Kan elektroforese forbedre brønnkonstruksjon?

Brønnkonstruksjon innen olje og gass og geotermisk industri blir stadig mer kompleks og kostbar i takt med økende boredyp. Av den grunn forskes det aktivt for å finne nye måter å redusere kostnader og bedre sikkerheten på. Elektroforese er en fysikalsk-kjemisk teknikk kjent fra tidlig 1800-tall, som kan bidra til å redusere kostnader knyttet til boring og brønnkonstruksjon. Spesielt kan metoden være nyttig i forbindelse med rensing av utstyr og reduksjon av energiforbruk når borevæsker og sement pumpes ned i brønnen.

Elektroforese 101

Flere av væsketypene som brukes under boring og brønnkonstruksjon består av partikler i en suspensjon. Disse partiklene er ofte elektrisk ladet. For eksempel er leirpartikler som finnes i borevæsker, som oftest negativt ladet. Ladningen oppstår f.eks. når ioner i leirmineraler erstattes av ioner som finnes i bærevæsken. På samme måte er også sementpartikler vanligvis ladet.

Dersom en slik suspensjon utsettes for et elektrisk felt, vil ladde partikler ha en tendens til å bevege seg mot elektroden med motsatt polaritet. Denne effekten kaller vi elektroforese. Den meste kjente bruken av elektroforese er antakelig innenfor kriminaletterforskning der den er benyttes til å skille DNA-molekyler.

Elektroforese og brønner

Forsøk vi nylig har gjennomført indikerer at elektroforese kan få nye og mer omfattende bruksområder, som for eksempel pumping av væsker ned i brønner i forbindelse med boring og brønnsementering. Både pumper, blandere og annet utstyr som brukes til håndtering av boreslam og sement må renses. Ved å utsette metalloverflater for negativ ladning kan man forenkle renseprosessen, redusere vannmengden og oppnå en bedre renseeffekt, som i sin tur kan spare både tid og penger.

Resultater fra laboratorieforsøk ser lovende ut når det gjelder teknologien for såkalt Elektrorens. Stålelektroder ble senket ned i sementslurry. Etter at slammet ble utsatt for 18 volt i 18 minutter, dannet det seg en sementklump ved den positive elektroden, mens den negative elektroden var nesten ren (se bilde nedenfor). En referansetest der slurry ikke ble utsatt for spenning, gav mellomliggende resultater.

Elektroforese kan også tenkes å bli brukt til å redusere friksjonstap og slitasje som oppstår når man pumper væsker ned i brønnen. Under boring er det for eksempel vanlig å pumpe en partikkelmettet borevæske ned i borerøret. Væsken stiger deretter opp igjen til overflaten i ringrommet mellom selve røret og brønnveggen eller foringsrøret.

Slampumpene må tåle friksjonstrykktapet som væsken utsettes for på vei ned og opp. Dersom det viser seg at elektroforese faktisk kan redusere friksjonstrykktap ved å frastøte partikler fra rørveggen, gir dette mulighet for å redusere både energiforbruk og utslipp fra boreriggen på en enkel måte.

Pågående forskning ved SINTEF Industri

Elektroforese er en kompleks prosess. Bruk av prosessen krever flerfaglig kompetanse i brønnteknologi, boring, væskemekanikk og elektrokjemi.

Flere grunnleggende spørsmål må besvares før teknologien kan vurderes for bruk i felten.

• Hvordan påvirker væskesammensetningen renseeffekt og friksjonsreduksjon? Er det mulig å finjustere sammensetningen av tilsetningsstoffer som brukes i sementslurry og borevæsker for å styre effekten?
• Er det AC eller DC som er mest effektiv?
• Hva er de optimale feltparametrene (som f.eks. spenningsnivå og romlig form)?
• Skal man unngå gassdannelse? Kan gassdannelse utnyttes for å forsterke renseeffekten?

Pågående forskning ved SINTEF Industri bør kunne gi svar på disse spørsmålene og kvantifisere de observerte resultatene.