NO177011B - Vannbasert borefluid - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et vannbasert borefluid. Mer spesielt vedrører oppfinnelsen et vannbasert borefluid med forbedrede egenskaper som tillater boreoperasjoner ved lave temperaturer, forhindrer dannelse av gasshydrater som dannes ved lave temperaturer og høye trykk, forhindrer spredning av leirskifer, noe som resulterer i forbedret borehullstabilitet, reduserer væsketap og er miljøvennlig.

Borefluider (eller boreslam) på vannbasis inneholder vanligvis vann, leire eller polymerer og forskjellige additiver som regulerer borefluiders fysikalske, kjemiske og/eller reologiske egenskaper i borehull. Borefluidet tjener til å fjerne partikler, borekaks og lignende som produseres av en roterende borekrone, fra et borehull ved å sirkulere borefluidet nedover fra brønnens overflate, gjennom borestrengen og ut gjennom åpninger i borekronen, slik at borefluidet så sirkule-res oppover i ringrommet mellom borehullets side og den roterende borestreng.

Utvelgelsen av et borefluid avhenger i første rekke av den geologiske formasjon hvor det bores og problemene i sammenheng med slike formasjoner. Det som i første rekke må tas hensyn til ved utvelgelsen av et borefluid er temperatur-betingelser ved boring, dannelse av gasshydrater, spredning av leirskifer, tap av borefluid og miljøkrav. Opprinnelig ble hensyntagen til temperatur ved boring av olje/gass-brønner forbundet med dype, varme brønner (>150°C). For boring på dypt vann og/eller i arktiske områder er lave temperaturer av be-tydning av to hovedgrunner: (1) boreslammet fryser på grunn av lav temperatur, spesielt hvis brønnen må avstenges i lengre tid, og (2) det dannes gasshydrater ved lave temperaturer og høye trykk etter innstrømmingen av gass.

Ved hjelp av den foreliggende oppfinnelse overvinnes disse og andre problemer, idet det tilveiebringes et borefluid som inneholder additiver som setter ned borefluidets frysepunkt i den hensikt å muliggjøre boreoperasjoner ved lave temperaturer, forhindre dannelse av gasshydrater som dannes ved lave temperaturer og høye trykk, forhindre spredning av leirskifer, noe som resulterer i øket borehullstabilitet, redusere tap av borefluid og derved redusere mengdene av andre additiver som forhindrer mulige væsketap (f.eks. gel-bentonitt,

carboxymethylcellulose, stivelse) og er miljøvennlige.

Med oppfinnelsen tilveiebringes det således et vannbasert borefluid som inneholder vann og leire eller polymer, og som er kjennetegnet ved at det dessuten inneholder 1-40 vekt% av en polyglycerol, beregnet på borefluidets totalvekt, samt eventuelt glycerol og/eller et salt.

Det nye borefluid inneholder en mengde polyglycerol og eventuelt glycerol og/eller et salt som er tilstrekkelig til å redusere borefluidets frysepunkt til en forutbestemt verdi som vil motvirke de overfor omtalte mangler.

Borefluidet er anvendelig ved en fremgangsmåte for å bore en brønn, som innebærer at en borestreng roteres for boring av et borehull inn i formasjonen; et boreslam sirkule-res gjennom borestrengen og gjennom ringrommet mellom borestrengen og borehullets vegg; borefluidet kontrolleres for tegn på noen av de følgende problemer: frysing, dannelse av gasshydrater, spredning av leirskifer og væsketap; og tilsetning av polyglycerol og eventuelt glycerol og/eller et salt til borefluidet i en mengde som er tilstrekkelig til å overvinne de problemer som er omtalt ovenfor.

Oppfinnerne har således funnet at tilsetning av en polyglycerol og eventuelt glycerol og/eller et salt i en pas-sende mengde til et vannbasert borefluid i betydelig grad senker frysepunktet på borefluidet og virker til å eliminere problemer med boreoperasjoner ved lav temperatur, forhindrer dannelse av gasshydrater som dannes ved lave temperaturer og høye trykk, forhindrer spredning av leirskifer, noe som resulterer i forbedret borehullstabilitet, reduserer tap av borefluid, noe som fører til at mengden av eventuelle andre additiver som reduserer tap av væske kan reduseres (f.eks. gelbentonitt, carboxymethylcellulose (CMC), stivelse) og er miljøvennlig. Borestrengen roteres således for boring av et borehull inn i formasjonen, mens et borefluid sirkulerer ned gjennom borestrengen og derfra opp gjennom ringrommet mellom borestrengen og borehullets vegg. Mens dette pågår, er det fordelaktig at en operatør kontrollerer eller observerer borefluidet for tegn på de forannevnte problemer. Alternativt kan det være kjent på forhånd at det foreligger spesielle problemer med formasjonen, og borefluidet kan inneholde polyglycerol og eventuelt glycerol og/eller et salt i tilstrekkelige mengder til å overvinne disse problemer.

I de fleste tilfelle vil den mengde av polyglycerol og eventuelt glycerol og/eller et salt som tilsettes til borefluidetd bestemmes fra brønn til brønn. En konsentrasjon av polyglycerol i borefluidet på 1 - 40 vekt%, eller fortrinnsvis 5-30 vekt% (vekt% basert på den totale vekt av borefluidet), og eventuelt glycerol fra 1 til 60 vekt%, eller fortrinnsvis 5-35 vekt%, eller salt fra 1 - 26 vekt%,

eller fortrinnsvis 5-20 vekt% vil redusere frysepunktet til borefluidet med 1 - 40° C. En konsentrasjon på 1 - 40 vekt%, eller fortrinnsvis 5-30 vekt% polyglycerol, og eventuelt 1-60 vekt% glycerol eller fortrinnsvis 5-35 vekt% glycerol og/eller fra 1 - 26 vekt%, eller fortrinnsvis 5-20 vekt% salt, vil forhindre dannelse av gasshydrater.

En konsentrasjon på 1 - 40 vekt%, eller fortrinnsvis 1-10 vekt% polyglycerol, og eventuelt 1-60 vekt% eller fortrinnsvis 5-30 vekt% glycerol og/eller 1 - 26 vekt%, eller fortrinnsvis 5-20 vekt% salt i borefluidet, vil forhindre spredning av leirskifer. En konsentrasjon av 1 - 40 vekt%, eller fortrinnsvis 2-10 vekt% polyglycerol i borefluidet og eventuelt 1-60 vekt% eller fortrinnsvis 5-40 vekt% glycerol og/eller 1 - 26 vekt%, eller fortrinnsvis 1-15 vekt% salt, vil redusere tap av væske fra borefluidet gjennom borehullets vegg.

En rekke forskjellige uorganiske salter egner seg for anvendelse ifølge oppfinnelsen. Disse omfatter, men er ikke begrenset til NaCl, NaBr, KC1, CaCl2 og NaNC>3. Blant disse foretrekkes NaCl. Erfaringer viser at en synergistisk effekt oppstår når et slikt salt brukes sammen med polyglycerol som en additivpakke for boreslam, dvs. at effekten er større enn summen av effektene av salt og polyglycerol hver for seg. Dette vil fremgå enda tydeligere i de følgende eksempler.

Polyglyceroler er åpne og sykliske telomerer av glycerol. De inneholder fra 6 til 15 carbonatomer og har formelen C3x<0>2x+i <H>6x+2.

Denne klasse omfatter: diglyceroler, C6O5H14; triglyceroler, C907H20; tetraglyceroler, C<|2°9H26/ °9 pentaglyceroler, C15<O>11H32/ som er fremstilt ved videre kondensasjon av tetraglyceroler med et overskudd av glycerol-molekyler.

Flere av molekylene som diskuteres i dette avsnitt kan gjennomgå videre cyklisering under ekstreme betingelser med hensyn til pH og temperatur. Denne reaksjon gir polyglyceroler som inneholder 5- og 6-ringer. De cykliserte polyglyceroler inneholder mindre oxygen og hydrogen enn de rettkjedede polyglyceroler.

Et borefluids egenskaper bør være slik at borefluidet fremmer sikker og hurtig boring, samt ferdigstillelse av brønnen med maksimal produsjonskapasitet. Bruk av borefluider med kontrollerte egenskaper medfører store utgifter, og for å utføre sin funksjon på en korrekt måte, må borefluidet beskyttes mot virkningene av betingelser som frysing, dannelse av gasshydrater, spredning av leirskifer og væsketap. Bruk av polyglycerol og eventuelt glycerol og/eller et salt beskytter uten vanskelighet borefluidet mot frysing og dannelse av gasshydrater ved at borefluidets frysepunktet senkes. Når det gjelder spredning av leirskifer samt væsketap, bidrar bruken av polyglycerol og eventuelt glycerol og/eller et salt til avsetning av en ugjennomtrengelig filter-kake, og filterkaken forhindrer videre væsketap og spredning av leirskifer. Filterkaken virker i første rekke på grunn av dens ugjennomtrengelighet for vann. Dersom både formasjonens gjennomtrengelighet og væsketapsegenskapene for boreslammet er høye, vil store mengder væske strømme gjennom veggkaken og inn i den gjennomtrengelige formasjon og etterlate en tykk veggkake. Denne kake kan bli så tykk at den i vesentlig grad influerer på bevegelsen av borerøret når det trekkes tilbake og kan til og med resultere i at røret setter seg fast. Dersom en tykk kake dannes i forkant av den produserende formasjon, kan det hende at den ikke blir fjernet helt ved prosessen ved brønnens ferdigstillelse og den kan ha innflytelse på brønnens produksjonshastighet. Væsken som går inn i formasjonen kan også ha innflytelse. Dersom borefluidet er vannbasert og det bores i leirskifer og leire hvor det er mistanke om hydratdannelse, kan benyttelsen av borefluider med høyt væsketap resultere i at leirskiferen svulmer opp og blir tyngre, borehastigheten blir lavere, røret sitter fast, utfiskingsarbeider og til og med tap av hullet. Dersom den produserende formasjon inneholder leirer som kan danne hydrater, kan inntrengning av vann resultere i oppsvulming av leirpartiklene i den sandige formasjon, og vedvarende tap av gjennomtrengelighet vil resultere i forringede produksjonsmengder. Polyglycerol og eventuelt glycerol og/eller et salt løser lett slike problemer ved øking av filterkakens ugjennomtrengelighet for vann og minsker således væsketapsegenskapene for borefluidet.

De følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen og sammensetningen av borefluidet.

I den følgende beskrivelse av forsøkene er "polyglycerol" brukt for å tilkjennegi en blanding av polyglyceroler.

Resultatene for væsketap ble bekreftet ved under-søkelse av to enkle systemer. Væsketapsforsøkene ble utført som følger: En gelslurry som innholdt 14,26 g/l bentonitt ble blandet med testoppløsningen, varmvalset ved 65° C i 16 timer og testet for væsketap ved hjelp av API-væsketapstesten beskrevet i RP 13B (Standard fremgangsmåte for felttesting av borefluid). I tabellene er væsketapet uttrykt i ml.

Et av systemene inneholdt bentonitt og vann (tabell 1a og 1b). Det andre system inneholdt bentonitt og en carboxymethylcellulose (CMC) som additiv mot væsketap (tabell 2). Resultatene viser klart at tilsetningen av polyglycerol øket effektiviteten av disse systemer når det gjaldt å redusere væsketap.

For å bestemme borefluidets egenskaper når det gjelder spredning av borekaks, ble borekaks-spredningstester utført som følger: Leirskiferborekaks av en bestemt størrelse (6 - 10 mesh) ble varmvalset ved 65° C i testvæsken i den angitte tidsperiode. Så ble oppløsningen av leirskifer-testblandingen sortert ved hjelp av 10-, 30- og 80-mesh sikter. Den på siktene gjenværende mengde summeres og restprosenten beregnes i forhold til det opprinnelige utgangsmateriale (2,5 gram). Resultatene av disse tester er vist i tabell 3a, 3b, 4a og 4b.

I tabell 3a og 3b er det gjengitt data som viser at polyglycerol på en effektiv måte forhindrer borekaksspredning. På prosentbasis er polyglycerol tydelig mer effektiv enn glycerol ved svært lave konsentrasjoner.

I tabell 4a og 4b er det gjengitt data som viser

at polyglycerol virker synergistisk med NaCl når det gjelder å forhindre borekaksspredning. Denne observasjon var uventet, og tilveiebringer en fremgangsmåte ved hjelp av hvilken forbedret kontroll med faststoff innholdet og borehullstabiliteten kan realiseres. For å bedømme den synergistiske effekt ble prosenten av leirskifer som var igjen i ferskvannet trukket fra alle de andre testoppløsninger (resultatene er vist i kolonnen "Korr."). Restprosenten (minus restprosenten i ferskvann) i natriumklorid-oppløsningen ble lagt til restprosenten (minus restprosenten i ferskvannet) i prøvene med polyglycerol/ferskvann. Denne sum representerer den beregnede verdi dersom effekten av de to reagensene ganske enkelt var additiv (se kolonne "Ber. result."). Dersom de eksperi-

mentelle verdier (minus prosentandelen som er igjen i ferskvannet) overstiger de beregnede, understøtter det synergi.

I tabell 5 er det angitt data som viser at polyglycerol kan blandes inn i et polymer- eller bentonittbasert boreslamsystem. Resultatene indikerer at egenskaper som er akseptable for feltoperasjoner kan formuleres i laboratoriet under benyttelse av polyglycerol.

Resinex er eh vannoppløselig, varmestabil, syntetisk harpiks brukt for å forhindre væsketap ved høye temperaturer, solgt av MI Drilling Fluid Company. XC polymer er en vann-oppløselig polymer som inneholder polysaccharider, solgt under handelsnavnet "Kelzan XC" av Kelco Corp. CMC er carboxymethylcellulose. PHPA står for delvis hydrolysert polyacrylamid.

Borefluidene ble blandet og varmvalset i 16 timer. Væsketapstesten og testen for høyt trykk og for høy temperatur (HPHT) er beskrevet i API standard prosedyrene for felttesting av borefluid (RP 13B). Dette dokument beskriver videre bestemmelsesmetodene for skjærspenningen ved 600 RPM og ved 300 RPM (i lb/100 ft<2>), den plastiske viskositet (PV), flytegrense (YP) og gelstyrke etter 10 sekunder og etter 10 minutter (i lb/100 ft<2>). Et Fann 35A-viskosimeter benyttes.

De i tabell 6 viste resultater indikerer at polyglycerol reduserer frysepunktet for ferskvann eller saltvannsoppløsning (inneholdende 2,5 vekt% NaCl). Dette indikerer at polyglycerol skulle være en effektiv inhibitor for gasshydrater.

Claims (3)

1. Vannbasert borefluid, inneholdende vann og leire eller polymer, karakterisert ved at det dessuten inneholder 1-40 vekt% av en polyglycerol, beregnet på borefluidets totalvekt, samt eventuelt glycerol og/eller et salt.

2. Vannbasert borefluid ifølge krav 1, karakterisert ved at det inneholder 1-60 vekt% glycerol, beregnet på borefluidets totalvekt.

3. Vannbasert borefluid ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det inneholder 1-26 vekt% salt, beregnet på borefluidets totalvekt.