Improving Efficiency of Offshore Drill-cuttings Handling Process

Oljeboring til havs benytter to typer borevæsker, vannbaserte og «ikke vannbaserte» borevæsker. Fra selve boreprosessen produseres det overflødig borevæske, borekaks og oljerester. Forskjellige teknikker benyttes for å separere faststoff fra borevæsken. Selve borekakset behandles videre og overflødig væske fjernes. Sluttproduktet er et tørt pulver. Pulveret blir deretter transportert til mellomlagring på siloer om bord på plattformen. Derfra tas det tørre borekakset i land og deponeres eller blandes inn i betong og lignende. Lagring om bord og overføring av borekaks fra plattform til land kan være en stor utfordring. Forbedring av disse prosessene betyr mye for både kostnadseffektivitet og reduksjon av miljøpåvirkning fra boreoperasjoner. En bedre forståelse av prosessen knyttet til overføring og lagring av borekaks vil bidra til at man på nåværende og fremtidige borerigger kan gjennomføre boring raskere, mer effektivt og med lavere miljøpåvirkning. SINTEF Tel-Tek har et sterkt pulverteknologisk miljø (POSTEC) med lang erfaring, vitenskapelig ekspertise og pilotanlegg. I pilotanlegget kan vi teste håndtering, lagring og transport av pulverbasert materiale. Vi samarbeider nå med oljeselskap, nasjonal og internasjonal ekspertise for å adressere utfordringene knyttet til håndtering, transport og lagring av borekaks. I det foreslåtte prosjektet er målet å gjennomføre en detaljert forskningsstudie på transport- og lageregenskaper til halvtørt og tørt borekaks. Modellering av hele transportprosessen er nødvendig for å forstå og finne sammenhenger og videre definere de sentrale styringsparametere slik at hele prosessen kan optimaliseres. Studien fokuserer på borevæskens egenskaper og innvirkning på transport og lagring samt flytbarhet av borekaks som genereres i offshore-boring. Forsøkene er utført på fluidiseringsegenskaper, transportegenskaper og flytegenskaper ved hjelp av modell-borekaks. Basert på fluidiserings- og pilotskala-transporttester, kan det konkluderes med en blanding av partikler og borevæske har egenskaper som avviker betydelig i forhold til tørre forhold. I utgangspunktet økes den minimale fluidiseringshastighet og det pneumatiske transporttrykkfallet reduseres når borevæske tilføres til de tørre prøvene. Siden borefluidet har en smørende effekt, smører det partikkeloverflaten og rørets vegg. Friksjonen mellom luftpartiklene og partikkelveggen reduseres. Som et resultat kan fluidiseringsluftstrømmen trenge gjennom pulversengen lettere, og derfor er det nødvendig med høyere lufthastighet for å skape trykkfall lik pulversengens vekt. Den tilsvarende effekten ble observert ved pneumatisk transport og dermed reduseres trykkfallet ved å innføre borevæsken. Når borefluidkonsentrasjonen er økt over en viss grense, har imidlertid borevæske en tendens til å skille fra faststoffene og akkumuleres i hulrommene. Basert på observasjonene var grenseverdien rundt 10%. Utover denne grensen begynner blandingen å opptre mer som en "slurry" som forårsaker høyere trykkfall. Gjennom en multivariabel dataanalyseprosess på eksperimentelle data, er det funnet en sterk korrelasjon slik at en kan beregne totalfriksjonsfaktor som sammenligner fluidiseringsegenskapene med tørr borekaks. Korrelasjonen er validert med forskjellige partikkelstørrelsesfordelinger, bulkdensiteter, oljekonsentrasjoner, etc., og rimelige gode overenstemmelse observeres. Basert på testresultater, kan det tydelig observeres at flytbarheten av sandblandingen er redusert med hensyn til dens tørre tilstand når den blandes med en væske. Hovedårsaken til dette fenomenet er økningen av interpartikulære kreftene i faststoffet på grunn av dannelsen av væskebroer. Det er også observert at flytbarheten avhenger av væskekonsentrasjon og tidsperioden som faststoffet har blitt utsatt for en konsolideringsspenning. Forskjellige CFD-teknikker ble prøvd for å simulere transport av modell-borekaks. De forventede trykkfallene under de testede driftsforholdene er i god overensstemmelse med eksperimentelle resultater. Ulike tilnærminger bekrefter muligheten for å bruke CFD-teknikk for borekakstransport. Inkludering av "fuktighet og / eller oljeinnhold" i CFD-type simuleringsstudier synes imidlertid fortsatt å være en utfordring.

In order to improve drilling performance, many major oil-drilling operators have switched from water-based mud to low-toxicity oil-based system. The waste from oil-based drilling operations consists of the three major substances; water, residual oil and s olids. Different solids control techniques are used to separate the solids from drilling waste. In order to remove residual oil and other environment hazardous chemicals, different technologies are used for treatment of drill cuttings and make dry particu late solids as the end product. The dry particulate solids is then conveyed into intermediate storage silos and further down to sites where it is reused for land filling or as an engineering material. Rig site transfer of cuttings can be a challenge both if pneumatic conveyors or screw conveyors are used. Specially, wet powder is a real challenge since the particles becomes too sticky for easy handling or too dry for acting like slurry Transferring and storage of drill-cuttings in between above mentioned processes are crucial for cost effective oil-drilling operation and to minimize its impact on environment. Better understanding on transfer and storage processes of dry and partially-moist drill-cuttings will make a positive impact on whole drilling oper ation. It is required to improve the present transferring methods/techniques of treated drill-cuttings in order to keep the pace of drilling in oil rigs that are currently in operation and also in future designs. Under the proposed project, it is aimed t o conduct a detailed research study on transport properties and storage criterion of dry and partially-moist solids drill cuttings. Modelling of transfer process, both in dry state and wet state, is necessary to understand the influence of different chara cteristic properties of drill cuttings to define optimum process parameters. On-line monitoring process on drill cuttings, coupled with a reliable modelling technique can be used to optimize the transfer process.