NO145513B - Boreslam samt anvendelse av dette ved boring. - Google Patents

Description

Ved boring av en brønn sirkuleres boreslam ned i • brønnen, f.eks. for å fjerne borekutt eller -kaks som av den roterende borkrone frembringes fra borehullet. Slammet sirku-

leres vanligvis ned i brønnen fra brønnoverflaten gjennom borestrengen og ut gjennom åpninger i borkronen, slik at slammet der-etter sirkuleres oppover i ringrommet mellom brønnhullets side-

vegg og den roterende borestreng. Boreslam er en blanding av vann, leirer og forskjellige behandlingsmidler som besitter de fysikalske eller reologiske egenskaper til slammet i brønnhullet.

En av hensiktene med slammet er å minske friksjon eller å frem-

skaffe et smøremiddel som borkronen og borerøret kan arbeide i under boringen av brønnhullet. Det er tidligere kjent å formu-

lere slammet i den spesielle hensikt å minske friksjon. Slammet formuleres således ofte med det spesielle formål å smøre innbyr-

des tilstøtende overflater slik at de lett kan beveges over hverandre. Materialer som har vært foreslått for å bedre smørevirk-ningen innbefatter vann, dieselolje, vegetabilsk olje, vaskemidler, bentonittleirer, alkoholer, gilsonitt, asfaltmaterialer, cellulose-materialer, polymerer, dekstrosematerialer, glyceriner og aminer.

Et typisk boreslam er en blanding av vann, leirer, vaskemidler, filtrering-reduseringsmidler og forskjellige andre produkter.

I tillegg til effektiv smøring må slammet tjene

andre formål. • F.eks. må det frembringe et medium for å styre el-

ler regulere tettheten til borefluidet slik at det dannes en kake på brønnhullets sidevegger for å hindre at biologiske trykk eller åpninger skal oppstå i borehullets sidevegger.

På grunn av det store antall formål som boreslam

skal tjene er det tidligere foreslått en rekke forskjellige boreslam og boreslam-tilsetninger. Særlig har det tidligere vært foreslått å innbefatte partikkelformede materialer i boreslammene. F.eks. er det i US patentskrift nr. 2 943 679 foreslått å tilsette

skarpkantede harde partikler, såsom knuste valnøttskall, for å minske friksjons-trekkraften på en borestreng. I US patentskrift nr. 3 216 933 er det foreslått å tilsette hardt partikkel-formet materiale i borefluid for å hindre fastkjøring av bore-røret. De angitte eksempler på slike materialer er stålhagl, aluminiumhagl, sand, valnøttskall, plast og lignende. Stål- og aluminiumhagl har forholdsvis stor egenvekt og vil derfor ha en tendens til å utfelles i slam av vanlig vekt. Dette kan særlig by på problemer når sirkulasjonen opphører av én eller annen grunn, fordi det da foreligger en mulighet for at haglen vil utfelles fra slammet i borestrengen og inn i borkronen. I visse tilfeller kan dette føre til at borkronen blokkeres. I begge nevnte patentskrifter er det partikkelformede materiale beskrevet som "slipt" (ground) og vil derfor nødvendigvis ha uregelmessig form. I US patentskrifter nr. 3 700 050 og 3 827 978 er det foreslått å tilsette partikler av plast eller glass som er hule, og som derfor har meget lav tetthet. I US patentskrift nr. 3 878 141 er det foreslått å tilsette partikler som skal være fra 44 til 850 mikrometer i diameter og som er fremstilt ved knusing eller maling av større gjenstander, i den hensikt å danne en bro i filterkaken.

Boreslammet ifølge oppfinnelsen inneholder perler av et plastmateriale, som har en partikkelstørrelse fra 10 til 100 mesh, er uløselig i Olje og vann og istand til å motstå temperaturer og krefter som virker under boring av en oljebrønn, uten å smeltes eller knuses, og slammet er karakterisert ved at perlene stort sett alle er vesentlig kuleformede og består av en kopolymer av styren og divinylbenzen.

Ved tilsetting av perler som stort sett alle er vesentlig kuleformede bevirker slammet en vesentlig friksjonsminsking. Det ser således ut til at de vesentlig kuleformede perler virker som kulelagre når to metalloverflater glir mot hverandre, f.eks. et borerør mot en foring eller mot en hard skiferleire, og kule-lagereffekten som skapes av kulene minsker således friksjonen. Undersøkelse av tilbakeført slamkakepartikler under forstørrelse har vist at perlene synes å være delvis innleiret i slamkakens overflate idet en halvkuleformet overflate er frilagt for kontakt mot borestrengen. Observasjoner av denne type filterkake fører til den antagelse at der foreligger mange hundre av disse små perlefremspring for hver meter borehull. Undersøkelse av tilbakeført "gumbo leire har avslørt at borekuttet er delvis belagt med perler. Dette antyder at perlene søker å hindre slik leire fra å tette til borkroner og-stabilisatorer.

Det er selvsagt ønskelig at perlene i størst mulig grad har sann kuleform for å gi den beste kulelagervirkning. Imidlertid kan selvsagt enkelte perler avvike fra kuleform forutsatt at dette ikke vesentlig forringer de kuleformede perlers friksjons-minskende virkning.

Oppfinnelsen er av særlig verdi ved at den minsker dreiemomentet under boring. Anvendelse av boreslammet ifølge oppfinnelsen ved boring av borehull skjer ved at nevnte boreslam tilsettes når dreiemomentet under boringen stiger til et forutbestemt nivå, idet det før denne tilsetting bare er anvendt boreslam av vanlig type.

Den mengde plastperler som må tilsettes for å oppnå

merkbar minsking av dreiemomentet vil avhenge av de rådende forhold, men vil vanligvis være minst 1,5 volumprosent (ca. 15 gram per liter). Større mengder kan gi større minsking av dreiemomentet. F.eks. er det ofte ønskelig å tilsette opptil f.eks. 38 gram per liter. I enkelte tilfeller tilsettes en mengde på f.eks. 38 gram per liter for hurtig å minske dreiemomentet og det lavere dreiemoment kan så opprettholdes ved fortsatt boring ved bruk av et slam som inneholder 15 gram per liter. Ettersom perlene har en tendens til å konsentreres i slamkaken kan det hende at perlekonsentrasjonen i kaken vil være høyere enn den konsentrasjon som tilsettes slammet. Indikasjoner tyder således på at dreiemoment-nedsettelsen hovedsakelig avhenger av perle-konsentras jonen i kaken og at effektiv dreiemoment-nedsettelse bare oppnås når konsentrasjonen er bygget opp til en mengde på 115 gram per liter, men at konsentrasjoner større enn ca. 150 gram per liter ikke vil føre til ytterligere minsking av dreiemomentet .

I tillegg til å minske dreiemomentet i et borehull hvor dreiemomentet har nådd en uønsket høy verdi, vil tilsetning av perlene i boreslammet minske slitasje på borerør og foringer, særlig i brønner med stor vinkelavbøyning. Perlene danner et lag eller en kappe mellom metalloverflåtene slik at friksjonen minskes. De minsker også bevegelsesmotstand (drag), slitasje på borkronen, og kan minske tiltetting av stabilisatoren.

Som en indikasjon på den friksjonsnedsettelse som kan oppnås kan nevnes at en retningsbrønn ble boret ved hjelp av turbo-boreinnretning i borehullet, og ved vanlig operasjon tok det to dager å bore 4,5 m hull. Etter tilsetting av 15 gram per liter av disse plastperler ble borehastigheten imidlertid øket til 4,5 m pr. time.

På samme måte har en funnet at tilsetning av plastperler er gunstig for å bedre "wireline" operasjoner som må ut-føres nede i borehullet, såsom brønnlogging, idet loggeverktøyet kan gli på overflatene som utgjøres av plastkulene. Videre kan tilsetningen av disse kuler minske opphalingskraften (wireline drag) både i forede brønnhull og i åpne brønnhull.

Bruken av perlene i et brønnhull kan ytterligere kom-bineres med andre slam-smøremidler, såsom vegetabilsk olje, slik at kulene suspenderes i vegetabilsk olje og sirkuleres i brønn-hullet blandet med boreslammet.

Perlene må selvsagt være uløselige i det hydrokarbon som er forventet å strømme opp gjennom brønnen og i slamvannet, og må være istand til å motstå de krefter som virker under boringen, ettersom det er nødvendig at de ikke knuses i merkbar grad under bruk. De må være massive og må være stabile ved bunn-hulltemperaturene som kan nå opp i f.eks. 120°C. De må være kje-misk og fysikalsk nøytrale overfor brønnfluidene. Det foretrekkes spesielt at de har en egenvekt mellom 1,1 og 1,5, særlig mellom 1,2 og 1,4. Dersom egenvekten er over 1,5 får de en tendens til utfelling, særlig ved et boreslam med lav vekt dersom sirku-leringen opphører. De får også en tendens til utfelling i slam-groper. Dersom egenvekten er mindre enn 1,1 kan de komme til å flyte i slammet. En egenvekt på ca. 1,2 er generelt best.

Perlenes partikkelstørrelse er fortrinnsvis fra 10 til 100 mesh (Tyler standard siktstørrelse) og mest foretrekkes 40 til 60 mesh. Vanligvis må slammet passere gjennom en skiferleire-risteinnretning og perlens maksimale størrelse bør være slik at

perlene vil passere gjennom ri-steinnretninger.

Perlene er av polystyren kryssbundet med f.eks. 6 til 10 %, fortrinnsvis 8 til 10 %, divinylbenzen.

Følgende eksempler belyser oppfinnelsen.

Eksempel 1

Det ble boret en 37° retningsbrønn med flere avbøynin-ger eller "doglegs". Brønnen omfattet et 250 mm hull som ble boret ved 3420 m med 1220 m 273 mm overflate-foringsrør nedsatt og ved anvendelse av et konvensjonelt slam. Den målte totale dybde av brønnen skulle være 4080 m og dreiemomentet hadde alle-rede nådd 850 ampere på en konvensjonell momentmåler. Dreiemomentet var slik at operatøren bare såvidt kunne dreie eller rotere borerøret. Plastperlene ble tilsatt slammet som ble pum-pet gjennom borerøret og nådde foringen hvoretter dreiemomentet umiddelbart falt 600 - 650 ampere og omdreiningshastigheten øket 20 omdreininger pr. minutt. Brønnen ble boret i gjenværende 610 m til fullførelse under anvendelse av plastperlene.

De perler som ble brukt i dette eksempel og i de føl-gende eksempler var alle kuleformede eller sfæriske perler med en glatt overflate og tildannet av en kopolymer av divinylbenzen og styren og med en størrelse på mellom 10 og 100 mesh.

Eksempel 2

En brønn ble boret med 4000 meter foringsrør nedsatt, og det ble funnet at dreiemomentet og bevegelsesmotstanden var så stor at ytterligere boring var utilfredsstillende med det kon-vensjonelle slam som da ble brukt. Forut for oppfinnelsen måtte man ha brukt et slam basert på olje. Systemet ble imidlertid "kulebehandlet" med 5 volumprosent av boreslammet med plastperlene og 3600 liter slam. Såsnart det med perler iblandede slam nådde brønnhullets ringrom begynte dreiemomentet å falle og bore-strengens gjennomtrengningshastighet øket med 50 %. Brønnen ble behandlet til den var ferdig boret ved 5500 meter med forelig-gende perler, idet slamsystemet ved fullføring av brønnen inne-holdt 1 3/4 volumprosent perler i forhold til boreslammet.

Eksempel 3

Ved boring av en brønn i Syd Louisiana hadde man store problemer med å få dreiet borestrengen i brønnhullet på grunn av høyt dreiemoment. Dette var en retningsbrønn som krevet høyt om-dreiningstall (r/min) for å kunne holde den ønskede retning. På momentmåleren ble dreiemomentet avlest til 650 - 750 ampere ved 180 r/min. omdreiningshastighet. Brønnens dybde ved dette tids-punkt var 2440 meter- og foringen var nedsatt til 1000 meter.

1\ vektprosent av plastperlene ble tilsatt slamsystemet og dreiemomentet falt øyeblikkelig til 550 - 600 ampere. I denne brønnen ble sterk "tiltetting" eller oppbygging av leire på sta-bilisatorene og vektrørene også eliminert ved hjelp av plastperlene og brønnen ble boret ferdig.

Eksempel 4

Ved boring av en brønn i Syd Louisiana fikk man store problemer i forbindelse med høyt dreiemoment og høy bevegelsesmotstand for borestrengen og borkronen. I dette tilfelle stop-pet faktisk rotasjonsbordets bevegelse i høygir. Dessuten måtte støtdemperelementene i borestrengen utskiftes etter hver "tur" med borkronen. En "mellomliggende" foringsstreng ble satt ned til 2750 meter for å søke å avhjelpe dreiemomentproblemet. Boreoperatøren benyttet et 108 mm borerør og kunne ikke dreie røret. Operatøren skiftet ut 108 mm røret med et 89 mm rør,

men dreiemomentet var 750 ampere og vred borerøret og det var fare for at borerøret skulle vrides i to.Diesel, grafitt og andre populære midler for minsking av dreiemomentet ble tilsatt uten noen merkbar bedring eller uten minsking av dreiemoment og bevegelsesmotstand på borestrengen. Plastperlene ble tilsatt med 2 volumprosent av boreslammet og dreiemomentet falt til 600 - 625 ampere som avlest på momentmåleren og brønnen ble ferdigboret.

Claims (5)

1. Boreslam inneholdende perler av plastmateriale, som har en partikkelstørrelse fra 10 til 100 mesh, er uløselig i olje og vann og istand til å motstå temperaturer og krefter som virker under boring av en oljebrønn, uten å smeltes eller knuses, karakterisert ved at perlene stort sett alle er vesentlig kuleformede og består av en kopolymer av styren og divinylbenzen.

2. Boreslam ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det inneholder minst 1,5 volumprosent av perlene.

3. Boreslam ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at perlene har en partikkelstør-relse fra 40 til 60 mesh.

4. Boreslam ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det inneholder fra 15 til 38 gram pr. liter av perlene.

5. Anvendelse av boreslam ifølge krav 1 ved boring av borehull, hvorved det nevnte boreslam tilsettes når dreiemomentet under boringen stiger til et forutbestemt nivå, idet det før denne tilsetning bare er anvendt boreslam av vanlig type.