Περίληψη
Οι τρέχουσες συνθήκες χαμηλών τιμών πετρελαίου έχουν ανανεώσει την έμφαση στη βελτιστοποίηση των γεωτρήσεων, προκειμένου να εξοικονομηθεί χρόνος κατά τη διάνοιξη γεωτρήσεων 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 γεώτρησης, δηλαδή του βάρους του τρυπανιού και της ταχύτητας περιστροφής για ταχύτερες διαδικασίες γεώτρησης. Με ένα νέο, πλήρως αυτοματοποιημένο εργαλείο οπτικοποίησης δεδομένων και μοντελοποίησης ROP που αναπτύχθηκε σε Excel VBA, το ROPPlotter, αυτή η εργασία διερευνά την απόδοση του μοντέλου και την επίδραση της αντοχής του βράχου στους συντελεστές του μοντέλου δύο διαφορετικών μοντέλων PDC Bit ROP: Hareland και Rampersad (1994) και Motahhari et al. (2010). Αυτά τα δύο... PDC bit Τα μοντέλα συγκρίνονται με μια βασική περίπτωση, γενική σχέση ROP που αναπτύχθηκε από τον Bingham (1964) σε τρεις διαφορετικούς σχηματισμούς ψαμμίτη στην κατακόρυφη τομή ενός οριζόντιου φρέατος σχιστολιθικού Bakken. Για πρώτη φορά, έγινε μια προσπάθεια να απομονωθεί η επίδραση της μεταβαλλόμενης αντοχής του πετρώματος στους συντελεστές του μοντέλου ROP, διερευνώντας λιθολογίες με κατά τα άλλα παρόμοιες παραμέτρους γεώτρησης. Επιπλέον, διεξάγεται μια ολοκληρωμένη συζήτηση σχετικά με τη σημασία της επιλογής κατάλληλων ορίων συντελεστών μοντέλου. Η αντοχή του πετρώματος, που λαμβάνεται υπόψη στα μοντέλα Hareland και Motahhari αλλά όχι στα μοντέλα Bingham, έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερες τιμές σταθερών πολλαπλασιαστικών συντελεστών μοντέλου για τα πρώτα μοντέλα, εκτός από έναν αυξημένο εκθέτη RPM για το μοντέλο Motahhari. Το μοντέλο των Hareland και Rampersad αποδεικνύεται ότι αποδίδει καλύτερα από τα τρία μοντέλα με αυτό το συγκεκριμένο σύνολο δεδομένων. Η αποτελεσματικότητα και η εφαρμοσιμότητα της παραδοσιακής μοντελοποίησης ROP τίθεται υπό αμφισβήτηση, καθώς τέτοια μοντέλα βασίζονται σε ένα σύνολο εμπειρικών συντελεστών που ενσωματώνουν την επίδραση πολλών παραγόντων γεώτρησης που δεν λαμβάνονται υπόψη στη διατύπωση του μοντέλου και είναι μοναδικοί για μια συγκεκριμένη λιθολογία.
Εισαγωγή
Τα τρυπάνια PDC (Polycrystalline Diamond Compact) είναι ο κυρίαρχος τύπος τρυπάνι που χρησιμοποιείται στις γεωτρήσεις πετρελαίου και φυσικού αερίου σήμερα. Η απόδοση των τρυπάνι συνήθως μετριέται με τον ρυθμό διείσδυσης (ROP), μια ένδειξη της ταχύτητας διάτρησης του φρέατος σε όρους μήκους οπής που διανοίγεται ανά μονάδα χρόνου. Η βελτιστοποίηση της γεώτρησης βρίσκεται στην πρώτη γραμμή των στόχων των εταιρειών ενέργειας εδώ και δεκαετίες και αποκτά περαιτέρω σημασία στο τρέχον περιβάλλον χαμηλών τιμών πετρελαίου (Hareland και Rampersad, 1994). Το πρώτο βήμα στη βελτιστοποίηση των παραμέτρων γεώτρησης για την παραγωγή του καλύτερου δυνατού ROP είναι η ανάπτυξη ενός ακριβούς μοντέλου που συσχετίζει τις μετρήσεις που λαμβάνονται στην επιφάνεια με τον ρυθμό γεώτρησης.
Αρκετά μοντέλα ROP, συμπεριλαμβανομένων μοντέλων που έχουν αναπτυχθεί ειδικά για έναν συγκεκριμένο τύπο τρυπητού, έχουν δημοσιευτεί στη βιβλιογραφία. Αυτά τα μοντέλα ROP συνήθως περιέχουν έναν αριθμό εμπειρικών συντελεστών που εξαρτώνται από τη λιθολογία και ενδέχεται να επηρεάσουν την κατανόηση της σχέσης μεταξύ των παραμέτρων γεώτρησης και του ρυθμού διείσδυσης. Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι να αναλυθεί η απόδοση του μοντέλου και ο τρόπος με τον οποίο οι συντελεστές του μοντέλου ανταποκρίνονται σε δεδομένα πεδίου με μεταβαλλόμενες παραμέτρους γεώτρησης, ιδίως την αντοχή του βράχου, για δύο...PDC bit μοντέλα (Hareland and Rampersad, 1994, Motahhari et al., 2010). Οι συντελεστές και η απόδοση του μοντέλου συγκρίνονται επίσης με ένα βασικό μοντέλο ROP (Bingham, 1964), μια απλοϊκή σχέση που χρησίμευσε ως το πρώτο μοντέλο ROP που εφαρμόστηκε ευρέως σε όλη τη βιομηχανία και εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σήμερα. Διερευνώνται δεδομένα πεδίου γεώτρησης σε τρεις σχηματισμούς ψαμμίτη με ποικίλες αντοχές πετρωμάτων και υπολογίζονται οι συντελεστές μοντέλου για αυτά τα τρία μοντέλα και συγκρίνονται μεταξύ τους. Υποτίθεται ότι οι συντελεστές για τα μοντέλα Hareland και Motahhari σε κάθε σχηματισμό πετρωμάτων θα καλύπτουν ένα ευρύτερο εύρος από τους συντελεστές μοντέλου Bingham, καθώς η ποικίλη αντοχή πετρωμάτων δεν λαμβάνεται ρητά υπόψη στην τελευταία διατύπωση. Αξιολογείται επίσης η απόδοση του μοντέλου, οδηγώντας στην επιλογή του καλύτερου μοντέλου ROP για την περιοχή σχιστολιθικού Bakken στη Βόρεια Ντακότα.
Τα μοντέλα ROP που περιλαμβάνονται σε αυτήν την εργασία αποτελούνται από άκαμπτες εξισώσεις που συσχετίζουν μερικές παραμέτρους γεώτρησης με τον ρυθμό γεώτρησης και περιέχουν ένα σύνολο εμπειρικών συντελεστών που συνδυάζουν την επίδραση μηχανισμών γεώτρησης που είναι δύσκολο να μοντελοποιηθούν, όπως η υδραυλική, η αλληλεπίδραση κοπτικού-πετρώματος, ο σχεδιασμός του τρυπητηρίου, τα χαρακτηριστικά συναρμολόγησης πυθμένα οπής, ο τύπος λάσπης και ο καθαρισμός οπών. Αν και αυτά τα παραδοσιακά μοντέλα ROP γενικά δεν αποδίδουν καλά σε σύγκριση με δεδομένα πεδίου, παρέχουν ένα σημαντικό εφαλτήριο για νεότερες τεχνικές μοντελοποίησης. Σύγχρονα, πιο ισχυρά, στατιστικά μοντέλα με αυξημένη ευελιξία μπορούν να βελτιώσουν την ακρίβεια της μοντελοποίησης ROP. Ο Gandelman (2012) έχει αναφέρει σημαντική βελτίωση στη μοντελοποίηση ROP χρησιμοποιώντας τεχνητά νευρωνικά δίκτυα αντί για παραδοσιακά μοντέλα ROP σε πετρελαιοπηγές στις λεκάνες προ-αλατιού στα ανοιχτά της Βραζιλίας. 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 εις βάρος της ερμηνευσιμότητας 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 τον ρυθμό διείσδυσης.
Το ROPPlotter, ένα λογισμικό οπτικοποίησης δεδομένων πεδίου και μοντελοποίησης ROP που αναπτύχθηκε σε Microsoft Excel VBA (Soares, 2015), χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό των συντελεστών του μοντέλου και τη σύγκριση της απόδοσης του μοντέλου.
Ώρα δημοσίευσης: 01 Σεπτεμβρίου 2023