Honnan ismerjük a PDC bit ROP modellek értékelését és a kőzet szilárdságának hatását a modell együtthatóira?

Absztrakt

A jelenlegi alacsony olajár-viszonyok újból a fúrások optimalizálására helyezték a hangsúlyt, hogy időt takarítsanak meg az olaj- és gázkutak fúrása során, és csökkentsék az üzemeltetési költségeket. A behatolási sebesség (ROP) modellezése kulcsfontosságú eszköz a fúrási paraméterek optimalizálásához, nevezetesen a fúrófej súlya és forgási sebessége a gyorsabb fúrási folyamatok érdekében. Ez a munka egy újszerű, teljesen automatizált adatvizualizációs és ROP-modellező eszközzel, amelyet Excel VBA-ban (ROPPlotter) fejlesztettek ki, a modell teljesítményét és a kőzet szilárdságának hatását vizsgálja két különböző PDC Bit ROP modell modell együtthatóira: Hareland és Rampersad (1994) és Motahhari. et al. (2010). Ez a kettő PDC bit modelleket hasonlítanak össze egy Bingham (1964) által kidolgozott alapesettel, általános ROP összefüggéssel három különböző homokkő képződményben egy Bakken pala vízszintes kút függőleges metszetében. Első alkalommal történt kísérlet arra, hogy a változó kőzetszilárdság hatását a ROP modell együtthatóira különben hasonló fúrási paraméterekkel rendelkező litológiák vizsgálatával elkülönítsék. Ezen túlmenően átfogó megbeszélést folytatunk a megfelelő modellegyüttható-határok kiválasztásának fontosságáról. A kőzet szilárdsága, amelyet Hareland és Motahhari modelljében figyelembe vettek, de Bingham modelljében nem, az előbbi modellek állandó szorzómodell együtthatóinak magasabb értékeit eredményezi, Motahhari modelljének RPM-kitevője mellett. Hareland és Rampersad modellje a legjobban teljesít a három modell közül ezzel a konkrét adatkészlettel. A hagyományos ROP modellezés hatékonysága és alkalmazhatósága megkérdőjeleződik, mivel az ilyen modellek olyan empirikus együtthatók halmazán alapulnak, amelyek számos, a modell megfogalmazásában nem figyelembe vett fúrási tényező hatását tartalmazzák, és egyediek egy adott litológiára.

Bevezetés

A PDC (Polycrystalline Diamond Compact) bitek az olaj- és gázkutak fúrása során alkalmazott domináns bittípusok. A bit teljesítményét általában a behatolási sebességgel (ROP) mérik, amely azt jelzi, hogy a kút milyen gyorsan fúródik az egységnyi idő alatt fúrt lyuk hosszában. A fúrások optimalizálása immár évtizedek óta az energiavállalatok napirendjének homlokterében van, és a jelenlegi alacsony olajár-környezetben egyre nagyobb jelentőséget kap (Hareland és Rampersad, 1994). A fúrási paraméterek optimalizálásának első lépése a lehető legjobb ROP elérése érdekében egy pontos modell kidolgozása, amely a felületen kapott méréseket a fúrási sebességhez kapcsolja.

A szakirodalomban több ROP modell is megjelent, köztük kifejezetten egy bittípushoz kifejlesztett modell. Ezek a ROP modellek jellemzően számos empirikus együtthatót tartalmaznak, amelyek litológiafüggőek, és ronthatják a fúrási paraméterek és a behatolási sebesség közötti kapcsolat megértését. Ennek a tanulmánynak az a célja, hogy elemezze a modell teljesítményét és azt, hogy a modell együtthatói hogyan reagálnak a terepi adatokra változó fúrási paraméterekkel, különösen a kőzet szilárdságával, kétPDC bit modellek (Hareland és Rampersad, 1994, Motahhari et al., 2010). A modell együtthatóit és teljesítményét egy alapeseti ROP modellel (Bingham, 1964) is összehasonlítják, egy leegyszerűsített összefüggéssel, amely az első ROP-modell volt, amelyet széles körben alkalmaztak az egész iparban, és jelenleg is használatban vannak. Három, változó szilárdságú kőzetszilárdságú homokkő képződmény fúrási terepi adatait vizsgáljuk, és e három modell modell együtthatóit kiszámítjuk és összehasonlítjuk egymással. Feltételezik, hogy a Hareland- és Motahhari-modellek együtthatói az egyes kőzetképződményekben szélesebb tartományt ölelnek fel, mint a Bingham-modell együtthatói, mivel a változó kőzetszilárdság nincs kifejezetten figyelembe véve az utóbbi megfogalmazásban. A modell teljesítményét is értékelték, ami az észak-dakotai Bakken palarégió legjobb ROP modelljének kiválasztásához vezetett.

Az ebben a munkában szereplő ROP modellek rugalmatlan egyenletekből állnak, amelyek néhány fúrási paramétert a fúrási sebességhez kapcsolnak, és olyan empirikus együtthatókat tartalmaznak, amelyek egyesítik a nehezen modellezhető fúrómechanizmusok hatását, mint például a hidraulika, a vágókő kölcsönhatás, a fúrófej. tervezés, az alsó furat összeszerelési jellemzői, az iszap típusa és a lyuktisztítás. Bár ezek a hagyományos ROP modellek általában nem teljesítenek jól a terepi adatokkal összehasonlítva, fontos lépcsőfokot jelentenek az újabb modellezési technikák felé. A modern, nagyobb teljesítményű, statisztikai alapú, megnövelt rugalmasságú modellek javíthatják a ROP modellezés pontosságát. Gandelman (2012) jelentős előrelépésről számolt be a ROP-modellezésben azáltal, hogy a hagyományos ROP-modellek helyett mesterséges neurális hálózatokat alkalmaznak a brazíliai tengeri sómedencékben található olajkutakban. A mesterséges neurális hálózatokat szintén sikeresen alkalmazzák a ROP előrejelzésére Bilgesu et al. (1997), Moran és mtsai. (2010) és Esmaeili et al. (2012). A ROP modellezés ilyen javulása azonban a modell értelmezhetőségének rovására megy. Ezért a hagyományos ROP modellek továbbra is relevánsak, és hatékony módszert kínálnak annak elemzésére, hogy egy adott fúrási paraméter hogyan befolyásolja a behatolási sebességet.

A ROPPlotter, a Microsoft Excel VBA-ban kifejlesztett terepi adatvizualizációs és ROP-modellező szoftver (Soares, 2015) a modellegyütthatók kiszámítására és a modell teljesítményének összehasonlítására szolgál.