بخشی از مقاله
چکیده
تولید از مخازن شکافدارعمدتاً از طریق شکاف انجام میشود و تخمین عمق آسیبدیده توسط گل حفاري براي برطرف کردن آسیب از طریق روشهاي مختلف از اهمیت خاصی برخوردار است. همچنین، به دست آوردن عرض وتراوایی شکاف با بررسی عمق نفوذ گل حفاري1 در شکاف امکانپذیر است . در این پژوهش با بررسی مطالعات و پژوهشهاي گذشتگان سعی شده تا روابط دقیقتري براي تخمین عمق نهایی نفوذ گل حفاري در شکاف به دست آید.
سیالات حفاريمعمولاً از رئولوژي هرشل بالکلی تبعیت میکنند به همین دلیل با به کار ﺑﺮدن این مدل رئولوژي سیال، روابط واقعیتري براي عمق نفوذ سیال به دست خواهد آمد. براي شکافی با بازشدگی بیشتر از قطر ذرات جامد گل حفاري، سیال با ورود به درون شکاف باعث تشکیل کیک گل میشود که این امر موجب اتلاف فشار و کاهش شعاع نفوذ نهایی گل حفاري میگردد. همچنین در این حالت شعاع نفوذ به عرض شکاف ارتباطی نداشته و تنها تابعی از تراوایی کیک گل، اختلاف فشار چاه و سازند، قطر چاه، رئولوژي و خواص جریانی سیال حفاري میباشد .
براي شکافی که عرض آ ن کمتر از قطر ذرات جامد گل حفاري میباشد، کیک گل در خارج از شکاف تشکیل شده و تنها فیلترات گل به درون شکاف وارد میشود که عمق نفوذ فیلترات گل حفاري در شکاف تابعی از عرض شکاف، اختلاف فشار چاه و سازند، قطر چاه، رئولوژي و خواص جریانی فیلترات سیال حفاري، ضخامت و تراوایی کیک گل میباشد. در این پژوهش شعاع نفوذ گل حفاري در ش کاف در حالتهاي مختلف مورد بررسی قرار گرفته و با ارائه روش جدید مدلسازي شده است.
-1 مقدمه
در حفاري ﻓﺮاﺗﻌﺎدﻟﯽ همواره فشار چاه از فشار سازند بیشتر است که این امر موجب نفوذ فیلترات گل2 به سازند و ایجاد آسیب میشود. آسیب سازند باعث ایجاد اثر پوسته3در ناحیه اطراف چاه شده و تراوایی سنگ را در اطراف چاه به شدت کاهش میدهد. در سازندهاي شکافدار به دلیل تراوایی زیاد شکاف و بازشدگی آن، سیال حفاري به درون شکاف وارد شده و با تشکیل کیک گل در شکاف و نفوذ فیلترات گل در اطراف شکاف تراوایی آن را به میزان بسیار زیادي کاهش میدهد . با توجه به اینکه تولید از مخازن شکافدارعمدتاً از طریق شکاف صورت میگیرد لذا آسیب وارده به شکاف میتواند به طور چشمگیري باعث کاهش بهرهوري و تولید از مخازن شکافدار شود.
در مدل سنفیلیپو1، رئولوژي سیال نیوتونی براي رفتار سیال حفاري در نظر گرفته شده و نفوذ ﺳﯿﺎل در شکافی با عرض ثابت و با دیوارههاینفوذناپذیر با استفاده از معادله پیوستگی جرم بررسی شده است.[1] هدف از این روش به دست آوردن تخمینی از هرزروي گل حفاري در شکاف نسبت به زمان میباشد. به دلیل استفاده از رئولوژي سیال نیوتونی و فرض حرکت سیال با کمترین تنش، شعاع نفوذ در این روش نامحدود بوده و فقط به دلیل افزایش سطح مقطع، با گذشت زمان از سرعت افزایش شعاع کاسته میشود.
لایتارد2با فرض نفوذناپذیري ماتریس و رئولوژي پلاستیک ﺑﯿﻨﮕﻬﺎم براي گل حفاري، معادله کلی براي شعاع و حجم نفوذ نهایی در ﺷﮑﺎف به دست آورد.
سیوان3 و راسموسن4 با تعریف اعداد بیبعد، معادله به دست آمده توسط لایتارد را تصحیح و مدلسازي کردند.
در مدل مجیدي با فرض مدل رئولوژي هرشل بالکلی و تراکم ناپذیري سیال حفاري، جریان گل حفا ري در شکاف مدلسازي شده و معادله نهایی بهصورت تابعی از پارامترهاي بدون بعد به دست آمده است.
در این روش نمودارهاي مرجعی براي بررسی نفوذ گل حفاري در شکاف به دست آمده است.
ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ به مدل ارائهشده توسط سلیمی براي نحوه تشکیل کیک گل و نفوذ سیال حفاري در شکاف که در شکل 1قابل مشاهده است[8]، عمق نفوذ واقعی کمتر از مقدار پیشبینی شده در تمامی روشهاي ذکر شده میباشد.در این پژوهش با فرض تشکیل کیک گل الاستیک در حالات مختلف نسبت قطر ذرات تشکیلدهنده گل حفاري و شکاف، شعاع نفوذ نهایی گل حفاري با رئولوژي هرشل بالکلی در شکاف بهصورت صریح به دست آمده ومدلسازي شده است.
شکل :1 مدل نفوذ ذرات جامد گل حفاري در شکاف
-2 معادله کلی
با انتگرالگیري از معادله رئولوژي سیال هرشل بالکلی - رابطه - - - 1 در فاصله شعاع چاه تا شعاع جبهه نفوذ گل حفاري، معادله به شکل زیر تبدیل میشود
در این معادله m توان رئولوژي گل حفاري بوده و τ مقدار تنش اولیه موردنیاز براي حرکت - مقاومت ژلهاي - میباشد. همچنین حرف f معرف خواص در جبهه جریان گل در شکاف بوده و w بازشدگی شکاف میباشد.
براي سادهسازي و بیبعد کردن معادله مقادیر زیر تعریف میشوند:
با توجه به رابطه - 2 - نسبت ویسکوزیته سیال حفاري به ویسکوزیته سیال مخزن - λ - تأثیري در شعاع نفوذ نهایی ندارد. همچنین مقدار توان رئولوژي سیال حفاري فارغ از تأثیر بر مقدار صرفاًα زمان رسیدن به شعاع نهایی را تغییر داده و در سایر جملههاي معادله تأثیري بر مقدار شعاع نفوذ نهایی نخواهد داشت - توان m با تأثیر بر مقدار مستقیماًα مقدار شعاع نفوذ نهایی را تغییر میدهد - .
در شعاع نفوذ نهایی سیال حفاري به درون شکاف وارد نمیشود و تنها فیلترات گل به درون ماتریس سنگ نفوذ کرده و کیک گل ضخیمترمیشود. بنابراین مقدار مشتق شعاع نسبت به زمان در شعاع نهایی برابر با صفر بوده و با حذف جملات شامل مقدار مشتق شعاع در رابطه - 2 - و جایگذاري مقادیر بیبعد ازرابطه - 3 - ، رابطه زیر براي عمق نفوذ نهایی در شکاف قابل دستیابی است
