B CễNG THNG CễNG TY CP KHOAN V DCH V K THUT KHAI THC M BO CO TNG KT TI NGHIấN CU KHOA HC B CễNG THNG Nghiên cứu sản xuất hoá phẩm bôi trơn chống mài mòn và chống rung cột cần trong khoan thăm dò khoáng sản Ch nhim ti: V c Th 7700 08/02/2010 H NI 12 2009 2 B CễNG THNG CễNG TY CP KHOAN V DCH V K THUT KHAI THC M BO CO TNG KT TI NGHIấN CU KHOA HC B CễNG THNG Nghiên cứu sản xuất hoá phẩm bôi trơn chống mài mòn và chống rung cột cần trong khoan thăm dò khoáng sản M S: R&RD. Ngy thỏng nm Ngy thỏng nm CH BIấN C QUAN CH TRè Vũ Đức Thụ Ngy thỏng nm Ngy thỏng nm CH TCH HI NG XDNT C QUAN QUN Lí H NI 12-2009 3 CC THNH VIấN THAM GIA TI Nghiên cứu sản xuất hoá phẩm bôi trơn chống mài mòn và chống rung cột cần trong khoan thăm dò khoáng sản CH BIấN: - KS. Vũ Đức Thụ Chc v: chuyờn viờn, Cụng ty c phn khoan v & Dch v k thut khai thỏc m Địa chỉ: Số 6 Ngõ Chùa Nền-Láng Thợng -Đống Đa- Hà Nội C VN KHOA HC: 1- CNG TC VIấN KHOA HC 1- Tạ Quang Minh Công ty DMC TC GI: STT H v tờn Hc v,hc hm C quan 1 V c Tr K S Khoan Cụng ty CP Khoan v Dch v khai thỏc m 2 Nguyn Hu Thun K S Khoan Cụng ty CP Khoan v Dch v khai thỏc m 3 Nguyn Vn Tin Chuyờn viờn KT Cụng ty CP Khoan v Dch v khai thỏc m 4 Phm Xuõn Thnh K S Khoan Cụng ty CP Khoan v Dch v khai thỏc m 5 Trnh Ngc Thanh K S Khoan Cụng ty CP Khoan v Dch v khai thỏc m 6 V Kim Hoch Chuyờn viờn KT Cụng ty CP Khoan v Dch v khai thỏc m 4 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 6 PHẦN 1: LÝ THUYẾT 7 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHOAN VÀ CHỨC NĂNG DUNG DỊCH KHOAN TRONG KHOAN THĂM DÒ KHOÁNG SẢN 7 1 ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ KHOAN LUỒN TRONG THĂM DÒ KHOÁNG SẢN 7 1.1. Đặc điểm và tính chất ưu việt của công nghệ khoan ống mẫu luồn 7 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ DUNG DỊCH KHOAN 9 1.2 CHỨC NĂNG DUNG DỊCH KHOAN 9 1.2.1 Các chức năng chính của dung dịch khoan 10 1.2.2 Các tính chất của dung dịch khoan 11 1.2.3 Các hệ dung dịch khoan 11 2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA HOÁ PHẨM BÔI TRƠN 13 CHƯƠNG 2 HÓA PHẨM BÔI TRƠN DUNG DỊCH KHOAN 14 2.1 Tình hình nghiên cứu và sản xuất chất bôi trơn 14 2.2 Phân loại chất bôi trơn và cơ chế bôi trơn 15 2.3 Các yêu cầu của chất bôi trơn dung dịch khoan gốc nước 16 CHƯƠNG 3 DẦU THỰC VẬT VÀ ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG TRONG SẢN XUẤT CHẤT BÔI TRƠN 18 3.1 Thành phần và tính chất dầu thực vật 18 3.2 Khả năng phản ứng hóa học của dầu thực vật 20 3.3 Giới thiệu về dầu thực vật Việt Nam và phương pháp biến tính dầu để sản xuất chất bôi trơn cho dung dịch khoan 26 PHẦN 2: THỰC NGHIỆM CHƯƠNG 4 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM, NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT, VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 4.1 Dụng cụ thí nghiệm 28 4.2 Nguyên liệu, hóa chất 28 4.3 Các phương pháp xác định tính chất của nguyên liệu và sản phẩm 29 CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 31 5.1 Xác định tính chất của nguyên liệu 31 5.2 Biến tính dầu cao su và hỗn hợp axit béo bằng các phương pháp khác nhau 32 5.3 Biến tính dầu cao su bằng metanol 38 5.4 Phụ gia cải thiện tính bôi trơn 43 5.5 Chất lượng bôi trơn của mẫu nghiên cứu 44 5.6` Kết quả thử nghiệm 45 CHƯƠNG 6 ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ SƠ BỘ XÁC ĐỊNH HIỆU QUẢ KINH TẾ 47 6.1 Đề xuất công nghệ sản xuất hóa phẩm bôi trơn từ dầu thực vật cho dung dịch 47 5 khoan 6.2 Sản xuất hoá phẩm bôi trơn từ dầu cao su cho dung dịch khoan công suất 0.5m 3 / lần. 49 6.3 Ước tính hiệu quả kinh tế của công nghệ sản xuất 50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ CÁC PHỤ LỤC 52 6 M U Cụng ngh thm dũ a cht thng c chia thnh tng giai on ph thuc vo mc ớch, nhim v v mc ỏnh giỏ cp tr lng ca tng loi m. Cụng tỏc thm dũ a cht Vit Nam trc nhng nm 1960 u ỏp dng cụng ngh khai o v khoan nụng thm dũ tỡm kim b mt hoc phc v cho cụng vic ỏnh giỏ li tr lng khoỏng sn cỏc m c. Cỏc cụng trỡnh thm dũ ch yu l ho, lũ ging hoc a vt lý kt hp vi khoan nụng. Vic lp phng ỏn thm dũ, phng ỏn thi cụng vựng m v iu khin cỏc phng tin thit b thm dũ u do cỏc chuyờn gia Trung Quc, Liờn Xụ (c) ch o v thc hin trc tip. T nm 1961 n u nhng nm 1980 cụng ngh thm dũ u do cỏn b trong ngnh m nhn t khõu lp phng ỏn, ch o k thut n iu hnh trc tip, cũn cỏc chuyờn gia nc ngoi (ch yu l Liờn Xụ) ch gi vai trũ c vn. ng thi trong giai on ny, do yờu cu phỏt trin cụng nghip ngnh a cht ó ỏp dng cụng ngh thm dũ tiờn tin nhm y nhanh tin thm dũ khoỏng sn. Cụng ngh thm dũ bng khai o c thay th dn bng cụng ngh khoan mỏy sõu n 650m v 1200m. Cùng với sự phát triển và đổi mới công nghệ trong công tác khoan thăm dò và với yêu cầu phát triển mạng lới thăm dò khoáng sản, trong gần 10 năm trở lại đây công tác khoan thăm dò than đang phát triển và mở rộng diện tích cũng nh chiều sâu thăm dò. Quá trình khoan thăm dò khoáng sàn ở độ sâu lớn trên công nghệ khoan ống mẫu luồn thờng gặp các sự cố phức tạp. Thực tế cho thấy trong quá trình khoan các lỗ khoan sâu tới 1200m thờng xảy ra các sự cố phức tạp nh sập lở thành lỗ khoan, kẹt bộ dụng cụ khoan làm giảm năng suất, hiệu quả khoan, chất lợng công trình, ngoài ra do chiều sâu khoan lớn làm mô men xoắn tăng cao và khả năng tiếp xúc cần khoan với đất đá thành giếng khoan lớn gây mài mòn cần ống khoan Để khống chế các sự cố, phức tạp ngời ta đã đa ra các giải pháp nâng cao tính bôi trơn của dung dịch khoan bằng cách bổ sung hóa phẩm bôi trơn nhằm giảm ma sát giữa cần khoan với đất đá thành giếng khoan, các chi tiết kim loại góp phần giảm mô men xoắn, kẹt mút cần khoan, chống rung lắc, làm mát, giảm mài mòn, nâng cao tuổi thọ của cần ống và các chi tiết khoan Việc nghiên cứu lựa chọn hóa phẩm bôi trơn cho dung dịch gốc nớc đáp ứng khoan thăm dò sâu, giảm giá thành khoan có ý nghĩa thực tiễn cao; chính vì lý do trên tác giả đã chọn đề tài: Nghiên cứu sản xuất hoá phẩm bôi trơn chống mài mòn và chống rung cột cần trong khoan thăm dò khoáng sản 7 PHN 1: Lí THUYT CHƯƠNG 1: TổNG QUAN Về CÔNG NGHệ KHOAN Và DUNG DịCH KHOAN TRONG KHOAN THĂM Dò KHOáNG SảN 1.1. đặc điểm công nghệ khoan ống mẫu luồn trong khoan thăm dò khoáng sản Đặc điểm và tính u việt của công nghệ khoan ống mấu luồn Đặc điểm khoan ống mẫu luồn (Wireline Drilling) khác các phơng pháp khoan khác (khoan kim cơng tốc độ lớn): - Cột cần khoan (Wireline Rods) nối trực tiếp cần với cần, tạo cột cần phẳng cả bề mặt trong và mặt ngoài. - Bộ ống lấy mẫu (Wireline core barrel) gồm hai ống: ống ngoài (outer tube) lắp trực tiếp với mũi khoan, đồng thời tiếp nhận áp lực chiều trục và tốc độ vòng quay truyền cho mũi khoan phá đá; ống trong (inner tube) đứng yên đón mẫu. - Kéo ống chứa mẫu (ống trong) luồn bên trong cột cần khoan bằng bằng cáp và hệ thống thiết bị, dụng cụ chuyên dụng (overshot). So với phơng pháp khoan kim cơng và các phơng pháp khoan truyền thống khác, công nghệ khoan ống mẫu luồn có những đặc điểm sau: 1. Nhờ kéo bộ ống trong chứa mẫu bằng cáp, cho nên có thể khoan liên tục cho đến khi mòn hỏng mũi khoan mới kéo toàn bộ cột cần khoan lên mặt đất để thay mũi khoan. đây là đặc điểm cơ bản khác các phơng pháp khoan khác. Vấn đề đặt ra là lựa chọn chế độ công nghệ, chất lợng dung dịch đảm bảo cho mũi khoan làm việc đạt hiệu quả cao và không bị mòn, h hỏng do các tác động của môi trờng làm việc ở đáy lỗ khoan. 2. Năng suất cao nhờ tăng thời gian khoan thuần tuý giảm thời gian thời gian phụ trợ nh kéo thả cột cần, thao tác tháo lắp cần khoan, thay mũi khoan vì chiều dài hiệp khoan đợc tính bằng tuổi thọ mũi khoan, vv 3. Bộ ống mẫu luồn có cấu trúc dạng bộ ống mẫu nòng đôi, vì vậy cho phép tăng chất lợng và tỷ lệ mẫu khoan. 8 4. Chế độ công nghệ khoan với áp lực lớn,tốc độ vòng quay lớn; do đó tăng tốc độ cơ học khoan. 5. Khe hở không gian vành xuyến giữa thành lỗ khoan và cần khoan nhỏ cho phép giảm cờng độ cong lỗ khoan, nhng đồng thời cũng tăng tổn thất áp lực thủy lực trong hệ tuần hoàn lỗ khoan. 6. Không phù hợp khi sử dụng dung dịch khoan có độ nhớt và hàm lợng pha rắn cao 9 1.2. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ DUNG DỊCH KHOAN Trong công tác tìm kiếm thăm dò dầu khí, kỹ thuật khoan quay (khoan roto) thường hay được áp dụng. Trên hình 4 trình bày nguyên tắc làm việc của hệ thống khoan roto. Chất lỏng được bơm từ trên giàn khoan qua ống chống xuống choòng khoan rồi quay ngược trở lại qua không gian vành xuyến được gọi là dung dịch khoan hay bùn khoan (drilling fluid, hoặc drilling mud). 1 6 5 2 3 4 Hình 4: Sơ đồ nguyên lý giàn khoan 1- Bơm dung dịch khoan 2- Cần khoan 3- Ống chống 4- Lưỡi khoan 5- Sàng rung hoặc hố lắng 6- Bể chứa dung dịch khoan 10 1.2.1. CÁC CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA DUNG DỊCH KHOAN [1 - 3] Khi làm việc dung dịch khoan thực hiện các chức năng chính sau : - Vận chuyển mùn khoan, làm sạch đáy giếng Một trong những chức năng quan trọng nhất của dung dịch khoan là vận chuyển mùn khoan từ đáy giếng đi qua không gian vành xuyến lên trên miệng giếng. Tại đây qua sàng rung mùn khoan bị loại bỏ, còn dung dịch được sử dụng trở lại. Nhờ có sự vận chuyển liên tục của dung dịch khoan, đ áy giếng luôn luôn được giữ sạch (không có mùn khoan đọng lại). Tốc độ vận chuyển mùn khoan phụ thuộc vào độ nhớt, tỷ trọng của dung dịch khoan và tốc độ bơm dung dịch. - Đảm bảo giữ mùn khoan ở trạng thái lơ lửng, không bị sa lắng khi có sự cố hoặc khi dừng khoan nối ống chống. Chức năng này có được là nhờ tính chất xúc biến (thixotropic) của dung dịch khoan. - Tạo cộ t áp suất thủy tĩnh cân bằng với áp suất vỉa, ngăn cản sự thấm nước và khí từ vỉa vào giếng khoan. Thông qua điều chỉnh tỷ trọng của dung dịch khoan có thể làm thay đổi áp suất cột dung dịch phù hợp với áp suất vỉa ở từng địa tầng. - Tạo lớp vỏ bùn mỏng lên thành giếng, bảo vệ thành giếng khỏi sụp đổ và ngăn chặ n dung dịch khoan thấm chảy ra vỉa. - Bôi trơn và làm mát choòng khoan Trong quá trình khoan, đặc biệt đối với các giếng có độ sâu và góc nghiêng lớn lực ma sát giữa cần khoan và mặt trong của ống chống rất lớn. Lực ma sát làm tăng mômen xoắn và ứng suất trên cần khoan, có thể gây ra kẹt mút hoặc làm gãy cần khoan. Ngoài ra khi choòng khoan làm việc (cắt phá các vỉa đất đá) một lượng nhiệt lớn phát sinh. Vì vậy tính bôi trơn và làm mát đối với dung dịch được đặ t ra. - Làm giảm tải trọng cần khoan và ống chống Sự có mặt của dung dịch khoan ở trong ống chống cũng như trong không gian vành xuyến có tác dụng đỡ và làm giảm tải trọng tác dụng lên các thiết bị đặt trên giàn. Dung dịch có tỷ trọng càng cao thì khả năng làm nổi (giảm tải trọng) hệ thống cần khoan ống chống càng nhiều. - Bảo vệ hệ thống choòng khoan, cần khoan, ống chống kh ỏi bị ăn mòn. Đặc biệt trong trường hợp khoan qua vùng địa tầng có khí H 2 S và CO 2 , dung dịch khoan được bổ sung thêm các phụ gia chống ăn mòn. [...]... DUNG DCH KHOAN 1.2.3.1 Phõn loi Dung dch khoan c phõn thnh 3 loi Tựy thuc vo mụi trng phõn tỏn dung dch khoan cú cỏc tờn gi sau: - Dung dch khoan gc nc: Mụi trng phõn tỏn l nc hoc nc bin Dung dch khoan gc nc cũn c gi l dung dch khoan nh tng thun - Dung dch khoan gc du: Mụi trng phõn tỏn l du (du thụ, du diesel hoc du parafin) Dung dch khoan gc du cũn c gi l dung dch khoan nh tng ngch Dung dch khoan gc... dung dch cú t trng 2,5 - nht hoc tớnh chy (flow properties) Dung dch khoan phi cú nht v kh nng to gel thớch hp vn chuyn mựn khoan cng nh gi mựn khoan trng thỏi l lng khi s c khoan xy ra Ph thuc vo iu kin khoan nh : sõu ca ging, gúc khoan, nhit ging m dung dch khoan cú yờu cu nht khỏc nhau Cht to nht, to gel trong dung dch khoan gc nc ch yu l bentonit, ngoi ra cú th b sung thờm mt s hp cht polime... phn khoan v Dch v k thut khai thỏc m, chỳng tụi thy vic nghiờn cu sn xut hoỏ phm dng ny trong nc l vụ cựng cp bỏch nú lm gim giỏ thnh một khoan, tng tớnh ch ng ỏp ng kp thi cho cỏc n v gim ti a cỏc s c ỏng tic sy ra, t ú nng cao c nng sut khoan, nõng cao thu nhp cho cỏc doanh nghip v cụng nhõn khoan khoan trong c nc Ngoi ra vic sn xut hoỏ phm trong nc cũn mang li nhiu cụng n vic lm cho ngi lao ng trong. .. TNH CP THIT CA HO PHM BễI TRN CHO CễNG TC KHOAN Hng nm trờn c nc ch riờng trong cụng tỏc khoan thm dũ khoỏng sn cú khong 400.000 một, trong ú Tp on cụng nghip Than-Khoỏng sn Vit nam chim khong 250.000 một thc hin khi lng khoan ny hng nm tiờu tn khong 80.000 một cn khoan cỏc loi tng ng 80 t ng Cng vn vi khi lng khoan ny, thng xuyờn trờn c nc cú trờn 300 mỏy khoan hot ng v s c phc tp do kt mỳt chim khong... tỏn trong dung dch nc v phõn hy sinh hc c s dng cho khoan thm dũ than ca Tp on Than v khoỏng sn 2.2 PHN LOI CHT BễI TRN V C CH BễI TRN Trong quỏ trỡnh hot ng khoan, lc ma sỏt xut hin khi cn khoan tip xỳc vi ng chng Lc ma sỏt gõy ra momen xon (Torque) v ng sut trt tỏc ng lờn cn khoan Trng hp khoan nhng ging sõu hoc ging cú gúc nghiờng ln, mụ men xon v ng sut trt rt ln thng dn n cỏc hin tng vn xon cn khoan. .. khoan gc du cũn c gi l dung dch khoan nh tng ngch Dung dch khoan gc du c s dng khi khoan nhng ging cú nhit cao (>1500C) v cú khớ H2S v CO2 xut hin 11 - Dung dch khoan nn khớ cũn gi l dung dch bt, trong ú khớ l mụi trng phõn tỏn 1.2.3.2 Thnh phn dung dch khoan 1.2.3.2.1 Thnh phn dung dch khoan gc nc : Trong dung dch khoan gc nc cú cỏc thnh phn chớnh sau : - Cht to gel hay cũn gi l cht to cu trỳc: Bentonit,... thay ng chng trong cỏc ging khoan nghiờng Lng bi cho vo dung dch: 15-30 Kg/m3 *Trong cỏc loi cht bụi trn nờu trờn thỡ cht bụi trn thuc nhúm to mng mng c s dng ph bin nhiu hn Nhúm tỏc gi ó la chn nghiờn cu sn xut cht bụi trn theo hng ny 2.3 CC YấU CU CA CHT BễI TRN DUNG DCH KHOAN GC NC Cỏc cht bụi trn dung dch khoan phi tha món mt s yờu cu sau : Phõn tỏn (nh húa) tt v ớt to bt trong dung dch khoan; Cú... tớnh cht du thc vt Du thc vt khụng hũa tan trong nc; tan mt phn trong ru v tan hon ton trong cỏc dung mụi hu c nh ete, este, benzen, xylen, toluen, Du thc vt c c trng bng cỏc thụng s sau : T trng: T trng (d15/15) ca du dao ng trong khong 0,90-0,94 Ch s axit : Phn ỏnh hm lng axit bộo t do cú trong du, c th hin bng s mg KOH cn thit trung hũa axit bộo t do cú trong 1 g du T ch s axit cú th tớnh c hm... bộo Cht bụi trn H s ma sỏt DD DD khoan A khoan B 0,44 0,25 0,38 0,23 0,38 0,23 0,40 0,23 0,12 0,17 0,14 0,17 0,40 0,23 0,40 0,23 0,32 0,23 0,30 0,36 0,06 0,17 0,08 0,08 Dung dch khoan A : Dung dch nc bentonit (15g bentonit/360ml nc) Dung dch khoan B : 15 g bentonit + 60 g khoỏng sột + 3 g Crom lignosulfonat + 0,5 g Na2CO3), tt c phõn tỏn trong 360 ml nc T cỏc s liu trong bng 3 nhn thy cỏc cht bụi trn... gim h s ma sỏt ca dung dch khoan A v B cao nht; trong khi ú du diesel v du thụ sulfo húa lm gim h s ma sỏt khụng ỏng k Trờn c s phõn tớch cỏc ti liu trong nc cng nh cỏc phỏt minh sỏng ch nc ngoi, chỳng tụi nh hng nguyờn liu sn xut du bụi trn dung dch khoan l du thc vt cú sn trong nc Loi du ny phi tha món cỏc yờu cu: Cú hm lng axit bộo t do khụng no ln hn 10%, cỏc axit bộo trong triglyxerit l axit khụng . Nghiên cứu sản xuất hoá phẩm bôi trơn chống mài mòn và chống rung cột cần trong khoan thăm dò khoáng sản 7 PHN 1: Lí THUYT CHƯƠNG 1: TổNG QUAN Về CÔNG NGHệ KHOAN Và DUNG DịCH KHOAN TRONG. GIA TI Nghiên cứu sản xuất hoá phẩm bôi trơn chống mài mòn và chống rung cột cần trong khoan thăm dò khoáng sản CH BIấN: - KS. Vũ Đức Thụ Chc v: chuyờn viờn, Cụng ty c phn khoan v &. KT TI NGHIấN CU KHOA HC B CễNG THNG Nghiên cứu sản xuất hoá phẩm bôi trơn chống mài mòn và chống rung cột cần trong khoan thăm dò khoáng sản M S: R&RD. Ngy thỏng nm