Real Time Wellbore Cleaning Evaluation and Advisory System. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF PhD Dissertation- Mohammed Murif Al-Rubaii. Final (1).pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 8 January 2025. Download (12MB)

Arabic Abstract

كفاءة تنظيف الثقب هي قدرة سائل الحفر المستخدم على نقل قطع الحفر المتولدة أثناء الحفر على السطح. يمكن أن يؤدي تراكم قطع الحفر إلى مشاكل معقدة في ثقب الحفر مثل حوادث الأنابيب العالقة ، وحوادث الدورة الدموية المفقودة وعمليات التعثر الصعبة والتي قد تتفاقم في نهاية المطاف لإيقاف عملية الحفر. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تؤدي كفاءة تنظيف الثقب السيئة إلى التأثير الذي من شأنه أن يؤثر على عملية الحفر من أجل التحكم في حوادث الآبار وفقدان الآبار وفي النهاية سيؤثر ذلك على سلامة النفط & شركة مشغل الغاز. يمكن أن يؤثر تنظيف الثقب بقوة على حفر الآبار وأداء الحفارات. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يساهم بقوة في التأثير على تكلفة ووقت البئر والتلاعب النوعي والكمي. هناك العديد من العوامل التي تؤثر على تقييم تنظيف الثقب والقدرة على المراقبة أثناء عمليات الحفر مثل مسار البئر ، المعلمات الريولوجية لسوائل الحفر ، الحفر, وقيود معدات التحكم الصلبة الطينية المتاحة في منصة الحفر. يمكن أن يؤدي تحسين ومشاركة أداء تنظيف الثقب في عمليات الحفر إلى زيادة تسليم البئر وتوفير المزيد من الإيرادات لشركات مشغلي النفط والغاز. يعد رصد وتقييم كفاءة تنظيف الثقب في الوقت الفعلي وأتمتة إنجازًا بارزًا في الثورة الصناعية الرابعة ( 4-IR ). لتحديد وقياس فعالية تنظيف الثقب في عمليات الحفر ، يجب توقع العديد من المؤشرات المهمة لتقييم تنظيف الثقب للرصد والتقييم, تقديم المشورة والتوصية بفريق الحفر حول سيناريو الحفر الحالي للسعي إلى التخفيف من مشاكل ثقب الحفر التي يمكن التنبؤ بها وغير المتوقعة. لا يوجد نظام في الوقت الحقيقي لرصد تنظيف الثقب ونظام استشاري يجمع بين مؤشرات التنظيف ذات الست ثقوب في صناعة النفط لاستخدامها في عمليات الحفر حتى في شركات حفر الخدمات. هناك العديد من النماذج في الوقت الحقيقي ، والإضافات الكيميائية للسوائل الحفر ، والأدوات والبرامج التجارية ، والرسوم البيانية ، وقاعدة الإبهام لتحسين تنظيف الثقب. ومع ذلك ، يعتمد معظمها على الدراسات النظرية والتطبيقات المحدودة والمصادر الفردية وغير ممكن في عمليات الحفر. يتكون النظام الاستشاري لتنظيف الثقب في الوقت الحقيقي من نماذج معدلة ومتطورة متوافقة تمامًا مع سيناريوهات عمليات الحفر والتطبيقات إلى أقصى حد من اليقين. سيستخدم نظام مراقبة واستشارات تنظيف الآبار الآلي أجهزة استشعار الحفارات ’ القيم في الوقت الحقيقي المتاحة في جميع الحفارات وجزء من العقد مع منصات الحفر للحصول على أجهزة استشعار في الوقت الحقيقي. أجهزة استشعار جهاز الحفر في الوقت الحقيقي المقدمة محدودة بمعدل الاختراق ( ROP ) ، عمق البت ، العمق المقاس ، عزم الدوران ، ثورة في الدقيقة من سلسلة الحفر ( RPM ) ، انتظر بت ( WOB ), ضغط الأنبوب ( SPP ) ، معدل تدفق مضخة الطين في الجالون في الدقيقة ( GPM ) ، نسبة التدفق (٪ ), مجموع حجم الحفرة مستشعرات خزانات حفرة الطين ( PVT ) مثبتة بواسطة جهاز الحفر على خزانات محددة تم اختيارها بواسطة جهاز الحفر. يمكن تنفيذ أتمتة الحفر لتنظيف الثقب باستخدام التوأم الرقمي الذي يربط ببساطة البيانات في الوقت الحقيقي بنماذج نهج البيانات والبيانات لإنشاء ملفات تعريف في الوقت الحقيقي. لهذا السبب, يمكن أن يؤثر تطوير وتعديل النماذج لتكون متوافقة مع سيناريوهات عمليات الحفر على حفر الآبار وأداء الحفارات بشكل كبير وأن الهدف الرئيسي المتمثل في وجود نماذج آلية يوفر صورًا واضحة حول قياسات الثقب. الهدف من هذه الأطروحة هو تقديم نظام استشاري فريد لتنظيف الثقب يظهر ستة مؤشرات لتنظيف الثقب في الوقت الحقيقي يمكن أن توفر رؤية واضحة لأداء تنظيف الثقب أثناء عمليات الحفر. هم في الوقت الحقيقي حفر كثافة السوائل ، وكثافة الدوران المكافئة في الوقت الحقيقي ، ومؤشر القدرة الاستيعابية في الوقت الحقيقي ، وتركيز العقل في الوقت الحقيقي في الحلقة, في الوقت الحقيقي تم تطوير نسبة النقل ومؤشر النقل في الوقت الحقيقي. سيتم تنفيذ إجراءات تطوير نماذج الوقت الحقيقي, سيتم التحقق من صحة النماذج في الوقت الحقيقي ومقارنتها مع البرامج التجارية الأخرى وأداة الحفر المتقدمة مثل الضغط أثناء الحفر ( PWD ) وأدوات الاستشعار الأخرى التي تقدمها شركة الخدمات لعمليات الحفر. سيتم تطبيق النظام في الحقول وتوفير عمليات تحقق ثابتة ومتينة للنظام المطور الذي سيمكن من تطبيق التكنولوجيا الجديدة في أسطول حفر الحفر.

English Abstract

Hole cleaning efficiency is the ability of used drilling fluid to transport the drilling cuttings generated while drilling to surface. Drilling cuttings accumulation could lead to a complicated drilling hole problems such as stuck pipe incidents, lost circulation incidents and difficult tripping operations and that might be aggravated eventually to have stopping drilling operation. Additionally, a bad hole cleaning efficiency can induce impact that would be influencing drilling operation to have well control incidents and losing of wells and ultimately that will impact safety profile of oil & gas Operator Company. Hole cleaning can robustly influence well drilling and rig performance. Additionally, it can contribute strongly to affect cost and time of well and rig qualitatively and quantitively. There are several factors which impact the hole cleaning evaluation and monitoring capability during drilling operations such as well trajectory, drilling fluid rheological parameters, rig, and mud solid control equipment limitations available in rig. Optimization and participation of hole cleaning performance in drilling operations can increase well’s delivery and save more revenue for oil and gas operators companies. Monitoring and evaluation of hole cleaning efficiency as real time and automatedly is a major milestone achievement in the fourth industrial revolution (4-IR). To quantify and measure hole cleaning effectiveness in drilling operations, several important indicators of hole cleaning evaluation must be predicted to monitor, evaluate, advise and recommend drilling team about current drilling scenario for seeking mitigation of predictable and unpredictable drilling hole problems. There is no real time hole cleaning monitoring and advisory system which combines six-hole cleaning indicators is found in oil industry to be used in drilling operations even in services drilling companies. There are many real time models, drilling fluid‘s chemical additives, tools and commercial software, charts, rule of thumbs for hole cleaning improvements. However, most of them are based on theoretical studies, limited applications, single sources and not feasible in drilling operations. Real time hole cleaning advisory system consists of modified and developed models which are completely compatible with drilling operations scenarios and applications to the maximum limit of certainty. Automated wellbore cleaning monitoring and advisory system will utilize rig sensors’ real time values available in all rigs and part of the contract with drilling rigs to have real time sensors. The provided real time rig sensors are limited on rate of penetration (ROP), bit depth, measured depth, torque, revolution per minute of drilling string (RPM), wait on Bit (WOB), Standpipe pressure (SPP), flow rate of mud pump in gallon per minute (GPM), Flow out percentage (%), pit volume totalizers sensors of mud pit tanks (PVT) installed by rig on determined tanks selected by the rig. Drilling Automation of hole cleaning can be implemented by using digital twin which is simply linking real time data with physical and data approach models to generate real time profiles. For that reason, developing and modifying the models to be compatible with drilling operations scenarios can impact well drilling and rig performance significantly and that the main goal to have automated models provides clear pictures about downhole measurements. The objective of this dissertation to introduce a unique Hole Cleaning Advisory System which is showing six real time hole cleaning indicators that can provide an obvious vision on hole cleaning performance during drilling operations. They are real time drilling fluid density, real time equivalent circulating density, real time developed carrying capacity index, and real time developed cuttings concentration in annulus, real time developed transport ratio and real time transport index. The procedures of developing real time models will be conducted, the validations of real time models will be done and compared with other commercial software and advanced drilling tool such as Pressure while drilling (PWD) tool and other sensors tools provided by Services Company for drilling operations. The system will be applied in the fields and provide a firm and solid validations of the developed system that will empower the new technology to be applied in drilling rigs fleet.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Petroleum Petroleum > Drilling Engineering
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Al Shehri, Dhafer
Committee Members:	Elkatatny, Salaheldin and al-yami, abdullah and mahmoud, Mohammed
Depositing User:	MOHAMMED ALRUBAII (g200453260)
Date Deposited:	09 Jan 2024 05:59
Last Modified:	09 Jan 2024 11:45
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142766