Understanding the Correlation and Limitations of Turbidity (NTU), Total Suspended Solids (TSS), and Maximum Particle Size in Completion Fluid Filtration

Abstract

Bij werkzaamheden in olievelden, met name tijdens putafwerking en workover-activiteiten, is vloeistofzuiverheid van het grootste belang. Hoewel troebelheid (NTU) en totaal gesuspendeerde vaste stoffen (TSS) veel gebruikte indicatoren zijn om de vloeistofkwaliteit te beoordelen, geven deze meetgegevens alleen mogelijk geen volledig beeld van het potentieel van een vloeistof om de formatie te beschadigen. Bovendien speelt de maximale deeltjesgrootte in de vloeistof – die vaak over het hoofd wordt gezien – een cruciale rol bij het verstoppen van de formatie. Dit artikel legt de beperkingen uit van het alleen vertrouwen op NTU en TSS, benadrukt het belang van het beheersen van de deeltjesgrootte door middel van filtratie met hoge efficiëntie en schetst de beste praktijken om de integriteit van de put te waarborgen en de productie te maximaliseren.

Inleiding

Het primaire doel van afwerkings- en workoveroperaties is om de veilige en efficiënte productie of injectie van vloeistoffen uit of in een boorput mogelijk te maken, te herstellen of te optimaliseren, terwijl de integriteit van het reservoir behouden blijft en de prestaties van de boorput gedurende de productieve levensduur gemaximaliseerd worden. Vloeistoffen die tijdens deze werkzaamheden worden gebruikt, moeten vrij zijn van schadelijke vaste stoffen die de formatie kunnen verstoppen, de permeabiliteit kunnen verminderen of de bevochtigbaarheid kunnen veranderen. De industrie heeft traditioneel vertrouwd op NTU-metingen om de reinheid in te schatten, en in sommige gevallen op TSS-metingen. NTU noch TSS geven echter een beeld van de deeltjesgrootteverdeling, die vaak de directe oorzaak is van verstopping van het reservoir.

Belangrijke meetgegevens in filtratie: NTU, TSS en deeltjesgrootte

Troebelheid (NTU)

– Een snelle, optische methode voor het schatten van de aanwezigheid van zwevende deeltjes op basis van lichtverstrooiing. Een eenvoudig en goedkoop handapparaat kan de troebelheid nauwkeurig meten.
– Gevoelig voor deeltjesgrootte, vorm en samenstelling, maar kan geen werkelijke massa of aantal aangeven.

Totaal zwevende deeltjes (TSS)

– Meet de massa van vastgehouden vaste stoffen per volume-eenheid (mg/L) door filtratie.
– Kwantificeert direct de belasting, maar geeft geen indicatie van de individuele deeltjesgrootte.

Maximale deeltjesgrootte

– Het grootste deeltje dat aanwezig is in de vloeistof.
– Een enkel te groot deeltje – zelfs in kleine hoeveelheden – kan de poriën of grindopeningen verstoppen, vooral in slecht doorlatende formaties.

Het gevaar van grote deeltjes in visueel heldere vloeistoffen

Het is een veel voorkomende misvatting dat heldere vloeistoffen (lage NTU) altijd veilig zijn. Een vloeistof kan er schoon uitzien, maar grote, geïsoleerde deeltjes bevatten die aan optische detectie ontsnappen en onomkeerbare schade aan de formatie veroorzaken.
– Voorbeeld: Een deeltje van 100 µm in een vloeistof van 1 NTU heeft geen significante invloed op de lichtverstrooiing, maar kan de poriën van een formatie van 100 mD blokkeren.
– De relatie tussen de grootte van de poriën en de maximaal toelaatbare deeltjesgrootte moet als leidraad dienen voor de filtratieselectie. Een algemene vuistregel:
o Voor 1000 mD formaties: maximale deeltjesgrootte ≤ 100 µm
o Voor 100 mD: ≤ 40 µm
o Voor <10 mD: ≤ 10 µm of minder.

Praktijkgegevens: TSS en NTU zijn inconsistente voorspellers van het risico op vaste stoffen

Een onderzoek in West-Afrika naar verschillende pekel- en basiswateren toonde het volgende aan:
– Een sterke correlatie (R² = 0,996) tussen NTU en TSS in basiswater.
– Matige correlatie (R² = 0,765) in pekelwater
– Zwakke correlatie (R² = 0,186) in pekel + mengsels van additieven
Dit bewijst dat geen van beide metrieken alleen de aanwezigheid van gevaarlijke deeltjes betrouwbaar weergeeft.

Belang van filtratie met hoog rendement (Beta 5000)

Om bescherming tegen schade aan de vorming te garanderen, moet een filtratiesysteem:
– Vrijwel alle deeltjes groter dan een kritische grootte verwijderen
– 99,98% verwijderingsefficiëntie bereiken bij de beoogde micronwaarde
Beta Ratio (β):
– Een Beta 5000 filter betekent dat voor elke 5000 deeltjes die het filter binnenkomen met een specifieke microngrootte, er slechts één zal passeren.
– Aanbevolen microniveau:
o 1-10 µm voor kritische toepassingen (bijv. ondergebalanceerde of open-gat voltooiingen)

Aanbevelingen voor de praktijk

Conclusie

Afwerkingsvloeistoffen moeten echt schoon zijn – niet alleen helder voor het oog of binnen aanvaardbare gewichtsgrenzen, maar vrij van deeltjes die onomkeerbare formatieschade kunnen veroorzaken. Hoewel troebelheid (NTU) en totaal zwevende deeltjes (TSS) nuttige indicatoren zijn voor de reinheid van vloeistoffen, zijn ze onvoldoende als ze alleen worden gebruikt. Deze metingen houden geen rekening met de maximale deeltjesgrootte, wat een kritieke factor is bij het beschermen van de permeabiliteit van het reservoir.

Om de integriteit van de put te waarborgen en een efficiënte productie te garanderen, moeten filtratiestrategieën prioriteit geven aan het verwijderen van deeltjes met hoge efficiëntie en grootte. Dit vereist het gebruik van filterpatronen met Beta-classificatie, specifiek met Beta 5000 of hoger, die een verwijderingsefficiëntie van 99,98% garanderen voor de beoogde deeltjesgrootte. De juiste micron classificatie – meestal 2, 5 of 10 micron – moet worden geselecteerd op basis van de doorlaatbaarheid van de formatie om verstopping van de poriën te voorkomen en schade aan de formatie te minimaliseren.