Bagaimana mengetahui evaluasi model ROP bit PDC dan pengaruh kekuatan batuan terhadap koefisien model?

Abstrak

Kondisi harga minyak yang rendah saat ini telah memperbarui penekanan pada optimalisasi pengeboran guna menghemat waktu pengeboran sumur minyak dan gas serta mengurangi biaya operasional. Pemodelan laju penetrasi (ROP) merupakan alat utama dalam mengoptimalkan parameter pengeboran, yaitu berat bit dan kecepatan putar untuk proses pengeboran yang lebih cepat. Dengan visualisasi data otomatis dan alat pemodelan ROP baru yang dikembangkan di Excel VBA, ROPPlotter, karya ini menyelidiki kinerja model dan dampak kekuatan batuan pada koefisien model dari dua model ROP Bit PDC yang berbeda: Hareland dan Rampersad (1994) dan Motahhari dkk. (2010). Keduanya sedikit PDC model dibandingkan dengan kasus dasar, hubungan ROP umum yang dikembangkan oleh Bingham (1964) dalam tiga formasi batupasir yang berbeda pada bagian vertikal sumur horizontal serpih Bakken. Untuk pertama kalinya, upaya telah dilakukan untuk mengisolasi pengaruh kekuatan batuan yang bervariasi terhadap koefisien model ROP dengan menyelidiki litologi dengan parameter pengeboran yang serupa. Selain itu, diskusi komprehensif tentang pentingnya memilih batas koefisien model yang sesuai juga dilakukan. Kekuatan batuan, yang diperhitungkan dalam model Hareland dan Motahhari tetapi tidak dalam model Bingham, menghasilkan nilai koefisien pengali konstan model yang lebih tinggi untuk model sebelumnya, selain peningkatan eksponen jangka RPM untuk model Motahhari. Model Hareland dan Rampersad terbukti memiliki performa terbaik dari ketiga model dengan kumpulan data khusus ini. Efektivitas dan penerapan pemodelan ROP tradisional dipertanyakan, karena model tersebut bergantung pada serangkaian koefisien empiris yang menggabungkan pengaruh banyak faktor pengeboran yang tidak diperhitungkan dalam formulasi model dan unik untuk litologi tertentu.

Perkenalan

Bit PDC (Polycrystalline Diamond Compact) adalah jenis bit yang dominan digunakan dalam pengeboran sumur minyak dan gas saat ini. Kinerja mata bor biasanya diukur dengan laju penetrasi (ROP), yang merupakan indikasi seberapa cepat sumur dibor dalam kaitannya dengan panjang lubang yang dibor per satuan waktu. Optimalisasi pengeboran telah menjadi agenda utama perusahaan-perusahaan energi selama beberapa dekade, dan hal ini menjadi semakin penting di tengah rendahnya harga minyak saat ini (Hareland dan Rampersad, 1994). Langkah pertama dalam mengoptimalkan parameter pengeboran untuk menghasilkan ROP terbaik adalah pengembangan model akurat yang menghubungkan pengukuran yang diperoleh di permukaan dengan laju pengeboran.

Beberapa model ROP, termasuk model yang dikembangkan secara khusus untuk tipe bit tertentu, telah dipublikasikan dalam literatur. Model ROP ini biasanya berisi sejumlah koefisien empiris yang bergantung pada litologi dan dapat mengganggu pemahaman tentang hubungan antara parameter pengeboran dan laju penetrasi. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisis kinerja model dan bagaimana koefisien model merespons data lapangan dengan parameter pengeboran yang bervariasi, khususnya kekuatan batuan, untuk duasedikit PDC model (Hareland dan Rampersad, 1994, Motahhari et al., 2010). Koefisien model dan kinerja juga dibandingkan dengan model ROP kasus dasar (Bingham, 1964), sebuah hubungan sederhana yang berfungsi sebagai model ROP pertama yang diterapkan secara luas di seluruh industri dan masih digunakan hingga saat ini. Data lapangan pengeboran pada tiga formasi batupasir dengan kekuatan batuan yang bervariasi diselidiki, dan koefisien model untuk ketiga model ini dihitung dan dibandingkan satu sama lain. Dipostulasikan bahwa koefisien model Hareland dan Motahhari pada setiap formasi batuan akan memiliki rentang yang lebih luas dibandingkan koefisien model Bingham, karena variasi kekuatan batuan tidak diperhitungkan secara eksplisit dalam formulasi terakhir. Kinerja model juga dievaluasi, sehingga menghasilkan pilihan model ROP terbaik untuk wilayah serpih Bakken di Dakota Utara.

Model ROP yang disertakan dalam penelitian ini terdiri dari persamaan tidak fleksibel yang menghubungkan beberapa parameter pengeboran dengan laju pengeboran dan berisi sekumpulan koefisien empiris yang menggabungkan pengaruh mekanisme pengeboran yang sulit dimodelkan, seperti hidrolika, interaksi pemotong-batuan, bit desain, karakteristik perakitan lubang bawah, jenis lumpur, dan pembersihan lubang. Meskipun model ROP tradisional ini umumnya tidak berkinerja baik jika dibandingkan dengan data lapangan, model ini memberikan batu loncatan penting untuk teknik pemodelan yang lebih baru. Model berbasis statistik yang modern, lebih kuat, dan lebih fleksibel dapat meningkatkan akurasi pemodelan ROP. Gandelman (2012) telah melaporkan peningkatan yang signifikan dalam pemodelan ROP dengan menggunakan jaringan saraf tiruan dibandingkan model ROP tradisional di sumur minyak di cekungan pra-garam di lepas pantai Brasil. Jaringan saraf tiruan juga berhasil digunakan untuk prediksi ROP dalam karya Bilgesu dkk. (1997), Moran dkk. (2010) dan Esmaeili dkk. (2012). Namun, peningkatan dalam pemodelan ROP mengorbankan interpretasi model. Oleh karena itu, model ROP tradisional masih relevan dan memberikan metode yang efektif untuk menganalisis bagaimana parameter pengeboran tertentu mempengaruhi laju penetrasi.

ROPPlotter, perangkat lunak visualisasi data lapangan dan pemodelan ROP yang dikembangkan di Microsoft Excel VBA (Soares, 2015), digunakan dalam menghitung koefisien model dan membandingkan kinerja model.