Ứng dụng thiết bị làm mát dung dịch “Mud Cooler” để khoan giếng nhiệt độ và áp suất cao (HPHT) ở bể Cửu Long

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1+2 - 2019 36 
ỨNG DỤNG THIẾT BỊ LÀM MÁT DUNG DỊCH 
“MUD COOLER” ĐỂ KHOAN GIẾNG NHIỆT ĐỘ 
VÀ ÁP SUẤT CAO (HPHT) Ở BỂ CỬU LONG 
NGUYỄN TRẦN TUÂN* 
The effective application of “Mud cooler” machine to support for 
drilling in high temperature, high pressure infill ST-3P-ST well 
Abstract: This paper presents some studies on applying the Mud cooler in 
Oil & Gas drilling in high temperature, high pressure infill wells in Cuu 
Long reservoir. 
The author has proposed a method to study the theory of temperature 
effects on drilling fluid properties, that have been tested practically. The 
author has remarked on each type of drilling rig and installation location. 
With these remarks, give the option to install the "Mud cooler" on the rig 
at the appropriate location and method so that the temperature of the 
solution will be reduced to a safe level. 
The effective application of this equipment has greatly assisted drilling 
process since the fluid temperature has reduced sharply before returning 
to the mud tank. This has helped cut down expenses significantly by 
prolonging eqipment's endurability, saving time for drilling, ship renting, 
drilling services and minimize the budget spent on buying the fluid and 
additives to recover it. Thus, the drilling workers' working conditions have 
been facilitated. 
The studies'results have been proved scientifically and practically through 
the successful drilling of well ST-3P-ST. This will make the way for other 
local wells and reservoirs with the same conditions of temperature and 
pressure. 
Key words: High temperature, , ST-3P-ST well, Mud cooler 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU * 
Hiện nay, mỏ Sư Tử Trắng thuộc bể Cửu 
Long đang thi công các giếng khoan đan dày 
nhằm tìm kiếm và nâng cấp trữ lượng dầu và 
khí. Các giếng khoan đan dày ở mỏ Sư Tử 
Trắng đều là giếng nhiệt độ và áp suất cao. 
Trong giếng nhiệt độ và áp suất cao (HPHT), 
ngay cả dung dịch khoan chịu nhiệt tốt nhất 
cũng chỉ có giới hạn nhất định. Nếu vượt quá 
* Bộ môn Khoan- Khai thác, Trường Đại học Mỏ - 
Địa chất 
E-mail: nguyentrantuan1102@gmail.com 
nhiệt độ và áp suất giới hạn, dung dịch khoan 
bị phá vỡ cấu trúc, mất tính ổn định làm thay 
đổi các thông số như giảm độ nhớt, độ thải 
nước, v.v. dẫn đến các phức tạp và sự cố trong 
khoan. Kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực 
tế cho thấy ở nhiệt độ trên 80oC độ nhớt của 
hầu hết các loại dung dịch khoan chỉ còn ~ 
0,35 cp; điều này ảnh hưởng nghiêm trọng tới 
cấu trúc của dung dịch [2,3] và gây ra sự mất 
ổn định thành giếng và các sự cố phức tạp 
trong khoan, đòi hỏi chi phí nhiều thời gian 
thi công giếng và chi phí các hóa phẩm để gia 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1+2 - 2019 37 
công dụng dịch, dẫn tới giá thành khoan giếng 
tăng. Đồng thời, khi nhiệt độ dung dịch khoan 
tăng quá nhiệt độ cho phép sẽ ảnh hưởng đến 
khả năng làm việc và tuổi thọ của thiết bị 
khoan, đến khả năng làm việc của bộ dụng cụ 
khoan; tới mức độ chính xác của thiết bị đo 
lường (MWD) và các thiết bị ghi (LWD) trong 
khi khoan. Chúng cũng có thể dẫn đến sự hao 
mòn quá mức các chi tiết đàn hồi của các thiết 
bị đo MWD, LWD; làm hư hỏng vòng bịt kín 
bằng cao su của thiết bị chống phun (BOP), 
của máy khuấy, máy ly tâm và máy bơm dung 
dịch. [3]. 
Ngoài ra, dung dịch khoan quá nóng có thể 
giải phóng khí và hơi độc từ các hóa phẩm 
gia công trong dung dịch, gây ô nhiễm và 
nguy hiểm đến môi trường làm việc của 
người thợ khoan. 
Phân tích các tài liệu địa chất và chế độ nhiệt 
trong các giếng khoan ở bể Cửu Long; tác giả 
nhận thấy việc sử dụng các phương tiện “Mud 
cooler” để làm mát hoặc giữ ổn định nhiệt độ 
cho phép của dung dịch khoan trong hệ tuần 
hoàn giếng là việc không thể thiếu, có tính cần 
thiết đáp ứng kịp thời yêu cầu sản xuất và giảm 
thiểu những tác động không tốt của nhiệt độ 
trong giếng khoan. 
2. NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ NHIỆT VÀ 
PHÂN BỐ NHIỆT TRONG GIẾNG KHOAN 
Trong quá trình khoan, dung dịch khoan bị 
làm nóng bởi nhiều yếu tố kết hợp với nhau 
như sự kết hợp giữa áp suất, nhiệt độ tự nhiên 
trong thành hệ giếng với ma sát cơ học do bộ 
dụng cụ khoan làm việc. Điều này đã làm cho 
tính lưu biến của dung dịch thay đổi; đặc biệt 
độ nhớt của dung dịch sẽ giảm xuống dưới 
mức cho phép bởi khi đó chuyển động phân tử 
tăng lên (hình 1), cấu trúc của dung dịch có 
thể bị phá vỡ, lực ma sát nội sẽ bị giảm. Hiện 
tượng này được giải thích bằng thuyết động 
học phân tử. 
y
FB B
AA
v1
v2y1y2
vo
Hình 1.Chuyển động của các lớp chất lỏng 
 Để dịch chuyển tương đối giữa 2 lớp chất 
lỏng với nhau cần tác dụng một lực là F1 nào đó, 
lực này có giá trị bằng lực ma sát nội tỷ lệ thuận 
với diện tích bề mặt tiếp xúc S của lớp chất 
lỏng. Mối liên quan giữa lực tác dụng và diện 
tích tiếp xúc có thể biểu diễn bằng công thức: 
F1 = fS (1) 
Trong đó : f - ứng suất trượt (đặt trên 1 đơn 
vị diện tích); S - diện tích 2 lớp tiếp xúc. 
Vận tốc chuyển động của các lớp thay đổi 
theo quy luật tuyến tính, nghĩa là tỷ lệ với 
khoảng cách từ chúng tới mặt phẳng chuyển 
động B-B 
 (2) 
Ứng suất trượt f tỷ lệ với sự biến thiên vận 
tốc theo hướng của trục tung (y) và phụ thuộc 
vào (y) theo quy luật tuyến tính. Vì thế ta có 
thể viết: 
 (3) 
 - hệ số ma sát nội phụ thuộc vào tính chất 
của chất lỏng, thay (3) vào (1) ta có: 
 (4) 
Tổng quát hơn, ứng với sự thay đổi gradien 
vận tốc trên một chiều dày đủ nhỏ bất kỳ giữa 2 
lớp chất lỏng, ta có: 
 (5) 
Từ đó ta có: 
 (6) 
Về mặt ý nghĩa vật lý thì hệ số η là lực tiếp 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1+2 - 2019 38 
tuyến cần thiết để làm dịch chuyển tương đối 
giữa hai lớp chất lỏng có bề mặt tiếp xúc là 1 
đơn vị diện tích, cách nhau 1 đơn vị độ dài với 
vận tốc là 1 đơn vị vận tốc.. 
Trong quá trình tuần hoàn dung dịch, sự trao 
đổi nhiệt từ đáy giếng lên bề mặt được diễn ra 
trong suốt quá trình khoan. Biên độ chênh lệch 
nhiệt độ giữa đáy giếng và nóc vỉa phụ thuộc 
chủ yếu vào vận tốc chuyển động của dòng chảy 
dung dịch trong hệ tuần hoàn giếng khoan. [4]. 
Hình 2. Đường biểu thị nhiệt độ của giếng 
ST-3P-ST mỏ Sư Tư Trắng 
Chế độ nhiệt trong suốt chiều dài thân giếng 
thay đổi hết sức phức tạp và phụ thuộc vào 
nhiều yếu tố. Graddien nhiệt độ trong các giếng 
khoan không giống nhau; giếng khoan càng sâu, 
nhiệt độ thân giếng càng lớn (hình 2), càng làm 
thay đổi tính chất lưu biến của dung dịch. Ngày 
nay, phần mềm máy tính của các Công ty Dịch 
vụ dung dịch khoan như MI-Swaco, Halliburton 
Baroid, Scomi,... dễ dàng cung cấp số liệu có 
tính chất định tính chi tiết về cấu hình nhiệt độ 
trong giếng khoan; kết hợp với các kết quả thu 
được từ thiết bị đo MWD trong khi khoan, ta có 
thể nhận biết chính xác nhiệt độ đáy giếng.. để 
đề xuất các giải pháp xử ký phục hồi tính chất 
dung dịch khoan. [1]. 
3. KHẢO SÁT LẮP ĐẶT THIẾT 
BỊ LÀM MÁT DUNG DỊCH KHOAN 
“MUD COOLER” VÀ KẾT QUẢ THỬ 
NGHIỆM TẠI 
3.1. Sơ đồ lắp đặt thiết bị làm mát dung 
dịch khoan “Mud cooler” trên giàn khoan 
giếng ST-3P-ST 
Trên cơ sở nghiên cứu nguyên lý làm việc 
của thiết bị “Mud cooler” và khảo sát thực tế, 
phân tích đặc thù từng loại giàn khoan và vị 
trí lắp đặt; tác giả nhận định rằng nếu lắp đặt 
thiệt bị “Mud cooler” trên giàn tại vị trí không 
phù hợp thì “nhiệt độ của dung dịch sẽ 
không giảm tới mức an toàn để thi công”. 
Hàng loạt các thử nghiệm đã được thực hiện 
để kiểm tra tính thực tiễn của việc lắp đặt các 
hệ thống làm mát bằng dung dịch cho thấy: 
nếu lắp đặt thiết bị làm mát hợp lý, phù hợp 
với loại giàn khoan sẽ đem lại hiệu quả cao 
trong việc giảm nhiệt độ giếng, tăng tuổi thọ 
thiết bị khoan, kiểm soát tốt tính lưu biến 
dung dịch với ít sử dụng chất phụ gia, sử dụng 
hiệu quả các thiết bị MWD. 
Đặc tính tiên tiến của hệ thống thiết bị “Mud 
cooler”: 
- Các bộ phận có thể hoạt động song song 
hoặc nối tiếp để phù hợp với khoạt động khoan; 
tỷ lệ lưu thông dung dịch và giảm nhiệt độ theo 
yêu cầu nhà thầu thi công; 
- Theo dõi tình trạng hoạt động của thiết bị 
bằng đồng hồ đo áp suất và nhiệt kế cơ học của 
tất cả các dòng chảy qua thiết bị; 
- Khung và khung trượt được cấp chứng chỉ 
nâng hạ cho thiết bị hoạt động ngoài biển; 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1+2 - 2019 39 
- Đường chảy lớn để ngăn chặn tắc nghẽn 
trong quá trình thiết bị hoạt động. 
- Thiết bị dễ sử dụng và lắp đặt dễ dàng 
trên giàn khoan thông qua các đầu kết nối 
ống nhanh. 
- Tất cả các chi tiết của thiết bị được chế tạo 
theo tiêu chuẩn ASME và API 
- Thiết kế nhỏ gọn cho phép dễ dàng vận 
chuyển bằng xe tải trên bờ và tàu dịch vụ trên 
biển, hoặc bằng container và giảm thiểu yêu cầu 
không gian boong để lắp đặt thiết bị. 
Ngay từ khi đưa giàn khoan vào vị trí 
khoan ở biển; thiết bị làm mát dung dịch 
(Mud Cooler) được tiến hành lắp đặt song 
song với các thiết bị khoan khác. Khi khoan 
dòng dung dịch được tuần hoàn lên bề mặt 
chảy qua hệ thống thiết bị làm mát Mud 
Cooler trước khi chảy về hệ thống bể chứa. 
Với hoạt động hiệu quả của hệ thống làm 
mát, nhiệt độ dung dịch được giảm từ 10-15o 
C giúp cho hệ thống máy bơm, dụng cụ 
khoan trong giếng, các thiết bị đo 
LWD/MWD đảm bảo hoạt động lâu dài hơn, 
giảm thời gian từ 1-2 ngày do phải kéo thả 
thay thế bộ dụng cụ khoan. Đặc biệt với hệ 
thống làm mát dung dịch thì tính chất dung 
dịch được bảo đảm tốt hơn, không bị phá vỡ 
cấu trúc của dung dịch, và giảm giá thành 
dung dịch do không phải thêm nhiều hóa chất 
phụ gia để bổ sung cho tính chất dung dịch. 
Có 2 phương pháp lắp đặt hệ thống làm mát 
Mud Cooler trên giàn khoan: i/ Phương pháp 1 
- lắp đặt trực tiếp từ phòng máy bơm, đầu nối 
Mud Cooler được lắp trực tiếp vào bể chứa 
dung dịch và dòng hồi dung dịch đã được làm 
mát sẽ chảy trực tiếp trở lại vào chính bể chứa 
dung dịch (hình 3). ii/ Phương pháp thứ 2- lắp 
đặt trên bề mặt; đầu nối Mud Cooler nối trực 
tiếp vào bể lắng cát ngay bên dưới sàng rung 
và dòng hồi dung dịch đã được làm mát sẽ 
chảy về đường hồi vào bể chứa dung dịch 
(hình 4). 
Hình 3. Sơ đồ lắp đặt hệ thống Mud Cooler 
trên giàn khoan (từ phòng máy bơm) 
Hình 4. Sơ đồ lắp đặt hệ thống Mud Cooler 
trên giàn khoan (trực tiếp vào bể lắng) 
Sau khi khảo sát giàn khoan jack-up PVD6, 
hệ thống Mud Cooler được đề xuất lắp đặt như 
sau (hình 5): 
- Thiết bị làm mát (Mud Cooler) được lắp đặt 
tại mạn phải của giàn khoan, bên dưới sàn 
cantilever cạnh hệ thống máy bơm vữa ximăng. 
Trọng lượng cụm Mud Cooler 6,1 tấn; cần diện 
tích bề mặt lắp đặt 13m² (kích thước thiết bị dài 
4,8m x rộng 2,3m x cao 2,05m); 
- Thiết bị lọc (Strainer) được lắp đặt cạnh 
mạn phải của giàn khoan; trọng lượng thiết 
bị Strainer 1,0 tấn; diện tích lắp đặt 2.1m² 
(kích thước thiết bị rộng 0,99m x dài 2,12m 
x cao 1,1m); 
- Máy bơm ly tâm (Centrifugal Pump) được 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1+2 - 2019 40 
lắp đặt tại mạn phải của giàn, ngay khu vực 
sàng rung. 
- Máy bơm điện chìm (Submersible Pump) 
dự phòng để cung cấp nước biển làm mát thiết 
bị Mud Cooler trong trường hợp hệ thống bơm 
nước biển của giàn khoan bị hư hỏng. 
Hình 5: Sơ đồ lắp đặt Mud Cooler trên giàn 
khoan jack-up PVD6 
3.2. Kết quả thử nghiệm thiết bị làm mát 
dung dịch khoan “Mud cooler” tại giếng 
khoan ST-3P-ST 
Giếng khoan ST-3P-ST thuộc mỏ Sư Tử Trắng 
của Cửu Long JOC là giếng nhiệt độ, áp suất cao; 
nhiệt độ đáy giếng lên tới gần 170oC (hình 1) [1]. 
Giếng khoan được thiết kế mở cửa sổ từ thân 
giếng cũ qua ống chống 13 3/8” tại chiều sâu 
1686 mMD. Khoan 12 ¼” và chống ống 9 5/8” 
tới chiều sâu 3500mMD/3200mTVD; sau đó 
khoan thân giếng đường kính 8 ½” và chống 
ống lửng 7” từ 3400mMD tới 4298mMD; đoạn 
cuối của giếng được khoan đường kính 6” và 
chống ống lửng 4 ½” từ 4098mMD tới 
4562mMD. Cấu trúc giếng khoan ST-3P-ST 
xem hình 6 [ 1]. 
Giếng khoan ST-3P-ST được thiết kế sử 
dụng hệ dung dịch khoan gốc dầu (SBM), với 
tính ức chế sét rất tốt. Nhưng do nhiệt độ trong 
giếng khoan cao, cấu trúc và tính lưu biến của 
dung dịch luôn thay đổi làm ảnh hưởng tới sự 
ổn định thành giếng khoan. Hơn nữa, đây là 
giếng sử dụng hệ dung dịch khoan gốc dầu cần 
phải duy trì ở nhiệt độ dưới nhiệt độ tự bốc cháy 
của bọt dầu để đảm bảo điều kiện an toàn của 
công tác khoan. 
Chính vì vậy, Công ty dầu khí Cửu Long 
đã quyết định sử dụng thử nghiệm hệ thống 
làm mát dung dịch “Mud cooler” cho giếng 
ST-3P-ST. 
Hình 6: Cấu trúc giếng ST-3P-ST 
Kết quả thử nghiệm cho thấy: nhiệt độ 
của giếng khoan càng cao thì hiệu quả giảm 
nhiệt độ của dung dịch khi đi qua hệ thống 
Mud cooler càng rõ ràng [1]. Với kết quả 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1+2 - 2019 41 
nhiệt độ giảm Min-Mid-Max là: 10oC - 17oC 
- 20oC đã chứng minh hiệu quả ứng dụng hệ 
thống làm mát dung dịch để hỗ trợ cho các 
giếng khoan nhiệt độ và áp suất cao 
(HPHT). Ứng dụng hệ thống làm mát dung 
dịch cho phép tăng thời gian làm việc của bộ 
dụng cụ khoan trong giếng do giảm số lần 
kéo thả để thay thế dụng cụ phá hủy đá; giữ 
được tính chất dung dịch ổn định (giảm 
lượng hóa chất phụ gia để xử lý dung dịch); 
làm mát bề mặt tạo môi trường an toàn cho 
công nhân viên làm việc trên giàn đặc biệt là 
những người trực tiếp làm việc với dung 
dịch hàng ngày, hàng giờ. 
Các kết quả thử nghiệm thiết bị làm mát 
Mud cooler ở giếng khoan ST-3P-ST được 
trình bày ở bảng 1. Từ các kết quả đạt được do 
ứng dụng thiết bị làm mát ở giếng ST-3P-ST; 
tác giả đã tính toán tiết kiệm chi phí cho công 
tác khoan từ nghiên cứu ứng dụng này. Nếu 
giảm 1 lần kéo thả sẽ tiết kiệm được 2 ngày 
làm việc của giàn khoan, từ đó sẽ giảm đáng 
kể giá thành khoan. Kết quả tính toán chi phí 
xem bảng 2. 
Bảng 1. Các kết quả sử dụng hệ thống làm mát dung dịch “Mud cooler” 
tại giếng khoan ST-3P-ST 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1+2 - 2019 42 
Bảng 2. Các chi phí tiết kiệm do ứng dụng hệ thống làm mát dung dịch “Mud cooler” 
tại giếng khoan ST-3P-ST 
STT Mô Tả 
Đơn giá 
(USD) 
Số lượng 
Tổng giá 
thành (USD) 
1 
Tiết kiệm một lần kéo thả để thay thế bộ 
khoan cụ BHA, tiết kiệm được 2 ngày giàn 
khoan làm việc 
55.000 2 110.000 
2 Tiết kiệm 2 ngày thuê tàu dịch vụ 20.000 2 40.000 
3 
Tiết kiệm 2 ngày thuê dịch vụ khoan của nhà 
dịch vụ thứ 3 
175.000 2 350.000 
4 
Giảm lượng hóa chất phụ gia để xử lý dung 
dịch trong môi trường nhiệt độ cao. 
90.000 1 90.000 
5 Trừ đi chi phí dịch vụ Mud Cooler -110.000 1 -110.000 
 Tổng cộng: 480.000 
Với tổng tiết kiệm gần nửa triệu đô la Mỹ 
(480.000USD) là một con số rất ấn tượng với 
ứng dụng thiết bị làm mát “Mud cooler” cho 
giếng khoan nhiệt độ và áp suất cao. Với việc 
giảm thời gian kéo thả do bộ khoan cụ bị hỏng, 
sẽ tăng thời gian khoan; giảm các hiện tượng 
phức tạp do dung dịch khoan gây ra. 
KẾT LUẬN 
Ứng dụng hiệu quả thiết bị “Mud cooler” đã 
giảm thiểu chi phí khoan rất lớn bởi các yếu tố: 
tiết kiệm thời gian khoan, thời gian thuê tàu, 
thời gian thuê dịch vụ khoan và giảm thiểu chi 
phí sử dụng chất phụ gia để phục hồi tính chất 
của dung dịch 
Những kết quả nghiên cứu được tác giả trình 
bày trong bài báo đã thể hiện tính ưu việt và 
hiệu quả khi ứng dụng thiết bị làm mát dung 
dịch “Mud cooler” cho giếng nhiệt độ và áp 
suất cao ST-3P-ST. Việc ứng dụng hiệu quả 
thiết bị làm mát dung dịch “Mud cooler” là 
minh chứng khoa học đầy đủ cho việc áp dụng 
thi công các giếng khoan nhiệt độ và áp suất cao 
ở mỏ khí Sư Tử Trắng của bể Cửu Long. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Công ty liên doanh điều hành Cửu Long 
(2018), Chương trình khoan ST-3P-ST 
[2] Trần Đình Kiên (2002), Dung dịch khoan và 
vữa trám, giáo trình trường Đại học Mỏ - Địa chất. 
[3] Trương biên, Nguyễn Xuân Thảo, Phạm 
Thành, Trần Bản và nnk. biên dịch (2007), Cẩm 
nang kỹ sư công nghệ khoan các giếng sâu NXB 
KHKT, Hà Nội. 
[4] Editions Technip (2014), Drilling Data 
handbook
Người phản biện: PGS, TS. NGUYỄN XUÂN THẢO