Influence of Drilling Parameters on Cuttings Transport
Master thesis
Permanent lenke
http://hdl.handle.net/11250/2625927Utgivelsesdato
2019Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Transport av borekaks er et viktig tema i boreindustrien, som med rett utførelse kan spare industrien masse penger. Kunnskap om hvordan hver enkelt boreparameter påvirker hullrensing er essensielt for å unngå nedetid på riggen. Denne oppgaven gir eksperimentelle resultater som både visuelt og kvantitativt forklarer forskjellige boreparametre og deres innvirkning på hullrensing. Både borestrengrotasjon, eksentrisitet av borestrengen, aksiell bevegelse av borestrengen, brønnvinkel og fluidhastighet i ringrommet blir testet.
Alle parameterene ble testet i en 2 meter lang "flow loop" modell. De forskjellige parameterene ble varriert mellom hver test og mengden sand som kom ut ble målt for å kartlegge effekten. Brønnen var designet med et 70 millimeter gjennomsiktig rør og en 38 millimeter tykk borestreng for å holde størrelsesforholdet til en virkelig brønn. Det ble bestemt å bruke vann som borevæske, dette for å få en visuell oppfatning av hullrensingsprossessen. Både borestrengrotasjon og fluidhastighet i ringrommet viste seg å ha stor innvirkning på trasport av borekaks. Eksentrisitet og aksiell bevegelse av borestrengen hadde veldig like resultater som borestrengrotasjon. Men økt transport av borekaks ved aksiell bevegelse var på grunn av borestrengplassering og ikke bevegelsen i seg selv. I tillegg ble det observert ras av borekaks i ringrommet når brønnvinkelen ble veldig bratt. Det ble konkludert med at dette er mye på grunn av bruken av vann som boreslam. Vann har som kjent lav viskositet og borekaks blir ikke suspendert i væsken.
Det ble også utført CFD simuleringer i ANSYS CFX 19.1 med samme inputparametre som "flow loop" modellen. Dette ble gjort for å gjøre en sammenligning av datasimuleringer mot en fysisk modell for å kartlegge likheter. Datasimuleringene viste tydelig bilde av borekaksras på grunn av høy brønnvinkel, lav viskositet og relativt lav hastighet på fluidet i ringrommet. Cuttings transport is an important topic in the drilling industry, that with the right executioncan save a great amount of money. Knowledge of how each drilling parameter affect holecleaning is crucial to avoid unnecessary down time on the rig. The present work provideexperimental results that both visually show and explain the effect of different drillingparameters with respect to hole cleaning. Drilling parameters such as drillstring rotation,eccentricity, axial movement of the drillstring, inclination, and annular flow velocity weretested.
All drilling parameters was investigated in a 2m long flow loop model. The differentparameters was changed and the sand holdup percentage was measured between each runto evaluate its effect. The wellbore was designed with a 70mm inner diameter transparentpipe and a 38mm drillstring to keep the aspect ratio constant, as for a 12 1/4 " wellborewith a 6 5/8 " drillstring. It was decided to use water as the drilling fluid, to get a visualunderstanding of what was going on. Both drillstring rotation and and annular velocity wasproven to have major impact on hole cleaning. The eccentric annulus and axial movementhad similar performance as the drillstring rotation. However, the increased hole cleaningeffect of the axial movement was due to the placement of the drillstring on the top side ofthe wellbore, and not the axial movement itself. Also, as a result of the low viscosity ofwater, avalanches was experienced in the inclined runs.
It was done a few CFD simulations in ANSYS CFX with the same dimensions and inputparameters as for the flow loop. This was done to make a comparison to the flow loopmodel and see if the same effects were observed. The computer simulations clearly showedthe avalanche effect in the inclined runs due to the low viscosity of water and low annularflow.