoan qua vùng dầu và khí phải thật thận trọng khi nâng thả dụng cụ khoan. của dung dịch. Theo kinh nghiệm, khi khoan trong vùng có dầu và khí, áp lực Khi nâng dụng cụ khoan, tránh tạo hiện tượng “piston” do có nút kẹt trong thủy tĩnh của dung dịch phải vượt quá áp lực vỉa 2 atm/100 m chiều sâu. cần khoan hay choòng, do nâng dụng cụ khoan sát thành giếng. Trước khi khoan đến vùng dầu và khí, phải có thiết bị khép kín miệng lỗ Khi nâng dụng cụ khoan, cần chú ý quan sát mực dung dịch trong lỗ khoan. khoan, dự trữ chất làm nặng và các vật liệu cần thiết để điều chế chúng. Nếu mực dung dịch bị hạ xuống nhiều, phải bơm thêm dung dịch vào lỗ khoan. Tốt nhất, trước khi nâng dụng cụ khoan, nên bơm xuống lỗ khoan một Một trong những biện pháp quan trọng để tránh hiện tượng dầu và khí vào lỗ loại dung dịch có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của dung dịch cũ khoảng 0,1 g/cm3 khoan là phải tiến hành khoan liên tục. Ngừng khoan khi qua vùng dầu và khí để bù lại áp lực do ngừng tuần hoàn. sẽ dễ dẫn đến các sự cố phức tạp. Khi dung dịch có nhiều khí phải dùng các biện pháp để tách khí ra khỏi dung dịch. Nếu dung dịch bị bão hòa dầu và khí, không thể sử dụng được nữa thì phải thay dung dịch mới tốt hơn, có thể thay theo phương pháp rửa nghịch. 4-71 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-72 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
19. III. DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN GEOPET III. DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN GEOPET 3.2. Nước vào lỗ khoan Tùy theo tính chất của nước mà khi xâm nhập vào lỗ khoan làm tính chất của dung dịch bị thay đổi rất khác nhau. Nước vào lỗ khoan có thể nhận thấy bằng sự giảm tỷ trọng của dung dịch, dung dịch bị pha loãng, áp lực ở máy bơm giảm đi, lượng dung dịch tràn ra miệng lỗ khoan lớn hơn lượng dung dịch bơm vào và ngay cả khi ngừng –Nếu nước vào lỗ khoan là nước nhạt hay nước có độ khoáng hóa yếu: bơm, nước vẫn tiếp tục tràn ra. chúng không làm ngưng kết dung dịch mà chỉ làm giảm tỷ trọng, độ nhớt, ứng suất trượt tĩnh; làm tăng độ thoát nước. Tùy theo áp lực của vỉa nước mà lượng nước vào lỗ khoan có thể thay đổi trong giới hạn rất rộng từ vài m3 đến hàng chục nghìn m3/ngày đêm. –Nếu nước có chứa các muối vào lỗ khoan: ban đầu, khi lượng muối còn ít, chúng làm ngưng kết dung dịch: độ nhớt, ứng suất trượt tĩnh, độ thoát nước đều tăng nhưng tỷ trọng giảm đi. Khi lượng nước muối Nước vào lỗ khoan sẽ làm giảm chất lượng dung dịch và dẫn đến các tai nạn vào quá nhiều, dung dịch bị pha loãng ngưng kết, tỷ trọng, độ nhớt, khác như sập lở, dầu và khí vào lỗ khoan và có khi phun trào lên bề mặt. ứng suất trượt tĩnh của dung dịch giảm, còn độ thoát nước vẫn tăng. Trong máng, lắng đọng nhiều chất làm nặng và mùn khoan. 4-73 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-74 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết III. DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN GEOPET III. DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN GEOPET Để phòng và chống hiện tượng nước vào lỗ khoan cũng có thể dùng các biện Gặp trường hợp nước vào lỗ khoan mạnh (hiện tượng nước phun), phải nâng pháp tương tự như với trường hợp phòng và chống dầu và khí vào lỗ khoan. ngay dụng cụ khoan cách đáy hết chiều dài cần chủ đạo, đóng BOP và thay Nhưng do nước có chứa muối khi vào lỗ khoan làm ngưng kết dung dịch, thế dung dịch trong lỗ khoan bằng dung dịch nặng hoặc làm nặng trực tiếp nên phải tiến hành gia công chúng bằng các chất hóa học. dung dịch trong lỗ khoan nếu như chưa điều chế kịp dung dịch nặng. Khi khoan qua vùng mất nước, cần phải: Trong khi chống hiện tượng nước phun, không được phép ngừng tuần hoàn, –Sử dụng dung dịch có tỷ trọng thích hợp, để tạo nên áp lực thủy tĩnh đủ lớn vì sẽ xảy ra các sự cố tiếp theo khác. Do đó, khi khoan trong vùng có nước hơn áp lực vỉa, phun, phải chuẩn bị mọi thiết bị, nguyên vật liệu và dự trữ dung dịch để – Độ thoát nước của dung dịch cũng phải giữởtrị số thấp nhất, chống hiện tượng nước phun kịp thời. – Ứng suất trượt tĩnh phải điều chỉnh tăng lên một ít so với mức bình thường 2 (τ≥50-60 mG/cm ), vì khi nước nhạt vào lỗ khoan làm thông số này giảm đi Trong hầu hết trường hợp, khi gặp hiện tượng nước phun, người ta dùng rất nhanh, làm mất khả năng giữ các hạt mùn khoan, nhất là các hạt chất làm phương pháp rửa nghịch. nặng ở trạng thái lơ lửng. 4-75 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-76 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
20. III. DẦU, KHÍ, NƯỚC VÀO LỖ KHOAN GEOPET IV. KẸT DỤNG CỤ KHOAN GEOPET Ưu điểm của phương pháp rửa nghịch: Trong quá trình khoan, nếu vì một nguyên nhân nào đómàdụng cụ khoan không chuyển động được thì gọi là hiện tượng kẹt. – Dung dịch được bơm vào trong khoảng không vành xuyến với áp lực Có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng kẹt dụng cụ khoan. Trong phạm vi lớn, trực tiếp đẩy dòng nước phun vào vỉa hay lên mặt đất theo đường rửa lỗ khoan, những nguyên nhân gây hiện tượng kẹt có thể như sau: trong cần, không làm hỏng thành lỗ khoan. – Đất đásập lở chèn chặt dụng cụ khoan. –Giữ được áp lực cần thiết lên thành lỗ khoan. –Dụng cụ khoan bị dính chặt vào thành lỗ khoan do vỏ sét dày và dính. –Kẹt dụng cụ khoan do trong lỗ khoan tạo thành các nút. –Áp lực của dung dịch lên đáy tăng, một phần do tỷ trọng của dung dịch mới bơm vào, phần khác do sức cản sự chuyển động của dung dịch –Kẹt dụng cụ khoan do mùn khoan và chất làm nặng lắng xuống. trong cần khoan lớn hơn trong khoảng không vành xuyến khi máy bơm –Ximăng bó lấy dụng cụ khoan do thời gian ngưng kết không thích hợp. làm việc với cùng một lưu lượng. Nhờ vậy làm giảm sự xâm nhập của nước vào lỗ khoan. 4-77 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-78 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV. KẸT DỤNG CỤ KHOAN GEOPET IV. KẸT DỤNG CỤ KHOAN GEOPET Vỏ sét Theo hình, dụng cụ khoan bị giữ lại trên thành lỗ khoan với một lực: Kẹt do có sự chênh áp giữa lỗ σ Đất đá không thấm nước khoan và vỉa, thường xảy ra trong F = S (Ptt –Pv) trường hợp dụng cụ khoan không hay F = h.δ.(Ptt –Pv) chuyển động, giữa dụng cụ và trong đó: F Đất đá h thành lỗ khoan dễ thấm nước có thấm nước δ –chiều dài dây cung nối giữa 2 đầu phần cần khoan tiếp xúc với vỏ sét lớp vỏ sét chặt và áp lực thủy tĩnh H – chiều dài phần cần khoan tiếp xúc với thành lỗ khoan có đất đáthấm nước lớn hơn áp lực vỉa rất nhiều. Giới hạn lớn nhất của δ là đường kính cần khoan và của h là tổng chiều dày vỉa thấm nước trong khoảng kẹt. Như vậy trị số lực lớn nhất ép dụng cụ r khoan vào thành lỗ khoan là: P Hình 4.5. Sơ đồ tính toán δ v P khi kẹt dụng cụ khoan tt Fmax = h.d.(Ptt –Pv) 4-79 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-80 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
21. IV. KẸT DỤNG CỤ KHOAN GEOPET IV. KẸT DỤNG CỤ KHOAN GEOPET Giá trị lực này phụ thuộc chiều dày lớp vỏ sét trên thành lỗ khoan, diện tích Để đề phòng và chống hiện tượng kẹt do chênh áp: tiếp xúc giữa cần khoan và vỏ sét, sự chênh lệch áp lực giữa lỗ khoan và vỉa –Phải dùng dung dịch sét có chất lượng tốt, độ thải nước nhỏ. và gradien áp lực qua lớp vỏ sét. –Kiểm soát chặt chẽ thành phần hạt rắn tỉ trọng thấp trong dung dịch. –Giữ độ chênh áp hợp lý, trong khoảng 300 – 500 psi. Thực tế, còn có sự ma sát giữa lớp vỏ sét và dụng cụ khoan. Vì vậy, lực dính –Bổ sung các phụ gia có cỡ hạt phù hợp. của dụng cụ khoan khi kẹt là: G = µ.F Ngoài ra, để tránh hiện tượng kẹt do vỏ sét quá dính, người ta thêm vào với µ –hệ số ma sát giữa kim loại và sét. dung dịch 8-12% dầu parafin nhẹ, theo thể tích dung dịch. Hiện tượng dính dụng cụ khoan vào vỏ sét chỉ có được khi dụng cụ khoan ngừng chuyển động. Vì vậy, để tránh hiện tượng này, không được ngừng quay dụng cụ Vỏ sét càng dày, càng dính thì hiện tượng kẹt dụng cụ khoan càng tăng. khoan trong những vùng mà có thể xảy ra hiện tượng kẹt mút. 4-81 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-82 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết IV. KẸT DỤNG CỤ KHOAN GEOPET IV. KẸT DỤNG CỤ KHOAN GEOPET Sự tạo thành các nút trong lỗ khoan thường xảy ra do dung dịch không ổn Ở một vài vùng, trong những trường hợp địa chất cho phép, người ta làm định, bị ngưng kết. Đồng thời với sự tạo nút, mùn khoan và chất làm nặng giảm ma sát giữa kim loại và vỏ sét bằng nước lã. Nhưng phương pháp này cũng lắng xuống đáy. chỉ dùng ở vùng đất đá không bị sập lở và áp lực vỉa không cao. Để tránh hiện tượng kẹt, phải làm ổn định dung dịch, giữ cho chúng không bị Khi khoan qua vùng đất đá carbonat, nếu có hiện tượng kẹt thì người ta bơm ngưng kết bằng các chất phản ứng hóa học và làm tăng ứng suất trượt tĩnh axit clohydrit (HCl) để hòa tan đất đá carbonat và một vài vật liệu sét khác, để tăng khả năng giữ lơ lửng các hạt mùn khoan và chất làm nặng. đồng thời làm giảm khả năng nở của các lớp sét, do vậy chống được hiện tượng kẹt. Khi khoan có rửa bằng nước lã thì điều này càng đặc biệt quan trọng, vì nước lã là chất lỏng không có cấu trúc. Trong trường hợp này, phải đảm bảo Để tránh hiện tượng kẹt do ximăng bó lấy dụng cụ khoan, phải xác định thật lưu lượng và tốc độ dòng nước đi lên trong khoảng không để đưa hết mùn cẩn thận thời gian ngưng kết của hỗn hợp và thời gian bơm xuống đáy lỗ khoan lên mặt đất. khoan. Khi đã bị kẹt, có thể dùng phương pháp bơm các axit xuống, cũng đạt kết quả tốt. 4-83 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-84 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết
22. GEOPET CÂU HỎI GEOPET 1. Liệt kê các trường hợp sự cố thường gặp liên quan tới dung dịch khoan khi khoan giếng khoan dầu khí. 2. Phân tích nguyên nhân của các sự cố liên quan tới dung dịch khoan khi khoan giếng khoan dầu khí. KẾT THÚC CHƯƠNG 4 3. Phân loại hiện tượng mất dung dịch và cách phòng chống, khắc phục hiện tượng này. 4. Nêu các biện pháp chống sập lở thành lỗ khoan và dầu, khí, nước xâm nhập lỗ khoan. 4-85 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết 4-86 Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết