• norsk
    • English
  • English 
    • norsk
    • English
  • Login
View Item 
  •   Home
  • Fakultet for ingeniørvitenskap (IV)
  • Institutt for geovitenskap og petroleum
  • View Item
  •   Home
  • Fakultet for ingeniørvitenskap (IV)
  • Institutt for geovitenskap og petroleum
  • View Item
JavaScript is disabled for your browser. Some features of this site may not work without it.

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

Osheim, Bertil
Master thesis
Thumbnail
View/Open
no.ntnu:inspera:1899916.pdf (10.45Mb)
URI
http://hdl.handle.net/11250/2625931
Date
2019
Metadata
Show full item record
Collections
  • Institutt for geovitenskap og petroleum [2694]
Abstract
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.
 
Formation hardness and pore pressure are two important factors that must be carefully considered

when planning a well and during drilling operations. They are both correlated with drilling efficiency

and have the potential to inflict serious problems if deviations from the norm go undetected.

Hard formations reduce penetration rate and are associated with both equipment problems (drill

pipe and drill bit failure) and downhole problems (washouts, doglegs and keyseats). The severity may

vary, from worn and broken equipment requiring unnecessary tripping, to stuck drill string, which

may lead to reaming or the drilling of a new well path. In the worst-case scenario, the hole must be

abandoned. Thus, it is in the best interest to map out as much of the formation hardness as possible.

For well control, knowledge of the formation pore pressure and how it evolves throughout the length

of the well is crucial. Failure to detect an increase in pore pressure can lead to various problems and

instabilities. Well kicks are especially dangerous as they can lead to blowouts or loss of well section if

not handled properly. Continuous pore pressure detection while drilling is a tool to prevent and

mitigate such circumstances.

This master thesis presents a real-time approach for quantifying both formation hardness and pore

pressure. Studies have been done on the correlation between hardness and lithology changes, as

well as the effect on penetration rate from changes in formation hardness vs. pore pressure. The

computation methods used are based on a simplified form of the Bourgoyne-Young penetration rate

equation. Testing have been completed on real-time drilling data from a well in the Norwegian North

Sea.

Results show that the method can quantify formation hardness and pore pressure. However, the

desired precision of the pore pressure was not obtained when compared with field results in the final

well report (FWR). This was reasoned to be caused by the sensitivity of the computed pore pressure

to changes in hardness. Some improvements in results are expected if the method is tested on more

complete sets of data. The inclusion of full well length data and a lithology indicator such as gamma

ray will be especially beneficial.

Two test intervals were selected for hardness analysis. Occurances of hard stringers were shown in

the first interval, which was in tune with statements made in the final well report. The second

interval also showed tendencies of hard stringers. However, this section was characterized by

oscillating hardness values. These oscillations happened to coincide with the lithology transition

between the Sandy Hordaland and Sandfree Hordaland formations. This lithology transition also

marks the start of the abnormal pore pressure zone.

The tested well was marred with drilling incidents, causing many anomalies in the drilling parameters

used as input data. Though this had a negative effect on the pore pressure results, it was able to

highlight the vulnerability of using a solely drilling parameter-based approach such as the Bourgoyne

Young method for pore pressure calculations. Nevertheless, the method is seen as a viable tool if run

together with other pore pressure detection methods such as seismic data (acoustic velocity/interval

transit time), drilling mud properties and drilled cuttings.

The effect on penetration rate from changes in formation hardness vs. pore pressure was manually

studied. In the normal pressured zone, hardness was found to have the most significant effect. In the

start of the transition zone, the effect of increased pore pressure was seen. Further work is needed

to develop a real-time method which can predict the effect of hardness vs. pore pressure based on

penetration rate, and at the same time bypass the problem of pore pressure’s sensitivity to changes

in hardness.
 
Publisher
NTNU

Contact Us | Send Feedback

Privacy policy
DSpace software copyright © 2002-2019  DuraSpace

Service from  Unit
 

 

Browse

ArchiveCommunities & CollectionsBy Issue DateAuthorsTitlesSubjectsDocument TypesJournalsThis CollectionBy Issue DateAuthorsTitlesSubjectsDocument TypesJournals

My Account

Login

Statistics

View Usage Statistics

Contact Us | Send Feedback

Privacy policy
DSpace software copyright © 2002-2019  DuraSpace

Service from  Unit