بخشی از مقاله
چکیده
آگاهی از وضعیت تنش برجا در زمینههای نفت و گاز، جهت برانگیختگی تولید از اهمیت ویژه ای برخوردار است. مدیریت مخازن نیز، نیازمند آگاهی از تغییرات میدان تنش برجا در زمان تخلیه مخزن میباشد. روشهای مختلفی برای اندازهگیری تنشهای برجا پیشنهاد و توسعه یافتهاند. از جمله روشهای غیرمستقیم و آزمایشگاهی اندازهگیری تنشها، روشهای مبتنی بر مغزههای حفاری و استفاده از حافظه تنش سنگها می باشد. در این میان سه روش انتشار امواج اکوستیک AE بر اساس پدیده اثر کایزر، بازیابی کرنش غیرالاستیک ASR و آنالیز منحنی کرنش تفاضلی DSCA برای اندازهگیری مقادیر و جهت تنشهای برجا در مخازن و چاههای نفتی بکار برده میشوند. در این مقاله تئوری این روشها و چگونگی اندازهگیری مقدار و جهت تنشهای برجا با استفاده از مغزههای حفاری مورد بررسی قرار گرفته است.
-1 مقدمه
در چاههای نفت و گاز، جهت یافتگی و مقدار تنش برجا دارای یک اثر غالب و مهم در فرآیندهای تولید چاه میباشند. سهروشAE، ASR و DSCA، در میان روشهای آزمایشگاهی اندازهگیری تنشهای برجا مبتنی بر مغزههای حفاری متداولتر هستند. اثر کایزر توسط ژوزف کایزر زمانیکه وی آزمایشاتی را بر روی نمونههای کوچک فلز، چوب و ماسه سنگ در سال 1950 انجام داد کشف شد. حال، پس از گذشت بیش از 60 سال تحقیق و توسعه بیشتر، کاربردهای عملی آن شناخته شده است.
اولین بار روش AE جهت استنباط تنش برجا توسط کاناگاوا و همکارن 1976 - و - 1981 پیشنهاد شد. بعد از آن افراد زیادی از جمله، هولوکوم - 1993 - ، هاگسون و کروهورد - 1987 - ، ستو و همکاران - - 1999، تانکای و همکاران - 2000 - ، ویلاسکوزا و همکاران - 2000 - ، وانگ و همکاران - 2002 - ، وانتانابه و تانو - 1999 - و وانتانابه و همکاران 1994 - و - 1999، آزمایشهایی را جهت اعتبارسنجی این روش انجام دادند .[1] برخی محققین روشهای اندازه گیری تنش برجای سنگ بر اساس اصل بازیابی کرنش را نیز در زمره روش-های حافظه سنگ قرار میدهند.
ویگت 1968 پیشنهاد نمود، اگر بتوان فرض نمود که کرنشهای بازیافتنی جزئی، متناسب با کرنشهای قابل بازیابی کل باشد، میتوان تخمینی از حالت تنش برجا دست نخورده را توسط ابزارگذاری کرنش مغزه حفاری جهتدار، به محض خروج آن از گمانه بدست آورد. اولین استفاد توام با موفقیت از اندازهگیریهایASR، بر روی مغزه های جهت داراخذ شده از چاههای عمیق نفت بعنوان روش تعیین جهت ها و نسبتهای تنشهای بر جا، توسط توفل1گزارش شده است.
بعدها اسمیت و همکاران - 1986 - ، لیسی - 1987 - 2، توفل و وارپینسکی1989 - 3 - ، پریو، هوکس و سانترالی - 1989 - 4 و توفل و فارل - 1990 - 5 این روش را در سایر تشکیلات زمین شناسی بکار بردند و در نهایت سازگاری خوبی بین جهات تنش اصلی افقی تعیین شده ازASR و روشهای دیگر نظیر شکست هیدرولیکی، شکست گمانه ای، دیسک شدگی مغزه و DSCA حاصل آمد ." [1]" سیمونز6 در دهه 1970 ، سیگفریدو فیوز - 1974 - 7و سیگفرید و سیمونز - - 1978 روشی آزمایشگاهی را برای توصیف تخلخل ریزترک، در نمونه سنگی، برای فشارهای انسداد مختلف توسعه دادند.
این روش، تحلیل کرنش تفاضلی نامیده شد و شامل اعمال فشار هیدرواستاتیک به یک نمونه منشوری مربعی سنگ بودهکه قبلاً پوششدار شده و با کرنشسنجها ابزاربندی شده است.استریکلند و رن - - 1980 روش تحلیل کرنش تفاضلی را جهت پیش بینی مقدار تنشهای برجا اصلاح نمودند. در این مقاله، تئوری و روشهای آزمایشگاهی اندازه گیری تنشهای برجا، به روش غیرمستقیم و مبتنی بر مغزههای حفاری ارئه شده است.
-2 اندازهگیری تنشهای برجا توسط روش انتشار اکوستیک - AE -
شکست یا ضعف در سنگ قابل بازیابی نبوده و اثر کایزر در واقع ضعفها و شکستگیهایی که در بارگذاری قبلی اتفاق میافتد را ذخیره میکند یا به حافظه میسپارد. هیچ ترک جدیدی در سنگ ایجاد نمیشود تا زمانیکه بارگذاری مجدد از مقدار قبلی فراتر رود.اثر کایزر در سنگ و موادی که تحت بارگذاری سیکلی قرار دارند، مشاهده می شود. در ساده ترین حالت سیکلی، مقدار تنش در بارگذاری سیکلی بصورت مرحلهای افزایش مییابد.
در مرحله بعدی تا زمانیکه مقدار تنش به مقدار قبلی نرسیده فعالیت اکوستیک صفر یا نزدیک صفر است، اما به محض اینکه تنش از بیشترین مقدار تنش قبلی بالاتر رود، فعالیت AE بطور چشمگیری افزایش مییابد. بعنوان مثال در شکل 1 شکل شماتیکی از وابستگی مقادیر تجمی AE به تنش در دو سیکل بارگذاری ارائه شده است. فرضیه اصلی تئوری کایزر این است که KE فقط بیشترین تنش قبلی را در جهت محور بارگذاری نشان میدهد. AE بر اثر پدیده انتقال موج الاستیک با آزادسازی انرژی کرنشی ناشی از شکست یا میکروشکست که در مواد صلب ایجاد میشود، بوجود میآید. سنگها عموما ناهمگن بوده و شامل تعداد زیادی میکروترک و ریزدرزه هستند. در حالت الاستیک سنگهای ترد، سیگنال AE نتیجه افزایش و رشد ترک، شکست دانهها، لغزش دانهها بر روی هم میباشد.
-1-2 روش انجام آزمایش
در این روش، نمونههای استوانهای با نسبت ارتفاع به قطر 1/5 تا 2/5 تهیه میشوند. حداقل یک سنسور انتشار اکوستیک در ارتفاع میانی نمونه نصب میشود. مواد مورد استفاده برای چسباندن سنسور AE به نمونه، باید سنسور را بطور کامل ثابت کنند. پس از اتصال تمامی ابزارهای اندازه گیری و سنسور AE به سیستم قرائت دادهها، نمونه در ماشین آزمایش قرار میگیرد. سپس یکنواختی بارگذاری در محدوده 1% تا 2% بار اوج، براساس خروجیهای کرنش سنج بررسی میشود، بطوریکه بار حداکثرپس از 5 تا 10 دقیقه بدست آید.
سپس بار تا تقریباً 1% بار اوج کاهش مییابد. در طول آزمایش، بار، کرنشهای محوری یا تغییر شکلها و پارامترهای AE تولید شده بطور پیوسته توسط سیستم قرائت داده ها ثبت می شوند. این رویه حداقل دو بار تکرار می شود. در این روش، اغلب در سیکل اول بارگذاری، نویزهایی در اثرانسداد یا تراکم ترکها، که معمولاً در اثرکایزر باعث ابهام میشود، ایجاد میشود. این نویزها توسط سیکلهای بارگذاری باربرداری بعدی حذف می شوند و بدین ترتیب شروع افزایش فعالیت AE در ارتباط با اثرکایزر بیشتر مشخص می شود - شکل . - - 2 -
