بخشی از مقاله
مقدمه:
تعیین خواص ژئومکانیکی سنگ های مخازن هیدروکربوری و شبیه سازی کامل ژئومکانیک مخزن نقش مهمی را در طراحی و بهینه سازی شیوه های مناسب حفاری وکاهش خطرات برای سازند های مختلف ، تعیین لیتولوژی سنگ مخزن ، برنامه ریزی تولید ، طراحی شکست هیدرولیکی وانگیزش چاه ، ارزیابی تولید ماسه، انتخاب سیال حفاری مناسب ، بدست آوردن وزن ایمن گل حفاری وآنالیز پایداری دیواره چاه دارد. با توجه به حجم وسیع مشکلات موجود در مراحل مختلف تولید و بهره برداری از مخازن هیدروکربنی، تعیین دقیق و سریع پارامتر های ژئومکانیکی در مخازن نفت و گاز از اهمیت ویژهای برخوردار می باشد.
بطور کلی پارامترهای ژئومکانیکی سنگها را میتوان به دو دسته پارامترهای مکانیکی و پارامترهای فیزیکی تقسیم کرد.پارامترهای مکانیکی سنگها به کلیه پارامترهایی که برای بیان رابطه بین تنش و کرنش سنگها مورد استفاده قرار میگیرند اطلاق میشود که خواص الاستیسیته سنگها که رابطه بین تنش و کرنش را در محدوده تغییرشکلهای برگشت پذیرسنگ نشان می دهد متشکل از ضرایب الاستیک می باشد.از کاربردهای تخمین پارامترهای ژئومکانیکی یافتن پتانسیل تولید ماسه در برخی میادین و پی بردن به سناریوی تولید از میدان برای پیشگیری از این مشکل، یافتن نوع، مقدار و خصوصیات فیزیکی سیال مناسب برای انجام عملیات شکافت هیدرولیکی، یافتن مناسبترین مسیر حفاری با حفر چاههای توسعه ای در میادین که حداکثر سرعت، حداقل هزینه و احتمالا بیشترین تولید را دربر دارد. میدان مورد مطالعه - میدان نفتی اهواز - درجنوب غربی ایران واقع شده است. مخزن آسماری از مخازن بزرگ نفتی می باشد. و از نظر ویژگی های سنگ مخزن، بسیار پیچیده و ناهمگون می-باشد. لیتولوژی غالب در مخزن آسماری دولومیت وسنگ آهک همراه با کمی ماسه سنگ بوده و به طور بسیار محسوس شیل نیز قابل مشاهده می باشد.
روش شناسی پژوهش
در این مطالعه درابتدا با استفاده از داده های بدست آمده از نمودارهای چاه پیمایی خواص الاستیک مخزن آسماری در میدان نفتی اهواز محاسبه شده سپس با استفاده از این ضرایب مقادیر تنش های بر جا در مخزن توسط روابط الاستیک محاسبه می شود.
تعیین مدول های الاستیک سنگ مخزن توسط داده های بدست آمده از نمودارهای پتروفیزیکی:
برای طراحی مدل ژئومکانیکی سنگ مخزن در ابتدا باید خواص الاستیک سنگ مخزن محاسبه شود. برای محاسبه مدول های الاستیک سنگ مخزن لازم است که در ابتدا برخی از خصوصیات پتروفیزیکی سنگ مخزن از روی نمودار های چاه پیمایی خوانده شود . این خصوصیات شامل میزان پرتو گاما، چگالی سنگ، میزان تخلخل نوترون و زمان عبور امواج فشاری و برشی از سنگ مخزن می باشد. مدول های الاستیک سنگ مخزن در حالت دینامیکی توسط روابط 1-3 محاسبه می شوند.در معادلات فوق ضریب پواسون دینامیکی - - psi ، مدول یانگ دینامیکی - psi - ، ضریب برشی - - psi ، زمان گذر موج فشاری - ʽs/ft - ، زمان گذر موج برشی - ʽs/ft - و چگالی توده سنگ - gr/cm3 - می باشد. مقدار ثابت a نیز برابر 1/34*1010 می باشد. با توجه به اینکه در طراحی مدل های ژئومکانیکی مقادیر مدول های الاستیک استاتیکی باید استفاده شوند، با استفاده از روابط زیر مدول های الاستیک دینامیکی در مخزن آسماری به مدول های الاستیک استاتیکی تبدیل می شوند:
در مرحله بعد میزان مقاومت تراکمی تک محوری سنگ مخزن آسماری از رابطه زیر محاسبه می گردد:
تعیین تنش های برجا
مقدار تنش عمودی توسط رابطه زیر محاسبه می شود:
در رابطه فوق v تنش عمودی - psi - ، - - چگالی سنگ - gr/cm3 - در عمق ̅ z، چگالی متوسط سنگ های مخزن و z عمق مورد مطالعه - ft - می باشد. در این مطالعه چگالی متوسط در سنگ مخزن آسماری 2/5 gr/cm3 در نظر گرفته شده است. جهت تحلیل پایداری چاه تعیین دقیق مقدار تنش های افقی ضزوری خواهد بود. از طریق تخمین دقیق این تنش ها می توان از به وجود آمدن تنش ها در دیواره چاه جلوگیری نمود. تنش های افقی شامل دو تنش افقی حد اقل و حد اکثر می باشند. اگر تنش عمودی که بر یک توه سنگ اعمال می شود دارای مقدار مشخصی باشد، در نتیجه ترکم عمودی سنگ , تنش افقی نیز به سنگ وارد می شود. تعیین تنش های افقی به دو روش مستقیم و غیر مستقیم امکان پذیر است.
