Fagstoff

Borevæskens egenskaper

Publisert: 15.12.2015, Oppdatert: 25.07.2017
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut

Sentralt i emnet:

  • Vektjustering
  • Viskositet
  • Filterkakemateriale
  • Smøre og kjøle

Funneltest av slam. Foto.  

Blandingsforholdet mellom ulike tilsetningsstoffer er avgjørende for borevæskens egenskaper. Både agitering og rekkefølgen på det som tilsettes kan virke inn på egenskapene. I slamlabben skal vi bli kjent med laboratorieutstyret og hvordan testene utføres, vi skal bygge opp et enkelt vannbasert bentonittslam, studere reologi og se hvilken effekt salt (NaCl), vektmateriale og polymer har på slammets viskositet og filtertap. 

Vektmateriale

Borevæskens egenvekt er avgjørende for å ha kontroll på trykket i brønnen. Egenvekten kan økes ved å tilsette vektmaterialer, eller reduseres ved å tilsette vann eller olje, alt etter om det brukes en vann- eller oljebasert borevæske. Borevæsken varmes opp av formasjonstemperaturen og friksjonen gjennom utstyret. Det fører til at volumet øker og dermed går densiteten ned, noe vi må ta hensyn til på overflaten, ved å sjekke slammet og justere tilsetningsstoffene.

De vanligste vektmaterialene er barytt og kalsiumkarbonat. Dersom det er behov for høyere vekt enn det disse kan gi, kan det benyttes ilmenitt eller hematitt, men disse sliter på utstyr og gir ofte utfordringer både i brønn og på boredekk.

Saltlake (brine) kan også brukes til å justere egenvekten i en væske, resultatet kommer an på hvilket salt som blandes i vann.

Type brine. Tabell.Brinetabell 

Brine kan være gunstig å bruke ved boring gjennom reservoarsonen, da den ikke inneholder faststoff som kan nedsette permeabiliteten i reservoaret. Brine har en del negative helseaspekter for arbeidere som er i kontakt med væsken. Det kan være skadelig å få på hud eller i øyne, og brine eller damp fra brine kan være helseskadelig å svelge eller å puste inn.

 

Vektmaterialer:

  • Kalsiumkarbonat (CaCO3): 2,65 sg
  • Barytt (BaSO4):
    4,2 sg
  • Ilmenitt (FeTiO3):
    4,7 - 4,79 sg
  • Hematitt (Fe2O3):
    4,9 – 5,3 sg

Dersom borevæskens vekt må endres, enten økes eller reduseres, finnes det formler for å regne ut hvor mye vektmateriale eller fortynningsvæske som må tilsettes.

Drilling Data Handbook kan også benyttes til utregningen. Kapittel H heter «Drilling mud», og på de første sidene kan en lese hvor mye barytt eller kalsiumkarbonat som må tilsettes for å øke slamvekten fra eksisterende densitet til en ønsket densitet. En kan også lese hvor mye vann eller olje som må tilsettes for å redusere slamvekten.

Formelen som brukes for økning eller reduksjon av mudvekten:

m(a) = V1∙(d2-d1) / (da-d2) ∙da

ma : massen additiv (tilsetningsstoffets masse) (g, kg eller tonn)
V1 : opprinnelig volum (cm3, dm3 eller m3)
da : densitet additiv (egenvekten på tilsetningsstoffet) (g ⁄cm3, kg⁄dm3 eller t⁄m3)
d2 : ønsket densitet (g⁄cm3, kg⁄dm3 eller t⁄m3)
d1 : opprinnelig densitet (g⁄cm3, kg⁄dm3 eller t⁄m3)

kg⁄dm3 =kg⁄l=sg (specific gravity)

 

Reologi

Borevæskens reologiske egenskaper er veldig viktige. Reologi er læren om flyte- og deformasjonsegenskapene for væsker og materialer. Den omhandler spesielt hvordan viskositeten endres av påkjenninger som skjærspenning (og dermed flytehastighet) og trykk.

Viskositet

Med rett viskositet vil borevæsken sveipe med seg alle faste partikler og løfte de til overflaten der de skilles ut i flere faser med renseutstyr. Økende temperatur reduserer viskositeten i olje mer enn for vann. Økende trykk gir betraktelig mer viskositet i olje, mens trykk har liten effekt på viskositeten for vann. I dype hull er imidlertid temperatureffekten større enn trykkeffekten slik at oljebaserte borevæskesystemer vil få mindre løfteevne på bunnen av hullet. Det betyr at det stilles høye viskositetskrav til oljebaserte borevæsker.

Viskositeten er også viktig med tanke på å drive nedihullsutstyr som mudmotor. De viskositetsfremmende kjemikaliene inndeles i høy- og lavviskøse produkter. Disse har også i mange tilfeller den egenskapen at de reduserer filtertap til formasjonene. Noen typiske eksempler er bentonitt (leire), xanthan gum og hydroxyethyl cellulose (HEC ). Samtlige bortsett fra bentonitt er syntetisk fremstilte polymerer.

Gelestyrke

Borevæskens gelestyrkeGelstyrke er væskens evne til å stivne når den stå i ro. er en viktig egenskap som gjør at borekaks kan holdes «svevende» når det ikke sirkuleres. Sirkulasjonsstopp er vanlig i boreoperasjonen, f.eks. i forbindelse med innsetting av nytt stand i toppen av borestrengen.
Gelestyrken er forårsaket av tiltrekkende krefter som utvikler seg i væsken. Desto lenger væsken er statisk, desto sterkere vil disse kreftene normalt bli. Gelestyrken må være lett å bryte ved oppstart av sirkulasjon. En for høy gelestyrke kan gi et uønsket høyt trykk i brønnen når sirkulasjonen skal starte opp igjen.
Gele-egenskapene til borevæsken er spesielt viktige i avviks- og horisontale brønner fordi det er kort avstand før borekakset har falt til bunnen.

Polymer er betegnelsen på et stoff eller en væske der korte molekyler er hektet sammen i en lang kjede. Kjedene kan ligge parallelt eller ustrukturert i stoffet. Dette gjør stoffet/væsken fleksibel og tøyelig, slik at det holder sammen til tross for ytre belastning.

Naturfag: polymer 

Filterkakemateriale

Borevæsken skal kunne danne en tynn og relativt impermeabel filterkakeFilterkake dannes på overflaten av et filter når partikler fra en væske stoppes, mens væsken passerer gjennom filteret. Når filterkaken er tett, vil den hindre væske fra å strømme gjennom filteret.Filterkake i brønnen hindrer tap av borevæske inn i formasjonen.. Det finnes mange ulike additiver på markedet for å forbedre filterkakens kvalitet, alt etter hvilken borevæske som brukes og hvilke formasjoner det bores gjennom.

Mest brukt er brobyggende materiale (bridging agent), de fleste polymerbaserte. Eksempler på polymerer er polyanionisk cellulose med lav viskositet (PAC LV), stivelse og karboksylmetylcellulose med lav viskositet (CMC LV).

Filterkakeoppbygging. Illustrasjon.Filterkakeoppbygging 

Dersom filterkaken ikke klarer å tette permeable områder og trykket i brønnen er større en fraktureringstrykket, kan formasjonen sprekke opp og borevæske strømme ut i formasjonen. Da tilsettes Loss Circulation Material (LCM) til borevæsken, slik at den skal få tettende egenskaper. LCM er gjerne sammensatt av finmalt nøtteskall (som regel valnøttskall), mica (glimmer), fiber (tre, papir, plast osv) og andre tettende materialer.

Smøring og kjøling

Borevæsken skal ha smørende og kjølende virkning på utstyret, og den skal ha evne til å ta opp varme. Vannbaserte borevæsker trenger gjerne en lubrikant, mens oljebaserte borevæsker er et godt smøremiddel i seg selv. Oljebasert borevæske har anti-korrosive egenskaper, mens vannbasert borevæske må tilsettes additiver for å få anti-korrosive egenskaper.