Как да разберете оценката на ROP моделите на PDC битове и ефекта на здравината на скалата върху коефициентите на модела?

Резюме

Настоящите условия на ниска цена на петрола подновиха акцента върху оптимизирането на сондирането, за да се спести време при пробиване на нефтени и газови кладенци и да се намалят оперативните разходи. Моделирането на скоростта на проникване (ROP) е ключов инструмент за оптимизиране на параметрите на пробиване, а именно тегло на свредлото и скорост на въртене за по-бързи процеси на пробиване. С нов, изцяло автоматизиран инструмент за визуализация на данни и ROP моделиране, разработен в Excel VBA, ROPPlotter, тази работа изследва производителността на модела и влиянието на здравината на скалата върху коефициентите на модела на два различни PDC Bit ROP модела: Hareland и Rampersad (1994) и Motahhari et al. (2010). Тези двама PDC бит моделите се сравняват с основен случай, обща ROP връзка, разработена от Bingham (1964) в три различни образувания от пясъчник във вертикалния участък на хоризонтален кладенец от шисти Bakken. За първи път е направен опит да се изолира ефектът от различната якост на скалата върху коефициентите на ROP модела чрез изследване на литологии с иначе сходни параметри на сондиране. Освен това се провежда цялостна дискусия относно значението на избора на подходящи граници на коефициентите на модела. Силата на скалата, отчетена в моделите на Hareland и Motahhari, но не и в Bingham, води до по-високи стойности на коефициентите на модела на постоянен умножител за предишните модели, в допълнение към увеличения показател на RPM за модела на Motahhari. Показано е, че моделът на Hareland и Rampersad се представя най-добре от трите модела с този конкретен набор от данни. Ефективността и приложимостта на традиционното ROP моделиране е поставена под въпрос, тъй като такива модели разчитат на набор от емпирични коефициенти, които включват ефекта от много фактори на сондирането, които не са отчетени във формулировката на модела и са уникални за определена литология.

Въведение

PDC (поликристални диамантени компактни) битове са доминиращият тип битове, използвани при пробиване на нефтени и газови кладенци днес. Производителността на битовете обикновено се измерва чрез скоростта на проникване (ROP), индикация за това колко бързо е пробит кладенецът по отношение на дължината на пробития отвор за единица време. Оптимизирането на сондажите е в челните редици на дневния ред на енергийните компании в продължение на десетилетия и придобива допълнително значение по време на настоящата среда на ниски цени на петрола (Hareland and Rampersad, 1994). Първата стъпка в оптимизирането на параметрите на пробиване за получаване на възможно най-добрата ROP е разработването на точен модел, свързващ измерванията, получени на повърхността, със скоростта на пробиване.

В литературата са публикувани няколко ROP модела, включително модели, разработени специално за определен тип битове. Тези ROP модели обикновено съдържат редица емпирични коефициенти, които зависят от литологията и могат да нарушат разбирането на връзката между параметрите на сондирането и скоростта на проникване. Целта на това проучване е да се анализира ефективността на модела и как коефициентите на модела реагират на полеви данни с различни параметри на сондиране, по-специално здравина на скалата, за двеPDC бит модели (Hareland and Rampersad, 1994, Motahhari et al., 2010). Коефициентите и производителността на модела също се сравняват с основен ROP модел (Bingham, 1964), опростена връзка, която служи като първият ROP модел, широко прилаган в индустрията и все още в употреба. Изследват се данни от сондажни полета в три образувания от пясъчник с различна якост на скалата и коефициентите на модела за тези три модела се изчисляват и сравняват един с друг. Постулира се, че коефициентите за моделите на Hareland и Motahhari във всяка скална формация ще обхващат по-широк диапазон от коефициентите на модела на Bingham, тъй като различната якост на скалата не се отчита изрично в последната формулировка. Ефективността на модела също се оценява, което води до избора на най-добрия ROP модел за шистовия регион Bakken в Северна Дакота.

ROP моделите, включени в тази работа, се състоят от негъвкави уравнения, които свързват няколко параметъра на сондиране със скоростта на пробиване и съдържат набор от емпирични коефициенти, които съчетават влиянието на трудни за моделиране механизми на сондиране, като хидравлика, взаимодействие нож-скала, бит дизайн, характеристики на монтажа на дънния отвор, тип кал и почистване на отвора. Въпреки че тези традиционни ROP модели обикновено не се представят добре, когато се сравняват с полеви данни, те осигуряват важна стъпка към по-новите техники за моделиране. Модерни, по-мощни, базирани на статистика модели с повишена гъвкавост могат да подобрят точността на ROP моделирането. Gandelman (2012) съобщава за значително подобрение в моделирането на ROP чрез използване на изкуствени невронни мрежи вместо традиционните модели на ROP в петролни кладенци в предсолените басейни в бреговете на Бразилия. Изкуствените невронни мрежи също се използват успешно за прогнозиране на ROP в работите на Bilgesu et al. (1997), Moran et al. (2010) и Esmaeili et al. (2012). Подобно подобрение в ROP моделирането обаче идва за сметка на интерпретируемостта на модела. Следователно традиционните ROP модели все още са актуални и предоставят ефективен метод за анализ на това как конкретен параметър на пробиване влияе върху скоростта на проникване.

ROPPlotter, софтуер за визуализация на полеви данни и ROP моделиране, разработен в Microsoft Excel VBA (Soares, 2015), се използва за изчисляване на коефициентите на модела и сравняване на производителността на модела.