Cement Placement in Irregular Wellbores

Primærsementering er en viktig brønnkonstruksjonsoperasjon som har som målsetning å sørge for brønnintegritet og etablere soneisolering bak foringsrør. Mangelfull kvalitet på denne sementbarrieren kan medføre krevende operasjonelle utfordringer, så som vedvarende trykk mellom foringsrør, og behov for utbedring eller reparasjon av barrieren. Usikkerhet knyttet til status for barriere bak foringsrør kan også forhindre bruk av kostnadseffektive metoder for forlating av brønnen ved slutten av dens produktive levetid. I ytterste konsekvens kan kompromitterte barrierer resultere i omfattende konsekvenser for miljø og samfunn. Formålet med dette prosjektet er å studere effekter av irregulær brønngeometri på væskefortrengning langs ringrommet bak foringsrør. En viktig motivasjon for prosjektet er at man nå i industrien har utviklet ny, kommersialisert teknologi for høyoppløselig avbildning av brønnveggen under selve boreprosessen. Dette innebærer at man kan generere en tre-dimensjonal representasjon av brønngeometrien idet brønnen bores, og på nytt igjen idet borestrengen trekkes ut. Foreløpige feltavnendelser av denne avbildningsteknologien tyder på at brønnseksjoner kan utvise en rekke geometrisk irregulære trekk, så som spiralformet brønnbane, brå utvaskinger eller deformasjon av hullveggen. Prosjektet har som målsetning å forbedre det praktiske og det matematiske metodegrunnlaget for planlegging og analyse av sementeringsoperasjoner i brønnseksjoner med irregulær geometri. En kombinasjon av teoretiske (analytiske og beregningsbaserte) og eksperimentelle forskningsoppgaver er planlagt utført i dette prosjektet. Det målet er å bidra til mer effektive sementeringsjobber under brønnkonstruksjon, og dermed redusere risikoen for alvorlige miljøkonsekvenser, samt styrke sikkerhet og brønnintegritet. Prosjektet skal foreslå forbedringer til nåværende modelleringsmetoder for væskefortrengning fra ringrom, og komplementere modeller utviklet for regulære brønngeometrier.

During the cement placement, the drilling fluid/mud that is inside the wellbore prior to cementing will be displaced by a cement slurry, or a sequence of pre-flush, spacer, cement. Incomplete displacement of drilling fluid from the annular space, or excessive fluid inter-mixing and contamination of the cement slurry are among the mechanisms that can be detrimental for zonal isolation. Compromised zonal isolation can in turn result in uncontrolled migration of formation fluids along the wellbore, and seepage into shallower permeable formations or to the surface, manifesting as Surface Casing Vent Flow (SCVF) or Sustained Casing Pressure (SCP). A review of existing works on annular fluid displacements in irregular wellbore geometries indicates that considerable efforts are required before these displacement flows are understood, and before cementing operations in the field can be optimized. Since new downhole radar technology, such as the 4D Caliper tool, now enables very accurate imaging of the wellbore shape, it is the right time to use this data in favor of enhancing our understanding and establishing improved methodologies for realistic annular displacements. Published 4D Caliper runs in wells on the Norwegian Continental Shelf show the presence of washouts, ledges and borehole spiraling, among other features. We intend to study how such geometric irregularities affect mud displacement and primary cementing of casings. With that, the intent is to also develop improved research methodologies, not only the theoretical aspects, but also to establish a more advanced experimental methodology that in addition to relevant displacement flow measurements could be capable of detecting minuscule volumes of residual fluid on the walls, looking into both aspects of bulk displacement and wall cleaning.