Cum să cunoaștem evaluarea modelelor PDC bit ROP și efectul rezistenței rocii asupra coeficienților modelului?

Abstract

Condițiile actuale ale prețului scăzut al petrolului au reînnoit accentul pe optimizarea forajului pentru a economisi timp la forarea puțurilor de petrol și gaze și pentru a reduce costurile operaționale. Modelarea ratei de penetrare (ROP) este un instrument cheie în optimizarea parametrilor de foraj, și anume greutatea bitului și viteza de rotație pentru procese de foraj mai rapide. Cu un nou instrument automatizat de vizualizare a datelor și modelare ROP dezvoltat în Excel VBA, ROPPlotter, această lucrare investighează performanța modelului și impactul rezistenței rocii asupra coeficienților modelului a două modele diferite PDC Bit ROP: Hareland și Rampersad (1994) și Motahhari. et al. (2010). Aceşti doi Bit PDC modelele sunt comparate cu un caz de bază, relație generală ROP dezvoltată de Bingham (1964) în trei formațiuni diferite de gresie în secțiunea verticală a unui puț orizontal de șist Bakken. Pentru prima dată, a fost făcută o încercare de a izola efectul variației rezistenței rocii asupra coeficienților modelului ROP prin investigarea litologiilor cu parametri de foraj altfel similari. În plus, se desfășoară o discuție cuprinzătoare despre importanța selectării limitelor adecvate a coeficienților modelului. Rezistența rocii, luată în considerare în modelele lui Hareland și Motahhari, dar nu și în cele ale lui Bingham, are ca rezultat valori mai mari ale coeficienților modelului multiplicator constant pentru modelele anterioare, în plus față de un exponent de termen RPM crescut pentru modelul lui Motahhari. Modelul lui Hareland și Rampersad s-a dovedit a fi cel mai bun din cele trei modele cu acest set de date particular. Eficacitatea și aplicabilitatea modelării tradiționale ROP sunt puse sub semnul întrebării, deoarece astfel de modele se bazează pe un set de coeficienți empirici care încorporează efectul multor factori de foraj care nu sunt luați în considerare în formularea modelului și sunt unici pentru o anumită litologie.

Introducere

Biții PDC (Polycrystalline Diamond Compact) sunt tipul de biți dominant utilizat în forarea puțurilor de petrol și gaze astăzi. Performanța bitului este de obicei măsurată prin rata de penetrare (ROP), o indicație a cât de repede este forat sondele în termeni de lungime a găurii forate pe unitatea de timp. Optimizarea forajului a fost în fruntea agendelor companiilor energetice de zeci de ani încoace și câștigă o importanță suplimentară în contextul actual al prețului scăzut al petrolului (Hareland și Rampersad, 1994). Primul pas în optimizarea parametrilor de foraj pentru a produce cel mai bun ROP posibil este dezvoltarea unui model precis care să facă legătura între măsurătorile obținute la suprafață și viteza de foraj.

Mai multe modele ROP, inclusiv modele dezvoltate special pentru un anumit tip de biți, au fost publicate în literatură. Aceste modele ROP conțin în mod obișnuit un număr de coeficienți empirici care sunt dependenți de litologie și pot afecta înțelegerea relației dintre parametrii de foraj și rata de penetrare. Scopul acestui studiu este de a analiza performanța modelului și modul în care coeficienții modelului răspund la datele de câmp cu parametri variabili de foraj, în special rezistența rocii, pentru douăBit PDC modele (Hareland și Rampersad, 1994, Motahhari și colab., 2010). Coeficienții și performanța modelului sunt, de asemenea, comparați cu un model ROP caz de bază (Bingham, 1964), o relație simplistă care a servit drept primul model ROP aplicat pe scară largă în industrie și încă utilizat în prezent. Sunt investigate datele câmpului de foraj în trei formațiuni de gresie cu rezistențe diferite ale rocii, iar coeficienții modelului pentru aceste trei modele sunt calculați și comparați unul cu celălalt. Se postulează că coeficienții pentru modelele lui Hareland și Motahhari în fiecare formațiune de rocă se vor întinde pe o gamă mai largă decât coeficienții modelului lui Bingham, deoarece rezistența variabilă a rocii nu este luată în considerare în mod explicit în ultima formulare. Performanța modelului este de asemenea evaluată, ceea ce duce la alegerea celui mai bun model POR pentru regiunea de șist Bakken din Dakota de Nord.

Modelele ROP incluse în această lucrare constau din ecuații inflexibile care relaționează câțiva parametri de foraj la viteza de foraj și conțin un set de coeficienți empilici care combină influența mecanismelor de foraj greu de modelat, cum ar fi hidraulica, interacțiunea tăietor-rocă, bit. design, caracteristicile ansamblului fundului găurii, tipul de noroi și curățarea găurilor. Deși aceste modele tradiționale ROP, în general, nu funcționează bine în comparație cu datele de teren, ele oferă o piatră de temelie importantă către tehnicile de modelare mai noi. Modelele moderne, mai puternice, bazate pe statistici, cu flexibilitate sporită, pot îmbunătăți acuratețea modelării ROP. Gandelman (2012) a raportat îmbunătățiri semnificative în modelarea ROP prin utilizarea rețelelor neuronale artificiale în locul modelelor tradiționale ROP în puțurile de petrol din bazinele pre-sare din largul Braziliei. Rețelele neuronale artificiale sunt, de asemenea, utilizate cu succes pentru predicția ROP în lucrările lui Bilgesu și colab. (1997), Moran şi colab. (2010) și Esmaeili și colab. (2012). Cu toate acestea, o astfel de îmbunătățire a modelării POR vine în detrimentul interpretării modelului. Prin urmare, modelele tradiționale ROP sunt încă relevante și oferă o metodă eficientă de a analiza modul în care un anumit parametru de foraj afectează rata de penetrare.

ROPPlotter, un software de vizualizare a datelor de câmp și modelare ROP dezvoltat în Microsoft Excel VBA (Soares, 2015), este folosit pentru calcularea coeficienților modelului și compararea performanței modelului.