بخشی از مقاله
چکیده
تولید ماسه یکی از مشکلات عمده تولید از مخازن نفتی ماسه سنگی است. این امر باعث خسارت به چاه و حتی از دست رفتن آن میشود. یکی از روشهای جلوگیری از این پدیده استفاده از گراول پک میباشد. بنابراین با شبیه سازی عددی این پدیده، میتوان درک بهتری از اندرکنش سیال با سنگ و پدیده تولید ماسه داشت.در این مقاله با استفاده از مدلسازی عددی جهت شبیهسازی تولید ماسه و گراول پک، به بررسی تاثیر اندازه گراول پک بر تولید ماسه پرداخته شده است. برای ساخت مدل عددی از نرم افزار PFC3D که بر مبنای روش المان مجزا است، استفاده شد. همچنین برای مدلسازی سیال نیز، کد مورد نظر در نرم افزار PFC3D نوشته شد. در مدل عددی از گراول پک با اندازههای متفاوت استفاده شد. نتایج مدلسازیها نشان دادند که با افزایش اندازه گراول پک - شعاع - ، تولید ماسه افزایش یافته و با افزایش ضخامت گراول پک تولید ماسه کاهش مییابد. همچنین در حالت بدون گراول پک، بیشترین تولید ماسه از چاه اتفاق میافتد.
کلیدواژهها: تولید ماسه، مدلسازی عددی، نرم افزار PFC3D، گراول پک
-1 مقدمه
مشکلات مربوط به ناپایداری و گسیختگی تشکیلات ماسهای در زمان حفاری و بهرهبرداری از چاههای نفت و گاز، واقع در مخازن ماسه سنگی، از عواملی است که به دلیل تاثیر مستقیم آن بر هزینهها و راندمان کار، همواره مورد توجه کارشناسان صنایع نفت و گاز بوده است. کنترل تولید ماسه تا حدود زیادی هزینههای ناشی از تولید ماسه را کاهش میدهد. اما برای انتخاب روشی مناسب و کاربردی جهت کنترل تولید ماسه و نیز تعیین موقعیت آن در چاه، نیاز به شناخت این پدیده، علل تولید آن در چاه و پارامترهای موثر بر تولید ماسه میباشد.معضل تولید ماسه به عنوان یکی از چالشهای اساسی سالیان زیادی فکر و اندیشه افراد زیادی را به خود معطوف داشته و در همین راستا تکنیکهای بسیاری وارد بازار شده و رشد تکاملی قابل ملاحظهای داشته اند.
تاکنون در این زمینه تحقیقات متعددی در جهان صورت گرفته است، که از آن جمله میتوان به مطالعاتMoricca و همکاران - 1994 - در منطقه شمالی دریای آدریاتیک در زمینه تاثیر پارامترهایی همچون عمق، تخلیه، نرخ تولید و غیره بر تولید ماسه [1] و مطالعات Adeyanju و همکاران - 2011 - اشاره کرد.[2] آنها با مطالعه موردی در میدان نفتی Niger-Delta با استفاده از تست آزمایشگاهی، تولید ماسه را شبیه سازی و به بررسی رفتار مکانیکی سنگ مخزن و سرعت جریان برای کنترل تولید ماسه پرداختند. Kasim و همکاران - 2006 - در میدان Bokor ، دریای سارواک مالزی در زمینه مدیریت تولید ماسه مطالعاتی را با استفاده از مدلسازی ژئومکانیک انجام دادند.[3]
-2 علت تولید ماسه
مقادیر کوچک و بزرگ مواد جامد - مخصوصاً ماسه - که به همراه سیال مخزن به سطح زمین جریان مییابند را تولید ماسه گویند، مقدار تولید ماسه میتواند از چند گرم یا کمتر در تن، تا مقادیر فاجعه بار که ممکن است منجر به پرشدگی کامل چاه شود - ماسهگیری - ، نوسان نماید.[4]هنگامیکه یک حفره - چاه - درون محیطی متخلخل که با سیالی با فشار بالا اشباع شده است، ایجاد گردد. سیال تحت فشار تمایل به حرکت به سمت حفره که دارای فشار پایینتری است را دارد.[4] این حرکت در نزدیکی حفره تشدید شده و نیرویی بر دانههای محیط متخلخل وارد میکند که منجر به جدا شدن دانههای محیط متخلخل از ماتریکس اولیه و هدایت آنها به درون حفره میشود. در مورد مخازن ماسهسنگی در هنگام تولید احتمال رویداد پدیده فوق وجود دارد.[5]
در شکل - 1 - مراحل تولید ماسه نشان داده شده است. محدوده ابعاد دانههای ماسه توسط انجمنهای مختلف، بصورت مختلف ارائه شده است. در سیستم طبقهبندی متحد که مورد پذیرش استاندار آمریکا - ASTM - نیز میباشد به دانه هایی ماسه گفته میشود که در محدوده 0/074 - 4/76 میلیمتر قرار دارند . این بدین معنی نیست که در مخزن فقط دانههایی با این اندازه تولید میشود، کلیه دانههایی که در چاه تولید میشود از نظر دانهبندی عموماً در این محدوده قرار دارند.در این مخازن، برای افزایش سطح تولید، سوراخهایی در جداره چاه ایجاد میشود. این سوراخها مولد اصلی نفت بوده و پایداری چاه وابسته به پایداری آنها میباشد. پدیده تولید ماسه که در بالا بدان اشاره شد، در درون همین سوراخها اتفاق میافتد در شکل - - 2 نیز مکانیزم تولید ماسه نشان داده شده است .[6] یکی از راه های کاهش تولید ماسه، استفاده از پی گراول میباشد که در این مقاله، مدلسازی آن انجام شده است.
-3 مدلسازی اجزای محدود
-1-3 مباحث اساسی
در PFC3D جابجاییها و واکنش متقابل مجموعهی ذرات صلب کروی با استفاده از روش المان مجزا - DEM - مدل می شوند. کاندل - 1971 - به منظور آنالیز مسایل مکانیک سنگی، DEM را معرفی کرد و سپس توسط کاندل و استراک برای آنالیز خاک ها به کار گرفته شد. کد PFC3D مانند یک دستورالعمل المان مجزا بر اساس تعریفی از کاندل و هارت - 1992 - طبقه بندی شده است از اینرو جابجایی ها و چرخش های محدود محدود اجسام گسسته شامل جداشدگی کامل را ممکن می سازد و بطور خودکار اتصالات جدید را با فرآیندهای محاسباتی مشخص میکند.در DEM فعل و انفعال ذرات همانند یک فرآیند دینامیکی با سطحی از تعادل که در زمان تعادل نیروهای درونی، توسعه می یابد، رفتار می شود.
نیروهای تماسی و جابجایی یک مجموعه تنیده از ذرات از طریق ردیابی حرکات ذرات منفرد مشخص می شوند. جابجایی ها از انتشار آشفتگی در سراسر سیستم ذره در نتیجه حرکت دیواره و ذره و یا نیروهای پیکره مشخص، نتیجه می شوند. این فرآیندی دینامیکی است که سرعت انتشار آن به خواص فیزیکی سیستم مجزا بستگی دارد.محاسبات انجام شده در DEM بین کاربرد قانون دوم نیوتن در مورد ذرات و قانون نیرو-جابجایی در اتصالات تناوب ایجاد میکند. قانون دوم نیوتن برای تعیین حرکت هر ذره ناشی از اتصال و نیروهای عمل گر روی آن بکار می روند در حالی که قانون نیرو -جابجایی برای به هنگام سازی نیروهای تماسی حاصل از حرکت نسبی در هر اتصال بکار گرفته شده است. با این حال دیواره ها در PFC3D تنها نیازمند این هستند که قانون نیرو-جابجایی مسئول اتصالات کره-دیواره باشد. قانون دوم نیوتن برای دیواره ها کارایی ندارد چراکه دیواره توسط کاربر مشخص میگردد.[7]
-2-3 آنالیز سیال در PFC3D
برای حل جریان سیال در محیط ذرات به صورت عددی از مدل دو فازی - مایع و جامد - بر اساس حل معادلات ناویر استوکس، برای یک سیال که در تعامل با فاز جامد می باشد استفاده می کنیم.این معادلات به طور همزمان معادلات حرکت جریان را برای سرعت و فشار سیال حل میکند . - 1989 Boulliard - در فرمولاسیون مدل دو فازی در این نرم افزار، اساساً فرض بر این است که شعاع ذرات نسبت به المانبندی
