بخشی از مقاله

چکیده

یکی از مهمترین چالشهای پیش روی حفاران در صنعت نفت و گاز پایدار نگاهداشتن چاه میباشد. ناپایداری دیواره چاه و مشکلات ناشی از آن در مراحل مختلف حفاری، تکمیل و یا زمان تولید و بهرهبرداری از آن ممکن است روی دهد. ازجمله مشکلات ناشی از ناپایداری دیواره چاه میتوان به فوران چاه، گیرکردن لولههای حفاری، از دست رفتن بخشی و یا کل چاه و... اشاره کرد که درنهایت منجر به افزایش زمان و هزینه حفاری، خواهند شد.

بهطور کلی عوامل ناپایداری دیواره چاه به دو دسته عوامل مکانیکی و عوامل شیمیایی تقسیم میشوند، ولی آنچه در واقعیت رخ میدهد ترکیبی از هردو میباشد. از جمله این عوامل میتوان به تنشهای موجود در ناحیه و چگونگی توزیع آنها، خواص مقاومتی و شیمیایی سنگها، فشار منفذی، وزن سیال حفاری، خواص شیمیایی سیال حفاری، شیب و آزیموت چاه1 و ... اشاره کرد بسیاری از این عوامل خارج از کنترل بشر بوده و از جمله عوامل قابل کنترل میتوان به وزن و خصوصیات گل حفاری و مسیر حفاری است اشاره کرد که میتوان با کنترل این پارامترها، شرایط بهینه برای حفاری ایمن را فراهم کرد.

با تهیه یک مدل ژئومکانیکی جامع از چاه میتوان خواص مکانیکی و موقعیت تنشهای برجا را بررسی کرد و با تعیین فشار گل بهینه از بروز مشکلات رایج در حفاری جلوگیری کرد. در این تحقیق پایداری دیواره چاه یکی از میادین جنوب غربی ایران مورد مطالعه قرارگرفته است. در این مطالعه ابتدا پارامترهای لازم برای ساخت مدل ژئومکانیکی ناحیه با استفاده از دادههای چاه پیمایی و حین حفاری محاسبه شد و سپس با ساخت مدل ژئومکانیکی جامع، بهترین محدوده وزن گل ایمن حفاری برای پایداری دیواره چاه تعیین گردید.

-1 مقدمه

عدم تحلیل دقیق پایداری دیواره چاه، میتواند مشکلات بسیاری از جمله هرزروی گل حفاری، فوران چاه، ریزش دیواره چاه و مسدود شدن چاه را ایجاد نماید. با تهیه یک مدل ژئومکانیکی جامع از چاه میتوان خواص مکانیکی و موقعیت تنشهای برجا را بررسی کرد و با تعیین فشار گل بهینه از بروز مشکلات رایج در حفاری جلوگیری کرد. مدل ژئومکانیک، یک مجموعه منطقی شامل اطلاعات مرتبط با زمینشناسی، تنشهای منطقه، خواص مکانیک سنگ و فشار منفذی است که بهعنوان ابزاری جهت بهروز نمودن سریع اطلاعات برای استفاده در عملیات حفاری و مدیریت مخازن به کار گرفته میشود. زمانی که مدل ناحیه در دسترس باشد میتوان چگونگی ایجاد شکستگی در دیواره چاه را توضیح داد و همچنین به کمک آن میتوان پارامترهای قابلکنترل را تغییر داد تا شرایط بهینه برای پایدار ماندن چاه را بهدست آورد .       

-2 تعیین پارامترهای ژئومکانیکی

داشتن آگاهی از مقدار و جهت تنشهای برجا در اعماق زمین در مطالعات زمینشناسی و مهندسی بسیار حائز اهمیت است. یکی از مهمترین کاربردهای این دانش در صنعت نفت و بحث پایداری دیواره چاههای نفتی میباشد. تنشهای برجا شامل سه مؤلفه تنش قائم v - - ، تنش افقی حداقل - - ، و تنش افقی حداکثر - - میباشد. شروع حفاری، توزیع و مقدار تنشهای برجا در محل حفاری تغییر کرده و یک نوع به هم ریختگی در اطراف چاه ایجاد میشود. با انجام حفاری و توزیع مجدد تنشها مشکلاتی از قبیل ناپایداری دیواره چاه، تنگشدگی چاه، ایجاد شکستگیهای القایی و خردشدگی در دیواره چاه و همچنین حرکت خزشی لایههای نمکی به سمت چاه ایجاد خواهد شد. بنابراین اطلاع از میزان و جهت تنشهای برجا در حل این مشکلات و جلوگیری از به وجود آمدن آنها در چاهها میدان ضروری میباشد.

-2-1   تعیین مقدار تنشهای برجا:

تنش قائم : v

معمولاً تنش قائم به عنوان یکی از تنش های اصلی در نظر گرفته می شود. این تنش که مقدار آن به وزن لایه های سنگی مربوط میشود همواره توسط نیروی جاذبه کنترل می شود و جهت آن نیز همیشه به سمت مرکز زمین می باشد بنابراین فرض اینکه تنش قائم در جهت یکی از تنش های اصلیباشد نسبتاً قابلقبول میباشد. در بحث پایداری دیواره چاه و محاسبه تنش های برجا همواره نیاز است که مقدار تنش قائم تعیین شود. بهترین روش برای محاسبه مقدار تنش قائم استفاده از دادههای نگاره چگالی2 می باشد که با استفاده از آن و رابطه زیر می توان مقدار آن را در هر عمقی بهدست آورد.

که در آن چگالی سنگ و g شتاب گرانشی زمین میباشد. درصورتیکه دادههای نگاره چگالی در اختیار نباشد آنگاه از روشهای تخمینی برای محاسبه تنش قائم استفاده میشود. یکی از این روشها این است که فرض شود که نرخ تغییر این تنش بین 1/0 - 0/8 پام بر فوت3 باشد و یا اینکه از روش چگالی میانگین سازندها استفاده کرد و با داشتن ضخامت هر سازند و چگالی آن مقدار میانگین تنش قائم محاسبه شود.    که در آن   چگالی   سنگ و g شتاب گرانشی و z عمق چاه میباشد .[3]                

-3 تحلیل ژئومکانیکی سازند مخزن: -3-1 تعیین رژیم تنش حاکم بر منطقه:

اندرسون در سال 1951 توصیفی را برای رژیم تنش های برجا بر اساس مقادیر نسبی تنش های افقی و عمودی منطقه، ارائه کرد. او پیشنهاد داد که، رژیم تنشها در گسل نرمال - NF - بهصورت - σ    σ     - σ و در گسل معکوس - RF - بهصورت - σ    σ     - σ و در گسل امتدادلغز - SS - به صورت - σ    σ     - σ می باشد. با محاسبه مقادیر تنش عمودی برجا و تنش های افقی حداقل و حداکثر    و رسم آن ها می توان به رژیم تنش حاکم بر منطقه پی برد. همان طور که در شکل1 ملاحظه میشود، رژیم تنش حاکم بهصورت گسل نرمال میباشد .[5]

-3-2 تعیین جهت تنشهای افقی با استفاده از لاگ های تصویری:

برسی جهت تنش ها بخش اصلی مطالعه ژئومکانیک میباشد. تعین مقدار بزرگی و جهت تنشها، بهبود طرّاحی مسیر چاه و بهبود ناپای داری دیواره چاه را امکان پذیر میکند. در شکل های - 3 - تا - 4 - نمونه ای از تصاویر لاگ FMIدر منطقه مورد مطالعه را نشان داده شده است مطالعات صورت گرفته در میدان مورد مطالعه نشان دهنده روند NW-SE برای تنش افقی حداقل و NE-SE برای تنش افقی حداکثر میباشد.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید