Numerical Modelling of Fluid Displacement in Eccentric Annuli for Cementing Operations

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Autoren

Abstract

Zement spielt eine wesentliche Rolle bei der Aufrechterhaltung der Bohrlochintegrität während des gesamten Lebenszyklus eines Bohrlochs. Erfolgreiche Zementierungsarbeiten sorgen für eine gute Zonenisolierung und stellen eine starke Bindung des Zements an die Verrohrung und Formation sicher. Der Erfolg der Zementarbeit wird hauptsächlich durch die Flüssigkeitsverdrängungseffizienz und den Grad der Verunreinigung mit anderen Bohrlochflüssigkeiten bestimmt. Das Verdrängen von Flüssigkeiten im Bohrloch über große Entfernungen ist jedoch eine komplexe Aufgabe, die ein Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Schlamm, Abstandshalter und Zement, deren rheologischen Verhalten sowie von Reibungsdruckverlusten und Strömungsregimen erfordert. Computational Fluid Dynamics (CFD) hat sich in zahlreichen Branchen als leistungsstarkes Werkzeug zur Modellierung des Fluidverhaltens erwiesen. Der Einsatz von CFD ermöglicht es uns, diese Komplexitäten präzise und zuverlässig zu modellieren und maßgeschneiderte Lösungen für einzelne Zementierungsaufgaben bereitzustellen, um maximale Arbeitseffizienz und -sicherheit zu gewährleisten. In dieser Studie wurde ein hochmodernes CFD-Modell mit der Ansys Fluent-Software erstellt, um die Verdrängungseffizienz einer Zementierungsaufgabe unter verschiedenen Bedingungen in exzentrischen Ringräumen zu untersuchen. Das CFD-Modell wurde in einphasigen Simulationen unter Verwendung von zwei Sätzen experimenteller Daten validiert. Zu den untersuchten Parametern gehören Fluiddichte und -rheologie, Verrohrungsexzentrizität, Durchflussrate, Bohrlochabweichung und Verrohrungsrotation. Die Wirkung jedes Parameters wurde analysiert und die Daten wurden zusammengestellt, um Richtlinien für eine effiziente Flüssigkeitsverdrängung bereitzustellen. Diese Studie betonte die Bedeutung der Aufrechterhaltung von Dichte- und Viskositätshierarchien zwischen den verdrängenden und verdrängten Fluiden. Der drastische Einfluss der Exzentrizität auf den Verdrängungsvorgang wurde gezeigt, sowie mögliche Lösungen, um diesem Effekt durch Optimierung der Fluideigenschaften und Durchflussraten entgegenzuwirken. Darüber hinaus erwies sich die Gehäuserotation als wertvolles Werkzeug, das die Verdrängungseffizienz verbessert und die negativen Auswirkungen einer hohen Exzentrizität teilweise mildern kann. Das CFD-Modell hat sich als sehr nützliche Ressource für die Optimierung des Zementierungsvorgangs erwiesen und kann auf vielfältige Weise genutzt werden, um spezialisierte Lösungen für jede Zementierungsaufgabe bereitzustellen.

Details

Titel in ÜbersetzungNumerische Modellierung der Flüssigkeitsverdrängung in exzentrischen Ringräumen für Zementiervorgänge
OriginalspracheEnglisch
QualifikationMSc
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung1 Juli 2022
StatusVeröffentlicht - 2022