Cát xâm nhập là một trong những vấn đề nan giải trong vận hành giếng khai thác dầu khí. Cát trong dòng lưu thể khai thác đi lên từ giếng có tính bào mòn rất mạnh làm hỏng nhanh ống khai thác và gây một số sự cố lắng đọng trên các đường ống vận chuyển. Cát cũng làm tăng chỉ tiêu cặn không tan, vốn cần được kiểm soát, trong dầu thương phẩm. Cát đi ra từ vỉa trong thời gian đầu khai thác là cát mịn vốn nằm tự do trong các kênh dẫn thông kênh. Về sau, theo thời gian khai thác, áp suất vỉa giảm mạnh làm cho liên kết giữa các thành phần của đá vỉa, trong đó có cátthành phần chủ yếu của đá cát kết trở nên suy yếu và gây nên hiện tượng sập lở cát khi lưu thể khai thác chảy qua. Sập lở cát không những làm tăng mạnh hàm lượng cát trong dòng lưu thể khai thác mà còn gây sập đá vỉa vùng cận đáy giếng, bít nhét vùng lỗ bắn vỉa ngăn cản dầu đi vào giếng. Ở một số giếng sập lở cát có thể dẫn tới mất hoàn toàn khả năng khai thác của giếng. Tại mỏ của LD Việt-Nga Vietsovpetro, cát xâm nhập nói riêng, sập lở cát nói chung được ghi nhận tại nhiều giếng. Đặc biệt, xu hướng cát xâm nhập và sập lở cát đang tăng mạnh tới mức báo động khi mà các mỏ Bạch Hổ và Rồng của LD Việt-Nga Vietsovpetro đang nằm trong giai đoạn khai thác cuối và áp suất vỉa đã giảm mạnh. Cát xâm nhập và sập lở cát cũng đang tồn tại ở mỏ của các nhà thầu dầu khí khác như Cửu Long, Đại Hùng, Hoàng Long-Hoàn Vũ...
 

     

 
Chính vì các lý do nêu trên, việc nghiên cứu nhằm kiểm soát chống sập lở cát cho giếng khai thác đối tượng đá cát kết liên kết yếu là một việc rất cần thiết do đó, nhóm nghiên cứu do ThS. Lê Văn Công, Tổng Công ty dung dịch khoan và hóa phẩm dầu khí, đứng đầu đề xuất thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo hệ hóa phẩm chuyên dụng kiểm soát sập lở cát áp dụng cho giếng khai thác đối tượng đá cát kết liên kết kém trong giai đoạn cuối đời khai thác mỏ”. Theo các kết quả nghiên cứu thăm dò, nhóm nghiên cứu chọn cách làm tăng liên kết các thành phần đá vỉa bằng hóa phẩm trên cơ sở các hợp chất silan hữu cơ. Các hợp chất Silan hữu cơ có khả năng tan cả trong nước và trong dầu. Khi đã được hydrat hóa, hợp chất Silan hữu cơ có khả năng tạo liên kết khá bền với nhóm hydroxyl trên bề mặt khoáng vật đá cát kết. Đuôi hydrocacbon của các Silan hữu cơ cũng có khả năng liên kết với nhau tạo mạng không gian. Chính cách thức liên kết với đá vỉa và liên kết với nhau theo cách thức này đã làm cho một số các hợp chất Silan phù hợp có thể làm bền liên kết đá vỉa mà không làm suy giảm nhiều đột thấm đá vỉa.

Qua một thời gian triển khai thực hiện, nhóm nghiên cứu đã thu được các kết quả như sau:

1) Đã nêu và phân tích bản chất của hiện tượng sinh cát trong các giếng khai thác dầu khí. Đã phân tích các yếu tố chính ảnh hưởng tới hiện tượng sinh cát như: ảnh hưởng của độ bền phá hủy nguyên khai của đá vỉa; ảnh hưởng của sự ngập nước; ảnh hưởng của chênh áp và trở lực tạo ra ở vùng cận đáy giếng.

2) Đã tổng hợp thông tin chung về các phương pháp công nghệ dùng trong kiểm soát sập lở thành giếng và sinh cát trong giếng khai thác dầu khí. Đã nêu và phân tích đặc điểm của hai nhóm phương pháp chính là nhóm phương pháp cơ học và nhóm phương pháp hóa học. Đã rút ra kết luận chọn phương pháp dùng hợp chất silic hữu cơ cho nghiên cứu nhằm ứng dụng nó trong kiểm soát hiện tượng sinh cát trong giếng khai thác.

3) Đã nêu và phân tích thực trạng sinh cát trong các giếng khai thác tại mỏ của LD Việt - Nga Vietsovpetro.

4) Đã tiến hành nghiên cứu chọn lựa về chất các hóa phẩm có khả năng sử dụng làm vật liệu liên kết chống sập lở cát, sinh cát trong đó có nghiên cứu sàng lọc chọn được hóa phẩm silic hữu cơ và chất phụ gia cho nhận được hệ chất kết dính đồng nhất có thời gian tạo gel và đóng rắn khả dĩ. Đã chứng minh sự hình thành lớp kết dính trên bề mặt đá vỉa và khả năng bền nhiệt của lớp chất kết dính này.

5) Đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố tới tính chất của hệ hóa phẩm chất kết dính như: ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia, hàm lượng dung môi Xylen, ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ tới quá trình hình thành gel và đóng rắn. Các quy luật nhận được giúp ích cho đề xuất hệ hóa phẩm khả dĩ và trên cơ sở các yêu cầu thực tế có thể xảy ra trong xử lý làm bền đá vỉa, chống sập lở và sinh cát.

6) Đã tạo mẫu mô phỏng quá trình làm bền đá, đánh giá ảnh hưởng của thành phần chất kết dính tới độ bền cơ học và tính thấm khí của mẫu đá thu được. Đề xuất chọn thành phần cho hệ hóa phẩm chuyên dụng kiểm soát sập lở cát với thành phần về chất và về lượng như sau:

- Cấu tử thành phần hợp chất silic hữu cơ: Nhựa alkylsilicone với các nhóm alkoxy (R-O) tan trong dầu với khoảng hàm lượng tối ưu là 86,21 ÷ 90,09%

- Cấu tử thành phần phụ gia khâu mạch (đóng rắn): 3-Amino-propyltriethoxysilane với khoảng hàm lượng tối ưu là 0,86 ÷0,9

- Cấu tử thành phần dung môi Xylen với khoảng hàm lượng tối ưu là 9,01 ÷ 12,93

7) Đã thiết lập chế độ công nghệ xử lý kiểm soát sinh cát áp dụng cho giếng khai thác tại đối tượng cát kết có mức độ liên kết kém.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 14650/2018) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

P.T.T (NASATI)