Quantifying Formation Hardness and Pore Pressure using the Bourgoyne-Young Drilling Model

Formasjonshardheten og poretrykket er to viktige faktorer som må grundig undersøkes under planleggingsfasen og under boreoperasjonene av en brønn. Begge er korrelert til bore-effektiviteten og har potensial til å påføre alvorlige problemer hvis avvik fra normen forblir uoppdaget. Harde formasjoner reduserer penetrasjonsraten og er assosiert med både utstyrsfeil (feil på borerør- og borekrone) og nedihulls-problemer (utvasking, doglegs og keyseats). Alvorlighetsgraden kan variere, fra slitt og ødelagt utstyr som krever unødvendig tripping, til at borestrengen blir sittende fast, noe som krever reaming eller boring av en ny brønnbane. I værste fall må borehullet forlates. Det er dermed viktig å kartlegge så mye av formasjonshardheten som mulig. For brønnkontroll er det kritisk å ha kunnskap om formasjonsporetrykket og hvordan det utvikler seg gjennom hele lengden av brønnen. En uoppdaget økning i poretrykket kan føre til ulike problemer og ustabiliteter. Kick fra brønnen er spesielt farlige ettersom de kan føre til utblåsninger eller tap av brønnseksjon hvis de blir feil håndtert. Kontinuerlig overvåkning av poretrykket under boringen er et verktøy for å forhindre og begrense slike omstendigheter. Denne masteroppgaven presenterer en sanntidsmetode for å kvantifisere både formasjonshardhet og poretrykk. Studier har blitt gjort på korrelasjonen mellom hardhet og endringer i litologi, samt effekten av penetrasjonsrate fra endringer i formasjonshardhet vs. poretrykk. Beregningsmetodene som brukes er basert på en forenklet versjon av Bourgoyne-Youngs ligning for penetrasjonsrate. Testing har blitt gjennomført på sanntidsdata fra en brønn i norsk del av Nordsjøen. Resultatene viser at metoden kan kvantifisere formasjonshardhet og poretrykk. Imidlertid, den ønskede nøyaktigheten av poretrykket ble ikke oppnådd sammenlignet med felt-resultater i brønnrapporten. Dette blir begrunnet til å skyldes sensitiviteten av poretrykket til endringer i hardhet. Noe forbedring i resultatet er ventet hvis metoden testes på mer komplette sett av data. Inkludering av hele brønnlengden i dataene og en litologi-indikator slik som gamma-stråling ville vært spesielt nyttig. To test-intervall ble valgt for hardhets-analyse. Hard stringers ble påvist i det første intervallet, noe som var i samsvar med bemerkninger i brønn-rapporten. Det andre intervallet viste også tendenser av hard stringers. Imidlertid var denne seksjonen karakterisert av oscillerende hardhets-verdier. Disse oscillasjonene sammenfalt med litologi-overgangen mellom Sandy Hordaland og Sandfree Hordaland formasjonene. Denne litologi-overgangen markerte også starten på den anormale poretrykk-sonen. Den testede brønnen var full av hendelser under boringen som påvirket resultatet, spesielt ved å gi anomalier i bore-parameterne brukt som input. Selv om dette hadde en negativ effekt på poretrykks resultatene, klarte det å synliggjøre sårbarheten av å bruke en metode kun avhengig av bore parametere slik som Bourgoyne-Young metoden er for poretrykk-kalkulasjoner. Metoden anses imidlertid som et nyttig verktøy hvis brukt sammen med andre poretrykks-metoder slik som seismiske data (acoustic velocity/interval transit time), borefluid-egenskaper og utboret masse. Effekten på penetrasjonshastighet fra endringer i hardhet vs. poretrykk ble studert manuelt. I den normale poretrykks-sona, ble hardhet funnet å ha den mest signifikante effekten. I starten på overgangs-sona til høyere poretrykk, ble effekten av poretrykk på penetrasjonshastighet funnet. Videre arbeid trengs for å utvikle en sanntids-metode som kan forutsi effekten av hardhet vs. poretrykk basert på penetrasjonsrate og samtidig omgå problemet med poretrykkets sensitivitet til endringer i hardhet