PDC matkap ucu ROP modellerinin değerlendirilmesi ve kaya dayanımının model katsayıları üzerindeki etkisi nasıl anlaşılır?

Soyut

Mevcut düşük petrol fiyatları, petrol ve doğalgaz kuyularının sondajında ​​zamandan tasarruf etmek ve işletme maliyetlerini düşürmek amacıyla sondaj optimizasyonuna olan önemi yeniden gündeme getirmiştir. Sondaj hızı (ROP) modellemesi, daha hızlı sondaj süreçleri için matkap ucu ağırlığı ve dönme hızı gibi sondaj parametrelerini optimize etmede önemli bir araçtır. Excel VBA'da geliştirilen yeni, tamamen otomatik bir veri görselleştirme ve ROP modelleme aracı olan ROPPlotter ile bu çalışma, iki farklı PDC Matkap Ucu ROP modelinin (Hareland ve Rampersad (1994) ve Motahhari vd. (2010)) model performansını ve kaya dayanımının model katsayıları üzerindeki etkisini araştırmaktadır. PDC bit Modeller, Bakken şeyl yatay kuyusunun dikey kesitindeki üç farklı kumtaşı formasyonunda Bingham (1964) tarafından geliştirilen genel bir ROP ilişkisi olan temel durumla karşılaştırılmıştır. İlk kez, benzer sondaj parametrelerine sahip litolojileri inceleyerek, kaya dayanımının ROP model katsayıları üzerindeki etkisini izole etme girişiminde bulunulmuştur. Ek olarak, uygun model katsayı sınırlarının seçilmesinin önemi üzerine kapsamlı bir tartışma yapılmıştır. Hareland ve Motahhari'nin modellerinde hesaba katılan ancak Bingham'ın modelinde katılmayan kaya dayanımı, Motahhari'nin modelinde artan bir RPM terim üssüne ek olarak, önceki modeller için daha yüksek sabit çarpan model katsayı değerlerine neden olmaktadır. Hareland ve Rampersad'ın modelinin bu özel veri setinde üç model arasında en iyi performansı gösterdiği tespit edilmiştir. Geleneksel sondaj hızı modellemesinin etkinliği ve uygulanabilirliği sorgulanmaktadır, çünkü bu modeller, modelin formülasyonunda hesaba katılmayan ve belirli bir litolojiye özgü birçok sondaj faktörünün etkisini içeren bir dizi ampirik katsayıya dayanmaktadır.

giriiş

PDC (Polikristalin Elmas Kompakt) matkap uçları, günümüzde petrol ve doğalgaz kuyularının sondajında ​​kullanılan baskın matkap ucu türüdür. Matkap ucu performansı tipik olarak, kuyu açma hızının birim zamanda açılan delik uzunluğu cinsinden bir göstergesi olan penetrasyon hızı (ROP) ile ölçülür. Sondaj optimizasyonu, on yıllardır enerji şirketlerinin gündeminin ön saflarında yer almaktadır ve mevcut düşük petrol fiyatı ortamında daha da önem kazanmaktadır (Hareland ve Rampersad, 1994). Mümkün olan en iyi ROP'yi elde etmek için sondaj parametrelerini optimize etmenin ilk adımı, yüzeyde elde edilen ölçümleri sondaj hızıyla ilişkilendiren doğru bir model geliştirmektir.

Literatürde, belirli bir matkap ucu tipi için özel olarak geliştirilmiş modeller de dahil olmak üzere, çeşitli sondaj hızı (ROP) modelleri yayınlanmıştır. Bu ROP modelleri tipik olarak, litolojiye bağlı ve sondaj parametreleri ile penetrasyon hızı arasındaki ilişkinin anlaşılmasını zorlaştırabilecek bir dizi ampirik katsayı içermektedir. Bu çalışmanın amacı, iki farklı sondaj parametresi, özellikle kaya dayanımı ile saha verilerine model performansını ve model katsayılarının nasıl tepki verdiğini analiz etmektir.PDC bit Modeller (Hareland ve Rampersad, 1994, Motahhari vd., 2010) incelenmektedir. Model katsayıları ve performansı, endüstri genelinde yaygın olarak uygulanan ve halen kullanımda olan ilk ROP modeli olan basit bir ilişki olan temel durum ROP modeli (Bingham, 1964) ile de karşılaştırılmaktadır. Değişken kaya dayanımına sahip üç kumtaşı formasyonunda sondaj saha verileri incelenmekte ve bu üç model için model katsayıları hesaplanarak birbirleriyle karşılaştırılmaktadır. Hareland ve Motahhari modellerinin her kaya formasyonundaki katsayılarının, Bingham modelinin katsayılarından daha geniş bir aralığı kapsayacağı varsayılmaktadır, çünkü ikinci formülasyonda değişken kaya dayanımı açıkça hesaba katılmamaktadır. Model performansı da değerlendirilerek, Kuzey Dakota'daki Bakken şeyl bölgesi için en iyi ROP modeli seçilmektedir.

Bu çalışmada yer alan ROP modelleri, birkaç sondaj parametresini sondaj hızıyla ilişkilendiren esnek olmayan denklemlerden oluşur ve hidrolik, kesici-kaya etkileşimi, matkap ucu tasarımı, kuyu dibi tertibatı özellikleri, çamur tipi ve kuyu temizliği gibi modellenmesi zor sondaj mekanizmalarının etkisini birleştiren bir dizi ampirik katsayı içerir. Bu geleneksel ROP modelleri genellikle saha verileriyle karşılaştırıldığında iyi performans göstermese de, daha yeni modelleme tekniklerine önemli bir basamak oluşturmaktadır. Daha güçlü, istatistik tabanlı ve daha esnek modern modeller, ROP modellemesinin doğruluğunu artırabilir. Gandelman (2012), Brezilya açıklarındaki tuz altı havzalarındaki petrol kuyularında geleneksel ROP modelleri yerine yapay sinir ağları kullanarak ROP modellemesinde önemli bir iyileşme olduğunu bildirmiştir. Yapay sinir ağları ayrıca Bilgesu vd. (1997), Moran vd. (2010) ve Esmaeili vd. (2012) çalışmalarında da ROP tahmini için başarıyla kullanılmıştır. Ancak, ROP modellemesindeki bu tür gelişmeler, modelin yorumlanabilirliğinin azalması pahasına gerçekleşmektedir. Bu nedenle, geleneksel ROP modelleri hala geçerliliğini korumakta ve belirli bir sondaj parametresinin penetrasyon hızını nasıl etkilediğini analiz etmek için etkili bir yöntem sunmaktadır.

Microsoft Excel VBA'da geliştirilen (Soares, 2015) saha verisi görselleştirme ve ROP modelleme yazılımı ROPPlotter, model katsayılarını hesaplamak ve model performansını karşılaştırmak için kullanılmaktadır.