Các trường hợp ứng dụng phụ gia hóa chất trong ngành dầu khí

Năm 2022, trước tác động của đại dịch COVID-19, Trung tâm Quản lý Hoàn thiện Giếng dầu Tây Bắc đã hoàn thành 24 dự án, bao gồm thiết bị kiểm soát giếng dầu và làm sạch đường ống bị tắc nghẽn do dầu nặng, tiết kiệm được chi phí mua sắm là 13,683 triệu nhân dân tệ.

Trong quá trình sử dụng, đường ống dẫn dầu ngày càng bị thu hẹp do tác động của sáp, polyme và muối, làm giảm lưu lượng dầu thô và ảnh hưởng đến sản lượng dầu thô. Do đó, các công ty khoan thường làm sạch đường ống mỗi năm một lần. Sau khi xử lý các mối hàn của các khớp nối ống, việc làm sạch đường ống là cần thiết.

Trong điều kiện thông thường, các ống thép dùng làm ống dẫn dầu thường bị gỉ cả ở mặt trong và mặt ngoài. Nếu không được làm sạch, điều này sẽ làm ô nhiễm dầu thủy lực sau khi sử dụng, ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của các thiết bị thủy lực. Do đó, cần phải loại bỏ gỉ sét trên bề mặt trong của ống bằng phương pháp rửa axit. Rửa axit cũng có thể loại bỏ gỉ sét trên bề mặt ngoài của ống, có lợi cho việc sơn chống gỉ lên bề mặt ngoài của ống, giúp bảo vệ chống ăn mòn lâu dài. Rửa axit thường được thực hiện bằng dung dịch axit có nồng độ từ 0% đến 15%. Công ty Youzhu cung cấp sản phẩm chất ức chế ăn mòn: UZ CI-180, một chất ức chế ăn mòn axit chịu nhiệt độ cao dùng trong mỏ dầu. Trong quá trình axit hóa hoặc tẩy gỉ, axit sẽ ăn mòn thép, và ở nhiệt độ cao, tốc độ và phạm vi ăn mòn sẽ tăng lên đáng kể, do đó, trong sản xuất mỏ dầu, việc phòng chống ăn mòn đường ống chịu nhiệt độ cao là đặc biệt quan trọng, không chỉ liên quan đến lợi ích khai thác mỏ dầu mà còn liên quan mật thiết đến an toàn sản xuất. Mức độ ăn mòn axit trên đường ống và thiết bị phụ thuộc vào thời gian tiếp xúc, nồng độ axit và điều kiện nhiệt độ, v.v. UZ CI-180 có khả năng chịu nhiệt độ cao tuyệt vời, và ở nhiệt độ lên đến 350°F (180°C), tác động ăn mòn của axit lên thép ở nhiệt độ cao dưới đáy giếng có thể được giảm đáng kể bằng cách thêm UZ CI-180 vào hỗn hợp axit. Youzhu đã nhận được sự đánh giá cao từ Trung tâm Quản lý Mỏ dầu Tây Bắc cho các dự án về làm sạch đường ống, pha chế dung dịch khoan và bảo trì thiết bị.

Giếng khoan ngang Fengye 1-10HF nằm trên đường Đông San, thành phố Đông Dinh, là giếng khoan dầu đá phiến đầu tiên vượt qua được rào cản chu kỳ khoan 20 ngày, hoàn thành sớm hơn 24 ngày so với kế hoạch. Đây là một trong ba khu vực thí điểm dầu đá phiến quốc gia được Cục Quản lý Năng lượng Quốc gia phê duyệt và là khu vực thí điểm quốc gia đầu tiên về dầu đá phiến trong lưu vực đứt gãy lục địa ở Trung Quốc. Việc hoàn thành giếng sớm hơn 24 ngày đã giúp tiết kiệm hơn 10 triệu nhân dân tệ chi phí.

Do nằm gần một giếng khoan khác đang trong quá trình nứt vỡ chỉ cách đó 400 mét và gần ranh giới đá sỏi, giếng Fengye 1-10HF phải đối mặt với nguy cơ xâm nhập nước, tràn và mất chất lỏng. Thêm vào đó, nhiệt độ cao ở đáy giếng gây khó khăn cho nhiều thiết bị. Nhóm dự án tập trung vào hỗ trợ công nghệ kỹ thuật và giải quyết các vấn đề công nghệ then chốt. Họ đã lần lượt giải quyết các hạn chế như khó khăn trong việc dự đoán các điểm tối ưu có tính không đồng nhất cao, giới hạn của thiết bị dưới nhiệt độ và áp suất cao, và sự cùng tồn tại của hiện tượng mất và xâm nhập chất lỏng khoan.

Họ đã phát triển và ứng dụng hệ thống bùn tổng hợp để cải thiện độ lưu động. Trong số đó, chất phụ gia dung dịch khoan hiện tại TF FL WH-1 Cement Fluid-loss Additives, do Youzhu phát triển, có thể tạo thành một lớp màng chất lượng cao trên bề mặt giếng khoan đá phiến, ngăn chặn dung dịch khoan xâm nhập vào tầng địa chất. TF FL WH-1 được thiết kế để sử dụng trong các giếng có nhiệt độ tuần hoàn đáy giếng (BHCT) từ 60℉ (15,6℃) đến 400℉ (204℃).

TF FL WH-1 cung cấp khả năng kiểm soát mất chất lỏng theo tiêu chuẩn API dưới 36cc/30min đồng thời kiểm soát sự di chuyển khí từ tầng chứa. Thông thường, hàm lượng từ 0,6% đến 2,0% BWOC là cần thiết trong hầu hết các hỗn hợp khoan. Tuy nhiên, nó thường được sử dụng ở liều lượng dưới 0,8% BWOC, nhờ đó bảo vệ tầng chứa và ổn định giếng khoan. Điều này giúp bịt kín hiệu quả các lỗ rỗng và vết nứt nhỏ trong đá phiến, ngăn chặn sự xâm nhập của chất lỏng khoan và giảm sự truyền áp suất lỗ rỗng, từ đó tăng cường đáng kể khả năng ức chế của chất lỏng khoan.

Kết quả ứng dụng thực địa cho thấy dung dịch khoan gốc nước hiệu suất cao có khả năng ức chế mạnh, tăng tốc độ khoan cơ học, ổn định ở nhiệt độ cao, bảo vệ tầng chứa và thân thiện với môi trường.

Vào tháng 2 năm 2022, giếng Bazhong 1HF của Sinopec, nằm trong mỏ dầu khí sa thạch lòng sông kỷ Jura, đã đề xuất một cách đột phá khái niệm thiết kế nứt vỡ "tích hợp nứt vỡ, thấm hút và đóng giếng". Phương pháp này được phát triển để giải quyết các đặc điểm của mỏ sa thạch lòng sông có mật độ cao và hệ số áp suất hình thành cao. Công nghệ nứt vỡ tối ưu, bao gồm "cắt chặt + bịt kín và chuyển hướng tạm thời + bổ sung cát cường độ cao + tăng cường dầu thấm hút", đã tăng cường đáng kể khả năng khai thác dầu khí dưới lòng đất và thiết lập một mô hình nứt vỡ mới, cung cấp tài liệu tham khảo cho việc nứt vỡ quy mô lớn các giếng ngang.

Phụ gia giảm mất chất lỏng ở nhiệt độ cao, chất bịt kín chống sụp đổ ở nhiệt độ cao và chất điều chỉnh lưu lượng kiểu nhiệt độ cao của Youzhuo trong dung dịch khoan nứt vỡ giúp khắc phục các thách thức về áp suất và mất chất lỏng do áp suất lỗ rỗng trong tầng chứa, ứng suất giếng khoan và độ bền của đá gây ra. Công nghệ bịt kín bằng gel đặc biệt, được phát triển từ Đại học Dầu khí Tây Nam, cho phép gel đặc biệt tự động ngừng chảy sau khi đi vào tầng chứa chất lỏng bị mất, lấp đầy các vết nứt và khoảng trống, tạo thành một "nút gel" cách ly chất lỏng bên trong tầng chứa với chất lỏng trong giếng khoan. Công nghệ này rất hiệu quả đối với hiện tượng rò rỉ nghiêm trọng trong các tầng chứa bị nứt vỡ, xốp và đứt gãy với lượng chất lỏng bị mất đáng kể và thể tích thu hồi tối thiểu.

Vào lúc 11 giờ 46 phút sáng ngày 30 tháng 5 năm 2023, mỏ dầu Tarim thuộc Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Trung Quốc (CNPC) đã bắt đầu khoan tại giếng Shendi Teke 1, đánh dấu sự khởi đầu của hành trình khám phá khoa học địa chất và kỹ thuật siêu sâu ở độ sâu lên tới 10.000 mét. Đây là một thời khắc lịch sử đối với kỹ thuật địa chất sâu của Trung Quốc, báo hiệu một bước đột phá lớn trong công nghệ thăm dò địa chất sâu của đất nước và sự khởi đầu của "kỷ nguyên 10.000 mét" trong khả năng khoan.

Giếng Shendi Teke 1 nằm ở huyện Shaya, tỉnh Aksu, Tân Cương, ngay trung tâm sa mạc Taklamakan. Đây là một dự án "khai thác sâu dưới lòng đất" quan trọng của CNPC tại mỏ dầu Tarim, liền kề với khu vực dầu khí siêu sâu Fuman, có độ sâu 8.000 mét và trữ lượng một tỷ tấn. Giếng có độ sâu thiết kế 11.100 mét và thời gian khoan và hoàn thiện dự kiến ​​là 457 ngày. Vào ngày 4 tháng 3 năm 2024, độ sâu khoan của Shendi Teke 1 đã vượt quá 10.000 mét, trở thành giếng thẳng đứng thứ hai trên thế giới và đầu tiên ở châu Á vượt qua độ sâu này. Cột mốc này cho thấy Trung Quốc đã tự mình vượt qua những thách thức kỹ thuật liên quan đến việc khoan các giếng siêu sâu có quy mô như vậy.

Khoan ở độ sâu 10.000 mét là một trong những lĩnh vực đầy thách thức nhất trong công nghệ kỹ thuật dầu khí, với vô số nút thắt kỹ thuật. Đây cũng là một chỉ số quan trọng về năng lực công nghệ và thiết bị của một quốc gia. Đối mặt với điều kiện nhiệt độ và áp suất cực cao dưới lòng đất, những tiến bộ đáng kể đã được thực hiện trong dung dịch khoan chịu nhiệt độ cao, động cơ chịu nhiệt độ cao và công nghệ khoan định hướng. Những đột phá cũng đạt được trong thiết bị lấy mẫu lõi và ghi nhật ký cáp, xe tải ép thủy lực siêu cao áp với khả năng chịu tải 175 MPa, và thiết bị dung dịch ép thủy lực, đã được thử nghiệm thành công tại chỗ. Những phát triển này đã dẫn đến việc tạo ra một số công nghệ quan trọng cho việc khoan và hoàn thiện giếng siêu sâu một cách an toàn và hiệu quả.

Trong hệ thống dung dịch khoan được sử dụng trong dự án này, các môi trường nhiệt độ cao, áp suất cao đặc thù đã được giải quyết bằng việc phát triển các chất giảm hao hụt dung dịch và chất ức chế ăn mòn vượt trội, duy trì các đặc tính lưu biến tuyệt vời ở nhiệt độ cao và dễ điều chỉnh, bảo trì. Các chất phụ gia kiểm soát đất sét cũng tăng cường khả năng tách nước của các hạt đất sét trong điều kiện nhiệt độ cực cao, cải thiện khả năng thích ứng và tính ổn định của dung dịch khoan.

Mỏ dầu đá phiến Jimusar là khu vực thí điểm khai thác dầu đá phiến trên đất liền quốc gia đầu tiên của Trung Quốc, nằm ở phía đông lưu vực Junggar. Khu vực này có diện tích 1.278 km² và trữ lượng ước tính là 1,112 tỷ tấn. Năm 2018, việc phát triển quy mô lớn mỏ dầu đá phiến Jimusar bắt đầu. Trong quý đầu tiên, Khu vực thí điểm khai thác dầu đá phiến trên đất liền quốc gia Jimusar, Tân Cương đã sản xuất 315.000 tấn dầu đá phiến, lập kỷ lục mới. Khu vực thí điểm đang đẩy nhanh nỗ lực tăng trữ lượng và sản lượng dầu đá phiến, với kế hoạch hoàn thành 100 giếng khoan và 110 giếng ép thủy lực vào năm 2024.

Dầu đá phiến, tức là dầu bám vào đá phiến hoặc nằm trong các khe nứt của nó, là một trong những loại dầu khó khai thác nhất. Tân Cương có nguồn tài nguyên dầu đá phiến phong phú với triển vọng thăm dò và phát triển rộng lớn. Trung Quốc đã xác định tài nguyên dầu đá phiến là lĩnh vực trọng điểm để thay thế dầu mỏ trong tương lai. Wu Chengmei, một kỹ sư phụ trách tại Trung tâm Nghiên cứu Địa chất Khu vực Khai thác Mỏ dầu Jiqing thuộc mỏ dầu Tân Cương, giải thích rằng dầu đá phiến Jimusar thường nằm sâu hơn 3.800 mét dưới lòng đất. Độ sâu chôn vùi và độ thấm đặc biệt thấp khiến việc khai thác khó khăn như khai thác dầu từ đá mài.

Việc phát triển dầu đá phiến trên đất liền của Trung Quốc nhìn chung phải đối mặt với bốn thách thức chính: thứ nhất, dầu có trọng lượng tương đối lớn, gây khó khăn trong quá trình khai thác; thứ hai, các khu vực giàu dầu khí (sweet spots) nhỏ và khó dự đoán; thứ ba, hàm lượng đất sét cao khiến việc nứt vỡ thủy lực trở nên khó khăn; thứ tư, sự phân bố không đồng đều, làm phức tạp các hoạt động. Những yếu tố này từ lâu đã hạn chế việc phát triển dầu đá phiến trên đất liền một cách hiệu quả và quy mô lớn ở Trung Quốc. Trong dự án này, để xử lý dung dịch chảy ngược sau quá trình nứt vỡ thủy lực, một chất phụ gia mới được sử dụng để giảm ô nhiễm và tái chế dung dịch, biến nó trở lại thành dung dịch nứt vỡ thủy lực để tái sử dụng. Phương pháp này đã được thử nghiệm trên chín giếng vào năm 2023 với kết quả xuất sắc. Tính đến tháng 6 năm 2024, dự án dự kiến ​​sẽ sử dụng dung dịch nứt vỡ thủy lực được tái chế trong một hoạt động nứt vỡ thủy lực quy mô lớn.

Cấu tạo chính của dự án bao gồm các vỉa than, các lớp đá bùn xám và nâu, là những tầng địa chất nhạy cảm với nước. Tại mỏ dầu đá phiến Jimusar, đoạn giếng khoan thứ hai có chiều dài khá lớn, dẫn đến thời gian ngâm tầng địa chất kéo dài. Nếu sử dụng dung dịch khoan gốc nước, nguy cơ sụp đổ và mất ổn định là rất cao, trong khi dung dịch khoan gốc dầu không gây ra hiện tượng hydrat hóa. Dung dịch khoan nhũ tương dầu trong nước, khi ổn định, cũng không gây ra hiện tượng hydrat hóa, do đó dung dịch khoan gốc dầu không tạo ra áp suất trương nở do hydrat hóa. Nghiên cứu đã dẫn đến việc áp dụng hệ thống dung dịch khoan gốc dầu, với các nguyên tắc và biện pháp chống sụp đổ như sau: 1. Ức chế hóa học: Kiểm soát tỷ lệ dầu-nước trên 80:20 để giảm sự xâm nhập của pha nước vào tầng địa chất, ngăn ngừa hiệu quả sự trương nở và sụp đổ của các vỉa than và các tầng địa chất nhạy cảm với nước. 2. Bịt kín vật lý: Thêm các chất làm tăng trọng lượng như vật liệu canxi vào các tầng địa chất yếu trước để tăng cường khả năng chịu áp suất của tầng địa chất và ngăn ngừa rò rỉ giếng. 3. Hỗ trợ cơ học: Kiểm soát mật độ trên 1,52g/cm³, tăng dần mật độ đến giới hạn thiết kế là 1,58g/cm³ trong giai đoạn gia công. Các chất gia trọng do Công ty Youzhu sản xuất có thể đạt được hiệu quả mong muốn, đảm bảo hoàn thành suôn sẻ và thành công các dự án khoan và hoàn thiện giếng.