Rheological Characterization of Oil-Based Mud Enhanced with Micro-Cellulose

Abstract

I denne studien ble de reologiske og filtreringsegenskapene til oljebasert borevæske forbedret med mikrocellulose, karakterisert og analysert. Det ble antatt at tilsetningen av mikrocellulose i borevæsken ville gi høy viskositet ved hvile, skjærfortynnende egenskaper, høy flytegrense, forbedre anti-sedimentering av partikler og stabilisere emulsjonen. Tre forskjellige væskeprøver (OBM1, OBM2 og OBM3) var formulert. Basisvæsken (OBM1) ble brukt som referanse for de forskjellige eksperimentelle forsøkene, utført for å undersøke om mikrocellulosen hadde innflytelse på de reologiske og filtreringsegenskapene til borevæsken. Mikrocellulosen som ble brukt i OBM2 var merket F01-L og for OBM3 var den merket F01-V. Borevæskene ble forsøkt forbedret med forskjellig faststoffinnhold på 0.5wt% mikrocellulose. De forskjellige eksperimentelle målingene inkluderte massetetthet, pH, elektrisk stabilitet (ES), viskositet, gel-styrke, væsketap, tykkelse av filterkake og separasjon ved statiske forhold. Filtreringsegenskapene til borevæsken ble undersøkt i en filterpresse med lavt trykk og lav temperatur. Etter 24 timer ble væsketapet målt sammen med filterkake-tykkelsen. Filterpressetesten ble gjennomført for å undersøke om mikrocellulosen hadde innvirkning på filtreringsegenskapene. De tre væskeblandingene ble formulert nok en gang, og deretter eldet dynamisk i en OFITE ovn på 120 grader Celsius og 100 psi i 16 timer. Etter dynamisk elding ble alle målinger utført på nytt under atmosfæriske betingelser. Resultatene før og etter dynamisk elding ble analysert og skjærspenning - skjærhastighetsmålinger ble tilpasset de tre reologiske modellene, Herschel-Bulkley, Power Law og Bingham Plastic. Resultatene indikerte at den mest passende reologiske modellen var Herschel-Bulkley, for alle borevæskene. For å bestemme viskositetsprofilen til borevæskene, ble et viskometer tatt i bruk. Viskositeten avtok med økende skjærhastighet, noe som indikerte en skjærfortynnende oppførsel. Væskeprøve OBM3 (F01-V), viste mindre konsistente filteringsverdier enn OBM2 (F01-L), selv om det hadde en nedgang i målte verdier etter dynamisk elding fra 6,5ml til 6,0ml. Væskeprøve OBM2 og OBM3 opplevde mer væskestabilitet ved hvile, enn OBM1. Resultatene indikerte at mikrocellulose hadde innvirkning på de reologiske og filtreringsegenskapene. Den borevæskeprøven som opplevde den mest stabiliserende effekten på egenskapene, var OBM2 gjennom konsistente målinger og beregnede verdier, med hensyn til før og etter dynamisk elding.

In this study, the rheological and filtration properties of oil-based mud enhanced with micro-cellulose, were characterized. It is believed that addition of micro-cellulose in the mud would provide high viscosity at rest, shear thinning properties, high yield stress, improved anti-settling of particles and stabilize the emulsion. Three different fluid samples (OBM1, OBM2 and OBM3) were formulated. The base mud (OBM1) was used as a reference for the various experimental measurements, conducted to investigate if the micro-cellulose influenced the rheological and filtration properties of the mud. The micro-cellulose used in OBM2 is labeled F01-L and for OBM3 it is labeled F01-V. The muds were enhanced with different solid content of 0.5wt% micro-cellulose. The various experimental measurements also included density, pH, electrical stability, viscosity, gel strength, fluid loss, mud cake thickness and top liquid layer at static conditions. The filtration properties of the mud were investigated in a LPLT filter press. The test continued for 24 hours and the fluid loss was measured in addition to the mud cake thickness. The filter press test was completed to investigate whether the micro-cellulose additives had any impact on the filtration properties. Fluid sample OBM3 (F01-V), demonstrated less consistency than OBM2 (F01-L), however it had a decrease in measured values after hot-roll, from 6.5mL to 6.0mL. Fluid sample OBM2 and OBM3 experienced more fluid stability at rest than the base mud, OBM1.

Results from before and after dynamic hot-roll were analyzed and flow characteristics measurements were fitted to the well-known three rheological models, Herschel-Bulkley, Power Law and Bingham Plastic. The rheological constants of the fluid samples were calculated more accurately using the Herschel-Bulkley model. All fluid samples showed a pseudoplastic shear thinning behavior with an increase in viscosity after hot rolling. It was revealed that micro-cellulose had an impact on the rheological and filtration properties. Fluid sample OBM2, experienced the most stabilizing effect on the properties of the oil-based mud through consistent measured and calculated values.