فهرست مطالب

مجله ژئومکانیک نفت
سال یکم شماره 2 (پاییز و زمستان 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/10/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • ابوالفضل عبدالهی پور*، حمید سلطانیان، محمد فاتحی مرجی، سید علیرضا مرتضوی صفحات 1-21

    شکست هیدرولیکی یکی از مهم ترین فناوری های توسعه یافته در صنعت نفت است. در این مقاله، طراحی عملیات شکست هیدرولیکی با استفاده از روش های تحلیلی در میدان گازی هیوگوتون در سازند ماسه سنگی با نفوذپذیری تقریبا کم انجام خواهد شد. طراحی به صورت گام به گام و شامل تخمین تنش و فشار، انتخاب پروپانت مناسب، تعیین میزان هرز روی سیال، حجم سیال موردنیاز، فشارهای پمپاژ، زمان پمپاژ، تخمین هندسه و طول شکستگی مورد انتظار و بازدهی عملیات است. از نتایج آزمایش های درون چاهی ازجمله SRT، DFIT و... و روش تحلیل فشار شکست به منظور بهینه سازی و کالیبراسیون پارامترهای طراحی استفاده شد. بر اساس طراحی، طول شکست هیدرولیکی به ft 500 و ارتفاع آن به ft 173 خواهد رسید. نتایج تحقیق با نتایج دو مدل عددی کاملا سه بعدی و شبه سه بعدی P3D با پارامترهای ورودی مشابه مقایسه شد. نتایج روش های عددی تطابق بسیار مناسب با انتظارات طراحی ارایه شده نشان داد. بطوریکه طول، ارتفاع و هندسه شکست، همچنین میزان توزیع پروپانت در شکستگی ها در مدل عددی هماهنگی خوبی با طراحی داشت. مدل P3D همچنین افزایش قابل توجه هدایت هیدرولیکی در شکست ایجاد شده را نشان می دهد. روند طراحی ارایه شده می تواند به عنوان یک راهنما برای طراحی موفق عملیات شکست هیدرولیکی مورداستفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: طراحی میدانی، شکست هیدرولیکی، چاه قائم، میدان گازی هیوگوتون، DFIT، SRT، MiniFrac
  • محمد انه منگلی، احمد رمضان زاده*، بهزاد تخم چی، عبدالله ملقب، آرام محمدیان صفحات 22-39
    قابلیت حفاری سازند، سختی یا سهولت حفر آن سازند را بیان می کند. قابلیت حفاری هر سازند بایستی براساس ویژگی های آن سازند تعیین شود. این پارامتر، عاملی مهم در انتخاب روش حفاری و مته مناسب، پیش بینی نرخ حفاری و تعیین عمر مته است. با این وجود در بسیاری از مدل های نرخ نفوذ ارایه شده این پارامتر نادیده گرفته شده و یا کمتر به آن ارزش قایل شده است. بنابراین؛ با توجه نقش کمرنگ قابلیت حفاری سازند در مدل های نرخ نفوذ، در این مقاله تلاش شده است که به بررسی و تعیین مقدار قابلیت حفاری سازند پابده در یکی از چاه های قایم واقع در میدان کرنج پرداخته شود. از آن جایی که در این مطالعه از داده های میدانی برای تعیین قابلیت حفاری سازند استفاده خواهد شد و نرخ نفوذ اندازه گیری شده ناشی از اثر همه پارامترهای عملیاتی و سازندی است. بنابراین برای تعیین قابلیت حفاری سازند نیاز است اثر پارامترهای عملیاتی از نرخ نفوذ حذف شود. برای نیل به این هدف، مدل بورگوین و یانگ به عنوان مدل نرخ نفوذ پایه در نظر گرفته شد. ابتدا مقادیر ضرایب ثابت مدل بورگوین و یانگ با استفاده از الگوریتم بهینه سازی فاخته تعیین شد. سپس نرخ نفوذ حفاری نسبت به پارامترهای حفاری نرمالایز شد. در ادامه روابط هر یک از پارامترهای ژیومکانیکی با نرخ نفوذ نرمالایز شده بررسی شد. این بررسی ها نشان داد که پارامترهای ژیومکانیکی به صورت نمایی رابطه بهتری را با نرخ نفوذ نشان می دهند. همچنین تاثیر ویژگی های ژیومکانیکی، به ویژه مقاومت فشاری محدود شده، بر نرخ نفوذ بسیار چشمگیر است. با توجه به وابستگی شدید برخی از پارامترهای ژیومکانیکی نسبت به هم، پارامترهای مقاومت فشاری محدود شده، زاویه اصطکاک داخلی، ضریب پواسون و چگالی برای تعیین قابلیت حفاری انتخاب شدند. به کارگیری قابلیت حفاری محاسبه شده در مدل بورگوین و یانگ نشان داد که دقت مدل را به طور چشمگیری افزایش می دهد.
    کلیدواژگان: قابلیت حفاری سنگ، پارامترهای ژئومکانیکی، نرخ نفوذ، مدل بورگوین و یانگ، بهینه سازی
  • محمد صنایع پسند*، حسن قاسم زاده صفحات 40-59
    محیط‏های متخلخل مخازن نفتی دارای لایه بندی هایی در گستره مقیاس های مختلف می باشند که این مقیاس‏ها با مقیاس اثر بخشی فازهای سیال داخل مخزن متفاوت هستند. جهت کاهش حجم محاسبات در شبیه‏سازی مخازن متخلخل نفتی، ارزیابی هر پدیده فیزیکی در گستره تاثیر (مقیاس) خود مرسوم شده است. در مقاله پیش‏رو جهت افزایش دقت شبیه‏سازی مخازن نفتی، اثرات فشار مویینگی ایجاد شده در بین فازهای سیال بر روی یکی از مدل‏های چند مقیاسی اضافه گردید. در این ارتباط معادلات حاکم بر این مدل ارتقاء داده شده و در نهایت با شبیه‏سازی یک مخزن متخلخل همگن در شرایط لحاظ نمودن فشار مویینگی، میزان تاثیر آن بر روی فشار سیال بررسی شد. لحاظ نمودن اثر مویینگی در مخزن مورد نظر سبب افزایش یافتن فشار آب در مجاورت ناحیه تزریق آب و کاهش یافتن آن در مجاورت ناحیه برداشت نفت شد. در نتیجه با افزودن پارامترهای مویینگی، مدلسازی میزان نفت استخراج شده را بیشتر نشان می‏دهد. به نظر می‏رسد میزان تاثیر مویینگی بر موارد مذکور غیرقابل چشم پوشی بوده و اثر مویینگی مخصوصا در شبیه‏سازی مخازن غیرهمگن باید لحاظ گردد.
    کلیدواژگان: موئینگی، چند مقیاسی، محیط متخلخل، نفت، مدل‏سازی عددی
  • رضا فلاحت*، کالین مک بت، اصغر شمس صفحات 60-73
    تخمین و محاسبه تغییرات فشار و اشباع شدگی حاصل از تولید و تزریق مخازن نفت و گاز، یکی از کاربردهای اصلی لرزه نگاری چهاربعدی می باشد. تخمین این پارامترها در مقیاس مخزن، کمک شایانی به بروز رسانی مدلهای شبیه ساز مخازن نفت و گاز و همچنین مدلهای ژیومکانیکی آنها می کند. روش های متعددی در سالهای اخیر با هدف تخمین تغییرات فشار و اشباع شدگی با استفاده از داده های لرزه نگاری چهاربعدی ارایه شده است که معمولا اثر تغییرات فشار و اشباع شدگی را به صورت خطی تجزیه می کنند. جهت واسنجی (Calibration) معادلات ارایه شده، معمولا داده های آزمایشگاهی، روابط تجربی فیزیک سنگی و یا داده های چاه به همراه مدلهای شبیه ساز در مقیاس مخزن مورد استفاده قرار می گیرد. اگرچه این روش ها جوابهای نسبتا قابل قبولی به همراه داشته اند، کاربرد آنها نیاز به تنظیمات و واسنجی های نسبتا پیچیده و زیادی دارند که طبیعتا نیاز به زمان و هزینه زیادی خواهند داشت. با استفاده از روابط فیزیک سنگی و پتروفیزیکی، در این مقاله دو نشانگر مستقل توسعه و معرفی می شوند که به صورت جداگانه تغییرات فشار و اشباع شدگی را محاسبه می کنند. از نقطه نظر کاربردی، هر دو معادله بسیار ساده بوده و قابل کاربرد در مدت زمان کمتر از یک روز هستند و علاوه بر آن تفاسیر ساده ای دارند. اگر چه نشانگرهای پیشنهاد شده توانسته اند جوابهای قابل قبولی در مخزن مورد مطالعه در دریای شمال ارایه دهند، هر دوی این نشانگرها ماهیت کیفی جهت نمایش تغییرات فشار و اشباع شدگی دارند. بنابراین ادامه این کار تحقیقاتی جهت کمی کردن این نشانگرها پیشنهاد می گردد.
    کلیدواژگان: لرزه نگاری چهاربعدی، فیزیک سنگ، وارون سازی، نشانگر تغییرات فشار، نشانگر تغییرات اشباع شدگی
  • محمد امامی نیری* صفحات 74-85
    مدلسازی فیزیک سنگی امکان مطالعه اثر تغییرات تخلخل، لیتولوژی، اشباع سیال و سایر خواص پتروفیزیکی سنگ مخزن برروی پاسخهای لرزه ای و خواص کشسانی سنگ را فراهم می کند. از این مدلها برای تفسیر کمی داده های لرزه ای، مطالعات ژیومکانیکی مخزن و ساخت مدلهای مخزنی مقید به داده های چاه و لرزه استفاده می شود. مدلهای نظری فیزیک سنگی را می توان به پنج گروه عمده مدلهای تماسی/محیط دانه ای (contact/granular media models) و مدلهای میانباری (inclusion models)، مدلهای محاسباتی (computational models)، حدود فیزیک سنگی (bounds) و جایگزینی ها (transformations) طبقه بندی نمود. در این مقاله، مروری بر سه مدل مهم و کلیدی فیزیک سنگ لرزه ای از گروه مدلهای محیط دانه ای انجام می شود که برای مطالعه و بررسی ارتباط فیزیکی ما بین نشانگرهای لرزه ای و خواص سنگ و سیال در رسوبات آواری و مخازن ماسه سنگی بکار می روند. این مدلها عبارتند از: مدل ماسه سست، مدل سیما ن تماسی و مدل سیمان ثابت. ابتدا مبانی نظری توسعه این مدلها بیان شده و سپس مثالی از کاربرد و اعمال مدلسازی فیزیک سنگ به کمک مدلهای معرفی شده در یک مطالعه موردی واقعی بر روی یک مخزن ماسه سنگی نشان داده شده است. نتایج این مطالعه نشان داد که از بین سه مدل اعمال شده، مقدار میانگین خطای مطلق مربوط به تخمینهای حاصل از مدل سیمان ثابت بسیار پاییتر از مقادیر مربوط به تخمینهای حاصل از مدلهای ماسه سست و سیمان تماسی است که بیانگر تطابق بهتر  تخمینهای حاصل از این مدل با داده های اندازه گیری شده است. بنابراین می توان از مدل سیمان ثابت به عنوان یک مدل فیزیک سنگی مناسب در تفسیر کمی داده های لرزه ای و سرشت نمایی و پایش مخزن در میدان مورد بحث در این پژوهش استفاده نمود.
    کلیدواژگان: فیزیک سنگ، مدلهای محیط دانه ای، مدولهای کشسانی، سرعت لرزه ای، خواص پتروفیزیکی، مخازن ماسه سنگی
  • رسول امیری کله جوبی، محمد امامی نیری* صفحات 86-99
    سرعت امواج لرزه ای تراکمی و برشی در کنار داده های پتروفیزیکی اطلاعات ارزشمندی را در مراحل اکتشاف و توسعه میادین نفتی فراهم می کنند. برخلاف سرعت امواج تراکمی که در اکثر مواقع توسط ابزار نمودارگیری سونیک اندازه گیری می شود، نمودار سرعت امواج برشی به علت هزینه ی بالا تنها در تعداد محدودی از چاه های یک میدان برداشت و ثبت می گردد. بنابراین بایستی سرعت این امواج را با استفاده از روش های دیگری تخمین زد. روابط تجربی متعددی ارایه شده است که سرعت امواج برشی را به پارامترهای پتروفیزیکی و اندازه گیری های چاه نگاری مربوط می کنند که معمولا کارایی موردی دارند. یکی از روش های کارآمد برای پیش بینی سرعت امواج برشی، استفاده از سیستم های هوشمند است. در این مقاله علاوه بر استفاده از روش تجربی گرینبرگ-کاستاگنا، از الگوریتم بهینه سازی مبتنی بر آموزش و یادگیری برای ساخت یک مدل خطی و یک مدل غیرخطی برای پیش بینی سرعت امواج برشی در یک سازند مخزنی ماسه سنگی در یکی از میادین فراساحلی واقع در استرالیای غربی و یک سازند مخزنی کربناته در یکی از میادین خشکی واقع در جنوب غرب ایران استفاده شده است. مقدار خطا و ضریب همبستگی نتایج به دست آمده از الگوریتم بهینه سازی مبتنی بر آموزش و یادگیری نشان دهنده کارایی مطلوب این الگوریتم است. نتایج مدل خطی و غیر خطی ساخته شده به هم نزدیک است با این تفاوت که مدل خطی در مدت زمان کمتری اجرا می شود. مدل خطی این الگوریتم با خطای 3/2 درصدی و ضریب همبستگی 82/0 در سازند ماسه سنگی و خطای 3/3 درصدی و ضریب همبستگی 95/0 در سازند کربناته، عملکرد مناسبی در هر دو مطالعه موردی داشته و می تواند به عنوان روشی کارآمد برای تخمین سرعت موج برشی استفاده گردد.
    کلیدواژگان: سرعت امواج تراکمی، سرعت امواج برشی، خواص پتروفیزیکی، روابط تجربی، سیستم های هوشمند، الگوریتم بهینه سازی
|
  • Abolfazl Abdollahipour *, Hamid Soltanian, Mohammad Fatehi Marji, Seyed Alireza Mortazavi Pages 1-21

    Summary Hydraulic fracturing (HF) is one of the most important technologies ever developed by the oil industry. In this paper, a hydraulic fracture job is designed for Hugoton gas field in a relatively low permeability sandstone in a vertical well. A step by step procedure is introduced and followed to determine stresses, pressures, proper proppant selection, fluid loss volume, required volume of fracturing fluid, pumping duration and rates, geometry of the expected hydraulic fracture and job efficiency. The HF design is compared with numerical results which showed a good agreement. Based on the design parameters it is expected an HF half-length of 500 ft. height of 173 ft. could be achieved at the end of the treatment. Introduction Hydraulic fracturing is a widespread technology used in oil industry to enhance the production. The technology has given the opportunity the produce from many previously un-economic reservoirs. Unlike drilling technology which has been extensively developed in the past decades, most HF technology development was achieved in 1950s and 1960s. The developed design of HF can still be an important part of an HF design without the need of advanced numerical modeling. The classic HF design uses some simplifications that may reduce the accuracy of the method. This shortcoming may be overcame by complementary numerical modeling. However, the classic design is still an essential part of an HF design. Methodology and Approaches The first step in an HF design is determining in-situ stresses and pressures and making sure of their accuracy and reliability. The in-situ stresses were estimated based on empirical gradients. Then the results were calibrated by several well tests such as SRT, DFIT, etc. These tests’ results were also used to calibrate other inputs including pore pressure, lost circulation coefficient etc. An appropriate proppant type was selected based on the required permeability and the cost of the proppant. Results and Conclusions A complete schedule for HF job including injection volume, pump rate, Pad stage volume, proppant usage and fluid efficiency was designed and presented. Based on the design, a hydraulic fracture half-length of 500 ft. with 173 ft. height was expected. Comparison of results of a fully 3D numerical model (with similar input variables, already available from previous studies) and a P3D model (with exact input parameters) with expected design results showed a good agreement. The propagated fracture length and height and also proppant distribution in fractures of the numerical model are in agreement with the expected results. The design procedure proposed in this paper may be used as a guideline for a successful HF design of vertical wells.

    Keywords: Filed design, Hydraulic fracturing, Vertical well, Hugoton gas field, SRT, DFIT, MiniFrac
  • Mohammad Anemangely, Ahmad Ramezanzadeh *, Behzad Tokhmechi, Abdollah Molaghab, Aram Mohammadian Pages 22-39
    Drillability of rock is defined in terms of a large number of parameters. However, in most drilling rate models uniaxial compressive strength (UCS) was used as rock drillability. There is a paucity of researches to combine rock drillability with the penetration rate model. Thus, in this study, rock drillability will be calculated based on the penetration rate. BYM was chosen as drilling rate mathematical model to normalize the penetration rate into operational parameters. After eliminating effects of drilling parameters, regression method will be used to evaluate relationships of rock paramters (such as Confined Compressive Strength (CCS), UCS, porosity, clay content, density, Poisson’s ratio, and internal friction angle) with drilling rate. Then, the best parameters of rock based on determination of coefficient will be selected to compute rock drillability. To define coefficients of this model, multiple non-linear regression will be used. The comparison between the modified version of BYM with rock dirllability index and the prior BYM will be done to validate the proposed method. For this research data were gathered from one vertical well in Karanj oilfield. Results indicated that rock parameters significantly affect the penetration rate. Evaluating relationships of understudied rock parameters with drilling rate revealed that UCS, CCS, porosity and shale content have high determination coefficients. The comparison between modified BYM and original BYM showed that applying computed rock drillability using three rock parameters (i.e. CCS, friction angle, density and Poisson’s ratio clay content) in BYM improves accuracy of prediction.
    Keywords: Drillability Index, Geomechanical properties, Drilling Penetration Rate, optimization, Bourgoyne, Young model
  • Mohammad Sanayepasand *, Hasan Ghasemzadeh Pages 40-59
    the porous media of oil reservoirs have different layers with wide range scales which are different from effective scale of fluid flow in reservoirs. To reduce the calculating time of porous reservoirs modeling, each physical effect should be treated separately on its scale and area of influence. In this paper, the capillary pressures parameters between fluid phases were added on a multiscale deformable model to increase the accuracy of modeling. So, the governing equation was revised and a homogeneous oil reservoir was analyzed considering capillary influences. Comparing the results of analyzing the homogeneous oil reservoir with or without capillary effect shows that the water pressure was increased around the injection point and was decreased around the production point after considering capillary. It seems that the effects of capillary pressures on fluid pressures was significant and should be considered especially in modeling of inhomogeneous reservoirs due to increasing the irregularity flowing.
    Keywords: Capillary, Multiscale, Porus media, Oil, Numerical modeling
  • Reza Falahat *, Colin Macbeth, Asghar Shams Pages 60-73
    One of the main objectives of 4D seismic interpretations is to estimate pressure and saturation change caused by reservoir production and injection. Estimation of these changes would assist to update the simulation and geomechanical models of our hydrocarbon reservoirs. Different techniques have been recently proposed to estimate the pressure and saturation changes using 4D seismic data. Typically, these methods linearly decompose the effect of pressure and saturation changes. For calibration of the proposed equations, laboratory measurements, rock physics relationships or even reservoir scale simulation model and well production data have been employed. Although, they work reasonably well in the given datasets, there is a need for extensive pre-setting steps to calibrate these equations which in turns requires time and cost. In this paper, Rock Physics and Petrophysics principles are utilised in order to develop two independent attributes which can calculate the pressure and saturation changes, separately. Both equations are easy to apply and interpret, and require not more than a few hours for their parameters calibration. Although, these two independent attributes were successfully implemented in one of the North Sea complex oil reservoir, but both attributes are qualitative indication of pressure and saturation changes.
    Keywords: 4D seismic, rock physics, Inversion, Pressure Change Attribute, Saturation Change Attribute
  • Mohammad Emami Niri * Pages 74-85
    In this paper, we begin with a discussion on the relations between seismic velocity and porosity in clastic reservoirs. We then provide a brief overview of the theoretical background for some important rock physics models in granular media, including friable-sand model, contact-cement model and constant-cement model. We then present an example of application of rock physics modeling to a well log and core dataset extracted from a real case study. Based on a rock physics diagnostic technique, it is possible to quantify different diagenetic and sedimentologic factors in terms of rock physical properties. In this study, on a real dataset, this is carried out by adjusting the curve of a rock physics theoretical model (constant-cement model) to a trend in the velocity–porosity dataset, and then interpreting the rock physics/microstructure as that used in the theoretical model. This model is then used to make prediction of seismic velocities. The results of this study can be used to interpret the seismic data quantitatively and update the reservoir property models.
    Keywords: rock physics, Granular media models, Elastic moduli, Seismic velocity, petrophysical properties, Sandstone reservoirs
  • Rasool Amiri Kolajoobi, Mohammad Emami Niri * Pages 86-99
    Seismic wave velocity along with petrophysical data provide valuable information at the exploration and development phases of oil and gas fields. The compressional-wave velocity (Vp) is acquired using conventional acoustic logging tools in many drilled well. But the shear-wave velocity (Vs) is recorded using advanced logging tools only in limited number of wells, mainly because of the high operational costs. So, alternative methods are often used to estimate Vs. Heretofore, several empirical correlations which predict Vs by using well logging measurements and petrophysical data are proposed. But these empirical relations can only be used in limited cases. The use of intelligent systems is an efficient approach for predicting Vs. In this study, in addition to the modified Greenberg-Castagna method, we used the teaching-learning based optimization (TLBO) algorithm to make linear and nonlinear models for predicting Vs. This algorithm is used to make prediction in a sandstone formation from an offshore oil field located at Western Australia and a carbonate formation from an onshore oil filed located at south west of Iran. We compared the estimated Vs values using TLBO algorithm with observed Vs and also with those predicted by modified Greenberg-Castagna relation. The results are showing the algorithm efficiency. The results of linear and nonlinear models are also very close together, but the difference is that the linear model is faster than the nonlinear model and is preferred for predicting Vs. Using the linear model shows that for the sandstone formation the error percent is 2.3 and the regression coefficient is 0.82 and these values are 3.3 percent and 0.95 for the carbonate formation respectively. These values show that the linear model of TLBO algorithm can be used as an efficient way to predict Vs.
    Keywords: Compressional wave velocity, Shear wave velocity, petrophysical properties, Empirical relationships, intelligent systems, Optimization algorithm