بخشی از مقاله
چکیده
مچاله شدن لوله های جداری چاه های نفتی در حین تولید از جمله مشکلاتی است که به دفعات در بسیاری از میادین نفتی ایران از جمله میدان مارون اتفاق افتاده است. بیشتر این مچالگی ها در مقابل اعماق مربوط به سازند نمکی گچساران اتفاق افتاده است. حفاری چاه نفت در لایه های نمک و نگهداری آن در زمان بهره برداری از جمله عوامل تاثیرگذار بر طول عمر یک میدان نفتی به شمار می رود. از دیدگاه ژئومکانیکی میتوان اعمال تنش های تراکمی،فشارشی،برشی به کیسنگ را از جمله دلایل بروز این پدیده دانست.
اعمال این تنش های غیریکنواخت و ناهمسان از طرف سازندهای پلاستیک، در صورتی که بتوانند بر مقاومت کیسینگ غلبه کنند، می تواند منجر به برش کیسینگ و یا مچالگی آن شود. در این مطالعه که در یکی از چاه های میدان نفتی مارون انجام شده، با شبیه سازی عمق مربوط به سازند پلاستیک گچساران توسط نرم افزار المان محدود آباکوس، سعی شده با در نظر گرفتن خواص پلاستیک سازند، مقادیر عددی تنش هایی که اعمال آن ها می تواند سبب بروز پدیده مچاله شدن لوله جداری شود بدست آید. در نهایت مشاهده شد که بیشترین مقدار تنش های اعمالی از سمت سازند در مقایسه با تنش تسلیم لوله جداری، در لایه گچساران 2-4 که بیشترین حجم از واحدهای نمکی را دارا می باشد وجود دارد.
-1 مقدمه
مدت های زیادی است که گسیختگی لوله جداری به عنوان یکی از مشکلات پرهزینه و تهدیدکننده ایمنی در صنعت نفت مطرح می باشد. در بسیاری از گزارش ها و مقالات مشاهده می شود که از این پدیده به عنوان مشکلی اساسی نام برده شده است. گسیختگی لوله جداری پدیده ای است که در اثر جابجایی و حرکات شدید و غیرنرمال سازند اطراف چاه بوجود می آید.
در اثر این جابجایی ها، لوله جداری گسیخته می شود. از جمله عوامل متعددی که سبب بروز این جابه جایی ها و در نهایت گسیختگی لوله جداری می شود می توان به حرکت خزشی سنگ های نرم همچون نمک و شیل و ایجاد بار نقطه های برروی لوله جداری به دلیل عدم سیمانکاری خوب در پشت لوله جداری، حرکت لغزشی لایه ای نرم که میان دو لایه سخت تر از لحاظ مکانیکی قرار گرفته باشد، نشست مخزن به علت برداشت بیش از حد و غیره اشاره کرد.کشور ما نیز از این مشکل بزرگ مستثنی نیست و در چندین میادین نفتی جنوب غرب کشور این پدیده مشاهده شده است.
یکی از این میادین که به دفعات شاهد بروز این مشکل در آن بوده ایم میدان نفتی مارون می باشد . با استفاده از ابزار های موجود، مشخص شد که اکثر این گسیختگی ها در مقابل سازند پلاستیک گچساران که از جنس نمک به همراه درصد کمتری از میان لایه های شیل،مارن و انیدریت می باشند صورت گرفته است، که بسته به محل قرار گیری چاه حفر شده، دارای ضخامت های متفاوتی می باشد - به علت تاثیرات تکتونیکی برسازند گچساران که دارای خاصیت پلاستیک است این سازند در قسمت های مختلف میدان مارون دارای ضخامت های متفاوت می باشد - .
می دانیم که سازندهای نمکی در عمق و حرارت بالا حالت شکل پذیر داشته و طبعا تحت تاثیر فشار لایه های بالایی حرکت می کنند. این حرکت ها باعث اعمال تنش های یکنواخت و غیر یکنواخت به لوله جداری می شود. در صورت سیمانکاری نامناسب و مقاومت کم سیمان و کیسینگ، اعمال نیروی ناشی از حرکت نمک ها موجب مچاله شدن لوله جداری می شود. در این پروژه سازند پلاستیک گچساران توسط نرم افزار شبیه ساز عددی آباکوس شبیه سازی شد. این نرم افزار مقادیر عددی تنش هایی که اعمال آن ها می تواند سبب مچاله شدن لوله جداری شود - با در نظر گرفتن خواص مربوط به سازند، سیمان و کیسینگ - را در اختیار ما قرار خواهد داد.
-2 بحث
-1-2گسیختگی لوله جداری در مقاطع نمکی
در حال حاضر دو مکانیزم اصلی برای گسیختگی لوله جداری در مقابل مقاطع نمکی تشخیص داده شده است:
الف - بارگذاری موضعی بر لوله جداری.
ب - به وجود آمدن برش در لوله جداری در فصل مشترک لایه تبخیری با لایه های مجاور.
سیمانکاری مناسب، اثر بارگذاری موضعی را میکاهد و باعث می شود که بارهای خارجی به صورت یک فشار هیدرواستاتیکی به لوله جداری منتقل شوند. برای رفع مشکل گسیختگی در مقاطع نمکی راه های مختلفی وجود دارد. تحقیقات نشان می دهد که مقاومت لوله جداری در مقابل بارهای نقطهای 0/33بارهای یکنواخت میباشد. لذا، اگر لوله تحت بارگذاری موضعی قرار گیرد، حتی قویترین لوله های که از لحاظ عملیاتی می توان استفاده کرد نیز به اندازه کافی مقاوم نیست.
-2-2گسیختگی لوله جداری در اثر بارگذاری موضعی
نحوه انتقال نیرو به لوله جداری تاثیر تعیین کننده ای بر مقاومت مکانیکی لوله دارد. اگر لوله جداری به خوبی در داخل چاه و در مرکز قرار گیرد و سیمانکاملاً فضای حلقوی اطراف آن را پر کند، خزش سازند نمیتواند باعث گسیختگی لوله جداری شود. یعنی در محدوده تنش های ژئواستاتیکی موجود این اتفاق نمی افتدشکل -1الف، اما اگر لوله جداری در مرکز چاه قرار نگیرد و یا چاه بیضوی باشد و یا فضای حلقوی به طور نامناسبی سیمانکاری شود، شکل -1ب، نیروهای ناشی از خزش تنها به بخشی از سطح لوله جداری منتقل می شوند. این حالت به نام بارگذاری موضعی شناخته می شود. چنین بارگذاری تمرکز تنش زیادی را القا می کند که ممکن است به سرعت منجر به تغییر شکل و خرابی لوله جداری شود. برخلاف فشرده شدن یکنواخت، فشرده شدن موضعی تمرکز تنش زیادی را القا می کند که به سرعت از مقاومت برشی فولاد پیشه می گیرد.
شکل - - 1 - بارگذاری یکنواخت - ب، ج و د - بارگذاری غیر یکنواخت و تغییرشکل لوله جداری
-3-2خروجی نرم افزار آباکوس
در این مطالعه جهت مدل سازی سازند نمکی گچساران از نرم افزار شبیه ساز عددیABAQUS/CAE استفاده شده است. این نرم افزار توان بالایی در تحلیل مسائل غیرخطی نظیر رفتار پلاستیک و تغییر شکل های بزرگ را دارا می باشد. در این مدلسازی خروجی های نرم افزار بر اساس معیار Von-Misses انتخاب شده اند که بهترین معیار برای بررسی وضعیت لوله از نظر گسیختگی می باشد و برابری میزان انرژی مخصوص اعوجاج در هر نقطه با انرژی حاصل از آزمون تک محوری را عامل تغییر شکل و از هم گسیختن فلز می داند.
