3D modeling of drill string and well used for directional drilling

Abstract

The motivation for directional drilling research are primarily economic, however it also provided other environmental and technical benefits, it has contributed to the reclamation and preservation of thousands of ecologically sensitive acres while allowing a more efficient use of natural resources. In offshore applications helped increasing substantially the production rates, in environmentally sensitive regions and others challenges engineering scenarios. Different planning techniques and steerable tools enables the well to be drilled as close as possible to the planned path and achieve the target correctly. The purpose of this work is to research existing directional drilling techniques and applications to develop a 3D model of drill string and wellpath calculations to facilitate Hardware-in-the-Loop (HIL) testing of automated intelligent drilling systems when directional drilling is needed. The intension is to introduces the concepts of well dynamics as well as the procedures to use a Rotary Steerable Systems (RSS), their applications and the implications on enhanced well production. Using a simplified modeling of a RSS tool applied for directional, a HIL Directional Drilling simulator was developed in order to be employed in commercial HIL testing Directional Drilling systems. The simulator implementation was accomplished using Matlab/Simulink development platform. The HIL Directional Drilling simulator was evaluated against Ullrigg well U2 real testing data provided by Statoil. The comparison between real measurement and simulated data shows the performance of the simulator. The simulator has presented satisfactory results and may potentially be employed in commercial HIL testing. The thesis was developed at Marine Cybernetics from January 2012 to July 2012 in Trondheim, Norway.

A motivação para a pesquisa de perfuração direcional é primeiramente econômica, no entanto, ela também fornece outros benefícios ambientais e técnicos, tem contribuído para a recuperação e preservação de milhares de hectares ecologicamente sensíveis, permitindo uma utilização mais eficiente dos recursos naturais. Em aplicações offshore ajudou a aumentar substancialmente as taxas de produção. Diferentes técnicas de planejamento e ferramentas de perfuração direcionáveis permitem que o poço seja perfurado tão próximo quanto possível do caminho pré-determiado e alcance o alvo corretamente O objetivo deste trabalho é pesquisar as técnicas existentes de perfuração direcional e suas aplicações, a fim de desenvolver um modelo tridimensional da coluna de perfuração, junto a isso testar diferentes métodos matemáticos voltados para obter o melhor caminho do poço a seguir. Para assim, facilitar o Hardware-in-the-Loop teste (HIL) de sistemas automatizados de perfuração inteligentes. A intenção é introduzir os conceitos de dinâmica do poço, como também os procedimentos para utilizar um Sistema Rotativo Dirigível (RSS), suas aplicações e as implicações sobre a produção do poço. Utilizando uma modelagem simplificada, um simulador HIL foi desenvolvido neste trabalho com o objetivo de ser empregado em programas comercias de testes HIL de sistemas de perfuração direcional. A implementação do simulador foi realizada usando a plataforma de desenvolvimento Matlab/Simulink e a plataforma de criação de testes HIL desenvolvida pela Marine Cybernetics, o CyberSea. O simulador HIL foi avaliado usando dados reais de testes realizados pela Statoil no poço U2 do centro de pesquisa Ullrigg do International Research Institute of Stavanger (IRIS), na Noruega. A comparação entre as medições reais e os dados simulados mostraram o desempenho do simulador. O simulador HIL desenvolvido apresentou portando desempenho satisfatórios e pode potencialmente ser utilizado em testes comerciais de HIL. O Projeto Final do Curso (PFC) foi desenvolvido na sede da Marine Cybernetics, de janeiro de 2012 a julho de 2012 em Trondheim, Noruega