NO20131080A1 - Graf for å analysere boreparametere - Google Patents

Abstract

En framgangsmåte for å presentere borehullinformasjon omfatter å presentere en visning inkludert en graf som har en første akse og en andre akse. Den første aksen representerer en borkrones gjennomskjæringshastighet (ROP) ned i et borehull, og den andre aksen representerer en mekanisk spesifikk energi (MSE) hos et boresystem som omfatter borkronen. Framgangsmåten omfatter også å plotte tidsbaserte eller fotbaserte data ved hjelp av en dataanordning for én eller ftere borekjøringer på grafen, og å overlegge grafen med linjer med konstant kraft.

Description

GRAF FOR Å ANALYSERE BOREPARAMETERE

KRYSSREFERANSE TIL RELATERTE PATENTSØKNADER

[0001] Denne søknaden krever fordelen av US patentsøknad nr. 61/451216, inngitt 10. mars 2011, som er inkorporert her i sin helhet ved referanse.

BAKGRUNN

1. Området for oppfinnelsen

[0002] Den foreliggende oppfinnelsen gjelder generelt å bore borehull, og spesielt en graf som kan brukes til å analysere boreprestasjonen.

2. Beskrivelse av relatert teknikk

[0003] Borehull bores i jorden for mange anvendelser, for eksempel hydrokarbonproduksjon, geotermisk produksjon og karbondioksidsekvestrering. Et borehull bores med en borkrone eller annet skjæreverktøy anbrakt i den distale enden av en borestreng. En borerigg dreier borestrengen og borkronen for å skjære gjennom formasjonsberg og på den måten bore borehullet.

[0004] En ideell boresituasjon ville ha perfekt kraftoverføring fra overflaten til borkronen. Dette er selvfølgelig ikke mulig. Imidlertid kan variasjon av ulike parametere påvirke hvor godt kraft overføres. I dag er det imidlertid ingen enkel måte å bestemme hvordan parametervariasjon påvirker energioverføringens effektivitet på. Kraften som leveres til borkronen, er direkte proporsjonal med gjennomtrengningshastigheten, og er hovedparameteren som påvirker kostnaden og hele økonomien ved å bore et borehull.

KORT SAMMENDRAG

[0005] Det beskrives en framgangsmåte for å presentere borehullinformasjon, som omfatter: å presentere en visning inkludert en graf som har en første akse og en andre akse, der den første aksen representerer en borkrones gjennomskjæringshastighet (ROP) ned i et borehull, og den andre aksen representerer en mekanisk spesifikk energi (MSE) hos et boresystem som omfatter borkronen; og å plotte tidsbaserte eller fotbaserte data ved hjelp av en dataanordning for én eller flere borekjøringer på grafen, og å overlegge grafen med linjer med konstant kraft.

[0006] Det beskrives også en produktartikkel som omfatter datamaskinbrukelige medier, der mediene har innlemmet i seg datamaskinlesbar programkodemidler for å få en dataanordning til å utføre en framgangsmåte som omfatter: å presentere en visning inkludert en graf som har en første akse og en andre akse, der den første aksen representerer en borkrones gjennomskjæringshastighet (ROP) ned i et borehull, og den andre aksen representerer en mekanisk spesifikk energi (MSE) hos et boresystem som omfatter borkronen; og å plotte tidsbaserte eller fotbaserte data ved hjelp av en dataanordning for én eller flere borekjøringer på grafen, og å overlegge grafen med linjer med konstant kraft.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0007] Den følgende beskrivelsen må ikke oppfattes som begrensende på noen måte. Ved henvisning til de medfølgende tegningene har like elementer like henvisningstall:

[0008] Fig. 1 illustrerer en eksemplarisk utførelsesform av en borestreng anbrakt i et borehull som gjennomskj ærer jorden;

[0009] Fig. 2 illustrerer en visning som omfatter en graf i henhold til én utførelsesform;

[0010] Fig. 3 illustrerer en visning som har datapunkter fra tre ulike borekjøringer plottet på seg; og

[0011] Fig. 4 er et plott av datasett som representerer nivåer av kraft som forsynes ved overflaten, og kraften som leveres til borkronen.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0012] Her presenteres en detaljert beskrivelse av én eller flere utførelsesformer av oppfinnelsens anordning og framgangsmåte ved hjelp av eksemplifisering og ikke begrensning ved henvisning til figurene.

[0013] For enkelhets skyld tilveiebringes det visse definisjoner. Termen «borestreng» gjelder minst én av borerør og en bunnhullsammenstilling (BHA). Generelt omfatter borestrengen en kombinasjon av borerøret og en BHA. BHA-en kan være en borkrone, prøvetakingsutstyr, loggeutstyr eller annet utstyr for å utføre andre funksjoner i borehullet. Som ett eksempel kan BHA-en omfatte en borkrone og en borhylse som inneholder utstyr for måling under boring (MWD). MWD-utstyret kan for eksempel måle vridningsmomentet som borkronen opplever, med en føler.

[0014] Termen «føler» gjelder en anordning for å måle minst én parameter tilknyttet borestrengen. Ikke-begrensende eksempler på målingstyper som utføres av en føler, omfatter akselerasjon, hastighet, avstand, vinkel, kraft, vridningsmoment, moment, temperatur, trykk, o/min hos borkronen, og vibrasjon. Ettersom disse følerne er kjent teknikk, blir de ikke nærmere omtalt her.

[0015] FIG. 1 illustrerer en eksemplarisk utførelsesform av en borestreng 3 anbrakt i et borehull 2 som gjennomskjærer jorden 4. Borehullet 2 kan gjennomskjære en geologisk formasjon som omfatter et reservoar med olje eller gass eller geotermisk energi. Borestrengen 3 omfatter borerør 5 og en BHA 6. Bunnhullsammenstillingen 6 kan omfatte en borkrone eller annen boreanordning for å bore borehullet 2.

[0016] I utførelsesformen i FIG. 1 er det anbrakt en mengde følere 7 langs lengden av borestrengen. Følerne 7 måler aspekter ved operasjon av borestrengen 3, så som bevegelse av borestrengen 3 eller vridningsmoment opplevd ved borkronedelen av BHA-en 6. Et kommunikasjonssystem 9 overfører data 8 fra følerne 7 til en regulator 10. Dataene 8 omfatter målinger utført av følerne 7. Det må forstås av i én utførelsesform kan dataeme 8 behandles før de overføres. Dermed kan dataene 8 omfatte behandlede data eller diagnostisert informasjon. Videre kan borestrengen 3 i en slik utførelsesform omfatte en prosessor som befinner seg på eller nær BHA-en 6 for å tilveiebringe slik behandling av dataene før de overføres. Regulatoren 10 kan implementeres på en hvilken som helst type dataanordning og kan omfatte datalagringsmuligheter for å lagre mottatte data. Regulatoren 10 kan befinne seg på borestedet eller på et annet sted.

[0017] I én utførelsesform kan kommunikasjonssystemet 9 omfatte en optisk fiber eller «trådrør» for å overføre dataene 8. Kommunikasjonssystem 9 kan selvfølgelig implementeres på ulike måter. For eksempel kan kommunikasjonssystemet 9 i én utførelsesform være et slampulstelemetrisystem.

[0018] Ulike borestrengmotivatorer kan brukes for å operere borestrengen 3. Borestrengmotivatorene avbildet i FIG. 1 omfatter et heisesystem 12, en rotasjonsanordning 13, en slampumpe 14, en strømningsavbøyer 15 og en aktiv vibrasjonskontrollanordning 16. Hver av borestrengmotivatorene avbildet i FIG. 1 koples til regulatoren 10. Regulatoren 10 kan tilveiebringe et styringssignal 11 til én eller hver av disse borestrengmotivatorene for å regulere minst ett aspekt av operasjonen av dem. For eksempel kan styringssignalet 11 få heisesystemet 12 til å påføre en viss kraft på borestrengen 3. En slik kraft endrer vanligvis en operasjonsparameter kalt vekten på borkronen (WOB).

[0019] Regulatoren 10 kan også tilveiebringe styringssignaler 11 til rotasjonsanordningen 13 for å styre minst én av rotasjonshastighet hos borestrengen 3 og vridningsmomentet påført på borestrengen 3 av rotasjonsanordningen 13.1 noen tilfeller kan regulatoren 10 også tilveiebringe styringssignaler 11 for å styre slamstrømningen fra slampumpen 14, mengden slam som avbøyes av strømningsavbøyeren 15, og operasjonen av den aktive vibrasjonskontrollanordningen 16.

[0020] Eksempelet i forrige avsnitt forutsetter automatisk styring av borestrengen 3 ved hjelp av regulatoren 10. Slik automatisk styring er ikke påkrevet. Dermed har en operator i én utførelsesform fått tilveiebrakt en visning av operasjonsforhold. Operatoren får detetter regulatoren 10 til å endre operasjonen av borestrengen 3 ved å manuelt endre satte punkter eller andre parametere som i kjent teknikk.

[0021] Under boring eller under evalueringer etter boring er det mange typer visninger som kan genereres på grunnlag av informasjonen som tilveiebringes av følerne 7 samt operasjonsparameterne til én eller flere borestrengmotivatorer. Disse visningene kan likevel noen ganger mislykkes med å avdekke viktig informasjon som kan brukes til å bedre boreprosessen. For eksempel kan det være at virkningen av varierende WOB eller vridningsmoment på gjennomskjæringshastigheten (ROP) ikke er tydelig ut ifra disse visningene på grunn av faksjonstapene og vibrasjonene i borestrengen 3 og BHA-en 6.

[0022] Utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelsen rettes mot en visning som kan brukes til å vurdere boreprestasjonen, enten i sanntid eller etterpå. Visningen omfatter en graf som har en gjennomskjæringshastighet på én akse og en mekanisk spesifikk energi (MSE) på en annen. I noen tilfeller kan visningen omfatte kraftkurver med ulik inngangskraft (f.eks. hestekrefter overført av rotasjonsanordningen 13 til borestrengen 3) lagt over den. Visningen kan tilveiebringes enten ved hjelp av en elektronisk visningsanordning (f.eks. en dataskjerm) eller ved å skrive ut visningen på et håndfast medium så som papir, eller begge deler.

[0023] FIG. 2 illustrerer en visning 40 som omfatter en første akse 42 og en andre akse 44. Som avbildet er den første aksen 42 en akse for mekanisk spesifikk energi (MSE) og er illustrert i enheter med pound per kvadratinch (psi), og den andre aksen 44 er en gjennomskjæringshastighet (ROP) uttrykt i for (feet) per time. Selvfølgelig kan den første og den andre aksen 42, 44 byttes om, og de spesifikke enhetene kan endres etter forholdene. Å plotte ROP mot MSE kan i noen tilfeller ta hensyn til kraften som leveres til borestrengen og hvor effektivt den brukes i boreprosessen. Et slikt plott kan faktisk tilveiebringe et verktøy som kan brukes i brønnplanlegging, etter handlingsgjennomgang og sanntidsovervåkning av boreprestasjon.

[0024] Gjennomskjæringshastigheten til en borkrone og borestreng 3 måles lett under boring og er kjent teknikk. I noen tilfeller måles gjennomskjæringshastigheten (ROP) som en funksjon av dybden, og tas generelt gjennomsnittet av for hver fot (foot) etter som borehullet bores. Slike data tas med i såkalte «fotbaserte data». Selvfølgelig kan ROP måles og registreres ut ifra tiden og kalles «tidsbaserte data».

[0025] En borestreng kan modelleres som en sylinder som roteres mot en flat overflate. Vridningsmomentet i enden av borestrengen 3 (7) i en slik modell kan uttrykkes som vist i likning 1:

der [u] er friksjonskoeffisienten mellom bunnen av sylinderen og den flate overflaten, D er sylinderens diameter (f.eks. borkronens diameter) uttrykt i tommer (inch), og W er WOB uttrykt i for eksempel pound. Selvfølgelig kan W omfatte vekten av borerøret og enhver vekt tilveiebrakt av for eksempel heisesystemet 12 (fig. 1) eller av andre deler av borestrengen.

[0026] Den mekaniske spesifikke energien (MSE), slik termen bruker her, er definert som utført arbeid per enhetsvolum berg som fjernes under boring. I det tilfelle at vridningsmomentet som tilveiebringes til borestrengen 3 kan måles, kan MSE uttrykkes som vist i likning 2: der T er vridningsmomentet som tilveiebringes til borestrengen uttrykt i ft-lbs, N er omdreininger per minutt (o/min), A er hullets areal uttrykt i in og ROP er uttrykt i ft/t. For enkelhets skyld kan leddet W/A ignoreres i likning 2 og den følgende likning 3, ettersom det domineres av det andreleddet. Videre kan bruk av relasjonen mellom vridningsmoment og [u] i likning 1 tillate at likning 2 uttrykkes ved hjelp av W og [u] dersom vridningsmomentet som tilveiebringes til borestrengen ikke er tilgjengelig og som vist i likning 3 :

[0027] I én utførelsesform omfatter visningen 40 én eller flere kraftkurver 50, 52, 54, 56 og 58. Kraftkurvene kan lages ved å sette ROP lik MSE i likning 2 og velge ulike verdier for T. I én utførelsesform er T uttrykt i hestekrefter (hk) tilveiebrakt til borestrengen av rotasjonsanordning 14 (fig. 1) i henhold til relasjonen i likning 4 for roterende objekter:

I fig. 2 beregnes kraftkurve 50 med HP = 10, kraftkurve 52 begrenes med HP = 25, kraftkurve 54 beregnes med HP = 50, kraftkurve 56 beregnes med HP = 100, og kraftkurve 58 beregnes med HP = 200. Kraftkurvene kan selvfølgelig lages på andre nivåer.

[0028] Det må forstås at MSE kan fungere som en stedfortreder for effektivitet. Det vil si at jo lavere MSE, desto mer effektivt overføres kraft fra overflaten til borkronen.

[0029] Fig. 3 er et plott på grafen 40 i fig. 2 av et eksempel på fotbaserte data tatt fra tre ulike borekjøringer 60, 62, 64 på samme eller liknende sted. Alle de tre borekjøringene 60, 62, 64 hadde samme RPM. Hver av borekjøringene 60, 62, 64 har en ulik WOB. I dette eksempelet var WOB for borekjøring 60 på 30 000 pound-force (lbf), WOB for borekjøring 62 var 10 000 lbf, og WOB for borekjøring 64 var 5 000 lbf. Plottet i fig. 3 illustrerer at å doble WOB (fra 5 klbf til 10 klbf) øker ROP og effektiviteten samtidig som det krever en ubetydelig økning i hk som tilveiebringes til borestrengen. Videre førte det å øke WOB tre ganger (fra 10 klbf til 30 klbf) til 2-4 ganger økt ROP, samtidig som effektiviteten også ble doblet. I dette tilfellet måtte hk som ble tilveiebrakt til borestrengen 3 bare dobles (fra 25 hk til 50 hk).

[0030] Fig. 4 er et plott av grafen 40 i fig. 2 som viser datasettene 70 og 72 som representerer vridningsmomentet tilveiebrakt ved overflaten (datasett 72) og vridningsmomentet som oppleves ved borkronen (datasett 70). Som man kan se, går det en betydelig mengde kraft tapt i borestrengen 3 mellom overflaten og borkronen. Gjentatte plott for flere ulike inngangskrefter og resulterende kraft på borkronen kan gi innsikt som kan hjelpe til med å planlegge mengden kraft som skal tilveiebringes til visse dybder for å balansere effektiviteten av

boring med tilført kraft.

[0031] Liknende sammenlikninger kan gjøres for borkroneslitasje over tid, der en nedgang i ROP ved en lik MSE i sanntid kan indikere at borkronen er i ferd med å bli sløv. I tillegg kan grafen 40 brukes til å bestemme typen berg som gjennomløpes ved å sammenlikne en spesifikk ROP og innkommende hk med et plott over tidligere ROP og innkommende hk-plott over data fra boresteder som har kjente formasjonskomponenter (f.eks. testlokasjoner).

[0032] Det må forstås at enhver graf, enten den er i to eller tre dimensjoner, som omfatter en akse som her beskrevet, faller inn under den foreliggende oppfinnelsens omfang. Videre må det forstås at i noen tilfeller kan dataene som brukes i disse grafene, hentes inn fra andre steder i borestrengen. For eksempel kan vridningsmomentet måles på eller nær BHA-en i stedet for ved overflaten, for å for eksempel tilveiebringe informasjon tilknyttet effektiviteten til borkronen.

[0033] Som ett eksempel kan ett eller flere aspekter ved den foreliggende oppfinnelsen omfattes i en produktartikkel (f.eks. ett eller flere dataprogramprodukter) som for eksempel har datamaskinbrukelige medier. Mediene har for eksempel innlemmet i seg datamaskinlesbar programkodemidler for å tilveiebringe og legge til rette for mulighetene i den foreliggende oppfinnelsen. Produktartikkelen kan inkluderes som en del av et datamaskinsystem, eller selges separat.

[0034] Elementer av utførelsesformene er presentert med artikkelen «en» eller «et». Disse artiklene skal bety at det er ett eller flere av elementene. Termene «omfatter» og «har» skal være inkluderende, slik at de kan være ytterligere elementer i tillegg til de elementene som er opplistet. Når konjunksjonen «eller» brukes i en liste med minst to termer, skal den bety en hvilken som helst term eller en hvilken som helst kombinasjon av termer. Termene «første», «andre» og «tredje» brukes til å skille elementer, og brukes ikke for å angi noen bestemt rekkefølge.

[0035] Det vil anerkjennes at de ulike komponentene eller teknologiene kan gi visse nødvendige eller fordelaktige funksjoner eller trekk. Disse funksjonene og trekkene som kan være nødvendige for å støtte de medfølgende kravene og variasjoner av disse, anerkjennes følgelig som en iboende del av det foreliggende, og som en del av den beskrevne oppfinnelsen.

[0036] Selv om oppfinnelsen er beskrevet med henvisning til en eksemplariske utførelsesformer, vil det forstås at det kan gjøres ulike endringer og settes inn ekvivalenter for elementer i den uten at det avviker fra oppfinnelsens omfang. Dessuten kan mange modifiseringer gjøres for å tilpasse et spesielt instrument, en spesiell situasjon eller et spesielt materiale til oppfinnelsens lærdom uten at det avviker fra dens essensielle omfang. Det er derfor meningen at oppfinnelsen ikke skal være begrenset til den spesifikke utførelsesformen som beskrives som den best uttenkte måten å gjennomføre denne oppfinnelsen på, men at oppfinnelsen skal omfatte alle utførelsesformer som faller innenfor kravenes omfang.

Claims (10)

1. Framgangsmåte for å presentere boreinformasjon, som omfatter: å presentere en visning inkludert en graf som har en første akse og en andre akse, der den første aksen representerer en borkrones gjennomskjæringshastighet (ROP) ned i et borehull, og den andre aksen representerer en mekanisk spesifikk energi (MSE) hos et boresystem som omfatter borkronen; å plotte tidsbaserte eller fotbaserte data ved hjelp av en dataanordning for én eller flere borekjøringer på grafen; og å overlegge grafen med linjer med konstant kraft.

2. Framgangsmåte i henhold til krav 1, der MSE er lik utført arbeid per enhetsvolum av berg fjernet under boring.

3. Framgangsmåte i henhold til krav 2, der MSE er definert ved følgende relasjon: A ROP der T er vridningsmomentet forsynt til borestrengen uttrykt i ft-lbs, N er omdreininger per minutt hos borestrengen (o/min), A er hullets areal uttrykt i in .

4. Framgangsmåte i henhold til krav 2, der MSE er definert ved følgende relasjon:

der [u] er koeffisienten mellom en ende av borestrengen og berget, W er vekten på borkronen, N er omdreininger per minutt hos borestrengen, og D er borehullets diameter.

5. Framgangsmåte i henhold til krav 1, som ytterligere omfatter: å skrive ut visningen til et håndfast medium.

6. Framgangsmåte i henhold til krav 1, som ytterligere omfatter: å justere minst én av vekten på borkronen, omdreininger per minutt hos borestrengen, eller kraften som forsynes til borestrengen.

7. Produktartikkel som omfatter datamaskinbrukelige medier, der mediene har innlemmet i seg datamaskinlesbare programkodemidler for å få en dataanordning til å utføre en framgangsmåte som omfatter: å presentere en visning inkludert en graf som har en første akse og en andre akse, der den første aksen representerer en borkrones gjennomskjæringshastighet (ROP) ned i et borehull, og den andre aksen representerer en mekanisk spesifikk energi (MSE) hos et boresystem som omfatter borkronen; og å plotte tidsbaserte eller fotbaserte data ved hjelp av en dataanordning for én eller flere borekjøringer på grafen; og å overlegge grafen med linjer med konstant kraft.

8. Produktartikkel i henhold til krav 7, der MSE er lik utført arbeid per enhetsvolum av berg fjernet under boring.

9. Produktartikkel i henhold til krav 8, der MSE er definert ved følgende relasjon:

der T er vridningsmomentet forsynt til borestrengen uttrykt i ft-lbs, N er omdreininger per minutt hos borestrengen (o/min), og A er hullets areal uttrykt i in .

10. Produktartikkel i henhold til krav 7, der MSE er definert ved følgende relasjon:

der [u] er koeffisienten mellom en ende av borestrengen og berget, W er vekten på borkronen, N er omdreininger per minutt hos borestrengen, og D er borehullets diameter.