Advanced laboratory methods for cuttings analyses

Ved boring av brønner blir steinmasser knust og fjernet fra borehullet etter hvert som brønnen bores. De knuste steinbitene kalles borkaks og transporteres ut av borehullet med væsken som brukes for å kjøle ned borekrona og støtte brønnveggen for å unngå innrasing. Når borkaksen kommer til plattformen analyseres de for å få informasjon om geologien til de lagene det bores i, samt innhold av hydrokarboner. For å få ytterligere informasjon om lagene senkes det måleutstyr ned i brønnene etter at de er boret. Noen ganger blir det i tillegg tatt kjerneprøver fra brønnen for å studere bergartene i detalj i laboratoriet. Begge metoder er imidlertid kostbare og tidkrevende, og forbeholdes derfor særlig interessante områder som brønnen går gjennom. For å effektivisere boreoperasjonene og gjøre de sikrere, samt optimalisere produksjonen av hydrokarboner er det ønskelig med mer informasjon om bergartenes egenskaper. Det gjelder ikke bare for de særlig interessante områdene, men for hele veien fra havbunnen ned til reservoaret der hydrokarbonene befinner seg. Dette prosjektet har som mål å utvikle måle- og analysemetoder som kan anvendes på borkaks slik at bergartenes egenskaper kan bestemmes på en hurtigere og mer kostnadseffektiv måte enn dagens metoder. Prosjektet vil først og fremst utvikle metoder for tette bergarter som skifer. Egenskapene det vil fokuseres på er styrke, stivhet og lydhastigheter, samt hvor lett det er for hydrokarbonene å strømme i bergartenes hulrom (porerom). 3D avbildning av det indre i en steinprøve kan gi mange typer informasjon, som hvilke mineraler den består av, hvordan de er sammensatt, hvordan hulrommene i steinen henger sammen og hvordan væske eller gass fordeler seg i hulrommene. For å få slik informasjon kan man bruke røntgen eller gamma stråler med høy energi som gir bilder med oppløsning helt ned til noen titalls nanometer. Dette kan også gjøres mens væske strømmer gjennom prøven og prøven presses sammen med stor kraft (såkalt 4D-avbildning). I 2022 har fokuset vært på ferdigstilling av forsøkskampanjer, samt faglig formidling av forskningsresultater. I mai arrangerte prosjektet et åpent seminar i Trondheim for å formidle resultater fra prosjektet og diskutere mulighetene for videre arbeid. Seminaret samlet ca. 30 deltakere fra både industri og sentrale forskningsmiljø i Norge. I tillegg ble arbeid fra de eksperimentelle kampanjene gjort på SINTEF, samt samarbeidet med PetriCore presentert på internasjonalt anerkjente konferanser: 6th International Workshop on Rock Physics, 13. – 17. juni 2022 i A Coruña, Spaina: "Petrophysical and mechanical properties of shale formations from digital rock analyses and laboratory testing of cutting sized samples". Unconventional Resources Technology Conference, 20. -22. juni 2022 i Houston, Texas, USA: "Deriving Elastic and Petrophysical Properties from Small Sample Volumes Using Digital Rock Analyses". 56th US Rock Mechanics/Geomechanics Symposium, 26. – 29. juni 2022 i Santa Fe, New Mexico, USA: "Creep indentation test and lab-based simulation on Pierre II shale".

Resultatene i prosjektet har gitt en økt forståelse av og potensialet til målinger gjort på borkaks, hvor vi ser at akustiske (CWT) og mekaniske egenskaper (punch) målt på borkaks kan relateres til tilsvarende målinger gjort på standard kjerneprøver. Økt kunnskap fra prosjektet om borkaks vil kunne bidra til økt sikkerhet under boreoperasjoner, reduserte kostnader for CCS brønner og forbedret sanntids boreoperasjoner. Resultatene kan også brukes til å kalibrere seismiske målinger for en forbedret beskrivelse av de overliggende lag som er nødvendig i forbindelse med lagringssikkerhet for reservoarer der CO2 lagres

This project will explore the use of nano- and micro-scale techniques to characterise subsurface formations in order to improve drilling operations, logged data interpretation and large-scale geomechanical models. Such techniques will be applied to cuttings, readily available during most drilling campaigns. The ultimate goal is to be able in the future to derive petrophysical and mechanical properties of the overburden and reservoir while drilling, so as to improve pre-drill models and optimise the driller's choices in near real-time. In parallel, probing the formations at multiple scales will contribute to modelling efforts, where upscaling is dependent on high-quality input data for all constituent material phases. Such model predictions can in turn be verified by proper test procedures at the different scales (nano, micro and standard plug size). The biggest challenge to be overcome will be developing and performing advanced mechanical tests schemes combined with microscopy that allow correlating the macroscopic properties to the nanoscale structures. It will be difficult to determine whether this information is sufficient in order to upscale the properties and correctly predict behaviour at macro-scale. However, if successful, a method will be provided for drilling safely by adjusting drilling parameters on the way to target, with much more data than what is available today, based on few cores and lengthy tests. A market will be created for comprehensive testing on cuttings, continually produced as drilling progresses. It can be envisaged that with new upscaling models that we aim to develop, X-ray CT of well cuttings combined with indentation and acoustic velocity determination on rig to calibrate logs will be sufficient to continuously monitor and optimise the drilling process.