MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
MỤC LỤC 1 3
MỤC LỤC 1 1 3
ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI

GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
DIF Drill-in Fluids – dung dịch mở vỉa sản phẩm
DDK Dung dịch khoan
FLT Flow Loop Test – thí nghiệm xử lý axít phục hồi độ thấm
UCS Unconfined Compressive Strength – độ bền nén biểu kiến
NTU Nephelometic Turbidity Unit – chỉ số độ đục
CN Công nghệ
ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ
Bảng 1.2 − Thông số độ thấm và độ rỗng tầng Miocene hạ mỏ Sư Tử Đen Error:
Reference source not found
Bảng 4.1 − Thành phần của hoá chất xử lý mùn khoan MudSOLV Error: Reference
source not found
MỤC LỤC 1
MỤC LỤC 1 1
MỤC LỤC 1 3 1
MỤC LỤC 1 1 3 1
ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI
1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Công tác khoan và khai thác các giếng trong tầng cát kết Miocene thuộc bồn

Với phạm vi là những giếng khoan khai thác trong tầng Miocene hạ sử dụng
ống lọc cát nhằm tăng khả năng khai thác, hạn chế nguy cơ khai thác sản phẩm lẫn
cát ở mỏ Sư Tử Đen, đối tượng nghiên cứu của đề tài là:
• Các hệ dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm thường được sử dụng để tìm ra hệ
dung dịch khoan phù hợp cho công nghệ hoàn thiện ống lọc cát
• Các loại vật liệu gia cố CaCO3 có sẵn trên thị trường trong và ngồi nước để
tìm ra loại có kích cỡ hạt phù hợp nhất với đặc tính thấm chứa của vỉa chứa
Miocene hạ mỏ Sư Tử Đen
4. Nội dung nghiên cứu
Luận văn sẽ tập trung nghiên cứu các nội dung sau:
• Nghiên cứu lý thuyết nhiễm bẩn thành hệ
• Tổng quan về công nghệ khoan mở vỉa sản phẩm và thực trạng khoan mở vỉa
sản phẩm tầng Miocene hạ Bồn trũng Cửu Long
• Nghiên cứu đặc tính thấm chứa của tầng sản phẩm để tìm ra bán kính trung
bình của kênh dẫn và tính tốn kích cỡ cần thiết của vật liệu gia cố CaCO
3

• Thí nghiệm minh chứng sự phân bố độ hạt vật liệu gia cố CaCO
3
phù hợp
nhất và thí nghiệm rửa trôi lớp vỏ bùn bằng axit
• Hoàn thiện đơn pha chế dung dịch mở vỉa sản phẩm cho tầng Miocene hạ mỏ
Sư Tử Đen
5. Phương pháp nghiên cứu
5.1 Nghiên cứu lý thuyết
• Nghiên cứu lý thuyết nhằm làm sáng tỏ các cơ chế nhiễm bẩn khi có sự tiếp
xúc của dung dịch khoan với các thành hệ đất đá trong tầng chứa dầu khí.
• Nghiên cứu đặc tính thấm chứa của tầng sản phẩm để tìm ra bán kính trung
bình của kênh dẫn
ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI

Đen có sử dụng ống lọc cát.
ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI
4

9. Cấu trúc và khối lượng của Luận văn
Luận văn gồm phần mở đầu, 4 chương, phần kết luận và kiến nghị, phụ lục và
danh mục tài liệu tham khảo. Toàn bộ nội dung của Luận văn được trình bày dự
kiến khoảng 70-100 trang trên khổ giấy A4, phông chữ Times New Roman, cỡ 13,
khoảng cách 1.5 dòng như theo quy định.
Luận văn sẽ được hoàn thành tại Trường Đại học Mỏ Địa chất Hà Nội dưới sự
hướng dẫn khoa học của:
1. PSG. TS Cao Ngọc Lâm, nguyên Giảng viên khoa Khoan và Khai thác –
Dầu khí, Trường Đại học Mỏ Địa chất Hà Nội.
2. PSG. TS Hoàng Dung, nguyên Giảng viên khoa Khoan và Khai thác – Dầu
khí, Trường Đại học Mỏ Địa chất Hà Nội (Phản biện).
Trong quá trình làm luận văn, tác giả cũng nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của
tập thể các giảng viên, cán bộ của khoa Khoan và Khai thác – Dầu khí, Trường Đại
học Mỏ Địa chất Hà Nội cũng như các Công ty Cửu Long JOC, PV Drilling, và
Schlumberber.
ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI
5

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN KHOAN MỞ VỈA TẦNG MIOCENE HẠ
BỂ CỬU LONG
ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI
6

1.1. Đặc điểm địa chất vùng nghiên cứu
Bồn trũng Cửu Long nằm ở thềm lục địa phía nam Việt Nam, được phân

7

Hổ trên; gồm các lớp sét dẻo, dính và rất dễ trương nở khi gặp nước, xen lẫn một vài các
tập cát kết mỏng và dấu vết than và glauconit. Đây là tầng chắn của tầng chứa Miocene
hạ bồn trũng Cửu Long.
Điệp Côn Sơn (Miocene giữa) được gọi là “Tập BII”; chủ yếu gồm các lớp
cát kết hạt thô xen kẹp boat kết có tuổi Miocene trung. Điệp Đồng Nai (Miocene
trên): các đất đá thuộc điệp Đồng Nai thường được gọi là “Tập BIII”, chủ yếu là các
tập cát có độ hạt trung bình, rất giàu glauconite, có tuổi Miocene muộn. Tương tự điệp
Côn Sơn, điệp Đồng Nai cũng không thấy các dấu hiệu dầu khí.
Điệp Biển Đông; bao gồm các trầm tích “Tập A” với thành phần chủ yếu là
cát hạt mịn rất giàu sinh vật biển và glaunonite màu vàng.

ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI
8

Hình 1.1 – Cột địa tầng tổng hợp bồn trũng Cửu Long
Mẫu Độ rỗng
(%)
Độ thấm
K (mD)
Bề dày
trung bình
(m)
Hệ số thể tích
thành hệ B
(bbl/ STB)
Độ nhớt
(cP)
A 26.1 1256

bắn mở vỉa và chèn sỏi; Công nghệ sử dụng ống lọc cát (Stand-alone sandscreen);
Công nghệ sử dụng ống lọc cát và chèn sỏi (sandscreen and gravel pack); Công
nghệ sử dụng ống lọc cát giãn nở.
Trong vùng nghiên cứu, thực tế hầu hết các giếng khoan khai thác tầng
Miocene hạ trước đây được khoan và hoàn thiện theo kiểu nhóm 1 tức không kiểm
soát cát. Hai phương pháp thường được sử dụng là:
Khoan, chống ống, bơm trám xi măng và bắn mở vỉa
Tầng sản phẩm sau khi khoan qua, được chống ống suốt và bơm trám xi
măng. Sau khi xi măng cấu kết, người ta áp dụng phương pháp bắn đục lỗ bắn
xuyên qua ống chống, lớp xi măng cấu kết và đới nhiễm bẩn tạo ra các kênh dẫn
nhân tạo.
Ở giai đoạn đầu, giếng cho sản lượng khá. Tuy nhiên, do đất đá tầng
Miocene có độ cấu kết kém nên thường bị sập lở, mất đi trạng thái tự nhiên của vỉa
sản phẩm. Vì thế, trong quá trình khai thác, các hạt cát từ vỉa sẽ theo các kênh dẫn
di chuyển vào giếng làm suy giảm nhanh chóng lưu lượng khai thác và gây mài
mòn phá hủy các bộ phận trên đường dẫn chất lưu.
Khoan và chống ống lửng đục lỗ sẵn
Sau khi mở thân giếng qua tầng sản phẩm và tuần hoàn làm sạch giếng, ống
chống lửng đục lỗ sẵn được thả xuống để gia cố thành giếng khoan. Dầu và khí
được khai thác từ ngồi vỉa thông qua các lỗ đục sẵn này.
Do các ống chống lửng thường được đục lỗ sẵn mà không tính đến đặc tính
thấm chứa của vỉa, đồng thời được thả vào giếng không kèm theo các thiết bị ngăn
cách các tập sét trương nở nên ống đục lỗ hoặc không ngăn cản được các hạt cát,
hoặc bị bít nhét bởi sét, vì thế ảnh hưởng trầm trọng tới lưu lượng khai thác.
1.2.2. Các hệ dung dịch khoan mở vỉa truyền thống ở vùng nghiên cứu
Có rất nhiều loại dung dịch khác nhau có thể sử dụng để khoan qua tầng sản
phẩm cát kết. Việc lựa chọn hệ dung dịch khoan mở vỉa sản phẩm không chỉ phụ
ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI
10



1.2.3. Đánh giá những hạn chế của công nghệ khoan và các hệ dung dịch sử
dụng
Như đã trình bày sơ bộ ở trên, công nghệ khoan và hoàn thiện giếng áp dụng
cho tầng Miocene hạ trong những năm đầu ở khu vực bể Cửu Long còn khá đơn
giản và chưa hiệu quả.
Phương pháp khoan, chống ống, bơm trám xi măng và bắn mở vỉa
Đặc điểm của phương pháp này là đơn giản, không chú ý nhiều đến khái
niệm nhiễm bẩn thành hệ. Do đây là phương pháp khai thác không kiểm soát cát
nên thực tế chỉ hiệu quả đối với những khu vực mà cát kết có độ cấu kết cao, khó
xảy ra hiện tượng sinh cát. Tuy nhiên vấn đề sinh cát hay không còn tùy thuộc vào
nhiều yếu tố và đòi hỏi phải được nghiên cứu kỹ lưỡng. Thực tế cho thấy, thường
thì giai đoạn đầu, giếng cho sản lượng khá. Tuy nhiên, sau một thời gian khai thác,
vỉa bị sập lở, không còn độ cấu kết tự nhiên. Vì thế, trong quá trình khai thác, các
hạt cát từ vỉa sẽ theo các kênh dẫn di chuyển vào giếng làm suy giảm nhanh chóng
lưu lượng khai thác và gây mài mòn phá hủy các bộ phận thiết bị khai thác trên
đường dẫn chất lưu.
Phương pháp khoan và chống ống lửng đục lỗ sẵn
Đây là phương pháp hoàn thiện giếng có thể nói là đơn giản nhất, tuy nhiên,
hiệu quả kinh tế lại là thấp nhất. Thường thì các lỗ đục sẵn có kích thước khá lớn
nên các hạt cát từ nội vỉa dễ dàng đi qua. Mặt khác, do ống đục lỗ được thả vào
trong giếng không kèm theo các thiết bị ngăn cách các tập sét xen kẹp dễ trương nở
nên các lỗ đục dễ dàng bị bít nhét bởi sét, vì thế làm lưu lượng khai thác của giếng
giảm mạnh. Ngoài ra, do dung dịch mở vỉa không được đầu tư nghiên cứu kỹ nên
tạo ra đới nhiễm bẩn khá dày trong những giếng khoan này.
Nhận xét các hệ dung dịch đã được sử dụng trong vùng nghiên cứu như sau:
Hệ dung dịch KCl/ Polymers: là hệ dung dịch khoan gốc nước có khả năng
ức chế sét với đơn pha chế có các thành phần chính như sau:
ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI
12

barrel), dung dịch sẽ có khả năng ức chế sét tốt. Nếu hàm lượng KCl quá thấp thì khả năng
ức chế trương nở thẩm thấu sẽ không đạt hiệu quả. Còn nếu hàm lượng KCl quá cao cũng
không làm tăng tính ức chế sét. Hệ dung dịch KCl/ Polymers thuộc loại ức chế không phân
tán, là hệ dung dịch phi sét nên ít gây nhiễm bẩn hơn so với các hệ dung dịch dùng sét làm
tác nhân tạo cấu trúc, tăng độ nhớt. Vì hai đặc điểm nêu trên, hệ KCl/ Polymers ít gây
nhiễm bẩn thành hệ hơn. Ngoài ra, hệ dung dịch này có giá thành tương đối thấp, ít ảnh
hưởng đến môi trường , dễ dàng pha chế và bảo quản. Tuy nhiên, hệ dung dịch này cũng
có một số nhược điểm. Do khả năng ức chế sét ở mức độ vừa phải nên trong quá trình
khoan, sét sẽ phân tán vào dung dịch làm thay đổi các tính chất lưu biến của dung dịch.
Thường các hợp chất polymer cao phân tử có độ bền nhiệt kém nên hệ dung dịch này
thường chỉ dùng cho những giếng khoan có độ sâu vừa phải. Với những giếng khoan có
ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI
13

nhiệt độ cao hơn, hệ dung dịch này phải cần thêm các hóa chất bền nhiệt, và như vậy lại
đẩy giá thành dung dịch lên cao.
Hệ dung dịch KCl/ Polymers/ Glycol: là hệ dung dịch được pha chế lấy dung
dịch KCl/ Polymers làm nền nhằm khắc phục nhược điểm của hệ dung dịch này.
Đơn pha chế của hệ có các thành phần chính như sau:
Thành phần hệ dung dịch Chức năng Nồng độ
KCl − Potassium Chloride Ức chế sét 30−35 ppb
Polyalkylene Glycol Ức chế sét 3−7% thể tích
Xanthangum Biopolymer Tạo độ nhớt 1.0−6.0 ppb
PHPA − Polymer cao phân tử Ức chế sét 3.0−7.0 ppb
PAC−L Polyanionic Cellulose Giảm độ thải nước 4.0−9.0 ppb
PAC−R Polyanionic Cellulose Giảm độ thải nước 4.0−9.0 ppb
Glutaraldehyde Diệt khuẩn Theo yêu cầu
Soda Ash − Sodium carbonate pH/ giảm Canxi 0.5−2.0 ppb
Barite Điều chỉnh tỷ trọng Theo yêu cầu
Với sự có mặt của glycol, hệ KCl/ Polymers/ Glycol có khả năng ức chế sét tốt

Natri nồng độ 30% trọng lượng. Dưới đây là đơn pha chế tiêu biểu của hệ:
Thành phần hệ dung dịch Chức năng Nồng độ
KCl − Potassium Chloride Ức chế sét 30−35 ppb
Sildril Ức chế sét 8−9% thể tích
Xanthangum Biopolymer
(Flovis)
Tạo độ nhớt 1.0−3.0 ppb
Kla−Gard Chống bó choòng 3.0−7.0 ppb
PAC−L Polyanionic Cellulose Giảm độ thải nước 4.0−9.0 ppb
Flotrol − Starch Giảm độ thải nước 4.0−9.0 ppb
Soda Ash − Sodium carbonate pH/ giảm Canxi 0.5−2.0 ppb
EMI 544 Chất bôi trơn 1−4% thể tích
Barite Điều chỉnh tỷ trọng Theo yêu cầu
Sildril là tác nhân ức chế sét chính trong hệ dung dịch này. Khi tiếp xúc với
bề mặt sét, Silicat Natri thấm vào các khe hở giữa các lớp sét và tương tác tạo thành
các tinh thể alumosilicat can xi và magiê. Với tính dính kết cao, các alumosilicat
canxi và magiê liên kết tạo thành lớp chắn bền vững chống sự xâm nhập của nước.
Do có khả năng ức chế sét rất cao nên hình dạng và kích thước của mùn khoan được
bảo toàn rất tốt, do đó mùn khoan dễ tách trên bề mặt.
ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI
15

Nhược điểm lớn nhất của hệ dung dịch khoan KCl/ Sildril là tạo ra các tinh thể
alumosilicat can xi và magiê kết tủa có tính ma sát cao, làm mài mòn các thiết bị
khoan, đặc biệt dễ phá hỏng hệ thống xi lanh, pit tông của máy bơm dung dịch và các
phần gioong khác của thiết bị đo và động cơ đáy. Ngoài ra, do hệ dung dịch này có độ
pH rất cao nên không thể có chất bôi trơn nào phù hợp.
Hệ dung dịch Flo−Pro: là một trong các hệ dung dịch khoan gốc nước có giá
thành cao nhất trong số các hệ dung dịch khoan gốc nước hiện nay được dùng ở bồn
trũng Cửu Long. Đơn pha chế tiêu biểu của hệ Flo−pro như sau:

các chất lưu vỉa đều nằm ở trạng thái cân bằng, tức các thông số vỉa có giá trị ổn định.
Khi khoan mở vỉa, choòng khoan tiếp xúc với đất đá và làm vỡ thế cân bằng vỉa ban
đầu và có xu hướng tạo thế cân bằng mới. Trong suốt quá trình mở vỉa, dung dịch
khoan và pha rắn trong dung dịch có điều kiện tương tác qua lại với đất đá và chất lưu
vỉa thuộc vùng cận thành và đáy giếng khoan. Do quá trình tương tác này, khu vực
xung quanh thành giếng diễn ra một quá trình làm thay đổi trạng thái cơ lý hóa thành
hệ, và vì thế làm giảm tính thấm lọc khu vực lân cận thành giếng khoan ảnh hưởng đến
khả năng khai thác của giếng.
Vỉa sản phẩm khác nhau về đặc tính thấm chứa nên mức độ nhiễm bẩn và cơ chế
ảnh hưởng của nhiễm bẩn cũng hoàn toàn khác nhau. Tuy nhiên, đối với một loại vỉa
chứa nhất định thì sự xâm nhập của dung dịch khoan vào vỉa sản phẩm thường tuân theo
hai giai đoạn:
Giai đoạn đầu, ngay sau khi choòng khoan cắt đất đá và dung dịch khoan tiếp
xúc với trực tiếp với thành hệ, một lượng dung dịch bao gồm cả pha lỏng và rắn sẽ
ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI
Giế
ng
kh
oa
n
E
L
L
B
O
R
E
Giế
ng
kh

nhiên, phần nước thấm lọc cũng gây tác hại không nhỏ vì phần nước lọc này khi tiếp xúc
với sét sẽ làm cho sét trương nở tùy theo cấp độ. Nếu dung dịch không có tính ức chế
mạnh và cơ chế tạo lớp vỏ bùn tốt nhất, sét thành hệ sẽ trương nở, và mức độ nhiễm bẩn
càng trầm trọng thêm.
ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI
19

Việc đánh giá nhiễm bẩn thành hệ là rất quan trọng, giúp ta hiểu được cơ
chế và cấp độ nhiễm bẩn, từ đó có thể đưa ra dự đốn chính xác được khả năng
khai thác của giếng khoan. Từ việc nghiên cứu cơ chế nhiễm bẩn và hiểu được
nó, ta có thể thiết kế được đơn pha chế dung dịch và loại vật liệu gia cố với kích
cỡ phù hợp để có thể hạn chế đến mức thấp nhất nhiễm bẩn thành hệ, tăng khả
năng khai thác của giếng.
2.1.2. Hệ số nhiễm bẩn Skin
Khái niệm “hệ số nhiễm bẩn Skin” được dùng để đánh giá mức độ nhiễm bẩn
của giếng khoan dầu khí. Đối với một giếng khoan, khi dung dịch khoan, mùn
khoan, nước thấm, lớp vỏ bùn tiếp xúc với đất đá của thành hệ, cộng thêm với
những tác động cơ học như sự quay, dạo của cần khoan, quá trình kéo thả ống
chống, … sẽ làm cho độ rỗng, độ thấm của khu vực cận thành giếng khoan bị thay
đổi, hay ta nói giếng khoan bị nhiễm bẩn. Khi đó, chất lưu trong vỉa chảy muốn qua
được đới nhiễm bẩn để vào lòng giếng thì sẽ phải tiêu tốn một lượng áp suất ΔP
nhất định. Và khi đó ta cũng nói, giếng khoan bị nhiễm bẩn với cấp độ tương ứng
với một hệ số Skin nào đó. Về mặt lý thuyết, hệ số Skin bao gồm các thành phần
sau:
S = S
c
+ S
p
+ S
pSkin

bất lợi của phương pháp này là do giếng đóng nên ảnh hưởng lớn đến sản lượng
khai thác.
Đối với dầu và chất lỏng không nén, khi thấm theo sơ đồ hướng tâm phẳng từ
biên có bán kính r
e
tới thành giếng khoan có bán kính r
w
, trong điều kiện giếng hoàn
thiện không nhiễm bẩn, đường cong sẽ tuân theo qui luật:
Pr ln
2
e
w
r
q
kh r
µ
π
∆ =
(2.2)
Trong đó: q − lưu lượng của chất lưu, bbl/d;
k − độ thấm của đất đá, mD;
μ − độ nhớt động học của chất lưu, cP;
h − chiều dày của vỉa, ft;
r
e
− bán kính ảnh hưởng của giếng, ft;
r
w
− bán kính giếng khoan, ft;

Sau khi biến đổi toán học, hệ số Skin được tính toán như sau:
ln
s s
s w
k k r
S
k r
−
=
(2.4)
Trong đó: S − hệ số nhiễm bẩn Skin;
k − độ thấm tự nhiên của đất đá, mD;
ĐH MỎ ĐỊA CHẤT HÀ NỘI
21

k
s
− độ thấm của đới nhiễm bẩn, mD;
r
s
− bán kính của đới nhiễm bẩn, ft;
r
w
− bán kính giếng khoan, ft;
Tùy theo từng giếng, ta sẽ dễ dàng tính toán được giá trị của hệ số nhiễm bẩn
Skin và rút ra nhận xét về mức độ nhiễm bẩn.
Khi k = k
s
, ta có S = 0, giếng không bị nhiễm bẩn, hay vỉa chứa vẫn giữ
nguyên được hệ số thấm ban đầu của nó.

r
B S
r
µ
=
− +
(2.5)
Đối với giếng khoan ngang:

2
0
0.00708*
1 1 ( )
2
* ln( ) ln( )
2
2
e
w
e
hL
PI
L
r
L h
B S
L
h r
r
µ