بخشی از مقاله
چکیده
مقاومت فشاري تک محوري سنگ بکر بعنوان اصلیترین پارامتر ژئومکانیکی در مسائل ژئوتکنیکی، مهندسی معدن و مخازن نفتی به شمار میرود. مشکلاتی از جمله عدم دسترسی به نمونههاي مغزه سنگی بکر، هزینههاي سنگین و زمانبر بودن عملیات مغزهگیري در صنعت نفت، محققین را بر آن داشته است با استفاده از روشهایی سادهتر به این پارامتر مهم دست یابند. در پژوهش حاضر، بمنظور تخمین مقاومت فشاري تک محوري سنگ، استفاده از خردههاي سنگی مورد توجه قرار داده شده است.
در این راستا 23 بلوك سنگ آهک از قسمتهاي مختلف سازند آسماري، سروك و آهکهاي کرتاسه شمال ایران با دانسیتههاي مختلف تهیه شده و مورد آزمایشهاي مکانیکی قرار گرفته است. ابتدا پس از تهیه مغزه مناسب از 23 بلوك تهیه شده، بر روي نمونهها آزمایش مقاومت فشاري تک محوري سنگ انجام شده است. سپس نمونهها خرد شده و با توجه به وزن مخصوص اولیه سنگ و بر اساس نتایج آزمایش تراکم استاندارد، نمونههاي خرده سنگ بصورت مغزه بازسازي شده است. در مرحله بعد با انجام آزمایش تک محوري خاك، میزان مقاومت فشاري نمونه بازسازي شده تعیین شده است. نتایج حاصل از آزمایشهاي مقاومت تراکمی سنگ - UCS - و مقاومت تک محوري نمونه بازسازي شده - qu - با استفاده از تکنیک حداقل مربعات، در برابر یکدیگر ترسیم و ضریب همبستگی بیش از0/8 بدست آمده است.
1 مقدمه
مقاومت فشاري تک محوري - UCS - سنگهاي رسوبی از پارامترهاي کلیدي مورد نیاز جهت تعیین طیف وسیعی از مشکلات ژئومکانیکی اعم از ناپایداري دیواره چاه در طی حفاري - Moos et al., 2003 - ، ارزیابی پتانسیل تولید ماسه در مخازن نفتی - Santarelli et al., 1989 - و کمی سازي بزرگاي تنش با استفاده از مشاهدات شکستیهاي القایی مخزن میباشد . - Zoback et al., 2003 - همچنین در طی عملیات حفاري مشخص شده که مقاومت فشاري تک محوري سازند موثرترین متغییر در بحث پایداري چاه بوده و داراي اهمیتی بالاتر از پارامترهاي دیگر مثل آزیموت، شیب، زمان پرتوگیري، و وزن گل میباشد .
- Jaramillo, 2004 - در صنعت نفت به طور سنتی براي تشخیص مقاومت فشاري تک محوري از دو روش راندن نمودارهاي ژئوفیزیکی و آزمایشهاي مکانیکی مغزه سنگی مخازن استفاده میشود. هزینههاي بالاي راندن نمودارهاي ژئوفیزیکی باعث شده که در بسیاري از موارد برنامهاي جهت راندن نمودارهاي ژئوفیزیکی در فواصل طولانی از چاه وجود نداشته باشد ضمن اینکه این نمودارها اغلب زمانی اجرا میشوند که عملیات حفاري به پایان رسیده باشد - . - Garcia et al., 2008 علاوه بر این شرایط دیواره چاه بر نحوه اجرا و اندازهگیري نمودارهاي ژئوفیزیکی تاثیر داشته و منجر به عدم کسب نتایج رضایت بخش میگردد.
در رابطه با آزمایشهاي مکانیکی مغزههاي سنگی نیز تهیه نمونههاي استوانهاي استاندارد از تودههاي سنگی ضعیف به شدت درزهدار، هوازده و یا با لایه بندي نازك اغلب امکان پذیر نمیباشد - . - Fener et al., 2005 گذشته از این، هزینهبر و زمانگیر بودن عملیات مغزهگیري باعث شده تا مغزههاي تهیه شده از مخازن بسیار محدود باشد. از اینرو، در تعداد اندکی از چاههاي نفت و گاز آن هم فقط از سنگ مخزن مغزه گرفته میشود و در بسیاري از مسائل ژئومکانیک میادین نفتی، با توجه به نقش سنگ روباره مخزن در تحلیل مخازن نفتی، هیچ نمونه مغزه سنگی از آن تهیه نمیشود . - Chang et al ., 2006 - از طرفی به دلیل حساسیت زیادي که بر روي مغزهها وجود دارد، به ندرت براي آزمایش هاي مخرب مکانیک سنگ در اختیار محققین قرار میگیرد.
چنین کمبودهایی محققین را تشویق کرده تا با استفاده از روشهاي غیرمستقیم، مقاومت فشاري تک محوري سنگ را برآورد نمایند. در این راستا، ارائه روشها و تکنیکهاي جدید جهت استفاده از خردههاي حفاري مورد توجه قرار گرفته است. از آنجاییکه خردههاي حفاري به اندازه کافی نماینده سازند هستند، میتواند بعنوان یک منبع قابل اطمینان جهت دستیابی به رفتار مکانیکی آنها مورد استفاده قرار گیرد . - Santarelli et al., 1996 - با توجه به دسترسی آسان خردههاي حفاري چاههاي نفتی همزمان با پیشرفت حفاري، با تکنیکهاي جدید میتوان اطلاعات با ارزشی مرتبط با پارامترهاي ژئومکانیکی دیواره چاه کسب نمود.
2 روش کار
این پژوهش یک روش آزمایشگاهی جدید جهت اندازهگیري مقاومت فشاري تک محوري سنگ با استفاده از خردههاي سنگی را نشان میدهد. مراحل آْماده سازي نمونه و آزمایشها به صورت زیر می باشد:
-1 آماده سازي خرده و مغزههاي سنگی
-2 تعیین اندازه مناسب خردهها، محتواي رطوبت بهینه و چگالی خشگ بیشینه خرده هاي سنگی جهت بازسازي نمونههاي استوانهاي
-3 تهیه مغزه هاي مصنوعی و انجام آزمایش مقاومت فشاري تک محوري بر روي مغزههاي بازسازي شده - qu - و همچنین مغزه سنگ بکر - UCS - این مراحل به طور مجزا در ادامه تشریح شده است.
1-2 آماده سازي خرده و مغزه هاي سنگی
23 بلوك سنگ آهک از قسمتهاي مختلف سازند آسماري، سروك - بزرگترین سنگ مخزن ایران - و همچنین آهکهاي کرتاسه شمال ایران تهیه شده است. موقعیت نمونه برداري و همچنین اطلاعات مربوط به زمین شناسی نمونهها به ترتیب در شکل 1 و جدول 1 نشان داده شده است. مغزه استوانهاي با قطر 54 میلیمتر و نسبت طول به قطر 2/5 طبق استاندارد - ASTM,1985 - ASTM 4543-85 از بلوكهاي سنگی تهیه گردیده است.خردههاي سنگی با آسیاب نمودن بخشهاي باقیمانده از هر بلوك، تهیه شده است.
