Πώς να γνωρίζετε την αξιολόγηση των μοντέλων ROP bit PDC και την επίδραση της αντοχής του βράχου στους συντελεστές μοντέλου;

Περίληψη

Οι τρέχουσες συνθήκες χαμηλής τιμής του πετρελαίου έχουν ανανεώσει την έμφαση στη βελτιστοποίηση της γεώτρησης προκειμένου να εξοικονομηθεί χρόνος από τη γεώτρηση πετρελαίου και φυσικού αερίου και να μειωθεί το λειτουργικό κόστος. Η μοντελοποίηση του ρυθμού διείσδυσης (ROP) είναι ένα βασικό εργαλείο για τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων διάτρησης, δηλαδή το βάρος των κομματιών και την ταχύτητα περιστροφής για ταχύτερες διαδικασίες διάτρησης. Με ένα νέο, πλήρως αυτοματοποιημένο εργαλείο οπτικοποίησης δεδομένων και μοντελοποίησης ROP που αναπτύχθηκε στο Excel VBA, ROPPlotter, αυτή η εργασία διερευνά την απόδοση του μοντέλου και τον αντίκτυπο της αντοχής του βράχου στους συντελεστές μοντέλων δύο διαφορετικών μοντέλων PDC Bit ROP: Hareland and Rampersad (1994) και Motahhari et al. (2010). Αυτά τα δύο bit PDC Τα μοντέλα συγκρίνονται με μια βασική περίπτωση, μια γενική σχέση ROP που αναπτύχθηκε από τον Bingham (1964) σε τρεις διαφορετικούς σχηματισμούς ψαμμίτη στην κατακόρυφη τομή ενός οριζόντιου φρεατίου σχιστόλιθου Bakken. Για πρώτη φορά, έγινε μια προσπάθεια να απομονωθεί η επίδραση της μεταβαλλόμενης αντοχής του βράχου στους συντελεστές του μοντέλου ROP διερευνώντας λιθολογίες με κατά τα άλλα παρόμοιες παραμέτρους γεώτρησης. Επιπλέον, διεξάγεται μια περιεκτική συζήτηση σχετικά με τη σημασία της επιλογής των κατάλληλων ορίων των συντελεστών του μοντέλου. Η ισχύς του βράχου, που αντιπροσωπεύεται στα μοντέλα του Hareland και του Motahhari αλλά όχι του Bingham, έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερες τιμές σταθερών συντελεστών μοντέλων πολλαπλασιαστή για τα προηγούμενα μοντέλα, επιπλέον του αυξημένου όρου εκθέτη RPM για το μοντέλο του Motahhari. Το μοντέλο των Hareland και Rampersad φαίνεται να αποδίδει καλύτερα από τα τρία μοντέλα με αυτό το συγκεκριμένο σύνολο δεδομένων. Η αποτελεσματικότητα και η δυνατότητα εφαρμογής της παραδοσιακής μοντελοποίησης ROP τίθεται υπό αμφισβήτηση, καθώς τέτοια μοντέλα βασίζονται σε ένα σύνολο εμπειρικών συντελεστών που ενσωματώνουν την επίδραση πολλών παραγόντων διάτρησης που δεν λαμβάνονται υπόψη στη διατύπωση του μοντέλου και είναι μοναδικοί σε μια συγκεκριμένη λιθολογία.

Εισαγωγή

Οι μύτες PDC (Polycrystalline Diamond Compact) είναι ο κυρίαρχος τύπος κομματιών που χρησιμοποιείται στη γεώτρηση γεωτρήσεων πετρελαίου και φυσικού αερίου σήμερα. Η απόδοση των δυαδικών ψηφίων τυπικά μετριέται με τον ρυθμό διείσδυσης (ROP), μια ένδειξη του πόσο γρήγορα ανοίγεται το φρεάτιο σε σχέση με το μήκος της οπής που έχει ανοίξει ανά μονάδα χρόνου. Η βελτιστοποίηση της γεώτρησης βρίσκεται στην πρώτη γραμμή της ατζέντας των ενεργειακών εταιρειών εδώ και δεκαετίες και αποκτά περαιτέρω σημασία στο τρέχον περιβάλλον χαμηλής τιμής του πετρελαίου (Hareland και Rampersad, 1994). Το πρώτο βήμα για τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων γεώτρησης για την παραγωγή του καλύτερου δυνατού ROP είναι η ανάπτυξη ενός ακριβούς μοντέλου που να συσχετίζει τις μετρήσεις που λαμβάνονται με ρυθμό γεώτρησης επιφάνειας.

Πολλά μοντέλα ROP, συμπεριλαμβανομένων μοντέλων που έχουν αναπτυχθεί ειδικά για έναν συγκεκριμένο τύπο bit, έχουν δημοσιευτεί στη βιβλιογραφία. Αυτά τα μοντέλα ROP συνήθως περιέχουν έναν αριθμό εμπειρικών συντελεστών που εξαρτώνται από τη λιθολογία και μπορεί να επηρεάσουν την κατανόηση της σχέσης μεταξύ των παραμέτρων γεώτρησης και του ρυθμού διείσδυσης. Ο σκοπός αυτής της μελέτης είναι να αναλύσει την απόδοση του μοντέλου και τον τρόπο με τον οποίο οι συντελεστές του μοντέλου ανταποκρίνονται στα δεδομένα πεδίου με ποικίλες παραμέτρους διάτρησης, ιδιαίτερα την αντοχή του βράχου, για δύοbit PDC μοντέλα (Hareland and Rampersad, 1994, Motahhari et al., 2010). Οι συντελεστές και η απόδοση του μοντέλου συγκρίνονται επίσης με ένα μοντέλο βασικής περίπτωσης ROP (Bingham, 1964), μια απλοϊκή σχέση που χρησίμευσε ως το πρώτο μοντέλο ROP που εφαρμόστηκε ευρέως σε όλη τη βιομηχανία και εξακολουθεί να χρησιμοποιείται επί του παρόντος. Τα δεδομένα πεδίου γεώτρησης σε τρεις σχηματισμούς ψαμμίτη με ποικίλες αντοχές βράχου διερευνώνται και οι συντελεστές μοντέλων για αυτά τα τρία μοντέλα υπολογίζονται και συγκρίνονται μεταξύ τους. Υποτίθεται ότι οι συντελεστές για τα μοντέλα του Hareland και του Motahhari σε κάθε σχηματισμό βράχου θα καλύπτουν ένα ευρύτερο εύρος από τους συντελεστές του μοντέλου του Bingham, καθώς η μεταβαλλόμενη αντοχή του βράχου δεν υπολογίζεται ρητά στην τελευταία διατύπωση. Η απόδοση του μοντέλου αξιολογείται επίσης, οδηγώντας στην επιλογή του καλύτερου μοντέλου ROP για την περιοχή σχιστόλιθου Bakken στη Βόρεια Ντακότα.

Τα μοντέλα ROP που περιλαμβάνονται σε αυτή την εργασία αποτελούνται από άκαμπτες εξισώσεις που σχετίζουν μερικές παραμέτρους διάτρησης με τον ρυθμό διάτρησης και περιέχουν ένα σύνολο εμπειρικών συντελεστών που συνδυάζουν την επίδραση μηχανισμών γεώτρησης που είναι δύσκολο να μοντελοποιηθούν, όπως υδραυλικά, αλληλεπίδραση πέτρας, μπιτ. σχεδιασμός, χαρακτηριστικά συναρμολόγησης κάτω-οπής, τύπος λάσπης και καθαρισμός οπών. Αν και αυτά τα παραδοσιακά μοντέλα ROP γενικά δεν έχουν καλή απόδοση σε σύγκριση με δεδομένα πεδίου, παρέχουν ένα σημαντικό σκαλοπάτι σε νεότερες τεχνικές μοντελοποίησης. Σύγχρονα, πιο ισχυρά, βασισμένα σε στατιστικά μοντέλα με αυξημένη ευελιξία μπορούν να βελτιώσουν την ακρίβεια της μοντελοποίησης ROP. Ο Gandelman (2012) ανέφερε σημαντική βελτίωση στη μοντελοποίηση ROP χρησιμοποιώντας τεχνητά νευρωνικά δίκτυα αντί των παραδοσιακών μοντέλων ROP σε πετρελαιοπηγές στις προκαταρκτικές λεκάνες αλατιού στην ανοικτή Βραζιλία. Τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα χρησιμοποιούνται επίσης με επιτυχία για την πρόβλεψη ROP στις εργασίες των Bilgesu et al. (1997), Moran et al. (2010) και Esmaeili et al. (2012). Ωστόσο, μια τέτοια βελτίωση στη μοντελοποίηση ROP έρχεται σε βάρος της ερμηνείας του μοντέλου. Επομένως, τα παραδοσιακά μοντέλα ROP εξακολουθούν να είναι σχετικά και παρέχουν μια αποτελεσματική μέθοδο για την ανάλυση του τρόπου με τον οποίο μια συγκεκριμένη παράμετρος γεώτρησης επηρεάζει το ρυθμό διείσδυσης.

Το ROPPlotter, ένα λογισμικό οπτικοποίησης δεδομένων πεδίου και μοντελοποίησης ROP που αναπτύχθηκε στο Microsoft Excel VBA (Soares, 2015), χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό των συντελεστών του μοντέλου και τη σύγκριση της απόδοσης του μοντέλου.