Optimized hydraulic behaviour in well construction

Ved boring av olje- og gassbrønner pumpes det en borevæske ned borestrengen og opp på utsiden av borestrengen. Denne borevæsken skal holde trykket i brønnen under kontroll, hindre kollaps av hullet og transportere borekakset opp til overflaten, såkalt hullrensing. Boreindustrien opplever operasjonelle utfordringer og forsinkelser forårsaket av for dårlig hullrensing. For dårlig hullrensing betyr at borkakset ikke transporteres tilstrekkelig effektivt ut av brønnen. Dette er hovedsaklig problematisk i brønnseksjoner som nærmer seg horisontale slik at tyngdekraften virker i en høy vinkel på strømningsretningen til borefluidet. Dette kompliseres ytterligere ved at egenskaper som er gunstige for konstruksjon av horisontale brønndeler kan skape utfordringer i vertikale brønnseksjoner. Rester av kaksbed kan redusere borehastigheten og hindre god brønnkomplettering. Sementering av ringrom er nødvendig for god soneisolering langs brønnen. Hvordan rester av kaksbed kan påvirke denne prosessen undersøkes også. Hovedformålet med prosjektet er å øke forståelsen av kritiske hydrauliske operasjoner under boring og sementering. Prosjektet sikrer økt kunnskap om disse nøkkeltemaene gjennom fundamental og eksperimentelt arbeid for å skaffe relevante data av høy kvalitet. Dataene analyseres og ny kunnskap gjøres tilgjengelig direkte, samt til validering av modeller og forbedring av relevante digitale plattformer. En doktorgradsstudent arbeider med digitale modeller og den andre jobber mot karakterisering av borevæskene og kaksbedet. Et unikt eksperimentelt oppsett som representerer et borehull med relevante olje- og vannbaserte bore- og kompletteringsfluid benyttes i testene. En ny formulering av Herschel-Bulkley viskositetsmodellen benyttes. Denne modellen er tilpasset borefluid spesielt og åpner for digitalisering av borefluidkomposisjon og endringer av denne underveis i prosessen. I siste periode er denne modellen også utvidet til å dekke trykkfall i ringrom. Eksperimentelle funn så langt styrker at oljebaserte borefluid er mer effektive til å transportere ut kaks fra høyavviksbrønner enn tilsvarende vannbaserte fluid. Videre er det påvist at egenskapene til selve kaksbedet er betydelig påvirket av fluidet som ble benyttet da bedet ble dannet. Eksempelvis er det langt større bevegelsesmotstand i et kaksbed der polymerbaserte fluider har vært benyttet enn for øvrige fluid. Eksperiment viser også at residualbed i ringrommet påvirker væskefortrengningen også nedstrøms denne hindringen. Dette indikerer at slike hindringer kan ha vesentlig betydning for fortrengningsprosessen. Økt forståelse rundt dette kan være viktig for å unngå problemer og dermed sikre en god soneisolering langs brønnbanen. Prosjektgruppen består av SINTEF, NTNU, UiS, University of Illinois og University of British Columbia. Eksperter fra andre universitet og institusjoner er, og vil forbli, involvert i diskusjoner. Resultater og erfaringer fra prosjektet skal komplettere kunnskap om brønnfluid, borkaks og fluidmodeller til bruk i feltapplikasjoner.

Operational challenges exist caused by insufficient hole cleaning. Drilling progress is reduced and cementing operations become difficult due to remnant cuttings in the borehole. There is also a knowledge gap and lack of digitalised models for planning and operation. The project focuses on these items and the key objective is to improve understanding of vital hydraulic operations during drilling and cementing. This project addresses the knowledge on these key issues through fundamental and experimental work for improved access to controlled data and through model work for field application of the results. A unique experimental equipment representing a wellbore with a drill-string, liner/casing or a completion string will be applied for the experimental tasks. The equipment is designed with a size suitable for scaling up the results for field application. Field specific oil and water based drilling and completion fluids from the Norwegian Continental Shelf (NCS) will be applied in this work. Results from the experimental campaigns, covering both cuttings transport and displacement for primary cementing, will be included in relevant digital platforms. An improved description of the Herschel-Bulkley viscosity model for determination of pressure losses has been developed. This model is highly relevant for the industry, and with the improvement, opens for digitalising the inputs like drilling fluid composition and changes during application. A project group consisting of experienced personnel from SINTEF, NTNU, UiS, University of Illinois, University of British Columbia and Schlumberger ensure that the project builds on the most updated competence available. Also, personnel from other well respected universities will join the project group and discuss findings and share results. The results and experiences from the project will, in addition to optimise the drilling and completion fluid compositions, lead to improved fluid engineering models for field applications.