بخشی از مقاله
چکیده
تحلیل پایداری چاه مجموعه ی پیچیده ای از پارامترهای مکانیکی مانند فشار، تنش و عوامل شیمیایی متعددی را در برمیگیرد؟ ناپایداری چاه و دیوارهی آن عبارت است از کلیه مشکلاتی - اعم از فیزیکی و شیمیایی - که به نوعی سازندهای احاطه کننده چاه را از تعادل خارج می سازند . نتیجه این عدم تعادل پدیده هایی مثل ریزش کلی و جزئی دیواره، تورم سازند و گیر کردن رشته حفاری، ایجاد درزه، ترک و شکستگی در دیواره ی چاه، پوسته پوسته شدن دیواره می باشد.
از اساسی ترین و مهمترین وظایف گل حفاری ایجاد فشار روی سازند به منظور اطمینان از یک حفاری ایمن می باشد . گل حفاری ترکیبی است از مواد شیمیایی معدنی و آلی که به شکل مایع - سیال - ساخته می شود و در حفاری بکار گرفته می-شود. صرف نظر از خواص شیمیایی و دیگر عوامل، وزن گل از عوامل اصلی ایجاد تعادل مکانیکی است. وزن گل در کنترل پایداری چاه بسیار موثر است.
وزنگل باید به قدری کافی باشد که نسبت به میزان تنش موجود در خلل و فرج سازند برتری داشته باشد و به قدر کافی سنگین باشد تا خطر شکستگی های فشارشی در اثر وزن مخصوص پایین پدید نیاید و سازند در اثر فشارهای وارده از گل آسیب نببیند. لذا تعین وزن گل بهینه در کنترل پایداری دیواره ی چاه از اهمیت بالایی برخوردار است. در این تحقیق شبیه سازی عددی با استفاده از نرم افزار FLAC3D جهت تحلیل پایداری یک×چاه میدان گازی پارس جنوبی انجام شد .
با استفاده از مدل سازی مناسب مطابق با خصوصیات منطقهای مورد مطالعه، تحلیل پایداری در هفت لایه از چاه با اعماق مختلف انجام شد. برای هر لایه فشارگل بهینه بهمراه میزان جابجایی در جهت تنشهای افقی حداقل و حداکثر محاسبه شد. سپس وزن گل و وزن معادل در گردش - Equivalent circulating density, ECD - با توجه به فشارگل بهینه تعیین و با مقادیر آن در چاه مقایسه شد. در نهایت فشار گل بهینه برای حفاری سازند گنگان و دالان بالایی - هفت لایه - محاسبه شد
-1 مقدمه
ناپایداری چاه در مرحله حفاری، یکی از پرخرج ترین مشکلاتی است که صنعت نفت با آن مواجه است. با توجه به افزایش روز افزون هزینه های نگهداری مورد نیاز برای پایدارسازی دیوارهی چاه های نفتی، شرکت های نفتی تمایل بیشتری برای استفاده از چاه های باز - بدون لوله جداری - نشان داده اند. زیان اقتصادی حاصل از نتایج ناپایداری چاه در جهان تقریبا معادل 2 میلیارد دلار در سال تخمین زده شده است .
ناپایداری چاه قبل از هر چیز به توزیع و تمرکز تنش در اطراف چاه حفر شده بستگی دارد. اگر مقاومت سنگ بیش از تنش های القایی باشد چاه پایدار خواهد ماند در غیر این صورت با شکست مواجه خواهد شد. تعین بهینهی فشار گل حفاری برای جلوگیری از ریزش دیواره، کمک بسیاری به بررسی امکان سنجی روش حفاری فروتعادلی - فشار گل حفاری کمتر از فشار سازند - نیز میکند. بحث اصلی حفاری فروتعادلی تحلیل پایداری چاه می باشد .
اثرات حاصل از تغیر در تنش های نهایی در مناطق نزدیک به چاه سبب شکست در سنگهای دیواره ی چاه می شود. معیاری که جهت پایداری دیواره چاه بکار می رود و بر مبنای شروع رفتار پلاستیک در سنگ NYZA - Normalized Yielded Zone Area - می باشد نام دارد. NYZA پارامتری است که اغلب به عنوان نماینده ی خطر در ناپایداری چاه مورد استفاده قرار می گیرد و بیانکنندهی نسبت حجم ناحیهی شکسته شده اطراف چاه به حجم اولیهی چاه استعموماً. مشکلات ناپایداری چاه هنگامی آغاز می شود که NYZA>1 باشد. البته مقدار بحرانی NYZA به عواملی چون جهت داری چاه و ظرفیت تمیز کاری سیال حفاری وابسته است. به طورکلی به ازای NYZA=1چاه در پایدارترین حالت خود قرار دارد. شکل 1 نمای دو بعدی از منطقه ی تسلیم چاه و نحوی محاسبهی NYZA در چاه را نشان می دهد .
شکل - 1 - -نمای دو بعدی از چاه و منطقهی تسلیم [
اصول مهندسی سنگ و تئوری های مکانیک سنگ از جنبه های اصلی در طراحی و بهرهبرداری از مخازن نفت و گاز میباشد. با توجه به این که مخازن نفتی را محیط های سنگی تشکیل می دهند، بررسی نقش پارامترهای ژئومکانیکی محیط مخزن از اهمیت ویژه ای برخوردار است. برای انجام تحلیل پایداری مناسب چاه، آگاهی کامل از ویژگیهای ژئومکانیکی، میزان تنش های اصلی برجا، چگونگی توزیع تنش ها قبل و بعد از حفاری و همچنین میزان جابه جاییها در اطراف دیواره حائز اهمیت می باشد.
پس از حفاری، تعادل تنش های موجود به هم میخورد و وضعیت تنش دراطراف حفره، آرایش جدیدی پیدا می کند که با شرایط اولیه آن متفاوت است. آگاهی از وضعیت تنش های برجا و القائی، از جمله ضرورتهای اصلی طراحی سازه های زیرزمینی است. روش های مختلفی از قبیل فیزیکی، تجربی و عددی برای تحلیل پایداری و محاسبه تنش وجود دارد. با توجه به کاربردی بودن، دقت بالا و نتایج قابل قبول و با قابلیت اعتماد بالای حاصل از روش های عددی و نرم افزارهای مربوطه، می توان تحلیل و بررسی جامعی را از پایداری یک چاه و نوع نگهداری آن با بهره گیری از نرم افزارهای عددی انجام داد
در این تحقیق از روش تفاضل محدود که یکی از روش های موثر عددی است، بهره گرفته شده است. محیط مورد مطالعه در این تحقیق به صورت شبه الاستیک با تنش های افقی ناهمسانگرد می باشد. برای مدل سازی عددی از نرم افزار FLAC 3D که برای حل مسائل مکانیک سنگ و خاک در محیط های پیوسته مورد استفاده قرار میگیرد، استفاده شده است. با استفاده از این نرم افزار تحلیل پایداری چاه در هفت لایه مختلف از سازند گنکان و دالان بالایی با توجه به اطلاعات مغزه های چاه انجام شد و در نهایت فشار و وزن بهینه گل حفاری و ECD برای هر لایه محاسبه شده است.
-2 مدل سازی:
به منظور مدلسازی چاه با توجه به اطلاعات موجود از مغزه های چاه و لیتولوژی سنگ، سازند گنکان و دالان بالایی به هفت لایه تقسیم میشود که این تقسیم بندی در شکل 2 مشاهده می شود.
شکل - - - 2 تقسیم بندی مدل های ساخته شده از سازند کنگان و دالان بالایی با توجه به اطلاعات مغزه های چاه استفاده از مدل های عددی- تحلیلی برای بررسی رفتار مکانیکی یک چاه نیازمند تعدادی پارامتر ورودی است که باید تعریف یا تعیین گردند. خصوصیات ژئومکانیکی این لایه ها در جدول 2 ارائه شده است. در این تحقیق با استفاده از کد تفاضل محدود FLAC3D برای شبیه سازی پایداری چاه، داده های ورودی به مدل تخصیص داده شده و رفتار چاه در رژیم تنش های برجای حاکم بر منطقه در اعماق متفاوت تحلیل گردیده است. رژیم تنشها در کل چاه رژیم گسلش نرمال می باشد.
جدول - - 1 - خصوصیات ژئومکانیکی هفت لایهی سازند گنکان و دالان بالایی
