مطالعه آزمایشگاهی عملیات حفاری از طریق بررسی پارامترهای اثرگذار بر انرژی ویژه حفاری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی نفت، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 دانشگاه صنعتی امیرکبیر

3 دانشگاه صنعتی امیرکبیر دانشکده معدن و متالورژی

4 دانشکده مهندسی نفت امیرکبیر

5 دانشکده متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

10.22107/jpg.2021.241713.1126

چکیده

وزن روی مته، سرعت چرخش آن و دبی سیال حفاری سه پارامتر تاثیرگذار عملیاتی در مطالعه انرژی ویژه حفاری و اندازه کنده‌های حفاری می‌باشند. در این مطالعه تلاش شده تا با استفاده از یک شبیه ساز عملیات حفاری، میزان انرژی الکتریکی مصرفی برای حفاری قالب‌های استوانه‌ای سیمانی با فرمولاسیون، طول و قطر مشخص در شرایط مختلف عملیاتی، اندازه گیری شود و در نهایت رابطه‌ ای برای انرژی ویژه، نرخ نفوذ و گشتاور اعمالی ارائه شود. مقدار d50 برای هر نمونه مشخص شد. با افزایش سایز خرده های حفاری مقدار انرژی ویژه کاهش یافته اما رفته رفته با بیشتر شدن سایز آنها از مقدار بهینه، میزان تابع هدف افزایش یافته است و میتوان روند ارتباط بین این دو پارامتر را با معادله درجه دومی نشان داد که اکسترمم آن، شرایط بهینه حفاری است. دبی سیال بیشترین اثر را بر سایز ذرات، نرخ نفوذ، گشتاور اعمالی و انرژی ویژه از خود نشان میدهد. افزایش بار روی مته و دبی سیال سبب افزایش سایز خرده های حفاری شده اما با افزایش دور مته عمدتاً سایز ذرات کاهش می یابد. در نمودار انرژی ویژه، نقطه اکسترممی در هر نمودار وجود دارد که پس از نقطه مذکور در اثر زیاد شدن دبی سیال و سرعت چرخش مته، انرژی ویژه حفاری از حالت بهینه خارج شده و رو به فزونی می‌گذارد. نمودار انرژی ویژه و گشتاور اعمالی نیز دارای یک نقطه کمینه است و پس از نقطه کمینه در اثر افزایش گشتاور اعمالی انرژی ویژه حفاری افزایش می‌یابد. تاثیر نرخ نفوذ بر انرژی ویژه نیز به گونه‌ایی است که پس از یک نقطه کمینه تاثیر مثبت افزایش نرخ نفوذ بر کاهش انرژی ویژه از بین رفته و مصرف انرژی حدوداً ثابت خواهد شد.

کلیدواژه‌ها


Amadi, W.K., Iyalla, I.;''Application of Mechanical Specific Energy Techniques in Reducing Drilling Cost in Deepwater Development''. In: SPE Deepwater Drilling and Completions Conference. Society of Petroleum Engineers,2012.
Armenta, M. (2008, January). Identifying inefficient drilling conditions using drilling-specific energy. In SPE Annual Technical Conference and Exhibition. Society of Petroleum Engineers.
Bataee, M., Irawan, S., & Kamyab, M. (2014). Artificial neural network model for prediction of drilling rate of penetration and optimization of parameters. Journal of the Japan Petroleum Institute, 57(2), 65-70.
Bharadwajç, A. M., & Vinayaka, S. (2013). Drilling optimization: a review. International Journal on Theoretical and Applied Research in Mechanical Engineering.
Burmaster, K., Chando, J. M., & Vaczi, K. (2009, January). Execution Success in a Platform Drilling Campaign. In SPE/IADC Drilling Conference and Exhibition. Society of Petroleum Engineers.
Caicedo, H.; Calhoun, W; “Unique ROP Predictor Using Bit-specific Coefficient of Sliding Friction and Mechanical Efficiency as a Function of Confined Compressive Strength Impacts Drilling Performance”, AADE 2005 National Technical Conference and Exhibition, Houston, TX, American Association of Drilling Engineers, 2005.
Dupriest, F. E., & Koederitz, W. L. (2005, January). Maximizing drill rates with real-time surveillance of mechanical specific energy. In SPE/IADC drilling conference. Society of Petroleum Engineers.
Erdoğan, Y., YILDIZ, M. İ., & Kök, O. E. (2018). Correlating Rate of Penetration with the Weigth on Bit, Rotation per Minute, Flow Rate and Mud Weight of Rotary Drilling. Natural and Engineering Sciences, 3(3), 378-385.
Hamrick, T. (2011). Optimization of operating parameters for minimum mechanical specific energy in drilling (No. TPR-3609). National Energy Technology Lab.(NETL), Pittsburgh, PA, and Morgantown, WV (United States).
KRALL, M., DUPRIEST, F., & HARTLEY, F. (2006). New drilling process increases rate of penetration, footage per day. Offshore (Conroe, Tex.), 66(1).
Nguyen, J. P. (1996). Oil and Gas Field Development Technique: Drilling. Éditions Technip.
Teale, R. (1965, March). The concept of specific energy in rock drilling. In International journal of rock mechanics and mining sciences & geomechanics abstracts (Vol. 2, No. 1, pp. 57-73). Pergamon.
Tuna, E; "Real-Time-Optimization of Drilling Parameters During Drilling Operations". A thesis submitted to the graduate school of natural and applied sciences of Middle East Technical University. 2010.
مجتبی لبیب زاده ، بهزاد ذهبی زاده. "بررسی تغییرات مقاومت فشاری سیمان چاه های نفت و گاز تحت اثر تغییرات دما و فشار درون چاهی کامل " ششمین کنگره ملی مهندسان عمران ، دانشگاه سمنان، 1390