بخشی از مقاله
چکیده
ناپایداری چاه در زمان حفاری یکی از اساسی ترین مسائلی است که صنعت نفت بطور متداول با آن مواجه است و این موضوع سالیانه هزینه بسیاری را به شرکت های نفتی تحمیل می کند. در اثر حفاری، تعادل موجود در ساختار محیط اطراف چاه به هم ریخته و سبب ایجاد تمرکز تنش بر روی دیواره چاه می شود و در صورت تجاوز از مقاومت سنگ سازند می تواند باعث ایجاد شکست سنگ شود و در نتیجه مسائل ناپایداری دیواره چاه را بوجود آورد. آگاهی از ارتباط بین حالات تنش، فشار منفذی، وزن گل و مسیر چاه، نقش بسزایی در کاهش ریسک حفاری یک چاه خواهد داشت. در واقع فهم این ارتباط با استفاده از مدل سازی ژئومکانیکی که سعی در شناخت و کنترل رفتار توده سنگ در مواجهه با تنش های وارد بر آن، سیالات منفذی، دما، رطوبت و غیره دارد، امکان پذیر خواهد شد. شناخت تأثیرحرارت بر روی مکانیسم گسیختگی دیواره چاه های نفتی، از اهمیت خاصی برخوردار است.
با توجه به هندسه چاه، تنش های مؤثر وارد بر دیواره چاه و فشار سیال حفاری، گسیختگی های بوجود آمده در دیواره چاه های نفتی را می توانیم از نظر مکانیسم، به دو گروه اصلی برشی و کششی تقسیم نماییم . به منظور بررسی تاثیر حرارت و رطوبت در پایداری چاه نفت از نرم افزار عددی udec استفاده شده است و نتایج حاصل از تحلیل نشان دهنده اثر معکوس حرارت و رطوبت بر پایداری سازند است و از بررسی افزایش دمای سازند این نتیجه بدست می آید که هرچه دمای سازند بیشتر شود ناپایداری بیشتر است.
واژه کلیدی: پایداری چاه نفت ، تاثیر حرارت و رطوبت ، روش عددی ، udec
-1 مقدمه
در طی حفاری و عملیات شکست هیدرولیکی، تفاوت دمایی بین مخزن و مایع درون چاه وجود دارد. در نتیجه پخش حرارتی - گرم یا سرد شدن - در اطراف چاه اثر بزرگی ناشی از تمرکز تنش، به خصوص در سنگ های ترد که مدول یانگ بالائی دارند بوجود می آید و اختلاف بین دمای گل حفاری و دمای سازند منجر به تغییر در فشار حفره و تنش درجای اطراف دیواره چاه می شود. دامنه این تغییرات به طور زیادی وابسته به نفوذ دمایی سازند است. به گونه ای که هرچقدر دمای سازند کمتر باشد، میزان پایداری بیشتر است.[1] در آزمایش های تحت رطوبت نسبی، سرعت گسترش ترک با افزایش دما، افزایش می یابد و باز نتایج نشان می دهد که در آزمایش های انجام شده در همان دما، سرعت گسترش ترک به طور چشمگیری با افزایش رطوبت نسبی افزایش می یابد. افزایش سه تا چهاربرابری رطوبت نسبی منجر به افزایش در سرعت گسترش ترک بین یک تا چهار برابر می شود.
پس رطوبت نسبی نیاز به کنترل برای جلوگیری از تضعیف های وابسته به زمان و افزایش عمر سازه ها در سنگ دارد. - یاشکیتا نارا،نوکی هیروشی،تتسورو یوندا،کاتسوهیکو کانکو. - 2010 نتایج نشان می دهد که تغییرات سرعت گسترش ترک، زمانی که درجه حرارت تحت رطوبت نسبی در هوا افزایش می یابد در فاکتور شدت تنش ثابت نیست. از سوی دیگر سرعت گسترش ترک هنگامی که رطوبت نسبی تحت دمای ثابت و در یک فاکتور شدت تنش به سه یا چهار برابر مقدار اولیه خود برسد، افزایش می یابد. بنابراین در نظر گرفتن گرادیان دمایی و خواص گل حفاری و سازند برای انتقال گرما و رطوبت از مهمترین نکاتی است که به منظور حفظ پایداری باید آنها را در نظر گرفت[2]
-2 روش تحلیل پایداری
برای بررسی تاثیر رطوبت و دما در پایداری چاه نفت از نرم افزار udec که از روش عددی المان های مجزا - DEM - پیروی می کند استفاده شده است. فرمولاسیون و توسعه روش المان مجزا بطور جدی در 20 سال اخیر توسط تحقیقات کاندال - candall - آغاز گردید. روش محاسبات در این روش به صورت تلفیقی از اعمال قانون نیرو- جابجایی در محل کنتاکت ها و بکارگیری قانون دوم نیوتن در بلوک ها می باشد. با استفاده از قانون نیرو- جابجایی و با در دست داشتن جابجایی، نیروها در محل کنتاکت ها به دست می آید. قانون دوم نیوتن نیز حرکت بلوک ها را که ناشی از اعمال نیرو روی آنهاست تعیین می کند. [4] - jung et al 2002 - نمایی از مدل سازی عددی تاثیر دما و رطوبت سازند در شکل 1 نشان داده شده است. ابعاد همه مدل ها 4 در 4 متر در نظر گرفته شده است. دو دسته درزه در این مدل ها بکار برده شده است و از معیار موهر کلمب پیروی می کنند.
دو بار چاه نفت را با شرایط مختلف مدل سازی می کنیم. در مدل اول تفاوت دمای سازند با محیط 40 درجه در نظر گرفته شده است و شرایط حرارتی آن - هدایت ویژه، گرمای ویژه، ضریب انبساط حرارتی - مربوط به سازند شیل دار است[3] مدل دوم سازند مرطوب در نظر گرفته شده است. شکل 2 نتیجه حاصل از تحلیل نرم افزار udec است که پلاتی از تنش های ماکزیمم و مینیمم را در چاه نفت در شرایط نرمال نشان می دهد و که با اعمال دما و رطوبت در سازند باعث افزایش تنش ماکزیمم و مینیمم در سازند و افزایش ناپایداری چاه نفت می شود که پلات آن در شکل 2 و 3 نشان داده شده است. همانطورکه در پلات ها مشاهده می شود حرارت و رطوبت باعث افزایش منطقه کششی در اطراف چاه نفت می شود.
