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

Abstraktne

Praegused madalad naftahinna tingimused on taas rõhutanud puurimise optimeerimist, et säästa aega nafta- ja gaasipuuraukude puurimisel ning vähendada tegevuskulusid. Penetratsioonikiiruse (ROP) modelleerimine on peamine tööriist puurimisparameetrite, nimelt puurimisketta kaalu ja pöörlemiskiiruse optimeerimisel kiiremate puurimisprotsesside jaoks. Uudse, täielikult automatiseeritud andmete visualiseerimise ja ROP-modelleerimise tööriista ROPPlotter abil, mis on välja töötatud Excel VBA-s, uuritakse selles töös kahe erineva PDC puurimisketta ROP-mudeli (Hareland ja Rampersad (1994) ning Motahhari jt (2010)) mudeli jõudlust ja kivimi tugevuse mõju mudeli koefitsientidele. Need kaks... PDC-bitt Mudelid võrreldakse baasjuhtumi, Binghami (1964) poolt välja töötatud üldise ROP-seosega kolmes erinevas liivakivikihistuses Bakkeni põlevkivi horisontaalse puurkaevu vertikaalses osas. Esmakordselt on püütud isoleerida erineva kivimi tugevuse mõju ROP-mudeli koefitsientidele, uurides litoloogiaid muidu sarnaste puurimisparameetritega. Lisaks viiakse läbi põhjalik arutelu sobivate mudeli koefitsientide piiride valimise olulisuse üle. Kivimi tugevus, mida arvestatakse Harelandi ja Motahhari mudelites, kuid mitte Binghami mudelis, annab esimeste mudelite puhul konstantse multiplikaatori mudeli koefitsientide kõrgemad väärtused lisaks Motahhari mudeli suurenenud RPM-termi eksponendile. Harelandi ja Rampersadi mudel toimib selle konkreetse andmestikuga kolmest mudelist kõige paremini. Traditsioonilise ROP-modelleerimise efektiivsus ja rakendatavus seatakse kahtluse alla, kuna sellised mudelid tuginevad empiiriliste koefitsientide komplektile, mis hõlmavad paljude puurimistegurite mõju, mida mudeli koostises ei ole arvesse võetud ja mis on konkreetsele litoloogiale ainuomased.

Sissejuhatus

PDC (polükristallilised teemantkompaktsed) puurid on tänapäeval nafta- ja gaasipuuraukude puurimisel domineeriv puuritüüp. Puurpuuriterade jõudlust mõõdetakse tavaliselt läbitungimiskiiruse (ROP) järgi, mis näitab, kui kiiresti puurauku puuritakse ajaühikus puuritud augu pikkuse järgi. Puurimise optimeerimine on olnud energiaettevõtete tegevuskavades esirinnas juba aastakümneid ning see muutub praeguse madala naftahinna keskkonnas veelgi olulisemaks (Hareland ja Rampersad, 1994). Esimene samm puurimisparameetrite optimeerimisel parima võimaliku ROP-i saavutamiseks on täpse mudeli väljatöötamine, mis seob pinnal saadud mõõtmised puurimiskiirusega.

Kirjanduses on avaldatud mitu ROP-mudelit, sealhulgas mudelid, mis on välja töötatud spetsiaalselt teatud tüüpi puuride jaoks. Need ROP-mudelid sisaldavad tavaliselt mitmeid empiirilisi koefitsiente, mis sõltuvad litoloogiast ja võivad kahjustada puurimisparameetrite ja penetratsioonikiiruse vahelise seose mõistmist. Selle uuringu eesmärk on analüüsida mudeli toimivust ja seda, kuidas mudeli koefitsiendid reageerivad väliandmetele erinevate puurimisparameetrite, eriti kivimi tugevuse korral, kahel...PDC-bitt mudelid (Hareland ja Rampersad, 1994, Motahhari jt, 2010). Mudeli koefitsiente ja toimivust võrreldakse ka baasjuhtumi ROP-mudeliga (Bingham, 1964), mis on lihtsustatud seos, mis oli esimene laialdaselt tööstuses rakendatud ROP-mudel ja mida kasutatakse siiani. Uuritakse puurvälja andmeid kolmes erineva kivimi tugevusega liivakivikihistuses ning arvutatakse nende kolme mudeli mudeli koefitsiendid ja võrreldakse neid üksteisega. Postuleeritakse, et Harelandi ja Motahhari mudelite koefitsiendid igas kivimikihistuses hõlmavad laiemat vahemikku kui Binghami mudeli koefitsiendid, kuna erineva kivimi tugevusega ei ole viimases formuleeringus otseselt arvestatud. Hinnatakse ka mudeli toimivust, mis viib parima ROP-mudeli valimiseni Põhja-Dakota Bakkeni põlevkivipiirkonna jaoks.

Selles töös kaasatud ROP-mudelid koosnevad paindumatutest võrranditest, mis seovad mõned puurimisparameetrid puurimiskiirusega ja sisaldavad empiiriliste koefitsientide komplekti, mis ühendavad raskesti modelleeritavate puurimismehhanismide, näiteks hüdraulika, freesimis-kivimi interaktsiooni, puuri konstruktsiooni, puuraugu põhja montaaži omaduste, muda tüübi ja puuraugu puhastamise mõju. Kuigi need traditsioonilised ROP-mudelid üldiselt ei toimi väliandmetega võrreldes hästi, pakuvad need olulist hüppelauda uuemate modelleerimistehnikate juurde. Kaasaegsed, võimsamad, statistikapõhised ja suurema paindlikkusega mudelid võivad parandada ROP-modelleerimise täpsust. Gandelman (2012) on teatanud ROP-modelleerimise olulisest täiustusest, kasutades Brasiilia ranniku lähedal asuvates soolaeelsetes basseinides traditsiooniliste ROP-mudelite asemel tehisnärvivõrke. Tehisnärvivõrke on ROP-ennustamiseks edukalt kasutatud ka Bilgesu jt (1997), Morani jt (2010) ja Esmaeili jt (2012) töödes. Selline ROP-modelleerimise täiustus tuleb aga mudeli tõlgendatavuse arvelt. Seega on traditsioonilised ROP-mudelid endiselt asjakohased ja pakuvad tõhusat meetodit konkreetse puurimisparameetri mõju läbitungimiskiirusele analüüsimiseks.

Mudeli koefitsientide arvutamiseks ja mudeli toimivuse võrdlemiseks kasutatakse ROPPlotterit, mis on Microsoft Excel VBA-s (Soares, 2015) välja töötatud väliandmete visualiseerimise ja ROP-modelleerimise tarkvara.