Tapt sirkulasjonsmateriale - Påvirkning på viskøse egenskaper til vannbaserte borevæsker: Karakterisering av Herschel-Bulkley-væsker ved hjelp av dimensjonsløse skjærhastigheter.

Abstract

Vannbaserte borevæsker brukes vanligvis i olje- og gassindustrien på grunn av deres gunstige miljøegenskaper og evne til å bore effektivt i myke og uavstivede formasjoner. Tapt sirkulasjonsmateriale (LCM) blir tilsatt for å hindre tap av borevæske ned i brønnformasjonene under boring. Hensikten med denne avhandlingen er å undersøke effekten av ulike LCM-tilsetninger, som for eksempel kalsiumkarbonat og ulike fibre, til vannbaserte borevæsker. Studien tar sikte på å vurdere effekten av ferske og brukte granulære og cellulosefiberbaserte LCM-tilsetninger på de viskøse egenskapene til borevæskene. Borevæskens oppførsel simuleres under forhold som likner brønnen, både ved høye temperaturer og slitasje på grunn av sirkulasjon gjennom dysene. Metoden Hot Rolling brukes for å bestemme borevæskens evne til å motstå termisk slitasje, og en stålstang plasseres i Hot Rolling-cellen for å simulere mekanisk slitasje. Studien vurderer også effektiviteten av LCM-tilsetninger for å redusere nedetid på grunn av tapt sirkulasjon og identifisere de mest kostnadseffektive LCM-materialene som kan brukes i Nordsjøen. Avhandlingen avsluttes med anbefalinger for LCM-tilsetninger som gir forbedret ytelse til borevæsken og reduserer nedetid forårsaket av tapt sirkulasjon.

I denne avhandlingen ble det testet 18 prøver av vannbaserte borevæsker med tilsatt LCM. Kalsiumkarbonat og fibre ble tilsatt som LCM, både separat og i kombinasjon. Væskelekkasje ble målt ved bruk av API Low-Pressure Low-Temperature (LPLT) Filter Press fra Vedlegg D og ble utført på filterpapir. Viskositetsmålinger ble utført med Ofite Viscometer for alle prøvene.

Resultatene indikerer at inkludering av fibre i konvensjonelle borevæsker som bruker CaCO3 som tapt sirkulasjonsmateriale (LCM) kan forbedre tetningsegenskapene og minimere formasjonsskader, spesielt når effektive filtreringskontrollpolymere er til stede.

Water-based drilling fluids are commonly used in the oil and gas industry due to their favourable environmental properties and ability to effectively drill soft and unconsolidated formations. Lost circulation material (LCM) is added to prevent loss of drilling fluids into downhole formations while drilling wells. The purpose of this thesis is to investigate the effect of adding different LCMs, such as calcium carbonate and various fibres, to water-based drilling fluids. The study aims to assess the impact of fresh and worn granular and cellulose fibre-based LCMs on the viscous properties of drilling fluids. The drilling fluid's behaviour is simulated under conditions like those in the well, both at high temperatures and wear due to circulation through the nozzles. The Hot Rolling method is used to determine the drilling fluid's ability to withstand thermal wear, and a steel rod is placed in the Hot Rolling cell to simulate mechanical wear. The study also assesses the effectiveness of LCM additives in reducing lost circulation downtime and identifies the most cost-effective LCM materials for use in the North Sea. The thesis concludes with recommendations for LCM additives that provide improved drilling fluid performance and reduce downtime caused by lost circulation.

18 samples of water-based drilling fluids with added LCM were tested in this thesis. Calcium carbonate and fibres were added as LCM, both separate and combined. The Fluid Loss was measured by using API Low-Pressure Low-Temperature (LPLT) Filter Press from Appendix D and was performed on filter paper. Viscosity measurements were done on Ofite Viscometer for all samples.

The findings indicate that incorporating fibres into conventional drilling fluids that utilise CaCO3 as a Lost Circulation Material (LCM) can enhance their sealing properties and minimise formation damage, especially when effective filtration control polymers are present.