Thường xuyên gặp tình trạng mất tuần hoàn dung dịch khoan và vỡ thành giếng trong quá trình khoan? Bạn đã xác định được nguyên nhân thực sự chưa?
Khoan là một hoạt động cốt lõi trong thăm dò địa chất, khai thác mỏ, xây dựng móng cọc và các lĩnh vực kỹ thuật khác. Tuy nhiên, các dự án thường gặp phải vấn đề vỡ thành giếng khoan và "mất dung dịch khoan nhanh". Điều này không chỉ dẫn đến mất một lượng lớn dung dịch khoan và sụp đổ giếng khoan, mà còn làm chậm tiến độ, tăng chi phí và có thể ảnh hưởng đến chất lượng giếng khoan và an toàn xây dựng sau này. Dựa trên thực tiễn hiện trường, bài viết này phân tích nguyên nhân gốc rễ của hiện tượng mất dung dịch khoan và đề xuất các biện pháp khắc phục cụ thể để hướng dẫn các dự án tương tự.
Nguyên nhân chính gây mất tuần hoàn khí Mất tuần hoàn khí hiếm khi do một yếu tố duy nhất gây ra; nó thường là kết quả của sự tương tác giữa điều kiện địa tầng và quy trình vận hành. Các nguyên nhân có thể được nhóm thành hai loại chính:
Các yếu tố địa chất — những hạn chế vốn có của cấu tạo địa chất Bản thân cấu tạo địa chất là yếu tố chính dẫn đến hiện tượng mất tuần hoàn dung dịch khoan. Khi khoan xuyên qua một số đơn vị địa chất nhất định, nguy cơ mất dung dịch khoan tăng lên đáng kể:
Lớp cát tơi xốp: Độ rỗng giữa các hạt lớn và độ kết dính yếu khiến dung dịch khoan dễ dàng thấm nhanh qua các khe hở. Hiện tượng thất thoát đặc biệt rõ rệt ở các lớp cát mịn và lớp bùn.
Khối đá bị nứt vỡ: Đá cacbonat, đá granit và các loại đá khác có nhiều vết nứt, khe nứt hoặc hốc do quá trình hòa tan tạo thành các đường dẫn không đều, cho phép bùn thoát ra nhanh chóng, gây ra hiện tượng "thất thoát bùn trong quá trình khoan".
Các thành phần bất lợi khác: Đá cuội kết, các vùng đứt gãy và bị nghiền nát có cấu trúc rời rạc, không ổn định, không chỉ làm tăng nguy cơ mất chất lỏng mà còn làm tăng nguy cơ sụp đổ giếng khoan, làm trầm trọng thêm khó khăn trong quá trình thi công.
Các yếu tố vận hành — những ảnh hưởng có thể kiểm soát được trong quá trình thi công Ngay cả trong điều kiện địa chất thuận lợi, việc vận hành không đúng cách cũng có thể gây mất tuần hoàn dung dịch khoan. Hai vấn đề vận hành quan trọng nhất là:
Tốc độ khoan quá cao: Việc theo đuổi tiến độ nhanh bằng cách sử dụng tốc độ quay hoặc tốc độ xuyên thấu quá cao sẽ gây ra sự xáo trộn mạnh mẽ đối với thành giếng khoan, phá hủy sự ổn định vùng lân cận, tạo ra các vết nứt hoặc bong tróc, và làm cho dung dịch khoan thoát ra ngoài.
Tính chất dung dịch khoan không phù hợp: Dung dịch khoan là lớp chắn quan trọng bảo vệ giếng khoan. Nếu độ nhớt quá thấp, nó không thể tạo thành lớp lọc hiệu quả; nếu mật độ không đủ, nó không thể cân bằng áp suất địa tầng. Cả hai trường hợp đều ngăn cản việc bịt kín hiệu quả các lỗ rỗng và vết nứt, dẫn đến tổn thất.
Các biện pháp đối phó có mục tiêu: Giải quyết tình trạng mất tuần hoàn máu cần áp dụng phương pháp “phòng ngừa trước, sau đó khắc phục” với các phương pháp điều trị nhiều lớp và theo từng cấp độ nhằm giải quyết vấn đề tận gốc.
Tối ưu hóa các đặc tính của dung dịch khoan để tăng cường bảo vệ giếng khoan. Dung dịch khoan là tuyến phòng thủ đầu tiên chống lại sự thất thoát. Điều chỉnh công thức dung dịch có thể cải thiện đáng kể khả năng làm kín và hỗ trợ cấu trúc:
Tăng độ nhớt và mật độ: Thêm bentonit, các dẫn xuất xenluloza, polyacrylamide và các chất phụ gia tương tự để tăng độ nhớt, giúp chất lỏng bám dính tốt hơn vào thành giếng khoan và tạo thành lớp màng lọc; tăng mật độ vừa phải để tạo áp suất bịt kín lớn hơn đối với các lỗ rỗng và vết nứt trong tầng địa chất.
Điều chỉnh có mục tiêu: Đối với các khu vực cát tơi xốp, thêm các vật liệu dạng sợi như mùn cưa hoặc vỏ trấu để cải thiện khả năng phân tán và bịt kín; đối với các khu vực bị nứt nẻ, thêm các chất đông cứng nhanh (xi măng, natri silicat) để chất lỏng có thể nhanh chóng đông đặc trong các vết nứt và tạo thành lớp bịt kín.
Đặt chất bịt kín để bịt các điểm rò rỉ đang hoạt động. Khi xảy ra rò rỉ, hãy nhanh chóng đưa vật liệu bịt kín vào bên trong để lấp đầy trực tiếp các lỗ rỗng và vết nứt, đồng thời ngăn chặn các đường dẫn chất lỏng:
Các vật liệu bịt kín thông dụng: Đất sét (bentonit), mùn cưa, xi măng, sợi bông, vỏ quả óc chó, v.v. Chọn vật liệu dựa trên mức độ hư hại. Đối với hư hại nhỏ, đất sét hoặc mùn cưa có thể đủ; đối với hư hại vừa phải, hỗn hợp xi măng-đất sét sử dụng khả năng đông cứng của xi măng để tăng cường khả năng bịt kín lâu dài.
Phương pháp đặt vật liệu: Sử dụng phương pháp đặt theo từng giai đoạn và kỹ thuật “khoan và bịt” – từ từ đưa vật liệu vào vùng rò rỉ trong khi duy trì sự tuần hoàn của dung dịch khoan để vật liệu được đưa đến các đường rò rỉ, lấp đầy các khoảng trống và tạo thành một nút bịt ổn định ngăn ngừa rò rỉ thêm.
Kiểm soát các thông số khoan để giảm thiểu sự xáo trộn thành giếng. Thực hành vận hành đúng cách là điều cần thiết để ngăn ngừa mất tuần hoàn bằng cách giảm thiểu hư hại thành giếng:
Giảm tốc độ khoan: Giảm tốc độ quay và tốc độ tiến dao, đặc biệt khi khoan qua các lớp cát rời hoặc địa tầng bị nứt nẻ; áp dụng phương pháp “tốc độ quay thấp, tiến dao nhỏ” để giảm tác động của mũi khoan lên thành giếng và hạn chế sự xáo trộn.
Cần có thời gian để hình thành lớp cặn lọc: Khoan chậm hơn giúp dung dịch có thời gian lắng đọng một lớp cặn lọc đồng nhất, dày đặc trên thành giếng khoan, làm cho thành giếng thêm vững chắc và bịt kín các lỗ nhỏ li ti để giảm nguy cơ mất chất lỏng.
Bổ sung và khoan lại khi xảy ra sự cố mất mát nghiêm trọng: Khi sự cố mất mát nghiêm trọng và việc bịt kín thông thường không hiệu quả—hoặc khi xảy ra sự sụp đổ giếng khoan trên diện rộng—việc bổ sung và khoan lại đoạn giếng có thể là cần thiết:
Lựa chọn vật liệu trám: Nên chọn đất sét, vữa xi măng hoặc hỗn hợp đất sét-xi măng. Đất sét có giá thành thấp và hiệu quả trong việc bịt kín; vữa xi măng đông cứng lại tạo thành cốt thép chắc chắn cho thành giếng khoan.
Quy trình lấp đầy và khoan lại: Lấp đầy khoảng trống bị mất và một vùng rìa phía trên bằng vật liệu đã chọn cho đến khi toàn bộ phần bị ảnh hưởng được lấp đầy. Để vật liệu đông cứng đủ (thường từ 24–48 giờ, có thể điều chỉnh tùy thuộc vào vật liệu và điều kiện địa chất) để tạo thành lớp bịt kín ổn định, sau đó tiếp tục khoan. Khi khoan lại, cần tối ưu hóa dung dịch khoan và kiểm soát độ xuyên thấu để ngăn ngừa sự tái diễn.
Kết luận: Hiện tượng vỡ thành giếng và mất dung dịch khoan trong quá trình khoan là phổ biến và phát sinh từ cả điều kiện địa chất vốn có (cát rời, vùng nứt nẻ) và các yếu tố có thể kiểm soát được (tốc độ khoan quá cao, hiệu suất dung dịch khoan kém). Để quản lý rủi ro hiệu quả, cần tiến hành khảo sát địa chất trước khi thi công để dự đoán các khu vực dễ bị mất dung dịch; trong quá trình thi công, cần ngăn ngừa mất dung dịch bằng cách tối ưu hóa các đặc tính của dung dịch và kiểm soát các thông số khoan; và nếu xảy ra mất dung dịch, cần áp dụng biện pháp ứng phó theo từng bước bao gồm bịt kín giếng, bơm lại dung dịch và, nếu cần, khoan lại. Áp dụng tư duy “phòng ngừa trước, khắc phục sau” và điều chỉnh các biện pháp phù hợp với đặc điểm địa chất và thực tế hiện trường là điều cần thiết để khắc phục các vấn đề mất dung dịch, đảm bảo hoạt động khoan diễn ra suôn sẻ và nâng cao chất lượng cũng như hiệu quả thi công.
