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.
Foreløpige feltavnendelser av den nye høyoppløselig avbildnings- teknologien indikerer at brønnseksjoner kan utvise en rekke geometrisk irregulære trekk, så som spiralformet brønnbane, brå utvaskinger eller deformasjon av hullveggen. Det finnes få tidligere studier som har fokusert på hvordan irregulariteter påvirker væskefortrengningen. Siden brønngeometrien ikke kan ventes å være perfekt og regulær i de fleste brønner, kan det tenkes at geometriske irregulariteter er en relevant og viktig medvirkende årsak til at man fremdeles har tilfeller der primærsementering ikke lykkes i å etablere soneisolasjon.
Det endelige målet er å bidra til mer effektive sementeringsjobber under brønnkonstruksjon, og dermed redusere risikoen for alvorlige miljøkonsekvenser, samt styrke sikkerhet og brønnintegritet. Prosjektet vil bruke både eksperimentelle, analytiske og beregningsbaserte metoder til å studere væskefortrengning fra tverrsnittet av ringroms- geometrien, samt fjerning av væske langs veggene av ringrommet.
Med støtte og samarbeid fra industripartnere har vi fått tilgang til høyoppløselige 4D-kaliperdata. Vi utvikler nå en metode for å analysere disse dataene, slik at vi automatisk kan oppdage spiralformet brønnbane (både kort- og langbølget), brå utvaskinger, nøkkelspor, ovalisering og andre geometrisk irregulære trekk i brønnhullet, etter at støyen i datamaterialet er fjernet.
Vi utvikler også en matematisk modell for å studere ustabiliteten til en forlenget grenseflate (nesten parallell med brønnaksen) mellom fortrengende og fortrengt væske. Her undersøkes hvordan ulike ikke-newtonsk væskemodeller påvirker en lineær ustabilitetsanalyse. I neste fase av prosjektet vil modellen videreutvikles for å ta hensyn til både ikke-linearitet og turbulens.
Foreløpige CFD-simuleringer er gjennomført for typiske væskekombinasjoner og spiralformede brønngeometrier som tidligere er rapportert i litteraturen. Disse simuleringene gir ikke bare innsikt i beregningsmessige utfordringer og krav, men fungerer også som beslutningsstøtte når vi skal definere simuleringsmatrisen og identifisere de mest krevende tilfellene.
I startfasen er det bygget et mellomstort eksperimentelt oppsett, bestående av et transparent ringrom med én uregelmessighet. Oppsettet er konstruert slik at lengden på ringrommet kan utvides, og at ulike uregelmessigheter kan introduseres – enten enkeltvis eller i kombinasjon.
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.
