NAERINGSPH-Nærings-phd

The PhD project is part of a larger research project in Kelda on the development of robust automatic control solutions for pressure control in drilling operations, with a primary focus on Managed Pressure Drilling (MPD). Existing mathematical models for gas-liquid flows are primarily developed with the focus to reproduce physical phenomena in the well while drilling with a high degree of detail accuracy. The resulting high level of complexity makes these models unsuited for design of control algorithms. The objective of the PhD work has been the development of simpler, fit-for-purpose models better suited for the design of advanced control and estimation algorithms for drilling operations. A main contribution from this PhD project is improvements of aspects with existing models for single-phase and multiphase flow in drilling that enables a higher degree of automation, as well as faster and more robust algorithms. The PhD work has resulted in the development of a model which already has been implemented for use by a leading provider of simulator-based well control training for drilling operations. The model is also used for design, testing and verification of MPD control systems, and has proven a high degree of accuracy when compared to data from field operations. Parts of the model development has been in collaboration with PhD students at Technical University of Eindhoven og Mines Paristech in the Horizon 2020 project named Hydraulics Modelling for Drilling Automation (HYDRA).

Doktorgradsarbeidet har resultert i utviklingen av en ny og forbedret dynamisk modell for gass-/væske-strømning i boreoperasjoner, som er spesielt godt egnet til Modellen er blant annet tatt i bruk hos en ledende leverandør av avanserte trenings-simulatorer for brønnkontroll-operasjoner i boring. I tillegg er modellen tatt i bruk for design, testing og verifisering av avanserte MPD kontrollsystemer internt i Kelda. Den implementerte matematiske modellen er også brukt som digital tvilling i feltoperasjoner, både i de Arabiske Emirater og Russland, hvor doktorgradskandidaten også har fått praktisk erfaring fra boreoperasjoner i felt. Modellen har hatt stor betydning for hvordan kontrollsytemet håndterer gass under trykkstyrt boring, og operasjonen i Russland var trolig verdens første hvor et automatisert kontrollsystem ble brukt under flerfase operasjoner.

Utvikling av teknologi for automatisert og mer pålitelig trykkstyring er av de mest effektive tiltak man kan gjøre for økt sikkerhet og kostnadseffektivitet i boreoperasjoner. En forutsetning for sikker trykkstyring er kjennskap til pore- og oppspreknings trykket til enhvert tid under boreoperasjonen. I dag gjennomfører man tidkrevende, manuelle tester for å verifisere formasjonsstyrken og poretrykket i brønnen. Siden testene medfører betydelig ikke-produktiv tid, resulterer det i at disse testene gjøres kun når det er strengt nødvendig, og typisk først når man har påført en nedihullsfeil under operasjonen. Løsninger som gir kontinuerlig og mer pålitelig estimat over pore- og oppsprekningstrykket i brønnen vil derfor vesentlig forbedre sikkehet og pålitel ighet av trykkstyring under boreoperasjoner. Kelda Drilling Controls AS har gjennom et kvalifikasjonsprosjekt støttet av Oslofjordfondet, påbegynt et konseptstudie på sanntidsestimering av pore- og oppsprekningstrykk basert på hydraulisk modell kombinert med avansert estimeringsteknologi. Sanntidsestimering av pore- og oppsprekningstrykk har et vesentlig verdipotensiale. Dette nærings-Ph.D-prosjektet vil inngå som en del av et større forskningsprosjekt for å utvikle automatiserte løsninger for sanntidse stimering av pore- og oppsprekningstrykket under boring. Eksisterende matematiske modeller for gas-væske-strømning har fundamentale mangler som gjør at de ikke er egnet for en automatisert løsning. Hovedtema for doktorgraden vil være utvikling av matemati ske modeller som egner seg til anvendelse av avanserte estimeringsalgoritmer for simulering av gassinnstrømning og lekkasje av borevæske under boring.