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

Sažetak

Trenutni uslovi niskih cijena nafte ponovo su stavili naglasak na optimizaciju bušenja kako bi se uštedjelo vrijeme prilikom bušenja naftnih i plinskih bušotina i 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 dva različita PDC ROP modela svrdla: Hareland i Rampersad (1994) i Motahhari et al. (2010). Ova dva... PDC bit Modeli se upoređuju sa osnovnim slučajem, opštom relacijom ROP-a koju je razvio Bingham (1964) u tri različite formacije pješčenjaka u vertikalnom presjeku horizontalne bušotine Bakken škriljca. Po prvi put je pokušano izolovati uticaj različite čvrstoće stijene na koeficijente ROP modela istraživanjem litologija sa inače sličnim parametrima bušenja. Pored toga, provedena je sveobuhvatna diskusija 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, pored povećanog eksponenta člana RPM za Motahharijev model. Pokazalo se da Harelandov i Rampersadov model najbolje funkcioniše od tri modela sa ovim konkretnim skupom podataka. Učinkovitost i primjenjivost tradicionalnog ROP modeliranja se dovodi u pitanje, jer se takvi modeli oslanjaju na skup empirijskih koeficijenata koji uključuju uticaj mnogih faktora bušenja koji nisu uzeti u obzir u formulaciji modela i jedinstveni su za određenu litologiju.

Uvod

PDC (Polycrystalline Diamond Compact) svrdla su dominantni tip svrdla koji se danas koristi u bušenju naftnih i plinskih bušotina. Performanse svrdla se obično mjere brzinom prodiranja (ROP), što je pokazatelj brzine bušenja bušotine u smislu dužine izbušene rupe po jedinici vremena. Optimizacija bušenja je već decenijama u prvom planu energetskih kompanija, a dodatni značaj dobija tokom trenutnog okruženja niskih cijena nafte (Hareland i Rampersad, 1994). Prvi korak u optimizaciji parametara bušenja radi postizanja najbolje moguće ROP-a je razvoj tačnog modela koji povezuje mjerenja dobijena na površini sa brzinom bušenja.

U literaturi je objavljeno nekoliko ROP modela, uključujući modele razvijene posebno za određeni tip svrdla. Ovi ROP modeli obično sadrže niz empirijskih koeficijenata koji zavise od litologije 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 dr., 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 koji se još uvijek 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 obuhvatati širi raspon od koeficijenata Binghamovog modela, jer se različita čvrstoća stijena ne uzima u obzir eksplicitno u potonjoj formulaciji. Također se procjenjuju performanse modela, što dovodi do izbora najboljeg ROP modela za regiju škriljaca Bakken u Sjevernoj Dakoti.

ROP modeli uključeni u ovaj rad sastoje se od nefleksibilnih jednačina koje povezuju nekoliko parametara bušenja sa brzinom bušenja i sadrže skup empirijskih koeficijenata koji kombinuju uticaj teško modeliranih mehanizama bušenja, kao što su hidraulika, interakcija rezača i stijene, dizajn svrdla, karakteristike sklopa dna bušotine, tip isplake i čišćenje bušotine. Iako ovi tradicionalni ROP modeli uglavnom ne daju dobre rezultate u poređenju sa terenskim podacima, oni pružaju važnu odskočnu dasku za novije tehnike modeliranja. Moderni, moćniji, modeli zasnovani na statistici sa povećanom fleksibilnošću mogu poboljšati tačnost ROP modeliranja. Gandelman (2012) je izvijestio o značajnom poboljšanju ROP modeliranja korištenjem vještačkih neuronskih mreža umjesto tradicionalnih ROP modela u naftnim bušotinama u predslanim bazenima na obali Brazila. Vještačke neuronske mreže se također uspješno koriste za predviđanje ROP-a u radovima Bilgesu i saradnika (1997), Moran i saradnici (2010) i Esmaeili i saradnici (2012). Međutim, takvo poboljšanje ROP modeliranja dolazi na štetu interpretabilnosti modela. Stoga su tradicionalni ROP modeli i dalje relevantni i pružaju efikasnu metodu za analizu kako određeni parametar bušenja utiče na brzinu prodiranja.

ROPPlotter, softver za vizualizaciju podataka s terena i modeliranje ROP-a razvijen u Microsoft Excel VBA (Soares, 2015), koristi se za izračunavanje koeficijenata modela i poređenje performansi modela.