Thủy lực khoan

1THỦY LỰC KHOAN 2TIÊU ĐỀ CHÍNH  Vận chuyển mùn khoan  Làm sạch thân giếng  Tính toán tổn hao áp suất  Chất lỏng giả dẻo (phi Newton) và các mô hình chất lỏng khác  Thiết bị đo độ nhớt  Ví dụ chi tiết tính toán áp suất máy bơm  Tổn hao áp suất trong hệ thống tuần hoàn dung dịch 3THỦY LỰC KHOAN  Áp suất thủy tĩnh  Làm sạch đáy giếng  Làm sạch mùn khoan ở đáy giếng  Lưu lượng bơm  Vận tốc dòng chảy 4THỦY LỰC KHOAN  Làm sạch giếng  Đưa hết mùn khoan ra ngoài  Vận tốc trượt của mùn khoan  Hiệu quả của tải mùn khoan  Tính toán tổn hao áp suất (Khi tuần hoàn)  Trong cần khoan  Qua chòong  Trong vành xuyến 5THỦY LỰC KHOAN  Máy bơm dung dịch khoan  Áp suất bơm  Lưu lượng bơm  Công suất bơm  Hiệu ứng piston khi kéo BKC và khả năng phun trào  Hiệu ứng piston khi thả BKC và khả năng mất dung dịch 6Giếng khoan & Hệ thống tuần hoàn dung dịch 7MÔ HÌNH CHẤT LỎNG  Chất lỏng nhớt Newton  Chất lỏng nhớt dẻo Bingham  Chất lỏng nhớt giả dẻo  Loại khác ? 8Mô hình Chất lỏng Newton  =   SHEAR STRESS  psi SHEAR RATE,  , sec-1 0 . 9Mô hình chất lỏng dẻo Bingham SHEAR STRESS  psi  = o + p  SHEAR RATE,  , sec -1 0 o = Bingham yield point, lbf/100 sq.ft p = plastic viscosity, cp o . 10 Mô hình chất lỏng giả dẻo K = consistency index n = Chỉ số mức độ sai lệch giữa chất lỏng đang khảo sát với chất lỏng Newton SHEAR STRESS  psi SHEAR RATE,  , sec-1 0 . nK   11 Lưu lượng dòng chảy trong và ngoài ống LOG (PRESSURE) (psi) LOG (VELOCITY) (or FLOW RATE) 12 LOG (SHEAR STRESS) (psi) Dòng chảy tầng Dòng chảy rối )secor RPM ( ), RATE SHEAR (LOG 1 n 1 Lưu lượng dòng chảy trong và ngoài ống 13 Thiết bị đo độ nhớt (Rotating Sleeve Viscometer) 14 Rotating Sleeve Viscometer VISCOMETER RPM 3 100 300 600 (RPM * 1.703) SHEAR RATE sec -1 5.11 170.3 511 1022 BOB SLEEVE Vành xuyến Bộ cần khoan API RP 13D 15 TIÊU CHUẨN API RP 13D, June 1995 dùng cho dung dịch khoan  Theo API RP 13D, đối với dung dịch khoan cần đọc 4 trong 6 giá trị của thiết bị đo viscometer:  Giá trị vận tốc quay: 3, 100, 300, 600 v/phút.  Vận tốc 3 và 100 vòng/phút được sử dụng trong tính toán tổn hao áp suất trong vành xuyến.  Vận tốc 300 và 600 vòng/phút được sử dụng trong tính toán tổn hao áp suất trong cần khoan. 16  Ví dụ Tính toán áp suất bơm theo phương pháp API. Các giá trị đọc được từ Viscometer: R3 = 3 (at 3 RPM) R100 = 20 (at 100 RPM) R300 = 39 (at 300 RPM) R600 = 65 (at 600 RPM) Ví dụ: Tính toán tổn hao áp suất 17 PPUMP = DPDP + DPDC + DPBIT NOZZLES + DPDC/ANN + DPDP/ANN + DPHYD Q = 280 gal/min r = 12.5 lb/gal Tính toán tổn hao áp suất PPUMP 18 Giá trị n của chất lỏng giả dẻo Tổn hao áp suất trong cần Chỉ số Index (K) của chất lỏng: Vận tốc trung bình dòng chảy trong cần (Vp): OD = 4.5 in ID = 3.78 in L = 11,400 ft 737.0 39 65log32.3 R Rlog32.3n 300 600 p              2 n 737.0n 600 p cm secdyne017.2 022,1 65*11.5 022,1 R11.5K p  sec ft00.8 78.3 280*408.0 D Q408.0V 22p  19 Độ nhớt hiệu dụng trong cần (mep): Tổn hao áp suất trong cần Số Reynolds trong cần (NRep): OD = 4.5 in ID = 3.78 in L = 11,400 ft pp n p p 1n p pep n4 1n3 D V96 K100                  cP53 737.0*4 1737.0*3 78.3 8*96017.2*100 737.01737.0 ep                616,6 53 5.12*00.8*78.3*928VD928N ep p Rep     20 Ghi chú: NRe > 2,100, nên Hệ số ma sát trong cần(fp): Tổn hao áp suất trong cần OD = 4.5 in ID = 3.78 in L = 11,400 ft Nên: b Re p p N af  0759.0 50 93.3737.0log 50 93.3nlog a p    2690.0 7 737.0log75.1 7 nlog75.1 b p    007126.0 616,6 0759.0 N af 2690.0b Re p p  21 Gradient tổn hao áp suất (dP/dL)p : Tổn hao áp suất trong cần OD = 4.5 in ID = 3.78 in L = 11,400 ft Tổn hao áp suất trong cần : 400,11*05837.0L dL dPP dp dp dp D     D DPdp = 665 psi ft psi05837.0 78.3*81.25 5.12*8*007126.0 D81.25 Vf dL dP 22pp dp         22 Giá trị n của chất lỏng giả dẻo Tổn hao áp suất trong cần nặng Chỉ số Index (K) của chất lỏng: Vận tốc trung bình dòng chảy trong cần nặng (Vdc): OD = 6.5 in ID = 2.5 in L = 600 ft 737.0 39 65log32.3 R Rlog32.3n 300 600 dc              2 n 737.0n 600 dc cm secdyne017.2 022,1 65*11.5 022,1 R11.5K p  sec ft28.18 5.2 280*408.0 D Q408.0V 22dc  23 Độ nhớt hiệu dụng trong cần nặng (mec): Số Reynoldtrong cần nặng (NRec): OD = 6.5 in ID = 2.5 in L = 600 ft Tổn hao áp suất trong cần nặng pp n p p 1n p pedc n4 1n3 D V96 K100                  cP21.38 737.0*4 1737.0*3 5.2 28.18*96017.2*100 737.01737.0 edc                870,13 21.38 5.12*28.18*5.2*928VD928N edc dc Redc     24 OD = 6.5 in ID = 2.5 in L = 600 ft Tổn hao áp suất trong cần nặng Ghi chú: NRe > 2,100, nên Hệ số ma sát trong cần nặng (fdc): b Re dc dc N af  Nên 0759.0 50 93.3737.0log 50 93.3nloga dc  2690.0 7 737.0log75.1 7 nlog75.1b dc  005840.0 870,13 0759.0 N af 2690.0b Re dc dc  25 Giá trị Gradient tổn hao áp suất (dP/dL)dc : Giá trị tổn hao áp suất trong cần nặng: OD = 6.5 in ID = 2.5 in L = 600 ft Tổn hao áp suất trong cần nặng ft psi3780.0 5.2*81.25 5.12*28.18*005840.0 D81.25 Vf dL dP 2 dc 2 dcdc dc         600*3780.0L dL dPP dc dc dc D     D DPdc = 227 psi 26 Tổn hao áp suất trong vòi phun DN1 = 11 32nds (in) DN2 = 11 32nds (in) DN3 = 12 32nds (in)  2222 2 Nozzles 121111 280*5.12*156P  D DPNozzles = 1,026 psi  223N22N21N 2 Nozzles DDD Q156P   D 27 Tổn hao áp suất ngoài vành xuyến đoạn cần nặng DHOLE = 8.5 in ODDC = 6.5 in L = 600 ft Q = 280 gal/min r = 12.5 lb/gal 8.5 in 28 Giá trị (n) của chất lỏng giả dẻo: Chỉ số Index (K) của chất lỏng : Vận tốc trung bình dòng chảy trong Vành xuyến đoạn cần nặng(Va): DHOLE = 8.5 in ODDC = 6.5 in L = 600 ft Tổn hao áp suất ngoài vành xuyến đoạn cần nặng 5413.0 3 20log657.0 R Rlog657.0n 3 100 dca             2 n 5413.0n 100 dca cm secdyne336.6 2.170 20*11.5 2.170 R11.5K dca  sec ft808.3 5.65.8 280*408.0 DD Q408.0V 222 1 2 2 dca     29 Giá trị độ nhớt hiệu dụng trong VX(mea): Số Reynold trong VX đoạn cần nặng (NRea): DHOLE = 8.5 in ODDC = 6.5 in L = 600 ft Tổn hao áp suất ngoài vành xuyến đoạn cần nặng cP20.55 5413.0*3 15413.0*2 5.65.8 808.3*144336.6*100 5413.015413.0 ea                     600,1 20.55 5.12*808.3*5.65.8928VDD928N ea a12 Rea       aa n a a 1n 12 a aea n3 1n2 DD V144K100                 30 Nên DHOLE = 8.5 in ODDC = 6.5 in L = 600 ft Tổn hao áp suất ngoài vành xuyến đoạn cần nặng Ghi chú: NRe < 2,100 Hệ số ma sát trong VX (fa): 01500.0 600,1 24 N 24f aRe a      ft psi05266.0 5.65.881.25 5.12*808.3*01500.0 DD81.25 Vf dL dP 2 12 2 aa a            600*05266.0L dL dPP hole/dc hole/dc hole/dc D      D DPdc/hole = 31.6 psi 31 q = 280 gal/min r = 12.5 lb/gal Tổn hao áp suất ngoài vành xuyến đoạn cần khoan DHOLE = 8.5 in ODDP = 4.5 in L = 11,400 ft 32 Giá trị n của chất lỏng giả dẻo: Chỉ số Index (K) của chất lỏng: Vận tốc trung bình dòng chảy trong Vành xuyến đoạn cần khoan (Va): DHOLE = 8.5 in ODDP = 4.5 in L = 11,400 ft 5413.0 3 20log657.0 R Rlog657.0n 3 100 dpa             2 n 5413.0n 100 dpa cm secdyne336.6 2.170 20*11.5 2.170 R11.5K dpa  sec ft197.2 5.45.8 280*408.0 DD Q408.0V 222 1 2 2 dpa     Tổn hao áp suất ngoài vành xuyến đoạn cần khoan 33 Giá trị độ nhớt hiệu dụng (mea): Số Reynold trong vành xuyến (NRea): aa n a a 1n 12 a aea n3 1n2 DD V144K100                 cP64.97 5413.0*3 15413.0*2 5.45.8 197.2*144336.6*100 5413.015413.0 ea                     044,1 64.97 5.12*197.2*5.45.8928VDD928N ea a12 Rea       Tổn hao áp suất ngoài vành xuyến đoạn cần khoan 34 Nên: psi Ghi chú: NRe < 2,100 Hệ số ma sát trong VX (fa): 02299.0 044,1 24 N 24f aRe a      ft psi01343.0 5.45.881.25 5.12*197.2*02299.0 DD81.25 Vf dL dP 2 12 2 aa a            400,11*01343.0L dL dPP hole/dp hole/dp hole/dp D      D DPdp/hole = 153.2 psi Tổn hao áp suất ngoài vành xuyến đoạn cần khoan 35 Tính toán tổn hao áp suất - TỔNG QUÁT - PPUMP = DPDP + DPDC + DPBIT NOZZLES + DPDC/ANN + DPDP/ANN + DPHYD PPUMP = 665 + 227 + 1,026 + 32 + 153 + 0 PPUMP = 1,918 + 185 = 2,103 psi 36 PPUMP = 1,918 + 185 = 2,103 psi DPHYD = 0 PPUMP = DPDS + DPANN + DPHYD DPDS = DPDP + DPDC + DPBIT NOZZLES = 665 + 227 + 1,026 = 1,918 psi DPANN = DPDC/ANN + DPDP/ANN = 32 + 153 = 185 2,103 psi P = 0 37 Tổn hao áp suất 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 0 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 Tổng chiều dài theo cần, ft G iá tr ị t ổ n h ao á p s u ất , p si Cần khoan Cần Năng Vòi phun Vành xuyến 2,103 psi 38 Áp suất thủy tĩnh trong giếng 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 0 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 Tổng chiều dài theo cần, ft Á p s u ất th ủ y tĩ n h , p si AS đáy Bộ cần khoan Vành xuyến 39 Áp suất trong giếng 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 10,000 0 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 Tổng chiều dài theo cần, ft Á p s u ất , p si Không có tuần hoàn Có tuần hoàn 2,103 psi 40 Sơ đồ áp suất giếng khoan 0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 Áp suất, psi C h iề u s âu g iế n g , ft Bộ cần khoan 2,103 psi 41 Dòng chảy trong cần – chảy tầng Trong ví dụ trên, dòng chảy dung dịch trong cần là chảy rối. Với điều kiện giá trị độ nhớt cao, có thể dòng chảy ở dạng chảy tầng, khi đó: Nếu NRe < 2,100, thì Hệ số ma sát trong cần (fp): pRe p N 16f  D81.25 Vf dL dP 2pp dp       là và 42 ChÕ ®é ch¶y rèi ®­îc thùc hiÖn trong c¸c tr­êng hîp  Kh«ng ®Ó xảy ra xãi lë ®¸ng kÓ thµng giÕng;  §¶m b¶o vËn tèc dßng ch¶y trong kho¶ng kh«ng vµnh xuyÕn lín víi sè Reynold ®¹t chÕ ®é ch¶y rèi (gi¸ trÞ Reynold phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn cô thÓ cña khu vùc);  §¶m b¶o chØ röa s¹ch mïn khoan (mµ kh«ng ph¶i nh÷ng m¶ng sËp lë cña thµnh giÕng);  M¸y b¬m khoan cho phÐp ®¶m b¶o ®­îc l­u l­îng cho tr­íc;  §¶m b¶o gi¸ trÞ vËn tèc dßng ch¶y cao trong kho¶ng kh«ng vµnh xuyÕn lín (kho¶ng 0.84 m/s). 43 Dòng chảy ngoài cần – Chảy rối Trong ví dụ trên, dòng chảy ngoài cần được xem là chảy tầng. Trong trường hợp giá trị độ nhớt thấp, dòng chảy ngoài cần có thể là chảy rối, khi đó. Nếu NRe > 2,100, thì Hệ số ma sát ngoài cần (fa) là:  12 2 aa ann DD81.25 Vf dL dP         Trong đó và b Re a a N af  50 93.3nloga a  7 nlog75.1b a 44 Giá trị lưu lượng Ví dụ Trong trường hợp dòng chảy của dung dịch ở ngoài cần (giữa cần khoan- 4.5” và thân giếng- 8.5”) với tỷ trọng dung dịch là 12.5 lb/gal. Vậy giá trị lưu lượng nhỏ nhất là bao nhiêu để đảm bảo đạt dòng chảy rối? 45 Giá trị lưu lượng Trong vàng xuyến: Q, gal/min V, ft/sec Nre 280 2.197 1,044 300 2.354 1,154 350 2.746 1,446 400 3.138 1,756 450 3.531 2,086 452 3.546 2,099 452.1 3.547 2,100   ea a12 Re VDD928N a    46 Tối ưu hiệu suất thủy lực ở chòong  Với điều kiện đảm bảo làm sạch đáy giếng?  Tối đa công suất thủy lực?  Tối đa lực tác động ở vòi phun? Hiệu quả của hai ý trên đều tăng nếu tăng lưu lượng bơm Tuy nhiên, khi tăng lưu lượng bơm sẽ làm tăng tổn hao áp suất bơm. 47 Tối ưu hiệu suất thủy lực ở chòong  Khi áp suất bơm lớn hơn giới hạn trên của nó thì bất kỳ sự tăng tốc độ dòng chảy ở vòi phun đều làm giảm hiệu suất thủy lực của chòong (về góc độ làm sạch đáy giếng)  Hiệu suất thủy lực của chòong có thể được tăng lên bằng cách giảm kích thước vòi phun  ... Vậy kích thước vòi phun như thế nào là hợp lý? 48 Hîp lý hãa chÕ ®é thñy lùc khoan 49 môc tiªu Môc tiªu cÇn ®¹t ®­îc cña viÖc hîp lý hãa chÕ ®é thñy lùc khoan lµ t¨ng tèc ®é c¬ häc khoan. Thùc tÕ cã hai c¸ch tiÖm cËn nh»m thùc hiÖn môc tiªu trªn, ®ã lµ: 50 c¸c tiÕp cËn thø nhÊt Tèc ®é c¬ häc khoan sÏ ®­îc c¶i thiÖn mét khi hµm l­îng mïn khoan phÝa d­íi choßng lu«n ®­îc t¸ch ra khái ®¸y giÕng mét c¸ch h÷u hiÖu ngay sau khi ®­îc choßng khoan ph¸ hñy. §iÒu ®ã sÏ ®­îc thùc hiÖn mét c¸ch hiÖu qña khi c«ng suÊt thñy lùc HPb (hydraulic power) vßi phun t¹i choßng khoan ®¹t gÝa trÞ cùc ®¹i. 51 c¸ch tiÕp cËn thøc hai L­îng mïn khoan ®­îc t¸ch khái ®¸y giÕng mét c¸ch h÷u hiÖu khi dßng dung dÞch khoan t¸c ®éng lªn ®¸y giÕng khoan víi mét lùc va ®Ëp m¹nh nhÊt. T¸c nh©n chÝnh yÕu ë ®©y lµ t¹o ra lùc va ®Ëp Fi (impact force) cùc ®¹i lªn ®¸y giÕng. 52 kinh nghiÖm thùc tÕ  Ph­¬ng ph¸p phæ biÕn th­êng ¸p dông nh»m t¨ng tèi ®a c«ng suÊt thñy lùc t¹i choßng khoan khi khoan qua c¸c líp ®Êt ®¸ mÒm, chÝnh lµ t¨ng tèi ®a lùc va ®Ëp lªn ®¸y giÕng ®­îc t¹o ra bëi n¨ng l­îng cña tia thñy lùc tõ vßi phun.  Cßn cã nh÷ng c¸ch tiÖm cËn kh¸c bao gåm viÖc t¨ng tèi ®a tèc ®é vßi phun vµ kÕt hîp mét c¸ch hµi hßa gi÷a n¨ng l­îng vßi thñy lùc vµ ®­êng kÝnh choßng khoan. Tuy nhiªn nh÷ng c¸ch lµm nµy Ýt th«ng dông vµ kh«ng phæ biÕn. 53 c«ng thøc tÝnh to¸n Tõ biÓu thøc: Ps = C . Qm Trong ®ã: Ps - tæn hao ¸p suÊt trong hÖ thèng, kPa. Q - l­u l­îng b¬m, m3/s. C - h»ng sè ®Æc tr­ng cho ®iÒu kiÖn cô thÓ cña giÕng khoan. m - hÖ sè mò liªn quan tíi l­u l­îng b¬m. 54 c¸c b­íc tÝnh to¸n TÝnh to¸n gi¸ trÞ h»ng sè C vµ m ®Æc tr­ng cho ®iÒu kiÖn cô thÓ cña giÕng khoan; TÝnh to¸n x¸c ®Þnh c«ng suÊt thñy lùc cùc ®¹i t¹i choßng khoan; X¸c ®Þnh lùc va ®Ëp cùc ®¹i ë ®¸y giÕng. 55 TÝnh to¸n gi¸ trÞ h»ng sè C vµ m Tõ thùc tÕ trong qóa tr×nh khoan giÕng, cã thÓ ghi nhËn ®­îc gi¸ trÞ P1 t­¬ng øng víi Q1 vµ P2 t­¬ng øng víi Q2. Ta cã : Ps1 = C . Qm1 vµ Ps2 = C . Qm2 Suy ra: Ps1/ Ps2 = Q1/Q2)m log (Ps1/Ps2)  m . log (Q1/Q2) m = log (Ps1/Ps2)/log ( Q1/Q2) §Ó t×m C, ta cã Ps1 = C . Qm1 tõ ®ã C = Ps1/Qm1 56 TÝnh to¸n x¸c ®Þnh c«ng suÊt thñy lùc cùc ®¹i t¹i choßng khoan C«ng suÊt thñy lùc cùc t¹i choßng khoan víi sù liªn quan tíi ¸p suÊt b¬m hay tuÇn hoµn vµ sù tæn hao ¸p suÊt trong hÖ thèng ®­îc diÔn gi¶i nh­ sau: Pb = Q . (Pt - Ps) Trong ®ã: Pb - Tæn hao ¸p suÊt t¹i choßng khoan (hay t¹i vßi phun), kPa. Pt- Tæng tæn hao ¸p suÊt hay ¸p suÊt b¬m, kPa. 57  MÆt kh¸c ta cã Ps = C . Qm  Suy ra c«ng suÊt thñy lùc t¹i choßng khoan lµ HPb = Q . (Pt - C . Qm) = PtQ - CQm+1 C«ng suÊt thñy lùc t¹i choßng khoan sÏ ®¹t gÝa trÞ cùc ®¹i khi: (HPb)/Q = 0 Suy ra: Pt - (m+1).C .Qm = 0 => Pt = (m+1) . Ps TÝnh to¸n x¸c ®Þnh c«ng suÊt thñy lùc cùc ®¹i t¹i choßng khoan 58 Ta cßn cã Pt = Pb + Ps nh­ vËy Pt = (m+1) . Ps hoÆc lµ Ps = Pt/(m+1) Tæn hao ¸p suÊt t¹i choßng khoan ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: Pb = Pt - Pt/(m+1) = Pt . (1- 1/(m+1)) hay lµ: Pb = Pt . (m/(m+1)) TÝnh to¸n x¸c ®Þnh c«ng suÊt thñy lùc cùc ®¹i t¹i choßng khoan 59 CÇn l­u ý r»ng khi x¸c ®Þnh l­u l­îng b¬m phï hîp nh»m t¹o ra c«ng suÊt thñy lùc tèi ®a t¹i choßng khoan ®ång thêi ph¶i cung cÊp ®ñ ®éng n¨ng cÇn thiÕt ®Ó duy tr× tèc ®é vµnh xuyÕn tèi thiÓu, ®ñ cho viÖc t¶i mïn khoan hiÖu qña. Tõ c¸c b­íc tÝnh to¸n trªn dÔ dµng nhËn thÊy l­u l­îng thÝch hîp ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: Q = Psm/C TÝnh to¸n x¸c ®Þnh c«ng suÊt thñy lùc cùc ®¹i t¹i choßng khoan 60  §Ó t¹o ®­îc chÕ ®é thñy lùc phï hîp cho c«ng ®o¹n khoan hiÖn t¹i, cÇn x¸c ®Þnh tæng thiÕt diÖn cÇn thiÕt cña vßi phun: Pb = 5.136*1010Q2 / Cm2 A2 Trong ®ã: Pb - Tæn hao ¸p suÊt t¹i vßi phun, kPa.  - Tû träng dung dÞch khoan, kPa/m. Q - L­u l­îng b¬m, m3/s. A - Tæng thiÕt diÖn vßi phun, mm2. Cm - HÖ sè hiÖu dông t­¬ng thÝch cña vßi phun (cho vßi thñy lùc lµ 0,95).  Tõ ®ã ta cã: A2 = 5.136*1010Q2 / Cm2 Pb TÝnh to¸n x¸c ®Þnh c«ng suÊt thñy lùc cùc ®¹i t¹i choßng khoan 61 X¸c ®Þnh lùc va ®Ëp cùc ®¹i ë ®¸y giÕng Lùc va ®Ëp cña dßng xãi ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: Fi = 102 * 106  Q2 / A Trong ®ã: Fi - Lùc va ®Ëp, N. Xem xÐt tr­êng hîp tû träng dung dÞch  ®­îc duy tr× æn ®Þnh, lóc ®ã biÓu thøc x¸c ®Þnh lùc va ®Ëp Fi sÏ lµ: Fi = k.Q2 / A Lóc nµy, h»ng sè k = 102*106 62 Tæn hao ¸p suÊt t¹i choßng khoan sÏ lµ: Pb = k’Q2 / A2 khi k’ =5.136 *1010 / Cm2 Nh­ vËy cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc diÖn tÝch thiÕt diÖn vßi phun cho tr­êng hîp ph¸t huy lùc va ®Ëp cùc ®¹i: A2 = k’ . Q2 / (Pt - C . Qm ) A = ( k’ . Q2 /(pt - C . Qm))1/2 X¸c ®Þnh lùc va ®Ëp cùc ®¹i ë ®¸y giÕng 63 Tõ c¸c b­íc tÝnh to¸n trªn rót ra: Fi = kQ2 (Pt - C Qm )1/2 / (k’Q2)1/2 => Fi = kQ(Pt - C Qm )1/2 / (k’)1/2 Thay k/(k’)1/2 b»ng K, ta cã biÓu thøc rót gän nh­ sau: Fi = K (Pt Q2 - C Qm+2)1/2 §Ó cã lùc va ®Ëp ®¹t tíi gÝa trÞ cùc ®¹i, cÇn ®¹t ®iÒu kiÖn Fi/Q = 0. Suy ra: Fi/Q=0.5K(2PtQ-C(m+2)Qm+1)/(PtQ2- CQm+2)1/2= 0. Tøc lµ: 2Pt Q - C (m+2) Qm+1 = 0 X¸c ®Þnh lùc va ®Ëp cùc ®¹i ë ®¸y giÕng 64  hay 2Pt Q = C (m+2) Qm+1 vµ Pt = (m+2) CQm / 2 hay Pt = (m+2) Ps / 2 ta cã Pb = Pt - Ps nªn Pb = 2 Pt / (m+2). X¸c ®Þnh lùc va ®Ëp cùc ®¹i ë ®¸y giÕng Ví dụ, nếu m = 1.75, khi đó 1/(m+1) = 0.3636 2/(m+2) = 0.5333 Trong trường hợp này, công suất thủy lực đạt giá trị cực đại khoảng 36% giá trị áp suất bơm để thắng lực cản. Lực tác động của vòi phun cực đại khi bằng 53% giá trị áp suất bơm . DPFRICTION 65 Gi¸ trÞ tæn hao (Pcj) ¸p suÊt cÇn thiÕt trong vßi phun thñy lùc cña choßng §­êng kÝnh §é cøng ®Êt ® ¸theo ®ét, MPa choßng, mm 0.5-1 1.1-2.5 2.6-5.0 5.1-10 10.1-20 > 20 161 9-14 14-20 17-37 23-58 46-109 58-144 190 10-15 15-24 19-41 25-63 51-120 63-258 214-243 11-17 17-26 21-44 28-69 56-131 60-174 269 11-17 17-27 21-46 29-71 57-136 71-179 295 14-20 20-32 25-54 34-85 68-160 85-212 320 15-22 22-35 27-58 36-91 73-173 90-227 395 15-23 23-36 28-60 38-94 75-180 94-235 +Gi¸ trÞ thø nhÊt t­¬ng øng víi ®iÒu kiÖn röa s¹ch ®¸y giÕng; +Gi¸ trÞ thø 2- ®ñ ®Ó ph¸ hñy ®Êt ®¸. 66 Hoặc 25.1 25.0 75.1_ 75.0 f d1800 v dL dp   75.4 25.075.175.0 f d624,8 q dL dp   *ghi nhớ rằng chỉ thay đổi nhỏ của đường kính cần, nhưng tổn hao áp suất lại thay đổi rất lớn! (q = const.) Đối với dòng chảy rối 67 Dpf = 11.41 v 1.75 Dòng chảy rối Dpf = 9.11 v Dòng chảy tầng Sử dụng giá trị Dpf tối đa 68 Kinh nghiÖm thùc tiÔn  Tõ kÕt qu¶ thùc nghiÖm, ®Ó ®¶m b¶o t¶i hÕt mïn khoan th× vËn tèc dßng ch¶y trong ®o¹n th©n ngang b»ng 1.5-1.8 lÇn so víi vËn tèc dßng ch¶y trong ®o¹n th©n th¼ng ®øng;  §Ó röa s¹ch ®¸y giÕng ngoµi chÕ ®é tuÇn hoµn, mét yÕu tè hÕt søc quan träng lµ tÝnh chÊt l­u biÕn cña dung dÞch khoan. 69 Tỷ trọng của mùn khoan khoảng 21 lb/gal. Tuy nhiên tỷ trọng dung dịch nhỏ hơn tỷ trọng của mùn khoan (<21 lb/gal) nên khả năng mùn khoan có xu hướng lắng xuống hoặc trượt xuống so với dung dịch khoan. slipf luidparticle VVV  Tỷ trọng & Vận tốc slipV particleV f luid _ V 70 Tốc độ lắng đọng của mùn khoan trong nước Theo API RP 13D p.24 71 Vận tốc trượt - Ví dụ tính toán 1. Tính ns cho mùn khoan 2. Tính Ks cho mùn khoan 2 n 5413.0S cm secdyne336.6 2.170 20*11.5K  5413.0 3 20log657.0nS             3 100 S R Rlog657.0n sn 100 S 2.170 R11.5K  72 3. Giả sử cho một giá trĩ vận tốc trược của mùn khoan, Vs Giả sử Vs = 1 ft/sec 4. Tính giá trị: gs p S S D V12  1 S sec0.245.0 1*12  Vận tốc trượt - Ví dụ tính toán 73 Vận tốc trượt - Ví dụ tính toán 5. Tính độ nhớt hiệu dụng tương ứng: 1n sses sK100   15413.0 es 24*336.6*100  cp5.147es  74 Vận tốc trượt - Ví dụ tính toán 6. Tính vận tốc trượt của mùn khoan, Vs Vs = 0.8078 ft/sec Lặp lại các bước 4-6                          +          = 1 D 1D465,161 D 01344.0V 2 es pp p p es s                     +     = 1 48.147 5.12*5.01 5.12 5.225.0*465,161 5.12*5.0 48.14701344.0V 2 s 75 Vận tốc trượt - Ví dụ tính toán Vs = 0.8078 ft/sec 4. gs = 19.386 sec-1 5. es = 162.65 cp 6. Vs = 0.7854 ft/sec Tính lại lần 2 - ta có: 4. gs = 18.849 sec-1 5. es = 164.75 cp 6. Vs = 0.7823 ft/sec Tính lại lần 3 - ta có: Vs = 0.7854 ft/sec 76 Vận tốc trượt - Ví dụ tính toán Vs = 0.7823 ft/sec 4. gs = 18.776 sec-1 5. es = 165.04 cp 6. Vs = 0.7819 ft/sec Tính lại lần 4 - ta có: Slip Velocity, Vs = 0.7819 ft/sec { Vs = 1.0, 0.808, 0.782, 0.782 ft/sec } 77 Tỷ trọng tương đương (ECD) (ví dụ) Tỷ trọng dung dịch = 15.0 lb/gal Chiều sâu giếng thẳng đứng = 15,000 ft Tổn hao áp suất ngoài vành xuyến = 300 psi Hoặc: 0.052 * 15.38 * 15,000 = 12,000 psig Áp suất tĩnh tại đáy giếng = 0.052*15*15,000=11,700 psig Áp suất động tại đáy giếng = 11,700 + 300 = 12,000 psig Giá trị tỷ trọng tương đương (ECD)= Circ. BHP / (0.052 * TVD) = 12,000 / (0.052 * 15,000) ECD = 15.38 lb/gal 78 X¸c ®Þnh gi¸ trÞ l­u l­¬ng b¬m Q  Gi¸ trÞ t­¬ng ®èi cña Q ®­îc thùc hiÖn th«ng qua ph­¬ng ph¸p ®å thÞ b»ng c¸ch t×m ®iÓm c¾t nhau cña ®­êng cong:y=Pcj + biQ2, i=1, 2, 3, 4. víi ®­êng hyperbolic: z= n(698Nm/Q) khi n=1 vµ n=2.  Gi¸ trÞ Q kh«ng ®­îc cao h¬n gi¸ trÞ Qmax., víi gi¸ trÞ nµy cã thÓ xÈy ra ph¸ vì vØa. Trong ®ã: G- gradient ¸p suÊt ph¸ vì vØa nhá nhÊt, Pa/m; dd- tû träng dung dÞch khoan, kg/m3  Q Q G g H b b dd   max. ,  3 4 79 000E+ 0 5E+ 6 10E+ 6 15E+ 6 20E+ 6 25E+ 6 0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 L­u l­îng m¸y b¬m dung dÞch khoan, m3/c Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh gi¸ trÞ l­u l­îng b¬m b»ng ®å thÞ 80 Gi¸ trÞ tÝnh to¸n Q ®­îc so s¸nh víi gi¸ trÞ tra b¶ng cã tÝnh ®Õn hÖ sè lÊp ®Çy (thÓ tÝch) =0.9 vµ lùa chän gi¸ trÞ gÇn s¸t víi gi¸ trÞ l­u l­îng lµm viÖc nhá nhÊt cña m¸y b¬m Qb, còng nh­ ®iÒu chØnh ®­êng kÝnh xi lanh vµ ¸p suÊt lµm viÖc cho phÐp cña m¸y b¬m. TÝnh to¸n tæng diÖn tÝch vßi phun thñy lùc cña choßng (m2): f Q Pb dd c0 12 * / 81  TÝnh to¸n gi¸ trÞ lín nhÊt vµ nhá nhÊt cña lùc c¾t ®éng (Pa): 0 max. = Qhd2dd / 324 Fk2 ; 0 min. = Qhd2dd / 625 Fk2 . Trong ®ã: Fk- diÖn tÝch thiÕt diÖn vµnh xuyÕn sau cÇn khoan, m2.  TiÕp theo lµ x¸c ®Þnh gi¸ trÞ cho phÐp nhá nhÊt cña ®é nhít dÎo (Pa.gi©y) min. = (18 + 0 min.) / 4500; 82 Lùa chän c¸c chØ sè thñy lùc Víi kÕt qu¶ tÝnh to¸n cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc 2 gi¸ trÞ Q t­¬ng øng víi 2 gi¸ trÞ Pc1 vµ Pc2 , ®­îc kiÓm chøng qua c¸c gi¸ trÞ lùc c¾t ®éng vµ ®é nhít dÎo. Còng chÝnh tõ ®©y ®· nÈy sinh ra nhiÖm vô cÇn thiÕt ph¶i gi¶i bµi to¸n tèi ­u ®a thµnh phÇn ®Ó lùa chän ch­¬ng tr×nh thñy lùc b¬m röa giÕng khoan; 83 Lùa chän c¸c chØ sè thñy lùc C¸c chØ sè tèi ­u nh­ sö dông hiÖu qu¶ vßi phun thñy lùc cã tÝnh ®Õn tÝnh chÊt c¬-lý cña ®Êt ®¸, n©ng cao c¸c chØ tiªu lµm viÖc cña choßng, b¶o ®¶m chuyÓn t¶i lªn hÕt mïn khoan, sö dông hiÖu qu¶ c«ng suÊt thñy lùc cña hÖ thèng m¸y b¬m ®­îc tÝnh to¸n th«ng qua gi¸ trÞ tèi thiÓu cña hµm môc ®Ých. 84 BµI to¸n tèi ­u trong chÕ ®é dßng ch¶y rèi cña dung dÞch ë kho¶ng kh«ng vµng xuyÕn       P gH H D d D d D d HQ v F gH Q v F d dd n n n m c dd m c                 6 0 2 2 2 min. 85 §ång thêi c¸c giíi h¹n cã d¹ng: -®èi víi chÕ ®é dßng ch¶y:    Q F D d D dk dd n n dd                        2100 7 3 0 2 2 0 58 . ; . 86 -§èi víi kh¶ n¨ng lo¹i bá mïn khoan:    Q D d F d D d D d F Q n dd k n n k                  0 0 63 0200 6 . ; -§èi víi hiÖu qu¶ vßi phun thñy lùc:    P Qf Pcd d c dd cd t 1 45 2 0 2. ;  87 -§èi víi vßi phun thñy lùc cho tr­êng hîp kÝch th­íc cô thÓ: [f0]d  f0  [f0]t ; -§èi víi sè l­îng m¸y b¬m: n=1 hoÆc n=2; -§èi víi l­u l­îng m¸y b¬m: a[Q]dn  Q a[Q]tn; a= (1.35  35) 10-5 dd; 88 -§èi víi c«ng suÊt thñy lùc cña nhãm m¸y b¬m:      3 10 0 028 8 0 054 8 167 1 2 0 775 5 2 2 5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4 2 0 2 0 2 * . * . * * * . . ;            dd t dd n n dd m c dd m c t c dd t t dd m Q d H Q HQ D d D d v F Q v F d d H l l Q d Q f N n Q                                 89 -§èi víi tÝnh bÒn v÷ng cÊu tróc (®«ng tô) cña dung dÞch khoan: 4500 - 0  18; -§èi víi tû träng dung dÞch cã tÝnh ®Õn gi¶m ¸p suÊt (Dpk) trong th©n giÕng khi kÐo bé cÇn khoan: dd  Gi / g - Dpk / gH (i=1, 2); 90 -§èi víi ¸p suÊt khi khëi ®éng m¸y b¬m: 4 1 0H D d g H G gn d d     ; -§èi víi tû träng dung dÞch cã tÝnh ®Õn t¨ng ¸p suÊt (Dpth) trong th©n giÕng khi thả bé cÇn khoan: dd  G / g - Dpth / gH ; 91 -§èi víi kh¶ n¨ng t¶i mïn khoan cña dung dÞch:       1 0 6  d gdd . 92 DUNG DỊCH KHOAN 93 Lùa chän dung dÞch khoan cÇn chó ý  §¶m b¶o tÝnh æn ®Þnh cña thµng giÕng;  §¶m b¶o röa s¹ch th©n giÕng;  Lo¹i bá kh¶ n¨ng kÑt cÇn do chªnh ¸p;  Kh«ng lµm tæi h¹i ®Õn chÊt l­îng khai th¸c cña tÇng s¶n phÈm;  Gi¶m thiÓu m« men quay vµ lùc ma s¸t däc trôc;  Trªn c¬ së nh÷ng yªu cÇu trªn, cÇn thiÕt lùc chän ®¬n pha chÕ phï hîp nhÊt. 94 c¸c hÖ dung dÞch øc chÕ sÐt HÖ dung dÞch polime-sÐt trªn nÒn Lignosulfonat; HÖ dung dÞch polime-sÐt øc chÕ phÌn nh«m kali (AKK); HÖ dung dÞch polime-sÐt øc chÕ trªn nÒn hîp chÊt silic h÷u c¬ (hÖ dung dÞch kþ n­íc); HÖ dung dÞch polime víi hµm l­îng pha r¾n thÊp. 95 HÖ dung dÞch polime-sÐt trªn nÒn Lignosulfonat Lµ hÖ dung dÞch ph©n t¸n øc chÕ b»ng c¸c hãa phÈm gèc lignosulfonat (ferocrom- lignosulfonat - FCL hoÆc cromlignosulfonat - CL). §©y lµ hÖ dung dÞch cã ®é bÒn nhiÖt vµ bÒn muèi cao (10- 15 %). MÆc dÇu vËy, hÖ dung dÞch nµy cã ®­îc t¸c n¨ng øc chÕ rÊt h¹n chÕ nªn kh«ng thÓ khèng chÕ ®­îc kh¶ n¨ng ph©n t¸n cña kho¸ng sÐt. 96 §¬n pha chÕ hÖ dung dÞch polime-sÐt lignosulfonat Tªn gäi hãa phÈm (th­¬ng phÈm) Chøc n¨ng cña hãa phÈm Tiªu hao hãa phÈm, kg/m3 dd khoan SÐt bét t¹o cÊu tróc ban ®Çu 60-80 ChÊt lµm nÆng: BarÝt t¨ng tû träng dung dÞch theo sè liÖu tÝnh to¸n ChÊt æn ®Þnh: CMC-LV, CMC-HV ®iÒu hßa n­íc d­ 15-20 ChÊt lµm lo·ng: FCL ®é nhít, n­íc d­ 15-30 Bactericid: VIETBAC- 21 diÖt khuÈn 1-1.5 ChÊt b«i tr¬n: VIETLUB VIETLUB-150 b«i tr¬n 20-30 20-30 Phô gia ®Æc biÖt: Grafit NaOH Ca(OH)2 b«i tr¬n th¶ èng ®iÒu chØnh pH kÕt tña Ca++ 10-15 5-7 7-8 97 HÖ dung dÞch polime-sÐt øc chÕ phÌn nh«m kali (AKK)  §©y lµ hÖ dung dÞch cã nhiÒu thµnh phÇn øc chÕ kh¸c nhau. Ngoµi hîp chÊt lignosulfonat, phÌn nh«m kali lµ t¸c nh©n øc chÕ bæ sung trong hÖ;  C¸c cation kali (K+) vµ nh«m (Al3+) ®ãng vai trß chñ yÕu trong qu¸ tr×nh øc chÕ sÐt;  HiÖu qu¶ øc chÕ ®¹t ®­îc nhê sù khèng chÕ cña c¸c cation kali vµo cÊu tróc ph©n tö kho¸ng sÐt vµ lµm gi¶m kh¶ n¨ng thñy hãa bÒ mÆt kho¸ng sÐt;  Cßn hydroxit nh«m tån t¹i trong dung dÞch, hÊp thô mét phÇn l­îng n­íc trªn bÒ mÆt cña kho¸ng sÐt trong mïn khoan, c¶n trë tÝnh chÊt ph©n t¸n cña kho¸ng sÐt trong dung dÞch. 98 §¬n pha chÕ cña hÖ dung dÞch polime- sÐt øc chÕ phÌn nh«m kali Tªn gäi hãa phÈm (th­¬ng phÈm) Chøc n¨ng cña hãa phÈm Tiªu hao hãa phÈm, kg/m3 dd khoan SÐt bét t¹o cÊu tróc ban ®Çu 60-70 ChÊt lµm nÆng: BarÝt t¨ng tû träng dung dÞch theo sè liÖu tÝnh to¸n ChÊt øc chÕ: AKK øc chÕ 5-6 ChÊt æn ®Þnh: CMC-LV, CMC-HV ®iÒu hßa n­íc d­ 10-20 ChÊt lµm lo·ng: FCL ®é nhít, n­íc d­ 25-35 Bactericid: VIETBAC-21 diÖt khuÈn 1-1.5 ChÊt b«i tr¬n: VIETLUB VIETLUB-150 b«i tr¬n 20-30 20-30 Phô gia ®Æc biÖt: Grafit NaOH Ca(OH)2 b«i tr¬n th¶ èng ®iÒu chØnh pH kÕt tña Ca++ 10-15 5-7 5-7 99 HÖ dung dÞch polime-sÐt øc chÕ trªn nÒn hîp chÊt silic h÷u c¬ (hÖ dung dÞch kþ n­íc) §©y lµ hÖ dung dÞch ®­îc dïng ®Ó khoan c¸c giÕng khai th¸c vµ th¨m dß trong c¸c trÇm tÝch kh¸c nhau mµ c¸c trÇm tÝch nµy ®­îc ®Æc thï bëi hµm l­îng sÐt cao, bao gåm (®Õn 80%) tÝnh chÊt g¾n kÕt cao vµ tiÒm n¨ng kÐm bÒn, nh­ trong c¸c ®Êt ®¸ r¾n ch¾c sÐt v«i vµ sÐt bét kÕt. . . , còng nh­ ®Ó më vØa s¶n phÈm 100 §¬n pha chÕ cña hÖ dung dÞch polime-sÐt øc chÕ hîp chÊt silic h÷u c¬ (HÖ dung dÞch kþ n­íc) Tªn gäi hãa phÈm (th­¬ng phÈm ) Chøc n¨ng cña hãa phÈm Tiªu hao hãa phÈm , kg/m 3 dd khoan SÐt bét t¹o cÊu tróc ban ®Çu 50-60 ChÊt lµm nÆng: BarÝt t¨ng tû träng dung dÞch theo sè liÖu tÝnh to¸n ChÊt øc chÕ: K R-22 øc chÕ 18-20 ChÊt æn ®Þnh: CM C-LV, CM C-HV PAA ®iÒu hßa n­íc d­ t¹o keo 15-20 0.2-0.5 ChÊt lµm lo·ng: FCL ®é nhít, n­íc d­ 15-20 ChÊt ho¹t tÝnh bÒ m Æt: VIETPAV gi¶m lùc c¨ng m Æt ngoµi 3-5 Bactericid: VIETBAC-21 diÖt khuÈn 1-1.5 ChÊt b«i tr¬n: V IETLU B VIETLU B-150 b«i tr¬n 20-30 20-30 Phô gia ®Æc biÖt: G rafit Ca(OH)2 b«i tr¬n th¶ èng kÕt tña Ca++ 10-12 5-7 101 HÖ dung dÞch polime víi hµm l­îng pha r¾n thÊp  §©y lµ dung dÞch gèc n­íc polime ph©n tö cao víi phô gia pha r¾n thÊp (nhá h¬n 3%);  Hµm l­îng pha r¾n nhá trong dung cho phÐp nhËn ®­îc hÖ dung dÞch cã tû träng thÊp mµ tÝnh chÊt nµy cña dung dÞch lµ mét th«ng sè hÕt søc qua träng trong khoan ë c¸c trÇm tÝch hoÆc vØa cã ¸p suÊt dÞ th­êng thÊp;  HÖ dung dÞch nµy chØ cã tÝnh æn ®Þnh vµ bÒn v÷ng c¸c tÝnh chÊt l­u biÕn khi nhiÖt ®é vØa kh«ng cao h¬n 120 0C. 102 §¬n pha chÕ cña hÖ dung dÞch polime víi hµm l­îng pha r¾n thÊp Tªn gäi hãa phÈm (th­¬ng phÈm) Chøc n¨ng cña hãa phÈm Tiªu hao hãa phÈm, kg/m3 dd khoan Pha r¾n: SÐt bét t¹o cÊu tróc ban ®Çu 15-20 ChÊt æn ®Þnh: CMC-700 (CMC-LV) ®iÒu hßa n­íc d­ 15-20 ChÊt cÊu tróc ban ®Çu: VIETPOL (XANTANGUM) (THIXOPOL) t¹o cÊu tróc ban ®Çu 3-5 3-5 3-5 ChÊt t¹o keo: PAA t¹o keo 0.3-0.8 ChÊt øc chÕ: KR-22 øc chÕ 18-20 ChÊt ho¹t tÝnh bÒ mÆt: VIETPAV gi¶m lùc c¨ng mÆt ngoµi 3-5 Bactericid: VIETBAC-21 diÖt khuÈn 1-1.5 ChÊt b«i tr¬n: VIETLUB VIETLUB-150 b«i tr¬n 20-30 20-30 Phô gia ®Æc biÖt: Grafit Ca(OH)2 b«i tr¬n th¶ èng kÕt tña Ca++ 10-15 7-10 103 D¹ng øc chÕ sÐt cña dung dÞch khoan Bao bäc (+ liªn kÕt ion-m¹ch ph©n tö ng¾n; + t¹o mµng); Ph©n t¸n (+ph©n t¸n do liªn kÕt ion-m¹ch ph©n tö dµi); Liªn kÕt trãi buéc (rµng buéc): cation kim lo¹i xen kÏ; Liªn kÕt keo tô:KÕt ®¸m, kÕt b«ng (liªn kÕ ion, c«ng hãa trÞ, ®ång trïng hîp). 104 C¬ chÕ øc chÕ sÐt cña dung dÞch khoan  Nguyªn t¾c øc chÕ:  øc chÕ trªn bÒ mÆt  øc chÕ bªn trong cÊu tróc « l­íi.  C¬ chÕ øc chÕ:  øc chÕ sÐt trªn c¬ chÕ hãa häc : liªn kÕt hãa häc (ion tÜnh ®iÖn tr¸i dÊu, céng hãa trÞ, ®ång trïng hîp);  øc chÕ sÐt trªn c¬ chÕ hãa-lý: liªn kÕt t¹o mµng. 105 Dung dÞch gèc dÇu ¦u ®iÓm: • Møc tiªu hao hãa phÈm thÊp; • TÝnh b«i tr¬n cao, h¹n chÕ mßn thiÕt bÞ; • Cã tÝnh bÒn nhiÖt; • TÝnh øc chÕ thµnh hÖ sÐt cao; • B¶o toµn tÝnh chÊt vØa. H¹n chÕ: • Gi¸ thµnh cao; • G©y ch¸y næ, « nhiÔm m«i tr­êng; • ¶nh h­ëng vµ h¹n chÕ hiÖu qu¶ ®o §VL ( nhÊt lµ c¸c ph­¬ng ph¸p ®o ®iÖn) 106 HÖ dung dÞch øc chÕ Polimer phi sÐt  HÖ dung dÞch gèc n­íc kh«ng ph©n t¸n øc chÕ;  ChÊt t¹o cÊu tróc vµ t¹o nhít lµ c¸c biopolime sinh häc (Guagum, Xanthangum, Xanvis, hoÆc c¸c chÕ phÈm t­¬ng tù);  ChÊt phô gia øc chÕ sÐt trong hÖ nµy th­êng tõ 2 chÊt trë lªn ( muèi KCl, PHPA, Cån ete hoÆc Este-poly hoÆc polyplyrolenglycol, c¸c polimer aniomic, tinh bét biÕn tÝnh);  HÖ nµy sö dông tèt nhÊt lµ khi khoan qua c¸c hÖ tÇng sÐt ho¹t tÝnh. 107 HÖ dung dÞch Polimer ¸ kim Ýt sÐt (HÖ Visplex) ¦u ®iÓm: • Cã kh¶ n¨ng t¶i mïn khoan tèt, cã tÝnh huyÒn phï ®ång nhÊt vµ tøc thêi; • Kh«ng nhiÔm bÈn tÇng s¶n phÈm; • Lo¹i trõ ®­îc hiÖn t­îng tÝch tù vµ l¾ng ®äng cña mïn khoan ë nh÷ng ®o¹n cã gãc nghiªng lín; • B«i tr¬n tèt, cã ®Æc tÝnh t¹o mµng bäc tèt HÖ nµy ®­îc sö dông tèt khi khoan qua hÖ tÇng ®Êt ®¸ nøt nÎ phi sÐt hoÆc tÇng c¸t kÕt r¾n ch¾c hoÆc Ýt r¾n ch¾c. 108 Dung dÞch dÇu tæng hîp C¸c hÖ mang tªn th­¬ng phÈm nh­: • Aquamagic (Baker Hughes); • Ultidrill (Schlumberger); • Ancoquat (MI)... 109 C¸c chØ sè tÝnh chÊt dung dÞch ¶nh h­ëng trùc tiÕp vµo kh¶ n¨ng sËp lë vµ tr­¬ng në cña c¸c trÇm tÝch sÐt thµnh hÖ ChØ sè n­íc d­ thõa trong dung dÞch, lµ ®¹i l­îng trùc tiÕp lµm thay ®æi ®é Èm cña sÐt thµnh hÖ; ë ®©y: D - ho¹t tÝnh thÈm thÊu cña pha n­íc dung dÞch vµ n­íc vØa khi tiÕp xóc, ®­îc x¸c ®Þnh b»ng hiÖu cña ¸p suÊt thÈm thÊu cña hai pha, MPa; Wact - sè l­îng bë rêi phô thuéc vµo n­íc tham gia trong qu¸ tr×nh trao ®æi, theo c«ng thøc Spravetliv D =125 MPa vµ Wact = 224%, Tû träng dung dÞch cã t¸c dông ®iÒu hßa (øc chÕ) ¸p suÊt lç rçng trong ®Êt ®¸        D D D30 0 475 0 18 0 0056 0 0169    . . . . ,    W W act act 110 ¸p suÊt thÈm thÊu phô thuéc vµo ®é kho¸ng hãa n­íc vØa b»ng tû lÖ: D = 0.0714Cnv Kho¸ng hãa n­íc vØa Cnv phô thuéc vµo tû träng cña sÐt () ë chiÒu s©u vØa vµ ®iÒu kiÖn t¹o thµnh sÐt vµ cã thÓ tÝnh to¸n theo c«ng thøc sau: • cho trÇm tÝch thÒm lôc ®Þa: Cnv = 181 exp[-11.7(1-0.3704)]; • cho trÇm tÝch ®Çm lÇy: Cnv = 140 exp[-5.4(1-0.3704)]; • cho trÇm tÝch biÓn: Cnv = 173.6 exp[-4.47(1-0.3704)]; 111 ¸p suÊt thÈm thÊu pha n­íc cña mét sè hÖ dung dÞch khoan HÖ dung dÞch ¸p suÊt thÈm thÊu pha n­íc cña dung dÞch sÐt gèc n­íc 0.2-1.0 sÐt khèng chÕ n­íc d­ <1.0 lignosulfonat 1.0-1.5 v«i 1.5-2.5 gipx¬ 1.5-2.5 clorua canxi 1.5-4.5 clorua kali 2.5-5.0 phÌn nh«m 1.0-4.0 phÌn nh«m ( muèi kho¸ng ) 3.0-20.0 silicat 3.0-6.0 Ýt sÐt (polime) 1.0-2.0 nhò t­¬ng gèc dÇu 2.0-30.0 vµ lín h¬n 112  Sè l­îng bë rêi phô thuéc vµo n­íc Wact ®­îc tÝnh to¸n nh­ lµ mét phÇn ®é Èm cña sÐt: Wact = n W ë ®©y: n - Gi¸ trÞ ®é Èm cña sÐt, tham gia vµo qu¸ tr×nh trao ®æi n­íc; W - toµn bé ®é Èm cña sÐt ë chiÒu s©u H. n phô thuéc vµo tû träng cña sÐt: n = -0.52 + 1.45 - 0.2 khi   2.2; n = -1.762 + 6.73 - 5.71 khi  > 2.2.  §é Èm cña sÐt trong ®iÒu kiÖn vØa cã thÓ lÊy b»ng hÖ sè ®é rçng t­¬ng øng víi tû träng: W = ( 1 - 0.3704 ) 100. 113 Tû träng Giíi h¹n cña dung dÞch min = grad Plr - 10-4(184 - 918 grad Plr - 6.2T + 10.730 + 0.5 1 - 10) [ t / (5.4 + 0.8t)], ë ®©y: grad Plr - gradient ¸p suÊt lç rçng ®Êt ®¸, g/cm3; T- ®é nhít ®éng, gi©y; 30 - chØ sè n­íc d­ cña dung dÞch ®­îc ®o trong 30 phót, cm3; 1, 10 - t­¬ng øng víi øng suÊt lùc c¾t tÜnh cña dung dÞch ®­îc ®o trong 1 vµ 10 phót, dPa; t - thêi gian giÕng kh«ng cã tuÇn hoµn, giê. max.  grad Pvv -  grad Pvv / (1- ), ë ®©y: grad Pvv - gradient ¸p suÊt ph¸ vì vØa; Pvv = grad Plr +  ( grad P®t - grad Plr ) / (1- ); - hÖ sè Poisson;  = 0.0781 exp 0.6  114 Thêi gian bÒn v÷ng cña thµnh hÖ vµ thµnh giÕng khoan ë ®©y: t,Dp30 - chØ sè n­íc d­ cña dung dÞch ®­îc ®o ë m«i tr­êng ¸p suÊt, nhiÖt ®é cña vØa, cm3; Dt - ho¹t tÝnh thÈm thÊu tiÕp xóc pha láng ®­îc thùc hiÖn ë m«i tr­êng ¸p suÊt, nhiÖt ®é cña vØa, MPa; W, Wact - t­¬ng øng ®é Èm vµ ®é Èm ho¹t tÝnh cña sÐt vØa; Wcr - ®é Èm tíi h¹n cña sÐt vØa mµ t¹i gi¸ trÞ nµy ®é bÒn v÷ng cña sÐt vØa chuyÓn ®æi tr¹ng th¸i nµy sang tr¹ng th¸i kh¸c.       t W W W W cr t p act t p t t act     115 7 0 0056 0 0169 0 01830 30 . . . . ,, ,  D DD D  