بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه فشار منفذی و فشار شکست چاه با استفاده از خواص ژئومکانیکی به دست آمده است و نتایج آن با روشهای مرسوم مقایسه شد. فشار منفذی و فشار شکست از جمله پارامترهای مهم در بحث اکتشاف و حفاری صنعت نفت میباشند. با تخمین صحیح فشار منفذی و فشار شکست سازند و انتخاب بهینه فشار گل حفاری میتوان از بروز مشکلات ریزش و شکستگی سازند در حین حفاری جلوگیری نمود. اطلاعات فشار منفذی میتواند برای زمین شناسان در ارزیابی صحیح روند شکستگیها، گسل ها و دینامیک مهاجرت هیدروکربن و برای کاربران در برنامه ریزی چاه، طراحی لوله گذاری و انتخاب بهینه وزن گل حفاری بسیار مفید باشد.
در این تحقیق فشار شکست با استفاده از مدل ایتون بدست آمد و برای مقایسه نتایج به دست آمده از روش باورز استفاده شد. برای این کار محاسبه پارامترهائی مانند فشار روباره، فشار منفذی و ضریب پواسون نیاز است. پس از محاسبه این پارامترها فشار شکست چاه محاسبه شد و نمودارهای مربوطه رسم شدند. به منظور مقایسه، فشار شکست با استفاده از روش باورز و با بهره گرفتن از اصل ترزاقی محاسبه شد. پس از محاسبه فشار شکست از دو روش مورد اشاره، نتایج نشان داد که مقادیر به دست آمده از این دو روش بهم نزدیک هستند و اختلاف اندکی نسبت به هم نشان می دهند.
-1 مقدمه
در صنعت نفت دادههای فشار بخصوص در مناطقی که از نظر فشارهای غیر عادی ریسک بالایی دارند، بسیار مهماند. تهیه مدلهای گرادیان فشار، چگونگی تغییرات و عوامل موثر بر آنها برای میادین نفت و گاز ایران تاکنون به تفصیل انجام نشده است. نتایج چنین تحقیقاتی، برای حل مشکلات مهندسی پتروفیزیک، حفاری، مخزن، زمین شناسی و بهره برداری همواره مطرح اند
پیش نیازهای یک حفاری موفق، برنامه ریزی دقیق مسیر حفاری، لوله گذاری و وزن گل حفاری، فشار شکست،فشار منفذی ،فشار روباره و فشار هیدرواستاتیک میباشد. وجود این برنامه ریزی با حذف مشکلات عملیات حفاری، جلوگیری از زیانهای جانی و مالی،کاهش ریسک فنی، کاهش هزینههای حفاری، ایمنی چاه و مسائل زیست محیطی، اهمیت خود را نشان میدهد. با توجه به وارد شدن مخازن ایران به نیمهی دوم عمر خود نیاز به استفاده از روشهای تحریک مخزن بیش از پیش حس میشود.
یکی از مهمترین روشها تحریک لایه شکافی میباشد که علیرغم پیشینههایی که در سطح جهانی دارد تاکنون به صورت موفقیت آمیزی در کشور انجام نگرفته است. عملیات شکاف هیدرولیکی با توجه به وسایل مورد نیاز و حجم سیالات مورد استفاده به عنوان یکی از روشهای گران در صنعت نفت محسوب میشود. بر این اساس پیش از عملیات شکاف هیدرولیکی نیاز به ارزیابیهای دقیق میباشد. یکی از این ارزیابیها مربوط به فشار شکست سازند تولیدی جهت طراحی شکاف و تجهیزات موردنیاز برای عملیات میباشد وهمچنین از فشار محاسبه شده میتوان به عنوان راهنما برای اجتناب از ریسک حین عملیات حفاری استفاده کرد.
هدف اصلی این مطالعه، تعیین فشار شکست چاه در یکی از میادین هیدروکربنی به منظور اجتناب ازهدر رفتن گل حفاری، اتلاف زمان، ریزش دیواره چاه وگیرکردن رشته حفاری میباشد. پرکاربردترین روشها در تخمین فشار منفذی روش ایتون و باورز میباشند. در این تحقیق از رابطه ایتون استفاده شده است همچنین برای مقایسه فشارهای بدست آمده از روش باورز و هوبرت-ویلیس نیز استفاده شده است.
به منظور تخمین فشار شکست، ابتدا فشار روباره را به کمک نمودار چگالی محاسبه مینماییم. پس از آن با اطلاعات نمودار صوتی و همچنین ثابتهای رابطه باورز فشار موثر را بدست آورده و در نهایت با استفاده از اصل ترزاقی فشار منفذی را بدست میآوریم و فشار شکست را تعیین میکنیم. همچنین برای بدست آوردن فشار شکست با استفاده از رابطه ایتون با استفاده از اطلاعات نمودار صوتی، سرعت موج برشی و تراکمی و سپس نسبت پواسون را محاسبه میکنیم و با استفاده از روابط موجود، فشار شکست را تعیین میکنیم.
-2 فشار شکست
مقدار فشار لازم برای ایجاد درزه در درون یک سازند را فشار شکست آن سازند مینامند. مقدار فشار شکست به فشار روباره، فشار منفذی و تنشهای افقی منطقه که عمدتا منشاء تکتونیکی دارند مربوط است .[2] مقدار گرادیان شکست در واقع بیانگر حد مجاز بیشینه وزن گل حفاری در هر عمق است. چرا که اگر وزن گل بیش از گرادیان شکست باشد، فشار ناشی از ستون گل حفاری از فشار شکست بیشتر شده و سبب ایجاد گسیختگی در دیواره چاه و هرزروی گل حفاری خواهد شد. لازم به ذکر است به کمک نسبت پواسون سنگ میتوان با استفاده از مقدار فشار منفذی، فشار شکست را پیشبینی نمود.
-3 فشار موثر
طبق تعریف فشار موثر که بر مواد جامد سنگ اثر مینماید برابر با تفاضل فشار روباره و فشار منفذی است. این تعریف توسط ترزاقی [3] ارائه شده است. فشار موثر را گاهی اوقات تنش موثر نیز مینامند.
که در آن sv فشار موثر، Sv فشار روباره و P فشار منفذی است. اندیس v قبل، در راستای قائم است. رابطه فوق توسط محققین دیگری تکامل پیدا کرده که در آن علاوه بر کمیتهای رابطه - ٌ - ، n ضریب فشار موثر است.
-4 مدلهای فشار شکست
فشار شکست عبارت است از مقدار فشار لازم برای ایجاد شکست در عمق خاصی از سازند و گرادیان فشار شکست نیز روند تغییرات فشار شکست در عمق است. تاکنون مدلهای مختلفی برای فشار شکست ارائه شده که از بین آنها چند مدل مهم و کاربردی بررسی میشود.
1؛-4 مدل هوبرت- ویلیس
ویلیس و هوبرت با استفاده از مبانی نظری نشان دادند که در رژیم تنشی زیر سطحی، هنگامی گسل نرمال 60 درجه تشکیل میشود که تنش افقی حداقل 1/2-1/3 برابر حداکثر تنش قائم باشد. آنها بر اساس اطلاعات آزمایشگاهی نشان دادند که تنش حداقل افقی در ساختارهای رسوبی کم ضخامت 1/3 تنش حداکثر قائم حاصل از وزن روباره میباشد .
در نتیجه بیان کردند که فشار شکست تابعی از فشار روباره، فشار منفذی و رابطهای بین تنشهای عمودی و افقی است که این رابطه همان محدودهی 1/3 فشار روباره میباشد. آنها دریافتند که اغلب شکستگیها و ترکها، قسمتهای مختلف چاه را قطع کرده و هنگام تشکیل شکستگیها، مقاومت کششی در این بخشها تقریباً صفر است. در مدل ویلیس و هوبرت شکستگی زمانی اتفاق خواهد افتاد که رابطه زیر برقرار باشد:
2؛-4 مدل متئوس- کلی
در سال 1960 متئوس و کلی با استفاده از روابط تجربی و با فرض گرادیان فشار روباره به میزان یک پوند بر اینچ مربع بر فوت نتایج مطالعات خود را برای تخمین فشار شکست در مخازن ماسه سنگی گلف کوئست منتشر کردند. در مدل متئوس- کلی - رابطه - 5 از عاملی به نام ضریب تنش خمیره استفاده شده است. این ضریب نسبت تنش افقی به تنش قائم است و در نواحی مختلف تغییرات وسیعی دارد. بنابراین برای استفاده از این مدل در سایر مناطق باید منحنیهای محلی برای آن منطقه تهیه شود که در آن مقدار تنش خمیره در عمق مورد نظر، K i ضریب تنش خمیره، P فشار منفذی و F فشار شکست میباشد.
