Design of High Performance Drilling Fluids: Challenges And Future

16 Pages·2010·0.43 MB·English

DDeessiiggnn ooff HHiigghh PPeerrffoorrmmaannccee DDrriilllliinngg
Fluids: Challenges And Future Directions
ffoorr HHPP//HHTT FFlluuiiddss
Apurva Samudra
Prof. Nick Sahinidis
Kickoff Meeting
EEnneerrggyy SSyysstteemmss IInniittiiaattiivvee ((EESSII))
Center for Advanced Process Decision-making
Deep Drilling
World energy demand continuously increasing 
o
TToottaall eessttiimmaatteedd ccoonnvveennttiioonnaall ggaass rreessoouurrcceess aatt 
o
depths > 4.5 km = 844 TCF
No. of deep wells disproportionately small 
o
compared to their potential
 Costs are an order of magnitude higher 
 Higgh costs limit the number of deepp wells 
 Drilling amounts to 50% of the total well costs
 Last 10‐20% of the bore hole can account for 50% 
of the total cost
2
Drilling Process
A A Drill pipe
E
B Drill stringg
B C Drill bit
F
D Rock cuttings
E Annulus
D
F Solid 
separattiion
devices 
C
Source: Schlumberger Excellence in Educational Development (SEED)
3
Drilling Cycle
Turbulent zone
Drill pipe 
Propertiies addjjustedd  o Hiighh shhear zone
with additives o High temperature 
PPrrooppeerrttyy 
Driillll bbiit 
Adjustment 
o Laminar flow
Shale shakers,  o Filter‐cake 
Solids  Well 
centrifuges etc. with  formation 
control  annulus 
Low shear rate oo CCuuttttiinnggss ttrraannssppoorrtt
4
Functions of Drilling Fluids
Remove and transport drilled cuttings 
o
 RReemmoovvaall iinnccrreeaasseess rraattee ooff ppeenneettrraattiioonn
Cool and lubricate the drill bit
o
 Increase lifespan of the bit
Seal the wall in permeable formations 
o
 Form a filter cake to reduce loss of circulation
CCoonnttrrooll pprreessssuurree iinn tthhee ddrriilllleedd ffoorrmmaattiioonn 
oo
 Stability and efficiency affected greatly by pressure
 MMaannaaggee ggaass kkiicckkss, ffoorrmmaattiioonn lliiqquuiidd iinnvvaassiioonn eettcc.
5
Functions of Drilling Fluids
Minimize reservoir damage 
o
PPeerrmmiitt ffoorrmmaattiioonn eevvaalluuaattiioonn
o
Maintain well‐bore stability
o
Prevent corrosion and excessive wear
o
FFaacciilliittaattee cceemmeennttiinngg aanndd ccoommpplleettiioonn
oo
Inhibit gas hydrate formation
o
Neutralize corrosive gases encountered
o
6
Components of Water-based Muds
Water
Freshwater, 
seawater, brines
Base fluid Inert
Soluble
Other minerals
TThhiinnnneerrss, 
salts, …
Reactive
Water‐based 
Smectite
mmuuddss
Mud system
High density
WWeeiigghhiinngg mmaatteerriiaall,, 
Solids
insoluble salts
Drilled cuttings
LLooww ddeennssiittyy
Clays, polymers
7
Components of Non-aqueous Muds
Base fluid
Esters, diesel, mineral oils
External 
synthetic fluids like olefins, 
pphhaassee
SSoolluubbllee aaddddiittiivveess
Surfactants, rheology modifiers, 
Internal phase
Non‐aqueous  thinners, 
Lime, glycols, acetates, 
MMuuddss
nitrates
Mud system
Organophillic clays, weight 
material, CaCO
3
Solids
DDrriilllleedd 
cuttings
8
HP/HT Drilling Challenges
Meet the demanding conditions
o
 DDeepptthhss >> 2200000000 fftt , PPrreessssuurreess uupp ttoo 22000000 bbaarr, 
Temperatures up to 250°C
AAtt eexxttrreemmee ccoonnddiittiioonnss llooww RROOPP lleeaaddss ttoo hhiigghh 
oo
costs
 Addddiitiive ddegradde
 Mud breaks down
 Mud behavior difficult to predict
Performance vs. Environmental acceptance
o
9
Design Process
Formulate
ooIIddeennttiiffyy ppoossssiibbllee  ooDDeevveelloopp 
oAssess current 
algorithms to 
additives 
muds
span the search 
oFormulate 
ooDDeeffiinnee nneeeeddss
ssppaaccee
property moddells
Asses Design
10