بخشی از مقاله
چکیده:
ژئومکانیک، دانشی است که به بررسی و تحلیل رفتار زمین در برابر تنش ها می پردازد . این تنش ها ممکن است تنش های طبیعی درون زمین یا تنش های القاء شده توسط انسان در عملیات مختلف ، از جمله حفاری باشد . تولید شن و ماسه در بسیاری از میدان هایی که استحکام پایینی دارند اجتناب ناپذیر است . کنترل ماسه نیاز به ادغام بساری از زمینه های تکنولوژی از قبیل مکانیک سنگ ،تجزیه و تحلیل بهره دهی چاه و خوردگی و ... دارد.
در این مقاله پس از قرائت داده های پتروفیزیکی از جمله لاگ صوتی به محاسبه مدول های الاستیک سنگ مخزن و محاسبه مقاومت تک محوری سنگ مخزن مناسب با آن پرداخته شده است اطلاع از جهت و مقدار تنش در اعماق زیاد نکته مهمی در علوم زمین و مهندسی میباشد.
در این مقاله به تحلیل تنش های برجا و همچنین پنجره گل ایمن حفاری با توجه به لاگ قطر سنج و لاگ لیتولوژی - PEF - که می توان زون های دارای پتانسیل تولید ماسه را شناسایی و مورد ارزیابی قرار دهد. موقعیت تنشهای برجا در میدان مورد تحقیق به صورت رژیم تنش نرمال میباشد. . پس از تعیین جهت و محاسبه بزرگی تنشهای برجا، پنجره ایمن گل حفاری مطمئن برای طراحی پیش بینی احتمال ورود ماسه به داخل چاه و جلوگیری از این امر را نمود.
مقدمه :
ژئومکانیک مخازن هیدروکربنی، نقش مهم و فزایندهای در ارزیابی و توسعه میادین نفت و گاز ایفا میکند. برای تحلیل ژئومکانیکی چاه دانستن جهت و مقدار تنشهای درجا امری حیاتی و ضروری است. در طی عملیات حفاری مشکلاتی همچون ریزش و شکست کششی اتفاق می افتد. اغلب میتوان با تعیین پنجره گل ایمن برای حفاری چاه، این مشکلات را برطرف کرد پنجره گل ایمن، شامل فشاری بین فشار منفذی و تنش افقی حداقل میباشد. تعیین این پنجره به شناخت میدان تنشهای برجا نیاز دارد. تشریح کامل میدان تنش در زمین فقط نیازمند تعیین جهت و مقدار تنشهای اصلی است.
در تعریف ماسه باید گفت ذرات دانه ریزی است که از فرسایش سنگ های سیلیسی به وجود می آید.ماسه از شن ریز تر است و محدوده ی آنها را بر حسب اینچ یا میکرون طبقه بندی می کنند.
دانستن اینکه چرا مخازن ماسه تولید می کنند قدم اول بسیار مهمی در مدیریت تولید ماسه است.نصب سخت افزارهای تکمیل درون چاهی ممکن است بخش مهمی از راه حل را نشان دهد.توانایی برای مدل سازی و پیش گویی تمایلات تولید ماسه یک مخزن به مهندسین و دانشمندان اجازه می دهد که به سمتی فراتر از یک روش سعی و خطا برای حل دوباره موضوع ماسه پیش روند.یک استراتژی موفق مدیریت ماسه در مدت مرحله حفاری شروع می شود و تا تخلیه مخزن ادامه دارد.در زیر زمین ،فاکتورهای اصلی که کنترل می کنند که آیا یه مخزن به طور مکانیکی خراب می شود شامل موارد زیر است:
-1مقاومت سنگ
-2تنش موثر بر سازند-ترکیبی از تنش های اصلی زمینی عمل کننده بر سنگ منهای فشار بر سازند
-3تنش های وارد شده به وسیله حفاری ،تکمیل و تولید مقاومت سنگ می تواند از طریق آزمایش های تک محوری و سه محوری آزمایشگاهی تعیین شودو می تواند به طور گرافیکی به وسیله یک منحنی یا پوش شکست نمایش داده شود.
تنش های برشی یا نرمال بر روی یک سطح صاف مشخص تحت سه تنش عمودی اصلی به وسیله دایره موهر تعیین شود.برای تعیین شرایطی که در آنها شکست اتفاق می افتد،مدل شکست موهر- کلمب برای ارتباط دادن تنش های و فشار سازند به چسبندگی و زاویه داخلی اصطکاک سنگ استفاده می شود.شکست تحت کشش ,تراکم یا به صورت رایج تر هنگامیکه اختلاف بین تنش های اصلی بیشینه و کمینه به اندازه کافی زیاد می شود،برای تولید تنش برشی اضافی ،اتفاق می افتد. مقاومت سنگ تحت شرایط ته چاهی بستگی به فاکتورهای متعددی دارد.از جمله:چسبندگی ،زاویه داخلی اصطکاک،تنش های اصلی بیشینه و کمینه و فشار سازند می باشد.
چسبندگی به طور شدید تحت تاثیر درجه سیمان شدگی سنگ می باشد.سنگ های رسوبی سخت با سیمان شدگی خوب،محکم تر و سفت تر هستند در حالیکه سنگ های شل با سیمان شدگی ضعیف ،ضعیف تر هتند. زاویه داخلی اصطکاک تحت تاثیر کسر حجمی ذرات سخت در سنگ است-به عنوان نمونه دانه های کوارتز و فلدسپات -دانه های سازند در مخازن سست و ضعیف ماسه سنگی به خاطر شکست برشی ،کششی و حجمی ،از خمیره سنگ جدا می شود.
در طول تولید ،شکست برشی ایجاد شده به وسیله افت فشار یا تخلیه می تواند باعث مقدار فاجعه آمیزی از ماسه تولید شده گردد.افزایش افت فشار باعث تولید تنش های موثر بالاتر در اطراف چاه یا تونل مشبک کاری می گردد و اگر این تنش از مقاومت سنگ در این هندسه تجاوز کند،ممکن است سنگ شکست پیدا کند و ماسه تولید شود . افزایش تخلیه می تواند تنش های تنش های در محل زمین را تغییر دهد که این هم می تواند تولید تنش های برشی بالاتر در اطراف دهانه چاه نمایدکه منجر به تولید ماسه گردد.
بحث:
میدان مورد مطالعه را مخزن آسماری تشکیل داده است که یک مخزن نفتی است.. مخزن بزرگ آسماری از نظر ویژگیهای سنگ مخزن، بسیار پیچیده و ناهمگون میباشد که لیتولوژی غالب کربناته - دولومیت درصد بیشتری نسبت به سنگ آهک دارد - است و ماسه سنگ هم وجود دارد.
تولید ماسه از دیدگاه مکانیک سنگی:
تولید ماسه شامل دو مرحله است :
-1ناپایداری مکانیکی ذرات تشکیل دهنده سنگ مخزن
-2انتقال ذرات کنده شده بوسیله نیروهای هیدرولیکی به دهانه چاه
معمولا فرض می شود که سنگ ،خصوصیات الاستیک دارد و جریان سیال بر پایداری سنگ اثری ندارد.اما وقتی سنگ به تنش بحرانی برسد،تسلیم می شودو به جای رفتار الاستیک ،رفتار پلاستیک از خود نشان می دهد که باعث تغییر ساختار سنگ مخزن می شود و با تغییر ساختار سنگ مخزن قدرت آن کاهش می یابد ولی همچنان می تولند بارهای وارد بر خود را تحمل کند.این موضوع باعث محدودیت حرکت ماسهبه سمت دهانه چاه می شود.در این منطقه گذرا ،قدرت سنگ کاهش یافته و تراوایی تغییر کرده است.
تغییر ساختار به این صورت است که وقتی دانه های ماسه در معرض برش محلی قرار می گیرند،نظم اوله خود را از دست می دهند و نظم و ترتیب جدیدی ایجاد می کنند.ازنظر میکروسکوپی دو پدیده ممکن است اتفاق بیافتد:
-1بسته شدن یا انقباض حفره ها که باعث کاهش حجم می شودو انقباض نام دارد.
-2باز شدن فضای حفره های ریز یا بسیار ریز که باعث افزایش حجم می شود و انبساط نام دارد.
عمل انقباض باعث می شود که سنگ چگالتر و قوی تر شود و چون باعث افزایش قدرت و پایداری سنگ می شود،کمتر از انبساط مورد توجه قرار گرفته است.اما پدیده انبساط در بررسی پایداری ماسه ،بیشتر مورد توجه است.زیرا قدرت سنگ را کم می کندو باعث بیشتر شدن تغییر ساختار می شودو تخلخل و تراوایی سنگ را نیز افزایش می دهدو بازه استخراج سیال از مخزن را زیاد می کند و از طرفی امکان کنده شدن ذرات از سنگ را نیز فراهم می کند.به طور کلی انبساط پس از انقباض و قبل از شکست سنگ مخزن،اتفاق می افتد .اما این امکان نیز وجود دارد که انبساط و انقباض همزمان اتفاق بیفتد و تغییرهای استحکامی و حجمی تنیجه هر دو عامل باشد.
حرکت دانه ها به سمت دهانه چاه اینکه آیا تولید ماسه - حرکت ماسه به سمت دهانه چاه - اتفاق خواهد افتاد یا نه به عواملی مانند نیروی مویینگی ،خواص استحکامی توده سنگ مانند اصطکاک و چسبندگی آن ،گرادیان فشار سیال و سرعت سیال بستگی دارد.استحکام ماسه سنگ وابسته به چگالی و میزان چسبندگی آن است.
اگر نیروهای نگهدارنده ی بین دانه های گسیخته شده یعنی نیروی چسبندگی و اصطکاک کمتر از نیروهای کشانه ایجاد شده باشد،این دانه های جدا شده از سنگ مخزن ،به حرکت در می آیند. درواقع ماسه کنده شده به دهانه چاه جریان نمی یابد تا آنکه جریان سیال توانایی پیدا کند که ذرات را از سنگ جدا کرده و آنها را به شکل ذراتی معلق درآورده و در محیط متخلخل ،حمل کند.سیال ،اجزا کنده شده از سنگ را به سمت چاه حرکت می دهد.
برخی از این ذرات در طول مسیر به تله می افتند.یعنی وقتیکه اندازه گلوگاه حفره ای در طول مسیر ،کمتر از اندازه ذره های معلق در حال حرکت باشد سبب می شود که این ذره ها به تله بیافتند و به به دهانه چاه نرسند.این پدیده در صورتی اتفاق می افتد که سیال نتواند ذرات را در طول مسیر به سمت دهانه چاه ،کاملاً به صورت معلق نگه دارد.
