بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
مطالعات آزمایشگاهی آسیب ناشی از سیالات حفاري در مخازن شکافدار
چکیده:
در آزمایشگاه و با انجام آزمایشات متعدد به روشنی مشحص گردید که سیالات حفاري آسیبهاي جدي و غیر قابل جبرانی به شکافها وارد کرده و موجب کاهش شدید بهره برداري از شکافهاي طبیعی لایه هاي تولیدي چاههاي هیدروکربنی می شود. استفاده از الیافهاي دانه بندي شده بعنوان افزودنی در سیالات حفاري میتواند به صورت قابل ملاحظهاي عمق نفوذ و گستره آسیب دیدگی سازند را کاهش دهد . آزمایشات نشان دادند که افزودنیهایی مانند کربنات کلسیم دانه بندي شده در مقایسه با نوع الیافی محلول در اسید بمنظور کاهش اسیب دیدگی مخازن شکافدار عملکرد ضعیفی داشته اند لذا پیشنهاد می گردد از افزایه هاي فیبري شکل براي دستیابی به نتیجه مطلوب در سیالات حفاري استفاده گردد .
کلمات کلیدي : سیالات حفاري ، آسیب سازند ، مخازن شکافدار ، نمکهاي دانه بندي شده
مقدمه:
تولید در اکثر مخازن غنی تقریباً از سیستم شکاف در ناحیه تولیدي صورت میگیرید. این شکافها تراوایی مناسبی را براي نفت و گاز براي جریان به داخل حفره چاه حتی هنگامی که تراوایی سنگ خیلی کم باشد، فراهم میکنند. در بسیاري از موارد مشاهده شده که میزان بهره برداري به مقدار قابل توجهاي در اثر حفاري در لایههاي تولیدي با گل پایه آبی یا روغنی کاهش یافته است. کاهش تولید گاهی اوقات در شرایطی که حفاري فرا تعادلی انجام شده، نیز صورت گرفته است. در این مقاله وسعت و عمق صدمه دیدگی سازند توسط ورود ذرات جامد گل به داخل شکاف کاهش یافته است. دو نوع افزودنی متصل کننده که مطالعه شده عبارت است از: -1 الیاف بلند و باریک -2 افزودنی دانهاي. مکانسیم اتصال همچنین بررسی شده است. بررسیهاي زیادي بر افزودنیهاي هرزروي گل براي گلهاي حفاري که براي جلوگیري از هرزروي گل در مقیاس وسیع استفاده می-شود، انجام شده است.
مواد کنترل کننده هرزروي گل حفاري براي تحقق دو هدف استفاده میشود. (1) اتصال عرضی به سطح شکاف و حفرات که در امروزه صورت میگیرد. (2) جلوگیري از رشد شکاف که ممکن است حین حفاري پدید آید. این راهبرد منجر به توسعهگستردهاي از مواد افزودنی که در برخی شرایط موثر هستند، شده است.
تعدادي قوانین تجربی وجود دارند که براي حل مشکل هرزروي گل به کار میروند.
1. گلهاي پایه نفتی براي مشکلات هرزروي گل از سیال پایه آبی مستعدتر میباشند.
2. توزیع اندازه، غلظت، شکل و شیوه آماده سازي افزودنی هاي سیال حفاري در موفقیت بهسازي ضروري است.
با توجه به مطالعات گذشته پیشنهاد شده که گلهاي تشکیل دهنده کیک مستحکم از نظر مکانیکی در سراسر سطح یک شکاف تمایل به کاهش مشکلات هرزروي گل دارند. همچنین شکافهاي ایجاد شده مکانیسم اصلی براي کنترل هرزروي است و ممکن است مواد کنترل کننده هرزروي که سبب غربال موثر مانع رشد شکاف میشوند. استفاده شوند.
Loeppke et al بر ذرات متصل کننده منفرد و دوگانه روي سطح شکاف مطالعه کرده است. آنها دریافتند که اگر سایز ذرات با عرض شکاف مطابقت نداشته باشد، اتصال پایدار نمیتواند تشکیل شود و توزیع مناسب سایز ذرات بیشترین تواناییرا در مسدود کردن دارد. نتایج آزمایشات نشان میدهد که ترکیبی از ذرات دانهاي میتواند بهترین آبندي در ورودي شکاف فراهم نماید. همچنین ترکیبی از ذرات فیبر با اندازه مختلف براي جلوگیري از هدر رفت گل در سازندهاي سست سریع تخلیه شده، پیشنهاد شده است.
اهداف:
این مطالعه به مرور مشکل هرزروي گل حفاري به داخل شکاف از نظر دیدگاه مهندسی پرداخته است. حین حفاري یک چاه کاهش هزینه براي جبران هرزروي سیال ضروري است و داراي اهمیت یکسانی با بیشینه نمودن تغییر (بهبود) تراوایی در شبکه شکاف که مجراي اصلی براي جریان سیال به داخل حفره چاه را فراهم میکند. از اینرو، از نقطه نظر تولید، کاهش آسیب سازند به شبکه طبیعی شکاف موجود ضروري است. کوتاهی در انجام آن ممکن است به هرزروي وسیع و غیر قابل جبران در تولید از چاههاي تکمیل شده، منتج شود. عمدة توجه در این مطالعه، بر روي هرزروي سیال و صدمه دیدگی به شکاف موجود است. هدف، مطالعه بر اثربخشی افزودنیهاي مختلف گل حفاري براي کاهش هرزروي ذرات جامد گل و صافاب به داخل سازند و نیز کمینه نمودن افت هدایت پذیري شکاف است.
دستور عمل و تجهیزات آزمایشگاهی:
تجهیزات آزمایشگاهی استفاده شده در این مطالعه به صورت جزئی در انتشارات گذشته، شرح داده شده است. بدنه دستگاه نگهدارنده مغزه مشابه نمونه استاندارد Hassler که داراي برخی تغییرات مهم است. دستگاه مذکور قابلیت استفاده از نمونه مغزه مستحکم با طول 3 تا 12 اینچ و قطر 1 اینچ را دارد. چهار فشارسنج امکان اندازه گیري فشار را در چهار جهت نمونه مغزه فراهم میکنند. نرخ صافاب با کنترل مداوم حجم خروجی از انتهاي مغزه اندازهگیري شده است. سپس تراوایی هر مقطع میتواند محاسبه گردد. نگهدارنده مغزه به طور اختصاصی براي گردش سیال حفاري در سراسر سطح شکاف، مادامی که گل به درون شکاف وارد میشود، طراحی شده است. کاهش تراوایی حین گردش گل میتواند براي مقاطع کنترل شود. پس از گردش گل، کیک گل روي سطح شکاف میتواند به طور فیزیکی بازدید شود و آب تزریق شده در جهت معکوس تغییر تراوایی قبل و پس از گردش گل اندازهگیري میشود.
روش انجام آزمایش:
از نمونه مغزه Berea بطول 8 اینچ و قطر ا اینچ استفاده شده است. هجده نمونه مغزه از توده ماسه سنگی Berea بریده شده است. تراوایی آب نمک نمونههاي مغزه بدون شکاف 212 و تخلخل میانگین %23 است. جهت تعیین بازدهی شکاف، شیار کوچک 1) میلی متر عمق) در طول مغزه ایجاد شده و سپس به وسیله قرار دادن لبه فلزي در طول شیار و وارد نمودن ضربه آرام به آن، مغزه شکافته میشود. شکاف ایجاد شده سراسر طول مغزه را در بر میگیرد. سطح شکاف ایجاد شده مدل مناسبی براي سطح شکاف تمیز (بدون رسوب) تشکیل شده، در سنگ است.این روش نسبت به برش با اره به واقعیت نزدیکتر است. اگرچه براي سیستم شکاف طبیعی مناسب نمیباشد زیرا به شکافهاي متناوب توجه نشدهو نیز میزان ناهمواري و زبري سطوحظاهراً تصادفی بوده است. در مواردي که نیاز به دهانه شکاف بزگتر است از ماسه به ابعاد 200 تا 300 یا کربنات کلسیم با دانه بندي 1 میکرون که بین دو سطوح شکاف استفاده شده است. چسب پلاستیک استفاده شده در شیار تا دو قسمت مغزه را در کنار هم نگاه دارد. تراوایی شکاف پر شده با شن Ottawa از 20 تا 40دارسی نوسان تحت فشار احاطه کننده psi 500 دارد. معادله1، براي محاسبه عرض شکاف با فرض عبور جریان از طریق شکاف استفاده شده است.
که در آن W عرض شکاف و A سطح مقطع نمونه مغزه ، hf طول شکاف و kf و km به ترتیب تراوایی شکاف و ماتریکس سنگ است. عرض شکاف دو میلی متر اندازه گیري شده است. ترکیبات سیالات حفاري مورد استفاده استفاده شده در این مطالعه شامل 40 گرم بنتونیت، یک لیتر آب، 2 درصد کلرید سدیم، 0.3 درصد کربوکسی متیل سلولز و افزودنیهاي متصل کننده است.
بحث و نتایج آزمایشگاهی :
شکل1و 2، نتایج آسیب به تراوایی شکاف و هرزروي سیال بدون افزودنی متصل کننده را نشان میدهد.
همانطور که در شکل1 - A، میتوان مشاهده کرد هرزروي ناگهانی از طریق شکاف خیلی زیاد میباشد. حدود 30 میلی لیتر گل از طریق شکاف جریان یافته و در مجراي خروجی در انتهاي مغزه در مدت 1 دقیقه جمع شده است.
شکل 3، نمودار غلظتذرات در جریان خروجی نشان میدهد.
این نتایج نشان میدهد که کیک گل پس از 2 دقیقه به طور کامل تشکیل شده است. زیرا جریان خارج از مغزه وجود دارد و شکاف پر از گل است و صدمات به تراوایی خیلی شدید است. شکل 2، نتایج تخریب تراوایی نشان میدهد که همه سه مقطع به میزان زیادي آسیب دیده و در آخرین مقطع تراوایی به 20درصد مقدار اولیه خود رسیده است. زیرا مواد جامد در گل به درون شکاف هجوم آورده و جریان برگشتی آب شور با نرخ بالا نمیتواند موجب بهبود در تراوایی شود. این نتیجه به روشنی نشان میدهد که اگر سیال حفاري فاقد افزودنی مواد متصل کننده باشد، سازندهاي ترکدار صدمه دیدگی گسترده اي خواهند داشت و تراوایی آسیب دیده با جریان برگشتی بازیابی نمیگردد. وضعیت هرزروي سیال در زمانهاي نخستین آزمایش در شکل B1، 1A مشاهده میشود. ترسیم حجم صافاب تجمعی را بر حسب ریشه دوم زمان به وضوح مدت زمان هرزروي ناگهانی با تشکیل کیک فیلتراسیون خارجی همزمان است، نشان میدهد. در زمان هاي طولانی تر رشد کیک خارجی مطابق با انتظار براي آزمایشات فیتراسون دینامیکی متوقف میشود و خط مستقیم روي نمودار دبی بر حسب زمان فراهم شده که نشاندهنده شرایط پایدار و ضخامت کیک و نرخ هرزروي سیال ثابت است.
اثر افزودنیهاي الیافی:
شکل 4و 5،نتایج را زمانیکه %0.5 وزنی ذرات الیافیبهگل افزوده شوند، نشان میدهد.
شکل.A-4 صافاب دینامیکی بر حسب زمان.0.5درصد ذرات الیافی افزوده شده است. (عرض شکاف 121=میکرومتر)
نتایج به وضوح نشان میدهد که هرزروي سیال و تخریب تراوایی کاهش یافته است. هرزروي سیال فقط 1 میلیلیتر در 30 دقیقه اول و 9 میلی لیتر پس از 5 ساعت تشکیل شده است. تراوایی شکاف در دو مقطع آخرین مشابه تراوایی اولیه اس ت و جریان آب نمک منجر به بازیابی50 درصدي تراوایی مقطع نخست از مقدار اولیه خود شده است. در شکل 6و 7، نتایج براي گلهاي یکسان و عرض شکاف مضاعف نشان میدهد.
نرخ صافاب براي شکاف عریضتر (شکل (A6 بیشتر از شکاف باریک است. (شکل(A4 نتایج آسیب به تراوایی براي هر دو نمونه یکسان است از اینرو میتوان دریافت که ذرات الیاف به اعماق کم درون سازند وارد می-شوند. تصویر شکاف پس از آزمایش به وضوح نشان میدهد که کیک حاصل از فیلتراسیون در 2میلیمتر ابتدایی داخل شکاف تشکیل شده است که نشاندهنده موثر بودن ذرات الیاف در تشکیل اتصالات و جلوگیري از هجوم ذرات گل است. تصویر مواد الیافی با وضوح بالا (X80) پراکنده شده در آب نشان میدهد که بسیاري ذرات الیاف در کنار یکدیگر قرار گرفته تا توده فیبري تشکیل شود. توده فیبري تشکیل شده متخلخل و شکل پذیر بوده و آسانتر از مواد جامد با سایز مشابه روي دیواره چاه رسوب میکند. توده فیبر حین تماس با سطح شکاف در اثر فشار فیلتراسیون دچار به هم ریختگی ساختار شده و پل پایدار تشکیل میشود. پل براي نخستین بار تشکیل شده به آسانی توسط گردش جریان جدا نمیشود. این امر بدلیل وجود ذرات کوچک موثر در آن و تعداد زیادي از نقاط اتصال بین توده فیبر و سطح شکاف ( در مقایسه با یک یا دو نقطه تماس براي مواد جامد) است. پس از تشکیل پل فیبري، ذرات رس میتوانند به آسانی روي پل رسوب کرده و با تشکیل کیک مانع از ورود ذرات موجود در گل شوند. تصویر کیک گل جدا شده از سطح شکاف نشان میدهد که ذرات رس می-توانند کیک حاصل از فیلتراسیون با تراوایی کم تشکیل دهند. شکل 8 و 9، نتایج براي گلهاي مشابه (شامل افزودنیهاي فیبري) با عرض شکاف در حدود 2 میلیمتر (پر شده با 1 میلیمتر ذرات کربنات کلسیم ) نشان می-دهد. تراوایی شکاف در حدود 250 دارسی است و با وجود دهانه عریض شکاف و تراوایی بالاي آن همچنان ذرات فیبري براي تشکیل پل در 3 اینچ نخست از شکاف (ناحیه تیره در تصویر) موثر هستند که موجب عدم صدمه دیدگی نواحی دیگر شکاف میشود. ذرات سفید دیده شده در شکل ذرات کربنات کلسیم میباشند.
