NO302036B1 - Anvendelse av skleroglukanslam til boring av brönner med store diametre - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører anvendelse av et slam bestående av en oppløsning av en nyttig mengde ureaffinert skleroglukan i vann, eventuelt inneholdende et baktericid, for boring av brønner med en diameter større eller lik

3 0 cm.

Boreslam er mer eller mindre en kompleks blanding av en basis-væske, vann eller olje, og av forskjellige produkter, som anvendes i brønnboringer. Dette slam, som injiseres i en borerørstreng, beveger seg oppover i det ringformede rom mellom den borede geologiske formasjon og rørstrengen. En av slammets funksjoner er å sikre en kontinuerlig fjerning av borespon som er drevet vekk fra skjærflaten for å for-hindre maskinredskap fra å skjære seg. Borespon må bringes mot overflaten i det ringformede borerom og må fjernes ved overflaten. For å oppnå dette, må slammet være tilstrekkelig viskøst og dets bæreevne må være slik at spon kan forbli i suspensjon i slammet når strømningshastigheten av slammet er null. En annen blant mange av slammets funksjoner er å støtte opp brønnveggen slik at inget fall oppstår. Denne funksjon er normalt sikret ved at det på veggene avsettes en film bestående av leirpartikler tilstede i slammet. Enhver skade på brønnveggene må unngås best mulig. Andre vanlige funksjoner som slammet har som også kan nevnes er korrosjonsfri kjøling og smøring av boreverktøy, balansering av trykk i formasjonsporer, filtreringskontrol-lering i formasjonen, o.s.v.

Under normale boreforhold, når boringen er tilstrekkelig fremskredet og når borediameteren er mindre enn eller lik 30 cm, kontrolleres nøye slammets fysiske og fysiokjemiske egenskaper og disse egenskaper beholdes eller tilpasses boreforhold ved å tilsette forskjellige produkter slik som viskositetsforbedrere, tyngdegivende materiale, filtreringsreduserende midler, slamfortynnere (og liknende), som forskjellige og mange bestanddeler av slammet.

For å oppfylle alle disse funksjonene må slammet ha visse fysiske og fysiokjemiske egenskaper som er tilpasset problemer som kan påstøtes og som varierer som en funksjon ikke bare av terrengets natur, men også av forhold i bore-fremgang og boreteknikk som anvendes, og som kan være i konflikt.

For eksempel, boring av stor-diameter brønner fører til spesifikke problemer på grunn av deres store volum og terrengets egenskaper som traverseres og som ofte er dårlig konsolidert. Disse stor-diameter boringene utføres i første boretrinn for å penetrere de første 300 til 1500 meter av formasjon. I boringer av denne type gis generelt prioritet til rensing av hullet og til suspensjonskvalitetene av slammet. Boringer av denne type erkarakterisert vedet meget stort volum av spon som skal fjernes, med hensyntagen til overflaten av veggene, terrengets egenskaper og hastig-heten av forløpet, som ofte er høy. Slamvolum som anvendes for boring av brønner med store diametere er betraktelig. For å gi et eksempel, i tilfellet for en 90-cm diameter brønn er volumet av borehullet i størrelsesorden 800 liter per lineær meter og pumpene leverer 4000 til 4500 liter per minutt. Slammet må altså være istand til å fremstilles svært raskt og i store kvanta.

Boring av brønner med store diametere som krever en høy fluidumsstrømningshastighet utføres vanligvis med vann alene, og utilstrekkelig viskositet kompenseres ved en økning i pumpehastigheten.

Mens denne teknikk gir en tydelig økonomisk fordel, for eksempel i tilfeller ved boringer ved havet, er ulempen at den resulterer i betraktelig vegglekkasje. I tillegg, nå borefluida bestående kun av vann anvendes, hender det ofte at når fluidumsbevegelsen stopper, som kan oppstå ved boringer, avsettes borespon igjen ved bunnen av brønnen og resulterer i at boreredskap blandes sammen når boringen starter på nytt.

For å øke bæreevnen av boreslammet tilsettes enkelte ganger en bestemt mengde av en reaktiv leire slik som bentonitt til vann anvendt til høy strømningshastighet- boringer. Anvendelsen av et slikt produkt tilsatt borevannet er begrenset, på grunn av at det, på én side, øker borekost-nadene, med hensyn til anvendt slamvolum og nødvendig produktmengde, som er i størrelsesorden 80 kilo pr. kubikkmeter, og, på en annen side, krever det noen hundre tonn av produkt som må lagres ved boreområdet.

Det er nå funnet at ved å tilsette vann, som anvendes ved boring av brønner med en høy slamstrømningshastighet, gjør en lav konsentrasjon av en bipolymer kalt skleroglukan, kjent som en viskositetsforbedrer som kan anvendes over et vidt område av temperatur, saltinnhold og pH, og som fortrinnsvis ikke er raffinert, det mulig å forbedre vann-boringen betraktelig, i tillegg til hull-kvaliteten, ved hjelp av en enkel metode og lave kostnader.

Hensikten med oppfinnelsen er anvedelsen av et slam sammensatt av en anvendbar mengde fortrinnsvis uraffinert skleroglukan, fortynnet i hvilket som helst basisvann til boringer ved høye strømningshastigheter og i særlig grad til boringer av overflateformasjoner og/eller boringer av brønner med store diametere, særlig større enn 3 0 cm. Basisvannet anvendt for slam i ifølge oppfinnelsen kan være ferskvann, sjøvann, en saltlake eller en annen vanntype, for eksempel hardtvann inneholdende kalkstein eller magne-sium. Anvendbar mengde skleroglukan som er nødvendig for å oppnå slam for oppfinnelsens anvendelse er mellom 2 og 20 kilo pr. kubikkmeter endelig oppløsning. Anvendbar mengde av uraffinert skleroglukan som er nødvendig for å oppnå slam for oppfinnelsens anvendelse er helst mellom 4 og10kilo pr. kubikkmeter av endelig oppløsning.

Skleroglukanet, som danner del av slamsammensetningen i oppfinnelsens anvendelser, er ikke-ioniske vannoppløselige homopolysakkarider med molekylvekter over 500000, hvis molekyler består av lineære hovedkjeder av D-glukose-enhe-ter lenket ved S 1,3-bindinger, hvori én av tre er knyttet til en lateral D-glukoseenhet ved S 1,3-binding.

Disse polysakkarider dannes ved gjæring av et medium basert på sukker og av uorganiske salter under innvirkning av en mikroorganisme av Sclerotium-typen. En mer fullstendig beskrivelse av skleroglukaner og deres fremstilling finnes i US-A-3.301.848.

Som skleroglukankilde er det mulig ifølge oppfinnelsen, for eksempel å ty til skleroglukan isolert fra gjæringsmediet, hvor nevnte produkt er i pulverform, eller av en mer eller mindre konsentrert oppløsning i et vandig og/eller hydro-alkoholholdig oppløsningsmiddel, eller å ta i bruk væske-reaksjonsmediet dannet fra gjæringen og som inneholder skleroglukan i oppløsning.

Sleroglukanet som danner del av slamsammensetningen anvendt i oppfinnelsen inneholder alt eller deler av mycelium av sopp som dannes.

Anvendelsen av et slam sammensatt av begrensede mengder skleroglukan, fortrinnsvis uraffinert, oppløst i vann for brønnboring med en høy strømningshastighet gjør det mulig, ved begrensede kostnader og nødvendig lagringsplass, å øke betraktelig slammets lagerbæreevne og dermed tendensen til sponet til å forbli i suspensjon, med det resultat at sammenklumping unngås og at en effektiv rensing av brønnen garanteres, sammen med en god pumpe-effektivitet. En annen fordel ved anvendelse av et slikt slam ifølge oppfinnelsen er at det reduserer lekkasje og sikrer at veggene holdes og bevares mye bedre enn ved boring med vann (rent eller med en reaktiv leire).

Fordelene med et slam sammensatt av en anvendbar mengde skleroglukan oppløst i basisvann av en hvilken som helst type og dets fordel for anvendelse ifølge oppfinnelsen, illustreres ved følgende eksempler, gitt uten derved å ha til hensikt å begrense oppfinnelsens omfang, som begynner med komplekse slam som ikke er spesielt ment for anvendelse ifølge oppfinnelsen.

Utstyr som er anvendt for målingene er standardiserte (API Commitee RP 13 standard). Viskositeten av oppløsningene ble målt ved hjelp av et "Fann" viskosimeter med seks hastighe-ter, som 600, 300, 200, 100, 50 og 30 omdreininger pr. minutt, der hver tilsvarer en hastighetsgradient, uttrykt i s"<1>, henholdsvis på 1020, 510, 340, 170, 85 og 51 s"<1>. Fann-viskometeret måler skjærspenning, kjent som Fann-avlesning, i dette tilfellet gitt i pascal (Pa). Fann-viskosimeteret er et apparat med koaksiale sylindre, hvis rotor er drevet av en elektrisk motor. Skjærspenningen av slammet ble målt i et begerglass hvori koaksiale sylindre er senket ned. Skjærmotstand er avlest på en gradert tall-skive ved forskjellige rotasjonshastigheter av rotoren. Slammets viskositet fremmer en rotasjon av statoren, som er vist på tallskiven.

Filtreringsmålinger utføres etter tretti minutter ved hjelp av en API filterpresse og er uttrykt i millilitre.

Det anvendte skleroglukan er fremstillt av Sanofi Bio Industries fra en herkomst av Sclerotium rolfsii. En uraffinert sort ble anvendt, som inneholdt 25 % mycelium-rester, fremstilt under navnet "Actigum CS6".

Reologiske egenskaper er vist ved viskositetsdata, uttrykt i pascal sekunder (Pa s), men også som verdier kjent som

"geler" av en tilsynelatende viskositet AV, av en plastisk viskositet PV og av en flyt-verdi YV ofte anvendt av boreslam-eksperter. "gel 0"- og "gel 10"- verdier, målt med Fann-viskosimeter, gjør det mulig å fastslå slammets tiksotropi, det vil si dets evne til å gele når fluidet er stasjonært. Denne pseudoplastiske egenskap erkarakterisertved en strømningsterskel under hvilket fluidet forblir stasjonært, og en mer eller mindre hurtig reduksjon i viskositet oppstår så snart strømning finner sted.

For å oppnå gel-verdiene er fremgangsmåten følgende: vis-kosimeterets rotor er rotert ved 600 omdr./min i 30 s og deretter blir motoren stoppet. Etter 10 sekunders venting blir motoren satt til å rotere ved 3 omdr./min. Maksimal avvik som er avlest utgjør initiell gel eller "gel 0". Slammet ble så holdt rolig i 10 minutter og deretter ble rotoren satt i rotasjon igjen ved 3 omdr./min. Maksimalt avlest tall utgjør "gel 10".

For å oppnå tilsynelatende viskositet av slammet i centipoiser divideres avlesningen ved 600 omdr./min med to. Beregning av plastisk viskositet, i centipoiser, utføres ved å ta differansen mellom Fann-avlesning ved 600 omdr-./min og Fann-avlesning ved 300 omdr./min. Flytverdi oppnås ved å ta differansen mellom tilsynelatende viskositet og plastisk viskositet, og multiplisere denne differanse med to. Flytverdien uttrykker minimal strekk under hvilket der er intet flyt i tilfellet for laminær strømningsordning.

Eksempel 1:

Fann-viskosimeteret ble anvendt for å sammenligne reologisk oppførsel og tiksotropi av et slam inneholdende skleroglukan og for et slam inneholdende bentonitt, hvortil begge ble tilsatt et leiraktig fyllstoff (naturlig leire kjent som ikke-reaktivt FGN) som et forurensende stoff.

Sammensetningen av slammet er gitt nedenfor:

- slam med skleroglukan:

- slam med bentonitt:

Kurvene i Figur 1 gjør det mulig å sammenlikne Fannavles-ninger for disse to slamtypene.

Slam med skleroglukan erkarakterisert vedsvært utpregede pseudoplastiske reologiske egenskaper og spesielt ved en høy strømningsterskel.

Tabellen nedenfor viser gel-verdier for slam med skleroglukan ved forskjellige tider.

Disse geler har stabile og høye verdier. Den bråe nedgangen ved 72 timer kommer av ødeleggelse av produktet ved gjæ ring; tilsetning av et bakteriedrepende middel til slammet er nok til å fjerne dette fenomen.

Det er oppdaget at geler er flate, det vil si at forskjel-len fra en gel til en annen er liten og at denne forskjell varierer svært lite selv i langtids-tilfeller i størrelses-orden 48 timer, i motsetning til slam med kun bentonitt. Energien som trengs for å sette et slikt slam tilbake i bevegelse er derfor praktisk talt uavhengig av den tid pumpingen er stoppet.

Resultatene viser den bemerkelsesverdige evne slammet med skleroglukan har til å gele når fluidet er stasjonært. Denne geling forsvinner svært hurtig så snart strømning finner sted. Dette feneomen er fullstendig reversibelt i tilfelle for skleroglukan og viser evnen et slikt slam har til å holde borede eller tyngdefremmende faste stoffer i suspensjon ved stopp av bevegelse i brønnen og til å gå tilbake til bevegelse når pumpingen starter igjen, uten å forårsake økning i et potensielt ugunstig høyt overtrykk i brønnen. Som et eksempel gjør tilsetning av 0.4 vekt-% skleroglukan det mulig å stabilisere en suspensjon av faste stoffer i vann.

Eksempel 2:

Oppførselen til reaktive leirtabletter ble sammenlignet med et vanlig slam og slam med skleroglukan.

Sammensetningene av slamtypene er gitt nedenfor, per liter ferskvann:

- vanlig slam:

- slam med skleroglukan

Sammensetningen av slam med skleroglukan ble definert slik at den oppnådde liknende fysiske og kjemiske egenskaper som det vanlig slam. "Antisol 30000" og "Antisol 100" er PAC (polyanionisk cellulose) viskositetsforbedrer med henholdsvis høy og lav viskositet. CMC 110 er en karboksymetyl cellulose anvendt som et filtreringsreduserende middel. "FGN" og CaC03 ble introdusert i slammet med skleroglukan for å simulere tilstedeværelsen av faste stoffer fra ter-renget i en mengde på 5 til 7 volum-%. Egenskapene til disse slam er gitt i tabellen nedenfor:

Det er funnet at gel 0 oppnådd for slam med CS6 er mye høyere enn gel 0 for vanlig slam. En høy verdi for gel0indikerer en høy skjærterskel. Den relative forskjell mellom gel 0 og gel 10 kan forbindes med slammets evne til å gele hurtig og dermed holder faste stoffer i suspensjon straks uten å avsettes.

Eksistensen av en slik strømningsterskel i tilfellet for slam med skleroglukan gir den egenskap av å bevege seg i et rør som en plugg, med en svært lav energiabsorbsjon. Bore-effektiviteten forbedres på denne måte.

Claims (4)

1. Anvendelse av et slam bestående av en oppløsning av en nyttig mengde uraffinert skleroglukan i vann, eventuelt inneholdende et baktericid, for boring av brønner med en diameter større eller lik 30 cm.

2. Anvendelse ifølge krav 1 av slammet for boring i overflateformasjoner.

3. Anvendelse ifølge krav 1 eller 2 av et slam bestående av en vandig oppløsning inneholdende 2-20 kg/m<3>skleroglukan .

4. Anvendelse ifølge hvilke som helst av kravene 1 - 3 av en slam som utgjøres av en vandig oppløsning omfattende 4 -10kg/m<3>skleroglukan.