Gas Channeling Effect for Tophole Cement Job and Methodology for Curing That (lab experiment)

Abstract

Sammendrag

Denne masteroppgaven bygger videre på og utvider arbeidet som ble utført for spesialiseringsprosjektet TPG 4560. Flere deler av litteraturgjennomgangen i denne rapporten er hentet fra det prosjektet, med riktige referanser gjort til de originale kildene der det er passende. Gruntvannstrømmer skaper en rekke utfordringer for sementoperasjoner over hele verden. Sementens evne til å sikre det ringformede tetningsområdet bidrar til å opprettholde brønnintegriteten ved å eliminere væskeinntrenging til andre lag og til overflaten. Hvis det ringformede området ikke er ordentlig forseglet med sement, kan alvorlige problemer oppstå som kan sette brønnintegriteten i fare. Et av de alvorlige problemene oljeindustrien står overfor i dag er gassinntrenging under sementens tidlige herdingstid. Dette problemet er mer alvorlig i topphullsseksjoner der boringen utføres uten en blowout-preventer (BOP) og mudderreturer blir utladet i sjøen. Hendelser med gassmigrasjon fulgt av sementoperasjoner har lenge blitt studert, og flere løsninger har blitt foreslått for å takle denne utfordringen. Teknologien som kan bidra til å løse dette problemet er riserless mud recovery (RMR) systemet som er basert på en dual-gradient boremetode. Hovedkonseptet bak denne teknologien er å bruke to væskegradienter i det ringformede avsnittet i stedet for bare en. Hovedkomponenten i RMR-systemet er det undersjøiske pumpemodul (SPM) som bærer kutt og væsker til overflaten og lar deteksjon av spark og tap skje øyeblikkelig. Under sementoperasjoner blir RMR brukt som en nøkkel del av administrert trykksementering (MPC) for å kontrollere brønntrykk og muliggjøre sikker sementeringsjobb. Denne oppgaven fokuserer hovedsakelig på problemet med gassmigrasjon under sementeringsjobben og løsningsteknikker for å unngå det. Først, etter å ha kort berørt basale sementeringsterminologier, er teorien om ringformet gassmigrasjon, og faktorer som påvirker dette fenomenet undersøkt i detalj. Deretter har hvordan RMR-systemet, lukket volum-system, noen spesielle sementslam, og nye løsninger kan brukes til å bekjempe dette problemet blitt grundig undersøkt. Til slutt presenteres resultatene av det eksperimentelle arbeidet relatert til RMR og lukket volum-systemer. Basert på de eksperimentelle resultatene ble det konkludert med at begge systemene er effektive i bekjempelse av ringformet gassmigrasjon, og dermed bekrefter det teoretiske grunnarbeidet.

Abstract

This master's thesis report builds upon and extends the work carried out for the TPG 4560 specialization project. Several parts of the literature review in this report have been taken from that project, with proper references made to the original sources where appropriate. Shallow flows create a variety of challenges for cementing operations all around the world. The ability of the cement to ensure the annular seal contributes to maintaining the well integrity by eliminating fluid influx to other layers and to the surface. If the annular area is not properly sealed with cement, serious issues might occur which can lead to jeopardizing the well integrity. One of the serious problems that the petroleum industry faces today is gas influx during the early setting time of cement. This problem is more severe in top-hole sections where the drilling is conducted without a blowout preventer (BOP) and mud returns are discharged into the sea. Occurrences of gas migration followed by cementing operations have long been studied and several solutions have been suggested to tackle this challenge. The technology that can help to cure this problem is the riserless mud recovery (RMR) system which is based on a dual-gradient drilling method. The main concept behind this technology is to use two fluid gradients in the annulus section rather than a single one. The main component of the RMR system is the subsea pump module (SPM) which carries cuttings and fluids to the surface and allows the detection of kicks and losses instantly. During cementing operations, RMR is used as a key part of managed pressure cementing (MPC) to control wellbore pressure and enable safe cementing job. This paper mainly focuses on the gas migration problem during cementing job and solution techniques to avoid it. Initially, after briefly touching on basing cementing terminologies, annular gas migration theory, and factors affecting this phenomenon have been investigated in detail. Followingly, how the RMR system, closed-volume system, some special cement slurries, and new solutions can be used to combat this issue has been examined thoroughly. Finally, the results of the experimental work related to RMR and closed-volume systems are presented. Based on the experimental results, it was concluded that both systems are effective in combating annular gas migration, thereby confirming the theoretical groundwork.