Document
Probabilistic Approach in Wellbore Stability
Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2012
Language
English
English abstract
In oil industry, the production of hydrocarbon (oil and gas) requires many operations that should be done efficiently in order to cut off the costs. Wellbore instability is the most costly problem that a well drilling operation may encounter. One reason for wellbore failure can be related to ignoring rock mechanics effects. A solution to overcome this problem is to adopt in-situ stresses in conjunction with a failure criterion to end up with a deterministic model that calculates collapse pressure. However, the uncertainly in input parameters can make this model misleading and useless. Therefore, it is important to develop a probabilistic stability model to run risk analysis covering all possible scenarios.
In this thesis, a new probabilistic wellbore stability model is developed to predict the critical drilling fluid pressure before the onset of wellbore collapse. In this model, the linear elastic constitutive model in conjunction with Mogi-Coulomb failure criterion have been used. An Excel sheet has been developed to find critical mud pressures for any input parameters. The model runs Monte-Carlo Simulation to capture the effects of uncertainty in in-situ stresses and rock properties. It also accounts for the effects of drilling trajectories. Risk analysis can be done based on the output of the developed model to improve risk management of wellbore instability.
The developed model was applied to different in-situ stress regimes: normal faulting, strike slip and reverse faulting. For each stress regime, simulations were run for different scenarios: changing all parameters simultaneously, changing one parameter while keeping the rest of parameters at fixed values, fixing all parameters except rock properties parameters, fixing all parameters except in-situ stress parameters, and fixing all parameters except well trajectories.
Sensitivity analysis was applied to all carried out simulations to find out which parameter has the major impact on collapse pressures. The results show that well trajectories have the biggest impact factor in wellbore instability in almost all of insitu stress regimes. Rock properties come in the second place.
The developed model improves risk management of wellbore stability. It helps petroleum engineers to forecast collapse pressure, and then make right decisions on selecting drilling mud pressure. It is also a helpful tool for field planners in cost estimation during fields development.
Member of
Resource URL
Arabic abstract
في مجال صناعة النفط والغاز، يتطلب الأمر العديد من العمليات الإنتاج اليهدروكربون (النقط والغاز)، ولكي تصبح المنتجات النفطية ذو جدوى اقتصادية كبيرة لابد من التقليل من تكلفة الإنتاج ولايتم ذلك إلا عن طريق أداء هذه العمليات بكفاءة عالية عملية حفر الآبار هي من أهم العليات وأكثرها كلقة في هذا المجال وذلك بسبب مايصاحب هذه العملية من عدم استقرار في الأبار اثناء حفرها. إن من أسباب تهدم الحفرة وعدم استقرارها هر تجاهل ميكانيكية الصخور أثناء تصميم سائل الحفر (الطين) اللازم لموازنة ضغط البتر أثناء الحفر حيث جرت العاده على استخدام طين ذا ضغط يزيد على ضغط التكوينات بمقدار 100 إلى 200 (psi). وفي كثير من الأحيان لا يكون هذا الضغط مناسب لإستقرار البئر وخاصة مع الصخور ضعيفة التماسك.
ومن ضمن الحلول لهذه المشكلة هو إيجاد نموذج من المعادلات الحسابية يجمع بين معادلات حساب ضغط التكوينات ( stresses) ومعادلات آلية تهدم الحفرة ز failure in - situ Criterion)، يقوم هذا النموذج بحساب الضغط المثالي الأدنى قبل بدء تهدم الحفرة وعدة ما تكون نتائج هذه النماذج قطعية (محدده رقمية) وذلك بسبب إدخال بيانات ذات قيمة محدده وقطعية، إلا أن الواقع غير ذلك. حيث أن كل مدخل من هذه البيانات يكون على شكل مجال وليس قیمه محدده وبالتالي يكون النموذج القطعي. في أغلب الأحيان. مضلل و غير واقعي. ولذلك من المهم تطوير نموذج إحتمالي يقوم بدراسة جميع الإحتمالات لجميع المدخلات ذات القيمة المحلية، وذلك من أجل الخروج بتحليل جيد لمخاطر استقرار البنر ومعرفة الضغوطات الأدنى المحتملة قبل حدوث التهدم وإنهيار البئر. في هذا البحث تم تطوير نموذج إحتمالي لدارسة إستقرار حفرة البئر للحصول على القيم الحرجة لضغط سائل الحفر قبل وقوع الإنهيار حيث تم استخدام النموذج الخطي المرن الحساب ضغوطات التكوينات المدمج مع نظرية (مرجي- كولومب) للإنهيار، ومن ثم تم إستخدام برنامج إكسل (Excel) لتطوير نموذج لحساب الضغط الحرج ، ثم إستخدام برنامج ( aRisk) لتطبيق محاکات (مونتي كارلو) لدراسة آثار التغير في قيم خصائص الصخور، وقيم ضغوطات التكوينات، وكذلك أثار مسارات الحفر على نتائج الضغوطات الحرجة بعدها تم تحليل النتائج لتقييم المخاطر بهدف الخروج بصورة تحصن من إدارة مخاطر إنهيار حفرة البئر تم تطبيق النموذج الإحتمالي الجديد على حالات مختلفة من توزيع ضغوطات التكوينات مثل (Normal Fault)، و( Strike Slip)، وكذلك (Reverse Fault)، وفي كل حالة تم تجربة جعل جميع المتغيرات ذات مدى، وبعدها جعل واحد من المتغيرات ذات مدى معين مع إيقاء المتغيرات الأخرى عند قيمه ثابته وحيده. بعدها تم إجراء تحليل المخاطر على النتائج حيث اشارت التحليلات على أن في معظم الحالات كانت مسارات الحفر اكثر العوامل تاثيرا في الضغوطات الحرجة تليها مباشرة خصائص الصخور إن النموذج الجديد بفتح افاق رحبة في مجال التنبؤ بالضغط الحرج السوائل الحفر قبل حدوث الانهيار في حفرة البئر، حيث يقوم بمساعدة مهندسي النفط في تحديد وإختبار الضغط المناسب الذي يحتق توازن البشر من جهة، وتوفير وتقليل التكاليف قدر المستطاع من جهة أخرى. حيث الايقتصر تطبيق النموذج الجديد على الأبار الافقيه فحسب، بل يتعداها لجميع الآبار المحفورة وكنتيجة طبيعية، فهذا النموذج أداة فعالة للمخططين لتقييم التكاليف عند تطوير حقل نفط معين.
ومن ضمن الحلول لهذه المشكلة هو إيجاد نموذج من المعادلات الحسابية يجمع بين معادلات حساب ضغط التكوينات ( stresses) ومعادلات آلية تهدم الحفرة ز failure in - situ Criterion)، يقوم هذا النموذج بحساب الضغط المثالي الأدنى قبل بدء تهدم الحفرة وعدة ما تكون نتائج هذه النماذج قطعية (محدده رقمية) وذلك بسبب إدخال بيانات ذات قيمة محدده وقطعية، إلا أن الواقع غير ذلك. حيث أن كل مدخل من هذه البيانات يكون على شكل مجال وليس قیمه محدده وبالتالي يكون النموذج القطعي. في أغلب الأحيان. مضلل و غير واقعي. ولذلك من المهم تطوير نموذج إحتمالي يقوم بدراسة جميع الإحتمالات لجميع المدخلات ذات القيمة المحلية، وذلك من أجل الخروج بتحليل جيد لمخاطر استقرار البنر ومعرفة الضغوطات الأدنى المحتملة قبل حدوث التهدم وإنهيار البئر. في هذا البحث تم تطوير نموذج إحتمالي لدارسة إستقرار حفرة البئر للحصول على القيم الحرجة لضغط سائل الحفر قبل وقوع الإنهيار حيث تم استخدام النموذج الخطي المرن الحساب ضغوطات التكوينات المدمج مع نظرية (مرجي- كولومب) للإنهيار، ومن ثم تم إستخدام برنامج إكسل (Excel) لتطوير نموذج لحساب الضغط الحرج ، ثم إستخدام برنامج ( aRisk) لتطبيق محاکات (مونتي كارلو) لدراسة آثار التغير في قيم خصائص الصخور، وقيم ضغوطات التكوينات، وكذلك أثار مسارات الحفر على نتائج الضغوطات الحرجة بعدها تم تحليل النتائج لتقييم المخاطر بهدف الخروج بصورة تحصن من إدارة مخاطر إنهيار حفرة البئر تم تطبيق النموذج الإحتمالي الجديد على حالات مختلفة من توزيع ضغوطات التكوينات مثل (Normal Fault)، و( Strike Slip)، وكذلك (Reverse Fault)، وفي كل حالة تم تجربة جعل جميع المتغيرات ذات مدى، وبعدها جعل واحد من المتغيرات ذات مدى معين مع إيقاء المتغيرات الأخرى عند قيمه ثابته وحيده. بعدها تم إجراء تحليل المخاطر على النتائج حيث اشارت التحليلات على أن في معظم الحالات كانت مسارات الحفر اكثر العوامل تاثيرا في الضغوطات الحرجة تليها مباشرة خصائص الصخور إن النموذج الجديد بفتح افاق رحبة في مجال التنبؤ بالضغط الحرج السوائل الحفر قبل حدوث الانهيار في حفرة البئر، حيث يقوم بمساعدة مهندسي النفط في تحديد وإختبار الضغط المناسب الذي يحتق توازن البشر من جهة، وتوفير وتقليل التكاليف قدر المستطاع من جهة أخرى. حيث الايقتصر تطبيق النموذج الجديد على الأبار الافقيه فحسب، بل يتعداها لجميع الآبار المحفورة وكنتيجة طبيعية، فهذا النموذج أداة فعالة للمخططين لتقييم التكاليف عند تطوير حقل نفط معين.
Category
Theses and Dissertations
File size
20.82 MB
0
0
