Bagaimanakah untuk mengetahui penilaian model ROP bit PDC dan kesan kekuatan batuan terhadap pekali model?

Abstrak

Keadaan harga minyak rendah semasa telah memperbaharui penekanan pada pengoptimuman penggerudian untuk menjimatkan masa penggerudian telaga minyak dan gas serta mengurangkan kos operasi. Pemodelan kadar penembusan (ROP) merupakan alat utama dalam mengoptimumkan parameter penggerudian, iaitu berat bit dan kelajuan putaran untuk proses penggerudian yang lebih pantas. Dengan alat visualisasi data automatik sepenuhnya dan pemodelan ROP yang dibangunkan dalam Excel VBA, ROPPlotter, kajian ini mengkaji prestasi model dan kesan kekuatan batuan terhadap pekali model dua model ROP Bit PDC yang berbeza: Hareland dan Rampersad (1994) dan Motahhari et al. (2010). Kedua-dua model ini Bit PDC Model dibandingkan dengan kes asas, hubungan ROP umum yang dibangunkan oleh Bingham (1964) dalam tiga formasi batu pasir berbeza dalam bahagian menegak telaga mendatar syal Bakken. Buat pertama kalinya, percubaan telah dibuat untuk mengasingkan kesan kekuatan batuan yang berbeza-beza terhadap pekali model ROP dengan menyiasat litologi dengan parameter penggerudian yang serupa. Di samping itu, perbincangan komprehensif tentang kepentingan memilih batas pekali model yang sesuai dijalankan. Kekuatan batuan, yang diambil kira dalam model Hareland dan Motahhari tetapi tidak dalam model Bingham, menghasilkan nilai pekali model pengganda malar yang lebih tinggi untuk model terdahulu, sebagai tambahan kepada eksponen istilah RPM yang meningkat untuk model Motahhari. Model Hareland dan Rampersad ditunjukkan menunjukkan prestasi terbaik daripada tiga model dengan set data khusus ini. Keberkesanan dan kebolehgunaan pemodelan ROP tradisional dipersoalkan, kerana model sedemikian bergantung pada satu set pekali empirikal yang menggabungkan kesan banyak faktor penggerudian yang tidak diambil kira dalam formulasi model dan unik kepada litologi tertentu.

Pengenalan

Bit PDC (Polycrystalline Diamond Compact) merupakan jenis bit dominan yang digunakan dalam penggerudian telaga minyak dan gas hari ini. Prestasi bit biasanya diukur dengan kadar penembusan (ROP), satu petunjuk tentang seberapa pantas telaga digerudi dari segi panjang lubang yang digerudi setiap unit masa. Pengoptimuman penggerudian telah menjadi keutamaan syarikat tenaga selama beberapa dekad, dan ia semakin penting semasa persekitaran harga minyak rendah semasa (Hareland dan Rampersad, 1994). Langkah pertama dalam mengoptimumkan parameter penggerudian untuk menghasilkan ROP terbaik ialah pembangunan model yang tepat yang mengaitkan ukuran yang diperoleh di permukaan dengan kadar penggerudian.

Beberapa model ROP, termasuk model yang dibangunkan khusus untuk jenis bit tertentu, telah diterbitkan dalam literatur. Model ROP ini biasanya mengandungi beberapa pekali empirikal yang bergantung kepada litologi dan boleh menjejaskan pemahaman tentang hubungan antara parameter penggerudian dan kadar penembusan. Tujuan kajian ini adalah untuk menganalisis prestasi model dan bagaimana pekali model bertindak balas terhadap data lapangan dengan parameter penggerudian yang berbeza-beza, khususnya kekuatan batuan, untuk dua tahun.Bit PDC model (Hareland dan Rampersad, 1994, Motahhari et al., 2010). Pekali dan prestasi model juga dibandingkan dengan model ROP kes asas (Bingham, 1964), satu hubungan ringkas yang berfungsi sebagai model ROP pertama yang digunakan secara meluas di seluruh industri dan masih digunakan pada masa ini. Data medan penggerudian dalam tiga formasi batu pasir dengan kekuatan batuan yang berbeza-beza disiasat, dan pekali model untuk ketiga-tiga model ini dikira dan dibandingkan antara satu sama lain. Adalah dipostulasikan bahawa pekali untuk model Hareland dan Motahhari dalam setiap formasi batuan akan merangkumi julat yang lebih luas daripada pekali model Bingham, kerana kekuatan batuan yang berbeza-beza tidak diambil kira secara eksplisit dalam formulasi yang terakhir. Prestasi model juga dinilai, yang membawa kepada pilihan model ROP terbaik untuk rantau syal Bakken di Dakota Utara.

Model ROP yang disertakan dalam kajian ini terdiri daripada persamaan yang tidak fleksibel yang mengaitkan beberapa parameter penggerudian dengan kadar penggerudian dan mengandungi satu set pekali empirikal yang menggabungkan pengaruh mekanisme penggerudian yang sukar dimodelkan, seperti hidraulik, interaksi pemotong-batu, reka bentuk bit, ciri pemasangan lubang bawah, jenis lumpur dan pembersihan lubang. Walaupun model ROP tradisional ini secara amnya tidak berfungsi dengan baik apabila dibandingkan dengan data lapangan, ia menyediakan batu loncatan penting kepada teknik pemodelan yang lebih baharu. Model berasaskan statistik moden yang lebih berkuasa dengan peningkatan fleksibiliti boleh meningkatkan ketepatan pemodelan ROP. Gandelman (2012) telah melaporkan peningkatan ketara dalam pemodelan ROP dengan menggunakan rangkaian saraf tiruan dan bukannya model ROP tradisional dalam telaga minyak di lembangan pra-garam di luar pesisir Brazil. Rangkaian saraf tiruan juga berjaya digunakan untuk ramalan ROP dalam karya Bilgesu et al. (1997), Moran et al. (2010) dan Esmaeili et al. (2012). Walau bagaimanapun, peningkatan dalam pemodelan ROP sedemikian datang dengan mengorbankan kebolehtafsiran model. Oleh itu, model ROP tradisional masih relevan dan menyediakan kaedah yang berkesan untuk menganalisis bagaimana parameter penggerudian tertentu mempengaruhi kadar penembusan.

ROPPlotter, perisian visualisasi data lapangan dan pemodelan ROP yang dibangunkan dalam Microsoft Excel VBA (Soares, 2015), digunakan dalam mengira pekali model dan membandingkan prestasi model.