فهرست مطالب

مجله ژئومکانیک نفت
سال چهارم شماره 2 (تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/10/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • حبیب الله ظفریان، محمدجواد عامری شهرابی*، یاسر ارجمند، سید مرتضی میرعباسی صفحات 1-9

    امروزه استفاده از سرمته های دندانه الماسی مصنوعی (PDC)[1] در صنعت نفت به ویژه در حفاری های عمیق گسترش یافته است. از همین رو، با توجه به قیمت بالای این نوع سرمته ها، شناخت و تحلیل مدل برهم کنش این نوع سرمته با سنگ حایز اهمیت فراوان است. تاکنون مدل های ریاضی زیادی برای تبیین برهم کنش سنگ و سرمته ارایه شده است که یکی از مهم ترین این مدل ها، مدل تحلیلی نیشیماتسو می باشد. تمامی مدل های موجود، برهم کنش سنگ و سرمته را در شرایط محیطی مدل سازی کرده اند؛ حال آنکه در حفاری واقعی، سنگ تحت تنش های برجای زمین نیز قرار دارد. ازاین رو میزان نیروی اعمالی توسط سرمته برای کندن سنگ بسیار متفاوت از شرایط محیطی خواهد بود. تلاش های بعدی برای توسعه مدل نیشیماتسو در شرایط حفاری، فرض کرده اند که سنگ در همان زاویه ای دچار شکست می شود که در شرایط محیطی می شکند؛ این در حالی است که با تغییر عمق و در نتیجه تغییر تنش های برجای وارده به سنگ، زاویه شکست متفاوت خواهد بود. در این مقاله، با حذف این فرض ساده شونده، مدل تحلیلی نیشیماتسو برای شکست سنگ، مبتنی بر شرایط واقعی حفاری توسعه داده شده و برای داده های یکی از میادین ایران، مورد کاوی شده است. نتایج نشان می دهد حذف این فرض ساده شونده منجر به کاهش خطای 15-20% در محاسبه زاویه شکست و نیروی لازم برای شکست می شود.

    کلیدواژگان: برهم کنش سنگ وسرمته، زاویه شکست سنگ، نیروی شکست سنگ، مدل تحلیلی، سرمته دندانه الماسی مصنوعی
  • محمد فائز*، بهزاد تخم چی، احمد رمضان زاده، سید رضا قوامی ریابی صفحات 10-19
    هندسه شکستگی ها شامل جهت داری، فاصله داری، دهانه بازشدگی و غیره از جمله پارامترهای تاثیرگذار بر میزان نفوذپذیری در سنگ ها می باشد. مطالعه اثر جهت داری و فاصله داری بر میزان نفوذپذیری در مقیاس آزمایشگاهی نیازمند انتخاب نمونه مناسب ازنظر ویژگی های فیزیکی و مکانیکی می باشد. ازاین رو در این تحقیق نمونه های مصنوعی شامل بتن و فیبر نخ دار انتخاب شدند و پارامترهای فیزیکی و مکانیکی شامل چگالی، میزان جذب آب، تخلخل، سرعت موج فشاری و برشی، نفوذپذیری، مقاومت فشاری تک محوره، مدول الاستیک اندازه گیری و با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج حاصل از آزمایش نشان داد که نمونه بتنی به دلیل میزان تخلخل، جذب آب، نفوذپذیری نسبتا بالا و شکننده بودن نمی تواند نمونه مناسبی برای این تحقیق باشد. از طرف مقابل نمونه ساخته شده از فیبر نخ دار نه تنها از ویژگی های مناسب فیزیکی و مکانیکی برخوردار می باشد، بلکه به دلیل رفتار غیرشکننده و منعطف بودن، مطلوب برای ایجاد شکستگی ها با زوایای متفاوت، دهانه بازشدگی یکسان و فاصله داری های مختلف است.
    کلیدواژگان: نفوذپذیری، بتن، شکستگی، فیبر نخ دار، نمونه مصنوعی
  • سعید جمشیدی*، علی زلکی نژاد صفحات 20-34
    ایجاد شکاف هیدرولیکی یکی از مهم ترین روش هایی است که امروزه برای افزایش تولید نفت به خصوص در میادینی با تراوایی پایین استفاده می شود. مدل های مختلف دوبعدی و سه بعدی برای طراحی شکاف هیدرولیکی وجود دارند که در این مقاله با ترکیب روش Unified Fracture Design و مدل دوبعدی Khristianovich-Geertsma De klerk یک طراحی بهینه شکاف هیدرولیکی معرفی شده است.برای این طراحی، با حدس مقدار تراوایی شکاف در وزن پروپانت های مختلف، پارامترهای مورد نیاز برای طراحی شکاف هیدرولیکی در آن وزن پروپانت ها به دست می آیند و سپس مقدار تراوایی شکاف با استفاده از نمودارهایی که غلظت پروپانت در شکاف و فشار بسته شدن شکاف و هدایت پذیری شکاف را به هم ربط می دهند، به روزرسانی می شود که این نمودارها برای پروپانت های مختلف، متفاوت هستند که در این مقاله از نمودار مرتبط با پروپانت شن با سایز مش 50/30 استفاده شده استپس از محاسبه ی تمامی پارامترهای مورد نیاز در وزن پروپانت های مختلف، لازم است تا مناسب ترین وزن پروپانت انتخاب شود که از دو روش متفاوت می توان برای این کار استفاده کرد؛ در روش اول با توجه به مقادیر پارامترهایی مانند نرخ تزریق، اثر پوسته، فشار تزریق در سطح، بازدهی عملیات شکاف هیدرولیکی و سایر پارامترهای مورد نظر، وزن پروپانت مدنظر انتخاب می شود و در روش دیگر، وزن پروپانت متناظر با نرخ تزریق مدنظر بدست آورده می شود و طراحی شکاف هیدرولیکی بر اساس نرخ تزریق مدنظر انجام می شود. در انتها برای اطمینان از صحت نتایج به دست آمده توسط این روش، یک حساسیت سنجی نیز انجام شده است که معتبر بودن این روش را اثبات می کند.
    کلیدواژگان: انگیزش چاه، مدل KGD، روش UFD، وزن پروپانت، شکاف هیدرولیکی
  • عباس سلحشور*، احمد گایئنی، علیرضا شاهین، مصیب کمری صفحات 35-47
    تعیین گونه های سنگ در ساخت مدل استاتیک و پویای مخازن هیدروکربنی از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. تخمین دقیق خواص سنگ های مخزنی، باعث افزایش دقت و صحت در پیش بینی میزان ذخیره مخزن و عملکرد آن می شود. تاکنون مدل های متعددی برای تعیین گونه های سنگ های مخزن توسط متخصصین پیشنهادشده است؛ اما اکثر مدل های پیشنهادی بر اساس روش های متداول مدل محور مهندسی و زمین شناسی سنگ های مخزنی کربناته استوار بوده است. بنابراین استفاده از یک روش یادگیری ماشین برای تعیین گونه های سنگی در مقایسه با روش های پیشین و مقایسه کارایی و عملکرد آن با سایر روش ها ضروری به نظر می رسد. در این مطالعه داده های مغزه و لاگ در مخزن نفتی مارون پس از آماده سازی، با استفاده از تکنیک سری های زمانی پویا (DTW) هم عمق سازی شده اند. سپس داده های مغزه توسط روش یادگیری ماشین غیر نظارتی کی-میانگین خوشه بندی شدند. همچنین فرآیند خوشه بندی داده های مغزه توسط روش های متداول مدل محور از قبیل روش شاخص منطقه جریانی (FZI) و وینلند نیز انجام گردید. در ادامه نتایج خوشه بندی با استفاده از روش های کی-میانگین، شاخص منطقه جریانی و وینلند با در اختیار داشتن اطلاعات لیتولوژی لاگ ها صحت سنجی شده و با یکدیگر مقایسه شده است. روش کی-میانگین با معیار صحت سنجی 93.5 درصد، موفق به انجام بیشترین تفکیک پذیری خوشه ها شد که نشان داد روش یادگیری ماشین مبتنی بر داده کی-میانگین، جایگزین مناسبی برای روش های متداول مدل محور برای خوشه بندی گونه های سنگی می باشند.
    کلیدواژگان: خوشه بندی، مخزن، گونه سنگی، لاگ، هم عمق سازی، مغزه
  • عباس سلحشور*، احمد گایئنی، علیرضا شاهین، مصیب کمری صفحات 48-59
    تراوایی یا نفوذپذیری، یکی از خصوصیات مهم مخازن نفت و گاز است که پیش بینی آن دشوار می باشد. در حال حاضر از مدل های تجربی و رگرسیونی برای پیش بینی تراوایی استفاده می شود، از سوی دیگر افزایش دقت در پیش بینی تراوایی جهت نقاطی که فاقد نمونه مغزه است از اهمیت ویژه ای در تحلیل رفتار مخزن برخوردار است. در چند وقت اخیر، به دلیل قابلیت پیش بینی بهتر، از الگوریتم های یادگیری ماشین برای پیش بینی تراوایی استفاده شده است. در این مطالعه، مدل یادگیری ماشین گروهی جدیدی برای پیش بینی تراوایی در مخازن نفت و گاز معرفی شده است. در این روش، داده های ورودی با استفاده از اطلاعات لیتولوژی لاگ ها برچسب گذاری شده و به تعدادی از خوشه ها تفکیک می شوند و هر خوشه توسط الگوریتم یادگیری ماشین مدل سازی شد. برخلاف مطالعات قبلی که به صورت مستقل روی مدل ها کار می کردند در اینجا ما ضمن طراحی یک مدل گروهی با استفاده از الگوریتم های رگرسیون درخت تصمیم افزوده (ETR)، رگرسیون درخت تصمیم (DTR) و رگرسیون گرادیان تقویت شده (GBR) و داده های پتروفیزیکی، توانستیم صحت و دقت پیش بینی همچنین خطای میانگین مربعات را به طرز چشم گیری بهبود ببخشیم و تراوایی را با دقت 99.82 درصد پیش بینی کنیم. نتایج نشان داد که مدل های گروهی در بهبود دقت پیش بینی تراوایی در مقایسه با مدل های انفرادی تاثیر فراوانی دارند و همچنین تفکیک نمونه ها بر اساس اطلاعات لیتوژی، دلیلی بر بهینه نمودن تخمین تراوایی نسبت به تحقیقات گذشته بود.
    کلیدواژگان: تراوایی، مدل گروهی، لیتولوژی، یادگیری ماشین، نگاره های پتروفیزیکی
  • سید مرتضی میرعباسی، محمدجواد عامری شهرابی*، فریدرضا بیگلری، محسن کرمی، علیرضا نصیری صفحات 60-75

    سیال حفاری نقش بسیار مهمی در طول عملیات حفر یک چاه بازی می کند و می تواند عامل وقوع بسیاری از مشکلات و یا درمان به موقع چالش ها باشد. ازجمله این چالش ها می توان به هرز روی سیال اشاره کرد که هزینه و زمان عملیاتی را به شدت بالا می برد. راه حل کلیدی جهت حل این مشکل، بهبود فشار قابل تحمل سازند و مقاوم سازی دیواره ی چاه به کمک سیال حفاری است. هدف این مطالعه، طراحی و ساخت دستگاه «ارزیابی مقاوم سازی دیواره ی چاه» جهت شبیه سازی فرآیند شکست سازند و بررسی اثر ذرات کنترل کننده ی هرز روی (LCM) بر بهبود خواص پوششی گل و گرادیان شکست سنگ می باشد. لذا در این مقاله از مغزه های استوانه ای بتنی به عنوان نمونه سنگ استفاده شده و گل پایه آبی بنتونایتی حاوی 2 نوع مختلف LCM به عنوان سیال حفاری در نظر گرفته شده است. نتایج آزمایش های انجام شده نشان می دهد که افزودن LCMهای مختلف به سیال حفاری، می تواند منجر به افزایش فشار شکست سنگ (FBP) و فشار بازشدگی مجدد شکاف (FRP) در نمونه های بتنی شود و به ترتیب تا 33 و 72 درصد به بهبود آن ها کمک کند. درنتیجه می توان قبل از ورود به سازندهایی که امکان هرز روی در آن ها بالاست، به طور پیوسته از ذرات LCM در سیال حفاری جهت بالا بردن فشار شکست سازند، استفاده کرد.

    کلیدواژگان: مقاوم سازی سازند، ارزیابی آزمایشگاهی، مواد کنترل کننده هرزروی، رویکرد پیشگیرانه، گرادیان شکست سازند
|
  • HabibAlah Zafarian, MohamadJavad Ameri *, Yaser Arjmand, Seyed Morteza Mirabbasi Pages 1-9

    Use of PDC bits in oil industry has been increased in recent years despite the fact that they are more expensive than roller cone bits. Therefore, developing a comprehensive rock-bit interaction model for this type of bits is too important. Previously, several mathematical models have been proposed for modeling rock-bit interaction. Most of these models (e.g. Nishimatsu’s model) do not consider the effects of in-situ stresses at all. Some other models assume that the values of rock failure angle at downhole and ambient conditions are equal. In fact, even though these models use in-situ stresses to calculate the cutting force, they do not consider in-situ stresses in analytical modeling. In this work, an analytical relation for rock failure angle including in-situ stresses is derived. Based on this relation, a novel analytical rock-bit interaction model to predict cutting force is presented. Applying field data on mentioned models results in improving rock failure angle and cutting force calculations for about 15-20%.

    Keywords: rock-bit interaction, Cutting force, Analytical model, rock failure angle, PDC bit
  • Mohammad Faez *, Behzad Tokhmchi, Ahmad Ramezanzadeh, Reza Ghavami-Riabi Pages 10-19
    Geometry of fractures including orientation, spacing, aperture and etc. are the influential parameters on permeability in rocks. In order to investigate the effect of spacing and orientation of fractures on permeability in laboratory scale, selecting proper sample is essential in terms of physical and mechanical properties. Therefore, in this study, two types of samples (concrete and fibrous fiber) were selected. Then, physical and mechanical parameters, which consist of density, water absorption, porosity, wave velocity, uniaxial compressive strength and permeability, were measured. The test results showed that the concrete sample is not appropriate sample for studying effect of fracture parameters on permeability due to high porosity, water absorption, permeability and brittle behavior of sample. However, the sample of fibrous fiber not only possesses the favorable physical and mechanical properties but also is suitable to create the fractures with different spacing and orientations as well as the same aperture owing to flexibility and ductile behavior.
    Keywords: Permeability, fracture, Fibrous fiber, Concrete, Artificial sample
  • Saeid Jamshidi *, Ali Zalaki Nezhad Pages 20-34
    Hydraulic fracturing is one of the most important methods that has been used for several years to increase production, especially in low permeability fields. There are many two-dimensional and three-dimensional models to design hydraulic fracturing, which in this paper by using a combination of the Unified Fracture Design method and two-dimensional Khristianovich-Geertsma De klerk model, an optimum hydraulic fracturing design is modeled.In this paper, by making an initial guess for the amount of fracture permeability in different proppant mass, the parameters required to design hydraulic fracturing are obtained, and then by using graphs that connect fracture conductivity, fracture closure, and proppant concentration in fracture, fracture permeability will be updated. These graphs are different for different proppant types where in this article, the graph related to sand with mesh size 30/50 has been used.After calculating all the required parameters in the different proppant masses, is necessary to select the most suitable proppant mass, which two different ways can be used; in the first method, according to the values of some parameters such as injection rate, skin effect, surface injection pressure, efficiency of hydraulic fracturing operation and other parameters, the desired proppant mass is selected and in the second method the proppant mass corresponding to the desired injection rate is obtained and the design of the hydraulic fracturing is based on the intended injection rate. Finally, to ensure the accuracy of the results obtained by this method, a sensitivity test is performed which proves the validity of this method.
    Keywords: well stimulation, KGD model, UFD method, proppant mass, Hydraulic fracturing
  • Abbas Salahshoor *, Ahmad Gaeini, Alireza Shahin, Mossayeb Kamari Pages 35-47
    Determination of rock types is of special importance in the construction of static and dynamic models of hydrocarbon reservoirs. Estimating the properties of reservoir rocks increases the accuracy in predicting the amount of reservoir storage and its performance. Numerous models have been proposed by experts to determine the types of reservoir rocks. But most of the proposed models are based on conventional methods based on engineering and geology of carbonate reservoir rocks. Therefore, using a machine learning method to determine rock species in comparison with previous methods and comparing its efficiency and performance with other methods seems necessary. In this study, core and log data in maroon oil reservoir after preparation were match using Dynamic Time Series (DTW) technique for depth matching. The brain data were then clustered by the non-supervised machine learning method. The kernel data clustering process was also performed by conventional model-based methods such as flow zone index method (FZI) and Winland. Then, the clustering results were validated and compared with kmeans, FZI and Winland methods by having the lithology information of the logs. The kmeans method with a 93.5% accuracy criterion succeeded in performing the highest cluster resolution, which showed that the kmeans data-based machine learning method is a suitable alternative to conventional model-based methods for clustering rock typing.
    Keywords: Clustering, Reservoir, Rock Type, well log, depth matching, Core
  • Abbas Salahshoor *, Ahmad Gaeini, Alireza Shahin, Mossayeb Kamari Pages 48-59
    Permeability is an important feature of oil and gas reservoirs that is difficult to predict. At present, experimental and regression models are used to predict permeability. On the other hand, increasing the accuracy of permeability prediction for points that do not have a core sample is of particular importance in analyzing reservoir behavior. In recent times, due to better predictability, machine learning algorithms have been used to predict permeability. In this study, a new group machine learning model for permeability prediction in oil and gas tanks is introduced. In this method, the input data is labeled using log lithology information and separated into a number of clusters and each cluster was modeled by machine learning algorithm. Unlike previous studies that worked independently on models, here we design a group model using augmented decision tree (ETR), decision tree (DTR) regression, and enhanced gradient (GBR) algorithms. And petrophysical data, we were able to dramatically improve the accuracy of the prediction as well as the mean square error and predict the permeability with 99.82% accuracy. The results showed that group models have a great effect on improving the accuracy of permeability prediction compared to individual models and also the separation of samples based on lithology information was a reason to optimize the Trojan estimate compared to previous studies.
    Keywords: Permeability, Ensemble model, Lithology, Machine Learning, petrophysical logs
  • Seyed Morteza Mirabbasi, MohammadJavad Ameri Shahrabi *, Farid Reza Biglari, Mohsen Karami, AliReza Nasiri Pages 60-75

    Drilling fluid plays an important role during the drilling operation of a well and can lead to a lot of problems or cure different challenges. Loss circulation is one of these challenges, which can increase non-productive time and operation costs, dramatically. The key solution for solving this problem is to increase the pressure-bearing capacity of the formation and to strengthen the wellbore with the help of drilling fluid. The purpose of this study is to design the "Wellbore Strengthening Evaluation" apparatus to simulate the formation fracturing process and investigate the LCM effects on the improvement of mud properties and rock fracture gradient. Therefore, in this paper, the cylindrical concrete cores are used as rock samples and Water-based bentonite drilling mud containing two different types of LCM are considered as drilling fluid. The results of experiments show that the addition of different LCMs to the drilling fluid leads to an increase in the formation breakdown pressure (FBP) and fracture reopening pressure (FRP) to 33 and 72%, respectively. Therefore, before drilling a formation with the possibility of loss circulation, it is an effective practice to add LCM particles in the drilling fluid to increase the fracture pressure of the formation.

    Keywords: Wellbore Strengthening, Experimental Evaluation, Loss Circulation Material, Preventive Approach, Formation Fracture Gradient