DEL011 1220448 ‘Deltares Shear Cell’ voor selectie van boorvloeistoffen

Geplaatst op: 29 maart 2021

Aanleiding van het project

In Nederland is steeds meer belangstelling voor sleufloze technieken. De trend is om langere boringen, in uiteenlopende condities te willen maken. PWN bijvoorbeeld wil een horizontaal gestuurde boring uitvoeren onder het Marsdiep. Deze boring gaat tot 60 meter diep en heeft een lengte van 4500 meter.
Zowel de lengte van de boring als de omstandigheden (diepte, zout poriënwater) maken dat dergelijke boringen als grensverleggend kunnen worden beschouwd. De kwaliteit en eigenschappen van de boorvloeistof zijn van groot belang voor het slagen van de boring.
Doel van het project is om een relatie te leggen tussen reologie van de boorspoeling en de suspensie-eigenschappen onder stromingscondities.
In Nederland is steeds meer belangstelling voor sleufloze technieken. De trend is om langere boringen, in uiteenlopende condities te willen maken. PWN bijvoorbeeld wil een horizontaal gestuurde boring uitvoeren onder het Marsdiep. Deze boring gaat tot 60 meter diep en heeft een lengte van 4500 meter.
Zowel de lengte van de boring als de omstandigheden (diepte, zout poriënwater) maken dat dergelijke boringen als grensverleggend kunnen worden beschouwd. De kwaliteit en eigenschappen van de boorvloeistof zijn van groot belang voor het slagen van de boring.
Doel van het project is om een relatie te leggen tussen reologie van de boorspoeling en de suspensie-eigenschappen onder stromingscondities.

Doel van het project

Doelstelling van het onderzoek is om adviezen te kunnen geven ten aanzien van suspensie-eigenschappen (het risico op verzanding van het boorgat) op basis van de reologie van de boorvloeistof onder stromingscondities vergelijkbaar met werkelijk optredende condities tijdens de uitvoering.
Hiermee kunnen de uitvoeringsrisico’s voor kritische boringen zoals bijvoorbeeld de hierboven genoemde boring onder het Marsdiep, worden verkleind.

Uitgevoerde activiteiten

Activiteiten voor 2015 (gehele project):
• Kwaliteit van de boorvloeistof wordt bepaald volgens standaard boorspoelingstesten (reologie, filtratie performance, spoelingsgewicht) volgens API 13A (2010), API 13B (2009) en DIN 4126. Dit wordt uitgevoerd voor verschillende klei soorten, concentraties en zoutgehaltes.

Op basis van de uitkomsten van deze testen worden een aantal spoelingen gekozen waarbij de suspensie eigenschappen voor verschillende zanden worden bepaald.
• De suspensie eigenschappen van de boorvloeistof in aanwezigheid van bodemmateriaal (grond en poriewater) zal worden bepaald d.m.v. zogenaamde ‘Deltares Shear Cell’. Dit is een methode ontwikkeld door Deltares en staat gedetailleerd beschreven in de referentie. De resultaten zullen door Deltares worden geëvalueerd en worden vergeleken met standaard procedures.
Referenties
Talmon A.M., W.G.M. van Kesteren, L. Sittoni, E. Hedblom, 2014, Shear cell tests for quantification of tailings segregation, Canadian J. Chemical Engineering, vol.92, pp.362-373.
Activiteiten voor 2015 (gehele project):
• Kwaliteit van de boorvloeistof wordt bepaald volgens standaard boorspoelingstesten (reologie, filtratie performance, spoelingsgewicht) volgens API 13A (2010), API 13B (2009) en DIN 4126. Dit wordt uitgevoerd voor verschillende klei soorten, concentraties en zoutgehaltes.

Op basis van de uitkomsten van deze testen worden een aantal spoelingen gekozen waarbij de suspensie eigenschappen voor verschillende zanden worden bepaald.
• De suspensie eigenschappen van de boorvloeistof in aanwezigheid van bodemmateriaal (grond en poriewater) zal worden bepaald d.m.v. zogenaamde ‘Deltares Shear Cell’. Dit is een methode ontwikkeld door Deltares en staat gedetailleerd beschreven in de referentie. De resultaten zullen door Deltares worden geëvalueerd en worden vergeleken met standaard procedures.
Referenties
Talmon A.M., W.G.M. van Kesteren, L. Sittoni, E. Hedblom, 2014, Shear cell tests for quantification of tailings segregation, Canadian J. Chemical Engineering, vol.92, pp.362-373.

Gerealiseerde resultaten

Het eindresultaat is een relatie/ model waarmee een voorspelling gedaan kan worden over het uitzakgedrag van gronddelen in een boorspoeling. Hierdoor wordt het mogelijk om advies te geven aan opdrachtgevers. Tevens kunnen ontwerpende partijen kritischer (langere boringen) ontwerpen.

Daarnaast verwachten we aan te kunnen geven wat de maximale afgeboorde grond concentratie mag zijn. Hiermee kan een maximale boor- en ruimsnelheid (beter) worden bepaald, wat voor de uitvoering van een dergelijk project van belang is.

Op dit moment is er nog geen uitzicht op voortzetting van de PPS

Innovativiteit

De huidige trend in de sleufloze technieken en dus ook bij de horizontaal gestuurde boringen is dat er langere boringen in steeds uitdagendere omstandigheden worden uitgevoerd. Hierdoor nemen de eisen die aan boorspoeling worden gesteld toe: de marge tussen minimaal benodigde draagkracht en maximaal toelaatbare muddruk wordt kleiner. Echter het gedrag van deze spoelingen onder deze omstandigheden en over langere perioden is slecht bekend met als gevolg dat de gebruikelijke aanpak in de uitvoering (de boorspoeling viseuzer maken als men het idee heeft dat er te weinig cuttings uit het boorgat gedragen worden) niet meer voldoet.
Deltares heeft een Shear Cell ontwikkeld waarbij uitzakking van zand in boorspoeling wordt gemeten bij een bepaald schuifsnelheid (stroomsnelheid) representatief voor de omstandigheden in de boorgang bij een HDD. Ondanks (hoge) zwichtspanning van de boorspoeling zullen zandbestanddelen uit de losgeboorde grond langzaam uitzakken tijdens stroming naar het maaiveld. Om de mate van uitzakking te meten zijn meerdere stromingsproeven in de shear cell nodig. Met de huidige procedures API en DIN is het niet mogelijk om de component uitzakking mee te nemen.

Deze nieuwe manier van boorspoelingonderzoek levert naar verwachting meer inzicht op in de relatie tussen reologie en uitzakgedrag. Hierdoor zullen naar verwachting de boorrisicos afnemen.

Valorisatie

De shear cell kan voor specifiek advies danwel –onderzoek worden ingezet voor het verkrijgen van meer inzicht in de interactie tussen boorspoeling, cuttings en grondwaterwater.
Met de resultaten van het onderzoek kan een selectie worden gemaakt ten aanzien van de meest geschikte boorspoeling voor verschillende omstandigheden.

De nieuw opgedane kennis over de boorspoelingseigenschappen is openbaar beschikbaar voor TKI.

Er zal een artikel worden geschreven en er zullen presentaties op congressen en symposia worden gegeven.

Link naar projectresultaten…