Publication: Pre-operational drilling test applied to carbonate reservoirs: a multi-objective optimization approach analysis of ROP and MSE
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Date
Authors
Advisor
Nascimento, Andreas 
Carvalho Junior, João Andrade de
Coadvisor
Graduate program
Engenharia Mecânica - FEG
Undergraduate course
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Type
Doctoral dissertation
Access right
Acesso aberto
Abstract
Abstract (english)
With the discovery of Pre-salt hydrocarbon reservoirs, appeared new challenges. One of the main challenges is the necessity of optimizing drilling processes due to high related operational costs. Drilling costs are considerably high, which leads the Oil and Gas (O&G) industry to search for innovative and entrepreneur methods. The Mechanic Specific Energy (MSE) is a parameter that is being used along drilling operations; coupling of MSE and Rate of Penetration (ROP) is a method that allows identifying ideal conditions during the drilling process aimed at efficiency enhancement. In addition, the performance of the drilling process can be estimated through pre-operational tests, which consist in continuously testing applied drilling mechanic parameters, such as Drill-String Rotary Speed (RPM) and Weigh-On-Bit (WOB), looking for optimum sets would ultimately provide the most desirable ROP. Thus, the goal of this dissertation was to analyze field data from Pre-salt layers operations, using a multi-objective optimization based on a play-back methodology for pre-operational drilling tests, through the ideal combination, simultaneously aiming at the highest possible ROP and the lowest achievable MSE. In addition, the Response Surface Method (RSM) was used to explore the effects of input variables on response variables at a 95% confidence level. The results showed that the new concept of pre-operational tests based on MSE and ROP proved to be effective in the drilling process optimization. The combination between the highest ROP and the lowest MSE allows for performing an efficient drilling process. In terms of parameters setting interval in pre-operational drilling-tests, for WOB, intervals of 5 and 7 [klb] showed to be sufficient for presenting reliable results. Through the parameters obtained from pre-operational tests, it could be estimated eventual cost-saving and time-saving values ranged from USD 1,056,180.72 to 1,151,898.30 and 19.50 to 21.27 [h], respectively.
Abstract (portuguese)
Com a descoberta dos reservatórios de hidrocarbonetos do Pré-sal, surgiram novos desafios. Um dos principais desafios é a necessidade de otimizar o processo de perfuração devido aos altos custos operacionais. Os custos de perfuração são consideravelmente altos, o que leva a indústria de Petróleo e Gás (O&G) a buscar métodos inovadores e empreendedores. A Energia Mecânica Específica (MSE) é um parâmetro que está sendo utilizado ao longo das operações de perfuração; o acoplamento da MSE e da Taxa de Penetração (ROP) é um método que permite identificar condições ideais durante o processo de perfuração visando o aumento da eficiência operacional. Além disso, o desempenho do processo de perfuração pode ser estimado por meio de testes pré-operacionais, que consistem em testar continuamente parâmetros mecânicos de perfuração, como a velocidade de rotação da coluna de perfuração (RPM) e o peso aplicado sobre a broca (WOB), procurando obter conjuntos ótimos que fornecam a ROP desejável. Dessa forma, o objetivo desta dissertação de doutorado foi analisar os dados de campo das operações de perfuração no Pré-sal, utilizando a otimização multi-objetivo baseada na metodologia play-back para testes pré-operacionais, através da combinação ideal, visando simultaneamente o maior ROP possível e o menor MSE alcançável. Além disso, o Método de Superfície de Resposta (RSM) foi usado para explorar os efeitos das variáveis de entrada sobre as variáveis de resposta a um nível de confiança de 95%. Os resultados mostraram que o novo conceito de testes pré-operacionais baseados na MSE e ROP se mostrou eficaz na otimização do processo de perfuração. A combinação entre a mais elevada ROP e a menor MSE permite realizar um processo de perfuração eficiente. Em termos de intervalo de parametrização em testes de perfuração pré-operacionais, para WOB, os intervalos de 5 e 7 [klb] mostraram-se suficientes para apresentar resultados confiáveis. Através dos parâmetros obtidos nos testes pré-operacionais, pode-se estimar eventuais valores de economia de custo e tempo variando de 1.056.180,72 a 1.151.898,30 [USD] e de 19,50 a 21,27 [h], respectivamente.
Description
Keywords
Desirability, Drill-rate test, Mechanical Specific Energy, Pre-salt layers, Oil & Gas, Desejabilidade, Teste da taxa de perfuração, Energia Mecânica Específica, Pré-sal, Óleo & Gás, Reservatórios de hidrocarbonetos, Poços de petróleo, Perfuração estratigráfica, Petróleo - Geologia
Language
English
