Distributed dynamics of influx during MPD operations : modelling and estimation
Modélisation et estimation de la dynamique des flux du réservoir dans les opérations de forage
Résumé
While drilling an oil well, unwanted influx of fluids from the reservoir may occur. This manuscript studies the dynamics of the resulting fluid flow in the wellbore and the reservoir, during managed pressure drilling (MPD) operations. We study the phenomena using first-principle approach that leads to a modified two phase flow model called the drift-flux model (DFM). The model takes the form of a hyperbolic system of transport equations, whereas the reservoir pressure dynamics is given by a parabolic diffusion equation. We propose appropriate numerical schemes for both. Then, we propose different observer designs to estimate the influx from the reservoir into the wellbore. The observers for the coupled wellbore-reservoir system take different forms, as we combine the distributed and the reduced order models for each system. We propose to use the choke pressure as a measurement that is typically available on a MPD operational site, i.e. topside sensing. However, availability of the bottom hole pressure modifies the observer design, in ways we detail. We show convergence of the observers to the true values of reservoir pore pressure and influx, in each case.
Lors du forage d’un puits de pétrole, il est courant de subir un influx non désiré de fluides provenant du réservoir. Ce manuscrit porte sur l’étude de la dynamique de l’écoulement en résultant dans le réservoir et le puis, pendant les opérations de forage à pression contrôlée (MPD en anglais). La modélisation repose sur des équations de conservation, qui débouchent sur un modèle d’écoulement biphasique appelé modèle à dérive de flux. Celui-ci prend la forme d’un système hyperbolique d’équations de transport, alors que l’évolution de la pression dans le réservoir suit une dynamique gouvernée par une équation parabolique de diffusion. Nous proposons des schémas numériques permettant d’approcher les solutions de ces deux systèmes dynamiques. Nous synthétisons ensuite des observateurs permettant d’estimer le débit entrant depuis le réservoir. Ces observateurs du système couplé puits-réservoir prennent des formes différentes selon que le caractère distribué de chacune des dynamiques (puits ou réservoir) est négligé ou non. Nos estimateurs reposent sur la mesure de la pression en tête de puits, où un capteur est systématiquement installé dans les opérations de forage à pression contrôlée. L’existence d’un capteur de pression installé au fond du puits, plus rare, modifie la synthèse d’observateurs, d’une manière que nous détaillons. Pour chaque observateur, nous montrons la convergence des estimations de pression et de débit distribués vers leurs valeurs théoriques.
Origine : Version validée par le jury (STAR)