Teknisk artikkel: Ytelsesanalyse av Merits 7-tommers skumball for rensing av rør i olje- og gassbrønner

 

Teknisk artikkel: Ytelsesanalyse av Merits 7-tommers skumball for rensing av rør i olje- og gassbrønner

Sammendrag
Fjerning av gjenværende sement, borevæsker og rusk fra rør under olje- og gassboring er avgjørende for å opprettholde brønnintegritet og driftseffektivitet. Skumballer brukes mye i denne prosessen på grunn av deres komprimerbarhet og evne til å tilpasse seg. Denne artikkelen analyserer de vitenskapelige prinsippene og ytelsesegenskapene til Merit Automotives 7-tommers skumball, med et tørkeområde på 5,170 til 2,760 tommer og en minste restriksjonstoleranse på 1,380 tommer. Gjennom materialanalyse, mekanisk testing og feltdata demonstrerer vi dens effektivitet under høytrykk- og høytemperaturforhold (HPHT) og i komplekse brønngeometrier.

Innledning
I boreoperasjoner påvirker rensligheten inne i borerør og produksjonsrør direkte utstyrets levetid og brønnens ytelse. Rester som sementslurry og borevæske kan herde eller forårsake korrosjon i rørene, og dermed kreve robuste rengjøringsløsninger. Skumballer laget av elastomere materialer utnytter elastisk deformasjon og friksjonskrefter for å rengjøre innvendige rørflater. Merit Automotives 7-tommers skumball er utviklet for å møte disse utfordringene, med en balanse mellom fleksibilitet, holdbarhet og kjemikalieresistens. Denne artikkelen gir en vitenskapelig vurdering av dens design og ytelse, med fokus på bruksområder i moderne boreoperasjoner.

Materialkomposisjon og egenskaper
7-tommers skumball er laget av en høykvalitets naturgummiblanding med åpen celle-struktur. Viktige materialegenskaper inkluderer:

• Tetthet: ~0,95 g/cm³, som gir oppdrift og strukturell integritet.
• Elastisitetsmodul: 2–5 MPa, muliggjør betydelig deformasjon under belastning.
• Strekkfasthet: 10–15 MPa, motstandsdyktig mot riving ved kompresjon.
• Parting stretch: 380 % til 440 %, beregnet som forholdet mellom deformert lengde og opprinnelig lengde.
• Bruddforlengelse: 800 % til 950 %, reflekterer evnen til å tåle ekstrem forlengelse før brudd.
• Termisk stabilitet: Driftstemperatur -40 °C til 150 °C, bestemt via DSC-analyse.
• Kjemikalieresistens: Stabil i oljebaserte mud (OBM) og sure miljøer, validert i henhold til ASTM D471.

Den åpne cellestrukturen forbedrer komprimerbarheten og gjør det mulig for ballen å tilpasse seg varierende indre diametre, samtidig som den opprettholder tilstrekkelig kontakttrykk for effektiv rengjøring.

Mekanisk design og ytelsesparametere
Geometrien og den mekaniske oppførselen til ballen er optimalisert for rensing:

• Nominell diameter: 7 tommer (178,1 mm).
• Tørkeområde: 5,170 til 2,760 tommer (131,3 til 70,1 mm).
• Minste restriksjon: 1,380 tommer (35,1 mm).

Tørkeområdet styres av komprimerbarhet, uttrykt ved voluminell tøyingsformel: ϵv=1−(dmind0)3\epsilon_v = 1 – \left(\frac{d_{\text{min}}}{d_0}\right)^3ϵv​=1−(d0​dmin​​)3

Ved å sette inn verdier:
ϵv≈0.99\epsilon_v \approx 0.99ϵv​≈0.99, som indikerer nesten fullstendig volumreduksjon uten strukturell svikt.

Friksjonskraften under rengjøring: Ff=μ⋅NF_f = \mu \cdot NFf​=μ⋅N Der:

• μ\muμ = friksjonskoeffisient (0,3–0,5 for gummi mot stål)
• NNN = normalkraft, proporsjonal med kontakttrykket

Den åpne cellestrukturen øker kontaktflaten, noe som forbedrer rengjøringseffektiviteten.

Eksperimentell validering
Laboratorietester:

• Kompresjonstest: Komprimert til 1,380 tommer ved 10 mm/min; toppbelastning 200–250 N uten skade.
• Trykktest: 5 000 psi ved 150 °C i 24 timer; <1 % massetap, ingen deformasjon.
• Rengjøringstest: Simulert sementbelegg (2 mm) i et 5-tommers stålrør; 98 % fjerning ved 500 psi pumpetrykk.

Feltdata
Brukt i Permian Basin-brønn (9 500 fot, 5-tommers borestreng, 1,5-tommers restriksjon). Pumpetrykk: 300 psi, gjennomstrømmingstid: 12 min, trykkøkning <50 psi. Etter inspeksjon: Rør var visuelt rent, med >95 % ruskfjerning basert på væskeanalyse.

Diskusjon
Ballens ytelse er et resultat av:

• Elastisk deformasjon: Høy strekk- og bruddtøying gir sikker passering gjennom innsnevringer.
• Termisk/kjemisk stabilitet: Driftssikker i HPHT-brønner og aggressive boremiljøer.
• Friksjonseffektivitet: Åpen cellestruktur maksimerer kontaktareal og rengjøringseffektivitet.

Sammenlignet med konkurrenter har Merits ball større tørkeområde og lavere minste restriksjon, som reduserer behovet for ulike ballstørrelser og øker fleksibiliteten i operasjoner.

Konklusjon
Merit Automotives 7-tommers skumball representerer avansert ingeniørkunst innen oljebrønnrensing. Dens dokumenterte elastisitet, holdbarhet og tilpasningsevne gjør den ideell for sementering og boreapplikasjoner. Tørkeområdet på 5,170 til 2,760 tommer og minimumsrestriksjon på 1,380 tommer muliggjør effektive operasjoner i moderne brønndesign. Fremtidig forskning kan fokusere på gummiformuleringer som tåler enda høyere trykk og temperatur.

Takk
Forfatterne takker Merit Automotive for tekniske data og støtte i feltarbeidet.