Công tác xi măng giếng khoan dầu khí: Tổng quan về kỹ thuật và các sự số liên quan

Thi công giếng khoan là một công tác rất phức tạp, đòi hỏi sự phối hợp nhịp nhàng của nhiều quy trình kỹ thuật để đạt hiệu quả và an toàn trong quá trình thực hiện. Bài viết trình bày tổng hợp tài liệu để trình bày những vấn đề cơ bản cũng như các sự cố kỹ thuật và vật liệu pha chế vữa măng tiên tiến nhất liên quan đến công tác xi măng giếng khoan.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Công tác xi măng giếng khoan dầu khí: Tổng quan về kỹ thuật và các sự số liên quan790 CÔNG TÁC XI MĂNG GIẾNG KHOAN DẦU KHÍ: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT VÀ CÁC SỰ SỐ LIÊN QUAN Hoàng Trọng Quang1,*, Trần Nguyễn Thiện Tâm1, Lê Nguyễn Hải Nam1, Kiều Phúc1, Đỗ Quang Khánh2 1 Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh 2 Trường Đại học Dầu khí Việt Nam (PVU) *Tác giả chịu trách nhiệm: htquang@hcmut.edu.vnTóm tắt Thi công giếng khoan là một công tác rất phức tạp, đòi hỏi sự phối hợp nhịp nhàng của nhiềuquy trình kỹ thuật để đạt hiệu quả và an toàn trong quá trình thực hiện. Về cơ bản, quy trình kỹthuật khoan giếng bao gồm tạo một lỗ khoan hình trụ vào vỏ Trái đất, chống ống và trámxi măng. Trong đó, công tác trám xi măng đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình khoanvà đảm bảo sự toàn vẹn, bền vững của giếng theo thời gian. Theo tiến trình phát triển của ngànhkhoan, nảy sinh rất nhiều vấn đề liên quan đến công tác xi măng từ việc pha chế vữa xi măngphù hợp với đặc điểm của các loại thành hệ cũng như việc rút ngắn thời gian đông kết xi măngnhưng vẫn đảm bảo độ bền nén, tính cách ly trong các điều kiện khắc nghiệt như áp suất cao,nhiệt độ cao,… Với động lực này, đã phát triển rất nhiều nghiên cứu về các kỹ thuật bơm trámxi măng tối ưu và nhiều vật liệu đặc biệt để pha chế vữa xi măng như vật liệu polymer, vật liệunano... Trong nghiên cứu tổng quan này, tập thể tác giả sẽ tổng hợp tài liệu để trình bày nhữngvấn đề cơ bản cũng như các sự cố kỹ thuật và vật liệu pha chế vữa măng tiên tiến nhất liên quanđến công tác xi măng giếng khoan.Từ khóa: Công t c xi ng giếng khoan; công t c xi ng sơ cấp; công t c xi ng thứ cấp; vữa xi ng; geopolymer; nano silica.1. Tổng quan Quy trình thi công giếng khoan về cơ bản bao gồm tạo một lỗ khoan hình trụ vào vỏ Trái đất,chống ống và trám xi măng. Các hoạt động xi măng được thực hiện để làm kín khoảng khôngvành xuyến sau khi thả cột ống chống đồng thời làm kín đới tuần hoàn tổn thất. Trước khi bắtđầu công tác trám xi măng, các kỹ sư xác định thể tích xi măng (thường là với sự trợ giúp củathiết bị đo đường kính caliper log) được đặt trong giếng khoan hoặc thông qua công tác dungdịch khoan và các tính chất vật lý của vữa và xi măng đông kết cần thiết, bao gồm khối lượngriêng và độ nhớt... Đội xi măng sử dụng máy trộn và máy bơm đặc biệt để đẩy dung dịch khoanra khỏi giếng khoan và đổ xi măng vào giếng khoan (Schlumberger, n.d.-a). Công tác trám ximăng được thực hiện cho các ống chống định hướng (conductor casing), ống chống bề mặt(surface casing), ống chống trung gian (intermediate casing) và ống chống lửng khai thác(production liner) (Hình 1, Nelson, 1990). Hình 1. Trám xi măng cho các cột ống chống (E. B. Nelson, 1990). . 791 Công tác bơm trám xi măng giếng khoan thông thường có hai loại là trám xi măng sơ cấp(primary cementing) và bơm trám xi măng thứ cấp (secondary cementing) hay sửa chữa(remedial cementing). Mục đích của công tác xi măng sơ cấp là cách ly các đới thành hệ (zonalisolation), hạn chế chuyển động của chất lưu giữa các đới thành hệ đồng thời gắn kết, hỗ trợ chocột ống chống. Trong khi đó, công tác xi măng thứ cấp thường được thực hiện để khắc phục cácsự cố liên quan đến công tác xi măng sơ cấp (Petrowiki, 2018).2. Công tác xi măng giếng khoan dầu và khí2.1. Công tác xi măng sơ cấp Công tác xi măng sơ cấp là quá trình đặt một lớp vỏ xi măng xung quanh cột ống chống hoặcống lửng trong giếng. Mục tiêu chính của các hoạt động xi măng chính bao gồm cách ly các đớicủa thành hệ để ngăn chặn sự di chuyển của chất lưu trong khoảng không vành xuyên, hỗ trợ chocột ống chống hoặc ống lửng và bảo vệ cột ống chống khỏi bị ăn mòn bởi chất lưu thành hệ(Schlumberger, n.d.-c). Trong quy trình trám xi măng sơ cấp, vữa xi măng được bơm vào giếng, chảy qua đế dẫnhướng (guide shoe) và sau đó bắt đầu chảy lên qua khoảng không vành xuyến (anullus). Ống nối(float collar) đóng vai trò như điểm tựa cho nút trám trên (top plug) và nút trám dưới (bottomplug) (Hình 2, Schlumberger, n.d.-b). Khi nút trám trên được giải phóng khỏi đầu trám xi măng(cement head), chất lỏng đẩy (displacing fluid) được bơm vào phía trên nút trám trên và đẩy cảnút trám trên và vữa xi măng ở phía bên dưới đi xuống. Khi nút trám trên đ lên nút trám dưới,hầu hết vữa xi măng đã đi ra ngoài cột ống chống và lấp vào khoảng không vành xuyến đồngthời đồng hồ đo áp suất bơm tăng lên đột ngột. Đây là chỉ dấu cho biết có thể kết thúc quá trìnhbơm trám xi măng sơ cấp (Hảo, 2011) (Hình 3). Hình 2. Ống nổi và đế dẫn hướng trám xi măng (Schlumberger, n.d.-b). ...