بخشی از مقاله
چکیده
عملیات شکست هیدرولیکی یکی از روشهای تحریک چاههای نفت و گاز است. این روش در سازندهای با نفوذپذیری پایین که نرخ تولید بسیار کم داشته، سبب افزایش تولید شده است. از اینرو برای بسیاری از مخازن ایران که دارای چنین خصوصیاتی هستند، بسیار حائز اهمیت است. کلیه دادههای مطالعاتی فرآیند شکست هیدرولیکی مکانیک سنگی بوده که در کنار دادههای عملیات بهرهبرداری برای یک مخزن انجام میپذیرد و یکی از اهداف آن تعیین فشارهای مرجع به خصوص تعیین فشار شکست مناسب است، به نحوی که اگر این فشار بیش از حد تحمل شکست سازند باشد، سبب صدمه به سازند و هرزروی درآن خواهد شد.
در این بررسی، ضمن مطالعه خصوصیات پتروفیزیکی یکی از مخازن مستعد شکست هیدرولیکی، ابتدا مدل ژئومکانیکی مناسب بر اساس ارزیابی الگوها و پایداری سنگ مخزن بوسیله محاسبه مدولهای الاستیک در حالت دینامیکی و بعد تبدیل آنها در حالت استاتیکی و محاسبه مقاومت تک محوری سنگ مخزن که با نتایج آزمایش مغزه مقایسه گردیده، پرداخته شده است، سپس با توجه به مقدار فشار منفذی، وزن و فشار گل محاسبه شده تا مقادیر تنش های برجا شامل تنش عمودی و تنش افقی حداکثر و تنش افقی حداقل بدست آید. مقادیر تنش افقی حداقل با آزمایشهای برجا نظیر آزمایش نشت سازند اعتبارسنجی شده است.
در ادامه با محاسبه تنشهای مماسی، محوری و شعاعی مدل شکست برشی و کششی دیواره چاه با توجه به جداول مربوطه بدست آمده است. پس از آن با استفاده از معیار شکست مور کلمب محدوده مجاز و مناسب فشار گل تعیین شد.ه است. در نهایت فشارهای مرجع شامل: فشار آغاز شکست معادل حداکثر فشار گل، فشار گسترش شکست معادل اختلاف حداکثر فشار گل با مقاومت کششی سنگ و فشار بسته شدن شکاف برابر با اندازه تنش افقی حداقل در اعماق مختلف چاه مشخص شده است.
-1 مقدمه
پس از اثبات کارایی روش شکست هیدرولیکی به صورت صنعتی توسط شرکت هالیبرتون، این روش برای اولین بار در سال 1947 متداول شد و از آن زمان، تحقیقات و مطالعات زیادی جهت بهبود عملیات و کنترل آن روش انجام شده است. از سال 1970 به صورت بزرگ مقیاس این روش توسعه یافته است. پایین بودن نفوذپذیری سنگ مخزن محدودیتی طبیعی است که در جریان سیال وجود دارد به این معنی که سیال نمیتواند به سرعت در داخل مخازن به سمت چاه حرکت کند.
روشهای مختلفی برای انگیزش چاه - Well Stimulation - وجود داردکه متداولترین آنها شامل تزریق اسید و انواع حلالها - روش شیمیایی - ، انفجار در ته چاه، روش شکافت حرارتی و شکست هیدرولیکی هستند که برای افزایش تراوایی در سازندهای کمتراوا استفاده میباشند.
شکست هیدرولیکی عبارت است از تحت فشار قرار دادن یک قسمت محصور گمانه توسط یک سیستم دوتایی از پکرها، بوسیله تزریق سیال تا اینکه شکستگی در دیواره گمانه شروع و گسترش یابد . ا.ین روش را معمولا برای تداوم مخازنی مورد استفاده قرار میدهندکه در آنها سنگ مخزن متراکم بوده و منافذ سنگ تنگ یا مسدود شده باشند و در مقابل جریان نفت مقاومت کنند
بواسطه هزینه زیادی که صرف انجام آن می گردد، قبل از انجام این فرآیند باید مطالعات کافی صورت پذیرد تا از شکست خوردن احتمالی در مرحله اجرا جلوگیری به عمل آید. از مهمترین پارامترهایی که روی شکست هیدرولیکی تاثیر می گذارد تنش برجای محیط و مقاومت کششی سنگها میباشد.
برای آنالیز شکاف هیدرولیکی، نحوه گسترش و هندسه آن، خروجیهای مدل ژئومکانیکی بسیار حائز اهمیت است. مدل ژئومکانیکی یک شاخص کمی از موقعیت تنش و خصوصیات مکانیکی سنگی برای یک مقطع چینه شناسی خاص در یک میدان یا حوزه است. خصوصیات ژئومکانیکی را می توان از نتایج تستهای آزمایشگاهی که یکی از دقیق ترین روشهاست، بهدست آورد. اما پراکنده و پرهزینه میباشند .
از طرف دیگر بدست آوردن خصوصیات ژئومکانیکی از نگارها با توجه به پیوسته بودن و به شرط آنکه با آزمونهای آزمایشگاهی کالیبره شده باشند، بسیار مطلوبترند. در این بررسی یک چاه عمودی حفره باز از میادین جنوب غرب ایران به عنوان چاه هدف انتخاب شده و یک مقطع در سازندهای مخزنی این چاه مورد تحلیل ژئومکانیکی قرار گرفته است. این چاه دارای نتایج آزمایشهای مربوط به مقاومت فشاری تک محوری مغزه و نشت سازند میباشد. در نهایت نتایج حاصله از این تحلیل در محاسبه فشارهای مرجع جهت انجام عملیات شکست هیدرولیکی مورد استفاده قرار خواهد گرفت.
-2 محاسبه پارامترهای ژئومکانیکی چاه مورد مطالعه
-1 -2 مقادیر پارامترهای فیزیکی سازند:
توسط گزارش عملیات نمودارگیری مقادیر پارامترهای فیزیکی سازند شامل: چگالی، تخلخل، امواج صوتی فشارشی و برشی و فشار منفدی در چاه مورد نظر قرائت شده است . چگالی سازند - b - در فواصل مختلف از عمق 4039/7 متر تا عمق 4368 متری ارائه شده، بیشترین مقدار آن 2/83 گرم بر سانتیمتر مکعب بوده، همچنین چگالی متوسط سازند برابر با 2/65 گرم بر سانتیمتر مکعب است. حداکثر ،حداقل و میانگین تخلخل نیز در این چاه بترتیب 0/61، صفر و 0/1085 میباشد.
با استفاده از مقادیر زمان گذر امواج فشاری - tc - و برشی - ts - ، چگالی و همچنین روابط - 1 - و - 2 - جدول - 1 - ،
مقادیر پارامترهای الاستیک در حالت دینامیکی محاسبه شده است. در این چاه حداکثر، حداقل و مقدار میانگین پارامترهای مدول دینامیکی یانگ - Ed - بترتیب برابر با 76، 13 و 47گیگا پاسکال - - GPA و ضریب پواسون - - بترتیب برابر با 0/44، 0/039 و 0/31 میباشد.
-2 -2 تخمین بزرگی - مقدار - تنشهای برجا:
برای محاسبه تنش های افقی حداقل و حداکثر از روابط پروالاستیک نیاز به ضرائب الاستیک تنها - و - E
داریم . در جدول - 1 - شماره روابط لازم برای محاسبه ضرائب الاستیک از روی دادهای پتروفیزیکی بیان شده
است.
جدول : - 1 - ضرایب مورد نیاز برای محاسبه تنشها بهمراه روابط آنها
مقادیر استاتیکی نسبت پواسون و مدول یانگ براساس روابط همبستگی وانگ بوسیله تستهای آزمایشگاهی روی مغزهها بدست آمده است. وزن گل حفاری به کار رفته در چاه مورد مطالعه 1/3گرم بر سانتیمتر مکعب است. با قرائت فشار منفذی - - PP و وزن گل حفاری - - MW از دادههای لایهآزمایی مکرر - RFT - و حفاری، می-توان فشار گل - PW - را با توجه به عمق، توسط رابطه ردیف 5 حساب کرد.
