Modeling of ECD in casing drilling operations and comparison with experimentaland field data

• Autorzy: Diaz H. , Yu M. , Miska S. , Takach N.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie ECD w wierceniu z równoczesnym rurowaniem wraz z porównaniem danych eksperymentalnych i terenowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Three modeling approaches to the determination of equivalent circulating density (ECD) in Casing Drilling operations are considered in this study; viz., hook-load measurements, pump-pressure measurements and conventional hydraulic models. The bottom-hole pressure is obtained by adding the calculated annular pressure losses to the hydrostatic pressure. Since the annular clearance is very small in casing drilling, a narrow-slot flow approximation model is adopted that takes into account the effect of pipe rotation. A Yield-Power-Law (YPL) drilling fluid is considered in this study. Results from each of the three approaches are compared with experimental and field data. The differences between the calculated and measured bottom-hole pressures (hence ECD) are within a range of about [...]. In terms of the frictional pressure losses in the annulus, this range increases to about [...] in some instances. It is shown that pipe rotation plays an important role in determining ECD. The experimental data indicate an increase in the annular pressure losses with increasing pipe rotary speed. The hook-load measurements correlate well with flowing bottom-hole pressures.

PL

W artykule rozważono trzy podejścia do modelowań wykonywanych w celu określenia ekwiwalentnej gęstości cyrkulacyjnej (ECD) w operacjach wiercenia z równoczesnym rurowaniem); poprzez pomiary obciążenia haka, pomiary ciśnienia pomp oraz zastosowanie konwencjonalnych modeli hydraulicznych. Ciśnienie na dnie otworu otrzymywane jest przez dodanie obliczonych strat ciśnienia w przestrzeni pierścieniowej do ciśnienia hydrostatycznego. W przypadku rur okładzinowych wielkość przestrzeni pierścieniowej jest bardzo niewielka, dlatego zaadaptowano model wąskiej szczeliny, uwzględniający efekt rotacji rur. W artykule rozważano płuczkę opisywaną modelem reologicznym Herschela Bulkleya (YPL). Wyniki zastosowania wymienionych trzech podejść zostały porównane z danymi doświadczalnymi i terenowymi. Różnice pomiędzy wartościami ciśnienia obliczonego i zmierzonego na dnie otworu (a więc i ekwiwalentnej gęstości cyrkulacyjnej) pozostają na poziomie ok. [...]. W przypadku strat ciśnienia w przestrzeni pierścieniowej w niektórych przypadkach wartość ta ulega zwiększeniu do ok. [...]. Zwrócono uwagę, że rotacja rur odgrywa dużą rolę w określaniu ekwiwalentnej gęstości cyrkulacji. Dane doświadczalne wskazują na wzrost strat ciśnienia w przestrzeni pierścieniowej wraz z rosnącą prędkością obrotową rur. Uzyskano dobrą korelację między pomiarami obciążenia haka i ciśnienia przepływu na dnie otworu.

Słowa kluczowe

EN

ECD; casing drilling; modeling; field data

PL

ECD; wiercenie z równoczesnym rurowaniem; modelowanie; dane terenowe

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 52, no 4
• Strony: 457--481
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Diaz H.

autor

Yu M.

autor

Miska S.

autor

Takach N.

• The University of Tulsa, Tulsa, OK 74104-3189, USA

Bibliografia

• Bailey W.J., Peden J.M., 2000. A Generalized and Consistent Pressure Drop and Flow Regime Transition Model for Drilling Hydraulics, SPE 62167 Drill & Compellation 15.
• Bourgoyne A.T., Millheim K.K., Chenevert M.E., Young F.S., 1986. Applied Drilling Engineering, SPE Text book Series.
• Cartalos U., 1993. An analysis Accounting for the combined Effect of drillstring Rotation and eccentricity on Pressure Losses in Slimhole Drilling, SPE 25769 presented at the Annual Meeting.
• Chien S.F., 1992. Settling Velocity of Irregularly Shaped Particles, SPE 26121.
• Diaz H., 2002. Field Experimental Study and Modeling of ECD in Casing Drilling Operations, Master s Thesis, The University of Tulsa.
• Di Prima R.C., 1960. The stability of a viscous fluid between rotating cylinders with an axial flow, Journal of Fluid Mech., 9, p. 621.
• Haciislamoglu M., Cartalos U., 1994. Practical Pressure Loss Prediction in Realistic Annular Geometries, SPE 28304, presented at the Annual Meeting.
• Hansen S., 1995. Drill pipe Rotation Effects on Frictional Pressure Losses in Slim Annuli, SPE 30488. Presented at the annual technical conference.
• Hansen S.A., et al., 1999. A new Hydraulic Model for slim Hole Drilling Applications, SPE 57579 presented at the Annual Meeting.
• Lockett T.J., et al., 1993. The Importance of Rotation Efficient Cutting Removal During Drilling, SPE 25768 presented at the Annual Meeting.
• Luo Y., Peden J.M., 1989. Laminar Annular Helical Flow of Power-Law Fluids; SPE 20304, presented at the Annual Meeting.
• Mc Cann R.C., et al., 1993. Effects of high Speed Pipe Rotation on Pressure in Narrow Annuli; Paper SPE 26343, presented at the Annual Technical Conference.
• Ooms G. et al., 1999. Influence of Drillpipe Rotation and Eccentricity on pressure Drop over Borehole during Drilling, SPE 56638, presented at the Annual Meeting.
• Shepard S.F., Reiley R.H., Warren T., 2001. Casing Drilling: An Emerging Technology, paper IADC SPE 67731, 2001 IADC/SPE Conference, Amsterdam, February 27 March 1, 2001.
• Shepard S.F., Reiley R.H., Warren T., 2002. Casing Drilling successfully applied in Southern Wyoming, World Oil, p. 33-41, June 2002.
• Sterri N., Saasen A., Aas B., Hansen A.S., 2000. Drill String rotation Effects on Axial Flow of Shear Thinning Fluids in an Eccentric Annulus, Oil gas Magazine, p. 30-33.
• Tao L.N., Donovan W.F., 1954. Through-Flow in concentric and Eccentric Annuli of Fine Clearance With and Without Relative Motion of the Boundaries; Assoc. Mem. ASME, 54 A-175, presented at the Annual Meeting, p. 1291.
• Tarr B., Sukup R., 1999. Casing-while-Drilling: The Next Step Change in Well Construction, World Oil, Oct.
• Tessari R.M., Mandel G., 1999. Casing Drilling A Revolutionary Approach to Reducing Well Cost, SPE/IADC 52789, presented at the SPE/IADC Drilling Conference, Amsterdam, Mar. 9-11, 1999.
• Ustimenko B.P., Zmeikov V.N., 1964. Hydrodynamics of a flow in an annular channel with an inner rotating cylinder , Institute of power Engineering academy of Sciences, Vol. 2, No. 2, p. 259-250.
• Walker R., Al Rawi O., 1970. Helical Flow of Bentonite Slurries, SPE 3108, presented at the Annual Meeting.
• Warren T., 2001. Casing Drilling Engineering Manual, Tesco Corporation, 2001 edition.
• Wei X., 1997. Effect of drillpipe Rotation on annular Friction Pressure Loss (AFPL), in laminar Helical Flow of Power Law Fluids in Concentric and Eccentric Annuli Master s thesis petroleum department University of Tulsa.