Năm 1900,khi khoan 1 giếng khoan ở S,T các công nhân đã đuổi một bầy gia súc qua một hồ chứa nước.Kết quả tạo ra dung dịch khoan,moth hỗn hợp nhớt,dính dạng sền sệt giữa sét và nước đã được bơm xuống giếng khoan . dung dịch khoan lúc này vẫn được gọi là ....,nhưng những kí sư không còn chỉ dựa vào nước và sét.Thay vào đó,họ đã cẩn thận điều chế các hợp chất hoá học và pha trộn chúng để đáp ứng yêu cầu đặc dụng khi khoan dưới các điều kiện khác nhau.Ngày nay nếu thiếu dung dịch khoan chiều sâu của giếng khoan khó có thể được hoàn thành

Lịch sử:

Trước đay con người chủ yếu khoan với mục đích tùm nước chứ không để tìm dầu.Thật vậy,họ đã cảm thấy bị làm phiền khi tình cờ tìm thấy dầu khi nó làm bẩn nguồn nước của họ.Những giếng khoan đầu tiên được khoan tìm nước để lấy nước uống,cho sinh hoạt ,tưới tiêu và để tìm nước mặn, đây là nguồn để tạo ra muối.Chỉ tới thế kỉ 19 việc khoan dầu khí mới được mở rộng do sự gia tăng nhu cầi các sản phẩm dầu trong công nghiệp hoá học

Cho đến thế kỉ thư 3 trước CN,ghi nhận sớm nhất trong lĩnh vực khoan là ở TQ.Kĩ thuật khoan đạp cáp liên quan đến việc thả rơi một thiết bị khoan kim loại nặng và di chuyển đá bị nghiền nát bằng 1 cái gầu hình ống.Người TQ đá khá tiến bộ trong phương pháp này và được ghi nhận với khuynh hướng đầu tiên là sử dụng chất lưu trong quá trình khoanỞ đây dung dịch là nước lã.Nó làm mềm đất đá làm cho quá trình tham nhập trở nên dễ dàng hơn(tiến độ dâm xuyên của đục phá huỷ) và bổ trợ cho việc tách các mnảh vụn đất đá được biết đến như là mùn khoan(việc vận chuyển mùn khoan lên khỏi lỗ khoan là quan trọng ,vì vậy chòng khoan có cơ hội tiếp xúc với đất đá nhiều hơn để đào sâu hơn)

Vào năm 1833,một kĩ sư người Pháp tên là F khi theo dõi 1 quá trình khoan đập cáp mà ở quá trình này các dụng cụ khoan đập vào nước . Ông nhận thấy rằng nước phun ra rất có hiệu quả trong việc nâng mùn khoan ra khỏi giếng .Nguyên tắc sử dụng cchất lỏng di chuyển mùn ra khỏi gi được thiết thiết lập. Ông nghĩ đến 1 hệ thông mà nước có thể được bơm vào giữa cần khoan và mang hạt mùn với lên với nó khi nó di chuyển lên bề mặt.Khi nó di chuyển giữa khoảng không gian vãnh xuyến.Qui trình này được duy trì như 1 tiêu chuẩn cho đến tận ngày nay

Khoan xoay đã được thay thế chủ yếu cho khoan đập cáp.Bằng kĩ thuật này chòng khoan ở đáy cột cần khoan.Quá trình này tương tự việc sử dụng máy khoan điện cầm tay hay máy khoan điện nhỏ à chúng ta dùng khoan vào miếng gỗ.Nhưng thay vì khoan 1 vài inch hay vài cm vào gỗ,các giếng khoan dầu hiện đại lại có thể đạt tới độ sâu hang nghìn feet hay mét trong long đất.Khi khoan gỗ các mùn cưa được làm sạch khỏi lỗ khoan thông qua rãnh xoắn dọc theo trục mũi khoan.Việc làm đó chỉ áp dụng được với lỗ khoan nong còn không thể áp dụng với khoan sâu.Thay vào đó,mùn khoan được mang theo lên bề mặt nhờ hệ thống tuần hoàn dung dịch

Khi giếng khoan đạt tới độ sâu lớn hơn,vai trò của dung dịch khoan trở nên cực kì quan trọng,nó phục vụ cho 1 số mục đích và giải quyết các vấn đề khác nhau mà thay đổi rất lớn từ công đoạn này đến công đoạn khác

Các vai trò của dung dịch khoan:

Hoạt động khoan trong môi trường phức tạp đã thúc đẩu việc phải nghiên cứu và phát triển dung dịch khoan mà nó có thể đáp ứng đc các yêu cầu quan trọng trong quá trình khoan như:giữ hạt mùn lơ lửng, điều chỉnh áp suất, ổn định thành giếng khoan,tạo lực nổi,bôi trơn và làm mát chòng khoan

Giữ hạt mùn ở trạng thái lơ lửng

Dòng chảy của dung dịch khoan đi vào trong cột cần khoan và đi lên khoảng không vành xuyến đôi lúc bị dừng lại hoặc là do các sự cố phức tạp hoặc là để kéo cột cần khoan ra khỏi giếng để thay chòng.Khi quá trình khoan bị dừng lại,các hạt mùn khoan lơ lửng trong dung dịch có thể bị chìm xuống đáy lỗ khoan gây khó khăn cho quá trình khoan. Dung dịch khoan được điều chế phải có tính chất linh động để giải quyết các vấn đề trên. Độ đặc và độ nhớt của dung dịch sẽ tăng khi dung dịch di chuyển chậm.Khi dung dịch ngừng di chuyển nó trở thành dạng gel và giữ lơ lửng hạt mùn đất đá và giữ chúng không bị chìm xuống đáy lỗ khoan.Khi dung dịch di chuyển trở lại nó trở nên lỏng ra và nó quay trở lại tính linh động ban đầu trước đó

Điều chỉnh áp suất:

Một bức tranh điển hình đó là việc phun dầu từ các giàn khoan rất cao kên bầu trời,trong khi các công nhân đang hoan hỉ về việc tìm thấy dâu.Trong thực tế việc phun nhu vậy là rất hiếm khi xảy ra và nó không phải là lí do để ăn mừng vì mục đích là ta phải hút dầu theo cách mà ta có thể điều khiển được nó.Dung dịch được chế tạo để ngăn chặn những thảm hoạ như vậy bằng việc đối chọi với áp suất tự nhiên của chất lưu trong vỉa.sự cân bằng chính xác cần phả đạt được mà áp suất chất lưu tạo nên thành giếng khoan đủ để chống lại áp suất tạo ra bởi đá chứa và bới dầu hay khí trong đó,nhưng không được quá lớn vì có thể phá huỷ giếng khoan .Nếu trọng lượng của cột dung dịch khoan qúa lớn nó có thể gây ra sự dập vỡ trong đá và gây mất dung dịch khoan

Áp suất chất lỏng phụ thuộc vào trọng lượng riêng của nó.Chất làm nặng có thể được thêm vào dung dịch khoan để tăng trọng lượng riêng của dung dịch ,vì vậy nó tạo ra áp suất trên thành của giếng khoan .Trọng lượng riêng của dung dịch khoan có thể được điều chỉnh để khắc phục các điều kiện của giếng

Ổn định các đất đá ở thành lỗ khoan :

Qúa trình khoan gồm 2 giai đoạn: đầu tiên là quá trình khoan qua đất đá không chứa dầu.Mục đích là đi xuống sâu nhanh nhất có thể để chạm tơi dầu, đá sinh dầu hoặc vỉa sản phẩm. Điều ưu tiên ở đây là giữ cho đất đá 2 bên thành giếng khoan được ổn định trong suốt quá trình khoan và tránh việc làm mất dung dịch khoan.Bằng cách duy trì áp suất dung dịch ở trên áp suất chất lưu trong khe hổng của đá ở thành lỗ khoan .Khuynh hướng tự nhiên của dung dịch khoan là thấm vào đá thấm ở thành lỗ khoan .Với các chất đặc biệt được thêm vào(phụ gia) dung dịch khoan có thể ngăn chặn việc này

Dung dịch khoan có thể tiếp xúc và tác động vào đất đá xung quanh bằng những cách khác nhau.chẳng hạn,nếu trong đá chứa đầy muối,nước sẽ hoà tan muối và có khả năng làm thành lỗ khoan mất ổn định.Trong trường hợp này sử dụng dung dịch gốc dầu sẽ tốt hơn.Nếu đá ở thành hệ chứa một lượng sét lớn,nó có khuynh hướng bị rửa trôi bởi nước .Những thành hệ như vậy đòi hỏi dung dịch ức chế để duy trì sự ổn định của thân giếng và ngăn chặn sự lan rộng ra hay sự rửa trôi.Với sự phát triển của dung dịch khoan,thân giếng được bao bọc bởi một cột ống chống và nó sẽ được tram xi măng để giữ cho thân giếng được ổn định và tạo ra đường dẫn dầu lên bề mặt khi ta khoan tới vỉa dầu.Sau khi khoan tới vỉa dầu,thành phần của dung dịch khoan có thể được thay đổi để tránh việc bịt kín các khe rỗng của đá.Việc giữ cho khe rỗng của đá được thông thoáng sẽ cho phép dòng dầu di chuyển tự do vào trong giếng và lên trên mặt đất

Một giếng khoan có tể sâu tới hang ngàn feet hay mét.Cột cần khoan bằng thép với chiều dài lớn như vậy có trọng lượng rất nhiều tấn.Sự nhấn chìm cột cần khoan trong chất lưu sinh ra hiệu ứng đấy nổi,giảm trọng lượng của nó và tạo ứng suất nhỏ hơn lên cơ cấu khoan

Bôi trơn và làm mát

Khi kim loại chuyển động cọ xát vào bề mặt đất đá sẽ gây ra ma sát là làm nóng. Dung dịch khoan có vai trò bôi trơn và làm mát giữ cho quá trình khoan trơn tru,suôn sẻ,và kéo dài tuổi thọ của chòng khoan

Việc bôi trơn có thể đặc biệt quan trọng khi sự tiếp xúc kéo dài hay trong giếng khoan nằm ngang nơi mà ma sát giữa cần khoan,chòng khoan và đất đá ổn định phải đc giữ ở mức nhỏ nhất