Kako saznati evaluaciju modela ROP-a PDC svrdla i utjecaj čvrstoće stijene na koeficijente modela?

Sažetak

Trenutni uvjeti niskih cijena nafte ponovno su stavili naglasak na optimizaciju bušenja kako bi se uštedjelo vrijeme pri bušenju naftnih i plinskih bušotina te smanjili operativni troškovi. Modeliranje brzine prodiranja (ROP) ključni je alat u optimizaciji parametara bušenja, naime težine svrdla i brzine rotacije za brže procese bušenja. Pomoću novog, potpuno automatiziranog alata za vizualizaciju podataka i modeliranje ROP-a razvijenog u Excel VBA, ROPPlotter, ovaj rad istražuje performanse modela i utjecaj čvrstoće stijene na koeficijente modela dvaju različitih PDC ROP modela svrdla: Hareland i Rampersad (1994.) te Motahhari i sur. (2010.). Ova dva PDC bit Modeli se uspoređuju s osnovnim slučajem, općim ROP odnosom koji je razvio Bingham (1964.) u tri različite formacije pješčenjaka u vertikalnom presjeku horizontalne bušotine Bakken škriljca. Po prvi put pokušano je izolirati učinak različite čvrstoće stijene na koeficijente ROP modela istraživanjem litologija s inače sličnim parametrima bušenja. Osim toga, provedena je sveobuhvatna rasprava o važnosti odabira odgovarajućih granica koeficijenata modela. Čvrstoća stijene, uzeta u obzir u Harelandovim i Motahharijevim modelima, ali ne i u Binghamovim, rezultira višim vrijednostima koeficijenata modela konstantnog multiplikatora za prve modele, uz povećani eksponent člana RPM za Motahharijev model. Pokazalo se da Harelandov i Rampersadov model najbolje funkcionira od tri modela s ovim određenim skupom podataka. Učinkovitost i primjenjivost tradicionalnog ROP modeliranja dovodi se u pitanje, jer se takvi modeli oslanjaju na skup empirijskih koeficijenata koji uključuju učinak mnogih faktora bušenja koji nisu uzeti u obzir u formulaciji modela i jedinstveni su za određenu litologiju.

Uvod

PDC (polikristalni dijamantni kompaktni) svrdla su dominantna vrsta svrdla koja se danas koristi u bušenju naftnih i plinskih bušotina. Performanse svrdla obično se mjere brzinom prodiranja (ROP), što je pokazatelj brzine bušenja bušotine u smislu duljine izbušene rupe po jedinici vremena. Optimizacija bušenja već je desetljećima u prvom planu energetskih tvrtki, a dodatnu važnost dobiva tijekom trenutnog okruženja niskih cijena nafte (Hareland i Rampersad, 1994.). Prvi korak u optimizaciji parametara bušenja za postizanje najbolje moguće ROP-a je razvoj točnog modela koji povezuje mjerenja dobivena na površini s brzinom bušenja.

U literaturi je objavljeno nekoliko ROP modela, uključujući modele razvijene posebno za određenu vrstu svrdla. Ovi ROP modeli obično sadrže niz empirijskih koeficijenata koji ovise o litologiji i mogu narušiti razumijevanje odnosa između parametara bušenja i brzine prodiranja. Svrha ove studije je analizirati performanse modela i kako koeficijenti modela reagiraju na terenske podatke s različitim parametrima bušenja, posebno čvrstoćom stijene, za dva...PDC bit modeli (Hareland i Rampersad, 1994., Motahhari i sur., 2010.). Koeficijenti i performanse modela također se uspoređuju s osnovnim ROP modelom (Bingham, 1964.), pojednostavljenim odnosom koji je poslužio kao prvi ROP model široko primijenjen u industriji i još uvijek se koristi. Istražuju se podaci s polja bušenja u tri pješčenjačke formacije s različitim čvrstoćama stijena, a koeficijenti modela za ova tri modela izračunavaju se i međusobno uspoređuju. Pretpostavlja se da će koeficijenti za Harelandov i Motahharijev model u svakoj stijenskoj formaciji obuhvaćati širi raspon od koeficijenata Binghamovog modela, budući da se različita čvrstoća stijena ne uzima u obzir eksplicitno u potonjoj formulaciji. Također se procjenjuje performansa modela, što dovodi do izbora najboljeg ROP modela za regiju škriljevca Bakken u Sjevernoj Dakoti.

ROP modeli uključeni u ovaj rad sastoje se od nefleksibilnih jednadžbi koje povezuju nekoliko parametara bušenja s brzinom bušenja i sadrže skup empirijskih koeficijenata koji kombiniraju utjecaj teško modeliranih mehanizama bušenja, kao što su hidraulika, interakcija rezača i stijene, dizajn svrdla, karakteristike sklopa dna bušotine, vrsta isplake i čišćenje bušotine. Iako ovi tradicionalni ROP modeli općenito ne pokazuju dobre rezultate u usporedbi s terenskim podacima, oni pružaju važnu odskočnu dasku za novije tehnike modeliranja. Moderni, snažniji modeli temeljeni na statistici s povećanom fleksibilnošću mogu poboljšati točnost ROP modeliranja. Gandelman (2012.) izvijestio je o značajnom poboljšanju ROP modeliranja primjenom umjetnih neuronskih mreža umjesto tradicionalnih ROP modela u naftnim bušotinama u predslanim bazenima na obali Brazila. Umjetne neuronske mreže također se uspješno koriste za predviđanje ROP-a u radovima Bilgesua i sur. (1997.), Morana i sur. (2010.) i Esmaeilija i sur. (2012.). Međutim, takvo poboljšanje ROP modeliranja dolazi na štetu interpretabilnosti modela. Stoga su tradicionalni ROP modeli još uvijek relevantni i pružaju učinkovitu metodu za analizu kako određeni parametar bušenja utječe na brzinu prodiranja.

ROPPlotter, softver za vizualizaciju terenskih podataka i modeliranje ROP-a razvijen u Microsoft Excel VBA (Soares, 2015), koristi se za izračun koeficijenata modela i usporedbu performansi modela.