Kuidas teada saada PDC bittide ROP mudelite hindamist ja kivimi tugevuse mõju mudeli koefitsientidele?

Abstraktne

Praegused madalad naftahinna tingimused on suurendanud rõhku puurimise optimeerimisele, et säästa nafta- ja gaasipuuraukude puurimise aega ning vähendada tegevuskulusid. Läbitungimiskiiruse (ROP) modelleerimine on võtmetööriist puurimisparameetrite optimeerimisel, nimelt otsiku kaalu ja pöörlemiskiiruse kiiremaks puurimiseks. Uudse, täielikult automatiseeritud andmete visualiseerimise ja ROP-i modelleerimistööriistaga, mis on välja töötatud Excel VBA-s, ROPPlotter, uurib see töö mudeli jõudlust ja kivimi tugevuse mõju kahe erineva PDC Bit ROP-mudeli mudeli koefitsientidele: Hareland ja Rampersad (1994) ning Motahhari. et al. (2010). Need kaks PDC bitt mudeleid võrreldakse Binghami (1964) välja töötatud Binghami (1964) baasjuhtumiga kolmes erinevas liivakivimoodustis Bakkeni kilda horisontaalse kaevu vertikaalses osas. Esimest korda on püütud eraldada kivimite muutumise tugevuse mõju ROP mudeli koefitsientidele, uurides muidu sarnaste puurimisparameetritega litoloogiaid. Lisaks viiakse läbi põhjalik arutelu sobivate mudelikoefitsientide piiride valimise tähtsuse üle. Kivimi tugevus, mis on arvestatud Harelandi ja Motahhari mudelites, kuid mitte Binghami mudelites, annab eelmiste mudelite puhul suuremad konstantse kordaja mudeli koefitsientide väärtused, lisaks Motahhari mudeli suurenenud RPM-i terminieksponent. Näidatakse, et Harelandi ja Rampersadi mudel toimib selle konkreetse andmestikuga kolmest mudelist kõige paremini. Traditsioonilise ROP-modelleerimise tõhusus ja rakendatavus seatakse kahtluse alla, kuna sellised mudelid põhinevad empiiriliste koefitsientide komplektil, mis hõlmavad paljude puurimistegurite mõju, mida mudeli sõnastuses ei arvestatud ja mis on konkreetsele litoloogiale ainulaadsed.

Sissejuhatus

PDC (Polycrystalline Diamond Compact) otsikud on tänapäeval nafta- ja gaasipuuraukude puurimisel kasutatav domineeriv otsik. Otsiku jõudlust mõõdetakse tavaliselt läbitungimiskiirusega (ROP), mis näitab, kui kiiresti kaevu puuritakse ajaühikus puuritava augu pikkuses. Puurimise optimeerimine on olnud energiaettevõtete tegevuskavade esirinnas juba aastakümneid ning praeguse madala naftahinna tingimustes muutub see veelgi olulisemaks (Hareland ja Rampersad, 1994). Esimene samm puurimisparameetrite optimeerimisel parima võimaliku ROP-i saamiseks on täpse mudeli väljatöötamine, mis seob pinnast saadud mõõtmised puurimiskiirusega.

Kirjanduses on avaldatud mitmeid ROP-mudeleid, sealhulgas spetsiaalselt teatud bititüübi jaoks välja töötatud mudeleid. Need ROP-mudelid sisaldavad tavaliselt mitmeid empiirilisi koefitsiente, mis on litoloogiast sõltuvad ja võivad halvendada puurimisparameetrite ja läbitungimiskiiruse vahelise seose mõistmist. Selle uuringu eesmärk on analüüsida mudeli jõudlust ja seda, kuidas mudeli koefitsiendid reageerivad väljaandmetele erinevate puurimisparameetritega, eriti kivimi tugevusega kahel korral.PDC bitt mudelid (Hareland ja Rampersad, 1994, Motahhari et al., 2010). Mudelite koefitsiente ja jõudlust võrreldakse ka baasjuhtumi ROP-mudeliga (Bingham, 1964), mis on lihtsustatud seos, mis oli esimene ROP-mudel, mida laialdaselt rakendati kogu tööstuses ja mis on endiselt kasutusel. Uuritakse puurimisvälja andmeid kolmes erineva tugevusega liivakivimoodustis ning arvutatakse nende kolme mudeli mudelikoefitsiendid ja võrreldakse neid omavahel. Eeldatakse, et Harelandi ja Motahhari mudelite koefitsiendid igas kivimites hõlmavad laiemat vahemikku kui Binghami mudeli koefitsiendid, kuna kivimite erinevat tugevust ei ole viimases sõnastuses selgesõnaliselt arvesse võetud. Hinnatakse ka mudeli toimivust, mille tulemusel valitakse Põhja-Dakotas Bakkeni põlevkivipiirkonna jaoks parim ROP-mudel.

Selles töös sisalduvad ROP-mudelid koosnevad paindumatutest võrranditest, mis seovad mõned puurimisparameetrid puurimiskiirusega ja sisaldavad empiiriliste koefitsientide komplekti, mis ühendavad endas raskesti modelleeritavate puurimismehhanismide, nagu hüdraulika, lõikuri ja kivimi koostoime, puurimismehhanismide mõju. disain, põhjaaugu koostu omadused, muda tüüp ja aukude puhastamine. Ehkki need traditsioonilised ROP-mudelid ei toimi väliandmetega võrreldes üldiselt hästi, on need oluliseks sammuks uuemate modelleerimistehnikate poole. Kaasaegsed, võimsamad ja suurema paindlikkusega statistikapõhised mudelid võivad parandada ROP-modelleerimise täpsust. Gandelman (2012) on teatanud ROP-i modelleerimise olulisest täiustamisest, kasutades Brasiilia avamere soolaeelsetes basseinides asuvates naftapuurkaevu traditsiooniliste ROP-mudelite asemel tehisnärvivõrke. Kunstlikke närvivõrke kasutatakse edukalt ka ROP-i ennustamiseks Bilgesu jt töödes. (1997), Moran et al. (2010) ja Esmaeili jt. (2012). Kuid selline ROP-modelleerimise täiustamine toimub mudeli tõlgendatavuse arvelt. Seetõttu on traditsioonilised ROP-mudelid endiselt asjakohased ja pakuvad tõhusat meetodit analüüsimaks, kuidas konkreetne puurimisparameeter mõjutab läbitungimiskiirust.

Mudelite koefitsientide arvutamisel ja mudeli jõudluse võrdlemisel kasutatakse Microsoft Excel VBA-s (Soares, 2015) välja töötatud väljaandmete visualiseerimise ja ROP-modelleerimise tarkvara ROPPlotter.