تحلیل پایداری چاه و تعیین پنجره وزن گل مناسب برای چاهی از میدان نفتی در جنوب غربی ایران

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی نفت، دانشگاه صنعت نفت، دانشکده نفت اهواز، ایران

2 شرکت مناطق نفت‌خیز جنوب، اهواز، ایران

10.22078/pr.2020.4018.2829

چکیده

تحلیل پایداری چاه یکی از مهم‌ترین مسائل در عملیات حفاری بوده و عدم توجه به آن و ناپایداری، ممکن است باعث ایجاد مشکلات متعددی در چاه شود. برای تحلیل پایداری چاه باید در ابتدا خواص مکانیکی سنگ و تنش‌های اولیه محاسبه و تخمین‌زده شوند. پارامترهای مختلفی برروی پایداری چاه تأثیرگذار است که مهم‌ترین پارامتر قابل کنترل، وزن گل حفاری است. وزن گل حفاری اگر بیشتر از حد مجاز و مقدار پیش‌بینی شده باشد، باعث نفوذ گل در سازند و شکست کششی می‌شود. از طرف دیگر، اگر کمتر از حد مجاز و مقدار پیش‌بینی شده باشد، ممکن است باعث شکست برشی یا به‌عبارت دیگر، فروریختگی در چاه شود. در این تحقیق، برای تحلیل پایداری چاه و در نتیجه تعیین پنجره و محدوده مناسب برای وزن گل حفاری برای چاهی در میدان نفتی واقع در جنوب غربی ایران، از دو معیار موهر- کلمب و موگی- کلمب استفاده می‌شود. خواص مکانیکی سنگ توسط نمودارهای چاه‌پیمایی تهیه شده و روابط ارائه شده توسط شرکت مناطق نفت‌خیز جنوب بعد از انجام تست‌های مختلف بر نمونه مغزه‌های مختلف، محاسبه می‌شود. فشار منفذی و تنش‌های اولیه به‌کمک روابط مختلف محاسبه شده و به‌کمک اندازه‌گیری‌های مستقیم صورت گرفته در سر چاه مانند تست LOT صحت‌سنجی می‌شوند. سپس دو معیار شکست مذکور برای تخمین پنجره وزن گل مناسب به‌کار برده می‌شوند و برای اعتبارسنجی نتایج حاصله، از نمودارهای قطرسنجی و اندازه مته استفاده می‌شود. در آخر، مشاهده گردید که مقدار حداقل وزن گل مجاز تخمین‌زده شده توسط معیار موهر- کلمب بیشتر از واقعیت است. در مقابل، مقدار تخمین‌زده شده توسط معیار موگی- کلمب به واقعیت نزدیک‌تر بوده وبا شکست‌های برشی اتفاق افتاده در چاه هماهنگی خوبی دارد. از این‌رو، برای چاه مذکور، معیار شکست موگی- کلمب، معیار مناسبتری جهت انجام پژوهش‌های تحلیل پایداری است.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Wellbore Stability Analysis and the Safe Mud Weight Window Determination for a Well in One of the Southwest Iranian Oil Field

نویسندگان [English]

  • Meysam Motahari 1
  • Abdolnabi Hashemi 1
  • َAbdollah Molaghab 2
1 Petroleum Engineering Department, Ahwaz Faculty, Petroleum University of Technology, Iran
2 National Iranian South Oil Company (NISOC), Geology Department, Ahwaz, Iran
چکیده [English]

تحلیل پایداری چاه یکی از مهم‌ترین مسائل در عملیات حفاری بوده و عدم توجه به آن و ناپایداری، ممکن است باعث ایجاد مشکلات متعددی در چاه شود. برای تحلیل پایداری چاه باید در ابتدا خواص مکانیکی سنگ و تنش‌های اولیه محاسبه و تخمین‌زده شوند. پارامترهای مختلفی برروی پایداری چاه تأثیرگذار است که مهم‌ترین پارامتر قابل کنترل، وزن گل حفاری است. وزن گل حفاری اگر بیشتر از حد مجاز و مقدار پیش‌بینی شده باشد، باعث نفوذ گل در سازند و شکست کششی می‌شود. از طرف دیگر، اگر کمتر از حد مجاز و مقدار پیش‌بینی شده باشد، ممکن است باعث شکست برشی یا به‌عبارت دیگر، فروریختگی در چاه شود. در این تحقیق، برای تحلیل پایداری چاه و در نتیجه تعیین پنجره و محدوده مناسب برای وزن گل حفاری برای چاهی در میدان نفتی واقع در جنوب غربی ایران، از دو معیار موهر- کلمب و موگی- کلمب استفاده می‌شود. خواص مکانیکی سنگ توسط نمودارهای چاه‌پیمایی تهیه شده و روابط ارائه شده توسط شرکت مناطق نفت‌خیز جنوب بعد از انجام تست‌های مختلف بر نمونه مغزه‌های مختلف، محاسبه می‌شود. فشار منفذی و تنش‌های اولیه به‌کمک روابط مختلف محاسبه شده و به‌کمک اندازه‌گیری‌های مستقیم صورت گرفته در سر چاه مانند تست LOT صحت‌سنجی می‌شوند. سپس دو معیار شکست مذکور برای تخمین پنجره وزن گل مناسب به‌کار برده می‌شوند و برای اعتبارسنجی نتایج حاصله، از نمودارهای قطرسنجی و اندازه مته استفاده می‌شود. در آخر، مشاهده گردید که مقدار حداقل وزن گل مجاز تخمین‌زده شده توسط معیار موهر- کلمب بیشتر از واقعیت است. در مقابل، مقدار تخمین‌زده شده توسط معیار موگی- کلمب به واقعیت نزدیک‌تر بوده وبا شکست‌های برشی اتفاق افتاده در چاه هماهنگی خوبی دارد. از این‌رو، برای چاه مذکور، معیار شکست موگی- کلمب، معیار مناسبتری جهت انجام پژوهش‌های تحلیل پایداری است.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wellbore Stability
  • Rock Failure Criteria
  • Safe Mud Weight Window
  • Breakout Pressure
  • Breakdown Pressure
[1]. Zoback M. D., “Reservoir geomechanics,” Cambridge University Press; 2010. ##

[2]. Das B. and Chatterjee R. “Wellbore stability analysis and prediction of minimum mud weight for few wells in Krishna-Godavari Basin, India,” International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 93, pp. 30-37, 2017. ##

[3]. Xu G., “Wellbore stability in geomechanics,” (Doctoral dissertation, University of Nottingham), 2007.

[4]. Maleki S., Gholami R., Rasouli V., Moradzadeh A., Riabi R. G. and Sadaghzadeh F., “Comparison of different failurecriteria in prediction of safe mud weigh window in drilling practice,” Earth-Science Reviews, 136, pp.36-58., 2014. ##

[5]. Liz-Losada R. J. and Alejano L. R., “New safe mud weight window representations to prevent wellbore instability,’’ In IADC/SPE Asia Pacific Drilling Technology. Society of Petroleum Engineers, January 2000. ##

[6]. Gholami R., Moradzadeh A., Rasouli V. and Hanachi J. “Practical application of failure criteria in determining safe mud weight windows in drilling operations,” Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, Vol. 6, Issue 1, pp.13-25, 2014. ##

[7]. Rahimi R., “The effect of using different rock failure criteria in wellbore stability analysis,” PhD thesis, Missouri University of Science and Technology.United States, 2014. ##

[8]. Bradley W. B., “Failure of inclined boreholes,” Journal of Energy Resources Technology, Vol. 101, Issue 4, pp. 232-239, 1979.

[9]. Rasouli V., Pallikathekathil Z. J. and Mawuli E., “The influence of perturbed stresses near faults on drilling strategy: a case study in Blacktip field, North Australia,” Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol. 76, Issue 1-2, pp.37-50, 2011. ##

[10]. Salehi S., Hareland G. and Nygaard R., “Numerical simulations of wellbore stability in under-balanced-drilling wells,” Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol. 72, Issue 3-4, pp. 229-235, 2010. ##

[11]. Mansourizadeh M., Jamshidian M., Bazargan P. and Mohammadzadeh O., “Wellbore stability analysis and breakout pressure prediction in vertical and deviated boreholes using failure criteria–A case study,” Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol. 145, pp. 482-492, 2016. ##

[12]. Fjar E., Holt R. M., Raaen A. M., Risnes R. and Horsrud P., Petroleum related rock mechanics. Vol. 53. Elsevier Science, Published Date: 4th January 2008. ##

[13]. Senseny P. E. and Pfeifle T. W., “Fracture toughness of sandstones and shales,” In the 25th US Symposium on Rock Mechanics (USRMS). American Rock Mechanics Association, 1984. ##

[14]. Eaton B. A., “Graphical method predicts geopressures worldwide,” World Oil ;(United States), Vol. 183, No. 1, 1976. ##

[15] Kirsch C., “Die theorie der elastizitat und die bedurfnisse der festigkeitslehre,” Zeitschrift des vereines Deutscher Ingenieure, Vol. 42, pp.797-807, 1898. ##

[16]. Aadnoy B. and Looyeh R., “Petroleum rock mechanics: drilling operations and well design,” Gulf Professional Publishing, 2011. ##

[17]. Mohr O., “Welche umstände bedingen die elastizitätsgrenze und den bruch eines materials,’’ Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure, Vol. 46, Issue 1524-1530, pp. 1572-1577, 1900. ##

[18]. Al-Ajmi A. M. and Zimmerman R. W., “Relation between the mogi and the coulomb failure criteria,” International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, Vol. 42, Issue 3, pp. 431-439, 2005. ##