Cum se poate evalua modelele ROP ale bitului PDC și efectul rezistenței rocii asupra coeficienților modelului?

Abstract

Condițiile actuale de preț scăzut al petrolului au reînnoit accentul pus pe optimizarea forajului pentru a economisi timp în forarea puțurilor de petrol și gaze și a reduce costurile operaționale. Modelarea ratei de penetrare (ROP) este un instrument cheie în optimizarea parametrilor de foraj, și anume greutatea sapei și viteza de rotație pentru procese de foraj mai rapide. Cu un instrument inovator, complet 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 de ROP ale sapei PDC: Hareland și Rampersad (1994) și Motahhari și colab. (2010). Aceste două... Bitul PDC Modelele sunt comparate cu o relație ROP generală, specifică unui caz de bază, dezvoltată de Bingham (1964) în trei formațiuni diferite de gresie în secțiunea verticală a unui puț orizontal de șisturi Bakken. Pentru prima dată, s-a încercat izolarea efectului variației rezistenței rocilor asupra coeficienților modelului ROP prin investigarea litologiilor cu parametri de foraj similari. În plus, este realizată o discuție cuprinzătoare despre importanța selectării limitelor adecvate ale coeficienților modelului. Rezistența rocilor, luată în considerare în modelele lui Hareland și Motahhari, dar nu și în cel al lui Bingham, are ca rezultat valori mai mari ale coeficienților multiplicatori constanți ai modelului pentru primele modele, pe lângă un exponent al termenului RPM crescut pentru modelul lui Motahhari. Se demonstrează că modelul lui Hareland și Rampersad are cele mai bune performanțe dintre cele trei modele cu acest set de date particular. Eficacitatea și aplicabilitatea modelării ROP tradiționale 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

Broașele PDC (Diamant Policristalin Compact) sunt tipul dominant de broșă utilizat în forarea puțurilor de petrol și gaze în prezent. Performanța broșei este de obicei măsurată prin rata de penetrare (ROP), o indicație a vitezei de foraj a sondei în termeni de lungime a găurii forate pe unitatea de timp. Optimizarea forajului a fost în prim-planul agendelor companiilor energetice de zeci de ani și câștigă o importanță sporită în contextul actual al prețurilor scăzute ale petrolului (Hareland și Rampersad, 1994). Primul pas în optimizarea parametrilor de foraj pentru a produce cea mai bună ROP posibilă este dezvoltarea unui model precis care să coreleze măsurătorile obținute la suprafață cu rata de foraj.

Mai multe modele ROP, inclusiv modele dezvoltate special pentru un anumit tip de sapă, au fost publicate în literatura de specialitate. Aceste modele ROP conțin de obicei o serie 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 teren cu parametri de foraj variabili, în special rezistența rocilor, pentru două...Bitul PDC modele (Hareland și Rampersad, 1994, Motahhari și colab., 2010). Coeficienții și performanța modelului sunt, de asemenea, comparați cu un model ROP de bază (Bingham, 1964), o relație simplistă care a servit drept primul model ROP aplicat pe scară largă în industrie și care este încă utilizat în prezent. Sunt investigate datele din câmpul de foraj din trei formațiuni de gresie cu rezistențe variabile ale rocilor, iar coeficienții modelului pentru aceste trei modele sunt calculați și comparați între ei. 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 rocilor nu este luată în considerare explicit în ultima formulare. Performanța modelului este, de asemenea, evaluată, ducând la alegerea celui mai bun model ROP pentru regiunea de șisturi Bakken din Dakota de Nord.

Modelele ROP incluse în această lucrare constau din ecuații inflexibile care leagă câțiva parametri de foraj de rata de foraj și conțin un set de coeficienți empirici care combină influența mecanismelor de foraj dificil de modelat, cum ar fi hidraulica, interacțiunea dintre rocă și freză, designul sapei, caracteristicile ansamblului de la fundul găurii, tipul de noroi și curățarea găurii. Deși aceste modele ROP tradiționale, în general, nu au performanțe bune în comparație cu datele de teren, ele oferă o rampă importantă către tehnici de modelare mai noi. Modelele moderne, mai puternice, bazate pe statistică, cu flexibilitate sporită, pot îmbunătăți precizia modelării ROP. Gandelman (2012) a raportat o îmbunătățire semnificativă a modelării ROP prin utilizarea rețelelor neuronale artificiale în locul modelelor ROP tradiționale în puțurile de petrol din bazinele pre-săline din largul coastelor Braziliei. Rețelele neuronale artificiale sunt, de asemenea, utilizate cu succes pentru predicția ROP în lucrările lui Bilgesu și colab. (1997), Moran și colab. (2010) și Esmaeili și colab. (2012). Cu toate acestea, o astfel de îmbunătățire a modelării ROP vine în detrimentul interpretabilității 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 teren și modelare ROP dezvoltat în Microsoft Excel VBA (Soares, 2015), este utilizat pentru calcularea coeficienților modelului și compararea performanței modelului.