Prototype Software for Automated Well Planning

Abstract

Kontinuerlig forbedring av utstyr og teknologi har preget petroleumsindustrien opp igjennom årene. Forbedringene i teknologi har muliggjort boring av brønner med stadig økende kompleksitet. Brønnplanleggingsprosessen har derimot ikke hatt samme grad av utvikling, og i dag finnes de fleste programvarer som uavhengige verktøy som blir brukt til individuelle oppgaver av de ulike disiplinene involvert i planleggingsprosessen. Som et resultat av dette blir overføring av data samt det å gjøre endringer under brønnplanleggingen overkomplisert og ineffektivt.

I denne masteroppgaven er det blitt utviklet en prototypeversjon av en automatisert brønnplanleggingsprogramvare. Programvaren inneholder tre moduler; en modul som kalkulerer dreiemoment og friksjonskrefter i brønnen, en modul som gir seksjonsfordeling, og en brønnbanemodul. I tillegg er det utviklet en felles database for modulene og et fungerende brukergrensesnitt. Brønnbanemodulen bruker Bezier-kurver og genetiske algoritmer for automatisk å foreslå en passende brønnbane. Seksjonsfordelingen setter automatisk dybder på foringsrørene og passende slamvekt basert på geologiske gradienter og noen designregler.

Den utviklede prototypen muliggjør en effektiv og automatisert arbeidsflyt der datastrømmen mellom ingeniørmodulene og sekvensen av ingeniørarbeid styres av applikasjonen. Videre viser applikasjonen stort potensial for håndtering av endring i brønnplanleggingssyklusen, da den umiddelbart reagerer på endringer i inngangsdataene og bruker alltid de nyeste dataene fra den felles databasen. Hovedkonklusjonen er at bruken av en separat felles database, samt bruk av tilbakekallingsfunksjoner for å utløse beregninger og overføre data i riktig rekkefølge er nøkkelen til å muliggjøre automatisert brønnplanlegging.

Prototypen skal være med på å hjelpe utviklingen av en ny generasjons boring og brønn programvare som dekker hele livssyklusen til en brønn; fra planlegging og drift til plugging. Det viktigste videre arbeidet er å inkludert tilleggsmoduler som simulerer hydraulikk, regner på foringsrørkrefter og foringsrørslitasje. En grundig evaluering av databaseløsningen og databasestrukturen er også anbefalt som videre arbeid.

The oil and gas industry has seen a continuous improvement in equipment and technology over the years, enabling the drilling of wells with ever-increasing complexity. On the contrary, the well planning process has not had the same rate of development. Today, most well design software exist as independent tools used for individual tasks by the different disciplines involved in the well planning process. In turn, transferring data and managing change in the design process becomes overly complicated and inefficient.

In this thesis, a prototype version of an automated well planning software has been developed. The software includes three engineering modules; a torque and drag module, an automated section outline module and a well trajectory module as well as a real-time database and a functioning user interface linking the modules together. The well trajectory module uses Bezier curves and a genetic algorithm to automatically propose a well path hitting the target and the section outline module automatically sets casing seats and mud weights based on the geological gradients and a few design rules.

The developed prototype software enables an efficient and automated workflow where the data flow, interdependence of the engineering modules, and the sequence of engineering is controlled by the application. Further, the application shows great potential in managing change in the well planning cycle, as it instantly reacts to changes in the input data and always uses the latest data from the shared database. The main conclusion is that separating the database from the engineering modules, as well as using callback functions to trigger calculations and transfer data in the correct sequence are key in enabling an automated well planning solution.

Ultimately, the prototype software aims to aid the development of a new generation drilling and well software covering the entire lifecycle of a well; from planning and operations to plug and abandonment. The main recommendations for further work are to include additional modules such as hydraulics, casing design and casing wear as well as to thoroughly evaluate the database solution and structure to develop a full-scale application.