NO314591B2

NO314591B2 - Fremgangsmate for forhindring av borefluidtap, samt bedring av smorende egenskaper ved tilforsel av resiliente grafittiske karbonpartikler til borefluidet

Info

Publication number: NO314591B2
Application number: NO19982733A
Authority: NO
Inventors: Peter L Zaleski; David J Derwin; Donald J Weintritt; George W Russel
Original assignee: Superior Graphite Co
Priority date: 1995-12-15
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 2003-04-14
Also published as: EA000357B1; EP0866842A4; NO314591B1; SA97170710B1; WO1997022677A1; EA199800570A1; EP0866842B1; AU1410297A; NO982733L; DE69632831T2; DE69632831D1; CO4600753A1; CA2240290A1; DK0866842T3; CA2240290C; EG21132A; AR004370A1; EP0866842A1; NO982733D0; US5826669A

Description

O ppfinnelses bakgrunn

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for å forhindre eller å styre tapet av borefluider i undergrunnsformasjoner gjennomhullet av en borekrone, samtidig som friksjonskrefter og slitasje under boring reduseres. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen bruken av størrelsesbestemte, resiliente, grafittiske karbonpartikler for slike formål, idet de grafittiske karbonpartikler har en resiliens større enn 35 % (størrelses-gjenoppretting) etter kompresjon med 10000 psi (68,95 MPa).

Borefluider, også kalt boreslam, benyttes i boreoperasjoner for å bære de utborede bergfragmenter til overflaten og for å tilveiebringe hydrostatisk trykk i borehullet. De virker også som smøring for boreutstyret. Ved mange boreoperasjoner kan imidlertid porer og frakturer i undergrunns formasjonene i berget tillate at borefluidet forsvinner fra hullet og inn i undergrunnsformasjonene. Dette kan gi betydelig skade for boreoperasjonen og kan være temmelig kostbart på grunn av tapet av kostbart borefluid.

En antall borefluidtilsatser er kjente for å styre og forhindre tapet av borefluid inn i undergrunnsformasjoner under boreprosessen. For eksempel blir det i patentskrift US 4957174, ved Whitfill et al, beskrevet en fremgangsmåte for å korrigere tapt sirkulasjon av borefluid ved tilsats av kalsinerte petroleumkokspartikler til borefluidet. Petroleumkoks er et biprodukt fra raffineringsprosessen for petroleum. Det kalsineres ved at det oppvarmes til en tilstrekkelig temperatur til å avdrive de flyktige komponenter. Når dette materiale er av hensiktsmessig størrelse vil det plugge hulrom og frakturer hvorigjennom borefluidet ellers kunne unnslippe. Imidlertid mangler kalsinerte petroleumskokspartikler resiliens og er temmelig abrasive.

I US patentskrift 5018020 beskrives en fremgangsmåte for å forhindre frak-turering og propagering i formasjonen under boring, ved tilsats av partikler med størrelse 250-600 im til et borefluid.

I US patentskrift 5211250, ved Kubena et al., beskrives en fremgangsmåte hvor vannløselige polymerer, stabiliserende kaliumsalter og partikler med størrelse i området 75-1400 im benyttes for å øke stabiliseringen av sandstein. Ett av de spesifikke partikulære materialer som identifiseres er kalsinert petroleumkoks.

Pulverformet grafitt er også blitt benyttet som en borefluidtilsats til hjelp for å forhindre tapt sirkulasjon. Til tross for en lang historisk bruk og aksept har smøre-middelgraifttpulver hatt begrenset suksess når dette er blitt dispergert i borefluider, av flere årsaker. Den hyppigste innvending mot pulverformet grafitt er at det ikke gir gode testresultater mot organisk-baserte smøremidler ved bruk av standard oljefeltinstrumenter for måling av smøring, slik som "Falex Friction and Wear Tester" eller "Baroid Lubricity Meter". Tabell 1, som er tatt fra milepælstudien av Mondshine i 1970 om moment, bevegelsesmotstand og smøring, viser at grafitt ikke reduserte friksjonskoeffisienten sammenlignet med et antall andre tilsatsmidler under de samme testforhold.

<*> Konsentrasjon i lb/bbl, pund pr. fat, bortsett fra dieselolje som

er oppgitt i bbl/bbl (1 lb/bbl = 2,86 g/l = 2,86 kg/m<3>)

<+> Fluid A 15 g bentonitt i 350 ml vann

Fluid B 15 g bentonitt, 60 g Glen Rose leirskifer, 3 g kromlignosulfonat, 0,5 g kaustisk soda i 350 ml vann

Kilde: Oil and Gas Journal "Drilling Mud Lubricity - Guide to reduce torque and drag," Des. 1970

I tillegg finnes den ulempe med grafitt at den grafitt som er blitt tilført til fluidsystemet med tiden har tendens til å flyte til overflaten i slamtankene og agglomereres som svart urenhet og/eller stabilt skum. Akkumulasjonen av små mengder av råolje plukket opp av fluidet under boring øker dette problem ytterligere. Denne egenskap og oppførsel for grafitt i borefluider er vanlig og velkjent blant fagpersoner. Derfor kan ikke eventuell grafitt som flyter på overflaten, og som skulle virke som et smøremiddel for å redusere friksjonen, tas opp av pumpesuget og sendes tilbake ned i hullet uten understøttelse av ytre blanding og ekstra arbeidsinnsats av riggpersonellet.

Oppsummering av oppfinnelsen

Med den foreliggende oppfinnelse løses de ovennevnte problemer ved at det benyttes en resilient grafittisk karbonpartikkeltilsats til borefluidet, hvilken er effektiv til å hindre og å styre tap av borevæske inn i undergrunnsformasjoner, og innehar gode smørende egenskaper, idet de grafittiske karbonpartikler har en resiliens større enn 35 %

(størrelsesgjenoppretting) etter kompresjon med 10000 psi (68,95 MPa).

Det henvises til fremgangsmåten ifølge krav 1, fremgangsmåten ifølge krav 17, fremgangsmåten ifølge krav 19 og fremgangsmåten ifølge krav 20.

Nærmere bestemt blir porene og frakturene i leirskifer, sandstein, og lignen-de, med den foreliggende oppfinnelse effektivt forseglet med resiliente grafittiske karbonpartikler som kan pakkes tett under trykk i porene og frakturene for å ekspanderes eller kontraheres uten å løsne eller kollapse på grunn av endringer i den ekvivalente sirkulasjonstettet eller ved en økning i fluidvekt. For de fleste anvendelser har omtrent 90 % av partiklene generelt størrelse mellom -20 og +200 mesh US-standard (-841 fim,

+ 74 um).

Grafittiske karbonpartikler blir generelt ansett for å være resiliente dersom de etter sammenpressing med trykk 10000 psi (68,95 MPa) gjenvinner minst 20 volum% av størrelsen, og fortrinnsvis minst 35 %. Verdier på opp til 150 % gjenvinning av størrelsen av det sammenpressede materiale er blitt oppnådd for noen prøver. Dette er vesentlig høyere resiliens enn for eksempel kalsinert petroleumskoks. Én av de foretrukne grafittiske karbonpartikler, fremstilt av Superior Graphite under handelsnavnet Desulco® 9019, kan ha en resiliens opp til 100-150 %, mens kalsinert petroleumskoks har en resiliens på bare ca. 20 %. En annen foretrukken grafittisk partikkel fremstilles av Superior Graphite under handelsnavnet Serie 9400 Spherical Graphitic Carbon. Den har vanligvis en lavere resiliens, mellom 35 og 42 %. Imidlertid menes dens kuleform å medføre andre ønskelige egenskaper for bruk som en borefluidtilsats, slik som forbedrede flyteegenskaper.

På grunn av resiliensegenskapen knuses få partikler, og i intet tilfelle vil det dannes en tett pellet. Ved en økning eller senkning av trykket på de sammenpressede partikler vil volumet endres, men partiklene forblir separate og vil ikke kombinere seg slik at det dannes en kompakt kake som ved andre tilsatser for hindring av borefluidtap.

De resiliente grafittiske karbonpartikler vil ikke mykne i mineralolje, råolje, og/eller alkalier med tid og temperatur normale for oljebrønn- eller geotermiske boreoperasjoner.

Videre er det nok en vesentlig fordel med den foreliggende oppfinnelse ved at moment og bevegelsesmotstand ved boreoperasjonen kan reduseres ved tilsats av de resiliente grafittiske karbonpartikler i henhold til den foreliggende oppfinnelse, for eksempel ved å plassere en ladning på omtrent 40 fats volum inneholdende et mangfold av resiliente grafittiske karbonpartikler mellom borerøret og hard abrasiv formasjon. Konsentrasjonen av grafittiske karbonpartikler som med suksess er blitt benyttet i felten varierer fra 30 pund/fat til 120 pund/fat (85,8 til 343,2 kg/m<3>) i en 40 fat-porsjon.

Tilsvarende vil grafittisk karbon i mengder på 2 til 6 pund/fat 5,72 til 17,16 kg/m3 i hele fluidsystemet redusere slitasjen på foringsrør ved fysisk å adskille de to metalloverflater med resiliente grafittiske karbonpartikler.

Et annet aspekt med oppfinnelsen er at den bevarer ressursene og øker det totale utbytte av boreoperasjonen. Dette oppnås med det resiliente grafittiske karbonmateriale fordi hver partikkel består av en grafitt- og karbongrunnmasse. Grafittinnholdet er fortrinnsvis minst 20 % eller høyere. Ved én av de foretrukne tilsatser, fremstilt av forsinket petroleumskoks, kan grafittiseringen nå 80-95 %.

Denne grafittiserte struktur bidrar til et antall praktiske fordeler for boreoperasjonen: (1) Der hvor høye konsentrasjoner på 100 pund/fat (286 kg/m<3>)eller høyere er nødvendige for å forhindre tap i borehullet, er de -20 til +200 mesh grafittiske karbonpartikler grove nok til at borefluidet ikke behøver så stor pumpeenergi som for en tilsvarende vekt av pulverformet grafitt (1 til 75 im). Faktisk viser eksperimenter med alle de fine partikkelformede materialer som blir benyttet til å forsegle tapssoner at de "låser" borefluidet i slik grad at det ikke lenger er pumpbart. (2) Partiklene med størrelse -20 til +200 mesh er umiddelbart tilgjengelige til å plugge porøs, uttømt sand eller til å bygge bro over frakturer, dersom formasjonen som er blitt gjennomtrengt av borekronen bryter sammen. Laboratorietester over et sjikt på 1 tomme tykkelse av -16 til +30 mesh sand presentert i Tabell 3 nedenfor, viser at resilient grafittisk karbon i størrelse -20 til +200 mesh forsegler den porøse sone på en måte som er akseptabel for borindustrien. Et antall suksessrike felttester med bruk av ca. 400000 pund grafittisk karbon bekrefter konklusjonene fra laboratorietestene. (3) Resiliente grafittiske karbonpartikler reduserer friksjon og slitasje i henhold til to metoder. For det første vil de sterkt resiliente partikler, når de er til stede i tilstrekkelige konsentrasjoner, fysisk forhindre borerøret fra å gni mot stålforingsrøret. For eksempel kan et borerør på 4,5 tomme (11,43 cm) gni mot foringsrøret slik at det kan oppnås punktlaster på 80000 psi (552 MPa), slik at det oppstår metallfjerning i form av dype sår som kan bli utgangspunkt for spenningskorrosjonsproblemer eller lekkasje av foringsrøret senere i levetiden for brønnen. En tilsvarende virkning er blitt observert i et åpent hull uten foringsrør hvor resilient grafittisk karbon separerer borerøret fra kontakt med en hard abrasiv formasjon. Momentet som er nødvendig for å rotere borerøret reduseres dramatisk. For eksempel ble en tilsats på 2 pund/fat (5,72 kg/m<3>) av resilient grafittisk karbon til et vannbasert fluid i en felttest i en brønn i Oklahoma benyttet, hvilket reduserte strømforbruket for rotasjonsbordet til 500 A fra en toppverdi på 2330 A. Dette gjorde det mulig for operatøren å fortsette boringen, inntil borekronen passerte et område med hard kvartsittsandstein. Følgelig medfører partiklene i det beste tilfellet at to overflater forhindres fra å komme i kontakt med hverandre.

Den andre måte resiliente grafittiske karbonpartikler gir reduksjon av friksjon og slitasje er, i det verste tilfellet, ved ekstreme trykk, hvor grafittpartikler, plassert ved punktet for ekstreme trykk, knuses. Ved det øyeblikk bryter komposittpartikler sammen til grafitt av mindre størrelse som fortsetter å redusere moment og bevegelsesmotstand etter klassisk måte. Men på grunn av dette prinsipp for kontrollert frigjøring, blir i intet tilfelle så mye grafitt frigjort at det fører til alvorlige virkninger for plastisk viskositet, flytepunkt eller til dannelse av en film når det avhendes overbord sammen med borekaks, hvilket finner sted ved tilsats av den samme mengde av grafittpulver.

Således er den resiliente grafittiske karbonpartikkeltilsats i henhold til den foreliggende oppfinnelse en kostnadseffektiv metode til i et borefluidmiljø å levere de velkjente smørende egenskaper til grafitt til det eksakte punkt i borehullet der problemet er.

Kort beskrivelse av tegningene

Ved beskrivelsen av de foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen, gjøres det henvisning til de følgende tegninger, hvor: Fig. 1 er et diagrammatisk tverrsnitt av en brønnboringsoperasjon gjennom undergrunnsformasjoner med tilførsel av grafittisk karbon til borefluidet; og Fig. 2 er et diagrammatisk tverrsnitt som viser den smørende virkning av grafittisk karbon.

Detaljert beskrivelse av de foretrukne utførelsesformer

Foretrukken sammensetning

Én av de foretrukne resiliente grafittiske karbonpartikler for bruk med den foreliggende oppfinnelse er en kompositt med opp til 80 til 95 % grafittisk karbon og det meste av det resterende i form av ikke-grafittisert karbon. Et slikt produkt er blitt kommersielt betegnet som Desulco® 9019, og fremstilles ved bruk av Superior Graphite's spesielle Desulco® ovnsprosess, beskrevet i US patentskrift 4160813, herved innbefattet ved referanse. Et annet foretrukket grafittisk karbonprodukt for bruk med den foreliggende oppfinnelse er Superior Graphite's kommersielt kjente 9400-serie sfærisk grafittisk karbon, også fremstilt ved Desulco®-prosessen. 9400-produktet er et annet resilient grafittisk karbonprodukt (selv om det er mindre resilient enn Desulco® 9019-produktet) som gjør det til en effektiv borefluidtilsats. Den foretrukne kilde for råmateriale for begge produkter er petroleumskoks. Det foretrukne Desulco® 9019-produkt er generelt fremstilt av forsinket petroleumskoks, mens det foretrukne 9400-Serieprodukt er generelt fremstilt av fluidisert petroleumskoks. Superior Graphite's 5000 serie av syntetisk grafitt kan også benyttes.

Omdannelsen fra koks til grafittisk karbon utføres vanligvis i en totrinns-høytemperaturprosess. Den første del av prosessen er å kalsinere koksen for å fjerne flyktige hydrokarboner som ville kunne innvirke på grafittiseringsprosessen. Den andre del er å omdanne noe av karbonet, fortrinnsvis minst 20 % eller mer, av det kalsinerte koks til syntetisk grafitt i en elektrisk ovn. Grafittiseringen utføres ved temperaturer på 2200 til 3000 °C (vanligvis i 15 minutter til flere timer). Det grafittiserte materiale blir deretter knust og størrelsesordnet for borefluidanvendelser.

Denne prosess reduserer svovelet og innholdet av tungmetaller i den opprinnelige koks, således at produktet blir ugiftig og inert mot reaksjon med andre bore-fluidkjemikalier. Ett av de foretrukne grafittiske karboner, for eksempel Desulco® 9019, har for eksempel en LC50 på ca. 700000 ppm. Dette tillater dets bruk i borefluider benyttet i miljøømfintlige områder.

Typiske sammensetninger av foretrukne resiliente grafittiske karbon-materialer for bruk i borefluider er vist i Tabell 2 nedenfor:

For noen anvendelser er det ønskelig å ha partiklene i slammet slik at 100 % er mindre enn +200 mesh og 95 % er større enn 8 um, slik at all grafittisk karbon vil

passere gjennom en finmasket sikt. Slike sammensetninger har en lavere resiliens, men har den fordel at utsiving av borefluidet i formasjoner med mindre alvorlige tap av fluid kan styres kontinuerlig fordi partiklene ikke vil filtreres ut av det sirkulerende borefluid av apparaturen som styrer innholdet av faste stoffer.

Der hvor de grafittiske karbonpartikler benyttes primært for smøring er det ønskelig å ha størrelse på partiklene mellom +20 mesh og 8 um. Partiklene tilføres derved i konsentrasjoner på 20 pund/fat til 120 pund/fat (57,2 til 343,2 kg/m ).

Resiliens

Resiliensen til én av de foretrukne grafittiske karbonpartikler, fremstilt av forsinket petroleumskoks, er 100 -150 %. Til sammenligning er resiliensen av en testet kalsinert petroleumskoks ca. 20 %. Resiliensen av de andre foretrukne grafittiske karbonprodukter, fremstilt av fluidisert petroleumskoks, er 35-42 %.

Testprosedyren for resiliens innebærer først å fylle en testform for kom-primering med 16 gram tørket, finfordelt materiale som skal testes. Materialet sammenpresses i en hydraulisk presse inntil målernålen viser null. Høyden i formen måles og opptegnes. Materialet sammenpresses deretter med 10000 psi (68,95 MPa) og høyden måles på ny. Trykket frigjøres og formen fjernes fra pressen. Deretter får materialet stå inntil videre ekspansjon ikke observeres. Høyden i formen måles en siste gang. Denne høyde minus høyden ved 10000 psi, dividert med høyden ved 10000 psi, ganger 100, utgjør den prosentvise ekspansjon.

Som allerede nevnt bibringer resiliensen til de grafittiske karbonpartikler i henhold til den foreliggende oppfinnelse et antall ønskelige egenskaper.

Brobygging og plugging

Fig. 1 viser et tverrsnitt nede i en oljebrønn 10, med et roterende borerør 12, og borefluid 14 som pumpes ned gjennom det indre av røret og returnerer gjennom mellomrommet mellom borerøroverflaten og brannveggen 16.1 eksemplet som er vist bores hullet gjennom, ovenfra og ned, en leirskiferformasjon 20, en uttømt sandfor-masjon 22, en frakturert leirskiferformasjon 24, og en annen leirskiferformasjon 26. Grafittiske karbonpartikler 18 samles opp ved og plugger porene i den uttømte sand-steinsformasjon 22 og frakturene i den frakturerte leirskiferformasjon 24, slik at tap av borefluid forhindres. Ettersom det grafittiske karbon generelt er resilient, vil partiklene videre sammenpresses og ekspanderes nede i borehullveggen med endringer i trykk uten å knuses eller løsne.

Virkningen av de foretrukne resiliente grafittiske karbonpartikler til å forhindre tap av borefluid ble testet som følger: Fire ekvivalenter av 1 fat med et 12 pund/gallon (1197,3 kg/m<3>) PHPA polymerbasert borefluid ble omrørt med -20 til +200 mesh resiliente grafittiske karbonpartikler i konsentrasjoner på 10, 20 og 30 pund/fat (28,6; 57,2 og 85,8 kg/m<3>). En prøve ble medbragt som en "Blank". Etter som blandingen av hver fluidprøve ble fullført ble den helt inn i en standard 100 psi (0,69 MPa) API-filtreringscelle og på et 1 tomme tykt sjikt av 16/30 mesh gruspakket sand. Cellen ble forseglet og satt under trykk på 100 psi. Resultatene som er fremsatt i Tabell 3 viser at cellen med fluidet uten noe grafittisk karbon ble tørr umiddelbart ved påføring av et differansetrykk på 100 psi. Imidlertid ga prøvene med 10, 20 og 30 pund/fat grafittisk karbon hurtig forsegling av tap av hele fluidet. For eksempel ved 30 pund/fat (Forsøk 4) passerte intet fluid i det hele tatt gjennom 16/30-sjiktet av sand, og filtratet som passerte gjennom etter en tidsperiode var uten innhold av faste stoffer.

Restriksjon mot nedsliting ved høv skjærpåvirkning

Fig. 2 viser et forstørret tverrsnitt av en roterende borerøroverflate 30 under ekstremt trykk (indikert av piler 31) hvilket beskyttes mot kontaktering av en hard, abrasiv borehullsveggformasjon 34, ved fritt grafitt i boreslammet 36. De grafittiske karbonpartikler frigjør fritt grafitt kun under ekstreme trykk og rullfriksjon dannet ved at borerøret knuser komposittstrukturen i de grafittiske karbonpartikler. Ellers forblir de grafittiske karbonpartikler i hovedsak intakte, således at de opprettholder sine gunstige egenskaper i denne form, og de uønskede virkninger forbundet med pulverformet grafitt unngås.

En nedslitingstest ble utført for å studere skjæregenskapene til de foretrukne grafittiske karbonpartikler ifølge den foreliggende oppfinnelse. Testen innebar å påføre høy skjærspenning til en borefluidprøve inneholdende resiliente grafittiske karbonpartikler, og å observere mengden av partikler som brøt sammen i løpet av en gitt tidsperiode. Testdataene i Tabell 4 nedenfor er basert på virkningen av omrøring av en forsøksprøve av borefluid med Desulco® 9019 grafittisk karbontilsats (størrelse mellom - 20 mesh og +200 mesh) ved skjærrater på 23000 r/min i 90 minutter i en SS-blandekopp på en Hamilton Beach nr. 30 blander. Til sammenligning ble en kontrollprøve av ren bentonittborefluid uten grafittisk karbon testet under de samme forhold ved bruk av den samme blander.

For å forenkle nedslitingstesten ble en 30 ml aliquot av fluidet våtsiktet over en 200 mesh-sikt. Volumet av resten på sikten etter bortvasking av kolloidale leirestoffer ble tatt som et mål for endringen i volum av det grafittiske karbon på grunn av virkningen av skjær.

Tabell 4 viser at den grafittiske karbonfluidforsøksblanding tapte bare ca. 1 % volum under forsøksbetingelsene etter 90 minutter. Dette indikerer at grafittiske karbonpartikler er bestandige mot de høye hastigheter og den oppdelende virkning av blanderbladene.

Av tilsvarende betydning er det faktum av fargen av bentonittfluidet ikke ble svart, hvilket vil kunne forventes dersom det grafittiske karbon hadde desintegrert. Bestandigheten mot nedsliting, til tross for den meget høye skjærpåvirkning, tillegges den resiliente natur for de grafittiske karbonpartikler.

Abrasivitetsindeks av grafittisk karbon mot 1020 bløtt stål

En annen egenskap av betydning er den relative abrasivitet av de grafittiske karbonpartikler. Dersom abrasiviteten er for høy, vil det grafittiske karbon uunngåelig erodere borekomponentene av stål. Følgelig ble det gjennomført en modifisert API-test av "abrasivitet av vektmaterialer" for å vurdere abrasiviteten til de foretrukne grafittiske karbonpartikler ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Testen besto av å tilføre 200 g av det foretrukne grafittiske karbonmateriale til 350 ml fluid (tilsvarenende 1 fat) og å blande ved 23000 r/min i 20 minutter. Vekttapet av en spesiell stålkupong plassert i blandebeholderen ble deretter beregnet. Kupongen veide opprinnelig ca. 1,6 g og hadde nominell størrelse 5/8" x 2" x 0,01" (1,59 x 5,08 x 0,0254 cm).

Tabell 5 viser at vekttapet fra stålkupongen ved prøven på 200 pund/fat av grafittisk karbon-borefluidblanding ikke var større enn den oppnådd med kontrollprøven A på 15 pund/fat bentonittleire. På den annen side medførte prøve B, med 200 pund/fat (572 m<3>/kg) av API-grad hematitt (jernoksid) vektmateriale et tap på 3,6 mg/min. Videre var kalsinert forsinket petroleumskoks enda mer abrasivt enn hematitten, og bevirket et tap på 6,8 mg/min, hvilket er 36 ganger høyere erosjonsrat enn for partikler med tilsvarende størrelse av det foretrukne grafittiske karbon.

Det er derfor klart at det resiliente grafittiske karbon ifølge den foreliggende oppfinnelse ikke vil bidra til abrasjon eller erosjonen og korrosjonen av forbruksdeler (pumperør, etc.) eller av nede-i-hulls-motorer.

Virkning av grafittisk karbon på reologien i et 12,1 pund/gal (" 207 kg/ m ) PHPA borefluid

Et annet viktig trekk med det grafittiske karbon ifølge den foreliggende oppfinnelse er at det kan tilføres til borefluid i vesentlige mengder uten å påvirke reologien i borefluidblandingen negativt.

For eksempel viser testdataene nedenfor i Tabell 6 at grafittisk karbon kan tilføres i konsentrasjoner opp til 120 pund/fat uten å "låse" fluidet, dvs. uten å gjøre det for tykt og viskøst. Det er særlig viktig å merke at gelstyrken, et mål for tiksotropi, var 8/15 pund/100 fot i kontrollprøven uten grafittisk karbon. Ved innhold på 120 pund/fat (343,2 kg/m3) grafittisk karbon, var den opprinnelige gelstyrken kun 15 pund/100 fot<2>, og etter å ha ligget i ro i 10 minutter forble den lik 15 pund/100 fot<2>.

Felttest 1

Et antall felttester ble utført for å vurdere virkningen av den grafittiske karbontilsats under virkelige forhold. Ved én test ble resilient grafittisk karbon tilført til et kalkbasert borefluid og dette medførte at utsivingstap og tapt sirkulasjon ble forhindret på en gunstig måte i en dyp, varm brønn i syd-Louisiana. Materialet ble brukt alene og i blandinger med finkornet glimmer, cellulosefiber eller kalsiumkarbonat, avhengig av det estimerte behov etter som brønnen nærmet seg det tilsiktede dyp. I alle tilfeller var materialet kompatibelt med de andre produkter mot tapt sirkulasjon eller utsivingstap.

Konsentrasjonen av resilient grafittisk karbon varierte fra 40 pund/fat (114,4 kg/m ) porsjoner til ladninger plassert på 120 pund/fat (343,2 kg/m ). Det var en minimal virkning på viskositeten selv ved borefluidvekter høyere enn 18 pund/gallon (1796 kg/m <1). Boringen av brønnen til det tilsiktede dyp var vellykket. En total mengde på ca. 30000 pund (13620 kg) av resilient grafittisk karbon ble brukt i denne felttest.

Felttest 2

En annen felttest ble utført på et boreområde offshore i Mexicogulfen. Ved denne test ble ca. 30000 pund (13620 kg) resilient grafittisk karbon med suksess brukt i et syntetisk oljebasert borefluid. Operatøren plasserte porsjoner på 40 fat av det resiliente grafittiske karbon etter behov, og var i stand til med suksess å holde tapet av det kostbare oljefluid godt under 1 fat/minutt.

Fra det foregående kan det ses at en fremgangsmåte for å forhindre eller styre tapet av borefluid inn i undergrunnsformasjoner er blitt tilveiebragt, hvilken overvinner mange ulemper med den kjente teknikk. Selv om fremgangsmåten er blitt beskrevet i form av en foretrukken utførelsesform, er det ikke meningen å begrense oppfinnelsen til denne utførelsesform. Tvert imot er det meningen å dekke alle modifikasjoner og tilsvarende utførelsesformer innenfor området for de vedføyde krav. Videre bør det legges vekt på at mange variasjoner innenfor området for den foreliggende oppfinnelse vil være nærliggende for en fagperson. For eksempel kan grafittiske karbonpartikler ifølge den foreliggende oppfinnelse blandes med andre tilsatser for å nå resultater som er ønskelige i en spesiell situasjon. Tilsvarende kan ulike størrelses-sammensetninger av partiklene være ønskelige avhengig av naturen av porene eller frakturene som skal plugges, eller der hvor hensikten først og fremst er smøring istedenfor kontroll av fluidtapet.

Claims

1. Fremgangsmåte for bedring av egenskapene i et borefluid, omfattende trinnet å tilføre resiliente grafittiske karbonpartikler til borefluidet, idet de grafittiske karbonpartikler har en resiliens større enn 35 % (størrelsesgjenoppretting) etter kompresjon med 10000 psi (68,95 MPa).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor resiliensen er mellom 100 og 150 %.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor partiklene er større en +200 mesh.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor størrelsen for ca. 90 % av de grafittiske karbonpartikler er mellom -20 og +200 mesh.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor de grafittiske karbonpartikler tilføres til borefluidet i konsentrasjoner mellom 30 pund/fat og 120 pund/fat (85,8 til 343,2 kg/m<3>).

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor de grafittiske karbonpartikler er til stede i hele fluidsystemet i en konsentrasjon på 2 til 6 pund/fat (5,72 til 17,16 kg/m ).

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor de grafittiske karbonpartikler er fremstilt ved grafittisering av petroleumskoks.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvor petroleumskoksen er en fluidisert petroleumskoks.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvor petroleumskoksen er en forsinket petroleumskoks.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor de grafittiske karbonpartikler har grafittinnhold høyere enn 80 %.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor de grafittiske karbonpartikler har et grafittinnhold på 20 % eller høyere.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor de grafittiske karbonpartikler har en partikkeltetthet mellom 1,45 og 2,2 g/cm<3>.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor borefluidet er vannbasert.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor borefluidet er oljebasert.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor de grafittiske karbonpartikler tilføres til borefluidet i en mengde tilstrekkelig til å forhindre tap av borefluidet inn i porøse eller frakturerte formasjoner.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor de grafittiske karbonpartikler tilføres til borefluidet i en mengde som er virksom til å korrigere tap av borefluid til porøse eller frakturerte formasjoner.

17. Fremgangsmåte for å bedre de smørende egenskaper til et borefluid brukt under boring av en brønn, omfattende trinnet å tilføre et smøremiddel som innbefatter resiliente grafittiske karbonpartikler med størrelse varierende fra +20 mesh til 8 um, idet de grafittiske karbonpartikler har en resiliens større enn 35 % (størrelsesgjenoppretting) etter kompresjon med 10000 psi (68,95 MPa).

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17, hvor smøremidlet tilføres i konsentrasjoner fra 20 pund/fat til 120 pund/fat (57,2 til 343,2 kg/m<3>).

19. Fremgangsmåte for å redusere moment og bevegelsesmotstand under rotasjon, heving eller senking av borerøret, omfattende trinnet å tilføre resiliente grafittiske karbonpartikler med størrelse fra -20 til +200 mesh til borefluidet samtidig som fluidet sirkuleres, idet de grafittiske karbonpartikler har en resiliens større enn 35 % (størrelsesgjenoppretting) etter kompresjon med 10000 psi (68,95 MPa).

20. Fremgangsmåte for å styre tapet av borefluid fra nedhulls i en oljebrønn, omfattende å tilføre grafittiske karbonpartikler til brønnhullet, hvorved de grafittiske karbonpartikler tilføres til et fluid, idet de grafittiske karbonpartikler har en resiliens større enn 35% etter sammentrykking med 10000 psi (68,95 MPa).

21. Fremgangsmåte ifølge krav 20, hvor de grafittiske karbonpartikler kombineres med et tilsatsmiddel mot utsivingstap.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 21, hvor fluidet er borefluid.