จะทราบได้อย่างไรว่าการประเมินแบบจำลอง ROP ของดอกสว่าน PDC และผลกระทบของความแข็งแรงของหินต่อค่าสัมประสิทธิ์ของแบบจำลองเป็นอย่างไร?

เชิงนามธรรม

สภาวะราคาน้ำมันที่ต่ำในปัจจุบันได้เน้นย้ำถึงความสำคัญของการเพิ่มประสิทธิภาพการเจาะ เพื่อประหยัดเวลาในการเจาะบ่อน้ำมันและก๊าซ และลดต้นทุนการดำเนินงาน การสร้างแบบจำลองอัตราการเจาะ (ROP) เป็นเครื่องมือสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์การเจาะ ได้แก่ น้ำหนักดอกสว่านและความเร็วในการหมุน เพื่อให้กระบวนการเจาะเร็วขึ้น ด้วยเครื่องมือสร้างภาพข้อมูลและการสร้างแบบจำลอง ROP แบบอัตโนมัติทั้งหมดที่พัฒนาขึ้นใน Excel VBA ชื่อ ROPPlotter งานวิจัยนี้จึงศึกษาประสิทธิภาพของแบบจำลองและผลกระทบของความแข็งแรงของหินต่อค่าสัมประสิทธิ์ของแบบจำลองของแบบจำลอง ROP ดอกสว่าน PDC สองแบบที่แตกต่างกัน ได้แก่ แบบจำลองของ Hareland และ Rampersad (1994) และ Motahhari et al. (2010) บิต PDC แบบจำลองต่างๆ ถูกนำมาเปรียบเทียบกับกรณีพื้นฐาน ซึ่งเป็นความสัมพันธ์ทั่วไปของอัตราการเจาะ (ROP) ที่พัฒนาโดย Bingham (1964) ในชั้นหินทรายสามชั้นที่แตกต่างกัน ในส่วนตัดขวางแนวตั้งของบ่อเจาะแนวนอนในแหล่งหินดินดาน Bakken เป็นครั้งแรกที่มีการพยายามแยกผลกระทบของความแข็งแรงของหินที่แตกต่างกันต่อค่าสัมประสิทธิ์ของแบบจำลอง ROP โดยการตรวจสอบลักษณะทางธรณีวิทยาที่มีพารามิเตอร์การเจาะที่คล้ายคลึงกัน นอกจากนี้ ยังมีการอภิปรายอย่างครอบคลุมเกี่ยวกับความสำคัญของการเลือกขอบเขตค่าสัมประสิทธิ์ของแบบจำลองที่เหมาะสม ความแข็งแรงของหิน ซึ่งถูกนำมาพิจารณาในแบบจำลองของ Hareland และ Motahhari แต่ไม่ได้นำมาพิจารณาในแบบจำลองของ Bingham ส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์ของแบบจำลองตัวคูณคงที่ของแบบจำลองสองแบบแรกมีค่าสูงขึ้น นอกเหนือจากเลขชี้กำลังของเทอม RPM ที่เพิ่มขึ้นสำหรับแบบจำลองของ Motahhari แบบจำลองของ Hareland และ Rampersad แสดงให้เห็นว่ามีประสิทธิภาพดีที่สุดในบรรดาแบบจำลองทั้งสามแบบในชุดข้อมูลนี้ ประสิทธิภาพและความเหมาะสมของการสร้างแบบจำลอง ROP แบบดั้งเดิมถูกตั้งคำถาม เนื่องจากแบบจำลองดังกล่าวอาศัยชุดสัมประสิทธิ์เชิงประจักษ์ที่รวมผลกระทบของปัจจัยการเจาะหลายอย่างที่ไม่ได้นำมาพิจารณาในการกำหนดสูตรของแบบจำลอง และมีลักษณะเฉพาะสำหรับลักษณะทางธรณีวิทยาเฉพาะอย่าง

การแนะนำ

ดอกสว่าน PDC (Polycrystalline Diamond Compact) เป็นดอกสว่านชนิดหลักที่ใช้ในการขุดเจาะบ่อน้ำมันและก๊าซในปัจจุบัน ประสิทธิภาพของดอกสว่านโดยทั่วไปวัดจากอัตราการเจาะ (ROP) ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ว่าบ่อเจาะได้เร็วแค่ไหนในแง่ของความยาวหลุมที่เจาะได้ต่อหน่วยเวลา การเพิ่มประสิทธิภาพการเจาะเป็นประเด็นสำคัญในวาระของบริษัทพลังงานมานานหลายทศวรรษแล้ว และมีความสำคัญมากยิ่งขึ้นในสภาวะราคาน้ำมันต่ำในปัจจุบัน (Hareland และ Rampersad, 1994) ขั้นตอนแรกในการเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์การเจาะเพื่อให้ได้ ROP ที่ดีที่สุดคือการพัฒนารูปแบบที่แม่นยำซึ่งเชื่อมโยงการวัดที่ได้จากพื้นผิวกับอัตราการเจาะ

มีการเผยแพร่แบบจำลองอัตราการเจาะ (ROP) หลายแบบในเอกสารทางวิชาการ รวมถึงแบบจำลองที่พัฒนาขึ้นโดยเฉพาะสำหรับดอกสว่านชนิดใดชนิดหนึ่ง แบบจำลอง ROP เหล่านี้มักมีสัมประสิทธิ์เชิงประจักษ์จำนวนหนึ่งซึ่งขึ้นอยู่กับลักษณะทางธรณีวิทยา และอาจทำให้เข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์การเจาะและอัตราการเจาะได้ยาก จุดประสงค์ของการศึกษาครั้งนี้คือการวิเคราะห์ประสิทธิภาพของแบบจำลองและวิธีที่สัมประสิทธิ์ของแบบจำลองตอบสนองต่อข้อมูลภาคสนามด้วยพารามิเตอร์การเจาะที่แตกต่างกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งความแข็งแรงของหิน สำหรับสองกรณีบิต PDC แบบจำลอง (Hareland และ Rampersad, 1994, Motahhari และคณะ, 2010) ค่าสัมประสิทธิ์และประสิทธิภาพของแบบจำลองยังถูกเปรียบเทียบกับแบบจำลอง ROP กรณีพื้นฐาน (Bingham, 1964) ซึ่งเป็นความสัมพันธ์แบบง่ายๆ ที่เป็นแบบจำลอง ROP แรกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมและยังคงใช้อยู่ในปัจจุบัน มีการศึกษาข้อมูลภาคสนามของการเจาะในชั้นหินทรายสามชั้นที่มีความแข็งแรงของหินแตกต่างกัน และคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ของแบบจำลองทั้งสามแบบแล้วนำมาเปรียบเทียบกัน สันนิษฐานว่าค่าสัมประสิทธิ์ของแบบจำลองของ Hareland และ Motahhari ในแต่ละชั้นหินจะมีช่วงกว้างกว่าค่าสัมประสิทธิ์ของแบบจำลองของ Bingham เนื่องจากแบบจำลองหลังไม่ได้คำนึงถึงความแข็งแรงของหินที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน นอกจากนี้ยังมีการประเมินประสิทธิภาพของแบบจำลอง ซึ่งนำไปสู่การเลือกแบบจำลอง ROP ที่ดีที่สุดสำหรับพื้นที่หินดินดาน Bakken ในรัฐนอร์ทดาโคตา

แบบจำลอง ROP ที่รวมอยู่ในงานวิจัยนี้ประกอบด้วยสมการที่ไม่ยืดหยุ่นซึ่งเชื่อมโยงพารามิเตอร์การเจาะเพียงไม่กี่ตัวกับอัตราการเจาะ และมีชุดสัมประสิทธิ์เชิงประจักษ์ที่รวมอิทธิพลของกลไกการเจาะที่ยากต่อการสร้างแบบจำลอง เช่น ไฮดรอลิก ปฏิสัมพันธ์ระหว่างหัวตัดกับหิน การออกแบบหัวเจาะ คุณลักษณะของชุดอุปกรณ์ก้นหลุม ประเภทของโคลน และการทำความสะอาดหลุม แม้ว่าแบบจำลอง ROP แบบดั้งเดิมเหล่านี้โดยทั่วไปจะไม่ทำงานได้ดีเมื่อเปรียบเทียบกับข้อมูลภาคสนาม แต่ก็เป็นก้าวสำคัญไปสู่เทคนิคการสร้างแบบจำลองใหม่ ๆ แบบจำลองที่ทันสมัยกว่า มีประสิทธิภาพมากกว่า และใช้สถิติเป็นพื้นฐาน พร้อมความยืดหยุ่นที่เพิ่มขึ้น สามารถปรับปรุงความแม่นยำของการสร้างแบบจำลอง ROP ได้ Gandelman (2012) ได้รายงานการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญในการสร้างแบบจำลอง ROP โดยใช้เครือข่ายประสาทเทียมแทนแบบจำลอง ROP แบบดั้งเดิมในบ่อน้ำมันในแอ่งน้ำมันใต้ชั้นเกลือ นอกชายฝั่งบราซิล เครือข่ายประสาทเทียมยังถูกนำมาใช้ในการทำนาย ROP อย่างประสบความสำเร็จในงานของ Bilgesu et al. (1997), Moran et al. (2010) และ Esmaeili et al. (2012) อย่างไรก็ตาม การพัฒนาที่ดีขึ้นในการสร้างแบบจำลองอัตราการเจาะ (ROP) นั้นมาพร้อมกับข้อเสียคือความสามารถในการตีความแบบจำลองจะลดลง ดังนั้น แบบจำลอง ROP แบบดั้งเดิมจึงยังคงมีความเกี่ยวข้องและเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการวิเคราะห์ว่าพารามิเตอร์การเจาะเฉพาะเจาะจงส่งผลต่ออัตราการเจาะอย่างไร

ROPPlotter ซึ่งเป็นซอฟต์แวร์สำหรับการแสดงภาพข้อมูลภาคสนามและการสร้างแบบจำลอง ROP ที่พัฒนาขึ้นใน Microsoft Excel VBA (Soares, 2015) ถูกนำมาใช้ในการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ของแบบจำลองและเปรียบเทียบประสิทธิภาพของแบบจำลอง