Bài giảng Dung dịch khoan, xi măng - Đỗ Hữu Minh Triết

1DUNG DỊCH KHOAN - XIMĂNG
GV: Đỗ Hữu Minh Triết
Email: dhmtriet@hcmut.edu.vn
2 GEOPET
Tài liệu tham khảo
„ Kỹ thuật khoan dầu khí, Lê Phước Hảo, 1995
„ Bài giảng dung dịch khoan và vữa trám, Trần Đình Kiên, 2002
„ Applied Drilling Engineering, A. T. Bourgoyne Jr., K. K. Millheim, M. E. 
Chenevert, F. S. Young Jr., SPE, 1991
„ Drilling fluids, Solids Control and Hydraulics (Module A-E), Smith 
International, 1990
„ Principles of Drilling Fluid Control, 12nd Edition, API, 1969
„ Cementing, Dwight K. Smith, SPE monograph vol. 4, 1990
„ Well Cementing, Erick B. Nelson, 1990
3 GEOPET
„ Kiểm tra tại lớp, bài tập: 20% 
„ Kiểm tra giữa học kỳ (tuần 8): 20%
„ Thi cuối kỳ (tuần 16): 60%
Kiểm tra – Đánh giá
4 GEOPET
Nội dung tóm tắt
A. Dung dịch khoan
Các khái niệm, tính chất, các thông số cơ bản của dung dịch 
khoan, cách gia công hóa học chúng. Cách rửa lỗ khoan 
bằng nước lã và các dung dịch tự nhiên. Các loại dung dịch 
dùng trong điều kiện phức tạp. Cách làm sạch dung dịch.
B. Ximăng
Các tính chất cơ bản của ximăng, cách chọn vữa ximăng, 
các nguyên tắc của phương pháp trám ximăng.
25 GEOPET
CHƯƠNG 8: KỸ THUẬT BƠM TRÁM XIMĂNG GIẾNG KHOAN DẦU KHÍ13-14
CHƯƠNG 7: CHỌN VỮA XIMĂNG DÙNG TRONG CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ12
CHƯƠNG 6: XIMĂNG PORLAND11
CHƯƠNG 5: LÀM SẠCH DUNG DỊCH10
CHƯƠNG 4: DUNG DỊCH KHOAN TRONG ĐIỀU KIỆN PHỨC TẠP7-8-9
CHƯƠNG 3: GIA CÔNG HÓA HỌC DUNG DỊCH SÉT6
CHƯƠNG 2: DUNG DỊCH SÉT3-4-5
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ RỬA LỖ KHOAN1-2
Nội dungTuần
Nội dung chi tiết
CHƯƠNG 1
KHÁI NIỆM CHUNG 
VỀ RỬA LỖ KHOAN 
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết1-2
GEOPETRỬA LỖ KHOAN LÀ GÌ?
„ Rửa lỗ khoan là dùng chất lỏng hay chất khí để thực hiện 2 nhiệm vụ: 
… Làm sạch đáy lỗ khoan
… Bôi trơn và làm mát dụng cụ khoan
„ Định nghĩa
Dung dịch khoan là bất kì dung dịch nào được tuần hoàn hoặc bơm từ bề
mặt vào cần khoan, đi qua choòng khoan và quay lại bề mặt bằng khoảng 
không vành xuyến trong công tác khoan.
„ Dung dịch khoan có thể là chất lỏng hoặc khí
… Dung dịch khoan là không khí
… Dung dịch khoan dạng bọt
… Dung dịch khoan là nước
… Dung dịch khoan gốc dầu
… Dung dịch khoan gốc polyme tổng hợp (olefin và este)
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết1-3
GEOPETI. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ SỬ DỤNG 
CÁC LOẠI DUNG DỊCH VÀO CÔNG TÁC KHOAN
- Thế kỷ XIX ở Trung Quốc người ta đã tiến hành rửa lỗ khoan bằng 
nước lã, sau đó là nước lã và các hạt sét có sẵn.
- 1905, dung dịch sét đã được dùng để rửa lỗ khoan trong giếng khoan 
đầu tiên ở Texas.
- 1921, ôxit sắt xay nhỏ được dùng để làm nặng dung dịch ở bang 
Arkansas và bang Louissiana (Mỹ). Sau đó, barit được tìm thấy có khả 
năng làm nặng dung dịch tốt hơn.
- Đồng thời với việc làm nặng dung dịch người ta tìm ra xút (NaOH) và 
aluminat natri để làm ổn định dung dịch và giữ các hạt chất làm nặng ở
trạng thái lơ lửng.
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết1-4
GEOPET
- 1937, tinh bột được dùng làm giảm độ thoát nước của dung dịch.
- 1944, Carboxymetyl Celullose (CMC) được dùng làm giảm độ thoát 
nước của dung dịch.
- Sau đó, ở Mỹ và Nga đồng thời tìm ra dung dịch gốc dầu để mở vỉa dầu.
- 1939 – 1940, người ta dùng huyền phù carbonat để rửa lỗ khoan.
- 1943, người ta dùng dung dịch có vôi để có thể chịu được nhiệt độ hơn 
190oC mà không bị đặc.
- 1953, dùng dung dịch thạch cao để thực hiện mục đích trên.
- Ngoài việc rửa lỗ khoan bằng chất lỏng, còn dùng chất khí để rửa lỗ
khoan, thực hiện đầu tiên vào 1918.
I. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ SỬ DỤNG 
CÁC LOẠI DUNG DỊCH VÀO CÔNG TÁC KHOAN
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết1-5
GEOPET
Hệ thống tuần hoàn dung dịch
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết1-6
GEOPET
Ổn định thành giếng
Ngăn sự xâm nhập 
của chất lưu
Giúp xác định 
lưu chất vỉa
Vận chuyển 
mùn khoan 
lên bề mặt
Bôi trơn, 
làm mát 
bộ khoan cụ
II. CHỨC NĂNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN
¾ 1. Rửa lỗ khoan, nâng mùn khoan lên khỏi giếng
¾ 2. Giữ mùn khoan lơ lửng khi ngưng tuần hoàn
¾ 3. Làm mát, bôi trơn bộ khoan cụ
¾ 4. Giữ thành lỗ khoan không bị sập lở, tránh mất 
nước rửa và hiện tượng dầu-khí-nước vào lỗ khoan
¾ 5. Gây tác dụng lý hóa khi phá hủy đất đá
¾ 6. Truyền năng lượng cho turbin khoan
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết1-7
GEOPET
Các chức năng khác
¾ Đảm bảo tính chính xác cho công tác đánh giá vỉa 
¾ Kiểm soát sự ăn mòn thiết bị (O2, CO2, H2S)
¾ Hỗ trợ quá trình trám ximăng và hoàn thiện giếng 
¾ Giảm thiểu các tác hại cho môi trường 
¾ Truyền thông tin địa chất lên mặt đất
¾ Là môi trường trung gian để truyền tín hiệu điều khiển
II. CHỨC NĂNG CỦA DUNG DỊCH KHOAN
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết1-8
GEOPET
Rửa lỗ khoan, nâng mùn khoan lên khỏi giếng
Chức năng 1
„ Đây là điều kiện để đạt được tốc độ cơ học 
khoan cao.
„ Muốn rửa sạch đáy lỗ khoan thì phải kịp thời đưa 
mùn khoan lên mặt đất theo khoảng không vành 
xuyến giữa thành lỗ khoan và cần khoan. Mức 
độ rửa sạch lỗ khoan phụ thuộc vào số lượng và
chất lượng nước rửa bơm vào lỗ khoan: tốc độ 
dòng nước rửa đi lên, tính chất cơ học, cấu trúc 
của nước rửa, kích thước và trọng lượng các hạt 
mùn khoan.
„ Năng suất máy bơm càng lớn, lượng nước rửa 
bơm vào lỗ khoan càng nhiều, đáy lỗ khoan càng 
rửa sạch thì tốc độ khoan càng tăng. 
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết1-9
GEOPET
Giữ mùn khoan lơ lửng khi ngưng tuần hoàn
Chức năng 2
„ Trong quá trình khoan thường xảy ra hiện tượng ngừng khoan một 
cách đột ngột hoặc khi tiếp cần, thay choòng khoan. Lúc đó trong 
khoảng không vành xuyến còn rất nhiều mùn khoan chưa được nâng 
lên mặt đất. Do trọng lượng bản thân, các hạt mùn khoan lắng xuống 
gây ra hiện tượng kẹt lỗ khoan.
„ Để tránh hiện tượng kẹt lỗ khoan, phải dùng dung dịch có tính lưu biến 
cao. Dung dịch loại này khi ở trạng thái yên tĩnh, ứng suất giới hạn của 
chúng tăng lên (quá trình gel hóa), đủ để giữ các hạt mùn khoan không 
bị lắng xuống. 
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết1-10
GEOPET
Giữ mùn khoan lơ lửng khi ngưng tuần hoàn (tt)
Chức năng 2
„ Khả năng giữ các hạt mùn khoan ở trạng thái lơ lửng của một loại 
nước rửa được đánh giá bằng kích thước lớn nhất của các hạt mùn 
khoan không bị chìm trong loại nước rửa ấy. 
„ Khi rửa lỗ khoan bằng nước lã hoặc chất khí, do tính lưu biến của các 
loại dung dịch này rất thấp, chỉ được ngừng tuần hoàn sau khi đưa hết 
mùn khoan lên mặt đất. Đồng thời phải nhanh chóng khôi phục lại sự
tuần hoàn của dung dịch.
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết1-11
GEOPET
Làm mát, bôi trơn bộ khoan cụ
Chức năng 3
„ Trong quá trình khoan, dụng cụ phá đá bị nóng do nhiệt độ ở đáy (địa 
nhiệt) và do ma sát với đất đá.
„ Năng lượng cơ học do ma sát sẽ sinh ra nhiệt. Một phần làm nóng dụng 
cụ phá đá và một phần đi vào đất đá. Nhiệt độ ở vùng tiếp xúc 800 -
1000oC sẽ giảm độ bền và độ chống mòn của dụng cụ.
„ Khi dùng các chất lỏng và khí để rửa lỗ khoan thì chất đó sẽ thu nhiệt 
dẫn đến sự cân bằng nhiệt độ: nhiệt độ tỏa ra do quá trình ma sát sau 
một thời gian bằng nhiệt độ các chất rửa lỗ khoan. Lúc ấy nhiệt độ của 
dụng cụ phá đá sẽ không đổi.
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết1-12
GEOPET
Làm mát, bôi trơn bộ khoan cụ (tt)
Chức năng 3
„ Việc làm mát dụng cụ phá đá phụ thuộc lưu lượng, tỉ nhiệt và nhiệt độ 
ban đầu của chất để rửa lỗ khoan. Lưu lượng và tỉ nhiệt càng lớn thì
nhiệt độ trung bình ở chỗ tiếp xúc càng nhỏ. Mặt khác khi lỗ khoan 
càng lớn thì việc làm lạnh choòng khoan càng nhanh.
„ Thực tế cho thấy dung dịch làm lạnh dụng cụ phá đá tốt nhất là nước 
lã, sau đó là dung dịch sét và các chất lỏng khác, cuối cùng là chất khí.
„ Nước rửa còn bôi trơn ổ bi, các chi tiết khác của turbin, choòng khoan 
cần khoan và ống chống do nước rửa làm giảm độ ma sát ở các bộ
phận quay, bôi trơn và làm giảm nhẹ sự làm việc của các cơ cấu dẫn 
đến tăng độ bền của chúng, đặc biệt quan trọng trong khoan turbin. 
Hiệu quả bôi trơn càng tăng nếu pha vào dung dịch 8 - 10% dầu diesel 
hoặc dầu hỏa. Dung dịch nhũ tương dầu có tác dụng bôi trơn tốt nhất, 
dùng dung dịch này khi khoan moment quay giảm 30%.
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết1-13
GEOPET
Giữ thành lỗ khoan không bị sập lở, tránh mất nước 
rửa và hiện tượng dầu-khí-nước vào lỗ khoan
Chức năng 4
„ Mỗi lớp đất đá, vỉa khoáng sản, mỗi tầng chứa dầu, khí, nước nằm trong lòng 
đất đều có áp lực vỉa Pv của chúng (áp lực địa tĩnh) từ vài atm, vài trăm đến 
hàng nghìn atm. Ở điều kiện bình thường, do sự cân bằng áp lực của đất đá
nên chúng ổn định nhưng khi khoan qua chúng thì sự cân bằng này bị phá vỡ. 
Dưới tác dụng của áp lực vỉa, các lớp đất đá đi vào lỗ khoan.
„ Khi lỗ khoan có nước rửa thì cột chất lỏng trong lỗ khoan sẽ tạo một áp lực thủy 
tĩnh Pv.
… Khi Pv > Ptt thì đất đá, dầu khí nước sẽ đi vào lỗ khoan gây ra hiện tượng 
sập lở thành lỗ khoan hay hiện tượng dầu, khí, nước vào lỗ khoan làm bão 
hòa dung dịch, đôi khi có thể đẩy dung dịch ra khỏi lỗ khoan và phun lên.
Tăng tỷ trọng Ptt có tác dụng chống lại Pv. Mặt khác khi dùng dung dịch sét 
sẽ tạo nên một lớp vỏ mỏng sét chặt sít xung quanh thành lỗ khoan, ngăn 
cách giữa vỉa và lỗ khoan thì thành lỗ khoan ổn định.
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết1-14
GEOPET
Giữ thành lỗ khoan không bị sập lở, tránh mất nước 
rửa và hiện tượng dầu-khí-nước vào lỗ khoan (tt)
Chức năng 4
… Khi Pv < Ptt, nước rửa đi vào khe nứt của đất đá làm giảm thể tích nước rửa, 
gây ra hiện tượng mất nước rửa từng phần hay hoàn toàn. Hiện tượng này xảy 
ra khi khoan qua đất đá nứt nẻ, nhiều lỗ hổng 
Đồng thời với hiện tượng mất nước rửa, khi Ptt giảm vì mực nước trong lỗ
khoan giảm sẽ dẫn đến hiện tượng sập lở thành lỗ khoan; dầu, khí, nước vào 
lỗ khoan.
Khắc phục bằng cách dùng dung dịch sét chất lượng tốt, tỷ trọng nhỏ tạo nên 
một vỏ sét chặt sít ngăn cách giữa lỗ khoan và vỉa, đồng thời do Ptt nhỏ sẽ
thành lập nên một trạng thái cân bằng Ptt = Pv để chống mất nước rửa. Trong 
trường hợp mất nước rửa mạnh, người ta dùng các hỗn hợp đông nhanh để
khắc phục.
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết1-15
GEOPET
Gây tác dụng lý hóa khi phá hủy đất đá
Chức năng 5
„ Là một thông số chế độ khoan.
„ Nước rửa qua lỗ thoát của choòng có kích thước nhỏ có tốc độ khá lớn và dự
trữ một động năng. Động năng này được sử dụng làm sạch đáy lỗ khoan và khi 
gặp đất đá mềm, nó phá hủy trực tiếp.
„ Tác động cơ học của dòng nước rửa lên đáy lỗ khoan được đánh giá bằng áp 
lực hay lực đập của dòng nước rửa khi tiếp xúc với đất đá ở đáy. Lực đập này 
phụ thuộc tốc độ, khối lượng và mật độ của dòng nước rửa.
„ Khi khoan qua đất đá cứng, nước rửa chỉ góp phần vào việc tăng tốc độ cơ học 
khoan vì nước đã làm giảm độ cứng của đất đá.
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết1-16
GEOPET
Gây tác dụng lý hóa khi phá hủy đất đá (tt)
Chức năng 5
„ Đất đá có độ bền không đồng nhất, trong màng tinh thể có chỗ rất yếu và trên 
bề mặt có những khe nứt ngang dọc. Khi nước rửa thấm sâu vào làm các khe 
nứt bị sâu thêm, rộng ra tạo điều kiện cho việc phá hủy đá dễ dàng hơn. 
„ Hiệu quả đó tăng thêm khi ta thêm vào nước rửa các chất giảm độ cứng. Tác 
dụng các chất này là tăng lực tương tác hóa lý giữa môi trường phân hóa và bề
mặt mới của đất đá tạo ra trong quá trình phá hủy cơ học.
„ Các chất làm giảm độ cứng như hoạt chất cacbon, fenol, axit và các muối kiềm 
của chúng.
+ Các chất điện phân: NaCl, MgCl2, CaCl2, AlCl3
+ Các muối của kim loại kiềm NaOH, Na2CO3
Lưu ý: Khi nồng độ các chất trên trong nước rửa nhỏ thì có tác dụng, khi nồng 
độ tăng thì tác dụng ngược lại.
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết1-17
GEOPET
Truyền năng lượng cho turbin khoan
Đối với một số trường hợp khoan giếng định hướng có góc nghiêng lớn và 
khoan ngang, người ta sử dụng động cơ đáy (tuabin hoặc động cơ thể tích). 
Động cơ này làm việc nhờ năng lượng của dòng dung dịch tuần hoàn trong 
giếng. 
„ Yếu tố quyết định là lượng nước rửa bơm vào turbin nghĩa là năng suất máy 
bơm.
Î lượng nước rửa tăng lên ít nhưng công suất của turbin thay đổi rất nhiều 
Î tăng tiến độ khoan.
„ Ở máy bơm có sự liên hệ: Nb = pQ
Trong đó: 
Nb: công suất của máy bơm dung dịch
p: áp lực ống thoát của máy bơm
Q: lưu lượng của máy bơm dung dịch
Chức năng 6
3
2
1
2t
1t
Q
Q
N
N



=
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết1-18
GEOPET
Truyền năng lượng cho turbin khoan (tt)
Muốn Q tăng để tăng công suất quay của turbin thì tăng Nb hay giảm p. 
Trong kỹ thuật, Nb có thể điều chỉnh dễ dàng nên tăng Q dễ dàng nhưng 
trong kỹ thuật khoan, do kích thước các ống dẫn hạn chế nên khi Q tăng 
làm p giảm. Tùy theo độ bền của ống dẫn thủy lực, bơm và dụng cụ khoan 
mà p tăng đến trị số p < pmax do giá trị pmax đã làm hạn chế Q máy bơm.
„ Khi Nb không đổi, muốn tăng Q thì phải giảm các tổn thất cục bộ. Điều này 
thực hiện bằng 2 cách.
- Tăng đường kính của các phần có nước rửa chảy qua như ống dẫn, 
cần khoan và đầu nối, các lỗ thoát của choòng.
- Dùng nước rửa linh động có tỷ trọng và độ nhớt nhỏ.
„ Khi Q không đổi thì tổn thất thủy lực sẽ nhỏ nhất nếu làm sạch lỗ khoan 
bằng nước lã.
Chức năng 6
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết1-19
GEOPET
Truyền năng lượng cho turbin khoan (tt)
„ Tính toán thủy lực khoan nhằm tối ưu ROP (Rate of Penetration) 
bằng cách: 
… Tăng khả năng tách mùn khoan tại choòng
… Tối đa độ giảm áp tại choòng
… Tối ưu lực va đập thủy lực tại đáy giếng
„ Áp lực tại choòng được làm giảm bằng cách:
… Dùng cần khoan và đầu nối có kích thước nhỏ
… Dùng động cơ đáy
… Dùng thiết bị đo trong khi khoan
„ Tổn thất áp suất cao khi:
… Dung dịch có tỉ trọng lớn
… Dung dịch có độ nhớt lớn
… Thành phần rắn trong mùn khoan cao
Chức năng 6
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết1-20
GEOPET
1. Phương pháp rửa thuận
2. Phương pháp rửa nghịch
3. Phương pháp rửa cục bộ
III. CÁC PHƯƠNG PHÁP RỬA LỖ KHOAN
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết1-21
GEOPET1. Phương pháp rửa thuận
Nước rửa bơm vào lỗ khoan qua phía trong cần khoan tới đáy, đưa mùn 
khoan lên theo khoảng không giữa thành lỗ khoan và cần khoan.
„ Ưu điểm
… Đơn giản, không cần thiết bị phức tạp.
… Nước rửa có tốc độ lớn nhưng chuyển động trong cần khoan nên 
không phá sự ổn định thành lỗ khoan.
… Tốc độ nước rửa lớn tạo áp lực phá hủy đất đá mềm dẫn đến tốc độ 
cơ học khoan cao.
… Không bị tắt cần, có thể khoan trong điều kiện mất dung dịch.
„ Khuyết điểm
… Tốc độ nâng mẫu chậm đối với lỗ khoan sâu và đường kính lớn.
… Dễ gây kẹt lắng mùn khoan khi ngừng tuần hoàn. 
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết1-22
GEOPET2. Phương pháp rửa nghịch
Nước rửa bơm vào lỗ khoan qua khoảng không vành xuyến giữa thành lỗ
khoan và cần khoan, tới đáy, đưa mùn khoan lên theo phía trong của cần 
khoan. Phương pháp này thường dùng trong các lỗ khoan đường kính nhỏ
hay khoan qua cát, cát kết bị phong hóa. 
„ Ưu điểm
… Do tiết diện cần khoan nhỏ nên tốc độ dòng nước rửa đi lên nhanh.
… Mùn khoan và mẫu cũng được nâng nhanh, có thể lấy mẫu liên tục
… Va đập vào thành lỗ khoan nhỏ.
„ Khuyết điểm: 
… Cần có thiết bị bít miệng lỗ khoan.
… Không khoan được trong điều kiện mất nước.
… Cấu trúc bộ dụng cụ khoan phức tạp, dễ bị tắt cần khoan.
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Tri ... i ống này 
thường được sử dụng để sửa chữa đoạn ống chống bị hư hại, ăn mòn 
và bảo vệ cột ống chống ở những đoạn có lỗ bắn bị rò rỉ, áp suất cao.
– Ống chống giằng: được gắn từ đầu giếng khoan đến phần đầu của cột 
ống chống lửng. Cột ống này bảo vệ ống chống trung gian, làm vững 
chắc thêm cho cột ống chống trung gian do bị ăn mòn khi khoan, ngăn 
cản áp suất gây bóp méo ống chống nơi thành hệ có áp lực dị thường, 
bảo vệ chống ăn mòn và làm kín cột ống lửng trước đó bị khí xâm 
nhập.
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-53
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
Hình 8.17. Các loại ống chống lửng
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-54
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
4.3.1. Qui trình lắp đặt và thả ống chống
Ống chống lửng thường được thả vào giếng bằng cần khoan và ở đỉnh có
một đầu treo chuyên dụng. Thiết bị này có một đầu nối với ống chống lửng và
có thể tháo ra khỏi ống lửng để thu hồi lại cùng với cần khoan sau khi trám
ximăng.
Lắp đặt vòng dừng và một đầu nối phía trên chân đế ống chống để tạo điểm 
tựa cho nút trám ống chống lửng. Đồng thời lắp đặt các lồng định tâm và chổi 
nạo để làm sạch khoảng không vành xuyến giữa ống chống lửng và thành 
giếng khoan. 
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-55
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
Hình 8.18. Đầu treo ống chống lửng
Hình 8.19. Đầu bơm trám 
ximăng ống chống lửng
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-56
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
Đầu treo ống chống lửng có các chức năng sau:
– Treo cột ống lửng khi thả vào giếng khoan.
– Làm kín giữa cần khoan và cột ống lửng. Chất lưu bơm vào cần khoan 
phải tuần hoàn bên trong cột ống lửng và ra khỏi chân đế trước khi đi 
lên khoảng không vành xuyến.
– Tạo điểm tựa cho nút trám ống chống lửng. Nút trám này được giữ
bằng một chốt giữ và có một lỗ thông nhỏ cho phép lưu chất và vữa đi 
qua cho đến khi nút trám đẩy đặt vào và làm kín lỗ thông này. Tăng áp 
suất bơm sẽ cắt đứt chốt giữ và nút trám ống chống lửng được đẩy 
xuống cùng với nút trám đóng phía sau vữa xi măng.
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-57
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
Cần phải tiến hành tuần hoàn giếng trước khi treo ống chống lửng. Trong 
một số đầu treo ống chống lửng có van tuần hoàn cho phép tuần hoàn phía 
trên ống chống lửng trước khi van đóng và tuần hoàn xuống phía dưới xung 
quanh địa tầng ống chống lửng.
Sau khi bơm rửa bùn khoan, tiến hành lắp đặt đầu treo ống chống lửng. Sau 
đó, cần khoan và đầu treo được kéo lên từ từ để kiểm tra đầu treo có tách ra 
khỏi cột ống lửng không. Thiết bị làm kín có độ dài 10 – 15 ft giữ nút trám ống 
chống cho phép thực hiện thao tác mà không tạo khe hở giữa cần khoan và
ống chống lửng. Thao tác này cần phải được thực hiện để bảo đảm cần 
khoan và đầu treo có thể tháo ra khỏi ống lửng sau khi trám xi măng xong.
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-58
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
4.3.2. Kỹ thuật trám ximăng ống chống lửng
Có 3 phương pháp bơm trám ống chống lửng:
a. Trám xi măng một giai đoạn thông thường
b. Trám xi măng một giai đoạn thông thường với cột xi măng dư
c. Ép vữa ximăng
a. Trám ximăng một giai đoạn thông thường
Kỹ thuật này bao gồm trám ximăng xung quanh và trên đỉnh ống chống. Lượng 
ximăng dư phía trên đỉnh ống chống được bơm rửa trước khi kéo cần khoan lên. Khó 
khăn trong phương pháp này là không thể tính chính xác thể tích ximăng sử dụng và
phải khoan phá nếu ximăng dư (Hình 8.20.a).
Lưu ý: Có thể kẹt cần khoan nếu ximăng đông cứng trước khi hoàn tất các thao tác.
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-59
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
Hình 8.20. Trám ximăng ống chống lửng
(a) (b)
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-60
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
b. Trám xi măng một giai đoạn thông thường với cột xi măng dư
Kỹ thuật này bao gồm trám ximăng dư trên đỉnh ống chống lửng như phương pháp 
một giai đoạn thông thường. Lượng ximăng dư chiếm khoảng 8 -10 chiều dài ống 
chống trung gian. 
Cột ximăng dư sẽ được khoan phá sau khi đông cứng vì dễ khoan phá cột ximăng dư 
hơn là bơm ép vào phần phủ ống chống (Hình 8.20.b).
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-61
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
Qui trình bơm trám
Đường ống bơm vữa được gắn vào cần khoan cùng với nút trám trên được 
đặt giữa hai đường nối của đầu trám xi măng. 
Sau khi lắp xong đầu trám và thử áp suất, tiến hành bơm nước rửa hay dung 
dịch đệm vào cần khoan. 
Sau khi trộn vữa ximăgn và bơm vào cần khoan, tiến hành thả nút trám và 
bơm đẩy nó đến đầu treo ống chống lửng. Tại đây nút trám sẽ đóng kín vào 
trám ống chống lửng đã treo trước đó. Áp suất bơm sẽ tăng khi nút trám làm 
kín nút trám ống chống lửng.
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-62
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
Áp suất tăng đạt khoảng 1200 psi sẽ cắt chốt giữ nút trám ống chống lửng, 
cả hai nút trám cùng đi xuống ở bên trong cột ống lửng. 
Khi đã bơm hết thể tích vữa trong ống chống lửng thì nút trám sẽ chạm vào 
vòng dừng và bị giữ lại ở đây, áp suất bơm tăng lên báo hiệu công việc bơm 
trám hoàn tất. 
Nếu đầu treo cột ống lửng có sử dụng packer, thời điểm này packer sẽ mở
và đầu treo sẽ được kéo ra khỏi ống chống lửng, tiến hành tuần hoàn ngược 
hết lượng ximăng dư. 
Nếu không sử dụng Packer, công việc tuần hoàn ngược phụ thuộc vào lượng 
ximăng dư còn lại và khả năng mất tuần hoàn dưới giếng khoan. 
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-63
Hình 8.20. Qui trình trám ximăng ống chống lửng
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-64
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
Lượng ximăng khi trám ống chống lửng cần được tính toán cẩn thận tùy điều 
kiện giếng khoan. Chú ý các yếu tố sau:
– Lượng ximăng dư được thiết kế sao cho vừa đủ tránh gây nhiễm bẩn 
xi măng ở phần đầu treo cột ống lửng.
– Với những thành hệ yếu thì việc tuần hoàn ngược sẽ gặp nhiều khó 
khăn, khi đó thời gian đông cứng của vữa ximăng nên kéo dài để tuần 
hoàn ngược.
– Nếu không thực hiện tuần hoàn ngược lượng ximăng dư hoặc không 
muốn khoan phá cột ximăng quá dài, ximăng dư có thể giới hạn 
khoảng vài bao. Tuy nhiên điều này có thể ảnh hưởng đến chất lượng 
xi măng trám vùng bao phủ.
– Khi quá trình tuần hoàn ngược (hay không tuần hoàn ngược) hoàn tất, 
đầu treo và cần khoan được kéo lên để chờ xi măng đông cứng.
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-65
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
c. Ép vữa ximăng
Khi cần chống ống lửng dài qua thành hệ yếu mà áp suất thủy tĩnh của cột 
vữa ximăng có thể gây tổn hại đến thành hệ và nhiều vấn đề khác, có thể sử
dụng phương pháp trám ximăng hai giai đoạn. 
Qui trình bơm trám
Giai đoạn đầu được tiến hành theo phương pháp một giai đoạn thông 
thường với lượng ximăng giới hạn, được tính toán trước để có thể bao phủ 
được vùng thành hệ yếu. Đỉnh của cột ximăng trong khoảng không vành 
xuyến càng gần chân đế ống chống trước càng tốt.
Sau khi giai đoạn đầu hoàn tất, đầu treo và cần khoan được kéo lên khỏi 
giếng khoan và chờ ximăng đông cứng. 
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-66
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
Hình 8.21. Trám và bơm ép vữa ximăng ống chống lửng
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-67
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
Cần khoan có lắp packer bơm ép (cement retainer) được thả vào giếng 
khoan. Packer được mở trên đầu treo ống chống lửng từ 2 – 3 đoạn ống nối, 
cho phép tác động áp suất từ bề mặt lên ximăng trám giai đoạn đầu. 
Tiến hành bơm trám giai đoạn hai với lượng ximăng cho phép xung quanh 
đầu treo ống chống lửng. Cần tính toán lưu lượng, áp suất bơm để tránh làm 
nứt vỡ thành hệ, gây mất xi măng.
Phương pháp này để lại khoảng trống giữa hai cột ximăng, dễ gây ra hiện 
tượng ăn mòn ống chống và khí xâm nhập vào vành ximăng.
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-68
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
Hình 8.22. Qui trình trám và bơm ép vữa ximăng ống chống lửng
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-69
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
4.3.3. Ống chống lửng Tie-back
Lý do sử dụng ống chống lửng Tie-back hay ống lửng Tie-back dạng “stub”
bao gồm: 
– Bao phủ đoạn ống chống bị hỏng phía trên đỉnh của ống chống trước.
– Cần một ống chống có đường kính lớn hơn trên đỉnh của một ống 
chống trước cho phép đặt nhiều cột ống khai thác.
– Cho phép lựa chọn thử giếng ở nhiều đoạn khác nhau để thiết kế các 
thiết bị khai thác sau này cũng như kích thước ống chống khai thác.
– Trám xi măng một số đoạn trong giếng có áp suất cao, thành hệ chứa 
sét... trước khi ống chống đến bề mặt.
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-70
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
Để thực hiện điều này, các thiết bị đặc biệt sau được sử dụng để nối hai ống:
– Ống lồng Tie-back (tie-back sleeve): lắp đặt phía trên đầu treo ống 
chống lửng, có tác dụng chứa đoạn ống nối làm kín (sealing nipple). 
Bề mặt trong của nó thường được làm nhẵn và vát góc xiên ở phần 
trên để dẫn hướng các thiết bị khác lắp đặt vào.
– Đoạn ống nối làm kín Tie-back (tie-back sealing nipple): là ống làm kín 
được lắp ở phần đầu ống chống lửng Tie-back dạng “Stub”. Thiết bị
này sẽ được nối kín với lồng Tie-back sau khi bơm trám xi măng xong.
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-71
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
Trám xi măng ống chống Tie-back – hay ống lửng Tie-back
Ống chống Tie-back thường được trám bằng phương pháp thông thường. 
Tuy nhiên, việc trám ximăng cũng có thể tiến hành qua đầu trám phân tầng 
đặt phía trên đoạn ống nối làm kín.
Ống chống lửng Tie-back được trám ximăng sau khi lắp đặt đầu treo ống 
chống lửng và đặt đoạn ống nối làm kín vào ống lồng Tie-back. Có thể lắp 
đặt đầu trám phân tầng ở phía trên đoạn ống nối làm kín.
Trong hầu hết các trường hợp, áp suất thủy tĩnh không phải là vấn đề lớn vì
việc trám ximăng được thực hiện giữa các ống chống. 
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-72
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
Sử dụng dung dịch đệm trước cột vữa sẽ hạn chế nhiễm bẩn vữa và làm 
tăng hiệu quả thay thế bùn khoan trong khoảng không vành xuyến. Điều này 
đặc biệt quan trọng trong trám ximăng ống lửng Tie-back vì không sử dụng 
nút trám dưới để ngăn cách bùn khoan và vữa ximăng trong cột ống lửng.
Nếu trong giếng khoan có chứa dung dịch hoàn thiện giếng, cần phải bảo 
đảm mức độ tương thích với vữa ximăng hoặc có thể sử dụng một lượng thể
tích lớn nước sạch phía trước cột vữa ximăng do trong dung dịch hoàn thiện 
giếng có chứa muối có thể gây ảnh hưởng đến thời gian đông cứng của vữa, 
dễ xảy ra hiện tượng “đông nhanh” hoặc có thể làm ximăng chậm phát triển 
độ bền gel.
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-73
Hình 8.23. Trám ximăng
ống chống lửng Tie-back
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-74
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
4.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc trám xi măng ống chống lửng
a. Thay thế bùn khoan bằng vữa ximăng trám
Sự thành công của công tác bơm trám ximăng phụ thuộc vào hiệu quả thay 
thế bùn khoan. Trám xi măng ống chống lửng là trường hợp khó khăn nhất vì 
thường trong trường hợp này khoảng không vành xuyến rất nhỏ và phần lớn 
các cột ống chống ít được định tâm. 
Đối với những giếng khoan có độ cong và vành xuyến hẹp, định tâm ống 
chống thường khó khăn và kết quả là ống chống lửng không được định tâm, 
cột ống tiếp xúc với thành giếng khoan. Những trường hợp như vậy sẽ rất 
khó khăn để vữa ximăng có thể thay thế được bùn khoan.
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-75
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
Xoay ống có thể thực hiện trong quá trình bơm ép trước khi lắp đặt đầu treo 
ống lửng. Ngoài ra có thể sử dụng đầu treo ống chống lửng hoạt động bằng 
thủy lực cho phép chuyển động xoay ống chống lửng trong khi trám ximăng 
kể cả những giếng khoan định hướng. 
Kỹ thuật bơm đẩy ở chế độ chảy rối có hiệu quả hơn chế độ chảy nút trong 
việc rửa sạch và thay thế bùn khoan. Tuy nhiên, cần cẩn thận không để vượt 
quá áp suất cho phép gây nứt vỡ thành hệ. 
Khoảng không vành xuyến nhỏ dễ dàng tạo chế độ chảy rối ở tốc độ bơm 
đẩy thấp. Nếu bơm đẩy ở chế độ chảy tầng hay chảy nút thì hiệu quả thay 
thế bùn khoan sẽ kém hơn.
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-76
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
b. Thời gian ximăng đông cứng 
Khi trám ximăng ống chống lửng dài, vì nhiệt độ đáy giếng khoan và đầu cột 
ống chống lửng thay đổi rất lớn do đó vữa ximăng thiết kế cần có đủ thời 
gian đông cứng hết đoạn ximăng bơm trám này. 
Việc khoan phá ximăng chỉ được tiến hành sau khi ximăng đã phát triển độ
bền tối thiểu có thể chịu được những va chạm với thiết bị khoan.
Xác định nhiệt độ đáy giếng khoan cũng cần thiết cho việc lựa chọn thành 
phần ximăng. Thành phần ximăng thường sử dụng khi trám ống chống lửng 
là ximăng API loại G hay H chứa 35% bột silica, phụ gia chống mất tuần 
hoàn, chất phân tán, chất làm nặng, KCl hoặc NaCl và chất chậm đông. Tỉ
trọng có thể từ 17,5 – 19,5 lbm/gal và thời gian đông cứng là 3 – 4,5 giờ.
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-77
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
c. Dung dịch đệm
Nhiều trường hợp bơm trám ximăng, dung dịch khoan sử dụng rất phức tạp 
thường dẫn đến không tương thích với ximăng. Vì vậy cần sử dụng dung 
dịch đệm để ngăn cách vữa và dung dịch khoan, tránh nhiễm bẩn. 
Sự không tương thích làm ximăng chậm đông, tăng độ bền gel, giảm hiệu 
quả thay thế bùn khoan và làm giảm độ bền nén của ximăng đông cứng vùng 
bao phủ ở đầu ống chống lửng. 
Khi vữa bị nhiễm bẩn ở một mức độ nào đó sẽ có độ nhớt cao, tạo ra áp lực 
ma sát gây nứt vỡ thành hệ yếu khi bơm ép. 
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-78
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
Tỷ trọng của dung dịch đệm thường bằng hoặc hơn dung dịch khoan. 
Thể tích dung dịch căn cứ vào khoảng không hình xuyến, trong vài trường 
hợp thể tích này có thể tính toán để bao phủ toàn bộ cột ống lửng. 
Chọn dung dịch đệm cần phù hợp với mẫu dung dịch khoan lấy từ giếng 
khoan trong điều kiện bơm trám ximăng. Vì vậy, dung dịch đệm phải có tỉ
trọng và thể tích thích hợp để ngăn chặn sự nhiễm bẩn ximăng trong quá
trình bơm đẩy.
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-79
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP BƠM TRÁM XIMĂNG 
d. Thể tích vữa ximăng 
Thể tích vữa trám sử dụng thường được tính toán dựa trên số liệu đo đường 
kính giếng khoan (caliper). Thể tích ximăng tổng cộng sẽ bằng thể tích tính 
toán này cộng thêm 20 – 30% lượng ximăng dư hay thể tích ximăng có thể bị
nhiễm bẩn ở đỉnh của cột ống chống lửng.
Khi trám ximăng bằng phương pháp ép vữa, thể tích ximăng trong giai đoạn 
đầu tương đương 80% thể tích khoảng không cần trám. Thể tích ximăng sử
dụng trong giai đoạn hai dựa vào thể tích vành xuyến được tính từ đỉnh cột 
ximăng trong giai đoạn đầu đến ống lửng cộng với lượng ximăng để làm kín 
khoảng không vành xuyến từ thiết bị bơm trám đến đỉnh của ống chống lửng.
GEOPET
Dung dịch khoan & ximăng – Đỗ Hữu Minh Triết8-80
KẾT THÚC CHƯƠNG 8