Како да се знае евалуацијата на PDC битни ROP модели и ефектот на цврстината на карпата врз коефициентите на моделот?

Апстракт

Сегашните услови на ниски цени на нафтата го обновија акцентот на оптимизацијата на дупчењето со цел да се заштеди време при дупчење на нафтени и гасни бунари и да се намалат оперативните трошоци. Моделирањето на стапката на пенетрација (ROP) е клучна алатка за оптимизирање на параметрите на дупчењето, имено тежината на дупчето и брзината на ротација за побрзи процеси на дупчење. Со нова, целосно автоматизирана алатка за визуелизација на податоци и моделирање на ROP развиена во Excel VBA, ROPPlotter, оваа работа ги истражува перформансите на моделот и влијанието на цврстината на карпата врз коефициентите на моделот на два различни PDC Bit ROP модели: Hareland и Rampersad (1994) и Motahhari et al. (2010). Овие два PDC бит Моделите се споредуваат со основен случај, општа ROP релација развиена од Бингам (1964) во три различни формации на песочник во вертикалниот пресек на хоризонтален бунар од шкрилец Бакен. За прв пат, направен е обид да се изолира ефектот од различната цврстина на карпата врз коефициентите на ROP моделот со истражување на литологии со инаку слични параметри на дупчење. Дополнително, се спроведува сеопфатна дискусија за важноста на изборот на соодветни граници на коефициентите на моделот. Јакоста на карпата, земена предвид во моделите на Хареланд и Мотахари, но не и во Бингам, резултира со повисоки вредности на коефициентите на моделот со константен мултипликатор за претходните модели, покрај зголемениот експонент на RPM за моделот на Мотахари. Моделот на Хареланд и Рамперсад е прикажан дека најдобро функционира од трите модели со овој конкретен збир на податоци. Ефективноста и применливоста на традиционалното ROP моделирање се доведуваат во прашање, бидејќи таквите модели се потпираат на збир на емпириски коефициенти кои го вклучуваат ефектот на многу фактори на дупчење кои не се земени предвид во формулацијата на моделот и се уникатни за одредена литологија.

Вовед

PDC (поликристални дијамантски компактни) битови се доминантен тип на битови што се користат при дупчење на нафта и гас бунари денес. Перформансите на битот обично се мери со стапката на пенетрација (ROP), индикација за тоа колку брзо се дупчи бунарот во однос на должината на дупчената дупка по единица време. Оптимизацијата на дупчењето е во првите редови на агендите на енергетските компании со децении, а добива на дополнително значење во сегашната средина со ниски цени на нафтата (Hareland and Rampersad, 1994). Првиот чекор во оптимизирањето на параметрите на дупчењето за да се произведе најдобриот можен ROP е развојот на точен модел што ги поврзува мерењата добиени на површината со стапката на дупчење.

Во литературата се објавени неколку ROP модели, вклучувајќи модели развиени специјално за одреден тип на бит. Овие ROP модели обично содржат голем број емпириски коефициенти кои зависат од литологијата и може да го нарушат разбирањето на врската помеѓу параметрите на дупчење и брзината на пенетрација. Целта на оваа студија е да се анализираат перформансите на моделот и како коефициентите на моделот реагираат на теренските податоци со различни параметри на дупчење, особено цврстината на карпата, за дваPDC бит модели (Hareland and Rampersad, 1994, Motahhari et al., 2010). Коефициентите и перформансите на моделот се споредуваат и со основниот ROP модел (Bingham, 1964), симплистичка релација која служеше како прв ROP модел широко применет низ целата индустрија и сè уште е во употреба. Се испитуваат податоците од полето на дупчење во три формации на песочник со различна јачина на карпите, а коефициентите на моделот за овие три модели се пресметуваат и споредуваат едни со други. Се претпоставува дека коефициентите за моделите на Hareland и Motahhari во секоја формација на карпи ќе опфаќаат поширок опсег од коефициентите на моделот на Bingham, бидејќи различната јачина на карпите не е експлицитно земена предвид во втората формулација. Перформансите на моделот се исто така евалуирани, што доведува до избор на најдобар ROP модел за регионот на шкрилец Бакен во Северна Дакота.

ROP моделите вклучени во оваа работа се состојат од нефлексибилни равенки кои поврзуваат неколку параметри на дупчење со брзината на дупчење и содржат збир на емпириски коефициенти кои го комбинираат влијанието на тешките механизми за моделирање на дупчење, како што се хидрауликата, интеракцијата секач-карпа, дизајнот на битот, карактеристиките на склопувањето на дното на дупката, типот на кал и чистењето на дупките. Иако овие традиционални ROP модели генерално не се покажуваат добро во споредба со теренските податоци, тие обезбедуваат важен чекор кон поновите техники на моделирање. Модерните, помоќни модели базирани на статистика со зголемена флексибилност можат да ја подобрат точноста на ROP моделирањето. Ганделман (2012) објави значително подобрување во ROP моделирањето со користење на вештачки невронски мрежи наместо традиционални ROP модели во нафтени бунари во басените пред сол во крајбрежјето на Бразил. Вештачките невронски мрежи се исто така успешно користени за предвидување на ROP во делата на Билгесу и др. (1997), Моран и др. (2010) и Есмаели и др. (2012). Сепак, таквото подобрување во ROP моделирањето е на сметка на толкувањето на моделот. Затоа, традиционалните ROP модели се сè уште релевантни и обезбедуваат ефикасен метод за анализа на тоа како специфичен параметар на дупчење влијае на стапката на пенетрација.

ROPPlotter, софтвер за визуелизација на теренски податоци и моделирање на ROP развиен во Microsoft Excel VBA (Soares, 2015), се користи за пресметување на коефициентите на моделот и споредување на перформансите на моделот.