Taxa de penetração

Taxa de penetração

Curso: CST em PETRÓLEO E GÁS

Matéria: Inglês Técnico

Turma: 3º Período

Professor: Adailton

Acadêmico: Franciele Soares

Indiasyra Chacara

Laraene Amaral

Nayara Camargo

Resumo

Teixeira de Freitas – BA

2010

RESUMO

Um elemento central para reduzir o custo de perfuração é melhorar a operação de perfuração através da análise de dados em tempo real. Desenvolvimento avançado de ferramentas de análise em tempo real é uma maneira de melhorar a operação de perfuração. Duas abordagens que hoje são utilizados para aperfeiçoar o processo de perfuração é o rotativo específico de energia mecânica e inversão de modelos de taxa de penetração. O método de energia mecânica específica é definida como o trabalho necessário para destruir um determinado volume de rocha. Ele pode atuar como uma ferramenta durante a operação de perfuração para detectar mudanças na eficiência da perfuração, assim, fornecendo um método para otimizar os parâmetros de perfuração para aumentar a taxa de penetração instantaneamente. Taxa de penetração de modelos, por outro lado, pode ser usado para calcular habilidades de perfuração na formação, considerando os efeitos de parâmetros de perfuração, design da broca e desgaste da broca. Utilização de perfuração de otimização da taxa de penetração desses modelos é feita, alterando os parâmetros de perfuração e / ou design da broca para encontrar o cenário ideal para uma execução de perfuração. Os registros de energia mecânica específica e da relação de habilidade de perfuração diferem quando o peso da lama é alterado e quando as brocas são usadas. Estas duas diferenças são devido ao fato de que a energia mecânica específica não inclui pouco desgaste, bem como o efeito pode alterar o peso da lama. Ao combinar esses métodos e modificando a mecânica das equações de energia específica para incorporar estes efeitos da energia mecânica específica pode ser usado como em tempo real, tendo ferramenta para estimativas de desgaste da broca. Nesta análise, os poços offshore e onshore Oriente Médio e América do Norte é analisada. Os resultados de campo são muito encorajadores já que o desgaste para ambas as brocas cônicas do rolo e brocas PDC pode ser previsto. A validação de campo desta nova abordagem mostra que as informações complementares sobre o estado de desgaste em alguns casos, podem beneficiar da decisão do momento para puxar a broca enquanto ela ainda estiver no buraco e, assim, possivelmente, melhorar a economia global da operação de perfuração.

INTRODUÇÃO

Para qualquer operação de perfuração dada, várias tecnologias de perfuração estão disponíveis para aperfeiçoar o processo de perfuração. A intenção de qualquer processo de otimização da perfuração é para realizar a operação de perfuração de uma forma segura e de uma forma mais rentável possível. Um aspecto importante deste sistema é a otimização da perfuração para avaliar o desempenho de forma contínua durante a operação de perfuração. Os operadores de perfuração processam de a taxa de gestão que deve ser projetados para maximizar a taxa global de penetração com base na metragem acumulada perfurando. A maneira pela qual os parâmetros de perfuração diferentes podem afetar a complexa taxa de penetração. No entanto, dois principais métodos de otimização da perfuração são específicos,a de energia mecânica (MSE) e taxa de penetração invertida (ROP). Ambos os métodos podem ajudar a otimizar a operação de perfuração através da análise de variáveis como peso de brocas de perfuração e velocidade de rotação. Uma forma eficaz de perfurar um poço seria ter uma idéia aproximada do “estado de desgaste buraco” da broca. O objetivo deste trabalho é estabelecer um método para avaliar o desgaste de brocas em tempo real e criar uma ferramenta de campo que podem ajudar na decisão quando puxar o freio.

TAXA DE PENETRAÇÃO (ROP)

Vários modelos ROP têm sido propostos para combinar ou relacionar conhecimentos experimentais ou matematicamente derivada entre condições de funcionamento e taxa de penetração. Estes modelos permitem a aplicação de métodos formais de otimização para a escolha dos melhores pesos de brocas e velocidade de rotação para atingir o mínimo custo por pé. Utilizando os modelos ROP significativas reduções de custo de perfuração e aumento na taxa de penetração tem sido relatadas (Nygaard ed. al. 2002 Hareland ed al. 2007).

MODELO ROP BORGOUYNE & YOUNG

Neste modelo, a taxa de penetração é uma função de diversas variáveis, tais como sedimentos de compactação, pressão dos poros, o peso da broca, velocidade de rotação, a força do impacto, broca hidráulica; cortados de desgaste (Borgouyne e Young 1974). O modelo é matematicamente expresso:

Onde f1 a f8 expressa os diferentes efeitos normais do ROP, como a habilidade de perfuração, parâmetros operacionais e a durabilidade da broca. Nas fórmulas f1 a f8 funções de a1 a a8 são constantes modelo experimental. f1 é o efeito da habilidade de perfuração na rocha que é proporcional com a força da rocha e da formação, e é dado por;

O segundo termo é o efeito de profundidade dada;

Onde D é a profundidade em pés. O terceiro é a pressão dos poros que tem efeito sobre o ROP onde sobre pressão aumentará e f3 é dado;

Onde gp é a pressão de poros em libras por grãos equivalentes. O quarto é o efeito de desequilíbrio no ROP causada pelo aumento do peso da lama.

Se Pc for o peso da lama em libras por grãos. O quinto termo é o efeito causado no ROP, alterando em pouco o peso.

Onde, w é o pouco peso, e Db é o diâmetro da broca. O sexto termo é o efeito da velocidade de rotação no ROP.

Onde N é a evolução por minuto. O sétimo termo é o efeito do pouco desgaste sobre o ROP.

Onde h da à quantidade de desgaste de uma broca. O ultimo termo é o efeito hidráulico da força de impacto do jato sobre o ROP. Fj é descrito em Borgouyne & Young (1974).

ENERGIA MECÂNICA ESPECIFICA (MSE)

O conceito de MSE é definido como o trabalho necessário para destruir um determinado volume de rocha. O processo de acompanhamento do MSE pode fornecer a capacidade de detectar alterações na eficiência da perfuraçãoque, possivelmente, pode ser utilizado para otimizar os parâmetros de funcionamento. Por definição, pode ser definida como a energia de entrada para a saída de ROP. A equação MSE pode ser expresso em termos de parâmetros de perfuração como:

Na fórmula acima AB é a área de superfície da broca (polegada2 [inch2]), N é a velocidade de rotação (ida e volta por minuto), T é medido o Torque (libra força x pé [lbf x ft]) e MSE em Psi ( Dupriest 2005,2006).

Na equação (2) o troque é usado como uma variávelna formula de calculo do MSE. Torque em brocas pode ser medido por um sistema de MWD, mas na maioria dos casos, não existem medidas de torque em brocas. O coeficiente específico de atrito cinético de brocas (μ) é introduzido para expressar torque em função da WOB e permitir que o MSE a ser calculado na ausência de medição de torque confiável.

Finalmente, as equações (2) e (3) são acopladas para formar uma nova forma de MSE, que é chamado de MSE modificado, que pode ser mostrado como:

O coeficiente de atrito da broca “deslizante” é um numero constante adimensional que é utilizado como um valor especifico para Rollercone e brocas PDC. A broca “deslizante” em valores exatos foram obtidos através da medida do torque e WOB nas medições em laboratório (Pessier 1992).

MODELO DE DESENVOLVIMENTO EM TEMPO REAL DE DESGASTE DE BROCA

O modelo ROP Borgouyne e Young, é definido como o efeito de oito funções que podem ser que podem ser invertido para obtenção da habilidade de perfuração na formação pode ser notada na função f1 (pé/hora [ft/h]).

Desvio de dados de perfuração de poços, como ROP, WOB, RPM, vazão, peso de lama e da pressão de poros de cada metro perfurado ou de pé perfurado, pode ser usado para estimar o valor da habilidade de perfuração de rocha como mostra abaixo:

Também usa fracionada, e simplificando assume como tendência linear decrescente x profundidade usando a equação abaixo:

DG na equação acima é o CID, que é o grau de desgaste maçante da broca, que é informado quando a broca é puxada e tem um valor entre 0 e 8, e é mostrado na Figura 1 para ambas as brocas Rollercone e PDC.

Mecânica especifica de energia, usa o valor do ROP diretamente em sua formula. Para encontrar uma relação entre o valor do MSE e da habilidade de perfuração em rochas, seguem um modelo. O novo modelo é proposto originalmente sob a forma de energia como:

MODELO DE CAMPO DE ANALISE DE DADOS

Dados de perfuração de poços atingidos em Norte Alberta no Canadá e poços iranianos no Golfo Pérsico foram utilizados pra investigar as constantes K1 e K2

MSE e habilidade de perfuração inversa de rochas com o efeito do peso da lama eliminado (f4=1,0) no modelo de ROP foi calculada para executar seções ao atingidas pela broca e plotados em uma escala logarítmica para obter as constantes K1 e K2 Como visto nas Figuras 2, 3, 4 e 5. Foi visto que o valor calculado em K2 é independente de mudanças nos parâmetros de perfuração (WOB, MW, RPM, etc), que está listado na Tabela 1. Com base nesta analise inicial o valos de K2 foi definido igual a um na equação 7 e, e o modelo foi alterado de forma que se possa linear como valor de K1 como a constante de proporcionalidade. Em seguida, o coeficiente de atrito deslizante da broca (µ) é obtido e alguns desses valores são mostrados na Tabela 2. Observa-se que esses valores estão dentro da faixa de valores reportados anteriormente para Rollercone de 0,21 a 0,84 para PDC (Pessier 1992).

O passo seguinte foi a analise do valor de K1. Figura 6 e 7 mostram exemplos típicos de um tendência crescente em K1 como perfurar mais fundo com a execução da broca.

APLICAÇÃO EM TEMPO REAL DO MODELO DESENVOLVIDO

Com base nos resultados acredita-se que a constante K1 pode ser estimada em tempo real e utilizada para aplicação em tempo real para a estimativa da função de desgaste quando a broca esta no buraco. Para ajudar nas tendências de K1 e pouco desgaste das classes contra uma profundidade normalizada invertendo K1 (1/K1) esta relacionada a pouco desgaste, de tal forma que ambos os lados da equação inicia a partir do valor no inicio de cada seção de broca e diminui em toda a execução da broca:

Dados de um campo offshore iraniano com brocas de diâmetro 8 ½” foi utilizados para verificar esta equação e obter as constantes A e B para encontrar a relação entre o valor normalizado e fracionários de grande desgaste (0<h<1). A “broca” verde será sempre definida como o valor normalizado de uma broca no primeiro metro de cada seção percorrida. No caso da broca completamente desgastado o desgaste da broca é um e normalizado (1/K1) com o valor de zero. E concluiu-se portanto que a única forma de atingir o valor normalizado de zero, é se a constante A for igual a equação (8) tornando-se:

Software regressivo típica foi usado para obter as constantes B mais precisas. A Tabela 3 mostra os valores calculados de B, os erros pertinentes relataram um usa pouco fracionado. A Figura 8 mostra o comportamento funcional da função normalizada observados para cada seção perfurada em relação ao estado de desgaste usando diferentes constantes para calcular B.

Último passo é encontrar uma relação entre os cálculos da constante B e relataram pouco uso em cada seção perfurada e estende-se para a equação que rege em tempo real, com previsão de pouco desgaste. Isso foi feito através da correlação das constantes B contra o desgaste da broca para cada execução de broca, como mostrado na Figura 9. Isto mostra um bom acordo, ao longo dos pontos de dados da equação final.

Coeficiente de correlação, para o ajuste é bom (R2 = 0,96). Acredita-se que o uso de seções das brocas conduzirá a resultados mais precisos. Equação 10 é então inserido na 9ª e este é usado como a equação de governo para estimar o uso de brocas para aplicações em tempo real.

CONCLUSÕES

O trabalho apresenta um novo método para combinar MSE e modelos ROP para calcular o desgaste de brocas em tempo, que leva em consideração as diferenças fundamentais entre o MSE e modelos ROP e que este só leva em conta o efeito do desgaste das brocas.

Resultados promissores foram obtidos, que mostra uma relação linear entre o MSE (Energia da Rocha) e habilidade de perfuração em rocha (perfuração Strength) em equações com o uso de K1 como uma constante de proporcionalidade.

Mudança no peso da lama e desgaste da broca são os dois fatores mais dominantes que causam uma irregularidade na tendência de descida normal do inverso do K1 versus profundidade.

O modelo desenvolvido é correlativo com deslizamento diferente do coeficiente de atrito para explicar as variações nos parâmetros como o diâmetro, o número de cortadores, cortador de diâmetro, inclinação para trás e inclinação lateral, etc, que não são contabilizados na equação apresentada ROP e a MSE cálculo.

Esta abordagem tem sido verificada com um pequeno conjunto de dados, e analisando mais execução de brocas, os autores acreditam que isso pode se tornar uma ferramenta valiosa na análise em tempo real de desgaste de brocas.

AGRADECIMENTOS

Gostaríamos de agradecer e expressar agradecimento especial ao Dr. A. Bashari pelos seus conselhos e de cooperação e do COI (Companhia Iraniana de Óleo Offshore) para fornecer os dados de perfuração.

NOMENCLATURA

CCS = Força Compressiva de Confinados.

D = Profundidade.

DG = Embotamento Relatado de Desgaste de Broca.

DOC = Profundidade de Corte.

EFF = Eficiência Mecânica.

FDP = Rápido Processo de Perfuração.

h = Fração Dentaria da Broca Dullness.

MSE = Energia Mecânica Especifica, psi.

MSEadj = Ajuste Especifico de Energia Mecânica, psi.

MSEMod = Energia Mecânica Especifica Modificada, psi.

N = Volta por Minuto (RPM).

ROP = Taxa de Penetração.

T = Torque. (ft-lbf)

UCS = Resistência a Compressão Simples.

WOB = Peso da Broca.

(W/db)t = Peso da Broca Threshold por Polegada de Diâmetro.

µ = Viscosidade.

ρ = densidade.

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