بخشی از مقاله
چکیده
یک مدل ژئومکانیک می تواند خصوصیات مکانیکی سنگ را مدلسازی نموده و جهت استفاده در مدیریت بهتر مخزن و برنامه چاه مورد استفاده قرار گیرد. زمانی که از یک مخزن تولید میشود، فشار سیال کاهش می یابد. این افت فشار باعث افزایش تنش موثر ناشی از رسوبات روباره شده و تراکم محیط متخلخل و در نتیجه نشست در سطح را در پی خواهد داشت. این فرآیند میتواند تأثیراتی منفی نظیر عدم پایداری چاه، مچالهشدگی لولههای جداری، خسارتهای سرچاهی و غیره را در بر داشته باشد. جهت مطالعه دقیق رفتار ژئومکانیکی یک میدان هیدروکربوری، وجود یک مدل عددی سه بعدی که بتواند خصوصیات و ویژگی های ژئومکانیکی مخزن را توصیف نماید ضروری می باشد. در طول این مطالعه معادلات مربوط به مدلسازی ژئومکانیک برای تخمین برخی پارامتر ها نظیر تنش های موثر بکار برده شده اند.
این مقاله با استفاده از داده ها و اطلاعات موجود، به مطالعه و بررسی رفتار الاستیک مخزن فهلیان در یکی از میادین جنوب غرب ایران و در نهایت به چگونگی ساخت مدل سه بعدی ژئومکانیکی آن پرداخته است. بر اساس مدل تهیه شده، بیشترین تنش قائم 110 مگاپاسکال و بیشترین مقدار تنش های افقی 94 مگاپاسکال محاسبه شد. این در حالی است که روش مدلسازی سه بعدی شبیه سازی گوسی به عنوان روشی کارآمد، تطابق بالای 90 درصد را بین دادههای حقیقی و داده های مدل شده برای پارامترهای مکانیک سنگی نظیر مدول های یانگ و برشی و نیز تطابق بالای 86 درصد را برای مقادیر تنش هایی که در سه بعد مدلسازی شدند با مقادیر تنش های حاصل از مدل های یک بعدی ژئومکانیکی نشان می دهد. در نهایت این مدل می تواند برای تحلیل های مکانیکی میدان نظیر سناریوهای برداشت نفت و یا تزریق گاز در یک مخزن و نیز تخمین تراکم مخزن و فرونشست سطح مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژهها: مدل سازی ژئومکانیکی، ژئومکانیک مخزن، پوروالاستیسیته
-1مقدمه
تولید از مخزن هیدروکربوری و یا تزریق گاز به آن به منظور فشار افزایی، ممکن است فرآیند های شیمیایی و نیز فیزیکی زیادی را فعال سازد. در طول این اقدامات، تغییر فشار منفذی می تواند باعث انبساط و یا انقباضمخزن شود. در نتیجه میدان تنش درجا در اطراف مخزن ممکن است تغییر کند. مدل ژئومکانیکی نمایشی عددی از وضعیت تنش های درجا و خواص مکانیک سنگ برای یک ستون چینه شناسی در میدان می باشد.[1] مدل ژئومکانیکی در حالت کلی در ابتدا خواص الاستیسیته دینامیک سازند را به خواص الاستیسیته استاتیک معادل آن مرتبط می سازد که در مرحله بعد، این خواص الاستیسیته استاتیک برای تعیین مقاومت سازند و تنش های درجای زمین به کار می روند. اهمیت ژئومکانیک در پایداری دیواره چاه، شکافت هیدرولیکی، فعالیت مجدد گسل، تولید آب زود هنگام، فرونشست بالای سطح، تراکم مخزن و سیلاب زنی در طول عمر میادین هیدروکربنی به خوبی آشکار است. این حوادث تأثیر مهمی روی عملکرد مخزن دارند و باید اثرشان را در نظارت، تحلیل و پیشبینی تولید لحاظ کرد.[2]
برخی از کاربرد های مدل ژئومکانیکی عبارتند از:
.پیش بینی فشار منفذی و گرادیان ایجاد شکاف برای طراحی لوله جداری و انتخاب وزن گل حفاری بهینه.
.کاهش ریسک گیر کردن لوله ها به دلیل ناپایداری دیواره چاه.
.انتخاب نوع تکمیل مناسب، حفظ پایداری مشبک ها و تنظیم افت فشار ایمن، جلوگیری از تولید شن در زمان تولید.
.بررسی افت فشار منفذی در هنگام تخلیه مخزن که باعث فشردگی مخزن و مشکلات نشست سطحی، مچاله شدن لوله های جداری و فعال شدن مجدد گسل ها می شود.[3]
شکل - 1 - نمایی از کاربردهای مختلف مدل ژئومکانیکی را نشان می دهد. می توان گفت هدف اصلی مطالعات ژئومکانیکی ساخت و ایجاد مدل مکانیکی زمین می باشد. مدل مکانیکی زمین، بیانی عددی از حالت تنش و ویژگی های مکانیکی سنگ برای یک مقطع چینه ای خاص در یک میدان و یا حوزه است. در حالت ساده یک مدل مکانیکی زمین شامل پروفایل های عمقی از پارامتر های الاستیک و/یا الاستوپلاستیک، مقاومت سنگ و تنش های زمین مربوط به مقطع چینه شناسی محلی است.[4] در این مقاله سعی شده است در ابتدا چگونگی ایجاد مدل ژئومکانیکی یک بعدی برای هر چاه از میدان توصیف شود و در مرحله بعد به چگونگی ساخت مدل سه بعدی ژئومکانیکی بر پایه مدل استاتیک سه بعدی پرداخته شده است.
-2 چارچوب منطقه مورد مطالعه
ساختار دارخوین در جنوب شرق ایران در فروافتادگی دزفول که توسط سه ساختار زمین شناسی خرمشهر، حسینیه و کوشک محدود شده است، قرار گرفته است. این ساختمان دارای حدود 23 کیلومتر طول و 9 کیلومتر عرض می باشد و بستگی ساختمانی آن حدود 200 متر تا سازند سروک گزارش شده است.سازند اصلی مخزنی این میدان سازند فهلیان می باشد. این سازند در جنوب غرب ایران گسترش داشته و نه تنها در میدان دارخوین بلکه در دیگر میدان های جنوب غربی کشور نظیر میدان خرمشهر 400 - متر ضخامت - ، میدان امید، میدان منصوری و میدان اهواز به عنوان سازند مخزنی هیدروکربنی شناخته میشود.
-3 داده ها و اطلاعات مورد استفاده
با توجه به هدف مقاله، مجموعه ای کامل از داده های میدان مورد نیاز بود. در این راستا داده های 31 چاه از میدان 4 - چاه تزریق گاز، 1 چاه مشاهده ای آب زیر زمینی و 26 چاه تولیدی - مورد استفاده قرار گرفتند. علاوه بر آن از داده های زیر نیز در این راستا استفاده گردید:
✓مدل دینامیکی اولیه مخزن که در آن تعداد لایه ها و شکل کلی مخزن مشخص شده است.
✓نقشه های هم تراز تحت الارضی - UGC - از کلیه لایه ها و زیرلایه های مخزن
✓گزارش حفاری تمامی چاه ها
✓گزارش تکمیل چاه تمامی چاه ها
✓گزارش طرح توسعه میدان
✓گزارش های ارزیابی سازند برای برخی چاه ها
✓آزمایش های معمول مغزه - تخلخل، تراوایی/اشباع سیال/تراوایی های نسبی/تراکم پذیری سنگ -
✓داده های توزیع فشار منفذی در کل مخزن
