Experimental study of hydraulic sweeps in horizontal wells

• Autorzy: Nguyen T. N. , Miska S. Z. , Yu M. , Takach N. E. , Ahmed R.

Warianty tytułu

PL

Badanie możliwości oczyszczania hydraulicznego w otworach poziomych

• Konferencja: Polski Kongres Górniczy : górnictwo otworowe : XXI międzynarodowa konferencja naukowo-techniczna Oil-Gas AGH 2010 : Zakopane, 27-29 maja 2010
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Drilling fluid sweeps are commonly run in the field to help clean the borehole of cuttings that have not been removed with normal drilling fluid circulation, especially in high angle or extended reach wells where efficient hole cleaning is more difficult to maintain. This study focuses on the use of "conventional" and "enhanced" sweeps in horizontal well bores. Not much information pertaining to the use of drilling fluid sweeps is available in the literature. Furthermore, there has been a lack of agreement as to which types of sweep fluids are most effective. Conventional sweeps most often include high viscosity fluids, high density fluids or a combination of both. In addition to conventional sweep fluids, an attempt was made to use enhanced sweep fluids, in which surfactants are used to attach cuttings to oil droplets that are intentionally introduced to the drilling fluid system. Because of their low density, oil droplets can have the ability to keep cuttings particles in suspension. The use of oil droplets is a new concept in cleaning horizontal and deviated wellbores. This work focuses on experimental analysis of sweep fluids with the goal of quantifying the sweep "efficiency". A small-scale sweep loop (SSL) was mainly used to conduct sweep experiments. Moreover, some experiments were carried out in a field-scale flow loop that operates at low-pressure ambient temperature (LPAT) conditions. Results show that pipe rotation plays a very important role in improving hole cleaning. Particularly, the improvement is substantial with high-viscosity fluids. The rotation of pipe has agitation effect that forces the cuttings particles into the main flow and facilitates the removal process. As anticipated, increasing the flow rate enhances the sweep efficiency or cuttings removal regardless of the drillpipe rotation. Furthermore, the study suggests that with a more rigorous evaluation of sweep efficiency, one can objectively determine the type and frequency of drilling sweep. The results of this study are useful for selection of the optimal sweep fluid.

PL

Płuczki czyszczące są powszechnie stosowane do oczyszczania otworów z pozostałości zwiercin, których nie udało się wynieść na powierzchnię za pomocą tradycyjnych płynów płuczkowych, głównie w przypadku otworów kierunkowych i rozgałęzionych, gdzie możliwość oczyszczenia jest ograniczona. Badania skoncentrowały się na wykorzystaniu konwencjonalnych i ulepszonych systemów czyszczących w otworach kierunkowych. W literaturze niezbyt wiele można znaleźć informacji na ten temat. Co więcej, brak jest zgody co do tego, która płuczka czyszcząca jest najskuteczniejsza. Tradycyjne płuczki czyszczące często zawierają płyny o wysokiej lepkości i/lub gęstości. Ponadto podjęto próbę stworzenia ulepszonych płuczek czyszczących, w których zastosowane surfaktanty mają powodować przyklejanie się zwiercin do drobin oleju, który celowo wprowadzono do systemu płuczkowego. Ze względu na niską gęstość, krople oleju utrzymują zwierciny w zawieszeniu. Zastosowanie kropli oleju to nowa koncepcja oczyszczania otworów horyzontalnych. W artykule skoncentrowano się na przeanalizowaniu płuczek czyszczących mających na celu zwiększenie skuteczności oczyszczania. Do badań z reguły stosowano mały obieg czyszczący SSL (small-scale sweep loop). Niektóre eksperymenty prowadzono na złożu w warunkach niskiego ciśnienia i temperatury otoczenia. Wyniki pokazują, że ruch rur odgrywa istotną rolę w zwiększeniu skuteczności oczyszczania otworu. Służy temu również zastosowanie wysoko lepkich płuczek. Rotacja rur podrywa zwierciny doprowadzając je do głównego strumienia, wspomagając proces oczyszczania. Jak przewidywano, ruch w otworze wzmaga wydajność oczyszczania lub wynoszenia zwiercin, niezależnie od rotacji rur. Z badań wynika, że szacując bardziej rygorystycznie zdolności czyszczące, można obiektywnie określić rodzaj i częstotliwość oczyszczania. Wyniki badań pozwalają na stosowny wybór optymalnego środka czyszczącego.

Słowa kluczowe

EN

horizontal wells; hydraulic sweeps

PL

otwory poziome; oczyszczanie hydrauliczne

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Wiertnictwo, Nafta, Gaz
• Rocznik: 2010
• Tom: T. 27, z. 1--2
• Strony: 307--331
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Nguyen T. N.

• University of Tulsa, Tulsa, OK, USA

autor

Miska S. Z.

• University of Tulsa, Tulsa, OK, USA

autor

Yu M.

• University of Tulsa, Tulsa, OK, USA

autor

Takach N. E.

• University of Tulsa, Tulsa, OK, USA

autor

Ahmed R.

• University of Tulsa, Tulsa, OK, USA

Bibliografia

• [1] Yu M., Melcher D., Takach N., Miska S.Z., Ahmed R.: A New Approach to Improve Cutting Transport in Horizontal and Inclined Wells. Paper SPE 90529 presented at the SPE Annual Technical Conference and Exhibition held in Houston, Texas, USA, 26-29 September 2004
• [2] Hemphill T, Rojas J.: Drilling Fluid Sweeps : Their Evaluation, Timing, and Applications. SPE 77448, SPE Annual Technical Conference, San Antonio, Texas, October 2, 2002
• [3] Sanchez R.A.: The Effect of Drillpipe Rotation on Hole Cleaning During Directional Well Drilling. Paper SPE, presented at Amsterdam, 4-6 March 1997
• [4] Valluri S.G., Miska S.Z., Ahmed R., Yu M., Takach N.E.: Experimental Study on Effective Hole Cleaning Using “Sweep” in Horizontal Wellbores. Paper SPE 101220 was presented in San Antonio, Texas, USA, September 24-27, 2006
• [5] Bird S., R.B. WF., Lightfoot E.N.: Transport Phenomena. John Wiley and Sons, Inc New York 1960, 11
• [6] Okafor M.N., Evers J.F.: Experiments comparison of rheology models for drilling fluids. SPE 24086
• [7] Alderman N., Gavignet J., Guillot A., Maitland D.G.C.: High Temperature High Pressure rheology of water based mud‘s. 63rd SPE Annual Technical Conference and Exhibition, 1988
• [8] Robert M.B., Raymond W.F.: Mechanics of the displacement process of drilling muds by cement slurries using an accurate rheological model. S.P.E. 5801, 1977
• [9] Raymond W.F.: Laminar displacement of Non-Newtonian fluid in parallel plate narrow gap annular geometries. S.P.E. 4486, April 1975
• [10] Bingham E.C.: Fluidity and Plasticity. McGraw-Hill Book Co., Inc. New York 1922
• [11] Friggard LA et all.: Variation methods and maximal residual wall layers. Journal of Fluid Mechanics 2003
• [12] Nguyen D., Rahman S.S.: A mathematical model for laminar displacement of one Non-Newtonian fluid by another in horizontal concentric annuli. Chem. Eng. Comm. 2000
• [13] Ahmadi T., John F., Bitttleson S.H.: Laminar displacement in annuli: A combined experimental and theoretical study. S.P.E. 24569
• [14] Szabo P., Hassanger O.: Displacment of one Newtonian fluid by another: Density effects in axial annular flow. J. Multiphase flow, vol. 23, 1996