MỞ ĐẦU Sự mất ổn định sét thành hệ là một trong những trở ngại lớn nhất và thường gặp phải trong quá trình khoan. Một hệ dung dịch khoan ức chế cần có khả năng hạn chế sự trương nở của sét, vốn là nguyên nhân chính dẫn đến mất ổn định thành hệ, tuy nhiên khi thi công giếng khoan tại các khu vực với điều kiện địa chất, đặc tính đất đá khác nhau thì mỗi hệ dung dịch sẽ có những biểu hiện, hiệu quả khác nhau. Chính vì thế trong quá trình thi công giếng khoan, việc xử lý, phòng ngừa các phức tạp, sự cố liên quan đến mất ổn định thành giếng luôn rất được chú trọng, đầu tư nghiên cứu và xem xét đề xuất các phương án, biện pháp kỹ thuật phù hợp. Các loại dung dịch khoan phổ biến hiện nay như dung dịch khoan gốc dầu (OBM), dung dịch khoan tổng hợp (SBM) và dung dịch khoan gốc nước ức chế cao (HPWBM) đều có những ưu điểm, bản chất, cơ chế vận hành khác nhau, nhưng cũng không thể loại trừ hoàn toàn những phức tạp liên quan đến sét thành hệ.
Phần lớn các phức tạp khoan liên quan đến khả năng hấp thụ nước và trương nở của sét thành hệ. Từ trước đến nay, dung dịch khoan gốc nước WBM đã và đang là sự lựa chọn tối ưu và phổ biến nhất tại các giếng khoan thuộc mỏ Bạch Hổ được thi công bởi Liên doanh Việt – Nga Vietsovpetro, do phù hợp với quy mô sản xuất, vận hành cũng như điều kiện cơ sở vật chất hiện có của liên doanh, đảm bảo tối ưu cho an toàn và môi trường sinh thái. Trong những năm gần đây, dung dịch khoan WBM luôn được các nhà khoa học trên toàn thế giới quan tâm, nghiên cứu, phát triển, đặc biệt chú trọng vào khả năng ức chế trương nở sét, nhằm không ngừng nâng cao chất lượng cũng như đáp ứng yêu cầu thực tế khi thi công và xây dựng các giếng khoan dầu khí, trong bối cảnh công tác khoan thăm dò ngày càng gặp nhiều khó khăn, thách thức. Tuy nhiên, trong môi trường với hàm lượng nước cao như WBM, sự hấp thụ nước vẫn tiếp tục xảy ra và cấu trúc sét sẽ dần bị phá hủy theo thời gian gây ra mất ổn định thành giếng.
Chính vì vậy, việc nghiên cứu các chủng loại hóa chất mới có tác dụng ức chế sét và kết hợp với các chất ức chế đặc trưng từ trước đến nay, đóng một vai trò rất quan trọng trong việc không ngừng phát triển và cải thiện chất lượng hệ dung dịch gốc 1 nước ức chế cao. Từ ý tưởng xuất phát từ nhu cầu thực tiễn trong thi công giếng khoan dầu khí, tác giả đã quyết định lựa chọn đề tài: “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HÓA PHẨM ỨC CHẾ GỐC POLYAMINE TRONG HỆ DUNG DỊCH KHI KHOAN ĐỊA TẦNG SÉT HOẠT TÍNH VÙNG MỎ BẠCH HỔ” làm luận văn tốt nghiệp chương trình Thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật Dầu khí. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của Luận văn - Đề tài nghiên cứu được thực hiện với mục đích: kiểm tra, phân tích, lựa chọn và đánh giá hiệu quả hoạt động của chủng loại hóa phẩm ức chế sét mới, được đưa vào thành phần hệ dung dịch khoan gốc nước ức chế cao KGAC Plus M1 (hệ ức chế sét hiệu quả nhất hiện nay của Vietsovpetro), nhằm đưa vào áp dụng thực tế khi thi công các giếng khoan trong địa tầng chứa sét hoạt tính trương nở mạnh, tại khu vực mỏ Bạch Hổ. - Đối tượng được lựa chọn nghiên cứu: hóa phẩm ức chế gốc polyamine và khả năng áp dụng trong hệ dung dịch khoan KGAC Plus M1, sau quá trình nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và thử nghiệm công nghệ có thể kết luận về hiệu quả ứng dụng hóa phẩm này khi khoan qua các địa tầng chứa sét trương nở mạnh tại mỏ Bạch Hổ - Phạm vi nghiên cứu là các chủng loại hóa phẩm ức chế gốc polyamine phổ biến trên thị trường và được thương mại hóa, từ nhà sản xuất trong nước và quốc tế, từ đó lựa chọn được hóa phẩm phù hợp nhất.
Nội dung nghiên cứu Các nội dung được tập trung nghiên cứu trong đề tài bao gồm: - Tổng quan cơ sở lý thuyết về địa tầng sét tại khu vực mỏ Bạch Hổ, cơ chế trương nở sét; các loại chất ức chế phổ biến trong dung dịch khoan gốc nước và cơ chế hoạt động tương ứng. 2 - Tham khảo các công trình, bài báo khoa học trong nước và trên thế giới của các nhà nghiên cứu về những đề tài liên quan, nhằm xây dựng chương trình thí nghiệm phù hợp, thiết thực nhất nhằm so sánh, đánh giá các loại ức chế gốc amine. - Nghiên cứu tính chất đặc trưng, biểu hiện của hóa phẩm ức chế sét gốc polyamine trong điều kiện phòng thí nghiệm, lựa chọn ra chủng loại phù hợp để đưa vào hệ dung dịch khoan ức chế sét KGAC Plus M1, là hệ dung dịch tốt nhất đang được sử dụng phổ biến tại Vietsovpetro. - Nghiên cứu hiệu quả của mẫu hóa phẩm polyamine được lựa chọn trong hệ dung dịch KGAC Plus M1, nhằm tiến tới thử nghiệm tại giếng khoan.
- Dựa trên kết quả ghi nhận được từ giai đoạn thử nghiệm thực tế, đánh giá độ ổn định của thành giếng, tính chất dung dịch khoan gốc nước được bổ sung chất ức chế gốc polyamine, đánh giá hiệu quả về mặt kỹ thuật cũng như kinh tế trước và sau khi áp dụng chủng loại hóa phẩm ức chế trên, đồng thời rút ra các bài học kinh nghiệm thông qua thử nghiệm tại giếng đầu tiên, đề xuất chương trình thử nghiệm phù hợp và hiệu quả hơn cho các giếng tiếp theo. Phương pháp nghiên cứu - Tổng hợp và phân tích các tài liệu nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về hóa phẩm ức chế gốc amine, để lựa chọn ra chủng loại phù hợp cho hệ dung dịch khoan gốc nước KGAC Plus M1. - Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm để phân tích các biểu hiện của chất ức chế khi hoạt động riêng rẽ và khi sử dụng kết hợp với các loại hóa phẩm khác trong dung dịch khoan gốc nước KGAC Plus M1. - Thử nghiệm công nghiệp loại chất ức chế gốc polyamine được lựa chọn sử dụng trong hệ dung dịch KGAC Plus M1, tại một giếng khoan thực tế của Vietsovpetro, nơi tiềm ẩn nguy cơ phức tạp do thành phần sét trương nở mạnh trong địa tầng, từ đó đánh giá hiệu quả và tiềm năng để áp dụng rộng rãi loại ức chế trên như một thành phần chủ chốt trong hệ dung dịch khoan gốc nước ức chế cao.
3 Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu, so sánh các chủng loại ức chế gốc polyamine nhằm đưa ra những nhận xét, đánh giá khách quan về hiệu quả ức chế trương nở sét của chúng, cũng như tiềm năng áp dụng trong một hệ dung dịch khoan gốc nước hoàn chỉnh. Nghiên cứu, lựa chọn được hóa phẩm ức chế gốc polyamine phù hợp nhất, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật được đặt ra, đồng thời thể hiện đặc tính ức chế thông qua các thí nghiệm mô phỏng sự tương tác giữa chất ức chế này trong dung dịch khoan với sét hoạt tính trong các điều kiện, môi trường khác nhau. Ý nghĩa thực tiễn Việc nghiên cứu, đánh giá và tìm ra được loại ức chế gốc polyamine phù hợp, sẵn có trên thị trường, sẽ góp phần nâng cao chất lượng của hệ dung dịch khoan gốc nước ức chế cao, áp dụng trong thi công các giếng khoan với điều kiện địa chất cụ thể tại khu vực mỏ Bạch Hổ, ngoài ra còn có thể giảm bớt chi phí thời gian thi công giếng khoan, công sức xử lý, pha trộn dung dịch khi thi công cũng như khi có phức tạp xảy ra. Thực hiện thử nghiệm công nghiệp nhằm thu thập các dữ liệu, bằng chứng thực tế để khẳng định chất lượng của hệ dung dịch khoan KGAC Plus M1 được xử lý bằng chất ức chế mới gốc polyamine, chứng minh được sự nâng cao chất lượng và hiệu quả thi công dung dịch tại các giếng khoan của Vietsovpetro.
Đóng góp của đề tài Trong đề tài nghiên cứu này, hóa phẩm ức chế trương nở sét polyamine lần đầu tiên được lựa chọn cho việc nghiên cứu và áp dụng trong một hệ dung dịch khoan gốc nước cụ thể. Bằng việc phân tích đặc tính hóa học cũng như nghiên cứu các biểu hiện ức chế của các polyamine, ta có thể nắm bắt được bản chất, cơ chế hoạt động cũng như các ưu, nhược điểm của chủng loại hóa phẩm này. Hiệu quả áp dụng hóa phẩm ức chế polyamine trong dung dịch khoan gốc nước sẽ trở thành cơ sở để định hướng phát triển các giải pháp dung dịch, nhằm ngày càng nâng cao chất lượng công tác khoan, giải quyết các vấn đề liên quan đến sự mất ổn định của thành giếng cũng như tối ưu hóa chi phí kinh tế dành cho thi công giếng khoan dầu khí. Khái quát về phân bố địa tầng và đặc trưng thạch học vùng mỏ Bạch Hổ 1.
Phân bố địa tầng mỏ Bạch Hổ Theo tài liệu giếng khoan, địa tầng của mỏ Bạch Hổ được mở ra gồm đá móng trước Kainozoi và trầm tích Kainozoi. Đặc trưng thạch học-trầm tích của mỗi phân vị địa tầng được thể hiện tóm tắt trên cột địa tầng tổng hợp của mỏ (Hình 1. Móng là đá macma kết tinh hoàn toàn với các đai mạch pocfirit và diabaz andezit bazan phản ánh tính bất đồng nhất thạch học. Theo tài liệu mẫu lõi cho thấy đá granit biotit hai mica chủ yếu phân bố trong phạm vi khối Trung Tâm, ở khối Bắc có granodiorit biotit sáng xám và adamellit chứa nhiều monzonit thạch anh, monzodiorit thạch anh và diorit á kiềm, ở khối Nam có granit, granodiorit và monzodiorit thạch anh.
Đá móng bị biến đổi thứ sinh ở các mức độ khác nhau. Trong số các khoáng vật thứ sinh phổ biến nhất là zeolit và canxit. Theo số liệu phóng xạ, tuổi tuyệt đối của đá kết tinh dao động trong khoảng từ 245±7 (Triat muộn) đến 89±3 (Creta muộn) triệu năm. Granitoid ở mỏ Bạch Hổ có độ nứt nẻ và hang hốc cao.
Những số liệu mới thu được phần lớn xác nhận sơ đồ phân bố đá móng trước đây. Trong khi tại phía nam của cánh Tây, theo tài liệu mẫu lõi và mẫu vụn của một số giếng cho thấy sự phát triển của đá có thành phần kiềm (diorit), có tính thấm chứa thấp. Mẫu lõi của giếng khai thác X ở độ sâu 4900 m (CSTĐ 4375 m) cho thấy sự chuyển tiếp từ phức hệ đá granit sang đá có thành phần kiềm. Trầm tích Kainozoi phủ bất chỉnh hợp góc và địa tầng trên mặt móng chủ yếu là trầm tích lục nguyên Paleogen, Neogen và Đệ tứ.