فهرست مطالب

مجله ژئومکانیک نفت
سال چهارم شماره 4 (زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/12/17
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سعید محمدی زاده، حامد نامدار*، آرزو جعفری، کامران گشتاسبی صفحات 1-18

    ذخیره سازی زیر زمینی گاز به طور عمده به سه روش ذخیره سازی در مخازن نفت و گاز تخلیه شده، ذخیره سازی در سفره های آب زیر زمینی (آبخوان ها) و ذخیره سازی در گنبدهای نمکی انجام می شود. ذخیره سازی زیر زمینی گاز طبیعی در آبخوان ها به دلیل نزدیکی به شهر های بزرگ و بازارهای مصرف، از اهمیت بسزایی برخوردار است. تاکنون ذخیره سازی گاز طبیعی در آبخوان ها از جنبه های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است، اما از نقطه نظر ژیومکانیکی تاکنون مطالعه ای صورت نگرفته است. لذا در این پژوهش به منظور بررسی پارامترهای ژیومکانیکی اثرگذار بر روی فرآیند ذخیره سازی زیر زمینی گاز طبیعی در یک آبخوان، به شبیه سازی فرآیند با استفاده از نرم افزار المان محدود آباکوس پرداخته شده و پارامترهای ژیومکانیکی موثر بر این فرآیند مورد مطالعه قرار گرفته است.در ابتدا تاثیر تزریق و تولید گاز بر فشار منفذی و جابجایی قایم مخزن در زمان ها و مکان های مختلف پس از پایان تزریق و در انتهای تولید بررسی شد. در ادامه آنالیز حساسیت نسبت به پارامترهای ورودی مدل انجام شد. نتایج نشان داد که نسبت تنش های افقی به تنش قایم اولیه بیشترین تاثیر را در بالابردن احتمال گسیختگی کششی دارد. همچنین مقدار دبی تزریقی و تولیدی بیشترین تاثیر را بر افزایش احتمال گسیختگی برشی دارد و پس از آن، نسبت تنش های افقی به تنش قایم اولیه بیشترین تاثیر را بر روی احتمال گسیختگی برشی دارد. در مورد جابجایی قایم مخزن در درجه اول دبی تزریقی و تولیدی بیشترین تاثیر را داشته و پس از آن مدول یانگ مخزن در رتبه بعدی قرار می گیرد. بیشترین میزان جابجایی پس از تزریق در محل تزریق در حدود 8 میلی متر و پس از پایان تولید در محل تولید در حدود 12 میلی متر می باشد. بیشترین میزان افزایش فشار منفذی، در اطراف چاه تزریقی و یک سال پس از شروع تزریق می باشد، که میزان این افزایش فشار نسبت به فشار اولیه آبخوان برابر با 534 کیلو پاسکال است..

    کلیدواژگان: ذخیره سازی زیر زمینی گاز، آبخوان، مدل ژئومکانیکی، روش المان محدود، جابجایی قائم
  • حمید قالیباف محمدآبادی، ناصر حافظی مقدس*، غلامرضا لشکری پور، رئوف غلامی، حسین طالبی صفحات 19-34

    در این تحقیق از روش یادگیری بدون نظارت جهت تعیین واحد های ژیومکانیکی در یکی از چاه های نفتی جنوب ایران با استفاده از لاگ های داده های چاه نگاری شامل نگاره گاما طبیعی (SGR) ، نگاره گاما اصلاح شده (CGR)، چگالی (RHOB)، تخلخل نوترونی (NPHI)، زمان موج برشی (DTSM) و زمان موج طولی (DTCO) استفاده شده است. برنامه نویسی مورد نیاز در محیط پایتون انجام گرفته است. در این راستا ابتدا بعد از پردازش داده های چاه نگاری از دو الگوریتم محبوب قدرتمند نظارت شده یادگیری ماشین ایکس جی بوست (XGBoost) و شبکه عصبی پرسپترون چند لایه (Multi-Layer Perceptron Neural Network) جهت بازیابی داده های گمشده استفاده گردید. سپس از روش های بدون نظارت یادگیری ماشین شامل مدل k- میانگین (K-Means Clustering)، الگوریتم خوشه بندی سلسله مراتبی (HAC)، الگوریتم خوشه بندی DBSCAN مبتنی بر غلظت، و مدل آمیخته گوسی (Gaussian Mixture Modelling) جهت تعیین واحد های ژیومکانیکی مخزنی پر فشار، آهکهای نارک لایه و غیرمخزنی مسیله دار استفاده شد. در این روش ها الگوریتم ها خود الگوهای زیر سطحی را با استفاده از داده ها شناسایی می کنند که ممکن است به راحتی در طول کاوش داده قابل مشاهده نباشند. معیار ارزیابی دقت روش دقت در شناسایی آهک های نازک لایه، سازندهای غیر مخزنی مسیله دار و افق های پر فشار سازند های مورد مطالعه در نظر گرفته شد. نتایج مطالعات نشان داد که از بین روش های مورد مطالعه روش GMM به جای اینکه بر اساس فاصله باشد، مبتنی بر توزیع است و از مرزهای خوشه/تصمیم بیضی استفاده می کند. بنابراین، منجر به طبقه بندی نرم تری می شود. علاوه براین، بخاطر قرار دادن الگوهای احتمالاتی مختلف برای شناسایی واحد های ژیومکانیکی، روشی بهتر جهت تعیین واحدهای مخزنی پر فشار ایلام، سروک و آهکهای نازک لایه می باشد.

    کلیدواژگان: الگوریتم های یادگیری ماشین، یادگیری بدون نظارت، یادگیری نظارت شده، مدل - k میانگین، مدل آمیخته گوسی، الگوریتم(XGBoost)، الگوریتم (Multi-Layer Perceptron Neural Network)
  • علی کاظمی، مجید نیکخواه*، مجتبی حیدری صفحات 35-47
    با افزایش نیاز به انرژی و با توجه به وابستگی صنایع مختلف به سوخت های فسیلی، صنعتگران در حوزه نفت و گاز را بر آن واداشت تا در اندیشه افزایش میزان تولید از میدان های فعلی قرار گیرند. روش های جدیدی بدین منظور برای مخازن نفت و گاز ارایه شدند، که ازجمله مهم ترین آن ها به کارگیری روش شکست هیدرولیکی است. عوامل متعددی می تواند در شرایط ایجاد شکاف و هندسه آن اثرگذار باشند، که می توان به وجود شکستگی های طبیعی به عنوان یکی از مهم ترین موارد موثر اشاره کرد. ویژگی های هندسی شکستگی های طبیعی می تواند بر روی نحوه اجرا عملیات و نوع شکاف هیدرولیکی ایجاد شده موثر واقع شود؛ از این رو مطالعه آن ها پیش از انجام عملیات اجتناب ناپذیر است. در این مطالعه شکستگی های طبیعی با استفاده از شبکه شکستگی های مجزا و فرآیند شکافت هیدرولیکی با استفاده روش عددی اجزا مجزا مورد بررسی قرارگرفته است. در این بررسی ویژگی های هندسی شکستگی ها از قبیل چگالی، طول شکستگی و جهت داری و تاثیر آن بر شکستگی هیدرولیکی مورد مطالعه واقع شده است. نتایج گویای آن است که خصوصیات شبکه شکستگی مجزا و هندسه شکستگی ها می تواند عملیات شکست هیدرولیکی را تحت تاثیر قرار داده و نتایج را کنترل کرده و در اغلب موارد نتایج امیدبخشی را در تخمین پاسخ مخزن نسبت به تزریق سیال فراهم کند.
    کلیدواژگان: شکست هیدرولیکی، شکستگیهای طبیعی، شبکه شکستگی های مجزا، روش اجزای مجزا، نفت
  • احسان طاهری*، احمدرضا خدایاری، کامران گشتاسبی صفحات 48-67
    پس از حفر چاه و برای دستیابی به ماده نفتی از سازند حفاری شده با توجه به اطلاعت موجود و دریافت شده از تصویرگرها، نقاط نت که احتمال وجود ماده نفتی در آن ها بیشتر از سایر نقاط است، مشخص می گردد. حال دیواره چاه حفر شده، در نقاط مشخص شده مشبک کاری می شود. مشبک کاری لایه بهره دهی فرآیندی بسیار مهم و تاثیر گذار در عملیات تکمیل چاه خواهد بود. در واقع می توان گفت که مشبک کاری کلید اصلی دستیابی به نفت در مخازن هیدروکبری پس از حفر چاه است. در این پایان نامه ابتدا به معرفی انواع روش های مشبک کاری و فرآیند های مربوط به تکمیل چاه پرداخته شده است. سپس بر اساس داده های اولیه مربوط به یکی از سازند های جنوب غربی کشور عزیزمان ایران، مدل سازی سه بعدی به وسیله نرم افزار Flac3D جهت مشخص نمودن جهت بهینه مشبک کاری برای دستیابی به تولید بیشتر صورت گرفته است. برنامه استاتیکی - دینامیکی Flac3D آنالیز سریع و پیوسته لاگرانژی را به وسیله روش تفاضل محدود یا همان FDM انجام می دهد. نرم افزار مورد استفاده در راستای این مدل سازی از مدل رفتاری Strain softening/hardening استفاده شده است. در راه دستیابی به تولید بیشتر ماده نفتی، مقدار تولیدی ماسه یا همان Sand production با بررسی زون های پلاستیک تشکیل شده و میزان جابه جایی نقاط مختلف چاه در محیطی با آنیزوتروپی تنش تجزیه و تحلیل گردیده است. نتایج نشان می دهد که بهینه زاویه مشبک کاری در جهت تنش افقی مینیمم یعنی همان σ_h بوده و در این زاویه مقدار جابه جایی ابتدا و انتهای مناطق شبک کاری شده بسیار کمتر از حالات دیگر بوده است. البته از تاثیر چگالی مشبک کاری در یک نقطه نیز نمی توان صرف نظر نمود.
    کلیدواژگان: مشبک کاری، آنیزوتروپی تنش، FLAC3D، FDM، strain softening، hardening
  • محمدرضا دریس عبدالله پور*، محمدصادق نیکخواه، حسین نادری، حسین جلالی فر صفحات 68-84

    فرآیند شکست هیدرولیکی یکی از مهم ترین فناوری های قابل استفاده برای افزایش میزان بهره برداری و تولیداز میدان های نفتی و گازی با تراوایی پایین می باشد. با توجه به هزینه ی بالای شکست هیدرولیکی، بایستیقبل از انجام این عملیات، مطالعات لازم و کافی در خصوص خواص سنگ و سیال و میدان تنش های حاکمدر اعماق زمین صورت گیرد. به این منظور در این تحقیق با استفاده از نمونه های مصنوعی در آزمایشگاه، اثر تخلخل بر فشار شکست،نوع ترک و همچنین تاثیر فشار های جانبی مختلف بر عملیات شکست برسی گردید. برسی های انجام شده نشان داد که با افزایش فشارجانبی فشار شکست بالاتر رفته و در فشار جانبی بالاترک از حالت قایم منحرف می شود. همچنین با افزایش تخلخل برای نمونه های15 و 13 درصد فشار شکست هیدرولیکی در فشار همه جانبه ی 2 مگاپاسکال به ،19 ، به ترتیب به میزان 20 R و 40 R30 -R20-R10، 20 و 12 درصد و در فشار همه جانبه ی 5 مگاپاسکال 35 ،25 ، 20 و 19 درصد، در فشار همه جانبه ی 3 مگاپاسکال 33 ،22 ، ترتیب 3720 و 20 درصد کاهش دارد که در فشار جانبی های بالاتر این تاثیر کم تر می باشد

    کلیدواژگان: شکست هیدرولیکی، اثر تخلخل، اثر فشار جانبی، ترک، مقاومت سنگ، نحوه ی شکست، جا به جایی
  • عیسی خدامی*، احمد رمضان زاده، مهدی نوروزی صفحات 85-103
    تعیین مناسب پنجره وزن گل ایمن به منظور کاهش ریسک هرزروی گل حفاری و نیز کاهش ریسک فوران چاه حایز اهمیت است و در نهایت باعث ایجاد یک حفاری ایمن و افزایش سرعت عملیات حفاری خواهد شد. در این تحقیق بر روی یکی از چاه های میدان نفتی مارون واقع در جنوب غرب ایران به عنوان مورد مطالعاتی تمرکز شده است. جهت برآورد پارامترهای ژیومکانیکی از جمله پارامترهای مکانیکی سنگ، فشار منفذی و همچنین تنش های منطقه از لاگ های چاه پیمایی و صوتی و روابط تجربی مناسب برای میدان مورد نظر، استفاده شده است. پس از برآورد پارامترهای ژیومکانیکی سازند و ساخت مدل ژیومکانیکی، مدل ساخته شده اعتبارسنجی شده تا نسبت به صحت مدل اطمینان حاصل شود. پس از تهیه مدل ژیومکانیکی معتبر، در ادامه پایداری چاه موردنظر به روش تحلیلی با استفاده از دو معیار شکست موهر-کولمب و موگی-کولمب مورد بررسی قرار گرفته و کاربرد معیارهای فوق در تعیین پنجره ایمن وزن گل باهم مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهد که معیار موگی - کولمب نسبت به معیار موهر - کولمب، شکستگی های ایجاد شده در چاه مورد مطالعه مانند اتفاق Breakout را بهتر تشخیص می دهد. به منظور صحت سنجی مدل ژیومکانیکی و تایید کارایی معیارهای تجربی بکار برده شده در تشخیص پدیده Breakout، شبیه سازی عددی چاه در دو مرحله ژیواستاتیک و حفاری انجام شد. نتایج شبیه سازی، بیانگر تشکیل پدیده Breakout در عمق مورد مطالعه و درنتیجه تاییدی بر شیوه بکار برده شده در این مقاله است.
    کلیدواژگان: میدان مارون، مدل ژئومکانیکی، چاه پیمایی، موهر-کولمب، موگی-کولمب، Breakout
|
  • Saeed Mohammadizadeh, Hamed Namdar *, Arezou Jafari, Kaamran Goshtasbi Pages 1-18

    Underground storage of natural gas is mainly accomplished by three methods storage in depleted oil and gas reservoirs, storage in aquifers, and storage in salt domes. Among these methods, underground storage (UGS) in aquifers is of much paramount due to more accessibility to metropolises and consumption markets, proper conditions, and ability to keep the gas for long period of time. So far, storage of natural gas in aquifers has been studied from various aspects, but from a geomechanical point of view, no studies have been conducted to date. So, in this study, in order to investigate the geomechanical parameters affecting the process of underground storage of natural gas in an aquifer, the process has been simulated by Finite Element Method (FEM) using ABAQUS software and the geomechanical parameters affecting this process have been studied. For this purpose, first, the impacts of gas injection and production on pore pressure and vertical displacement in different times and locations are thoroughly investigated after injection and production phases. Afterwards, the sensitivity analysis is done regarding to the input parameters of the model. The results showed that the ratio of horizontal stresses to initial vertical stress is considered to have the maximum impact on increasing the probability of tensile failure. Also, injection/production rate and the horizontal stresses to initial vertical stress ratio have the greatest influences on probability of shear failure respectively. Besides, injection/production rate and reservoir Young modulus have the highest impact on vertical displacement respectively. The highest vertical displacement after injection phase and after production phase are 8 at the injection location and 12 (mm) at the production location, respectively. In addition, the highest increase of pore pressure took place around injection wells one-year after injection start time which is equal to 534 KPa compared to the aquifer initial pressure.

    Keywords: underground gas storage, aquifer, Geomechanical Model, Finite element method, vertical displacement
  • Hamid Ghalibaf Mohammad Abadi, Naser Hafezi Moghaddas *, GholamReza Lashkaripour, Raoof Gholami, Hossin Talebi Pages 19-34

    Machine Learning algorithms have widely been adopted to group well log measurements into distinguished lithological groupings, known as Facies/Geomechanical units. This procedure can be achieved using either unsupervised learning or supervised learning algorithms. Supervised learning is the most common and practical of machine learning tasks and it is designed to learn from the example using input data that has been mapped to the correct output. In this research, we can run the modeling using Unsupervised Learning, where we authorize the algorithms to recognize underlying patterns within the data that may not be easily visible during data exploration. Therefore, an unsupervised learning method has been used to determine geomechanical zones. In this method, we give one's consent/assent to algorithms to identify subsurface patterns using data that may not be easily visible during data exploration. First, the application of practical methods of machine learning algorithms, including the K-mean model, Based Spatial Clustering of Applications with Noise (DBSCAN), Hierarchical Agglomerative Clustering (HAC), and Gaussian mixed model, will be explained, And then in this research, the best method for predicting petrophysical layers will be presented and compared the results with an established Lithofacies curve. The required programming is done in a Python environment. In this regard, after well processing, The XGBoost and Multi-Layer Perceptron Neural Network Algorithms have been used to predict the missing data. The optimal number of clusters is obtained using an ‘elbow’, In this article, as the title suggests, Four methods are used in cluster analysis unsupervised machine learning algorithms, but in petrophysical, geological, and geomechanical realities, data seldom conform to good circle patterns. Whereas if the data clusters are circular, K-Means clustering and Hierarchical Agglomerative Clustering( HAC) work great. Therefore, it is better to use the Gaussian mixed models (GMM) method.

    Keywords: Machine Learning, Supervised machine learning, Unsupervised Machine Learning, K Means Clustering Modelling, Gaussian Mixture Modelling, XGBoost Algorithm
  • Ali Kazemi, Majid Nikkhah *, Mojtaba Heydari Pages 35-47
    With the increasing need for energy and the dependence of various industries on fossil fuels, oil and gas experts have been forced to think about increasing production from existing fields. These conditions necessitated the introduction of new methods for this purpose for oil and gas reservoirs, the most important of which was the use of hydraulic fracturing methods. Numerous factors can affect the condition of the fracture and its geometry, which can be noted as the existence of natural fractures as one of the most important factors. The geometric properties of natural fractures can affect how the operation is performed and the type of hydraulic fracture created; Therefore, studying them before performing the operation is inevitable. In this study, natural fractures have been investigated using a discrete fracture network and the hydraulic fracturing process using a numerical method based on discrete element method. In this regard, the geometric properties of fractures such as density, fracture length and orientation and its effect on hydraulic fractures have been studied. The results indicate that the characteristics of the discrete fracture network and the geometry of the fractures can influence the hydraulic fracturing operation and control the results, and in most cases provide promising results in estimating the reservoir response to fluid injection.
    Keywords: Hydraulic fracturing, fracture, Discrete Fracture Network, Petroleum, Numerical modeling
  • Ehsan Taheri *, Ahmadreza Khodayari, Kaamran Goshtasbi Pages 48-67
    After drilling wells for obtaining oil from drilled formation based on the availableinformation which was received from the illustrators, the points where theprobability of oil content is more than other points are identified. Now, the walls ofdrilled wells perforated in some net points where the possibilities of having oil inthis condition are more than the other state of affairs. Perforation of the productionlayer will be a very crucial and effective process in the operation of wellborecompletion. In fact, it can be said that perforation is the main key to achieving oil inhydrocarbon reservoirs after drilling wells. In this thesis, based on preliminary datarelated to one of the formations of southwestern Iran, 3D modeling has been doneby Flac3D software in order to determine the optimal perforation direction toachieve more production. Flac3D is a static-dynamic program which performs fastLagrangian Analysis by finite difference method. To model the proposition, thestrain softening behavioral model has been used in Flac3D software.This model has been designed as a constant discharge. In order to optimizeproduction from the well, factors such as displacements of perforations, strain shearplastic and stress concentration in critical points have been investigated by applyingdifferent scenarios of oriented perforations.The results show that the optimal angle is obtained when the perforations are one inthe direction of minimum horizontal stress and the other in the direction ofmaximum horizontal stress which makes a 90degree angle together.
    Keywords: Perforation, Stress Anisotropy, FLAC3D, finite difference, Strain Softening Hardening
  • MohammadReza Deris Abdolah Pour *, MohammadSadegh Nikkhah, Hossein Naderi, Hossein Jalalifar Pages 68-84

    Hydraulic fracturing process is one of the most important technologies that can be used to increase the exploitation and production from low permeability oil and gas fields.Due to the high cost of hydraulic failure, the necessary and sufficient studies on the properties of rock and fluid and the field of stresses in the depths of the earth should be done before performing the operation.For this purpose, in this study, using artificial samples in the laboratory, the effect of porosity on fracture pressure, type of crack and also the effect of different lateral pressures on fracture operation were investigated.The studies showed that with increasing lateral pressure, the fracture pressure increases and at high lateral pressure and the crack deviates from the vertical position. Also, with increasing porosity for samples R10, R30, R20 and R40 by %15, %19, %20 and %13, respectively, the hydraulic failure pressure at 2 MPa compressive pressure decreases by %20, %22, %37 and 19% At 3 Mpa decreases by %25, %33, %20 and 12%, and at 5 MPa decreases by %20, %25, %35 and %20. At higher lateral pressures, this effect is less.

    Keywords: Effect. of porosity, hydrulic fracturing.crack, pressure, uniaxial stress, Rock
  • Eissa Khodami *, Ahmad Ramezazadeh, Mehdi Noroozi Pages 85-103
    Proper determination of the safe mud weight window is important in order to reduce the risk of mud loss and also reduce the risk of well eruption and ultimately will create safe drilling and increase the speed of drilling operations. In this research, one of the wells of the Maroon oil field in southwestern Iran has been investigated as a case study. To estimate the geomechanical parameters, including the mechanical parameters of the rock, the pore pressure, as well as the stresses of the region, sound well loges and proper experimental relationships have been used for the field. After estimating the geomechanical parameters and constructing the geomechanical model, the constructed model is validated to ensure accuracy. After preparing a valid geomechanical model, the stability of the well is analyzed using the two criteria of Mohr-Columbus and Mogi-Columbus failure, and the application of the above criteria in determine " mud weight safe window" is compared. The results show that the Moggi-Columbus criterion better than the Mohr-Columbus criterion recognizes the fractures created in the studied well, such as the Breakout event. To validate the geomechanical model and confirm the efficiency of the empirical criteria used in detecting the breakout event, numerical simulation of wells in two steps of geostatic and drilling was performed. The simulation results indicate the formation of a breakout event in the depth of the study and thus confirm the method used in this paper.
    Keywords: Maroon field, Geomechanical Model, well logging, Mohr-Columbus, Mogi-Columbus, Breakout