PDC bit ROP modellerinin değerlendirilmesi ve kaya dayanımının model katsayıları üzerindeki etkisi nasıl öğrenilir?

Soyut

Mevcut düşük petrol fiyatı koşulları, petrol ve gaz kuyularının sondajında ​​zamandan tasarruf etmek ve işletme maliyetlerini azaltmak için sondaj optimizasyonuna yapılan vurguyu yeniledi. Penetrasyon hızı (ROP) modellemesi, daha hızlı delme işlemleri için uç ağırlığı ve dönüş hızı gibi delme parametrelerini optimize etmede önemli bir araçtır. Excel VBA, ROPPlotter'da geliştirilen yeni, tamamen otomatik veri görselleştirme ve ROP modelleme aracıyla bu çalışma, iki farklı PDC Bit ROP modelinin model performansını ve kaya dayanımının model katsayıları üzerindeki etkisini araştırıyor: Hareland ve Rampersad (1994) ve Motahhari ve ark. (2010). Bu ikisi PDC biti modeller, Bingham (1964) tarafından bir Bakken şeyli yatay kuyusunun dikey bölümündeki üç farklı kumtaşı oluşumunda geliştirilen temel durum olan genel ROP ilişkisiyle karşılaştırılmıştır. İlk kez, benzer sondaj parametrelerine sahip litolojileri inceleyerek değişen kaya dayanımının ROP model katsayıları üzerindeki etkisini izole etmek için bir girişimde bulunulmuştur. Ek olarak, uygun model katsayı sınırlarının seçilmesinin önemi üzerine kapsamlı bir tartışma yürütülmektedir. Hareland ve Motahhari modellerinde hesaba katılan ancak Bingham modellerinde hesaba katılmayan kaya mukavemeti, Motahhari modeli için artan RPM terimi üssüne ek olarak önceki modeller için sabit çarpan model katsayılarının daha yüksek değerleri ile sonuçlanır. Hareland ve Rampersad'ın modelinin bu özel veri seti ile üç model arasında en iyi performansı gösterdiği gösterilmiştir. Geleneksel ROP modellemenin etkinliği ve uygulanabilirliği, bu tür modeller, model formülasyonunda hesaba katılmayan ve belirli bir litolojiye özgü olan birçok sondaj faktörünün etkisini içeren bir dizi ampirik katsayıya dayandığı için sorgulanmaktadır.

giriiş

PDC (Polikristalin Elmas Kompakt) uçları, günümüzde petrol ve gaz kuyularının sondajında ​​kullanılan baskın uç türüdür. Bit performansı tipik olarak, birim zaman başına açılan deliğin uzunluğu açısından kuyunun ne kadar hızlı delindiğinin bir göstergesi olan penetrasyon oranı (ROP) ile ölçülür. Sondaj optimizasyonu onlarca yıldır enerji şirketlerinin gündeminin ön sıralarında yer alıyor ve mevcut düşük petrol fiyatı ortamında daha da önem kazanıyor (Hareland ve Rampersad, 1994). Mümkün olan en iyi ROP'yi üretmek için sondaj parametrelerini optimize etmenin ilk adımı, yüzeyde elde edilen ölçümleri delme hızıyla ilişkilendiren doğru bir modelin geliştirilmesidir.

Literatürde belirli bir bit tipi için özel olarak geliştirilen modeller de dahil olmak üzere birçok ROP modeli yayınlanmıştır. Bu ROP modelleri tipik olarak litolojiye bağlı olan ve sondaj parametreleri ile penetrasyon hızı arasındaki ilişkinin anlaşılmasını bozabilecek bir dizi ampirik katsayı içerir. Bu çalışmanın amacı, iki model için model performansını ve model katsayılarının değişen sondaj parametreleri, özellikle kaya dayanımı olan saha verilerine nasıl tepki verdiğini analiz etmektir.PDC biti modeller (Hareland ve Rampersad, 1994, Motahhari ve diğerleri, 2010). Model katsayıları ve performansı aynı zamanda endüstri genelinde yaygın olarak uygulanan ve halen kullanımda olan ilk ROP modeli olarak hizmet veren basit bir ilişki olan temel durum ROP modeliyle (Bingham, 1964) karşılaştırılır. Kaya dayanımları farklı olan üç kumtaşı oluşumundaki sondaj sahası verileri araştırılmış ve bu üç modelin model katsayıları hesaplanarak birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Her bir kaya oluşumundaki Hareland ve Motahhari modellerine ait katsayıların, Bingham'ın model katsayılarından daha geniş bir aralığı kapsayacağı, çünkü değişken kaya dayanımının ikinci formülasyonda açıkça hesaba katılmadığı varsayılmaktadır. Model performansı da değerlendirilerek Kuzey Dakota'daki Bakken şeyl bölgesi için en iyi ROP modelinin seçilmesine yol açılmıştır.

Bu çalışmaya dahil edilen ROP modelleri, birkaç sondaj parametresini sondaj hızıyla ilişkilendiren esnek olmayan denklemlerden oluşur ve hidrolik, kesici-kaya etkileşimi, matkap ucu gibi modellenmesi zor sondaj mekanizmalarının etkisini birleştiren bir dizi ampirik katsayı içerir. tasarım, alt delik montaj özellikleri, çamur türü ve delik temizliği. Bu geleneksel ROP modelleri genellikle saha verileriyle karşılaştırıldığında iyi performans göstermese de, daha yeni modelleme tekniklerine önemli bir basamak sağlarlar. Daha fazla esnekliğe sahip modern, daha güçlü, istatistik tabanlı modeller, ROP modellemenin doğruluğunu artırabilir. Gandelman (2012), Brezilya açıklarındaki tuz öncesi havzalardaki petrol kuyularında geleneksel ROP modelleri yerine yapay sinir ağları kullanılarak ROP modellemesinde önemli bir gelişme olduğunu bildirmiştir. Bilgesu ve ark.'nın çalışmalarında ROP tahmini için yapay sinir ağlarından da başarıyla yararlanılmaktadır. (1997), Moran ve ark. (2010) ve Esmaeili ve ark. (2012). Ancak ROP modellemesindeki bu tür bir gelişme, modelin yorumlanabilirliğinden ödün verilmesine neden olur. Bu nedenle, geleneksel ROP modelleri hala geçerlidir ve belirli bir sondaj parametresinin penetrasyon oranını nasıl etkilediğini analiz etmek için etkili bir yöntem sağlar.

Microsoft Excel VBA'da (Soares, 2015) geliştirilen bir saha veri görselleştirme ve ROP modelleme yazılımı olan ROPPlotter, model katsayılarının hesaplanmasında ve model performansının karşılaştırılmasında kullanılmaktadır.