Cementing Irregular Wellbore Geometries

Boring etter olje består av å bore en brønn for å nå underjordisk olje- / gassreservoar. Fjellformasjonen nær brønnveggen reagerer på trykkendringer som følge av boring. Slike trykkendringer kan forårsake hullkollaps, formasjonsoppsprekking og uønsket væsketap. Stålrør kjent som foringsrør sementeres på plass i brønnen for å beskytte og stabilisere formasjonen. Sement pumpes nedenfra på utsiden av foringsrøret. Formålet med sementeringen er å tette de forskjellige geologiske lagene fra hverandre, og dermed unngå strømning i sprekken mellom foringsrøret og fjellveggen. Det er vanlig at dette gjøres flere ganger på forskjellige dybder i en oljebrønn. Sementeringen er uhyre viktig. Dette gjelder for boreoperasjonen samt for hele livssyklusen til brønnen. Vanskeligheten i å gjøre en god sementeringsjobb ligger delvis i geometrien av hullet som skal sementeres. Det "sylinderformete" hullet kan være langt fra perfekt sylinderformet, og foringsrøret er ikke alltid i midten av hullet. Sementen kan således strømme asymmetrisk mellom røret og bergformasjonen, noe som resulterer i et dårlig resultat. En suksessfaktor i å oppnå god sementering er å forstå hvordan sement flyter i virkelige situasjoner. Målet med dette prosjektet er å forbedre en slik forståelse ved å studere flyten i disse områdene i detalj, og senere for å utvikle numeriske verktøy for å forutsi sementens atferd. Bergveggens faktiske form i det området hvor stålrøret skal sementeres, blir målt ved hjelp av f.eks. kaliperverktøy. I dette prosjektet vil vi studere fluidstrømning i ringrommet som skal sementeres, og bruke faktiske kalipermålinger som bakgrunn for design av ujevn ringromsgeometri. Effekten på flyten på grunn av ujevn hullvegg og ikke-sentrert foringsrør vil bli undersøkt, og eksperimentell og numerisk metodikk vil kunne benyttes for senere optimaliseringsstudier av fortrengning i irregulære ringrom.

Prosjektet har generert unike eksperimentelle og numeriske resultater relatert til væskefortrengning i et ringrom mellom to sylindre, der effekt av en brå geometrisk endring har vært et spesielt fokusområde. Enkelte av de eksperimentelle resultatene fra prosjektet har allerede vært brukt av et serviceselskap til å validere egen utvikling av ny simuleringsmetodikk. Bedre verktøy for å planlegge og designe sementeringsoperasjoner vil kunne bidra til å øke kvaliteten på primærsementeringsoperasjoner og redusere behovet for uønskede og kostbare reparasjoner. Prosjektdeltakerne har utviklet nye eksperimentelle metoder og oppsett for å studere væskestrømning i eksentriske og mulig irregulære ringrom, og vi har også bygget simuleringskompetanse for å studere samme fenomen numerisk. Dette kommer andre pågående og fremtidige prosjekter til gode. Prosjektet har også vært viktig for å øke internasjonalt samarbeid med ledende akademisk institusjon i Canada.

The primary objective of this project is to develop a methodology for planning cementing operations of wellbores with irregular geometries. To achieve this we plan to address the following secondary objectives: Improved experimental knowledge basis: develop unique physical experimental setup using irregular wellbore geometries based on 3D caliper logs and 3D printing and perform experiments, Improved 3D numerical modeling: develop and asses methodology for 3D numerical modeling of displacement process during cementing using open software code and general commercially available software framework, Improved work flow: develop and improve the workflow for planning cementing jobs of wellbores with irregular geometries. A successful cementing operation depends on an efficient displacement of the drilling fluid and maintaining pressures within critical limits. In order to plan the cementing operation properly, the physics of the displacement process must be understood and resulting tools and principles used for evaluation of the displacement efficiency have to be properly validated. Furthermore the actual status of the well including possible irregularities in the well geometry like wash out need to be taken into account in addition to actual pressure, temperature, drilling fluid properties and hole condition (cuttings, filtercake, ..). Planning a cementing job includes making decisions related to mud conditioning, selection and placement of centralizers, properties and volumes of washer, spacers and cement, pump rates and casing movement via reciprocation and rotation. The immediate result of this project will be better methods for planning cementing jobs for irregular wellbore geometries. The long term results will be more efficient cementing operations and improved zonal isolation contributing to improved recovery.