فهرست مطالب

مجله ژئومکانیک نفت
سال سوم شماره 2 (تابستان 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/04/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدجواد نصری*، احمد رمضان زاده، هومن جنابی صفحات 1-11

    در بسیاری از پروژه های مهندسی ژیومکانیک، شناخت رفتار هیدرولیکی شکستگی های سنگی به عنوان بخش تراوای توده سنگ ضروری است. پارامترهای هندسی شکستگی، نظیر زبری دیواره ها و بازشدگی شکستگی تاثیر چشم گیری در رفتار هیدرولیکی و مکانیکی آن دارد، در این مقاله این پارامترها به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته اند. در تهیه مدل هندسی از اسکن سه بعدی دیواره های شکستگی سنگ طبیعی استفاده شده و با استفاده از نرم افزار Fluent و حل معادله های ناویر- استوکس در این مدل، جریان سیال در شکستگی سنگ شبیه سازی شده است. اعتبار مدل سازی عددی نیز با نتایج آزمایشگاهی کنترل شده که حاکی از صحت روش مدل سازی است. در ادامه برای محدوده وسیعی از نرخ جریان و زبری های متفاوت با استفاده از این مدل عددی، جریان سیال در شکستگی سنگی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این مدلسازی نشان می دهد که رابطه ماکروسکوپی فورچمهیر به خوبی جریان غیرخطی سیال در شکستگی سنگی را توصیف می کند. مقادیر ضرایب خطی و غیرخطی معادله فورچمهیر برای هریک از مدل های هندسی برآورد شده است. افزون برآن نتایج بدست آمده نشان می دهد که با افزایش بازشدگی، مقادیر ضرایب خطی و غیرخطی کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: جریان سیال، مدلسازی عددی، شکستگی سنگ، زبری شکستگی، معادله فورچمهیر
  • فرزاد برزگر، محمد آزادی تبار، محسن مسیحی* صفحات 12-26
    هندسه محیط متخلخل از مهم ترین عوامل تاثیرگذار در آنالیز خواص انتقالی است. مدل حفره-گلوگاه به منظور توصیف خواص انتقالی در محیط متخلخل استفاده می شود. در این مطالعه، روشی برای ایجاد شبکه حفره ها بر اساس مشخصه های استاتیک مربوط به محیط متخلخل ارایه شده است. در این روش، با استفاده از توزیع اندازه حفره ها، توزیع عدد هم آرایی و تخلخل مشخص، یک مدل شبکه حفره ها نامنظم ایجاد می شود. مدل ارایه شده بر مبنای توابع احتمالی ایجاد می شود، به همین دلیل دارای جواب های متنوعی است. با قرار دادن تخلخل به عنوان تابع هدف، شبیه سازی تا رسیدن به نقطه تطابق میان تخلخل ورودی و مدل توسعه داده شده ادامه می یابد. این مدل نامنظم، شامل خواص استاتیک مدنظر از قبیل توزیع اندازه حفره ها، توزیع عدد هم آرایی و تخلخل است. عدد هم آرایی برای این مدل می تواند بین 0 تا 26 متغیر باشد. در این مدل، الگوریتم خوشه بندی به گونه ای است که شبکه مرتبط به تخلخل مفید به صورت مجزا نمایش داده شود. در انتها، پارامترهای استخراجی از تصاویر سی تی اسکن مربوط به یک سنگ سیلیکا مصنوعی حاصل از الگوریتم حفره ها ماکسیمم اصلاح شده به عنوان ورودی مدل، استفاده شده است. مقایسه نتایج حاصل از دو مدل نشان از انطباق مناسب میان مشخصه های استاتیکی و ساختاری است.
    کلیدواژگان: مدل شبکه حفره ها، خوشه بندی، توزیع اندازه حفره ها، توزیع عدد هم آرایی، تخلخل
  • مریم نوری، حسین حسنی*، عبدالرحیم جواهریان، سید علی معلمی صفحات 27-41
    برازش فرآیند گوسی، به عنوان یک مدل احتمالاتی غیرپارامتری مبتنی بر آمار ‏بیزین، در مطالعات ویژگی های پراکنده مانند ناهنجاری های کلی بسیار توانمند ‏است. توانمندی بارز این فرآیند، شناسایی رفتارهای ناهنجار از رفتارهای ‏هنجار می باشد. بنابراین می توان این فرآیند را به عنوان یک روش در ‏شناسایی لبه های گسلی در اطلاعات لرزه نگاری معرفی کرد. در این مطالعه، ‏شناسایی ناهنجاری مبتنی بر برآزش فرآیند گوسی بر روی داده های لرزه ای ‏مصنوعی و داده های واقعی به کار برده شده است.‏‎ ‎به‎ ‎منظور شناسایی لبه‎ ‎های گسلی، ‏لایه‎ ‎های زمین‎ ‎شناسی به عنوان تعامل‎ ‎های نرمال درنظر گرفته شده اند. لبه های ‏گسلی‎ ‎به‎ ‎عنوان ناهنجاری های عمومی درنظر گرفته شده اند که منجر به برهم ریختگی ‏رفتار نرمال بازتابنده های لرزه ای می شود.‏‎ ‎درنهایت خطای برازش برای جدا کردن گسل ها از سایر ناهنجاری ها استفاده شده است.‏‎ ‎جهت بررسی عملکرد روش برازش فرآیند گوسی، این ‏روش برروی یکسری مجموعه داده مصنوعی و یک مقطع دو بعدی از بلوک ‏F3‎‏ بخش هلندی ‏دریای شمال حاوی گسل اعمال شده است. نتایج نشان دهنده توانمندی این روش در ‏بارزکردن محل گسل می باشد.‏
    کلیدواژگان: گسل، فرآیند ‏گوسی، ناهنجاری ‏عمومی، تعامل نرمال، بارزشدن ‏محل گسل خوردگی
  • مجتبی باوند سوادکوهی*، بهزاد تخم چی، اروان گلوآگوئن، علیرضا عرب امیری صفحات 28-43

    انتخاب موقعیت مناسب چاه های تولید با در نظر گرفتن مشخصات ژیومکانیکی رخساره های مخزن می تواند نقش بسیار مهمی در کاهش تولید شن و ماسه در فرآیند تولید نفت از مخازن ماسه سنگی داشته باشد.گام اصلی در تعیین مشخصات ژیومکانیکی رخساره های مخزن، ایجاد منطقه بندی ژیومکانیکی است. با توجه به تغییرپذیری فضایی ذاتی و همچنین ناهمگونی شدید رخساره های نفتی، ایجاد چنین منطقه بندی بدون داشتن یک مدل ساختاری مطمین از رخساره های مخزن، با عدم قطعیت نسبتا بالایی همراه است. شبیه سازی های چندنقطه ای زمین آماری نه تنها به عنوان روشی قدرتمند در تخمین ویژگی های ژیومکانیکی مخزن بلکه به عنوان ابزاری برای مدل سازی رخساره های به شدت ناهمگون از چند دهه اخیر مورد توجه زیادی قرار گرفته اند. اهمیت ایجاد یک مدل دقیق از رخساره های زیرسطحی موجب شده است تا الگوریتم های متنوعی به منظور بهبود دقت و راندمان محاسباتی ارایه شوند. در این مقاله یک الگوریتم جدید برای مدل سازی عددی رخساره های ناهمگون در مخازن نفتی پیشنهاد شده است. الگوریتم پیشنهادی مبتنی بر تبدیل موجک گسسته (Discrete Wavelet Transform) و تابع همبستگی متقابل (Cross Correlation) است. به همین دلیل الگوریتم پیشنهادی CCWSIM نامیده شد. دقت و راندمان محاسباتی الگوریتم پیشنهادی با یکی دیگر از الگوریتم های شناخته شده شبیه سازی چندنقطه ای بنام CCSIM، در مدل های مصنوعی مختلف دوبعدی مخزن مقایسه می شوند. نتایج حاصل از مقایسه تحقق ها، دقت بالای الگوریتم پیشنهادی (CCWSIM) در بازتولید رخساره های ناهمگون مخزن را به خوبی نشان می دهد. همچنین الگوریتم پیشنهادی دارای راندمان بسیار بالاتری نسبت به الگوریتم CCSIM است.

    کلیدواژگان: تولید شن و ماسه، ژئومکانیک مخزن، ناهمگونی زیرسطحی، مدل سازی زمین آماری، شبیه سازی چندنقطه ای
  • مرتضی جوادی اصطهباناتی* صفحات 44-59
    در این مقاله، تاثیر جریان غیرخطی نفت درون شکستگی های سنگی بر پارامترهای هیدرولیکی و با هدف ارزیابی انحراف رفتار هیدرولیکی شکستگی ها از قانون دارسی مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور، جریان نفت در داخل شکستگی سه بعدی دارای دیواره های زبر برای دامنه وسیعی از دبی حجمی جریان عبوری و با استفاده از حل عددی همزمان معادلات ناویه-استوکس و پیوستگی به روش حجم محدود شبیه سازی شده است. نتایج حاصل از این مقاله نشان می دهد که جریان نفت درون شکستگی های سنگی دارای رفتار غیرخطی بوده و به همین دلیل، دهانه هیدرولیکی و نفوذپذیری شکستگی پارامترهای ثابت (مستقل) نبوده و کاملا به میزان دبی جریان عبوری از شکستگی وابسته هستند. در حقیقت، با افزایش سرعت جریان در داخل شکستگی ها، مقادیر دهانه هیدرولیکی شکستگی و نفوذپذیری بطور غیرخطی کاهش می یابند که مقدار کاهش نسبی این دو پارامتر برای شکستگی های مورد مطالعه در این مقاله بترتیب در بازه 10 و 20 درصد بوده است. همچنین، نتایج حاصل از برازش قوانین دارسی و فورچی میر به نتایچ حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که رفتار جریان در شکستگی ها سنگی توسط قانون فورچی میر بخوبی توصیف می شود بگونه ای که دقت قانون فورچی میر برای توصیف رفتار جریان نفت در شکستگی مورد بررسی بیش از 98% بوده در حالی که خطای قانون دارسی به بیش از 27% نیز می رسد.
    کلیدواژگان: رفتار هیدرولیکی شکستگی، انحراف از قانون دارسی، دهانه هیدرولیکیپ، قانون فورچی میر، جریان غیرخطی
  • حسن قاسم زاده*، محمد صنایع پسند صفحات 60-80
    در یک مخزن نیروهای ناشی از تنش‏های مکانیکی، تنش‏های حرارتی و فشار سیالات بر روی یکدیگر اثر گذاشته و یک پدیده کاملا بهم‎تنیده را ایجاد می‎کنند. تغییر شکل های مخازن در اثر دما و تنش‏های مکانیکی‏ سبب تغییرات تنش موثر شده و میزان دبی تولید را تحت تاثیر قرار می دهد. به صورت مشابه فشارحفره‏ای و تغییرات درجه حرارت سبب تغییرشکل در مخازن ‏می‏شود. از آنجا که این پدیده‏ها به صورت دوطرفه در اندرکنش با یکدیگر قرار دارند، لحاظ کردن تاثیرهای حرارت، فشارحفره‏ای و تغییرشکل ها بر تولید مخزن در برنامه های شبیه سازی مخزن نیازمند حل همزمان معادلات حرارت، ژیومکانیک و جریان می باشد. در این تحقیق ابتدا به بررسی تاریخچه مدلسازی ترموهیدرومکانیک پرداخته می‎شود. سپس معادلات حاکم شامل سه دسته معادلات توازن جرم، توازن مومنتوم و توازن انرژی برای یک محیط متخلخل تغییرشکل پذیر غیرهم دما که توسط سه فاز سیال آب، نفت و گاز اشباع شده است، ارایه می‏شوند. این معادلات به یکدیگر وابسته بوده و بصورت دستگاه معادلات دیفرانسیل جزیی حل می‏گردند. با توجه به تنیده بودن معادلات حاکم و پیچیده بودن شرایط مرزی آنها، این دستگاه معادلات معمولا به روش عددی حل می‏شوند. روش‎های عددی مختلفی برای حل بکار گرفته شده است که دارای نقاط ضعف و قوت متفاوتی هستند. در این مقاله حل عددی معادلات تنیده ترموهیدرومکانیکی حاکم بر مخازن هیدروکربنی، به روش ترکیبی اجزا محدود و احجام محدود مطرح شده و مثالهایی از شبیه سازی محیط‏های متخلخل ارایه می‏گردد. مثال‏ها توانایی مدل پیشنهادی را نشان ‏می‏دهند.
    کلیدواژگان: مدل‏سازی تنیده، ترموهیدرومکانیک، محیط متخلخل، مخازن نفت و گاز، روش‏های عددی، مدل چندمقیاسی، مخازن شکاف‏دار
|
  • MohammadJavad Nasri *, Ahmad Rammezanzadeh, Hooman Jenabi Pages 1-11

    Rock fracture as a weakness plane in most cases determines the mechanical and hydraulic behavior of the rock mass. In many geomechanical projects such as exploitation of hydrocarbon reservoirs and storage of hydrocarbon materials, recognition of mechanical and hydraulic behavior of fractures is one of the most important issue of the study in design and implement. The most important parameter affecting fracture behavior is the geometry of features such as aperture and roughness. In this manuscript, these parameters are numerically studied. Using the cloud points obtained by scanning the natural fracture surfaces, the digital geometry model is made. The fluid flow is simulated in a rock fracture by solving Navier-Stokes equations, in these geometric models, using fluent software. The validity of this numerical modeling has been tested with the results of laboratory experiments, which suggests that the modeling method is correct. fluid flow in a rock fracture was investigated for a wide range of fluid flow rates and different roughness using this numerical model. The results of this numerical modeling demonstrate that the Forchheimer's relation describes well the flow of nonlinear fluid in a rock fracture. Also, the linear and nonlinear coefficients of the Forchheimer equation are estimated for each geometry. The results show that linear and nonlinear values increase with increasing the aperture.

    Keywords: Fluid Flow, Numerical modeling, Rock Fracture, Roughness of fracture, Forchheimer equation
  • Farzad Barzegar, Mohammad Azadi Tabar, Mohsen Masihi * Pages 12-26
    In this study, a method for generating a pore network model based on porous media static characteristics has been presented. The method with the aim of pore size, coordination number distribution and the porosity is developed to generate an irregular pore network model. Because the model uses probability functions, it has different answers. In order to optimize model, porosity is used as target function. This irregular model has all of the desired static properties such as pore size, coordination number distribution and porosity. The model coordination number can vary from 0 to 26. An effective pore network is extracted using a new clustering algorithm. Finally, the results of an extracted pore network from the CT scan image of a synthetic silica achieved from maximal ball algorithm were used as the model inputs. The outcome of the developed model was compared with the mentioned model and statically and structural agreement was found.
    Keywords: Pore network model, Clustering, Pore size distribution, Coordination distribution, porosity
  • Maryam Noori, Hossein Hassani *, Abdolrahim Javaherian, Seyed Ali Moallemi Pages 27-41
    Gaussian process regression, as a nonparametric probabilistic model based on Bayesian statistics, is highly capable of supporting ‎sparse features such as global anomalies. Detecting abnormal behavior from normal behavior makes Gaussian process regression ‎as an edges detector where faults may occur in the seismic data. In this study, the Gaussian process regression-based anomaly ‎detection was applied to both synthetic and real data containing normal fault to detect the fault edge. To identify the fault edges, ‎the geological layers are considered as normal interaction and the fault edge as a global anomaly which disrupts the normal ‎behavior of layers. The error of regression is analyzed to separate the fault edge. To evaluate the proposed method, it was applied ‎on a series of synthetic seismic data and a real 2D seismic section of F3 block of the North Sea containing the fault. The results ‎show the ability of this method in fault detection.‎
    Keywords: Fault, Gaussian process, Global anomaly, Normal interaction, Fault location highlighting
  • Mojtaba Bavand Savadkoohi *, Behzad Tokhmechi, Erwan Gloaguen, Alireza Arab Amiri Pages 28-43

    Considering the geomechanical characteristics of the subsurface facies in well location can play an important role in reducing the sand production from reservoirs. The main step in the geomechanical characterization in the reservoirs is to create an accurate geomechanical zoning. Due to the intrinsic spatial variability and also the high heterogeneity of the facies making such geomechanical zoning is accompanied with high uncertainty without having a reliable structural model of the reservoir facies. In recent decades, multiple-point simulations (MPS) have been considered not only as an efficient gadget to estimate the geomechanical properties in the reservoirs but also as a tool for the modeling of the heterogeneous facies. The importance of generating an accurate model of the subsurface facies has led to the development of various algorithms to improve accuracy and computational efficiency. In this paper, a new algorithm is proposed for numerical modeling of heterogeneous facies in oil reservoirs. The proposed algorithm is based on Discrete Wavelet Transform (DWT) and the Cross Correlation (CC) function. For this reason, the proposed algorithm is called CCWSIM. The accuracy and computational efficiency of the proposed algorithm are compared with another well-known MPS algorithm, called MS-CCSIM, in a two-dimensional synthetic model of the reservoir. The results of the comparison show high accuracy of the proposed algorithm (CCWSIM) in the reproduction of heterogeneous reservoir facies. In addition, the proposed algorithm is more efficient than MS-CCSIM algorithm.

    Keywords: Sand production, Reservoir Geomechanics, Subsurface heterogeneity, Geostatistical modeling, Multiple-point simulation
  • Morteza Javadi * Pages 44-59
    One of the most important aspects of governing physical processes through rough-walled fractures is the non-linear behavior of flow. The main aim of this paper is to investigate the effect of non-linear flow on the hydraulic parameters and deviation from Darcy’s law. To reach this goal, the three-dimensional simulation of crude oil flow inside rough-walled fractures was performed by numerical solving the Navier-Stokes equations supplemented by the continuity equation through application of finite volume technique. The crude oil flow through three-dimensional space of rough-walled fractures was numerically simulated for a wide range of inlet velocity of flow rates. Then, the regime of flow, the deviation of crude oil flow through rough-walled open fractures from Darcy’s law, nonlinear relationship between hydraulic gradient and flow rate, and the effect of non-linear flow on the hydraulic aperture and permeability of fractures were investigated by analysis of crude oil flow simulation. The results of this study indicate that the crude oil flow through rough-walled fractures is non-linear; therefore the hydraulic parameters such as hydraulic aperture and permeability are not constant and highly depend on the flow rate of crude oil. In fact, hydraulic aperture and permeability of fractures decrease non-linearly by increment of flow rate, where these parameters show 10% and 20% of relative decrement, respectively. In addition, the results of regression analysis show that the Forchheimer’s law appropriately describes the behavior of crude oil flow through rough-walled fractures than Darcy’s law. Moreover, the accuracy of Forchheimer’s law is much more than 98%, but the relative error of Darcy’s law reaches to 27%.
    Keywords: Fracture Hydraulic, Hydraulic Aperture, Rough-walled Fractures, Forchheimer’s law, Non-linear Flow, Darcy’s law Deviation, Crude Oil
  • Mohammad Sanayepasand Pages 60-80
    In an oil reservoirs, the mechanical stresses, the thermal stresses and the fluid pressures can effect on each other and create a completely coupled phenomenon. Reservoir deformations due to thermal and mechanical stresses can cause the changes on effective stress and effect on the rate of production. Similarly, fluid pore pressure and temperature variations can effect on the deformation of reservoirs. Since these phenomena are mutually interacting with each other, considering the effects of temperature, fluid pore pressure and deformation on reservoir production requires the simultaneous simulation of heat, geomechanical and flow equations. In this article, first, the history of thermo-hydro-mechanical modeling is described. Then, the governing equations include three sets of mass equilibrium, momentum equilibrium and energy balance equations are presented for a non-isothermal deformable porous medium that is saturated by three phases of water, oil, and gas. These equations are related to each other and are solved in the form of partial differential equations. Due to being coupled of governing equations and the complexity of their boundary conditions, this equation is usually solved numerically. Different numerical methods have been used for solving which have different positive and negative points. Finally, the numerical solution of coupled thermo-hydro-mechanical equations is described in a finite volume and finite element methods and the examples of porous media simulation are presented. The examples show the ability of the proposed model.
    Keywords: Coupled modeling, Thermo-dynamic, Porous media, Oil, gas storages, Numerical modeling, Multiscale, Cracked storages