Kako poznati oceno modelov ROP svedrov PDC in vpliv trdnosti kamnine na koeficiente modela?

Povzetek

Trenutne nizke cene nafte so ponovno poudarile optimizacijo vrtanja, da bi prihranili čas pri vrtanju naftnih in plinskih vrtin ter zmanjšali obratovalne stroške. Modeliranje hitrosti prodiranja (ROP) je ključno orodje za optimizacijo parametrov vrtanja, in sicer teže svedra in hitrosti vrtenja za hitrejše procese vrtanja. Z novim, popolnoma avtomatiziranim orodjem za vizualizacijo podatkov in modeliranje ROP, razvitim v Excel VBA, ROPPlotter, to delo raziskuje delovanje modela in vpliv trdnosti kamnine na koeficiente modela dveh različnih modelov ROP svedra PDC: Hareland in Rampersad (1994) ter Motahhari et al. (2010). Ta dva... PDC bit Modeli so primerjani z osnovnim primerom, splošno relacijo ROP, ki jo je razvil Bingham (1964) v treh različnih formacijah peščenjaka v navpičnem prerezu horizontalne vrtine skrilavca Bakken. Prvič je bil narejen poskus izolacije vpliva različne trdnosti kamnine na koeficiente modela ROP z raziskovanjem litologij s sicer podobnimi parametri vrtanja. Poleg tega je bila izvedena celovita razprava o pomenu izbire ustreznih meja koeficientov modela. Trdnost kamnine, upoštevana v modelih Harelanda in Motahharija, ne pa tudi v Binghamovem, povzroči višje vrednosti koeficientov modela konstantnega multiplikatorja za prve modele, poleg tega pa povečan eksponent člena RPM za Motahharijev model. Model Harelanda in Rampersada se je s tem specifičnim naborom podatkov izkazal za najboljšega od treh modelov. Učinkovitost in uporabnost tradicionalnega modeliranja ROP je postavljena pod vprašaj, saj se taki modeli zanašajo na niz empiričnih koeficientov, ki vključujejo vpliv številnih dejavnikov vrtanja, ki niso upoštevani v formulaciji modela in so edinstveni za določeno litologijo.

Uvod

PDC (polikristalni diamantni kompaktni) svedri so prevladujoča vrsta svedrov, ki se danes uporabljajo pri vrtanju naftnih in plinskih vrtin. Učinkovitost svedra se običajno meri s hitrostjo prodiranja (ROP), kar kaže na hitrost vrtanja glede na dolžino izvrtane luknje na časovno enoto. Optimizacija vrtanja je že desetletja v ospredju agend energetskih podjetij in v trenutnem okolju nizkih cen nafte pridobiva še večji pomen (Hareland in Rampersad, 1994). Prvi korak pri optimizaciji parametrov vrtanja za doseganje najboljše možne ROP je razvoj natančnega modela, ki povezuje meritve, pridobljene na površini, s hitrostjo vrtanja.

V literaturi je bilo objavljenih več modelov ROP, vključno z modeli, razvitimi posebej za določeno vrsto svedra. Ti modeli ROP običajno vsebujejo številne empirične koeficiente, ki so odvisni od litologije in lahko poslabšajo razumevanje razmerja med parametri vrtanja in hitrostjo prodiranja. Namen te študije je analizirati delovanje modela in kako se koeficienti modela odzivajo na terenske podatke z različnimi parametri vrtanja, zlasti trdnostjo kamnine, za dva...PDC bit modeli (Hareland in Rampersad, 1994, Motahhari et al., 2010). Koeficienti in učinkovitost modela so primerjani tudi z osnovnim modelom ROP (Bingham, 1964), poenostavljenim razmerjem, ki je služilo kot prvi model ROP, ki se je široko uporabljal v industriji in je še vedno v uporabi. Raziskani so podatki vrtalnih polj v treh peščenjakovih formacijah z različnimi trdnostmi kamnin, izračunani pa so tudi koeficienti modela za te tri modele, ki so med seboj primerjani. Predpostavlja se, da bodo koeficienti za Harelandov in Motahharijev model v vsaki kamninski formaciji obsegali širši razpon kot koeficienti Binghamovega modela, saj različna trdnost kamnin v slednji formulaciji ni eksplicitno upoštevana. Ocenjena je tudi učinkovitost modela, kar vodi do izbire najboljšega modela ROP za regijo skrilavca Bakken v Severni Dakoti.

Modeli ROP, vključeni v to delo, so sestavljeni iz nefleksibilnih enačb, ki povezujejo nekaj parametrov vrtanja s hitrostjo vrtanja in vsebujejo niz empiričnih koeficientov, ki združujejo vpliv težko modeliranih mehanizmov vrtanja, kot so hidravlika, interakcija med rezalnikom in kamnino, zasnova svedra, značilnosti sklopa na dnu vrtine, vrsta izplake in čiščenje vrtine. Čeprav ti tradicionalni modeli ROP na splošno ne delujejo dobro v primerjavi s terenskimi podatki, predstavljajo pomembno odskočno desko za novejše tehnike modeliranja. Sodobnejši, zmogljivejši modeli, ki temeljijo na statistiki, z večjo fleksibilnostjo lahko izboljšajo natančnost modeliranja ROP. Gandelman (2012) je poročal o znatnem izboljšanju modeliranja ROP z uporabo umetnih nevronskih mrež namesto tradicionalnih modelov ROP v naftnih vrtinah v predsolnih bazenih ob obali Brazilije. Umetne nevronske mreže se uspešno uporabljajo tudi za napovedovanje ROP v delih Bilgesu et al. (1997), Moran et al. (2010) in Esmaeili et al. (2012). Vendar pa takšno izboljšanje modeliranja ROP gre na račun interpretabilnosti modela. Zato so tradicionalni modeli ROP še vedno pomembni in zagotavljajo učinkovito metodo za analizo, kako določen parameter vrtanja vpliva na hitrost prodiranja.

ROPPlotter, programska oprema za vizualizacijo podatkov na terenu in modeliranje ROP, razvita v Microsoft Excel VBA (Soares, 2015), se uporablja za izračun koeficientov modela in primerjavo učinkovitosti modela.