بررسي تأثير مدل رئولوژي سيال حفاري در بهينه كردن هيدروليك حفاري

The Effect of Drilling Fluid Rheological Models on Optimizing Drilling Hydraulics

يكي از مسائل مهمي كه همواره در عمليات حفاري چاه‌هاي نفت مطرح بوده است، كاهش مدت زمان و به تبع آن هزينه عمليات حفاري است. مهم‌ترين پارامتر حفاري به منظور كنترل زمان و هزينه عمليات، نرخ نفوذ حفاري است، كه رابطه مستقيمي با طراحي بهينه هيدروليك سيال حفاري دارد. به همين دليل بهينه كردن هيدروليك سيال حفاري موجب افزايش نرخ نفوذ و كاهش زمان و هزينه حفاري مي‌شود. مهم‌ترين بخش طراحي هيدروليك حفاري محاسبه افت ‌فشار سيال حفاري در مسير گردش سيال حفاري است. محاسبات افت فشار سيال حفاري تابع مدل رئولوژي سيال حفاري است بنابراين انتخاب مدل رئولوژي سيال حفاري به منظور محاسبه افت فشار سيال در مسير گردش سيال امري مهم محسوب مي‌شود. پيش از اين مدل سيال نيوتني به علت ساده بودن محاسبات براي محاسبه افت فشار سيال حفاري مورد استفاده قرار مي‌گرفت. در اين مقاله با در نظر گرفتن سيال‌ در دو دسته نيوتني و غير نيوتني (مدل بينگهام پلاستيك)، محاسبات افت فشار در مسير سيستم گردش گل حفاري در چند چاه عمودي در ميدان پارس جنوبي انجام گرفته‌است. سپس محاسبات انجام گرفته بر مبناي مدل‌هاي مختلف، با داده‌هاي واقعي ثبت شده حين حفاري چاه‌ها مقايسه شده‌است. با مقايسه اين داده‌ها مشخص شده‌است كه محاسبه با مدل نيوتني خطاي بالايي در محاسبه افت فشار سيال حفاري ايجاد مي‌كند. در ادامه نيز با مقايسه بين نتايج مدل‌ها با داده‌هاي واقعي خطاي ميانگين در هريك از مدل‌ها با يكديگر مقايسه شده‌است. بنابراين با محاسبه افت فشار سيال حفاري به كمك اين مدل رئولوژي سيال مي‌توان محاسبات دقيق‌تري از افت فشار سيال داشته و به كمك آن هيدروليك سيال را بهينه كرده و نرخ نفوذ را افزايش داد كه در نهايت در كاهش هزينه و صرفه جويي زمان كمك شاياني مي كند.

The time and cost of drilling operation are critical and important matters which bring many concerns. It should be noted that Rate Of Penetration influences the time and cost of the operation and it has a close relation with drilling fluid hydraulics. In other words, ROP can be increased by drilling fluid hydraulics optimization. In order to achieve this goal, the most applicable drilling fluid rheological model should be chosen for drilling fluid pressure loss calculation. Having mentioned that, Newtonian rheological Fluid Model is used frequently for this purpose due to its simplicity in the pressure loss calculation process. In this paper two different rheological models are studied: Newtonian Fluid and Non-Newtonian Fluid (Birmingham Plastic). According to these models the pressure loss is calculated. Then the above results are compared with the real pressure loss which was obtained from the mud circulation system in some vertical wells in South Pars Oil and Gas Field. Average discrepancy between the exact values and the calculated values (from the models) implements that using Newtonian rheological model for every fluid pressure loss calculations is not a precise and accurate approach. However, Non-Newtonian model (Birmingham Plastic) represents a much more accurate results. By considering more accurate models for pressure loss calculation, more realistic data will be achieved. As a result, drilling fluid hydraulics will be optimized and rate of penetration will be increased. Consequently, the time and cost of the drilling operation will be minimized.