بخشی از مقاله
چکیده
آگاهی از رژیم تنش های برجا در زمین نقش مهمی در بسیاری از فرآیندهای زمین شناسی و مشکلات مهندسی ایفا می کند. تعیین مقدار و جهت تنش های القایی ناشی از حفاری در اطراف چاه های حفاری شده اولین گام در بررسی های ژئومکانیکی و تحلیل پایداری چاه می باشد. سنگ ها و توده های اطراف چاه در معرض سه تنش برجای اصلی هستند، این تنش ها عبارتند از تنش افقی قائم، تنش افقی بیشینه و تنش افقی کمینه هستند. تخمین و اندازه گیری مقدار و جهت تنش ها برای جلوگیری از مشکلات چاه مانند پایداری چاه، ماسه دهی چاه و همچنین پیش بینی مشکلات مخزن مانند مهاجرت هیدروکربور ها و نفوذ شکستگی ها ضروری است. در این مطالعه راستا و بزرگای تنش های برجا در یکی از مهمترین مخازن گازی جنوب غرب ایران مورد تحلیل و تفسیر قرار گرفت. میدان مورد مطالعه شامل سازندهای کنگان و دالان بالایی می باشد.
بدین منظور تصاویر حاصل از نمودار تصویری FMI پس از پردازش اطلاعات خام، برای شناسایی شکستگی های کششی و برشی و همچنین برای تعیین جهت تنش های دیواره چاه در این میدان مورد تحلیل و تفسیر قرار گرفت. سپس مقدار تنش های افقی با استفاده از روابط کشسان در محیط های متخلخل و مقایسه آنها با داده های درون چاهی به دست آمد. تحلیل و تفسیر شکستگی های دیواره چاه با استفاده از تصاویر FMI، نشان دهنده روندی برای تنش افقی کمینه - Shmin - و NE-SW برای تنش افقی بیشینه - - SHmax می باشد. همچنین نتایج به دست آمده های کشسان نشان دهنده رژیم تکتونیکی نرمال در این منطقه است.
کلیدواژهها: تنش های برجا، پارامترهای ژئومکانیک، نمودارهای تصویری ،تنش افقی بیشینه، تنش افقی کمینه
-1 مقدمه
آگاهی از رژیم تنش های درجا در زمین نقش مهمی در بسیاری از فرایندهای زمین شناسی و رفع مشکلات مهندسی ایفا می کند. تنش زمین ساختی از مجموعه اطلاعات بنیادین در علوم زمین ساخت می باشد و اهمیت داده های آن در ژئودینامیک و زمین ساخت صفحه ای و همچنین علوم کاربردی مانند ژئومکانیک، افزایش تولید هیدرکربور و مهندسی سازه کاملا شناخته شده می باشد.کنترل مقدار و جهت تنش های برجا از اصلی ترین عوامل در حفاری، استخراج، تکمیل چاه و به ویژه در عملیات شبیه سازی می باشد.”[1]“بنابراین داشتن اطلاعات کامل از تنش های برجا در هنگام حفاری چاه های نفتی، مخصوصا در نواحی با تکتونیک فعال که مخازن دارای شکستگی طبیعی می باشد، ضروری است. اهمیت علمی درک حداکثر جهت گیری تنش های افقی با یافته های پروژه نقشه جهانی - WSM - نشان از تغییرات تنش های بر جا دارد. در سال 2008 پروژی نقشه جهانی شامل 21750 شاخص تنش بر جاه جهان بود و پیچیدگی الگوی تنش های جهانی را نشان داد .”[1]“ شکل - - 1 جهت گیری تنش ها در بعضی مناطق خاورمیانه را نشان می دهد.
تنش های برجا از مولفه های تنش قائم - Sv - ، تنش افقی کمینه - - Shmin، و تنش افقی بیشینه - - SHmax، تشکیل شده اند که در یک عمق خاص هر سه جهت بر سنگ وارد می شوند. یکسری روابط توسط متخصصین چاه نگاری و حفاری در نواحی مختلف دنیا برای تعیین تنش های ارائه شده است[1]“ ، .”[1] در بیشتر روابط ارائه شده توسط متخصصین، تنش های افقی از طریق مدول های کشسان سنگ محاسبه می گردند. برای تعیین مقدار تنش افقی کمینه می توان از آزمون هایی همچون آزمایش نشت1 ، آزمایش نشت توسعه یافته2، آزمایش ریز ترک3 و آزمایش شکست هیدرولیکی 4 استفاده نمود. همگی آزمون ها در عمق مورد نظر به صورت برجا انجام می شوند. نحوه انجام اینگونه آزمون ها بدین صورت است که با بالا بردن میزان فشار سیال در یک عمق خاص باعث ایجاد شکست در سازند یا باز کردن شکستگی های قبلی می شوند. نیروی فشارشی که در لحظه شکست ثبت می شود به دلیل اینکه بر مقاومت سازند غلبه می کند، می توان مقدار تنش افقی کمینه را مشخص نمود.”[1]“
اما برای تعیین تنش افقی بیشینه رابطه خاصی ارائه نشده است و این تنش معمولا از تئوری گسلش اندرسون و یا رابطه کشسان در محیط متخلخل محاسبه می گردد [1]“ ، .”[1] از آنجایی که شکستگی های کششی در جهت تنش افقی بیشینه - - SHmax، و عمود بر تنش افقی کمینه - - Shmin، و شکستگی های برشی در راستای تنش افقی کمینه - - Shmin، و عمود بر تنش افقی بیشینه - - SHmax، ایجاد می شوند، شکستگی های کششی بر روی نمودار تصویری 5 به صورت موازی با محور چاه و شکستگی های برشی با یک اختلاف 180 درجه ای عمود بر محور چاه دیده می شوند. جهت شکستگی های کششی و القایی - خرد شدگی ها - به ترتیب نشان دهنده ی جهت تنش افقی بیشینه و تنش افقی کمینه می باشد .”[1]“
خواص کشسان سنگ - یا مدول یانگ و نسبت پواسون - برای محاسبه تنش های برجا استفاده می شوند.”[1]“ با داشتن سرعت امواج برشی و تراکمی و حاصلضرب آن ها با داده های نمودار چگالی امکان محاسبه خواص مکانیکی و ثابت های کشسان دینامیکی درامتداد چاه فراهم می شود و با تبدیل مدول های کشسان دینامیکی به استاتیکی بر طبق روابط موجود می توان تنش های افقی برجا را محاسبه نمود ”[1]“
شکل - : - 1 جهت گیری تنش های برجا که با استفاده از جهت گیری شکستگی های برشی و شکستگی های القایی دربعضی از مکان های منطقه خاورمیانه تعیین شده است. در این مطالعه نمودارهای تصویری FMI پس از پردازش، برای شناسایی شکستگی های برشی و کششی و همچنین جهت گیری تنش های برجا که با استفاده از جهت گیری ریزش های دیواره چاه - Breakout - و شکستگی های کششی- القایی - Drilling Induced Tensile Fracture - استفاده شد ، روی تصاویر دیواره چاه توجیه گردید. سپس با استفاده از روابط مدول های کشسان متخلخل تنش های افقی با داده های درون چاهی مقایسه گردید.
-2 روش تحقیق
-1-2 نمودار تصویری FMI و جهت تنش های برجا
نمودارهای تصویری، تصویری از دیواره چاه را ارائه می دهند، و در واقع مشاهده ممتد از تغییرات جانبی و عمودی خصوصیات سازند را امکان پذیر می سازند. نمودار FMI با داشتن تعداد زیادی حسگر الکتریکی و قدرت تفکیک قائم و افقی بالا - در حد 5 میلیمتر - پوشش 80 درصد ی از دیواره چاه را ارائه می دهد .”[1]“ تشخیص گسیختگی های دیواره چاه مانند ریزش دیواره چاه، شکاف های کششی دیواره و سطوح برشی ریزش دیواره چاه که به معنای خرد شدن دیواره چاه در یک جهت ترجیهی به علت الگوی ناحیه ای تنش می باشد، به آسانی توسط تصویرگر دیواره چاه قابل تعیین است. تصویر FMI نیز می تواند برای تفسیر شکستگی های کششی - القایی که جهت آنها موازی با جهت SHmax برجا می باشند و همچنین برای تفسیر ریزش های متقارن دیواره چاه که جهت آنها عمود بر SHmax برجا می باشد نیز مورد استفاده قرار گیرند.”[1]“
.شکستگی هایی که بیشتر مستعد شکست کششی یا برشی در شرایط تنش بر جا هستند، به طور معمول امتدادشانتقریباً موازی یا به اندازه30 تا 45درجه از جهت حداکثر تنش افقی اختلاف دارد . بیشترین حجم سیال از این نوع شکستگی ها انتقال می یابد. شکستگی ها ی کششی موازی با محور چاه و شکستگی های برشی با یک اختلاف 180 درجه ای عمود بر محور چاه دیده می شوند. بنابراین با شناسایی جهت شکستگی ها از طریق نمودار تصویری می توان جهت تنش های اصلی کمینه و بیشینه را تعیین کرد.
