Як дізнатися оцінку моделей швидкості руху гірських порід долота PDC та вплив міцності породи на коефіцієнти моделі?

Анотація

Поточні низькі ціни на нафту знову змусили акцентувати увагу на оптимізації буріння, щоб заощадити час на буріння нафтових і газових свердловин і зменшити експлуатаційні витрати. Моделювання швидкості проникнення (ROP) є ключовим інструментом для оптимізації параметрів буріння, а саме ваги долота та швидкості обертання для пришвидшення процесів буріння. За допомогою нового, повністю автоматизованого інструменту візуалізації даних та моделювання ROP, розробленого в Excel VBA, ROPPlotter, у цій роботі досліджується продуктивність моделі та вплив міцності гірських порід на коефіцієнти моделі двох різних моделей ROP долота PDC: Hareland and Rampersad (1994) та Motahhari et al. (2010). Ці дві Біт PDC Моделі порівнюються з базовим випадком, загальним співвідношенням швидкості проходки (ROP), розробленим Бінгемом (1964) для трьох різних піщаникових формацій у вертикальній частині горизонтальної свердловини сланцевого пласта Баккен. Вперше було зроблено спробу ізолювати вплив різної міцності породи на коефіцієнти моделі ROP шляхом дослідження літологій з іншими подібними параметрами буріння. Крім того, проводиться всебічне обговорення важливості вибору відповідних меж коефіцієнтів моделі. Міцність породи, врахована в моделях Хареланда та Мотахарі, але не в моделях Бінгема, призводить до вищих значень коефіцієнтів моделі постійного множника для перших моделей, на додаток до збільшення показника члена RPM для моделі Мотахарі. Показано, що модель Хареланда та Рамперсада працює найкраще з трьох моделей з цим конкретним набором даних. Ефективність та застосовність традиційного моделювання ROP ставляться під сумнів, оскільки такі моделі спираються на набір емпіричних коефіцієнтів, які враховують вплив багатьох факторів буріння, не врахованих у формулюванні моделі, та є унікальними для конкретної літології.

Вступ

Долота PDC (полікристалічні алмазні компактні) є домінуючим типом долота, що використовується сьогодні в бурінні нафтових і газових свердловин. Продуктивність долота зазвичай вимірюється швидкістю проникнення (ROP), що вказує на те, наскільки швидко буриться свердловина з точки зору довжини отвору, що буриться за одиницю часу. Оптимізація буріння була на передньому краї порядку денного енергетичних компаній протягом десятиліть, і вона набуває ще більшого значення в умовах нинішніх низьких цін на нафту (Hareland and Rampersad, 1994). Першим кроком в оптимізації параметрів буріння для отримання найкращої можливої ​​ROP є розробка точної моделі, що пов'язує вимірювання, отримані на поверхні, зі швидкістю буріння.

У літературі опубліковано кілька моделей ROP, включаючи моделі, розроблені спеціально для певного типу долота. Ці моделі ROP зазвичай містять низку емпіричних коефіцієнтів, які залежать від літології та можуть погіршити розуміння взаємозв'язку між параметрами буріння та швидкістю проникнення. Метою цього дослідження є аналіз ефективності моделі та того, як коефіцієнти моделі реагують на польові дані зі зміною параметрів буріння, зокрема міцності породи, для двох...Біт PDC моделі (Hareland and Rampersad, 1994, Motahhari et al., 2010). Коефіцієнти та характеристики моделі також порівнюються з базовою моделлю ROP (Bingham, 1964), спрощеним співвідношенням, яке слугувало першою моделлю ROP, що широко застосовувалася в промисловості та використовується досі. Досліджуються дані бурових полів у трьох піщаникових формаціях з різною міцністю гірських порід, а також обчислюються та порівнюються коефіцієнти моделі для цих трьох моделей. Постулюється, що коефіцієнти для моделей Hareland та Motahhari в кожній гірській формації охоплюватимуть ширший діапазон, ніж коефіцієнти моделі Bingham, оскільки різна міцність гірських порід не враховується явно в останній формулюванні. Також оцінюється продуктивність моделі, що призводить до вибору найкращої моделі ROP для сланцевого регіону Баккен у Північній Дакоті.

Моделі швидкості проходки (ROP), включені до цієї роботи, складаються з негнучких рівнянь, які пов'язують кілька параметрів буріння зі швидкістю буріння, та містять набір емпіричних коефіцієнтів, які поєднують вплив важкодоступних для моделювання механізмів буріння, таких як гідравліка, взаємодія різця з породою, конструкція долота, характеристики компонування вибою свердловини, тип бурового розчину та очищення свердловини. Хоча ці традиційні моделі ROP зазвичай не працюють добре у порівнянні з польовими даними, вони є важливим кроком до нових методів моделювання. Сучасні, потужніші, статистичні моделі з підвищеною гнучкістю можуть підвищити точність моделювання ROP. Гандельман (2012) повідомив про значне покращення моделювання ROP шляхом використання штучних нейронних мереж замість традиційних моделей ROP у нафтових свердловинах у передсолевих басейнах біля берегів Бразилії. Штучні нейронні мережі також успішно використовуються для прогнозування ROP у роботах Більгесу та ін. (1997), Морана та ін. (2010) та Есмаеілі та ін. (2012). Однак таке покращення моделювання ROP відбувається за рахунок інтерпретації моделі. Таким чином, традиційні моделі ROP все ще актуальні та забезпечують ефективний метод аналізу того, як певний параметр буріння впливає на швидкість проникнення.

ROPPlotter, програмне забезпечення для візуалізації польових даних та моделювання ROP, розроблене в Microsoft Excel VBA (Soares, 2015), використовується для розрахунку коефіцієнтів моделі та порівняння її ефективності.