THE IMPACT OF HOLE CLEANING ON RATE OF PENETRATION. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF The_Impact_of_Hole_Cleaning_on_rate_of_Penetration.pdf - Accepted Version Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives. Download (84MB) | Preview

Arabic Abstract

نظافة الحفرة ومقدار معدل الحفر مازالا يشكلان تحديات بالغة في تخطيط وحفر الآبار التي تحتاج الى صيانة أوالآبار الجديدة التي سوف يتم حفرها في حقول النفط المكتشفة. النقص في عدم ضمان اخراج الصخور المحفورة أثنا حفر الآبار يسبب التصاق لمواصير الحفر بنسبة 33 بالمئة. والخسارة الواحدة لمثل هذه الإعاقة قد تكلف على الأقل مليون دولار. إن معدل الحفر يتأثر بشكل بالغ إذا كانت الصخور المحفورة مازالت متواجدة في القسم المحفور فإذا ضمنَا أن القسم المحفور أثناء الحفر تم تنظيفه بشكل ملائم فإن ذلك سوف يقودنا إلى رفع أداء معدل الحفر.لكي نضمن نظافة تامة لابد من هندستها ضمن التخطيط مسبقا أثناء تصميم حفر آبار النفط. هناك كثير من المطابقات والطرق والتصاميم والاودوات والرسومات والنتائج المطبقة في الحقول وتجارب دراسية ومواد كيميائية لكي تضمن نظافة الجزء المحفور من البئر و لكن كثير منها يكون نظري فقط ولا يتلائم مع عمليات الحفروينقصها أيضا البيانات التجريبية. يصعب معرفة حجم و كثافة الصخور المحفورة والفراغ البيني بين جدار الحفرة و مواصير الحفروشكل التدفق في الفراغ البيني وخصائص الطفلة المستخدمه كيمائيا في نظافة الحفرة وموازنة ضغط التكوين الصخري في أسفل الحفرة أو أثناءه و تحديدها بالدقة العالية باستخدام مؤشرات نظافة الحفرة من الصخور الناشئة أثناء الحفر مثل نسبة نقل الصخور و نسبة نظافة الحفرة أثناء الحفرو مؤشر النقل للصخور. إن معرفة مؤشر تركيز الصخور في الفراغ البيني بين جدار الحفرة ومواصير الحفر أثناء الحفر لا يكشف خواص الطفلة وأيضا تطبيق مؤشر مقدار الحمل للصخور المحفورة لا يوضح مدى تحسن معدل الحفر إلى القيمة المرغوبة. إن الهدف من هذا العمل هو دراسة تاثير نظافة الحفرة من الصخور الناشئة أثناء الحفر على معدل الحفر وتجنب التصاق مواصير بالحفرة أثناء ذلك. إن المعرفة الناتجة عن هذه الدراسة سوف تساعد في وضع نموذج لنظافة الحفرة بدقة عالية وبناء عليه سوف يتم تحسين معدل الحفر. إن طريقة البحث إعتمدت على استخدام بيانات حقيقية مستخدمة في حفر آبار النفط في الحقول لقسم معين من الآبارودراستها وتحليلها لكي نحدد تاثير عوامل الحفر والعوامل الكيمائية لطفلة الحفر على نظافة الحفرة ومعدل الحفر. إن البيانات المستخدمة كانت من حفرة لها نفس الحجم و التكوين الصخري ونوع الطفلة. إن العلاقة بين عوامل الطفلة ومؤشر مقدار الحمل لصخور تم تقيمه ومعرفة تاثيره على عوامل الطفلة.هذه الخطوة تمكن من معرفة الخواص او العوامل التامة المناسبة لتكوين الطفلة.استخدام وملاحظة موشر مقدار الحمل لصخور و موشر تركيز الصخورالناشئة اثناء الحفر في الفراغ البيني معا يضمن نضافة عاليه تقود تحسين عمليات الحفر وتقليل وقت الحفر. دمج هذين الموشرين معا وتطبيقهما يكون اول استراجية لظمان نظافة الحفرة باداء عالي جدا. إن النتائج لهذا البحث تضم إرشادات وتوصيات لضمان تحديد عوامل حفر و طفلة عالية الأداء. لقد تم استخدام النموذج المطور ( الطريقة) فعليا وتطبيقه في حقول النفط أثناء الحفر وفي طبقات الحفر المعقدة أيضا. لقد بينت النتائج أن معدل حفر أصبح أعلى بنسبة 55 بالمئة زيادة على معدل الحفر الذي لم تطبق فيه الطريقة المقترحة أدى ذلك إلى تجنب التصاق مواصير الحفرو وعدم ضخ تحسينات كيميائية لنظافة الحفرة وعدم عمل عمليات تنظيف البئر الغير لازمة. إن النموذج الجديد ( الطريقة) يوضح أهمية استخدام مؤشري نظافة الحفرة معا لكي يرتقي أداء عمليات الحفر ووقته. إن النموذج المطور يساعد مهندسي الحفر على اختيار العوامل المناسبة للحفر باستخدام تحسين طاقة الحفر الخاصة باستخدام طريقتي تقارب الجزيئات و التصحيح

English Abstract

Hole cleaning and drilling rate remain major challenges once it comes to plan and drill workover and development wells. Inadequate hole cleaning is responsible for a large portion of all stuck pipe problems. Approximately 33% of stuck pipe incidents are because of bad hole cleaning. The rate of penetration is strongly related to hole cleaning. If optimum hole cleaning can be achieved, that will lead to a high rate of penetration. To ensure perfect hole cleaning, it must be engineered. There are several correlations, methods, designs, models, tools, charts, fields results, experimental studies and chemical materials to enhance the hole cleaning, but several of them are just based on theory and lack proper experimental data and not feasible in drilling operations. The knowledge of the size and density of cuttings, size of annulus, flow pattern, and down hole fluid properties cannot be determined with high accuracy using hole cleaning indicators such as Transport Ratio, Hole Cleaning Ratio or Transport Index. Cutting Concentration in Annulus (CCA) alone cannot reveal the drilling mud properties, while the application of Carrying Capacity Index (CCI) alone will not help in optimizing ROP to the desired limit. The objective of this work is to study the impact of hole cleaning on drilling rate that will ensure optimum performance and mitigate stuck pipe problems. Knowledge from this study will help in modeling hole cleaning more accurately and therefore facilitate improving drilling rate. The drilling parameters and mud rheological properties in certain hole sections were collected and analyzed first to determine the effect of mud properties and drilling parameters on hole cleaning and ROP performance. The data selected are from the same hole size, formation type and mud type. The relationship between mud rheological properties and CCI was then evaluated to determine how strong it is. This step helps to determine the significance of mud rheological properties on estimating CCI. CCI and CCA were then simultaneously monitored and controlled to ensure proper hole cleaning leading to optimization of the drilling operation and reduction in the drilling time. This is the first time to combine the two techniques for hole cleaning optimization. The results of this work include guidelines for optimum recommendations for optimum drilling fluid properties and drilling parameters. The developed model has been validated using field data during drilling challenging hole sections. It has shown high drilling rate performance in the hole sections tested and helped mitigate stuck pipe incidents, improved the well drilling performance by more than 55%, mitigated stuck pipe incidents, and eliminated wiper trips, reaming trips, and pumping of sweeps as well. The new hole cleaning model showed the importance of combining CCI and CCA to optimize the drilling operation and reduce the drilling time. The developed model can assist drilling engineers in selecting improved drilling parameters by optimizing the drilling specific energy using engineering approach (trials & errors), particles swarm optimization (PSO) method or penalty approach (PA).

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Petroleum > Drilling Engineering
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Almajed, Abdulaziz
Committee Members:	Mahmoud, Mohamed and Awotunde, Abeeb
Depositing User:	MOHAMMED ALRUBAII (g200453260)
Date Deposited:	04 Jan 2018 10:26
Last Modified:	30 Dec 2020 12:12
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140578