Chống sự suy giảm độ bền của vành đá xi măng trong các giếng khoan dầu khí có nhiệt độ cao áp suất cao tại Mỏ Hải Thạch

Nội dung text: Chống sự suy giảm độ bền của vành đá xi măng trong các giếng khoan dầu khí có nhiệt độ cao áp suất cao tại Mỏ Hải Thạch

1. Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Số 55 (2016) 8-18 Chống sự suy giảm độ bền của vành đá xi măng trong các giếng khoan dầu khí có nhiệt độ cao áp suất cao tại Mỏ Hải Thạch Trương Hoài Nam1,*, Trương Biên2, Kumaran Palanivel3, Sharon Son3, Lê Trần Minh Trí4, Phạm Tâm4, Hoàng Thanh Tùng5 1Tập đoàn Dầu khí Việt Nam, Việt Nam 2Hội CN Khoan Khai thác Việt Nam, Việt Nam 3Halliburton Vietnam, Việt Nam 4Biển Đông POC, Việt Nam, Việt Nam 5PV Drilling Deepwater, Việt Nam THÔNG TIN BÀI BÁO TÓM TẮT Quá trình: Sự suy giảm cường độ của xi măng là một hiện tượng xảy ra khi ở Nhận bài 25/7/2016 nhiệt độ cao, xi măng giảm độ bền sau khi đạt được độ bền cực đại Chấp nhận 5/8/2016 trong khoảng thời gian vài tuần. Trong ngành công nghiệp dầu khí Đăng online 30/8/2016 hiện nay sử dụng phổ biến loại xi măng mác G tiêu chuẩn API để trám các giếng khoan. Ở nhiệt độ dưới 110oC xi măng tiếp tục thuỷ Từ khóa: hoá và đạt độ bền trong khoảng thời gian dài (từ vài ngày đến vài Xi măng năm) cho đến khi xi măng đạt được độ bền tới hạn. Ở nhiệt độ trên Nhiệt độ cao 110oC xi măng biến đổi sự biến đổi hình thái cấu trúc tinh thể và Áp suất cao chuyển đổi pha của xi măng. Độ bền đá © 2016 Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Tất cả các quyền được bảo đảm. Bột silica 1. Mở đầu lẫn nhau, hình thành vành đá xi măng xung quanh cột ống chống và đất đá trên thành Trám xi măng các giếng khoan dầu khí là giếng. Vành đá xi măng có chức năng ngăn một trong những công đoạn có ý nghĩa quyết chặn sự dịch chuyển của các chất lưu giữa các định đến chất lượng thi công giếng. Sau khi vỉa qua khoảng không ngoài cột ống; cách ly thả cột ống chống, vữa xi măng được bơm lâu dài các đối tượng sản phẩm; gia cố thân qua cột ống chống và dâng lên trong không giếng không bị sụt lở; ngăn ngừa sự ăn mòn gian vành xuyến các cột ống và thành giếng. của nước vỉa lên cột ống chống và nâng cao Vữa xi măng lấp đầy xung quanh cột ống khả năng chịu tải của cột ống chống (Hình 1). chống và dưới tác động của sự chênh áp cao hướng về phía đất đá trên thành giếng, nước 2. Khái niệm về áp suất cao nhiệt độ cao vữa thấm lọc vào vỉa. Khi nước thấm lọc các trong các giếng khoan hợp chất hydrat tạo thành cấu trúc dính kết Chiều sâu của các giếng khoan dầu và khí tăng lên thì nhiệt độ đáy giếng cũng tăng lên. *Tác giả liên hệ. E-mail: namth@pvn.vn Trang 8
2. Trương Hoài Nam và nnk /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 55 (8-18) nhiệt độ 177oC (350oF). Tại chiều sâu 4.200m phải sử dụng dung dịch khoan có khối lượng riêng cao đạt 18 ppg để khoan tới đối tượng. Mỏ Mộc Tinh ở độ sâu khoảng 3.000m áp suất vỉa đạt 56 MPa (8.000psi) và nhiệt độ 135oC (275oF), và khối lượng riêng dung dịch khoan có khối lượng riêng đạt 2.03 g/cm3 (17 ppg). Trong ngành công nghiệp dầu khí, các điều kiện nhiệt độ cao áp suất cao được phân theo 3 cấp (Hình 2), căn cứ trên giới hạn công nghệ hiện tại (Arash Shadravan, Mahmod Hình 1. Sơ đồ trám xi măng giếng khoan Aman HPHT 101, 2012; Herianto và dầu khí Muhammad Taufiq Fathaddin, 2005). Trong đó: Trong quá trình khoan các giếng khai Cấp 1 (các giếng HPHT) - bắt đầu từ thác dầu khí, ở Uzbekistan tại độ sâu 5.500m 150oC (300oF) hoặc áp suất trên đáy 69 MPa đã ghi được nhiệt độ ở đáy là 224oC. Tại miền (10.000 psi). Tây - Nam Texas - Hoa Kỳ đã khoan giếng có Cấp 2 (các giếng HPHT rất cao -Ultra nhiệt độ 237,7oC. Tại Trung Quốc, năm 1998 HPHT), ở đó nhiệt độ trên 205oC (400oF), và đã khai thác các vỉa hydrocacbon có nhiệt độ áp suất trên 138 MPa (20.000 psi). tới 260oC. Cấp 3 (các giếng HPHT-hc - cực trị) - Áp suất vỉa là một trong những thông số nhiệt độ trên 260oC (500oF) hoặc áp suất địa chất quan trọng nhất, tạo ra trong lỗ rỗng trên 241 MPa (35.000 psi). đá vỉa do nước, dầu hoặc khí. Cứ mỗi 10m chiều sâu trong các vùng chứa dầu khí tăng lên trung bình là 0,1 MPa, có nghĩa là tương ứng với áp suất thủy tĩnh của cột nước. Nhưng có nhiều vùng mỏ áp suất vỉa lớn hơn áp suất thủy tĩnh đến 1,3-1,6 lần và có khi đạt đến trị số của áp suất mỏ, gọi là áp suất vỉa dị thường cao. Nhiệt độ cao áp suất cao là tình trạng giếng khoan tồn tại đồng thới áp suất cao và nhiệt độ cao. Tại một số nước như Angola, Hoa Kỳ, Yemen, Biển Bắc, trong những giếng khoan nhiệt độ lên đến 177oC, đồng Hình 2. Bảng phân cấp nhiệt độ và áp suất cao thời với độ chênh áp suất vỉa lớn. Đặc biệt, (theo Schlumberger) một số giếng khoan ở Biển Bắc Yemen và Hoa Kỳ nhiệt độ đáy trên 204oC và áp suất vỉa cao, 3. Nguyên nhân suy giảm độ bền của đá xi yêu cầu phải sử dụng dung dịch khoan có măng trong điều kiện nhiệt độ cao, áp khối lượng riêng đến 2,22 g/cm3. suất cao Các mỏ Hải Thạch và Mộc Tinh thuộc bể Hiện nay công tác trám xi măng các Nam Côn Sơn được phát hiện vào giữa những giếng khoan sâu dầu khí chủ yếu sử dụng xi năm 1990 là những mỏ có nhiệt độ cao áp măng porland mác G tiêu chuẩn API, có các suất cao đầu tiên ở Việt Nam. Mỏ Hải Thạch thành phần chính 50% Tricalcium silicat có áp suất khoảng 76MPa (11.000psi) và (C3S), 30% Dicalcium silicat (C2S), 5% Trang 9
3. Trương Hoài Nam và nnk /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 55 (8-18) Tricalcium Aluminat (C3A) và 12% Ở nhiệt độ lớn hơn 160oC có thể tạo Tetracalcium Aluminferrit (C4AF) . thành hydrosilicat C3SH2 có công thức đầy đủ Khi nhiệt độ dưới 1100C, sản phẩm thủy là Ca3(Si2O7(OH)6. Ở nhiệt độ khoảng 2020C hóa của xi măng là calcium silicat hydrat ký nó chuyển thành C2HS(C) -  hydrat C2S, là hiệu C-S-H(II) hoặc (C2SH2) và vôi Ca(OH)2. hỗn hợp các silicat hydrat calcium- C-S-H(II) thuộc loại silicat hydrat đồng chrondodit Ca(SiO4)2(OH)2 và kilchoanit dạng tobermorit, cấu trúc tinh thể của chúng Ca3(SiO7) . giống như khoáng vật tobermorit tự nhiên có Khi tăng nhiệt độ lên, sản phẩm mới xảy thành phần 5CaO.6SiO2·5H2O. ra ở nhiệt độ 1500C từ tobermorit thành Các hạt C-S-H(II) có dạng hình phiến xonotlit (Ca6Si6O17(OH)2 và hoặc gyrolit mỏng hoặc dạng lá, dày hai ba lớp. Những (Ca8(Si4O10)3(OH)46H2O), là những pha có phiến này trong phương ngang có thể xoắn độ thấm và sức kháng nén tương tự như lại thành sợi. Silicat hydrat có tỉ bề mặt lớn tobermorit. Tăng nhiệt độ lên đến 2500C, đạt đến (13-14).103 m2/kg. Ở nhiệt độ dưới gyrolit biến đổi thành truscottit o 90-110 C, C-S-H(II) có hàm lượng calci oxit (Ca7(Si4O10)(Si8O19(OH)4H2O, nó có độ thấm cao hơn. Ở nhiệt độ 80oC tỉ số CaO/SiO2 đạt cao và sức kháng nén thấp so với tobermorit. đến trị số giới hạn bằng 2. Tóm lại, nguyên nhân cơ bản làm suy Khi nhiệt độ trong khoảng 1100C và giảm độ bền độ là do sự biến đổi hình thái 1200C, quá trình tái kết tinh calcium silicat cấu trúc tinh thể và chuyển đổi pha của xi hydrat đóng vai trò quyết định. C-S-H(II) sẽ măng. bắt đầu tái kết tinh thành hệ -diacalcium silicat ( -C2S) hoặc C2SH(A) có thành phần 4. Biện pháp chống suy giảm độ bền và Ca2(HSiO4)OH, chúng có cấu trúc tinh thể, tỉ tăng tính chịu nhiệt của xi măng khối cao, tính thấm cao và độ bền nén thấp. 4.1. Đặc tính chịu nhiệt Nguyên nhân làm cho độ bền giảm và Xi măng portland mác G tiêu chuẩn API, tính thấm cao là do những đặc điểm trong có tỉ lệ: số mol CaO, số mol SiO2 nằm trong quá trình hình thành và biến đổi của pha α- khoảng 2,5÷3. Các nghiên cứu cơ bản cho C2SH như sau: thấy sự hình thành và biến đổi cấu trúc của + -C2SH được hình thành từ các khoáng α-C2SH là nguyên nhân chính gây ảnh hưởng trung gian (C-S-H(I), C-S-H(II) và gel C-S-H) xấu tới độ bền và độ thấm của đá xi măng (Tạ theo cơ chế tái kết tinh, hình thành pha Đình Vinh, Nguyễn Văn Ngọ, Phạm Anh Tuấn, khoáng mới. 2000); Белей И.И., Щербич Н.Е., Цыпкин + - C2SH có khả năng nổi trội về kết tinh Е.Б., Вялов В. В.,2007). thứ cấp (kích thước lớn lên nhưng số lượng Để ổn định độ bền của đá xi măng, có thể tinh thể giảm) làm suy giảm mạnh liên kết thực hiện một hoặc đồng thời một vài giải giữa các tinh thể và tăng nhanh độ thấm. pháp sau: + Quá trình kết tinh -C2SH gắn liền với a) Tạo môi trường mà ở đó -C2SH không sự co rút cục bộ trong cấu trúc vật liệu (tạo có khả năng tồn tại để hạn chế tác hại của nó; thêm độ rỗng). b) Ổn định những pha khoáng có tính tạo + -C2SH kém về khả năng tạo các liên cấu trúc tốt đã được tạo ra ở nhiệt độ thấp kết cầu nối (tính kết dính yếu). hơn trong đá xi măng; c) Chủ động tạo ra những pha khoáng mới + -C2SH là loại khoáng xuất hiện nhanh nhưng lại tồn tại lâu trong một khoảng nhiệt vừa có khả năng tồn tại ổn định trong môi độ tương đối rộng (1001800C), nên vừa có trường nhiệt độ, vừa có tính tạo cấu trúc tốt. ảnh hưởng trong thời gian ngưng kết, vừa có Xi măng giếng khoan bền nhiệt trên cơ sở ảnh hưởng lâu dài. xi măng và cát nghiền (Silica Flour) là loại Trang 10
4. Trương Hoài Nam và nnk /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 55 (8-18) được chế tạo theo tiêu chí: (1) chủ động tạo đó sẽ hạn chế sự biến đổi pha và duy trì cấu ra những pha khoáng mới vừa có khả năng trúc vi mô, duy trì ổn định tính chất cơ học tồn tại ổn định trong môi trường nhiệt độ, của xi măng. vừa có tính tạo cấu trúc tốt và (2) ổn định Các silica thô tác dụng với C-S-H tạo ra pha khoáng được tạo ra dựa vào giản đồ pha Tobermorit, còn hạt mịn cùng với C-S-H trực về sự tồn tại của các calci silicat hydrat ở tiếp tạo thành Gyrolit và Truscolit không qua những điều kiện nhiệt độ khác nhau để thiết pha Tobermorit (Shadizadeh S.R., Kholghi, kế thành phần của xi măng bền nhiệt. Dựa M., Salehi Kassael, 2010; Агзамов Ф.А., vào đặc điểm mỗi pha khoáng chỉ hình thành Каримов И.Н., Цыцымушкин П.Ф, 2011) sẽ và tồn tại ở một khoảng nhiệt độ nhất định, ở hạn chế sự giảm biến đổi pha và duy trì cấu điều kiện nhiệt độ chưa quá cao, cố gắng ổn trúc vi mô không bị biến động, nhờ đó về mặt định các pha C-S-H(I), C-S-H(II), Gel C-S-H; cơ học luôn luôn ổn định. Vì thế, silica cho còn ở các nhiệt độ cao hơn, cố gắng để tạo vào xi măng luôn cần cỡ hạt mịn để đạt đến được các pha khoáng mới khác là Tobermorit trạng thái của Gyrolit và Truscolit. hoặc Xonotlit (Hình 3) Bổ sung Silica vào xi măng cho phép hình Thành phần hóa học xi măng cho phép ổn thành pha xi măng giàu silica như là định khoáng C-S-H(I), C-S-H(II), Gel C-S-H và Tobermorit và Xonotlit, đây là biện pháp nhận được với hàm lượng cực đại khoáng được phát hiện hơn 50 năm trước đây và Tobermorit, Xonotlit cho các khoảng nhiệt độ hiện nay đã trở thành tiêu chuẩn công nghiệp khác nhau được ứng dụng rộng rãi trong (Tạ Đình Vinh, Nguyễn Văn Ngọ, Phạm Anh thực tế (Erik B. Nelson, Dominique Guillot, Tuấn, 2000; Erik B. Nelson, Dominique 2006) là: Guillot, 2006; Kris Ravi, BR. Reddy, Dennis 90 ÷ 120 0C : (CaO / SiO2) 180 0C : (CaO / SiO2) 85%) với Ca(OH)2. Silica bột có Bổ sung lượng Silica 35-40% theo khối kích thước hạt nhỏ hơn xi măng 100-150 lần, lượng, sẽ làm tốc độ phản ứng CaO giảm có tính kết dính cao cho phép lấp đầy các lỗ trong vữa, lượng CaO nhỏ hơn lượng SiO2, do rỗng vi mô giữa các hạt xi măng, làm giảm đó tỉ số thành phần CaO/SiO2 đạt 1,0, điều Trang 11
5. Trương Hoài Nam và nnk /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 55 (8-18) mạnh khả năng thấm nước và tăng mạnh liên Trong vữa xi măng các hạt nano được kết giữa cốt liệu với xi măng. phân bố rất đều đặn. Các hạt rất bé phân bố - Nanosilica là một trong những phụ gia trong các lỗ rỗng có kích thước vi mô làm phổ biến nhất trong hỗn hợp xi măng. giảm độ rỗng và giảm độ thấm. Tuy vậy, tăng Nanosilica là vật liệu pozzlan rất có hiệu quả, lượng nanosilica sẽ làm giảm khối lượng chúng gồm những hạt dạng thuỷ tinh có kích riêng của vữa, và độ thấm lại tăng lên. thước rất bé khoảng 1000 lần bé hơn các hạt Tại Hình 4 là Hệ xi măng nặng bền nhie t xi măng trung bình. Đó là một phụ gia rất tốt sư du ng cho đie u kie n bẻ Nam Co n Sơn sau cho xi măng để nâng cao độ bền, tuổi thọ và khi trộn và bổ sung các chất phụ gia: Xi măng giảm độ thấm. Các hạt nanosilica thường sử Holcim + phụ gia silica SSA-1 + các chất làm dụng trong loại cỡ hạt một từ 5 đến 50 nm và nặng Hi-Dense 4 + MicroMax. loại thứ hai từ 5 đến 30 nm. a b  Hình 4. Hệ xi măng nặng bền nhiệt cho điều kiện bể Nam Côn Sơn: a. Xi măng Holcim mác G- API; b. Hệ XM nặng-bền nhiệt: XM(100%) + SSA-1(35%) + HiDense(40%) + MicroMax(25%) Hình 5. Độ bền nén phụ thuộc vào cỡ hạt Hình 6. Độ thấm phụ thuộc vào cỡ hạt silica silica ở nhiệt độ khác nhau ở nhiệt độ khác nhau Trang 12
6. Trương Hoài Nam và nnk /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 55 (8-18) Hình 7. Độ bền của đá xi măng phụ thuộc vào hàm lượng SSA-1 4.3. Ảnh hưởng của silica đến độ bền nén Các kết quả nghiên cứu độ bền nén trên và độ thấm của xi măng đây chỉ giới hạn ở nhiệt độ 1500C và áp suất Eiler và Nelson (Hoàng Quốc Khánh, 13,78MPa và thời gian bảo dưỡng 7 ngày cho 2000; Chisavand Saifon Daung Kaen, Bijaya nên kết quả chưa phản ánh được điều kiện K. et al., 2012) đã nghiên cứu ảnh hưởng của thực tế trong các giếng khoan. thành phần hạt silica trong hỗn hợp xi măng 5. Phương pháp xác định độ bền của đá xi G đến độ bền nén ở các mức độ nhiệt độ khác măng nhau và độ thấm của đá xi măng. Tại Hình 5, độ bền nén phụ thuộc vào cỡ 5.1. Tiêu chuẩn API/ ISO o o o hạt và nhiệt độ: 135 C, 232 C và 325 C. Tại Xác định độ bền nén theo API RP 10B- Hình 6. Độ thấm phụ thuộc vào cỡ hạt và 2/ISO 10426-2, với mẫu thí nghiệm hình khối nhiệt độ: 135oC, 232oC và 325oC. (2” 2” 2”) bảo dưỡng trong nhiệt độ và áp Herianto (Gaurina-Mendimurec Nidiljka, suất quy định trong thời gian nhất định. Matanovic Davvorin, 1994) đã nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng silica SS1-A đến độ Thiết bị phân tích siêu âm (Ultra Cement bền nén trong điều kiện nhiệt độ 1500C, áp Analyzer - UCA), xác định độ bền nén theo suất 13,78MPa trình bày minh họa tại Hình 7. phương pháp siêu âm là phương pháp đo độ Kết quả thí nghiệm trên cho thấy rằng, bền nén bằng khoảng thời gian tín hiệu siêu với 0% và 10% SSA-1 độ bền nén của xi âm xuyên qua mẫu xi măng và so sánh với độ măng có giá trị thấp nhất và thay đổi không bền nén đo bằng bằng phương pháp phá hủy nhiều. Đá xi măng với 20% SSA-1 độ bền của trên mẫu dưới tác động của tải trọng cơ học đá xi măng có tăng lên, nhưng sau 7 ngày độ trong các điều kiện tương tự. Ở đây, cần phân bền giảm. Trong các hỗn hợp xi măng với biệt rất rõ khái niệm “độ bền âm học”, xác 30% SSA-1 và 40% SSA-1 cho thấy độ bền định bởi mức độ phát triển độ bền của mẫu xi nén tăng dần trong 3 ngày đầu. Sau đó, độ măng và đo vận tốc âm xuyên qua mẫu; còn bền nén của hỗn hợp xi măng có 30% SSA-1 “độ bền nén” được đo bằng lực cần thiết để giảm, trong khi đó độ bền nén của hỗn hợp phá hủy mẫu đá xi măng. Vì vậy, hai trị số 40% SSA-1 tăng lên theo thời gian; với tỉ lệ này, xác định trong các điều kiện giống nhau, silica trong khoảng 35% - 40% độ bền nén nhưng với phương pháp khác nhau, không đạt trị số cao nhất. nhất thiết trị số tuyệt đối phải giống nhau. Trang 13
7. Trương Hoài Nam và nnk /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 55 (8-18) Tại Hình 8 và Hình 9, thiết bị và nguyên duy nhất để đánh giá tính chất của vành đá xi lý xác định độ bền nén bằng phương pháp măng. Độ bền của đá xi măng được xác định siêu âm (UCA). bởi độ bền kéo và độ bền nén của xi măng ngưng kết. Độ bến nén là thông số được sử 5.2. Độ bền nén cho xi măng trám giếng dụng rộng rãi nhất để đánh giá định lượng độ khoan mỏ Hải Thạch bền xi măng. Độ bền của xi măng có ý nghĩa rất lớn đảm bảo khả năng gia cố và độ kín Đồ thị thí nghiệm với mẫu vữa xi măng khoảng không vành xuyến. Xi măng có độ bền được sử dụng để trám cột ống chống khai nén 3,5 MPa coi như là thỏa mãn cho việc thi thác trong giếng khoan ở mỏ Hải Thạch có áp công theo tiêu chuẩn API. Độ bền nén phụ suất cao nhiệt độ cao với thành phần đơn pha thuộc vào lượng nước và thời gian bão hòa. chế như sau (Bảng 1): Độ bền của đã xi măng cũng chịu ảnh hưởng Trong Bảng 2 tổng hợp kết quả nghiên của nhiệt độ và áp suất. cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất cao đến độ bền nén của vữa xi măng có khối lượng riêng 2,04 - 2,22 g/cm3. Trên các Hình 10 đến Hình 12 là đồ thị đo sự phát triển độ bền nén của vữa xi măng. Đường màu xanh - nhiệt độ; đường màu đỏ - thời gian suy giảm sóng siêu âm; đường màu xanh lục - độ bền nén. Từ các số liệu trong Bảng 2 và được minh họa trên các Hình 10, Hình 11 và Hình 12 cho thấy độ bền nén của đá xi măng với khối lượng riêng khác nhau đều tăng dần và đạt các giá tri cực đại dưới tác động của áp suất cao và gia tăng của nhiệt độ. Thực tế cho thấy hơn 90% độ bền nén của xi măng trong giếng khoan thường phát triển trong 48 giờ sau thời gian khuấy trộn, cho nên có thể xác định độ bền nén trong khoảng 48 giờ. Đó cũng là thời gian tối thiểu Hình 8. Thiết bị xác định độ bền nén trước khi đo địa vật lý giếng khoan. Trám xi măng giếng khoan dầu khí thường sử dụng độ bền nén như là chỉ tiêu Hình 9. Sơ đồ nguyên lý làm việc UCA Trang 14
8. Trương Hoài Nam và nnk /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 55 (8-18) Bảng 1. Đơn pha chế vữa xi măng trám giếng khoan nhiệt độ và áp suất cao. TT Thành phần Hàm lượng Tỷ trọng (SG) Công dụng 1 Xi măng mác G 100% KLXM 3,15 Xi măng nền 2 Silica SSA-1 35% KLXM 2,63 Phụ gia bền nhiệt 3 Hi-Dense 4 40% KLXM 5,02 Chất làm nặng 4 MicroMax 25% KLXM 4,8 Chất làm nặng 5 WellLife 987 7% KLXM 2,1 Phụ gia tăng độ bền 6 Microbond-HT 3% KLXM 4,8 Phụ gia giãn nở 7 Halad-413 0,5 gps 1,11 Phụ gia giảm độ thải nước 8 CSR-25 0,25 gps 1.16 Chậm ngưng kết 9 Nước kỹ thuật 6,5 gps 1,0 Nước trộn Bảng 2. Bảng tổng hợp độ bền nén của vữa xi măng. Khối Điều kiện Thời gian đạt đến các giá trị độ Độ bền nén đạt được lượng thí nghiệm bền nén (giờ. phút) theo thời gian (MPa) Mẫu riêng Nhiệt Áp 0,345 0,689 3,45 6,89 12 24 48 vữa, độ, 0C suất, MPa MPa MPa MPa giờ giờ giờ g/cm3 MPa E 2,22 180 20,67 14.03 14.16 15.21 16.04 - 23,39 - F 2,22 180 20.67 12.42 12.56 13.56 14.34 - 37,28 - G 2,22 193 103,40 17.41 17.56 19.40 19.57 - 16,45 Hình 10. Độ bền nén của đá xi măng mẫu E. Trang 15
9. Trương Hoài Nam và nnk /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 55 (8-18) Hình 11. Độ bền nén của đá xi măng mẫu F. Hình 12. Độ bền nén của đá xi măng mẫu G. Trang 16
10. Trương Hoài Nam và nnk /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 55 (8-18) 6. Kết luận Extreme Well Conditions. Oilfield Review, Xi măng portland mác G - tiêu chuẩn API, 24(3):4-19. là loại xi măng được sử dụng phổ biến để Nelson, B. E., and Guillot, D. (2006). Well trám các giếng khoan dầu khí. Dưới tác dụng Cementing, 2nd Edition. Schlumberger của nhiệt độ cao áp suất cao các tính chất lý- Dowell. hóa của xi măng thay đổi rất mạnh do sự biến Nidiljka, G. M., and Davvorin, M. (1994). đổi hình thái cấu trúc tinh thể và sự chuyển Cement Slurries for Geothermal Well pha của vữa xi măng. Cementing. Geology and Petroleum Bổ sung thành phần silica (SSA-1) với tỉ Engineering, 6:127-134. lệ 35% khối lượng xi măng là một giải pháp hữu hiệu để duy trì và cải thiện các tính chất DeBruijn, G., and Greenaway, R. (2008). High- công nghệ của xi măng, ngăn chặn sự suy pressure, High-temperature Technologies. giảm độ bền và hạn chế sự gia tăng độ thấm Oilfield Review, 20(3):46-60. của đá xi măng ở nhiệt độ trên đáy giếng Herianto, and Fathaddin, M. T. (2005). Effects khoan (120-280oC). of Additives and Conditioning Time on Lựa chọn các vật liệu dính kết, các phụ Compressive and Shear Bond Strengths of gia, thiết kế đơn pha chế vữa trám giếng, thí Geothermal Well Cement. Proceedings nghiệm các tính chất của vữa và đá xi măng World Geothermal Congress, Antalya, theo tiêu chuẩn API và trên thiết bị đo hiện Turkey, pp. 24-29. đại mô phỏng theo điều kiện nhiệt độ cao áp suất cao trong giếng khoan và thời gian thực, Hoàng Quốc Khánh (2000). Hoàn thiện công bảo đảm độ tin cậy của đơn pha chế vữa xi nghệ gia cố giếng khoan ở Xí nghiệp Liên măng. doanh Dầu khí Việt - Xô. Luận án tiến sĩ địa chất. Trường Đại học Mỏ - Địa chất. TÀI LIỆU THAM KHẢO Ravi, K., Reddy, B. R., Gray, D., and Pattillo, P. (2006). Procedures to Optimize Cement Shadravan, A., and Aman, M. (2012). What Systems for Specific Well Conditions. Petroleum Engineers and Geoscientists AADE 2006 Fluids Conference. AADE-06- Should Know HPHT Wells Environment. DF-HO-35, Houston, Texas. Energy Science and Technology, 4(2):36- 54. North, J., Brangetto, M. P., and Gray, E. (2000). Central Graben Extreme Offshore Агзамов, Ф. А., Каримов, И. Н., High-Pressure/ High-temperature Цыцымушкин, П. Ф. (2011). Cementing Case Study. Paper SPE-59169- Проектирование и разработка MS, IADC/SPE Drilling Conference, New термостойкого Orleans, Louisiana, pp. 23-25. тампонажногоматериала. Бурение и нефть – Декабрь. Rabia, H. (1989). Oilwell Drilling Engineering - Principles and Practice. Springer, Russia. Белей, И. И., Щербич, Н. Е., Цыпкин, Е. Б., Вялов В. В. (2007). Специальные Shadizadeh, S. R., Kholghi, M., and Kassael, K. тампонажные материалы для (2010). Early-age compressive strength цементирования обсадных колонн в assessment of oil well class G cement due скважинах с различными to borehole pressure and temperature термобарическими условиям. Бурение changes. Journal of American Science, и нефть, 6. 6(7):38-47. Avant, C., Daungkaew, S., Behera, B. K., and Tạ Đình Vinh, Nguyễn Văn Ngọ, Phạm Anh Tevis, C. (2012). Testing the Limits in Tuấn (2000). Bản chất và thành phần của Trang 17
11. Trương Hoài Nam và nnk /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 55 (8-18) xi măng bền nhiệt. Tuyển tập Hội nghị Việt Nam trước thềm thế kỷ 21” Hà Nội, khoa học công nghệ 2000 “Ngành Dầu khí NXB Thanh Niên, Tr.128-138. ABSTRACT Antidegradation of cement bond durability in oil and gas production well with high pressure and temperature at Hai Thach field Nam Hoai Truong1, Bien Truong 2, Palanivel Kumaran3, Son Sharon 3, Tri Minh Tran Le4, Tam Pham4, Tung Thanh Hoang5 1Vietnam Oil and Gas Group, Vietnam 2Vietnam Association of Drilling and Production Technology, Vietnam 3Haliburton Vietnam, Vietnam 4Bien Dong POC, Vietnam 5PV Drilling Deepwater, Vietnam Degradation in the strength of the cement is a phenomenon that occurs at a high temperature. The durability of cement is reduced after achieving maximum reliability over a period of several weeks. In oil and gas industry, the type of cement of G class and API standard is commonly used to fill the wells. At temperatures below 110oC, cement continues hydrating in order to achieve reliability in a long time, which is from several days to several years until cement is reached critical reliability. At temperatures above 110oC, crystal structures and phase shift of cement are transformed into other forms. Trang 18