فهرست مطالب

مجله ژئومکانیک نفت
سال سوم شماره 3 (پاییز 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/09/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • فرزاد برزگر*، محسن مسیحی صفحات 1-13
    هندسه ی سنگ مخزن یکی از مهم ترین عوامل تاثیرگذار در آنالیز خواص ایستا و پویا در سنگ مخزن است. از تصاویر سی تی اسکن برای به بصری-سازی هندسه ی داخلی سنگ مخزن استفاده می شود. این تصاویر به صورت مستقیم برای انجام محاسبات مناسب نیستند. مدل های شبکه حفرات برای تبدیل این هندسه به مختصات ریاضی استفاده می شود. استخراج این مدل ها از تصاویر سی تی اسکن با استفاده از روش های آماری- احتمالی مبتنی بر پردازش تصویر مانند روش بزرگترین کره اصلاح شده انجام می شود. در این مطالعه روش های جدید برای استخراج مدل شبکه حفرات و نحوه ی اتصال حفرات ارایه شده است. نحوه ی اتصالات مبتنی بر آستانه ی احتمال احاطه گلوگاه مشخص می شود. در این روش پارامترهای استاتیک هندسی سنگ ازجمله تخلخل ناحیه ای، شاخص همگنی سنگ از جهت ساختاری، توزیع و میانگین اندازه حفرات و عدد کیوردیناسیون (هم آرایی) محاسبه می شود. در پایان با استفاده از تصویر مربوط به نمونه ی مصنوعی سیلیکا، نتایج حاصل از روش پیشنهادی با نتایج روش بزرگترین کره اصلاح شده، مقایسه شده است. انطباق خوبی میان نتایج مدل حاصل از روش توسعه داده شده با مدل مذکور مشاهده شده است. همچنین مدل شبکه حفرات استخراج شده از نمونه های ماسه سنگی، کربنات و سنگ های مصنوعی به همراه نمودار شاخص همگنی آن ها ارایه شده است.
    کلیدواژگان: تصاویر سی تی اسکن، پردازش تصویر، شبکه ی حفرات، احاطه گلوگاه، شاخص همگنی
  • ایمان صمدی*، مهرداد سلیمانی، معصومه کردی، امیر احمدی صفحات 14-27
    شکستگی از مهم ترین ویژگی های ژیومکانیکی در مخازن کربناته شکافدار است که تعیین محل چاه های تولیدی و متعاقب آن برنامه تولید از میدان را تحت تاثیر قرار می دهد. در این میان داده های لرزه ای، چاه نمودارهای تصویری، آزمایشات چاه و داده های آنالیز مغزه می توانند مورد استفاده قرار گیرند. در این بین چاه نمودارهای تصویری مانند نمودار ریز تصویر سازند (FMI) با قدرت تفکیک بالا در آشکارسازی شکستگی ها، می توانند در مدل کردن شکستگی های مخزن موثر واقع شوند. با این حال در شرایط پیش از تولید در میدان، نمودارهای FMI ممکن است دارای تعداد و توزیع مناسب نباشند. لذا استفاده از اطلاعات با سطح پوشش بالا می تواند مورد استفاده قرار گیرد. در این تحقیق سعی شده که این نقیصه با مدل سازی توامان شکستگی ها در داده های لرزه ای و FMI برطرف شده و مدل بدست آمده توسط داده های لرزه ای به کمک داده های FMI کنترل شود. این استراتژی بر روی داده های یکی از میادین ایران در خلیج فارس پیاده گردید. بدین ترتیب ابتدا شکستگی ها به کمک الگوریتم مورچگان بر روی داده های لرزه ای مدل گردید. سپس با استفاده از نمودارهای FMI شکستگی های موجود در سازند سورمه در دو چاه، شناسایی شد و مدل اولیه تهیه گردید. سپس با استفاده از داده های مربوط به شکستگی ها، نمودار تجمعی و نمودار شدت شکستگی تهیه شد. با توجه به میزان شدت شکستگی ها در یک فاصله از عمق و تغییرات شیب نمودار تجمعی، زون بندی مبتنی بر شکستگی در محدوده مخزن انجام گرفت. با توجه به تفاوت قدرت تفکیک در داده های لرزه ای و چاه، جهت مدل سازی توامان، بزرگ نمایی نمودار شدت شکستگی در چاه مورد مطالعه صورت گرفت و چهار زون مختلف شکستگی در سازند مخزنی شناسایی شد. در این بین زون شکستگی 2 در یک محدوده از مخزن و زون 4 در محدوده دیگری که دارای بیشترین شدت شکستگی بودند به عنوان زون های هدف برای مطالعات آتی تولید و بهره برداری پیشنهاد گردیدند.
    کلیدواژگان: مدلسازی توامان، زون بندی مخزن، الگوریتم مورچگان، پارامترهای ژئومکانیکی نمودار FMI
  • پرهام پهلوانی*، علی محمد پاکدامن، مهدی مهران پور صفحات 28-44

    تعیین نرخ نفوذ مته یکی از موارد پر اهمیت در صنعت حفاری می باشد. عموما، دو روش برای مدل سازی نرخ نفوذ مته وجود دارد که عبارتند از مدل های فیزیکی و مدل های مبتنی بر شبکه های عصبی. کارایی مدل های فیزیکی با توجه به نقاط ضعفی مانند استفاده از ضرایب تجربی، نیاز به داده های جانبی زیاد، مورد تردید می باشد. از سوی دیگر، شبکه های عصبی می توانند با توجه به محدودیت داده های در درسترس، ابزاری مناسب جهت پیش بینی نرخ نفوذ مته باشند. در این مقاله نرخ نفوذ مته به کمک حدود 2000 روز داده های حفاری، با استفاده از شبکه های عصبی پرسپترون چند لایه و المان مدلسازی شد. در هردوشبکه ی مذکور تعداد 7 نرون به عنوان نرون بهینه در تنها لایه ی پنهان تعیین شد که نتایج نشانگر میزان همبستگی 1/77%، 7/76% و میانگین مربعات خطای 31/1، 33/1 به ترتیب در شبکه ی پرسپترون چندلایه و شبکه ی المان بود. سپس، به منظور ارتقاء نتایج هردو شبکه ی عصبی، پارامترهای ورودی به کمک نظرات کارشناسان و با استفاده از رویه ی تحلیل سلسله مراتبی وزن دهی شد و مجددا مدلسازی نرخ نفوذ صورت گرفت که باعث بهبود نتایج هردو شبکه ی عصبی شد. نتایج حاصل از این پژوهش نشانگر برتری شبکه ی پرسپترون چندلایه جهت تخمین نرخ حفاری می باشد که موید این واقعیت است که شبکه های عصبی با دقت مناسبی قابلیت پیش بینی نرخ نفوذ مته را بر اساس داده های در دسترس دارند

    کلیدواژگان: پیش بینی نرخ نفوذ مته، شبکه عصبی پرسپترون چند لایه، شبکه عصبی المان، فرآیند تحلیل سلسله مراتبی فازی، میادین نفتی
  • محمد داربر، هادی شاکری* صفحات 45-59

    شکست هیدرولیکی، یکی از مهم ترین روش های تحریک مخازن نفت و گاز می باشد که برای افزایش جریان سیال از مخازن با تراوایی پایین به سمت چاه استفاده می شود. عوامل مختلفی، همچون رژیم تنش ها، درزه ها و شکستگی های طبیعی سازند، ریولوژی سیال، خواص مکانیکی سازند، شدت جریان سیال تزریقی و مشبک کاری بر روی فشار و هندسه شکست هیدرولیکی تاثیرگذار هستند. در این تحقیق، برای بررسی آزمایشگاهی تاثیر رژیم تنش ها بر شکست هیدرولیکی، با در نظر گرفتن شرایط مخزن، دستگاه سه محوره ای طراحی و ساخته شد. این دستگاه، توانایی اعمال تنش های ناهمسانگرد برجای زمین در مقیاس آزمایشگاهی را دارا می باشد. سپس 32 نمونه مکعبی سیمانی با ابعاد 10×10×10 سانتیمتر ساخته شد و تاثیر رژیم تنش ها، بر روی هندسه و فشار شکست هیدرولیکی، نمودار فشار-زمان و نحوه گسترش ریز ترک ها و شکستگی های متقاطع در دو حالت چاه قایم و افقی بررسی شد. نتایج مطالعات آزمایشگاهی نشان داد، با افزایش تنش افقی حداکثر در چاه قایم، فشار شکست، یک روند افزایشی- کاهشی و در چاه افقی، فشار شکست، یک روند تقریبا کاهشی را نشان می دهد. در چاه قایم، تاثیر تنش افقی حداکثر بر روی فشار شکست، بیشتر از تنش قایم است، در حالی که در چاه افقی، تاثیر تنش قایم، بیشتر از تنش افقی است. همچنین، با کاهش تنش تفاضلی افقی، در هر دو چاه قایم و افقی، ریز ترک ها و ترک های شاخه ای کوتاه بیشتر می شود. بررسی های آزمایشگاهی این تحقیق با استفاده از مواد شبه سنگی، رفتار مواد سنگی مطالعات قبلی را تایید می کند.

    کلیدواژگان: مدلسازی فیزیکی، شکست هیدرولیکی، رژیم تنش، فشار شکست، هندسه شکست
  • مجید نیکخواه*، امیر صالح نژاد صفحات 60-74

    انتشار موج در توده سنگ ها یکی از مهم ترین مباحث در دینامیک سنگ بوده که در صنایع مختلف نفتی، معدنی، عمرانی و نظامی کاربرد دارد. از آنجایی که توده سنگ شامل ماده سنگ و اشکال مختلفی از ناپیوستگی ها بوده، ماهیت ناپیوستگی های توده سنگ به طور قابل توجهی بر روی خصوصیات مکانیکی و رفتار مهندسی تاثیرگذار است. بنابراین آگاهی و شناخت کافی از چگونگی انتشار موج در توده سنگ ها به ویژه برای پروژه هایی که از اهمیت و حساسیت بالاتری برخوردارند، ضروری است. هدف این مقاله مدلسازی عددی انتشار موج در توده سنگ درزه دار تک درزه و درزه های موازی بوده که در این ارتباط رفتار تغییر شکل سنگ ها خطی فرض شده است. در تحقیق حاضر بررسی عددی ارزیابی انتشار موج و تاثیر پارامترهای سختی درزه نرمال شده و زاویه ورودی بر انتشار موج در توده سنگ تک درزه توسط نرم افزار دوبعدی UDEC انجام می گیرد. همچنین به انتشار موج از طریق توده سنگ دارای چند درزه موازی پرداخته شده و تاثیر فاصله داری نرمال شده درزه ها و تعداد درزه ها بر انتشار موج بررسی شده و درنهایت با نتایج روش های تحلیلی پژوهشگران مقایسه شده است.

    کلیدواژگان: انتشار موج، سختی درزه، روش عددی، فاصله داری درزه، توده سنگ
  • محمد کمیلیان*، امید سعیدی، مهدی رهبر صفحات 75-91

    ناپایداری چاه و هرزروی سیال حفاری در سازند های دارای شکستگی یکی از مسایل عمده در حفاری های عمیق است. بررسی اثر حضور شکستگی ها بر مکانیسم های ناپایداری چاه و هرزروی سیال حفاری اهمیت ویژه ای در تعیین یک الگوی حفاری کارآمد دارد. در این مقاله به-منظور ارزیابی پایداری چاه قایم و همچنین بررسی اثر حضور شکستگی ها بر میزان هرزروی سیال حفاری، شبیه سازی سه بعدی یک چاه در یکی از میدان های نفتی خلیج فارس ارایه شده است. شبیه سازی شرایط هیدرومکانیکی این چاه و پیاده سازی شکستگی های منطقه به ترتیب با استفاده از روش المان مجزا و شبکه شکستگی های مجزا انجام شده است. مدل بر اساس معیار میانگین شعاع زون شکست پلاستیک و لاگ کالیپر، اعتبارسنجی شده است. در این مطالعه، اثر تغییرات چگالی شکستگی ها بر میزان هرزروی سیال حفاری به عنوان یک عامل مهم در پایداری چاه موردبررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که تغییرات لیتولوژی سنگ تاثیر بسزایی در گسترش شعاع زون شکست پلاستیک در اطراف چاه دارد. علاوه بر این، افزایش چگالی شبکه شکستگی ها منجر به افزایش میزان هرزروی سیال حفاری در چاه می شود. بررسی تغییر شکل های برشی در دیواره چاه نشان داد که در یک چگالی مشخص از شبکه شکستگی ها، مکانیسم های وقوع ناپایداری در چاه محدود خواهد شد.

    کلیدواژگان: چگالی شکستگی، پایداری چاه، روش المان مجزا، شبکه ناپیوستگی های مجزا، مدل سازی هیدرومکانیکی، هرزروی سیال حفاری
|
  • Farzad Barzegar *, Mohsen Masihi Pages 1-13
    Reservoir rock geometry is one of the important factors in the analysis of static and dynamic properties. CT scan images are used to obtain the reservoir rock geometry. Because these images are not easy computable, the pore-throat network models are used to geometrical conversation. The process of extracting these models from CT images is done using statistical probabilistic image processing based methods, such as the modified maximal ball algorithm. In this study, new methods for extracting the pore network model and pore connection detection are presented. Throat spanning probability is a criterion for determining the presence of connections. In this method, the geometric static parameters of the rock, including the porosity, the porosity-based homogeneity index of rock, the distribution, and the average pore size& coordination number are calculated. Finally, using the image of a synthetic silica sample, the results of the proposed method are compared with the results of the modified maximal ball (MMB) method. Good agreement was found between the results of the models. Also, the pore network extracted from sandstone, carbonate and synthetic rocks and corresponding porosity-based homogeneity index are presented and discussed.
    Keywords: CT scan images, image processing, pore network, Throat spanning, homogeneity index
  • Iman Samadi *, Mehrdad Soleimani Monfared, Masoumehh Kordi, Amir Ahmadi Pages 14-27
    Fracture identification is an important step in reservoir modelling and production management. Fractures are among the most important parameters that influence fractured carbonate reservoirs. interpretation of high resolution data such as fullbore formation microimage (FMI) log provide valuable information about distribution and properties of fracturs. The FMI log will also separate closed and open fractures. Obviously open fracture provides ability of fluid movement- permeability- in the reservoir and thus define production ability of the reservoir. However, availability of FMI logs through the whole reservoir is some time a problem while its effective radius is small, too. Thus, integrating fracture modelling with seismic data and FMI log will provide a complete fracture model of the whole reservoir. In this study, we have introduced an integrated strategy for fracture modeling using seismic and FMI data. The strategy was applied on a fractured carbonate reservoir from the Persian Gulf. In the presented strategy, the facture will be identified initially by the FMI log, and then the fracture intensity and cumulative intensity logs were derived. Subsequently by defining zonation area based on fracture intensity cumulative log gradient, primary zonation of the formation reservoir was performed. In this step, fracture model from seismic data was integrated by the upscaled fractures model from well data. Hence, four fracture zone identified in the upper formation reservoir and two in the lower one. Based on this model, one zone from each formation were proposed for further study.
    Keywords: Simultaneous modelling, Reservoir zonation, Ant tracking algorithm, geomechanical parameters, FMI log
  • Parham Pahlavani *, Ali Mohamad Pakdaman, Mahdi Mehranpour Pages 28-44

    Determination of the rate of penetration is one of the most important factors in oil industries. Generally, two methods have been proposed for modeling the rate of penetration which include physical and artificial neural networks methods. Artificial neural networks can be used accurately in order to predict the rate of penetration in which the prediction of the rate of penetration does not include experimental coefficients and bit specifications. Furthermore, in this method, the rate of penetration only depends on the input data. In this paper, the rate of penetration using almost 2000 daily drilling reports and rock mechanical properties was applied. These data were reduced to approximately 1800 data according to data preprocessing. The rate of penetration was modeled by two artificial neural networks including a Multi-Layer Perceptron and an Elman with a hidden layer. After preprocessing the input data and sensitivity analysis of the number of neurons in the hidden layer, seven neurons were chosen as the optimized number of neurons in the Multi-Layer Perceptron with the correlation and mean square error of 77.1% and 1.31, respectively. Also, the Elman neural network showed the correlation and mean square error of 77.6% and 1.33, respectively. Thereafter, the fuzzy AHP method was applied for imposing weights, gaining by expert comments, on the input data resulted in improvements of the artificial neural networks. The results of this investigation have shown insignificant superiority of the Multi-Layer Perceptron neural network for prediction of the rate of penetration comparing to the Elman neural networks. Therefore, the proposed weighted Multi-Layer Perceptron neural network models the rate of penetration accurately and appropriately using available data.

    Keywords: Rate of Penetration, MLP Artificial Neural Network, Elman Artificial Neural Network, Fuzzy AHP Method, Oil fields
  • Mohammad Darbor, Hadi Shakeri * Pages 45-59

    Hydraulic fracturing is one of the most important stimulation methods for oil and gas reservoirs to increase fluid flow from low permeability reservoirs to wellbores. Various factors, such as in-situ stresses, joints and natural fractures of the formation, fluid rheology, mechanical properties of the formation, injection fluid flow rate and perforation operation, effect on the pressure and hydraulic fracture geometry. In this research, for the experimental investigation of the hydraulic fracturing, considering the reservoir condition, a three-axial machine with the ability to apply the main stresses was designed and built. Then, 32 concrete cubic samples with 10 × 10 × 10 cm dimensions were constructed and cured in the laboratory and the effect of the in-situ stress field and stress regime on the geometry and breakdown pressure, the pressure-time diagram, the pattern of crack propagation and finally the cross fractures in both vertical and horizontal wellbores were investigated. The results showed that increasing the maximum horizontal stress in the vertical wellbore leads to increased breakdown pressure and increasing deviatoric stress in the horizontal wellbore reduces the breakdown pressure.

    Keywords: Physical modelling, Hydraulic fracturing, Stress regime, breakdown pressure, fracture geometry
  • Majid Nikkhah *, Amir Salehnezhad Pages 60-74

    Wave propagation across rock masses is one of the most important topics in rock dynamics, which is used in various petroleum, mining, civil and military industries. Since rock masses contain rock material and various forms of discontinuities, the nature of rock mass discontinuities significantly affects on the mechanical properties and engineering behavior of rock messes. Therefore, there is a need for adequate knowledge and understanding of how the wave propagates across into the rock masses, especially for projects of higher importance and sensitivity. The purpose of this paper is numerical modeling of wave propagation in single-joint and parallel joints of rock masses. In this regard, the behavior of rock deformation is assumed as linear. In the present study, the numerical study of wave propagation and the effect of normalized joint stiffness parameters and the angle of incidence in single-joint rock masses on wave propagation is done using UDEC software. Also, the propagation of the wave through the rock mass with several parallel joints has been studied and the effect of the normalized spacing between the joints and the number of joints on the wave propagation has been investigated and, finally, compared with the results of the analytical methods of the researchers.

    Keywords: Wave propagation, Joint stiffness, Numerical method, Rock mass, joint spacing
  • Mohammad Komeilian *, Omid Saeidi, Mahdi Rahbar Pages 75-91

    Borehole instability in fractured formations and fluid loss during drilling is an important challenge for creating a stable drilling pattern in the oil industry. Understanding complex mechanisms and coupled hydromechanical phenomena which occur in fractured formation, needs to be more studies by using powerful approach such as distinct element methods. One of the main causes of fluid loss and increased in drilling costs, is the presence of fractures in the rocks. because of that, the investigation of borehole instability in fractured formation would be useful in determination of a safe methodology for drilling processes. In this paper, the simulation of the hydromechanical conditions of a borehole in fracture formation is carried out using Discrete Fracture Network (DFN) and Distinct Element Method (DEM). The modeling presented in this paper is based on real geomechanical and fractures characteristics in one of the boreholes in Persian Gulf oilfield. The model is validated using normalized yield zone criteria according to the caliper log data. The investigation of mud loss in the fracture network is based on changes in volume of spaces, between the discontinuities and non-compressible assumption for drilling fluid. In this paper, in other to understanding the effect of fracture density on borehole stability and fluid loss, six different scenarios for fracture density was investigated. The results showed, increasing the fracture density can be an absolute negative factor for instability in borehole. The numerical analysis shows that, in a specific range of fracture density, the overall mechanism of shear deformation in borehole would be different. However, the result of fluid loss analysis in fractured formation adjustment of borehole, showed that, by increasing the fracture density, volume of fluid loss increased continuously.

    Keywords: Fracture density, Borehole stability, Distinct Element Method, Discrete Fracture Network, Hydromechanical modeling, Drilling fluid loss