A Feasibility Study of Drill Cuttings Slip Velocity Estimation using BBO DTM-Pade’ Semi-analytical Technique

عبدالحكيم دباير; مازن الفرجاني

doi:10.59743/jau.8.3.3

المؤلفون

عبدالحكيم دباير قسم الهندسة الكيميائية والنفطية، كلية الهندسة الخمس، جامعة المرقب، ليبيا
مازن الفرجاني قسم الهندسة الكيميائية والنفطية، كلية الهندسة الخمس، جامعة المرقب، ليبيا

DOI:

https://doi.org/10.59743/jau.8.3.3

الكلمات المفتاحية:

ديناميكية الموائع الحسابية، سرعة انزلاق الفتات الصخري، طريقة التقريب DTM-Pade، معادلة BBO

الملخص

استعرضت الدراسة استخدام طريقة DTM-Pade التقريبية لحل معادلة باسيت - بوسينسك - أوسين (BBO) في التنبؤ بسرعة انزلاق الفتات الصخري فى الآبار النفطية اثناء عمليات الحفر. واستخدمت الدراسة مثال افتراضي لثلاثة أقطار مختلفة من الجسيمات الكروية وهي 3مم و5مم و7مم لتمثل نطاقًا واسعًا من أحجام الفتات الصخري الناتج عن عمليات حفر آبار النفط . واستخدم سائل حفر نوع Newtonain Fluid فى حالة سكون ليمثل الوسط الذي تنزلق فيه الفتات. وبناءا على نتائج الدراسات السابقة استخدمت الدراسة طريقة التقريب Pade’ بالرتب (K = 20, [8 8]) في حساب سرعات الانزلاق خلال فترة زمنية مدتها 2 ثانية. وخلصت الدراسة إلى أن هذه الطريقة تعتبر وسيلة جيدة وعملية للتنبؤ بسرعة انزلاق الفتات الصخري اذا استخدم التقريب Pade’ برتب عالية وذلك باستخدام برنامج الحساب Matlab ، ولاكن النتائج المستخلصة كانت دقيقة لفترات قصيرة جدا والتي تقدر بحوالي 0.1 إلى 0.2 ثانية من اجمالي وقت حساب السرعات. ومع ذلك ،فإن نطاق تطبيق معادلة BBO والذي يقتصر على فرضية سقوط جسيم واحد في وسط لانهائي من سائل غير قابل للضغط ، وفرضية ان حجم الفتات لايتجاوز 3 مم، وكذلك الحد الأدنى لنسبة كثافة الوسط إلى كثافة الفتات وهو 0.38 لتطبيق المعادلة، تحد من امكانية تطبيق الطريقة في عمليات حفر آبار النفط .علاوة على ذلك ، فإن الحاجة إلى مزيد من الاعتبارات في محاكاة عمليات تنظيف الفتات الصخري اثناء الحفر بما في ذلك السوائل Non-Newtonain المستخدمة وتأثير جدار البئر على سرعة الانزلاق ، وكذلك احتواء الفتات الصخري على عدة كثافات وأحجام باشكال غير منتظمة غالبا تحث على استخدام معادلة BBO ذات نطاق معدل ليشمل كل هذه الاعتبارات. كذلك اختلاط الفتات الصخري المحفور بمختلف الانواع والاحجام فى البئر اثناء نقله بواسطة مائع الحفر يعتبر امر شائع الحدوث ولكي تكون حسابات سرعة الانزلاق اكثر دقة ننصح باستخدام تقنيات أكثر احترافية مثل تقنية التعلم الآلي (MA) والذكاء الاصطناعي(AI) .

المراجع

Agwu O., Akpabio J., Alabi S., Dosunmu A., (2018). Settling velocity of drill cuttings in drilling fluids: A review of experimental, numerical simulations and artificial intelligence studies, Powder Technol. 339. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.08.064. DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.08.064

Akhshik S., Behzad M., Rajabi M., (2015a). CFD–DEM approach to investigate the effect of drill pipe rotation on cuttings transport behavior. J. Pet. Sci. Eng. 127, 229–244.

Akhshik S., Behzad M., Rajabi M., (2015b). CFD-DEM approach to investigate the effect of drill pipe rotation on cuttings transport behavior. J. Pet. Sci. Eng. 127, 229–244. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2015.01.017 DOI: https://doi.org/10.1016/j.petrol.2015.01.017

Ali Md., (2002). A parametric study of cutting transport in vertical and horizontal well using computational fluid dynamics (CFD). West Virginia University ProQuest Dissertations Publishing,. 1410827.

Aydemir K., Mukhtarov O. (2015), α-Parameterized Differential Transform Method. Cornell University, https://doi.org/10.48550/arXiv.1507.03803 DOI: https://doi.org/10.1186/s13662-015-0360-7

Badrouchi F. (2021), Hole Cleaning And Cuttings Transportation Modelling And Optimization . Theses and Dissertations. 3910. https://commons.und.edu/theses/3910.

Clark R.K., Bickham K.L.(1994), A Mechanistic Model for Cuttings Transport, SPE Annu. Tech. Conf. Exhib. (1994) 15. https://doi.org/10.2118/28306-MS. DOI: https://doi.org/10.2118/28306-MS

Ganji D. (2012), A semi-Analytical technique for non-linear settling particle equation of Motion, J. Hydro-Environment Res. 6 323–327. https://doi.org/10.1016/j.jher.2012.04.002. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jher.2012.04.002

Nguyen D., Rahman S.S. (1998), A three-layer hydraulic program for effective cuttings transport and hole cleaning in highly deviated and horizontal wells, SPE Drill. Completion 13, 03, 182–189. DOI: https://doi.org/10.2118/51186-PA

Nouri R. , Ganji D.D. (2014), and Hatami M. , Unsteady sedimentation analysis of spherical particles in Newtonian fluid media using analytical methods, Propuls. Power Res. 3 96–105. https://doi.org/10.1016/j.jppr.2014.05.003. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jppr.2014.05.003

Pigott RJS (1941). Mud flow in drilling. In: Paper API-41-091 presented at the Drilling and Production Practice, 1 January, NewYork.

Rashidi M.M. , LARAQI N. , Sadri S. , A Novel Analytical Solution of Mixed Convection about an Inclined Flat Plate Embedded in a Porous Medium Using the DTM-Padé, Int. J. 833 Therm. Sci. 49 (2010) 2405–2412. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2010.07.005. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2010.07.005

Sifferman T. R. and Becker T. E. (1992). Hole cleaning in full-scale inclined wellbores. SPEdrillingengineering, 7 (02), 115-120.‏ DOI: https://doi.org/10.2118/20422-PA

Torabi M. and Yaghoobi H. (2011), Novel solution for acceleration motion of a vertically falling spherical particle by HPM–Padé approximant, Adv. Powder Technol. 22. https://doi.org/10.1016/j.apt.2011.02.013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apt.2011.02.013

Zakerian, A., Sarafraz, S., Tabzar, A., Hemmati, N., Shadizadeh, S.R., (2018). Numerical modeling and simulation of drilling cutting transport in horizontal wells. J. Pet. Explor. Prod. Technol. 8, 455–474. https://doi.org/10.1007/s13202-018-0435-6. DOI: https://doi.org/10.1007/s13202-018-0435-6

Zhou J.K. (1981), Differential transformation and its applications for electrical circuits, Huazhong Univ. Press. (1986) 1279–1289.