Як даведацца пра ацэнку мадэляў ROP далота PDC і пра ўплыў трываласці пароды на каэфіцыенты мадэлі?

Анатацыя

Цяперашнія нізкія цэны на нафту аднавілі акцэнт на аптымізацыі бурэння, каб зэканоміць час на бурэнні нафтавых і газавых свідравін і знізіць эксплуатацыйныя выдаткі.Мадэляванне хуткасці праходжання (ROP) з'яўляецца ключавым інструментам для аптымізацыі параметраў свідравання, а менавіта масы долота і хуткасці кручэння для больш хуткага працэсу свідравання.З дапамогай новай, цалкам аўтаматызаванай візуалізацыі даных і інструмента мадэлявання ROP, распрацаванага ў Excel VBA, ROPPlotter, гэтая праца даследуе прадукцыйнасць мадэлі і ўплыў трываласці горных парод на каэфіцыенты мадэлі дзвюх розных мадэляў PDC Bit ROP: Hareland і Rampersad (1994) і Motahhari і інш.(2010).Гэтыя два Біт PDC мадэлі параўноўваюцца з базавым варыянтам, агульным стаўленнем хуткасці праходжання, распрацаваным Бінгамам (1964) у трох розных пластах пяшчаніку ў вертыкальным разрэзе гарызантальнай свідравіны з гліністага сланца Bakken.Упершыню была зроблена спроба вылучыць уплыў змены трываласці горных парод на каэфіцыенты мадэлі ROP шляхам даследавання літалогіі з аналагічнымі параметрамі бурэння.Акрамя таго, праводзіцца ўсебаковае абмеркаванне важнасці выбару адпаведных межаў каэфіцыентаў мадэлі.Трываласць горных парод, улічаная ў мадэлях Хэрленда і Мотахары, але не ў мадэлях Бінгема, прыводзіць да больш высокіх значэнняў каэфіцыентаў мадэлі пастаяннага множніка для першых мадэляў, у дадатак да павялічанага паказчыка RPM для мадэлі Мотахары.Паказана, што мадэль Hareland і Rampersad працуе лепш за ўсё з трох мадэляў з гэтым канкрэтным наборам даных.Эфектыўнасць і дастасавальнасць традыцыйнага мадэлявання ROP ставіцца пад сумнеў, паколькі такія мадэлі абапіраюцца на набор эмпірычных каэфіцыентаў, якія ўключаюць у сябе ўплыў многіх фактараў бурэння, якія не ўлічваюцца ў фармулёўцы мадэлі і з'яўляюцца унікальнымі для канкрэтнай літалогіі.

Уводзіны

Сверла PDC (Polycrystalline Diamond Compact) з'яўляюцца дамінуючым тыпам біт, якія сёння выкарыстоўваюцца пры бурэнні нафтавых і газавых свідравін.Прадукцыйнасць долота звычайна вымяраецца хуткасцю праходжання (ROP), паказчыкам таго, наколькі хутка бурыцца свідравіна з пункту гледжання даўжыні прасвідраванай свідравіны за адзінку часу.Аптымізацыя бурэння знаходзіцца ў авангардзе планаў энергетычных кампаній на працягу дзесяцігоддзяў, і яна набывае яшчэ большае значэнне ў цяперашні час нізкіх коштаў на нафту (Hareland and Rampersad, 1994).Першым крокам у аптымізацыі параметраў свідравання для дасягнення найлепшай хуткасці бурэння з'яўляецца распрацоўка дакладнай мадэлі, якая звязвае вымярэнні, атрыманыя на паверхні, з хуткасцю свідравання.

У літаратуры было апублікавана некалькі мадэляў ROP, у тым ліку мадэлі, распрацаваныя спецыяльна для пэўнага тыпу бітаў.Гэтыя мадэлі ROP звычайна ўтрымліваюць шэраг эмпірычных каэфіцыентаў, якія залежаць ад літалогіі і могуць пагоршыць разуменне ўзаемасувязі паміж параметрамі свідравання і хуткасцю пранікнення.Мэта гэтага даследавання - прааналізаваць прадукцыйнасць мадэлі і тое, як каэфіцыенты мадэлі рэагуюць на палявыя даныя з рознымі параметрамі свідравання, у прыватнасці трываласцю пароды, для двухБіт PDC мадэлі (Hareland and Rampersad, 1994, Motahhari et al., 2010).Каэфіцыенты і прадукцыйнасць мадэлі таксама параўноўваюцца з базавай мадэллю ROP (Bingham, 1964), спрошчанай залежнасцю, якая служыла першай мадэллю ROP, якая шырока ўжывалася ў прамысловасці і выкарыстоўваецца да гэтага часу.Даследуюцца даныя палі бурэння ў трох пластах пяшчаніку з рознай трываласцю горных парод, і каэфіцыенты мадэляў для гэтых трох мадэляў вылічваюцца і параўноўваюцца паміж сабой.Мяркуецца, што каэфіцыенты для мадэляў Хэрленда і Мотахары ў кожнай горнай фармацыі будуць ахопліваць больш шырокі дыяпазон, чым каэфіцыенты мадэлі Бінгема, паколькі розная трываласць горных парод не ўлічваецца відавочна ў апошняй фармулёўцы.Прадукцыйнасць мадэлі таксама ацэньваецца, што прыводзіць да выбару найлепшай мадэлі ROP для сланцавага рэгіёну Bakken у Паўночнай Дакоце.

Мадэлі ROP, уключаныя ў гэтую працу, складаюцца з нягнуткіх ураўненняў, якія звязваюць некалькі параметраў свідравання з хуткасцю свідравання і ўтрымліваюць набор эмпірычных каэфіцыентаў, якія аб'ядноўваюць уплыў механізмаў свідравання, якія цяжка змадэляваць, такіх як гідраўліка, узаемадзеянне фрэзы і пароды, долота канструкцыя, характарыстыкі зборкі забою свідравіны, тып буравога раствора і ачыстка свідравіны.Нягледзячы на ​​тое, што гэтыя традыцыйныя мадэлі ROP звычайна дрэнна працуюць у параўнанні з палявымі данымі, яны з'яўляюцца важнай прыступкай да новых метадаў мадэлявання.Сучасныя, больш магутныя, заснаваныя на статыстыцы мадэлі з падвышанай гнуткасцю могуць павысіць дакладнасць мадэлявання ROP.Gandelman (2012) паведаміў аб значным удасканаленні мадэлявання ROP за кошт выкарыстання штучных нейронавых сетак замест традыцыйных мадэляў ROP у нафтавых свідравінах у перадсалявых басейнах на беразе Бразіліі.Штучныя нейронавыя сеткі таксама паспяхова выкарыстоўваюцца для прагназавання ROP у працах Bilgesu et al.(1997), Моран і інш.(2010) і Esmaeili et al.(2012).Аднак такое паляпшэнне мадэлявання ROP адбываецца за кошт магчымасці інтэрпрэтацыі мадэлі.Такім чынам, традыцыйныя мадэлі ROP па-ранейшаму актуальныя і забяспечваюць эфектыўны метад аналізу таго, як канкрэтны параметр свідравання ўплывае на хуткасць пранікнення.

ROPPlotter, праграмнае забеспячэнне для візуалізацыі палявых даных і мадэлявання ROP, распрацаванае ў Microsoft Excel VBA (Soares, 2015), выкарыстоўваецца для разліку каэфіцыентаў мадэлі і параўнання прадукцыйнасці мадэлі.