Како сазнати процену модела ROP-а PDC бита и утицај чврстоће стене на коефицијенте модела?

Апстракт

Тренутни услови ниских цена нафте поново су ставили нагласак на оптимизацију бушења како би се уштедело време бушења нафтних и гасних бушотина и смањили оперативни трошкови. Моделирање брзине пенетрације (ROP) је кључни алат у оптимизацији параметара бушења, наиме тежине бита и брзине ротације за брже процесе бушења. Са новим, потпуно аутоматизованим алатом за визуелизацију података и моделирање ROP-а развијеним у Excel VBA, ROPPlotter, овај рад истражује перформансе модела и утицај чврстоће стена на коефицијенте модела два различита PDC ROP модела бита: Hareland и Rampersad (1994) и Motahhari et al. (2010). Ова два... PDC бит Модели се упоређују са основним случајем, општом релацијом ROP коју је развио Бингам (1964) у три различите формације пешчара у вертикалном пресеку хоризонталне бушотине шкриљаца Бакен. По први пут је направљен покушај да се изолује ефекат различите чврстоће стене на коефицијенте ROP модела истраживањем литологија са иначе сличним параметрима бушења. Поред тога, спроведена је свеобухватна дискусија о важности избора одговарајућих граница коефицијената модела. Чврстоћа стене, узета у обзир у моделима Хареланда и Мотахарија, али не и у Бингамовим, резултира вишим вредностима коефицијената модела константног мултипликатора за претходне моделе, поред повећаног експонента члана RPM за Мотахаријев модел. Показало се да модел Хареланда и Рамперсада најбоље функционише од три модела са овим конкретним скупом података. Ефикасност и применљивост традиционалног ROP моделирања се доводи у питање, јер се такви модели ослањају на скуп емпиријских коефицијената који укључују ефекат многих фактора бушења који нису узети у обзир у формулацији модела и јединствени су за одређену литологију.

Увод

PDC (Поликристални дијамантски компактни) бургије су доминантни тип бургије која се данас користи у бушењу нафтних и гасних бушотина. Перформансе бургије се обично мере брзином продирања (ROP), што је показатељ колико брзо се бушотина буши у смислу дужине избушене рупе по јединици времена. Оптимизација бушења је деценијама у првом плану агенди енергетских компанија, а додатно добија на значају током тренутног окружења ниских цена нафте (Hareland и Rampersad, 1994). Први корак у оптимизацији параметара бушења ради постизања најбоље могуће ROP је развој прецизног модела који повезује мерења добијена на површини са брзином бушења.

У литератури је објављено неколико ROP модела, укључујући моделе развијене посебно за одређени тип бушилице. Ови ROP модели обично садрже низ емпиријских коефицијената који зависе од литологије и могу нарушити разумевање односа између параметара бушења и брзине продирања. Циљ ове студије је да се анализирају перформансе модела и како коефицијенти модела реагују на теренске податке са различитим параметрима бушења, посебно чврстоћом стена, за два...PDC бит модели (Хареланд и Рамперсад, 1994, Мотахари и др., 2010). Коефицијенти и перформансе модела су такође упоређени са основним случајем ROP модела (Бингам, 1964), поједностављеним односом који је послужио као први ROP модел који се широко примењује у индустрији и који је још увек у употреби. Истражују се подаци са поља бушења у три формације пешчара са различитим чврстоћама стена, а коефицијенти модела за ова три модела су израчунати и упоређени једни са другима. Претпоставља се да ће коефицијенти за Хареландов и Мотахаријев модел у свакој формацији стена обухватати шири опсег од коефицијената Бингамовог модела, јер различита чврстоћа стена није експлицитно узета у обзир у овој другој формулацији. Такође су процењене перформансе модела, што доводи до избора најбољег ROP модела за регион шкриљаца Бакен у Северној Дакоти.

Модели ROP-а укључени у овај рад састоје се од нефлексибилних једначина које повезују неколико параметара бушења са брзином бушења и садрже скуп емпиријских коефицијената који комбинују утицај тешко моделованих механизама бушења, као што су хидраулика, интеракција резача и стене, дизајн бургије, карактеристике склопа дна бушотине, тип исплака и чишћење бушотине. Иако ови традиционални ROP модели генерално не показују добре резултате у поређењу са подацима са терена, они пружају важну одскочну даску ка новијим техникама моделирања. Модерни, моћнији, модели засновани на статистици са повећаном флексибилношћу могу побољшати тачност ROP моделирања. Ганделман (2012) је известио о значајном побољшању у ROP моделирању коришћењем вештачких неуронских мрежа уместо традиционалних ROP модела у нафтним бушотинама у предсланим басенима на обали Бразила. Вештачке неуронске мреже се такође успешно користе за предвиђање ROP-а у радовима Билгесуа и др. (1997), Морана и др. (2010) и Есмаеилија и др. (2012). Међутим, такво побољшање у ROP моделирању долази на штету интерпретабилности модела. Стога су традиционални ROP модели и даље релевантни и пружају ефикасан метод за анализу како одређени параметар бушења утиче на брзину продирања.

ROPPlotter, софтвер за визуелизацију података са терена и ROP моделирање развијен у Microsoft Excel VBA (Soares, 2015), користи се за израчунавање коефицијената модела и упоређивање перформанси модела.