IMPROVING DRILLING PERFORMANCE IN ABRASIVE SANDSTONE FORMATION BY OPTIMIZING DRILL STRING AND BHA DESIGN

IMPROVING DRILLING PERFORMANCE IN ABRASIVE SANDSTONE FORMATION BY OPTIMIZING DRILL STRING AND BHA DESIGN. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (Master Thesis)
Abdullateef Ahmed Al-Dahmoush.pdf - Submitted Version
Restricted to Repository staff only until 7 June 2023.

Download (4MB)

Arabic Abstract

إن تحقيق الانبعاثات الصفرية هي هدف بلدنا لتحقيقه في عام ٢٠٦٠. أثناء عمليات الحفر، هناك العديد من الطرق للمشاركة في تحقيق هذه الرؤية. فعلى سبيل المثال، إذا قمنا بتحسين عملية الحفر، فسنكون قادرين على حفر البئر بشكل أسرع وبميزانية أقل. إن تحسين عمليات الحفر يعني استهلاكا يوميا أقل للديزل المستخدم لتشغيل معدات الحفر ولكن التحديات الآن أصبحت أكثر تعقيدا حيث ان حفر الصخور القاسية صعب جدا ومما يزيد الأمر صعوبة هو اتجاهات البئر المعقدة ودرجة حرارة باطن الأرض المرتفعة وضغط الارض المرتفع. إن التصدي لهذه التحديات مع تقليل الوقت الضائع صعب جدا تحقيقه ولكنه من اهم عوامل تحسين اداء حفر الابار. ولكن ذلك ليس امرا سهلا، حيث انه الأدوات في قاع البئر المتصلة مع عمود الحفر تتعرض للتلف مما يتسبب لنا بخسارة مزيد من المال والمزيد من المخاطر خاصة اثناء إنزال واخراج المعدات من قاع البئر. ان قيمة هذه الأدوات لو تم فقدها في قاع البئر باهضه الثمن لاسيما لو كان معها عناصر مشعة فسوف يكون لدينا مخاوف تتعلق بالصحة والسلامة والبيئة. من هنا جاءت اهمية عمل دراسة مفصلة لمعرفة أسباب الفشل وتداركه وماهي العوامل التي تقلل من الاداء النموذجي للحفر. لقد وجدت ان السبب الرئيسي في تقليل الاداء والفشل هو الاهتزازات التي نواجهها خلال الحفر. يتكون الاهتزاز من ثلاثة أنواع هي الاهتزاز الجانبي والالتوائي والمحوري. ان هذه الاهتزازات تمنعنا من تحقيق هدفنا بحفر هذه الابار بأداء متميز. للتصدي لهذه التحديات لقد قمت بالبحث في المصادر لأرى ما وصل اليه العلم الى اليوم لعلاج هذه المشكلات كي أتعلم منها ولأبني بحثي عليها لأنطلق من حيث ما انتهى اليه الاخرون. ولقد وجدت ان الباحثين الى يومنا هذا لم يجدوا العلاقة المرتبطة بين الطاقة الميكانيكية النوعية اثناء الحفر، علم ميكانيكا الصخور، تصميم عامود الحفر وكذلك القيم الي نحتاج لتطبيقا اثناء الحفر مجتمعة معا. لكنني أعتقد اعتقادا جازما بأنني لو اوجدت هذه العلاقة سوف يكون باستطاعتي معرفة أسباب هذه الاهتزازات وبإذن الله سوف أكون قادرا على منعها او على الأقل التقليل منها. حاليا يتطلب حفر ٢٠٠٠ قدم من خمس الى ستة مثاقيب حفر مما ينعكس سلبيا على الوقت المستغرق لحفر البئر، وهدر وقت ضائع كبير وكذلك مبالغ ضائعة ممكن يستفاد منها في تحقيق اهداف أخرى. هذا ايضا يضاف للمخاطر المتعلقة والمبالغ المخفية التي لا يمكن حسابها. من هنا لقد قمت باختيار ١٢ بئر توجد فيها هذه المشكلات واتبعت خمسة مراحل كما يلي: ١-تقييم البيانات التاريخية. ٢- تحليل البيانات التي تم ايجادها أثناء الحفر. ٣- تصميم عمود الحفر باستخدام نماذج ترددية ووقتية. ٤- ايجاد المعطيات المناسبة لاستخدامها أثناء الحفر. وبعد الانتهاء من بحثي، تم التحقق من صحة ما قمت به على بئرين. وفي الختام وبحمدالله تحقق الهدف المنشود وذلك بزيادة الأداء أثناء الحفر بين ١٣٣-١٧٨ في المئة مع زيادة معدل الحفر بنسبة ٢٠ في المئة وهذا يتحقق اذا تم الالتزام بتطبيق المعايير المناسبة. لقد كان نموذج المحاكاة المتبع دقيقا في التنبؤ مما يسمح بتصميم مناسب لعمود الحفر وتحديد المعايير الواجب الالتزام بها لتحقيق الهدف المطلوب.

English Abstract

Zero-emission is our country's 2060 target. There are many ways to achieve our country's target in drilling operations. For example, if we optimize drilling operation, we will be able to drill the well faster with less budget. Optimizing drilling operations means less diesel daily consumption used to operate rig equipment. But the challenges now are greater than before. The formation characteristics are harder and abrasive; the well profile is more complex and requires more HPHT wells on the pipeline to drill it. Avoiding nonproductive time with these challenges is a major contributor to drilling optimization, but this is not easy. This is a highly complex issue as more downhole failures cause us more money and safety hazards, including POOH and changing out downhole tools. The cost of these tools, if they get stuck down a hole, is expensive. It will also raise HSE concerns if it includes radioactive sources. Hence, it is crucial to have a detailed study to know the causes of down-hole tool failures and the performance controllers. This research observed that the most performance controller that makes nonproductive time is the vibration faced while drilling. The vibration consists of lateral, torsional, and axial vibrations. These vibration types limit us from efficiently applying the proper drilling parameters to drill these wells. Vibration can be affected by formation lithology, BHA string design, and drilling parameters. A detailed literature review was conducted to overcome these vibrations to see what others are doing to solve such issues. The relationship between MSE, formation Geomechanical, BHA design, and drilling parameters combined while drilling an abrasive sandstone formation was not covered until now. In order to find out this relationship, these vibrations causes will be analyzed and consequently reduced or avoided. 5 to 6 bits are required to drill 2000. These are consuming time, cost, nonproductive time, HSE hazards, and other hidden costs. From here, 12 drilled wells were selected to do this research. This research follows 5 phases as follows: 1. Evaluation of historical data. 2. Capturing and analyzing downhole data from RSS and LWD Tools. 3. Selecting optimum drill string and BHA design using frequency and transient models. 4. Selecting optimum real-time drilling parameters to improve drilling efficiency across abrasive sandstone formation. 5. Evaluating the effectiveness of this research success on two new wells for the validation process. In conclusion, the proposed BHA and parameters represented the effective solution to increase the performance of sandstone formation by improving the average footage per run between 133 178% while maintaining the average ROP and having the potential to improve the average ROP by 20% if proper compliance on the drilling parameters guideline is achieved. The transient simulation accurately predicted drilling motion, optimizing BHA design and defining a drilling parameters road map.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Research
Petroleum
Petroleum > Drilling Engineering
Department: College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor: ِAl-Majed, Abdulaziz Abdulla
Committee Members: Elkatatny, Salaheldin and Abdulraheem, Abdulazeez
Depositing User: ABDULLATEE AL-DAHMOUSH (g200162610)
Date Deposited: 08 Jun 2022 07:26
Last Modified: 08 Jun 2022 07:26
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142153