بررسی تغییر شکل دیواره چاه ناشی از رفتار خزش در سنگ‌نمک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه مهندسی معدن، دانشکده فنی و مهندسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

در این مطالعه، تغییر شکل دیواره چاه ناشی از رفتار خزش در سنگ‌نمک طی عملیات حفاری و نیز مچالگی لوله‌جداری در زمان تولید برای یکی از میادین نفتی جنوب غرب ایران مورد بررسی قرار گرفته است. از این‌رو، در میدان نفتی مورد نظر، 3 چاه (Aا، B و C) با ویژگی‌های لازم انتخاب و مورد بررسی قرار گرفت. تحلیل‌ها با توسعه یک مدل عددی سه بعدی کوپل شده زمین- چاه- سیال و به‌کمک نرم‌افزار تفاضل محدود FLAC3D انجام شد. به‌منظور تعیین محدوده تنش و تغییر شکل‌های ایجاد شده برروی دیواره چاه از مدل رفتاری ویسکوالاستیک برگر برای سنگ‌نمک استفاده شد. ابتدا، مدل‌سازی تغییر شکل دیواره چاه در زمان عملیات حفاری (بدون نصب لوله‌جداری) و با در نظر گرفتن وزن گل‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. نتایج مدل‌سازی عددی نشان داد که افزایش وزن گل تا مقدار مشخصی سبب کاهش تغییر شکل و هم‌گرایی دیواره چاه می‌گردد و با افزایش بیش از اندازه آن، سبب تغییر شکل‌های واگرایی دیواره چاه شده که می‌تواند باعث ایجاد شکستگی‌های کششی در دیواره چاه و در نتیجه، هرزروی گل حفاری و ناپایداری چاه گردد. بهینه‌ترین وزن گل‌های حفاری برای چاه‌های شماره A و Bا، lb/ft3 145 (به‌ترتیب با هم‌گرایی 76/3 و cm 93/3) و برای چاه شماره Cا، lb/ft3 140 (با هم‌گرایی cm 94/3) برآورد گردید. سپس به‌منظور بررسی اثر لوله‌جداری بر تغییر شکل دیواره چاه (چاه شماره B و C)، تحلیل‌های عددی در دو حالت مختلف انجام شد؛ یکی چاه جداره‌گذاری شده بدون سیمان و دیگری چاه جداره‌گذاری‌شده به‌همراه سیمان. با اجرای سیمان در پشت لوله‌جداری، مقادیر حداکثر تنش اعمال شده برروی دیواره چاه B از MPa90/446 (چاه جداره‌گذاری‌شده بدون سیمان) به MPa 350 کاهش یافته است (هم‌گرایی mm20/0). همچنین برای چاه C، حداکثر تنش برروی دیواره آن از MPa 4/435 (چاه جداره‌گذاری شده بدون سیمان) به MPa 1/387 کاهش یافته است (هم‌گرایی mm 12/0). با اعمال سیمان در پشت لوله‌جداری، میزان تغییر شکل کاهش یافته و در نتیجه، پایداری چاه در برابر وقوع پدیده گسیختگی و مچالگی لوله‌جداری به شکل قابل توجهی افزایش می‌یابد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of the Wellbore Wall Deformation due to Creep Behavior in Rock Salt

نویسنده [English]

  • Ali Naghi Dehghan
Department of Mining Engineering, Faculty of Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this study, the deformation of wellbore wall due to creep behavior in the salt rock was investigated during drilling and production operations in one of the oil fields of Iran. The deformation of the wellbore wall was numerically investigated during the drilling operation without the use of the casing and considering the different mud weight. The results showed that increasing the mud weight reduced the deformation and convergence of the wellbore wall. Excessive mud weight will lead to divergent deformations which can cause tensile fractures on the wellbore wall, resulting in the lost circulation and instability of the wellbore. In order to investigate the effect of the casing on wellbore wall deformation, the analyses were performed in two states; running the casing in the wellbore without the cementing operation and running the casing in the wellbore with the injection of cement behind it. By considering the cement behind the casing, the maximum stress applied to the wellbore wall was reduced. By reducing the stress on the wellbore wall, the deformation rate is reduced and as a consequence, the stability of wellbore is significantly increased against casing collapse.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wellbore deformation
  • Casing Failure
  • Stability Analysis
  • Creep
  • Numerical modeling
[1]. Huang X, Mihsein M, Kibble K, Hall R (2000) Collapse strength analysis of casing design using finite element method. International, Journal of Pressure Vessels and Piping, 77, 7: 359-367. ##
[2]. Lao K, Bruno M S, Serajian V (2012) Analysis of salt creep and well casing damage in high pressure and high temperature environments, In Offshore Technology Conference. ##
[3]. Kaldal G S, Jónsson M Þ, Pálsson H, Karlsdóttir S N (2013) Collapse analysis of the casing in high temperature geothermal wells. In Proceedings, 38th workshop on geothermal reservoir engineering Stanford University, Stanford, CA, SGP-TR-198, 11-13. ##
[4]. Kaldal G S, Jonsson M T, Palsson H, Karlsdottir S N (2015) Structural modeling of the casings in high temperature geothermal wells, Geothermics, 55: 126-137. ##
[5]. دهقان ع ن، گشتاسبی ک، آهنگری ک، جین ی، میسکیمینس ج (1394) مکانیسم شروع و گسترش شکست با استفاده از یک سیستم آزمایش شکافت هیدرولیکی سه محوره برروی نمونه هایی از بلوک‎های ##
[6]. Dehghan A N (2020) An experimental investigation into the influence of pre-existing natural fracture on the behavior and length of propagating hydraulic fracture, Engineering Fracture Mechanics, 240: 107330. ##
[7]. Dehghan A N, Goshtasbi K, Ahangari K, Jin Y (2015) Experimental investigation of hydraulic fracture propagation in fractured blocks, Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 74, 3: 887-895. ##
[8]. Fjar E, Holt R M, Raaen A M, Risnes R, Horsrud P (2008) Petroleum related rock mechanics. Elsevier.
[9]. Wang H Y, Samuel R (2016) 3D geomechanical modeling of salt-creep behavior on wellbore casing for presalt reservoirs. SPE Drill Complet, 31, 4: 261–72. ##
[10]. Taheri S, Pak R A, Shad S, Mehrgini B, Razifar M (2020) Investigation of rock salt layer creep and its effects on casing collapse, International Journal of Mining Science and Technology, International Journal of Mining Science and Technology, 30, 3: 357-365. ##
[11]. دهقان ع ن، خدایی م، مطالعه آزمایشگاهی تاثیر شکاف‎ از پیش موجود بر گسترش شکافت هیدرولیکی تحت تنش‎های سه محوری واقعی، پژوهش نفت، شماره 95، مهر و آبان 96. ##
[12]. دهقان ع ن، مطالعه آزمایشگاهی اثر سیمان شدگی شکاف طبیعی بر گسترش شکافت هیدرولیکی در مخازن نفت و گاز نامتعارف پژوهش نفت، شماره 105، خرداد و تیر 98. ##
[13]. Dehghan A N, Goshtasbi K, Ahangari K, Jin Y (2015) The effect of natural fracture dip and strike on hydraulic fracture propagation, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 75: 210-215. ##
[14]. Dehghan A N, Goshtasbi K, Ahangari K, Jin Y (2016) Mechanism of fracture initiation and propagation using a tri-axial hydraulic fracturing test system in naturally fractured reservoirs, European Journal of Environmental and Civil Engineering, 20, 5: 560-585. ##
[15]. DeGeer D, Cheng J R (2000) Predicting pipeline collapse resistance, In International Pipeline Conference 40252, V002T07A010, American Society of Mechanical Engineers, October 1–5, Calgary, Alberta, Canada. ##
[16]. Kuanhai D, Wanying L, Tianguo X, Dezhi Z, Ming L,  Yuanhua L (2017) Experimental study the collapse failure mechanism of cemented casing under non-uniform load, Engineering Failure Analysis, 73: 1-10. ##
[17]. Zhou X, He S, Tang M, Fang L, Zhou X,  Liu Z (2019) Mechanism of collapse failure and analysis of yield collapse resistance of casing under combined load, Engineering Structures, 191: 12-22. ##
[18]. Gholami R, Rasouli V, Aadnoy B, Mohammadnejad M (2016) Geomechanical and numerical studies of casing damages in a reservoir with solid production, Rock Mechanics and Rock Engineering, 49, 4: 1441-1460. ##
[19]. Abdideh M, Khah S H (2018) Analytical and numerical study of casing collapse in Iranian oil field, Geotechnical and Geological Engineering, 36, 3: 1723-1734. ##
[20]. Dehghan A N, Goshtasbi K, Ahangari K, Jin Y, Bahmani A (2017) 3D Numerical Modeling of the Propagation of Hydraulic Fracture at Its Intersection with Natural (Pre-existing) Fracture, Rock Mechanics and Rock Engineering, 50: 367-386. ##
[21]. Salahi A, Dehghan A N, Sheikhzakariaee S J, Davarpanah A (2021) Sand production control mechanisms during oil well production and construction, Petroleum Research. ##
[22]. Wyllie D C, Mah C (2004) Rock slope engineering. CRC Press. ##
[23]. Naghipour O, Dehghan A N, Ahangari K (2020) Evaluation of geometrical parameters affecting on the optimal slope design of Shadan Gold-Copper Open Pit Mine. Iranian Journal of Mining Engineering, 15, 48: 28-44. ##
[24] Farsimadan M, Dehghan A N, Khodaei M (2020) Determining the domain of in situ stress around Marun Oil Field’s failed wells, SW Iran, Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, 10, 4: 1317-1326. ##
[25]. Zhang J, Standifird W B, Lenamond C (2008) Casing ultradeep, ultralong salt sections in deep water: A case study for failure diagnosis and risk mitigation in record-depth well, In SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Society of Petroleum Engineers, September 21–24, Denver, Colorado, USA. ##
[26]. Sunal O, Bilgesu H I, Heasley K, Tulu I B (2008) A look into casing deformation due to plastic behavior of formations, In SPE Eastern Regional/AAPG Eastern Section Joint Meeting, Society of Petroleum Engineers, October 11–15, Pittsburgh, Pennsylvania, USA. ##
[27]. Willson S M, Fossum A F, Fredrich J T (2002) Assessment of salt loading on well casings, In IADC/SPE Drilling Conference, Society of Petroleum Engineers, February 26–28, Dallas, Texas. ##
[28]. Chris Ward S P E, Espen Andreassen S P E (1998) Pressure-while-drilling data improve reservoir drilling performance, SPE drilling and completion, 13, 01: 19-24. ##