Investigation of drilling fluid performance

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Die steigende Nachfrage nach Extended und Ultra-Extended Reach Bohrungen stellt eine große Herausforderung für den derzeitigen Stand der Technik dar. Der Top Drive Motor, die Bohrwerkzeuge sowie die Bohrkleinentfernung und die Bohrlochstabilität gelangen an ihre Grenzen um die immer tiefer liegenden Öl und Gas Lagerstätten zu erreichen. Eine der Hauptbeschränkungen sind die Torsions- und Zugkräfte welche am Bohrstrang wirken. Um diese Grenzen zu verschieben, forscht SINTEF Petroleum Research derzeitig an einer Bohrlochgeometrie mit spiralförmigen Rillen an der Bohrlochwand. In horizontalen und geneigten Bohrlochabschnitten sollen diese Rillen den Kontaktbereich zwischen dem Bohrstrang und der Gesteinsformation reduzieren. Damit entstehen Zonen mit erhöhter Flächenbelastung, aber generell eine verminderte Auflagefläche des Bohrstranges, was wiederum zu einer Reibungsverminderung führt. Um dieses Konzept zu erforschen, wurde ein Strömungsversuchsstand gebaut, welcher ein Bohrloch simuliert. Der Versuchsstand besteht aus einem 12 m langen, neigbaren Testbereich mit einem Bohrloch aus Zement. Das Bohrloch ist austauschbar und kann entweder mit einem kreisförmigen oder dem rillenförmigen Bohrlochquerschnitt ausgestattet werden. Eine Stahlstange dient als Bohrstrang und liegt exzentrisch im Bohrloch. Die Stahlstange ist mit dem Antrieb so verbunden, dass sie auch Bewegungen in lateraler Richtung ausführen kann. Der Versuchsstand enthält weiterhin eine Sandeinleitungs- und Separationseinrichtung die es ermöglicht ein Sandbett im Bohrlochtestbereich anzuhäufen und die Bohrkleinentfernungseigenschaften zu testen. Die aktuellste Versuchsreihe untersuchte eine Kaliumchlorid und eine Bentonit Bohrspülung im kreisförmigen Bohrlochquerschnitt auf ihre Bohrkleinentfernungseigenschaften. Um die beiden Bohrspülungen besser vergleichen zu können wurden sie nach einer gleichen Viskositätskurve ausgelegt, welche dem Herschel-Bulkley Modell entspricht. Um die Viskosität zu messen wurde über den gesamten Experimentierzeitraum ein Standard Fann Viscometer benutzt. Die Experimente wurden unterteilt in Versuche ohne Sandinjektion, bei denen der Druckgradient gemessen wurde und in Versuche mit Sandinjektion, bei denen die Bohrkleinentfernungseigenschaften und die Sandbettentstehung betrachten wurden. Dabei wurden die Strömungsgeschwindigkeit und die Bohrstrangrotation variiert. Eine Herausforderung stellte die Zubereitung der großen Menge an Bohrspülungen und die Aufrechterhaltung der Viskositätswerte dar. Die Spülungen wurden nach mehreren Versuchsdurchführungen durch feine Sandpartikel beeinflusst. Des Weiteren entwickelte sich bei der Kaliumchlorid Spülung eine große Menge Schaum an der Oberfläche, sowie Luftblasen in der Spülung. Dadurch war es nicht möglich zwei komplett gleiche Viskositätskurven zu erreichen, der größte Unterschied betrug 5%. Die Experimente ohne Sandinjektion zeigten einen höheren Druckgradienten für die Kaliumchlorid Spülung und eine leichte Abhängigkeit des Druckgradienten von der Bohrstrangrotation für die Bentonit Spülung. Bei erhöhter Strangrotationsgeschwindigkeit stieg der Druckgradient. Die Experimente mit Sandinjektion wiesen auf bessere Bohrkleinentfernungseigenschaften der Kaliumchlorid Spülung bei verhältnismäßig geringen Strömungsgeschwindigkeiten. Im Gegensatz dazu zeigte die Bentonit Spülung bessere Ergebnisse für höhere Strömungsgeschwindigkeiten. Zusammenfassend ist zu sagen, dass solche Fluide sehr sensibel auf Einflüsse reagieren und deshalb mit Sorgfalt behandelt werden sollten. Tiefergehende rheologische Untersuchungen sind nötig um das Verhalten beider Spülungen besser zu verstehen. Aus den Ergebnissen lässt sich schließen, dass die hohen Bohrstrangrotationsgeschwindigkeiten sich positiv auf die Bohrkleinentfernung aus wirkten. Generell ist jedoch zu sagen, dass beide Fluide unterschiedliche Eigenschaften diesbezüglich aufw

Details

Titel in ÜbersetzungUntersuchungen zum Verhalten von Bohrspülungen
OriginalspracheEnglisch
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung27 Juni 2014
StatusVeröffentlicht - 2014