Testar som blir utførte på borevæska

Før vi startar med laboratoriearbeid, kan det vere greitt å kjenne litt til dei ulike instrumenta og kva dei måler.

Densiteten sikrar at det hydrostatiske trykket i brønnen er høgare enn trykket i formasjonen. Under boring blir densiteten testa med faste, hyppige mellomrom. Mudvekt blir sjekka med ei enkel stongvekt, som er utvikla av serviceselskapet Halliburton. Denne gir nøyaktige resultat dersom ho er kalibrert og blir brukt riktig.

Resultatet kan lesast av på vektarmen, anten i lb/galen eller specific gravity (sg).

Reologi beskriv flyteeigenskapane til borevæska. Reologien blir påverka av endringar i brønnen, som trykk, temperatur og vektendringar, eller dersom borevæska har vorte forureina. Det er derfor viktig å teste viskositeten og justere for å oppfylle dei planlagde spesifikasjonane under ulike vilkår i brønnen.

Viskositet er motstanden fluidet har mot å flyte eller endre form. Ein låg viskositet gir tyntflytande væske, og høg viskositet gir ei tjuktflytande væske. SI-eininga for viskositet er pascalsekund (Pa·s), men centipoise (cP) er òg mykje brukt.

Måling av viskositet med Marsh Funnel

For å få ein indikasjon på om viskositeten på spud mud i dei øvste seksjonane er innanfor dei riktige spesifikasjonane, bruker vi gjerne ein Marsh Funnel, som er ei enkel, manuell gjennomstrøymingsmåling.

Ein fyller ei standardisert trakt med borevæske og måler tida det tek å fylle eit gitt volum i eit beger når væska strøymer ut av trakta. Begeret skal fyllast opp til ein markert strek (946 ml = 1 quart), og tida blir målt med stoppeklokke. Nemninga på Marsh Funnel-viskositet er s/qt (sekund per quart).

Test av viskositet med Fann viskosimeter

Fann 35-viskosimeter blir brukt for å finne viskositeten til borevæska i dei resterande seksjonane. Ved å ta viskositetsmålingar ved seks ulike skjerratar, 600 rpm, 300 rpm, 200 rpm, 100 rpm, 6 rpm og 3 rpm, får ein eit godt bilete av reologien til borevæska. Resultatet av dei to første hastigheitene kan òg brukast til å finne plastisk viskositet (PV) og flytegrensa (FG) til borevæska.

Målingane startar ved den høgaste farten (eller skjerraten) sidan borevæskene vanlegvis er mest lettflytande ved høg skjerfart. Den vidare avlesinga skjer trinnvis ned til lågaste fart.

PV er flytemotstanden som oppstår på grunn av mekanisk friksjon. Dersom denne aukar, har mest sannsynleg faststoffinnhaldet i borevæska auka. Ein finn PV ved å finne forskjellen mellom avlesinga på 600 rpm og 300 rpm, og nemninga er cP.

FG, òg kalla yield point (YP), er flytemotstanden som oppstår på grunn av tiltrekkingskrefter mellom partiklar i borevæska som følgje av elektriske ladningar. Dersom FG aukar, har borevæska vorte forureina av anten leire, salt eller sement som har elektriske ladningar.

FG blir berekna ved forskjellen mellom avlesinga på 300 rpm og PV, og nemninga er lb/100 ft2.

Avlesingane på 6 og 3 rpm er viktige å registrere då desse seier mykje om løfteevne ved låge skjerratar. Ein kan ut ifrå 3-rpm-avlesinga finne ut om det vil vere fare for utfelling av vektmateriale, og om vi kan få god hòlreinsing i brønnar med høg vinkeloppbygging. Dersom ho er for låg, kan det tilsetjast polymerar til dei vassbaserte systema. Verdien bør liggje mellom 2 og 12.

Eit Fann viskosimeter består av ein motor, gir, sylinder, hylse, torsjonsfjør og ein kopp som blir plassert på ei plate som kan hevast.
Hylsa blir sett utanpå sylinderen, det vil då vere eit veldig lite mellomrom mellom desse. Koppen skal fyllast med borevæske opp til eit merke på innsida. Så skal han plasserast på plata og hevast til merket på utsida av hylsa. Borevæska fyller mellomrommet mellom hylsa og sylinderen, og når motoren blir sett i gang, vil hylsa byrje å rotere med den valde farten og rive med seg væskelaget nærast sylinderveggen med nesten den same farten. Det vil resultere i auka dreiemoment på grunn av friksjonen mellom væskelaga, og denne krafta blir overført til sylinderen. Torsjonsfjøra, som er festa øvst i sylinderen, vil motsetje seg kreftene, men når dei blir overvunne, blir sylinderen dreidd. Storleiken på denne dreiinga skal lesast av på skalaen som kan sjåast i eit lite vindauge på toppen av instrumentet, og avlesinga gir eit mål for skjerspenninga.

Giret på toppen av instrumentet kan stå i tre posisjonar, øvre (600 og 300 rpm), midtre (6 og 3 rpm) og nedre posisjon (200 og 100 rpm), og det må ikkje skiftast utan at motoren er i gang.

Avlesinga kan gjennomførast når systemet har stabilisert seg. Det er viktig å registrere temperaturen i borevæska når målingane blir tekne, for å kunne relatere resultata til temperaturgradienten som er i brønnen. Normalt bør ein gjere avlesingane ved ein bestemd temperatur.

Fann viskosimeter kan òg brukast til å måle gelstyrken til borevæska. Gelstyrke er eit mål på borevæska si evne til å stivne dersom ho står i ro. Borevæska skal kunne halde på kaks og vektmateriale på veg opp sjølv om pumpene stoppar slik at det ikkje søkk ned og legg seg rundt borekrona.

Ei væske som får ein fast eller geléaktig konsistens når ho står i ro, kallar vi ei tiksotropisk væske. Ho vil ikkje kunne strøyme før krafta ho blir utsett for, er større enn styrken av geléstrukturen som har danna seg. Denne strukturen vil auke etter kor lenge væska står i ro. Gelstyrken må derfor målast som ein funksjon av tida.

Det er ein fast prosedyre for korleis gelstyrken skal målast. Vanlegvis blir det teke målingar etter 10 sekund og etter 10 minutt, nokre gonger òg etter 30 minutt.

Prosedyren er som følgjer:

1. La viskosimeteret gå med 600 rpm i 10 sekund.
2. Slå av motoren og vent i 10 sekund (rett før han stoppar, set du giret i den midtre posisjonen slik at det er klart for 3-rpm-avlesinga).
3. Les av maksimalt utslag ved 3 rpm.
4. Gjenta punkt 1 til 3, men vent i 10 minutt under punkt 2.

Gelstyrken heng saman med tiltrekkingskrefter mellom partiklar i borevæska når væska står i ro og blir målt i lb/100ft².

Gelstyrken bør vere høg, men dersom han er for høg, kan det oppstå komplikasjonar, som vanskar med å skilje ut gass og kaks frå borevæska på overflata, trykkoppbygging idet ein bryt sirkulasjonen etter ein trip og dessutan problem med å få utstyr ned i hòlet.

Under boring vil det alltid bli eit filtertap frå borevæska til formasjonen i permeable soner før filterkaka blir danna sidan trykket er høgare i brønnen enn i porene. Trykket vil presse væske ut av borevæska og inn i formasjonen, før dei faste partiklane dannar ei tett filterkake langs brønnveggen.

For vassbaserte borevæsker er måling av filtertap ein av dei beste parametrane ein har for å avgjere om borevæska sin konsentrasjon av filtertapsreduserande polymerar er tilfredsstillande. Dette er tilsetjingar som polyanionisk cellulose (PAC) og til ei viss grad stive. Filtratet inn i formasjonen kan forårsake negative effektar på seinare produksjon av hydrokarbon og gjere logge- og formasjonsevalueringsdataa ukorrekte.

Det blir brukt ei API filterpresse for å måle filtertap på vassbaserte borevæsker. API-filtertap blir målt ved 100 psi og romtemperatur. Koppen skal setjast fast til botnlokket, der det er lagt ei sikt, eit filterpapir og ein o-ring oppi, før han skal fyllast ¾ full med borevæske. Eit lokk skal skruast fast med ein T-skrue, og dette skal setjast inn i eit stativ. Ein målesylinder skal setjast under ei opning i botnlokket. Trykket inni koppen skal auke til 100 psi. På laboratoriet på land kan ein kople til kompressor for å auke trykket inni koppen. Elles er det vanleg å bruke gasspatron for å få trykk. Når trykket er 100 psi, startar ein stoppeklokka.

Vi måler kor mykje filtrat (vatn) som har drope ned i målesylinderen i løpet av 7,5 minutt. Resultatet multipliserer vi med 2, og vi har det same som om målinga vart teken etter 30 minutt.

For vassbaserte borevæsker byrjar ein å teste filtertapet frå botnen av 17 1/2”-seksjonen. Filtertapet bør vere mindre enn 15 ml og mindre enn 10 ml dersom det er fare for differensial fastkøyring av borestrengen.

Etter at trykket er avlasta, skal ein demontere delane, og ein kan studere filterkaka som er danna på filterpapiret i botnlokket. Tjukkleiken er av interesse, som for API-testen er cirka 2 mm. Dersom filterkaka er for tjukk, kan det oppstå komplikasjonar, som differensial fastkøyring av borestrengen, høgt dreiemoment, tapt sirkulasjon og dårleg sementjobb.

Måling av mengde faststoff og væske blir utført på alle borevæsker. Ut frå resultata kan ein berekne ei gjennomsnittleg spesifikk eigenvekt på det faste materialet. Ut frå desse verdiane kan ein berekne mengde av lågvektmateriale, som er formasjonsmateriale og tilsetjingsstoff i borevæska. I tillegg får ein berekna mengda materiale med høg spesifikk eigenvekt som finst i borevæska. Det siste er vanlegvis vektmaterialet (barytt).

Innhaldet av materiale med låg vekt skal haldast på eit så lågt nivå som praktisk mogleg ved bruk av tilgjengeleg separasjonsutstyr. Dette er spesielt viktig når ein borar gjennom seksjonar med permeable sandsoner. I vassbaserte borevæsker blir det tilrådd at innhaldet av partiklar med låg vekt skal haldast på eit nivå mindre enn 150 kg/m3.

Retorte

Retorte er eit apparat som byggjer på prinsippet for destillasjon av fraksjonar med ulikt kokepunkt. Det utstyret som blir nytta offshore, består av ein enkel stålbehaldar med innebygd varmeelement.

Ein fyller ein liten kopp med borevæske og plasserer han i behaldaren. Væska fordampar, går gjennom ein enkel kondensator og blir fanga opp i ein målesylinder der væskevolumet blir avlese. På ei vassbasert borevæske blir vassvolumet lese av direkte på målesylinderen.

Faststoffet som ligg igjen i koppen, blir vege for å få informasjon om faststoffinnhaldet.

Sandkit

Sandinnhaldet i ei borevæske kan vi finne ved å bruke eit sandtestsett (sandkit) som består av ei sikt med 200 mesh, ei trakt og eit målerøyr i glas. Ein fyller borevæske i målerøyret i glas til merket "mud to here". Deretter fyller ein opp med vatn til den neste streken. Dette skal ristast og hellast over sikta, slik at væska renn igjennom. Ein fyller meir vatn i målerøyret og heller dette over sikta. Dette skal gjentakast til vatnet som renn gjennom sikta er reint. Deretter vaskar ein sanden som ligg igjen. Trakta skal setjast på målerøyret, og sanden blir vaska ned i målerøyret, der han fell ned til botnen slik at ein kan lese av volumprosenten direkte på oppmerkte strekar på målerøyret.

Sandinnhaldet i ei borevæske skal kontrollerast for å overvake mogleg slitasje på boreutstyret. I tillegg gir testen eit svar på om reinseutstyret for borevæska fungerer.

pH-justerande kjemikaliar

• Natriumhydroksid (NaOH): kaustisk soda
• Kaliumhydroksid (KOH)
• Kalsiumhydroksid (Ca(OH)₂): lime, leska kalk
• Natriumbikarbonat (NaHCO₃): natron

For å måle pH, kan ein nytte pH-meter eller pH-papir. pH-verdien for ei løysing gir eit kvantitativt mål på i kor sterk grad løysinga er sur eller alkalisk. Dette avheng av konsentrasjonen av hydrogenion i løysinga. Ved å måle H⁺-konsentrasjonen måler ein òg OH^--konsentrasjonen.

Reint vatn har like mange H⁺-ion som OH^--ion, dette betyr at væska er nøytral og pH = 7.

Sure løysingar har pH < 7 med høgare konsentrasjon av H⁺-ion, mens basiske løysingar har høgare konsentrasjon av OH^--ion og har pH > 7.

pH har stor betydning for effekten av kjemikaliane i borevæska. Bentonitt svell i ferskvatn dersom pH er over 8,3. Lignosulfonat vil ikkje fungere optimalt dersom pH er under 9,0.

H₂S kan haldast under kontroll i borevæska dersom pH blir halden over 11,0 og korrosjonsskadar på stål og utvikling av bakteriar minkar ved pH større enn 10.

pH blir berre målt i vassbaserte løysingar, og det er tilrådd at han er lik den som finst i formasjonane, oftast mellom 7,5 og 8,5. Uheldige pH-verdiar kan føre til reduksjon av reologiske eigenskapar, dårleg filtertapskontroll, svelling av leireformasjonar, korrosjonsproblem og redusert verknad på additiv i borevæska.