I laboratoriet skal vi byggje opp eit enkelt vassbasert bentonittslam, studere reologi og sjå kva effekt salt (NaCl), vektmateriale og polymerar har på viskositeten og filtertapet til slammet.
Vektmateriale
Borevæska si eigenvekt er avgjerande for å ha kontroll på trykket i brønnen. Eigenvekta kan aukast ved å tilsetje vektmateriale eller reduserast ved å tilsetje vatn eller olje, alt etter om det blir brukt ei vass- eller oljebasert borevæske. Borevæska blir varma opp av formasjonstemperaturen og friksjonen gjennom utstyret. Det fører til at volumet aukar, og dermed går densiteten ned, noko vi må ta omsyn til på overflata ved å sjekke slammet og justere tilsetjingsstoffa.
Dei vanlegaste vektmateriala er barytt og kalsiumkarbonat. Dersom det er behov for høgare vekt enn det desse kan gi, kan det nyttast ilmenitt eller hematitt, men desse slit på utstyr og gir ofte utfordringar både i brønn og på boredekk.
Brine (saltlake) kan òg brukast til å justere eigenvekta i ei væske, resultatet kjem an på kva salt som blir blanda i vatn.
Type brine | Namn | Max SG utblanda | Tilsvarande vekt-% |
|---|---|---|---|
KCl | kaliumklorid | 1,16 kg/l | 24 |
NaCl | natriumklorid | 1,20 kg/l | 26 |
NaBr | natriumbromid | 1,52 kg/l | 46 |
CaCl2 | kalsiumklorid | 1,39 kg/l | 40 |
CaBr2 | kalsiumbromid | 1,80 kg/l | 58 |
NaCOOH | natriumformat | 1,33 kg/l | 47 |
KCOOH | kaliumformat | 1,57 kg/l | 77 |
CsCOOH | cesiumformat | 2,30 kg/l | 83 |
Brine kan vere gunstig å bruke ved boring gjennom reservoarsona då brine ikkje inneheld faststoff som kan setje ned permeabiliteten i reservoaret. Brine har ein del negative helseaspektar for arbeidarar som er i kontakt med væska. Det kan vere skadeleg å få på hud eller i auge, og brine eller damp frå brine kan vere helseskadeleg å svelgje eller å puste inn.
Endring av vekta i slammet
Dersom vekta til borevæska må endrast, anten bli auka eller redusert, finst det formlar for å rekne ut kor mykje vektmateriale eller fortynningsvæske som må tilsetjast.
Drilling Data Handbook kan òg nyttast til utrekninga. Kapittel H heiter "Drilling mud", og på dei første sidene kan ein lese kor mykje barytt eller kalsiumkarbonat som må tilsetjast for å auke slamvekta frå eksisterande densitet til ein ønskt densitet. Ein kan òg lese kor mykje vatn eller olje som må tilsetjast for å redusere slamvekta.
Formelen som blir brukt for auke eller reduksjon av mudvekta, er
m(a) = V1∙(d2-d1) / (da-d2) ∙då
ma: massen additiv (massen til tilsetjingsstoffet) (g, kg eller tonn)
V1: opphavleg volum (cm3, dm3 eller m3)
då: densitet additiv (eigenvekta på tilsetjingsstoffet) (g ⁄cm3, kg⁄dm3 eller t⁄m3)
d2: ønskt densitet (g⁄cm3, kg⁄dm3 eller t⁄m3)
d1: opphavleg densitet (g⁄cm3, kg⁄dm3 eller t⁄m3)
kg⁄dm3 =kg⁄l=sg (specific gravity)
Reologi
Dei reologiske eigenskapane til borevæska er veldig viktige. Reologi er læra om flyte- og deformasjonseigenskapane for væsker og materiale. Den omhandlar spesielt korleis viskositeten blir endra av påkjenningar som skjerspenning, og dermed flytehastigheit, og trykk.
Viskositet
Med rett viskositet vil borevæska sveipe med seg alle faste partiklar og løfte dei til overflata der dei blir skilt ut i fleire fasar med reinseutstyr. Aukande temperatur reduserer viskositeten i olje meir enn for vatn. Aukande trykk gir vesentleg meir viskositet i olje, mens trykk har liten effekt på viskositeten for vatn. I djupe hòl er likevel temperatureffekten større enn trykkeffekten slik at oljebaserte borevæskesystem vil få mindre løfteevne på botnen av hòlet. Det betyr at det blir stilt høge viskositetskrav til oljebaserte borevæsker.
Viskositeten er òg viktig med tanke på å drive nedihòlsutstyr som mudmotor. Dei viskositetsfremjande kjemikaliane blir delte inn i høg- og lågviskause produkt. Desse har òg i mange tilfelle den eigenskapen at dei reduserer filtertap til formasjonane. Nokre typiske døme er bentonitt (leire), xanthan gum og hydroxyethyl cellulose (HEC). Alle bortsett frå bentonitt er syntetisk framstilte polymerar.
Gelstyrke
Borevæska sin gelstyrke er ein viktig eigenskap som gjer at borekaks kan haldast "svevande" når det ikkje blir sirkulert. Sirkulasjonsstopp er vanleg i boreoperasjonen, til dømes i samband med innsetjing av nytt stand i toppen av borestrengen.
Gelstyrken er forårsaka av tiltrekkjande krefter som utviklar seg i væska. Desto lenger væska er statisk, desto sterkare vil desse kreftene normalt bli. Gelstyrken må vere lett å bryte ved oppstart av sirkulasjon. Ein for høg gelstyrke kan gi eit uønskt høgt trykk i brønnen når sirkulasjonen skal starte opp igjen.
Geleigenskapane til borevæska er spesielt viktige i avviksbrønnar og horisontale brønnar fordi det er kort avstand før borekakset har falle til botnen.
Filterkakemateriale
Borevæska skal kunne danne ei tynn og relativt impermeabel filterkake. Det finst mange ulike additiv på marknaden for å forbetre kvaliteten på filterkaka, alt etter kva borevæske som blir brukt, og kva formasjonar det blir bora gjennom.
Mest brukt er brubyggjande materiale (bridging agent), dei fleste polymerbaserte. Døme på polymerar er polyanionisk cellulose med låg viskositet (PAC LV), stive og karboksylmetylcellulose med låg viskositet (CMC LV).
Polymer er nemninga på eit stoff eller ei væske der korte molekyl er hekta saman i ei lang kjede. Kjedene kan liggje parallelt eller ustrukturerte i stoffet. Dette gjer stoffet/væska fleksibel(t) og tøyeleg slik at det/ho held saman trass i ytre belastning.
Les meir på sida Polymerer (naturfag.no).
Dersom filterkaka ikkje klarer å tette permeable område, og dersom trykket i brønnen er større enn fraktureringstrykket, kan formasjonen sprekke opp og borevæske strøyme ut i formasjonen. Då blir Loss Circulation Material (LCM) tilsett til borevæska slik at ho skal få tettande eigenskapar. LCM er gjerne samansett av finmale nøtteskal (som regel valnøttskal), mica (glimmer), fiber (tre, papir, plast og så vidare) og andre tettande materiale.
Smørjing og kjøling
Borevæska skal ha smørjande og kjølande verknad på utstyret, og ho skal ha evne til å ta opp varme. Vassbaserte borevæsker treng gjerne ein lubrikant, mens oljebaserte borevæsker er eit godt smørjemiddel i seg sjølv. Oljebasert borevæske har anti-korrosive eigenskapar, mens vassbasert borevæske må tilsetjast additiv for å få anti-korrosive eigenskapar.