Cuttings bed erosion using a selection of interstitial fluids

Abstract

I boreoperasjoner kan effektiv hullrensing være utfordrende. Borekaks har en tendens til å samle seg langs borehullsveggen, noe som kan føre til fastkjørte borerør, brudd, redusert borehastighet (ROP) og andre problemer med ikke-produktiv tid (NPT). Dette kan være tidkrevende og kostbart. For å redusere disse problemene er effektiv transport av borekaks under boring viktig.

Å forstå oppførselen til partikler i borekaksseng under forskjellige interstitielle væsker er viktig for å optimalisere hullrenseoperasjoner. De kohesive kreftene mellom partiklene og egenskapene til både de interstitielle væskene og borekakssengen påvirker partikkelbevegelsesmønstrene betydelig. Målet med denne studien er derfor å systematisk undersøke og karakterisere de ulike partikkelbevegelsene forårsaket av et utvalg interstitielle væsker, med fokus på forholdet mellom kohesive krefter og væske- og borekakseseng-egenskaper gjennom eksperimentell analyse.

For å forstå hvordan forskjellige væsker med varierende reologiske egenskaper påvirker erosjonsmotstanden til en borekaksseng, ble simulerte borekakssenger i en rektangulær kanal våtet med tre forskjellige væsker: vann, oljebasert mud (OBM) og xantangummi (XG) løsning. Differensiell vekt av borekakssengen ble målt og brukt til å analysere hvordan de interstitielle væskene og borekakssengene reagerer med hverandre. Videre ble oscillasjons- og rotasjonstester utført ved bruk av Anton Paar Rheometer for å undersøke de distinkte egenskapene til OBM og XG-løsningen.

Nøkkelfunn indikerer at terskelen for erosjon er avhengig av de kohesive kreftene til de forskjellige interstitielle væskene, med OBM-våtet seng som viser den høyeste graden av kohesive krefter. For fremtidig arbeid foreslås bruk av dimensjonsløs analyse som en metode for å forutsi erosjonsterskelen, som kan veilede eksperimentelle forsøk på å ytterligere optimalisere hullrenseprosesser.

In drilling operations, effective hole cleaning can be challenging. Drill cuttings tend to accumulate along the wellbore wall, which can lead to stuck pipes, twist offs, slow rate of penetration (ROP) and other non-productive time (NPT) issues. This can be time consuming and expensive. To mitigate these problems, efficient transport of cuttings during drilling is essential.

Understanding the behavior of particles within cuttings beds under different interstitial fluids is important for optimizing hole cleaning operations. The cohesive forces between the particles and the properties of both the interstitial fluids and the cuttings bed significantly influence particle movement patterns. Therefore, the aim of this study is to systematically investigate and characterize the distinct particle movement behaviors caused by a selection of interstitial fluids, focusing on the relationship between cohesive forces and fluid- and cuttings-bed properties by conducting an experimental analysis.

To understand how different fluids with varying rheological properties affect the erodibility of a cuttings bed, a simulated cuttings beds in a rectangular channel are wetted with three different fluids: water, oil-based mud (OBM) and xanthan gum (XG) solution. The differential bed weight is measured and used to analyze how the interstitial fluids and cuttings-bed react with each other. Furthermore, oscillation and rotational tests were conducted using the Anton Paar Rheometer to delve deeper into the distinctive properties of the OBM and XG solution.

Key findings indicate that the threshold for erosion is dependent on the cohesive forces of the different interstitial fluids, with OBM-wetted bed showing the highest degree of cohesive forces. For future work, the use of dimensionless analysis is proposed as a method to predict the erosion threshold, which can guide experimental efforts to further optimize hole cleaning processes.