Cuttings-bed Erodibility

Abstract

Transport av borekaks ut av brønnhullet er en viktig del av hver boreoperasjon for å sikre effektivitet og reduksjon av ikke-produktiv tid. Borevæsker fungerer som en rensestrøm eller sveipemiddel i brønnen, væskens reologiske egenskaper har betydelige effekter på fjellskjærets eroderbarhet ved å virke som et fuktemiddel. Denne oppgaven tar sikte på å undersøke fjellskjærings eroderbarhet ved horisontale seksjoner utsatt for reologisk rensing og fukting med væsker som viser ulike reologiske og grensesnittadferder.

Denne oppgaven undersøker påvirkningen av de viskoelastiske egenskapene til borevæsker på eroderbarheten av borekaks. For dette formålet ble det utført en omfattende reometerstudie for å måle de reologiske egenskapene til borevæsker. Flow-loop-eksperimenter sammenligner ytelsen til disse væskene med hensyn til deres rengjørings- og fuktingsevner i en kontrollert eksperimentell laboratoriebenkskala.

De testede væskene var vann og Xantangummi-oppløsning i konsentrasjoner på 0,1, 0,25 og 0,5 vekt. %, PAC-løsning i konsentrasjoner på 1, 0,75 og 1,25 vekt. %, og vannbasert borevæske. Xantangummiløsninger og vannbasert borevæske viste flytespenning og skjærfortynnende oppførsel. PAC-løsningene presenterer Newtonsk oppførsel i det relevante skjærhastighetsområdet til strømningssløyfeeksperimentene. Xantangummiløsningens reologiske egenskaper gir kohesjonskraft og kan tjene til å opprettholde boret borekaks i sengen. Denne høyere viskoelastisiteten økte skjærelagets motstand mot erosjon og skapte en sterkere forbindelse mellom skjærepartiklene. Til sammenligning fører PAC-løsninger (Newtonske væsker) til mer effektiv fjerning.

Bergskjæret fuktet av vann krever mindre strømningshastighet for å fjerne en tilsvarende mengde av sjiktet, sammenlignet med borekakset fuktet av xantangummioppløsning og den vannbaserte borevæsken.

Økende strømningshastighet forbedret fjerning av steinskjær for både rensevæsker, vann og vannbasert borevæske. Selv om å oppnå høye strømningshastigheter for vannbasert borevæske krever mer energi, øker erosjonseffektiviteten eksponentielt ved høy strømningshastighet.

Transporting cuttings out of the wellbore is an essential part of every drilling operation to ensure efficiency and the reduction of non-productive time. Drilling fluids act as a cleaning flow or sweeping agent in the well, the fluid rheological properties have substantial effects on the rock cuttings bed erodibility by acting as a wetting agent. This thesis aims to investigate rock cuttings bed erodibility at horizontal sections subjected to rheological cleaning and wetting with fluids exhibiting various rheological and interfacial behaviors.

The present thesis investigates the influence of the viscoelastic properties of drilling fluids on cuttings bed erodibility. For this purpose, an extensive rheometer study was conducted to measure the rheological properties of drilling fluids. Flow-loop experiments compare the performance of these fluids regarding their cleaning and wetting abilities in a controlled experimental lab-bench scale setup.

The tested fluids were water, and Xanthan gum solution in concentrations of 0.1, 0.25, and 0.5 wt. %, PAC solution in concentrations of 1, 0,75, and 1.25 wt. %, and water-based drilling fluid. Xanthan gum solutions and water-based drilling fluid exhibited yield stress and shear-thinning behavior. The PAC solutions present Newtonian behavior in the relevant shear-rate range of the flow-loop experiments. Xanthan gum solution's rheological properties provide cohesive force and may serve to maintain drilled cuttings in the bed. This higher viscoelasticity increased the cuttings-bed resistance to erosion and created a stronger connection between the cutting particles. Comparably, PAC solutions (Newtonian fluids), lead to more efficient removal.

The rock cuttings-bed wetted by water requires less flow rate to remove a similar amount of the bed, in comparison to the cuttings-bed wetted by Xanthan gum solution and the water-based drilling fluid.

Increasing flow velocity improved rock cuttings removal for both cleaning fluids, water, and water-based drilling fluid. Although achieving high flow velocities for water-based drilling fluid requires more energy, the erosion efficiency increases exponentially at a high flow velocity.