כיצד לדעת הערכה של מודלים של PDC bit ROP והשפעת חוזק הסלע על מקדמי המודל?

תַקצִיר

התנאים הנוכחיים של מחירי הנפט הנמוכים חידשו את הדגש על אופטימיזציה של קידוחים על מנת לחסוך בזמן קידוח בארות נפט וגז ולהפחית עלויות תפעול. מידול של קצב החדירה (ROP) הוא כלי מפתח באופטימיזציה של פרמטרי קידוח, כלומר משקל סיביות ומהירות סיבובית לתהליכי קידוח מהירים יותר. עם כלי חדשני, האוטומטי להדמיית נתונים ומידול ROP שפותח ב-Excel VBA, ROPPlotter, עבודה זו חוקרת את ביצועי המודל וההשפעה של חוזק הסלע על מקדמי המודל של שני מודלים שונים של PDC Bit ROP: Hareland and Rampersad (1994) ו-Motahhari et al. (2010). שני אלה ביט PDC מודלים מושווים מול מקרה בסיס, יחס ROP כללי שפותח על ידי Bingham (1964) בשלוש תצורות אבן חול שונות בחתך האנכי של באר אופקית מפצלי Bakken. בפעם הראשונה, נעשה ניסיון לבודד את ההשפעה של חוזק סלע משתנה על מקדמי מודל ROP על ידי חקירת ליתולוגיות עם פרמטרי קידוח דומים אחרת. בנוסף, נערך דיון מקיף על החשיבות של בחירת גבולות מקדמי מודל מתאימים. חוזק הסלע, שנלקח בחשבון במודלים של Hareland ושל Motahhari, אך לא ב-Bingham, מביא לערכים גבוהים יותר של מקדמי מודל מכפיל קבוע עבור המודלים הקודמים, בנוסף למעריך מוגדל של מונחי סל"ד עבור המודל של Motahhari. המודל של Hareland ו-Rampersad מוצג כביצועים הטובים ביותר מבין שלושת המודלים עם מערך הנתונים המסוים הזה. האפקטיביות והישימות של דוגמנות ROP מסורתיות מוטלת בספק, שכן מודלים כאלה מסתמכים על קבוצה של מקדמים אמפיריים המשלבים את ההשפעה של גורמי קידוח רבים שאינם מובאים בחשבון בניסוח המודל והם ייחודיים לליתולוגיה מסוימת.

מָבוֹא

סיבי PDC (Polycrystalline Diamond Compact) הם סוג הסיביות הדומיננטי המשמש כיום בקידוח בארות נפט וגז. ביצועי סיביות נמדדים בדרך כלל על ידי קצב החדירה (ROP), אינדיקציה למהירות הקידוח של הבאר במונחים של אורך החור שנקדח ליחידת זמן. אופטימיזציה של קידוחים נמצאת בחזית האג'נדות של חברות האנרגיה כבר עשרות שנים, והיא מקבלת חשיבות נוספת בסביבת מחירי הנפט הנמוכים הנוכחית (Hareland and Rampersad, 1994). השלב הראשון באופטימיזציה של פרמטרי קידוח כדי לייצר את ה-ROP הטוב ביותר האפשרי הוא פיתוח של מודל מדויק המתייחס למדידות שהושגו על פני השטח לקצב הקידוח.

מספר דגמי ROP, כולל מודלים שפותחו במיוחד עבור סוג סיביות מסוים, פורסמו בספרות. מודלים של ROP אלה מכילים בדרך כלל מספר מקדמים אמפיריים התלויים בליתולוגיה ועלולים לפגוע בהבנת הקשר בין פרמטרי קידוח וקצב החדירה. מטרת מחקר זה היא לנתח את ביצועי המודל וכיצד מגיבים מקדמי המודל לנתוני שדה עם פרמטרי קידוח משתנים, במיוחד חוזק הסלע, עבור שנייםביט PDC מודלים (Hareland and Rampersad, 1994, Motahhari et al., 2010). מקדמי מודל וביצועים מושוים גם מול מודל ROP מקרה בסיסי (Bingham, 1964), יחס פשטני ששימש כמודל ה-ROP הראשון שיושם באופן נרחב בכל התעשייה ועדיין בשימוש כיום. נבדקים נתוני שדות קידוח בשלוש תצורות אבן חול עם חוזק סלע משתנה, ומקדמי מודל עבור שלושת המודלים הללו מחושבים ומשווים זה לזה. ההנחה היא שמקדמים למודלים של Hareland ושל Motahhari בכל תצורת סלע יתפרשו על פני טווח רחב יותר ממקדמי המודל של Bingham, שכן חוזק סלע משתנה אינו נלקח בחשבון במפורש בניסוח האחרון. ביצועי המודל מוערכים גם, מה שמוביל לבחירת דגם ה-ROP הטוב ביותר עבור אזור פצלי Bakken בצפון דקוטה.

מודלי ה-ROP הנכללים בעבודה זו מורכבים ממשוואות לא גמישות המתייחסות כמה פרמטרים של קידוח לקצב הקידוח ומכילים קבוצה של מקדמים אמפיריים המשלבים את ההשפעה של מנגנוני קידוח שקשה לדגלם, כגון הידראוליקה, אינטראקציה חותך-סלע, סיביות. עיצוב, מאפייני הרכבה של חור תחתון, סוג בוץ וניקוי חורים. למרות שדגמי ROP מסורתיים אלו בדרך כלל אינם מתפקדים טוב בהשוואה לנתוני שטח, הם מספקים אבן דרך חשובה לטכניקות דוגמנות חדשות יותר. מודלים מודרניים, חזקים יותר, מבוססי סטטיסטיקה עם גמישות מוגברת יכולים לשפר את הדיוק של מודל ROP. גנדלמן (2012) דיווח על שיפור משמעותי במודלים של ROP על ידי שימוש ברשתות עצביות מלאכותיות במקום מודלים של ROP מסורתיים בבארות נפט באגני המלח שלפני החוף של ברזיל. רשתות עצביות מלאכותיות מנוצלות בהצלחה גם עבור חיזוי ROP בעבודותיהם של Bilgesu et al. (1997), מורן וחב'. (2010) ו-Esmaeili et al. (2012). עם זאת, שיפור כזה בדוגמנות ROP בא על חשבון פרשנות המודל. לכן, מודלים מסורתיים של ROP עדיין רלוונטיים ומספקים שיטה יעילה לנתח כיצד פרמטר ספציפי של קידוח משפיע על קצב החדירה.

ROPPlotter, תוכנת הדמיה של נתוני שדה ומידול ROP שפותחה ב-Microsoft Excel VBA (Soares, 2015), משמשת בחישוב מקדמי מודל והשוואת ביצועי מודל.