Mistä tietää PDC-bittien ROP-mallien arvioinnin ja kallion lujuuden vaikutuksen mallin kertoimiin?

Abstrakti

Nykyiset alhaiset öljyn hintaolosuhteet ovat panostaneet uudelleen porauksen optimointiin, jotta öljy- ja kaasukaivojen porausaikaa säästyy ja käyttökustannuksia alennetaan. Läpäisynopeuden (ROP) mallinnus on keskeinen työkalu porausparametrien, nimittäin terän painon ja pyörimisnopeuden, optimoinnissa porausprosessien nopeuttamiseksi. Tämä työ tutkii uudella, täysin automatisoidulla tietojen visualisointi- ja ROP-mallinnustyökalulla, joka on kehitetty Excel VBA:ssa, ROPPlotterissa, ja tutkii mallin suorituskykyä ja kallion lujuuden vaikutusta kahden erilaisen PDC Bit ROP -mallin mallikertoimiin: Hareland ja Rampersad (1994) ja Motahhari. et ai. (2010). Nämä kaksi PDC bitti malleja verrataan Binghamin (1964) kehittämään perustapaukseen, yleiseen ROP-relaatioon kolmessa eri hiekkakivimuodostelmassa Bakkenin liuskevaakakaivon pystyleikkauksessa. Ensimmäistä kertaa kallion vaihtelun vaikutusta ROP-mallin kertoimiin on yritetty eristää tutkimalla litologioita, joilla on muuten samanlaiset porausparametrit. Lisäksi käydään kattava keskustelu sopivien mallikertoimien rajojen valinnan tärkeydestä. Kiven lujuus, joka on otettu huomioon Harelandin ja Motahharin malleissa, mutta ei Binghamin malleissa, johtaa korkeampiin vakiokertoimien mallikertoimien arvoihin aiemmille malleille Motahharin mallin lisääntyneen RPM-termieksponentin lisäksi. Harelandin ja Rampersadin mallin on osoitettu toimivan parhaiten kolmesta mallista tällä tiedolla. Perinteisen ROP-mallinnuksen tehokkuus ja sovellettavuus asetetaan kyseenalaiseksi, koska tällaiset mallit perustuvat joukkoon empiirisiä kertoimia, jotka sisältävät useiden poraustekijöiden vaikutuksen, joita ei ole otettu huomioon mallin muotoilussa ja jotka ovat ainutlaatuisia tietylle litologialle.

Johdanto

PDC (Polycrystalline Diamond Compact) -terät ovat nykyään hallitseva terätyyppi, jota käytetään öljy- ja kaasukaivojen porauksessa. Terän suorituskykyä mitataan tyypillisesti tunkeutumisnopeudella (ROP), joka osoittaa, kuinka nopeasti kaivo porataan aikayksikköä kohti poratun reiän pituudella. Porauksen optimointi on ollut energiayhtiöiden asialistan kärjessä jo vuosikymmeniä, ja sen merkitys kasvaa entisestään nykyisen alhaisen öljyn hintaympäristön aikana (Hareland ja Rampersad, 1994). Ensimmäinen askel porausparametrien optimoinnissa parhaan mahdollisen ROP:n tuottamiseksi on tarkan mallin kehittäminen, joka liittyy pinnalla saatuihin mittauksiin porausnopeuteen.

Kirjallisuudessa on julkaistu useita ROP-malleja, mukaan lukien erityisesti tietylle bittityypille kehitetyt mallit. Nämä ROP-mallit sisältävät tyypillisesti useita empiirisiä kertoimia, jotka ovat litologiasta riippuvaisia ​​ja voivat heikentää porausparametrien ja tunkeutumisnopeuden välisen suhteen ymmärtämistä. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on analysoida mallin suorituskykyä ja sitä, kuinka mallin kertoimet reagoivat kenttätietoihin vaihtelevilla porausparametreilla, erityisesti kallion lujuudella, kahdelle.PDC bitti mallit (Hareland ja Rampersad, 1994, Motahhari et al., 2010). Mallin kertoimia ja suorituskykyä verrataan myös perustapauksen ROP-malliin (Bingham, 1964), yksinkertaistettuun relaatioon, joka toimi ensimmäisenä koko teollisuudessa laajalti käytettynä ROP-mallina, joka on edelleen käytössä. Kairauskenttätietoja kolmessa hiekkakivimuodostelmassa, joiden kivilujuus vaihtelee, tutkitaan ja näiden kolmen mallin mallikertoimet lasketaan ja verrataan toisiinsa. Oletuksena on, että Harelandin ja Motahharin mallien kertoimet kussakin kalliomuodostelmassa ulottuvat laajemmalle alueelle kuin Binghamin mallikertoimet, koska vaihtelevaa kivilujuutta ei oteta erikseen huomioon jälkimmäisessä koostumuksessa. Myös mallin suorituskykyä arvioidaan, mikä johtaa Pohjois-Dakotan Bakkenin liuskealueen parhaan ROP-mallin valintaan.

Tähän työhön sisältyvät ROP-mallit koostuvat joustamattomista yhtälöistä, jotka yhdistävät muutaman porausparametrin porausnopeuteen ja sisältävät joukon empiirisiä kertoimia, jotka yhdistävät vaikeasti mallinnettavien porausmekanismien, kuten hydrauliikan, terä-kiven vuorovaikutuksen, terän vaikutuksen. suunnittelu, pohjareiän kokoonpanoominaisuudet, mutatyyppi ja reikien puhdistus. Vaikka nämä perinteiset ROP-mallit eivät yleensä toimi hyvin kenttätietoihin verrattuna, ne tarjoavat tärkeän ponnahduslautan uudempiin mallinnustekniikoihin. Nykyaikaiset, tehokkaammat, tilastopohjaiset ja joustavammat mallit voivat parantaa ROP-mallinnuksen tarkkuutta. Gandelman (2012) on raportoinut merkittävästä parannuksesta ROP-mallinnukseen käyttämällä keinotekoisia hermoverkkoja perinteisten ROP-mallien sijaan öljylähteissä Brasilian esisuola-altaissa. Keinotekoisia hermoverkkoja käytetään menestyksekkäästi myös ROP-ennustukseen Bilgesun et al. (1997), Moran et ai. (2010) ja Esmaeili et ai. (2012). Tällainen ROP-mallinnuksen parantaminen tapahtuu kuitenkin mallin tulkittavuuden kustannuksella. Siksi perinteiset ROP-mallit ovat edelleen merkityksellisiä ja tarjoavat tehokkaan menetelmän analysoida, kuinka tietty porausparametri vaikuttaa tunkeutumisnopeuteen.

Mallikertoimien laskennassa ja mallien suorituskyvyn vertailussa käytetään ROPPlotteria, Microsoft Excel VBA:ssa (Soares, 2015) kehitettyä kenttätietojen visualisointi- ja ROP-mallinnusohjelmistoa.