Tensile and Shear Fracture Examination for Optimal Drilling Performance Evaluation: Part - I

Golam Rasul, Weizhou Quan, Abdelsalam Abugharara, Yahui Zhang, Mohammad Azizur Rahman, Stephen Butt

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoNiagara 2021: 74th Canadian Geotechnical Conference; 14th joint with IAH-CNC

RÉSUMÉ: La résistance de la roche est un paramètre important pour évaluer les performances du forage rotatif dans l'industrie pétrolière. Il détermine également le type de foret (tel que le foret Roller Cone (RC) ou le foret compact en diamant polycristallin (PDC)) utilisé le plus efficacement pour maximiser le taux de pénétration du forage (ROP). Cette recherche se concentre sur l'étude de la résistance de la roche de différentes manières ainsi que sur l'établissement de corrélations entre elles pour fournir les informations nécessaires qui pourraient être étudiées pour améliorer les performances de forage par la suite. L'étude a été menée en appliquant plusieurs tests de résistance, en utilisant un cadre de chargement géomécanique calibré. Les charges appliquées et les déplacements correspondants ont été enregistrés et analysés pour la détermination de la résistance dans tous les essais. Deux principaux types de roches ont été testés, notamment le grès isotrope naturel et le matériau synthétique de type roche isotrope (RLM). Les tests de résistance qui ont été effectués sur les noyaux NQ comprenaient la résistance à la traction indirecte (ITS) réalisée sur des échantillons de disque, la résistance à la compression non confinée (UCS) réalisée sur des échantillons standard et l'indice de résistance à la charge ponctuelle (PLSI) réalisé sur des échantillons de carottes après des tests PLSI axiaux. De plus, une analyse acoustique basée sur la mesure de la vitesse des ondes ultrasonores a été adoptée pour les échantillons de roche. La corrélation ultérieure entre l'UCS et la vitesse de l'onde primaire (vp) est développée ainsi que des corrélations de données de force entre UCS et ITS, UCS et PLSI ont été construites. Par conséquent, des relations d'ajustement ont été obtenues et une étude comparative avec des corrélations publiées a été menée pour une analyse détaillée.

ABSTRACT: Rock strength is an important parameter to evaluate rotary drilling performance in the petroleum industry. It also determines the drill bit type (such as Roller Cone (RC) bit or polycrystalline diamond compact (PDC) bit) used most efficiently for maximizing the drilling rate of penetration (ROP). This research concentrates on studying multiple rock strengths and establishing correlations among them to provide necessary information that could be explored to enhance drilling performance afterward. The study was conducted by applying several strength tests, utilizing a calibrated geomechanics loading frame. The applied loads and corresponding displacements were recorded and analyzed for strength determination in all tests. Two main rock types were tested, including natural isotropic sandstone and synthetic isotropic rock like material (RLM). The strength tests that were conducted on the NQ cores included indirect tensile strength (ITS) performed on disk samples, unconfined compressive strength (UCS) performed on standard samples and point load strength index (PLSI) performed on core samples following axial PLSI tests. Moreover, acoustic analysis based on ultra-sound wave velocity measurement was adopted for the rock samples. The subsequent correlation between the UCS and primary wave velocity (VP) is developed as well as strength data correlations between UCS and ITS, UCS and PLSI were constructed. Hence, fitting relationships were obtained, and a comparative study with published correlations was conducted for detailed analysis. Keywords: Isotropic rocks, rock like material (RLM), tensile & shear strength, point load strength index, P-wave velocity.

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