כיצד ניתן לדעת את הערכה של מודלים של ROP של סיביות PDC ואת השפעת חוזק הסלע על מקדמי המודל?

תַקצִיר

תנאי מחירי הנפט הנמוכים הנוכחיים חידשו את הדגש על אופטימיזציה של קידוחים על מנת לחסוך זמן בקידוח בארות נפט וגז ולהפחית את עלויות התפעול. מידול קצב חדירה (ROP) הוא כלי מפתח באופטימיזציה של פרמטרי קידוח, כלומר משקל סיביות ומהירות סיבוב, לתהליכי קידוח מהירים יותר. בעזרת כלי חדשני ואוטומטי לחלוטין להצגת נתונים ומידול ROP שפותח ב-Excel VBA, ROPPlotter, עבודה זו חוקרת את ביצועי המודל ואת השפעת חוזק הסלע על מקדמי המודל של שני מודלים שונים של PDC Bit ROP: Hareland and Rampersad (1994) ו-Motahari et al. (2010). שני אלה... ביט PDC מודלים מושווים מול מקרה בסיס, יחס ROP כללי שפותח על ידי בינגהם (1964) בשלוש תצורות אבן חול שונות בחתך האנכי של באר פצלי באקן אופקית. לראשונה, נעשה ניסיון לבודד את ההשפעה של חוזק סלע משתנה על מקדמי מודל ROP על ידי חקירת ליתולוגיות עם פרמטרי קידוח דומים אחרים. בנוסף, נערך דיון מקיף על החשיבות של בחירת גבולות מקדמי מודל מתאימים. חוזק סלע, ​​הנלקח בחשבון במודלים של הרלנד ומוטהרי אך לא במודל של בינגהם, מביא לערכים גבוהים יותר של מקדמי מודל מכפיל קבוע עבור המודלים הראשונים, בנוסף לאקספוננט מוגבר של טווח RPM עבור המודל של מוטהרי. המודל של הרלנד ורמפרסד מוצג כבעל ביצועים טובים ביותר מבין שלושת המודלים עם מערך נתונים ספציפי זה. היעילות והישימות של מודל ROP מסורתי מועלות בספק, שכן מודלים כאלה מסתמכים על קבוצה של מקדמים אמפיריים המשלבים את ההשפעה של גורמי קידוח רבים שלא נלקחו בחשבון בניסוח המודל והם ייחודיים לליתולוגיה מסוימת.

מָבוֹא

קידוח PDC (Polycrystalline Diamond Compact) הוא סוג הקידוח הדומיננטי המשמש כיום בקידוח בארות נפט וגז. ביצועי הקידוח נמדדים בדרך כלל על ידי קצב החדירה (ROP), אינדיקציה למהירות הקידוח במונחים של אורך החור הקדוח ליחידת זמן. אופטימיזציה של קידוח נמצאת בחזית סדר היום של חברות האנרגיה מזה עשרות שנים, והיא צוברת חשיבות נוספת בסביבת מחירי הנפט הנמוכים הנוכחית (Hareland and Rampersad, 1994). הצעד הראשון באופטימיזציה של פרמטרי הקידוח כדי לייצר את ה-ROP הטוב ביותר האפשרי הוא פיתוח מודל מדויק המקשר בין מדידות המתקבלות על פני השטח לקצב הקידוח.

מספר מודלים של ROP, כולל מודלים שפותחו במיוחד עבור סוג מסוים של סלע, ​​פורסמו בספרות. מודלים אלה של ROP מכילים בדרך כלל מספר מקדמים אמפיריים התלויים בליתולוגיה ועשויים לפגוע בהבנת הקשר בין פרמטרי קידוח לקצב חדירה. מטרת מחקר זה היא לנתח את ביצועי המודל וכיצד מקדמי המודל מגיבים לנתוני שדה עם פרמטרי קידוח משתנים, ובפרט חוזק הסלע, עבור שני...ביט PDC מודלים (Hareland and Rampersad, 1994, Motahhari et al., 2010). מקדמי המודל והביצועים מושווים גם למודל ROP בסיסי (Bingham, 1964), יחס פשטני ששימש כמודל ה-ROP הראשון שיושם באופן נרחב בתעשייה ועדיין נמצא בשימוש כיום. נחקרים נתוני שדה קידוח בשלוש תצורות אבן חול עם חוזקי סלע משתנים, ומקדמי המודל עבור שלושת המודלים הללו מחושבים ומושווים זה לזה. ההנחה היא שמקדמי המודלים של Hareland ו-Motahari בכל תצורת סלע יתפרסו על פני טווח רחב יותר ממקדמי המודל של Bingham, מכיוון שחוזק הסלע המשתנה אינו נלקח בחשבון במפורש בניסוח האחרון. ביצועי המודל מוערכים גם כן, מה שמוביל לבחירת מודל ה-ROP הטוב ביותר עבור אזור פצלי באקן בצפון דקוטה.

מודלי ROP הכלולים בעבודה זו מורכבים ממשוואות נוקשות המקשרות מספר פרמטרים של קידוח לקצב קידוח ומכילים קבוצה של מקדמים אמפיריים המשלבים את השפעתם של מנגנוני קידוח שקשה למידול, כגון הידראוליקה, אינטראקציית סלע-חותך, תכנון קצה, מאפייני הרכבת קרקעית החור, סוג בוץ וניקוי החור. למרות שמודלי ROP מסורתיים אלה בדרך כלל אינם מציגים ביצועים טובים בהשוואה לנתוני שדה, הם מספקים אבן דרך חשובה לטכניקות מידול חדשות יותר. מודלים מודרניים, חזקים יותר, מבוססי סטטיסטיקה עם גמישות מוגברת יכולים לשפר את דיוק מידול ה-ROP. גנדלמן (2012) דיווח על שיפור משמעותי במידול ROP על ידי שימוש ברשתות עצביות מלאכותיות במקום מודלים מסורתיים של ROP בבארות נפט באגני טרום-מלח מול חופי ברזיל. רשתות עצביות מלאכותיות משמשות בהצלחה גם לחיזוי ROP בעבודותיהם של בילג'סו ואחרים (1997), מורן ואחרים (2010) ואסמאילי ואחרים (2012). עם זאת, שיפור כזה במידול ROP בא על חשבון יכולת פירוש המודל. לכן, מודלים מסורתיים של ROP עדיין רלוונטיים ומספקים שיטה יעילה לניתוח כיצד פרמטר קידוח ספציפי משפיע על קצב החדירה.

ROPPlotter, תוכנה להמחשת נתוני שדה ומידול ROP שפותחה ב-Microsoft Excel VBA (Soares, 2015), משמשת לחישוב מקדמי מודל ולהשוואת ביצועי מודל.