NO963722L - Skumbar borefluid og fremgangsmåter ved anvendelse i boreoperasjoner - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt borefluid, og mer spesifikt et skumbart borefluid for anvendelse i brønnoperasjoner slik som dypvannsoffshoreboring.

Tallrike fluider er kjent for anvendelse i boring av borehull. Konvensjonelt blir et borehull boret ved å anvende et borefluid som blir sirkulert gjennom borehullet; etter at borehullet er boret blir sirkulering av borefluid stoppet, brønnen blir logget og rørstrengen blir kjørt i borehullet. Etter at røret er kjørt, blir borefluidet i borrehullet rengjørt ved sirkulering av borefluid nedover gjennom det indre av røret og oppover gjennom ringrommet mellom det ytre av røret og veggene av borehullet, mens man fjerner faste stoffer fra boringen og gassen derfra. Primære sementeringsoperasjoner blir deretter gjennomført i borehullet, dvs. rørstrengen som er anbrakt i borehullet blir sementert ved anbringelse av en sementeringssammensetning i ringrommet mellom røret og veggene av borehullet.

Enkelfase (bare væske) vannbaserte borefluider blir vanligvis anvendt både på land og offshoreoperasjoner der tofase (væske og gass) ofte blir referert til som skummede borefluider som typisk blir anvendt bare i operasjoner ved boring på land. Konven-sjonell offshoreborefluider består av sjøvann som basisfluid og blir sirkulert fra brønn-ringrommet til sjøbunnen.

Offshorebrønnkompleteringer på dybder over 600 m ble ofte referert til som "dypvanns" operasjoner. I visse dypvannsoperasjoner slik som i Mexico Gulfen, er formasjonene der lederrøret blir sementert som er mindre enn 600 m under slamlinjen (BML), generelt geologisk unge og er ikke godt konsolidert. Formasjonene er generelt produktet av erosjon fra kontinentalsokkelen. Dette kan forårsake tallrike problemer ved sementering av foringen i borehullet.

Noen standardoffshoreboreoperasjoner for boring av lederforingsrørintervaller utnytter ikke et stigerør for returnering av borefluid til overflaten av slamtanken, da akseptable borefluider må være miljømessig sikre for retur til vannflaten. Som et resultat består de fleste offshoreborefluider hovedsakelig av sjøvann.

Tallrike offshoreboreproblemer er et resultat fra ikke å ha et stigerør for å returnere borefluider til slamtanken og fra å anvende primært sjøvann som borefluidet. Anvendelse av sjøvann alene tilveiebringer lite eller ikke noe fluidtapkontroll, og anvendelse av fluidtapadditiver sammen med dette er uøkonomisk fordi stigerør ikke blir anvendt og borefluidet blir tapt når det blir sirkulert til vannflaten. Fluidtap fra sjøvann basert på borefluid tillater at kaks og partikler blir sirkulert under boringen for å danne basis av en tykk slamfilterkake som bygges opp i ringrommet, og dette vanskelig-gjør langstidsintegriteten av sementjobbing på grunn av filterkakeoppbygging mot formasjonsflaten som frembringer en vei for uønsket vann- eller sandstrøm.

Tallrike fordeler blir oppnådd når en stabil tofase (væske og gass) skummet borefluid ble anvendt i offshoreboreoperasjoner. Det stabile skummede borefluidet, som består av et system analogt til en emulsjon med gass som den indre fasen og væske som den ytre fasen, har lavt fluidtap og dette resulterer i mindre filterkakeoppbygging i ringrommet av brønnen og bedre sementjobb. Skumvirkningen gir større volum til utgangsfluid-volumet. Større fluidvolumer forbedrer kaksfjerning fordi konsentrasjon av kaks i slammet ofte når et metningspunkt i disse boreoperasjonene. Ved metningspunktet er den eneste veien å fjerne ytre kaks fra brønnen og øke fluidvolumet som blir pumpet. Viskositet av det skummede borefluidet tillater effektiv løfting av relativt store partikler som har en diameter på flere centimeter. Dette karaktertrekket ved et skummet fluid er særlig viktig i store ringrom der et hvilket som helst fluid møter redusert hastighet og dermed redusert kapasitet til bæring av kaks. Tettheten på det skummede fluidet blir justert på enkel måte ved regulering av gassmengden som ble anvendt i skumming av fluidet for dermed å øke operasjonslettheten ved behandling. Minsket avlekking fra det skummede fluidet resulterer i mindre leiresvelling som således reduserer muligheter for utvasking av deler i borehullet. Det skummede fluidet har et lavere hydrostatisk trykk som reduserer sjanser for sprekkdannelse av formasjonen når lavsprekkgradienter er tilstede i borehullet.

Kjente skumborefluider blir anvendt i forbindelse med stigerør eller lignende for returnering av fluid til riggulvet. Skumfluider er således ustabile og nedbrytes når borevirkningen avtar eller fluidene blir returnert slik at kaks enkelt separeres fra det som returnerer og fluidet kan bli resirkulert i brønnen. Det ustabile skummede fluidet vil i tillegg frigjøre suspendert kaks og tillater at det returnerer ned i hullet dersom borevirkningen avstår mens fluidet er i borehullet. Foreliggende oppfinnelse skaffer tilveie et stabilt skummet fluid som ikke bryter ned og returnerer kaks nede i hullet dersom borevirkningen avtar, og dette er særlig ønskelig i borehull som har et stort ringrom. Til nå har ingen stabile skummede fluider blitt anvendt i operasjoner som har stigerør på grunn av volumet av det som returnerer vil være vanskelig å styre uten skumnedbrytning. I brønnoperasjoner uten stigerør, er det således ønskelig å skaffe tilveie et stabilisert skumborefiuid som er miljømessig sikkert siden det som returnerer blir sirkulert til havbunnen.

Det er videre ønskelig å ha et skummet borefluid som innbefatter hydrauliske materialer for oppsetting av filterkaken og omløpsslam for derved å hindre mange av problemene som er nevnt. Det hydrauliske materialet størkner filterkaken, reduserer filterkakepermeabilitet og skaffer tilveie bedre binding med konvensjonelle sementslurryer. Ikke desto mindre har det til nå ikke vært noe skummet borefluid som inneholder et hydraulisk materiale. Foreliggende oppfinnelse skaffer tilveie et stabilt og miljømessig sikkert skumbart borefluid. I tillegg blir det skaffet tilveie et borefluid som har et hydraulisk materiale, slik som Portland-sement, kieselholdig materiale som dampet silika, blestovnslag eller pozzolaner slik som flyveaske.

Borehull blir vanligvis boret ved å anvende en roterende krone knyttet til en streng av borerøret. Borerøret og kronen roteres og borefluid blir sirkulert nedover gjennom borerøret, gjennom åpninger i borekronen og deretter oppover gjennom ringrommet mellom borekrone og veggene av borehullet til overflaten. Borefluidet transporterer kaks produsert av borekronen til overflaten. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et stabilt og miljømessig sikkert skummet borefluid for anvendelse i offshoreboreoperasjoner der det skummede borefluidet blir sirkulert til havbunnen. Et foretrukket skumbart borefluid omfatter et startfluid laget fra en leire slik som bentonitt, attapulgitt eller sepiolitt og blir forhydratisert med ferskvann, sjøvann eller vanlige saltoppløsnin-ger. De foretrukkede skumbare borefluidene innbefatter sjøvann, et skummende overflateaktivt middel for skumming av fluidet og et stabiliserende overflateaktivt middel for stabilisering av det skummede fluidet. Skummidlet blir valgt fra gruppen bestående av a-olefinsulfonater, alkylpolyglykosider, alkoholsulfater eller salter av etoksylerte alkoholsulfater. En tilstrekkelig mengde stabiliserende middel, slik som kokoaminbetain, ble anvendt i fluidet for redusering av skumnedbryting ved borestans, redusering av filterkakeoppbygging og økning av bærekapasitet av kaks og andre faste stoffer.

I tillegg blir det tilveiebrakt et skumbart borefluid som innbefatter et hydraulisk materiale valgt fra gruppen bestående av Portland-sement, kieselholdige materialer som dampet silika, blestovnslag og pozzolaner slik som flyveaske. Det hydrauliske materialet størkner filterkaken og enhver omløpsslam, reduserer filterkakepermeabilitet, og tilveiebringer bedre binding med konvensjonelle sementslurryer.

Det er derfor et generelt mål med foreliggende oppfinnelse å skaffe tilveie en stabilisert skumboringsfluidsammensetning.

Et ytterligere mål med oppfinnelsen er å skaffe tilveie en skumbar borefluidsammensetning og fremgangsmåte ved anvendelse i dypvannsoffshoreboreoperasj oner. Et videre mål med oppfinnelsen er å skaffe tilveie et skumbart borefluid som inneholder et hydraulisk materiale.

Et annet mål med oppfinnelsen er å skaffe tilveie et skumbart borefluid som er miljømessig sikkert. Andre og ytterligere mål, trekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil fremkomme tydelig for personer med kunnskap innenfor fagområdet ved lesing av beskrivelsen av de foretrukkede utførelsesformene som følger.

Som nevnt over er skumborefluidsammensetningen og fremgangsmåten ved foreliggende oppfinnelse for anvendelse i brønnboringsopersjoner, og særlig i dypvannsoffshoreboring der et stigerør ikke blir utnyttet. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en stabil og miljømessig sikker skumbar borefluidsammensetning og fremgangsmåte for anvendelse av denne. I tillegg skaffer foreliggende oppfinnelse tilveie en skumbar borefluid som innbefatter et hydraulisk materiale.

Et foretrukket utgangsfluid omfatter en leire slik som bentonitt, attapulgitt eller sepiolitt som blir forhydratisert i ferskvann, sjøvann eller saltoppløsning for å danne en slurry. Vann, fortrinnsvis sjøvann, saltvann eller annen vanlig saltoppløsning, blir tilsatt utgangsfluidet i området fra ca. 0 bbl til ca. 2 bbl pr. bbl utgangsfluidslurry. Et skummende overflateaktivt middel for anvendelse i skuming av borefluid blir valgt fra gruppen bestående av a-olefinsulfonatet, alkylpolyglykosider, alkoholsulfater og salter av etoksylerte alkoholsulfater. Foretrukkede skumoverflateaktive midler er kommersielt tilgjengelige under handelsnavnet "AQF-2" og "CFA-S" fra Halliburton Energy Services i Duncan, Oklahoma. Andre tilgjengelig skummende overflateaktive midler innbefatter "FDP-C485", "HOWCO SUDS" og "SIMULSOL-10"; der "FDP-C485" og "HOWCO SUDS" overflateaktive midlene er tilgjengelige fra Halliburton Energy Services i Duncan, Oklahoma; og "SIMULSOL-10" overflateaktive midler er tilgjengelig fra Seppic, Inc., i Farfield, New Jersey. Konsentrasjon av det skummende overflateaktive midlet er i området fra ca. 1% til ca. 4 volum-% av vann (BVOW).

Det foretrukkede stabiliserende overflateaktive midlet består av cocoaminbetain og er tilgjengelig under handelsnavn "HC-2" fra Halliburton Energy Services i Duncan, Oklahoma. Konsentrasjon av det stabiliserende overflateaktive midlet er i området fra ca. 0,5% til ca. 2% BVOW. En tilstrekkelig mengde stabiliserende overflateaktivt middel som ble anvendt for stabilisering av det skummede borefluidet (dvs. det skummende borefluidet vil ikke brytes ned i betydelig grad i borehullet ved borestans). Baritt kan bli tilsatt borefluidsammensetningen som et veiemateriale for å oppnå en ønsket borefluidtetthet. I tillegg kan et hydraulisk materiale bli tilsatt sammensetningen der det hydrauliske materialet blir valgt fra en gruppe bestående av Portland-sement, kieselholdig materiale som dampet silika, blestovnslagg og pozzolaner slik som flygeaske. Barritt og/eller hydraulisk materiale blir tilsatt i borefluidet i en mengde som er nødvendig for å oppnå en ønsket tetthet av den uskummede borefluidsammensetningen. Tettheten av den uskummede borefluidsammensetningen kan være i området fra ca. 9 til ca. 17 Ibs/gal, mens tettheten av den skummede borefluidsammensetningen er i området fra ca. 6 til ca. 13 Ibs/gal. Den foretrukkede tettheten av det uskummede borefluidet er i området ca. 13 lb/gal til ca. 15 lb/gal, mens den foretrukkede skummede borefluidtettheten er ca. 9 lb/gal til ca. 12 lb/gal.

Forskjellige foretrukkede områder for borefluidsammensetningen er angitt under.

Foretrukkede områder for forskjellige materialer

Andre fluidtapskontrolladditiver slik som karboksymetylcellulose, stivelse, ko-polymer av NNDMA & AMPS, polyanionisk cellulose og/eller dispergeringsmidler slik som sulfonert styrenmaleinanhydrid og ligninbaserte materialer, kan bli utnyttet i borefluidet. Borefluidsammensetningen som her er tilveiebrakt blir forblandet ved å anvende konvensjonelt riggutstyr slik som slamboretanker og blir fortrinnsvis skummet ved å anvende en T-skumgenerator. T-skumgeneratoren er omfattet av en shokedyse (del nr. 439.00272), kjeramisk innsetting (del nr. 643.0355) og T-legeme (425.80463), hver av disse er tilgjengelig fra Halliburton Energy Services i Duncan, Oklahoma. T-skumgeneratoren innenfor nitrogen, sammenpresset luft eller annen egnet gass i borefluidsammensetningen.

Fremgangsmåtene ved anvendelse av den skumbare fluidsammensetningen i dypvanns-offshoreboreoperasjoner omfatter hovedsakelig trinnet med å bore et borehull; tilveiebringe et skumbart borefluid slik det her er beskrevet; skumming av borefluidet; og sirkulering av den skummede borefluidsammensetningen i borehullet. Det skummede fluidet kan bli anvendt i periodiske sveip av borehullet som med konvensjonelle borefluider. Det sirkulerende skummede borefluidet kan videre innbefatte det hydrauliske materialet som enten med aktivering eller over tid vil størkne filterkaken.

For ytterligere å illustrere foreliggende oppfinnelse, men ikke som begrensning, er følgende eksempler tilveiebrakt.

Eksempel 1

Dynamiske fluidtapstester ble gjennomført ved å anvende sveip av den skummende borefluidsammensetningen i foreliggende oppfinnelse ved en testtemperatur på 15,6°C og et trykk på 827,4 KPa. Oppskriftene på sammensetningene som ble undersøkt og testresultatene er angitt i tabell I, under.

Hver av sammensetningene inkluderte forhydratisert bentonitt (ved en konsentrasjon på 30 lb/bbl bentonitt i ferskvann), sjøvann og baritt, mens noen av sammensetningene innbefattet enten blestovnsslag, dampet silika eller flyveaske (klasse C). Forskjellige mengder av skummende overflateaktivt middel, stabiliserende overflateaktivt middel og ytterligere fluidtapsadditiver blir benyttet i testingen. Data indikerer gram av filtrat som blir samlet over tid ved å anvende en "METTLER" balanse.

Ved å referere til tabell I, vil man se at optimale filtratområder blir skaffet tilveie ved å anvende forskjellige konsentrasjoner av hydrauliske materialer og overflateaktive midler.

Eksempel II

Skumstabilitet og reologitester ble gjennomført ved romtemperatur dersom annet ikke er angitt, ved å anvende forskjellige skumborefluidsammensetninger inneholdende hydrauliske materialer som innbefatter enten flyveaske (klasse C), blestovnslagg, kompaktert silikat eller flyveaske (klasse F). Oppskriftene på sammensetningene som ble tilsett og testresultatene er angitt i tabellene II, III, IV og V, under.

Ved nå å referere til tabell II-V, kan man se at skumstabilitetene blir tilveiebrakt ved å anvende forskjellige hydrauliske materialer.

Foreliggende oppfinnelse som utnytter et skummet borefluid har mange fordeler, slik som økning av borefluidviskositet for rengjøring av borehullet og transportering av faste materialer, den bidrar til fluidtapskontroll til borefluidet, tilfører volum til det opprinne-lige fluid, gir gelstyrke for å stabilisere borehullet og minimalisere utvasking av regioner, og tillater enkel justering av borefluidtettheten.

Foreliggende oppfinnelse er velegnet til å oppnå målene og fordelene som er nevnt og de som foreligger. Selv om tallrike endringer kan gjøres av personer med kunnskap innenfor fagområdet, er slike endringer omfattet innenfor rekkevidden av oppfinnelsen slik det er definert i de etterfølgende kravene.

Claims (15)

1. Skumbar borefluidsammensetning for anvendelse i boreoperasjoner, karakterisert ved at den omfatter: et utgangsfluid som omfatter forhydratisert leire; vann; et skummende overflateaktivt middel for anvendelse i skumming av borefluidet; og et stabiliserende overflateaktivt middel for stabilisering av borefluidet etter at fluidet er skummet.

2. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at vannet blir valgt fra gruppen bestående av ferskvann, sjøvann og saltvann.

3. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at det skummende overflateaktive midlet blir valgt fra gruppen bestående av a-olefinsulfonater, alkylpolyglykosider, alkoholsulfater og salter av etoksylerte alkoholsulfater.

4. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at det skummende overflateaktive midlet er tilstede i borefluidet i en mengde i området fra ca.

1% til ca. 4 volum-% av vann.

5. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at det stabiliserende overflateaktive midlet omfatter kokoaminbetain.

6. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at det stabiliserende overflateaktive midlet er tilstede i borefluidet i en mengde i området fra ca. 0,5% til ca. 2 volum-% av vann.

7. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter et hydraulisk materiale.

8. Sammensetning ifølge krav 7, karakterisert ved at det hydrauliske materialet blir valgt fra gruppen bestående av Portland-sement, kieselholdig materiale, blestovnslag og pozzolaner.

9. Sammensetning ifølge krav 7, karakterisert ved at det hydrauliske materialet er tilstede i borefluidet i en mengde som er nødvendig for å skaffe tilveie borefluidsammensetningen med en uskummet tetthet i området fra ca. 9 til ca. 17 Ibs/gal.

10. Sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter barritt og et hydraulisk materiale.

11. Sammensetning ifølge krav 10, karakterisert ved at barritt og det hydrauliske materialet er kollektivt tilstede i borefluidet i en mengde som er nødvendig til å tilveiebringe borefluidsammensetningen med en uskummet tetthet i området fra ca. 9 til ca. 17 Ibs/gal.

12. Fremgangsmåte ved anvendelse av en skumbar borefluidsammensetning i dypvanns-offshoreboreoperasjoner, karakterisert ved at den omfatter trinnene med: boring av et borehull; tilveiebringelse av den skumbare borefluidsammensetningen som innbefatter et utgangsfluid som omfatter forhydratisert leire, vann, et skummende overflateaktivt middel for anvendelse i skumming av borefluidet, og et stabiliserende overflateaktivt middel for stabilisering av borefluidet etter at fluidet er skummet; skumming av borefluidsammensetningen; og sirkulering av det skummede borefluidet i borehullet.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at det skummende overflateaktive midlet er tilstede i borefluidet i en mengde i området fra ca. 1% til ca. 4 volum-% av vann og blir valgt fra gruppen bestående av ct-olefinsulfonater, alkylpolyglykosider, alkoholsulfater og salter av etoksylerte alkoholsulfater.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at det stabiliserende overflateaktive midlet omfatter kokoaminbetain og er tilstede i borefluidet i en mengde i området fra ca. 0,5 % til ca. 2 volum-% vann.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at skumborefluidet innbefatter et hydraulisk materiale som er tilstede i borefluidet i en mengde som er nødvendig for å tilveiebringe borefluidsammensetningen med en uskummet tetthet i området fra ca. 9 til ca. 17 Ibs/gal, der det hydrauliske materialet blir valgt fra gruppen bestående av Portland-sement, silikatmateriale, blestovnslag og pozzolaner.