Volumberegning for brønnvæsker

Når vi snakker om volum i brønnen, mener vi volumet på området som kan fylles opp med væske. Volumet er avhengig av hvilket utstyr som er i brønnen (borerør og BHA), hvor dypt casingen er satt, og lengden i brønnen.

Boreslam fungerer som barriere mot formasjonstrykket. For at det skal fungere, må det være riktig densitet i slammet, og brønnen må være fylt til toppen med boreslammet i ulike situasjoner – både når borestrengen er i brønnen, og når den trekkes ut.

Boreren må derfor til enhver tid ha oversikt over brønnvolumet, slamvolumet og densiteten til slammet når det bores, trippes og når det settes casing. Behovet for væske til brønnen er større når det ikke er borestreng eller andre typer rør i hullet. Når borestrengen kjøres inn i brønnen, fortrenges væske ut av brønnen, og volumet av væsken i brønnen er derfor mindre.

Dersom det oppstår kick, stenges brønnen i BOP og drepes ved at tyngre slam sirkuleres inn i brønnen. I en slik situasjon er det avgjørende å vite hvor mye drepevæske som skal pumpes inn i brønnen. Det beregnes derfor totalvolum og delvolum i brønnen for å vite hvor mye væske som må blandes, hvor lang tid det tar å fylle brønnen, og hvor den nye væsken er underveis i pumpefasen.

For å finne volumene må man kjenne ytre og indre diameter som møtes i brønnen. Ulike rørdimensjoner i borestrengen og gjengeforbindelser har forskjellige ytre og indre diameter. Det samme gjelder for brønnen som har en gitt indre diameter i området der casingen er, og en annen der nytt hull er boret. Dette kan beregnes med å bruke formelen for volum av sylinder for hver del, men det finnes også tabeller som gir volumene man trenger, som i kapittel D i Drilling Data Handbook (DDH). Disse tabellene er lette å bruke; de har tatt hensyn til variasjonene av diameterne, og volumet er oppgitt i liter per meter (l/m). Det er altså bare å multiplisere med antall meter i de ulike kombinasjonene av ytre og indre dimensjon og antall meter innvendig i borestreng og BHA.

For å finne kapasitet (capasity) i en sammensatt borestreng, altså det innvendige volumet, kan man tenke seg at det er flere sylindre som er satt sammen. Det er vanlig å tenke at man har borerør og vektrør, altså to ulike indre diameter. Det er vist på illustrasjonen som område 1 og 2. Dersom man vet indre diameter og lengden på de ulike sylindrene, er det lett å regne ut volumet:

$V=\frac{\pi ·d^2}{4}·l$

der

V: volum

d: borestrengens indre diameter

l: lengden

Tips: I DDH kapittel D er det tabeller som viser kapasiteten i sylindre. Det finnes tabeller for sylindre generelt, og for kjente borerør og vektrør.

Ringromsvolumet (annulus) er den sylindriske ringen mellom borestrengen i brønnen og brønnveggen. Det skilles mellom borerør og vektrør fordi disse rørtypene har ulik ytre diameter og veggtykkelse. Det er vanlig å tenke seg at det er tre ringromsvolum som må legges sammen:

• mellom vektrør og åpent hull
• mellom borerør og åpent hull
• mellom borerør og innvendig i casing

Dette er vist på illustrasjonen som område 3, 4 og 5.

Man kan finne de ulike volumene ved å bruke følgende formel:

$V=\frac{\pi ·(D^2-d^2)}{4}·l$

der

V: volum

D: brønnens indre diameter

d: borestrengens ytre diameter

l: lengden

Borestrengen har ulike ytre diameter på borerør, vektrør og BHA. Dette har betydning for volumet. Dersom brønnen er koblet opp til overflaten med en riser, må også volumene i den inkluderes i beregningene for å finne brønnens totale volum.

Tips: I DDH kapittel D finnes tabeller med utregnet volum av sylinder, som f.eks. ringrom, og volum mellom to sylindre, som f.eks. mellom borestreng og ringrom.

For å finne ut hvor mange pumpeslag som trengs for å fylle de ulike delene av brønnen, må man vite volumet i borestrengen og ringrommet. Man må altså vite kapasiteten (capasity) inni borestrengen og for ringromsvolumet på utsiden av borestrengen.

Man må også vite pumpens kapasitet, altså hvor mange liter den leverer i hvert slag. Da må man vite sylinderdiameter (liner) og slaglengden (stroke), samt virkningsgraden til pumpen (%). Virkningsgrad tar hensyn til at det er slark og slitasje i sylinder og stempel i pumpen, det er kun en helt ny pumpe som leverer hundre prosent av teoretisk slagvolum.

For å finne ut hvor mye pumpen leverer per slag, må vi bruke følgende formel:

$V=(\frac{\pi ·d^2}{4}·l)·\%$

der

V: volum per slag

d: sylinderens indre diameter

l: lengden på slaget

%: virkningsgrad per slag

Tips: Volumet kan beregnes, men det finnes også tabeller i Drilling Data Handbook (DDH) i kapittel G som viser hvor mange liter en triplex-pumpe leverer i hvert slag.