Как узнать оценку моделей скорости проходки долота PDC и влияние прочности горных пород на коэффициенты модели?

Абстрактный

Текущие условия низких цен на нефть возобновили акцент на оптимизации бурения, чтобы сэкономить время на бурение нефтяных и газовых скважин и снизить эксплуатационные расходы. Моделирование скорости проходки (ROP) является ключевым инструментом оптимизации параметров бурения, а именно веса долота и скорости вращения, для ускорения процессов бурения. С помощью нового, полностью автоматизированного инструмента визуализации данных и моделирования скорости проходки, разработанного в Excel VBA, ROPPlotter, в этой работе исследуются характеристики модели и влияние прочности горных пород на коэффициенты модели двух разных моделей PDC Bit ROP: Hareland and Rampersad (1994) и Motahhari. и др. (2010). Эти двое Бит PDC модели сравниваются с базовым вариантом, общим соотношением скорости проходки, разработанным Бингхэмом (1964) для трех различных пластов песчаника в вертикальном разрезе горизонтальной скважины из сланцев Баккен. Впервые была предпринята попытка изолировать влияние различной прочности горных пород на коэффициенты модели скорости проходки путем исследования литологии с аналогичными параметрами бурения. Кроме того, проводится всестороннее обсуждение важности выбора соответствующих границ коэффициентов модели. Прочность горных пород, учтенная в моделях Хареланда и Мотаххари, но не в модели Бингама, приводит к более высоким значениям коэффициентов модели постоянного множителя для первых моделей, в дополнение к увеличенному показателю члена числа оборотов в минуту для модели Мотаххари. Показано, что модель Хэреланда и Рамперсада работает лучше всего из трех моделей с этим конкретным набором данных. Эффективность и применимость традиционного моделирования скорости проходки подвергаются сомнению, поскольку такие модели основаны на наборе эмпирических коэффициентов, которые включают в себя влияние многих факторов бурения, не учтенных в формулировке модели, и уникальны для конкретной литологии.

Введение

Долота PDC (Poly Crystal Diamond Compact) являются доминирующим типом долот, используемых сегодня при бурении нефтяных и газовых скважин. Производительность долота обычно измеряется скоростью проходки (ROP), которая является показателем того, насколько быстро бурится скважина с точки зрения длины скважины, пробуренной за единицу времени. Оптимизация бурения находится на переднем крае повестки дня энергетических компаний на протяжении десятилетий, и она приобретает еще большее значение в нынешних условиях низких цен на нефть (Hareland and Rampersad, 1994). Первым шагом в оптимизации параметров бурения для достижения максимально возможной скорости проходки является разработка точной модели, связывающей измерения, полученные на поверхности, со скоростью бурения.

В литературе опубликовано несколько моделей ROP, в том числе модели, разработанные специально для определенного типа долот. Эти модели скорости проходки обычно содержат ряд эмпирических коэффициентов, которые зависят от литологии и могут ухудшить понимание взаимосвязи между параметрами бурения и скоростью проходки. Целью данного исследования является анализ эффективности модели и того, как коэффициенты модели реагируют на полевые данные с различными параметрами бурения, в частности прочностью горных пород, для двухБит PDC модели (Хареланд и Рамперсад, 1994, Мотаххари и др., 2010). Коэффициенты и производительность модели также сравниваются с базовой моделью ROP (Bingham, 1964), упрощенным соотношением, которое послужило первой моделью ROP, широко применяемой в промышленности и до сих пор используемой. Исследуются данные о бурении в трех пластах песчаника с различной прочностью горных пород, вычисляются коэффициенты моделей для этих трех моделей и сравниваются друг с другом. Предполагается, что коэффициенты моделей Хэрленда и Мотаххари в каждом пласте горной породы будут охватывать более широкий диапазон, чем коэффициенты модели Бингама, поскольку в последней формулировке явно не учитывается различная прочность горных пород. Также оценивается производительность модели, что приводит к выбору лучшей модели МСП для сланцевого региона Баккен в Северной Дакоте.

Модели скорости бурения, включенные в эту работу, состоят из негибких уравнений, которые связывают несколько параметров бурения со скоростью бурения и содержат набор эмпирических коэффициентов, которые сочетают в себе влияние трудно моделируемых механизмов бурения, таких как гидравлика, взаимодействие режущего инструмента с породой, долота. конструкция, характеристики компоновки низа скважины, тип бурового раствора и очистка скважины. Хотя эти традиционные модели скорости проходки обычно неэффективны по сравнению с полевыми данными, они служат важной отправной точкой для перехода к новым методам моделирования. Современные, более мощные, основанные на статистике модели с повышенной гибкостью могут повысить точность моделирования скорости проходки. Гандельман (2012) сообщил о значительном улучшении моделирования скорости проходки за счет использования искусственных нейронных сетей вместо традиционных моделей скорости проходки в нефтяных скважинах в подсолевых бассейнах на шельфе Бразилии. Искусственные нейронные сети также успешно используются для прогнозирования ROP в работах Бильгесу и др. (1997), Моран и др. (2010) и Эсмаили и др. (2012). Однако такое улучшение моделирования ROP происходит за счет интерпретируемости модели. Таким образом, традиционные модели скорости проходки по-прежнему актуальны и предоставляют эффективный метод анализа того, как конкретный параметр бурения влияет на скорость проходки.

ROPPlotter, программное обеспечение для визуализации полевых данных и моделирования скорости проходки, разработанное в Microsoft Excel VBA (Soares, 2015), используется для расчета коэффициентов модели и сравнения производительности модели.