Оптимальный выбор геомеханических параметров для повышения точности моделирования механической скорости бурения: систематическое сравнительное исследование на основе полевых данных

Точное прогнозирование механической скорости бурения (ROP) в карбонатных формациях по-прежнему ограничено произвольным выбором геомеханических входных параметров в эмпирических моделях бурения. В данном исследовании впервые проведена систематическая оценка на основе полевых данных шестнадцати геомеханических свойств, сгруппированных в три категории: параметры прочности (одноосная прочность на сжатие (UCS), прочность на сжатие в условиях бокового обжатия (CCS), прочность на сдвиг, прочность толстостенного цилиндра (TWC), угол трения и сцепление), упругие модули (модуль Юнга, модуль сдвига, объёмный модуль, объёмная сжимаемость, динамический комбинированный модуль (DCM), коэффициент Пуассона и индекс хрупкости), а также параметры геостатического напряжённого состояния (горное давление, минимальное и максимальное горизонтальные напряжения), с целью выявления оптимальных предикторов для моделирования ROP при использовании долот PDC диаметром 12.25″ и 8.5″. Были использованы данные непрерывного каротажа из двух вертикальных карбонатных скважин на Ближнем Востоке (скважина A: 1000–3370 м; скважина B: 1945–3128 м; общая протяжённость интервалов — соответственно 2370 и 1183 м), вскрывающих формации, представленные известняком, доломитом, песчаником, сланцем, ангидритом и мергелистым известняком. Все шестнадцать геомеханических свойств были рассчитаны с использованием программного обеспечения Interactive Petrophysics (IP) по эмпирическим корреляциям, специфичным для литологии, и валидированы по лабораторным измерениям керна (R2 = 0.79–0.95). Для количественной оценки взаимосвязей между параметрами и ROP применялись корреляционный анализ Пирсона и ранговый корреляционный анализ Спирмена; оценочной основой служила эмпирическая модель Аль-Абдулджаббара, повторно калиброванная посредством множественной нелинейной регрессии. DCM стабильно демонстрировал наиболее сильную отрицательную корреляцию с ROP для обоих размеров долот и обеспечивал наивысшую точность модели (R2 = 0.54, AAPE = 25.33%), значительно превосходя модель Бургуэна и Янга (R2 = 0.26, AAPE = 36.55%). Был выявлен статистически подтверждённый эффект, зависящий от масштаба: тесты с использованием Z-преобразования Фишера подтвердили, что изменение направления корреляции между CCS и UCS при различных размерах долот является статистически значимым (CC...