فهرست مطالب

ژئومکانیک نفت - سال پنجم شماره 1 (بهار 1401)

مجله ژئومکانیک نفت
سال پنجم شماره 1 (بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/02/14
  • تعداد عناوین: 6
|
  • حسن قاسم زاده*، سعید بابائی صفحات 1-16
    تخمین مقدار جذب مطلق در مخازن شیل گازی یکی از کلیدی ترین پارامترها است. با توجه به محدودیت های موجود، مطالعات آزمایشگاهی قادر به محاسبه جذب مطلق به طور مستقیم نیست و تنها می تواند جذب اضافی همدما را مستقیما اندازه گیری کند. همچنین در اکثر مطالعات آزمایشگاهی جذب اضافی همدما تا فشار 15 مگاپاسکال انجام می گیرد. در نتیجه برای تبدیل جذب اضافی به مطلق در فشارهای اندازه گیری شده و بیش تر از آن، از مدل های جذب موجود استفاده می شود. در این مطالعه با استفاده از شبیه سازی مولکولی به شبیه سازی سیال متان درون کروژن با سایز منفذ 4 نانومتر در سه دمای 303.15، 333.15 و 363.15 کلوین تا فشار 50 مگاپاسکال پرداخته و سپس دقت مدل های جذب موجود برای تخمین جذب مطلق همدما مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی مولکولی نشان می دهد چگالی جذب شده تابعی از فشار و دما است و همواره این مقدار کمتر از چگالی متان مایع است. نتایج مدل جذب لانگمویر و فوق بحرانی دابینین-رادوشکویچ بیانگر دقت کم هر دو مدل در تخمین مقدار جذب مطلق در تمامی دماها است. در آخر، استفاده از حجم جذب شده به دست آمده از شبیه سازی مولکولی برای تخمین جذب مطلق در تمامی دماها و فشارها، دارای خطای کمتر از 10 درصد بوده و استفاده از این روش توصیه می شود.
    کلیدواژگان: شیل گازی، جذب سطحی، جذب مطلق، کروژن، لانگمویر، دابینین-رادوشکویچ، شبیه سازی مولکولی
  • محسن حیدری، محمد فاتحی مرجی*، ابوالفضل عبدالهی پور، حمید سلطانیان، یوسف میرزائیان صفحات 17-28

    امروزه شکست هیدرولیکی در زمینه های مختلف از جمله ازدیاد برداشت، اندازه گیری تنش های برجا، استخراج انرژی زمین گرمایی و برداشت منابع نامتعارف هیدروکربنی مورد استفاده قرار می گیرد. با توجه به گستردگی استفاده از این روش، امکان اثردهی معکوس و احتمال ایجاد مخاطرات لرزه ای در سطح، بررسی و شناخت کامل این عملیات امری ضروری است. پژوهش های عددی، تحلیلی و آزمایشگاهی بسیاری در این زمینه انجام شده است که در آن ها وضعیت تنش های برجا و تخلخل از مهم ترین عوامل اثرگذار بر انتشار، بازشدگی و فشار انتشار ترک محسوب می شوند. جهت مدل سازی عددی در این تحقیق از روش عددی ناپیوستگی جابجایی که یکی از روش های با توانایی بالا در مدل سازی ناپیوستگی و شکست می باشد، استفاده شده است. برنامه مورد استفاده بر اساس مکانیک جامدات و مکانیک شکست ایجاد شده است، با اضافه شدن ماژول جریان سیال در این پژوهش کوپل مکانیک سیالات را نیز دربرمی گیرد. این قسمت از برنامه توسط روش عددی تفاضل محدود زمان پیش رو مکان مرکزی ایجاد شده است. در نهایت پس از اعتبارسنجی برنامه بررسی اثرات میدان تنش برجا و تخلخل بر انتشار ترک انجام شده است. جهت مرجعیت یافتن نتایج، پارامترهای مورد بررسی به صورت بدون بعد درآمده است. با توجه به نتایج به دست آمده بهترین راستای ایجاد شکست هیدرولیکی در جهت تنش حداکثر می باشد. با افزایش اختلاف تنش های برجا به فشار تزریق کمتری جهت انتشار ترک نیاز است. در صورت ایجاد ترک با زاویه نسبت به تنش حداکثر، تا زاویه 45 درجه فشار تزریق کمتری جهت انتشار ترک لازم است و ترک پس از چند مرحله رشد به سمت تنش حداکثر منحرف می گردد. افزایش تخلخل سازند باعث کاهش مقدار مدول یانگ و ضریب پواسون گشته که در نهایت باعث افزایش بازشدگی ترک در مقادیر بالاتر تخلخل می شود؛ بنابراین در تخلخل 20 درصد میزان بازشدگی ترک بیش از 2 برابر آن در تخلخل صفر درصد می باشد. در صورتی که فاصله منفذ کم تر از 5/2 برابر نصف طول ترک از نوک ترک باشد، مقدار فاکتور شدت تنش نوک شکست کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: شکست هیدرولیکی، تنش های برجا، تخلخل، انتشار ترک، المان مرزی، ناپیوستگی جابجایی
  • مهدی نظری صارم، آرش ابراهیم آبادی* صفحات 29-45
    مطالعه ژیومکانیکی میادین هیدروکربنی به منظور تحلیل پایداری چاه و برنامه ریزی برای آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است. طراحی یک مدل ژیومکانیک، عاملی بسیار موثر در تحلیل پایداری موفق چاه ها در میادین هیدروکربنی به شمار می رود که با توجه به اهمیت تعیین پارامترهای ژیومکانیکی سازند در میدان نفتی شادگان در جنوب غرب ایران، به چنین مطالعه ای پرداخته شده است. این مهم با استفاده از مدلهای یک بعدی ژیومکانیکی و با هدف تحلیلهای پایداری چاه، مربوط به سه چاه کاندید از میدان مورد نظر صورت پذیرفته است که انتخاب چاه های کاندید بر اساس تحلیل اولیهی داده های موجود انجام پذیرفته است. کلیهی مراحل ساخت مدلهای ژیومکانیکی با استفاده از نرم افزار تک لاگ (Techlog) انجام شده و پروفایل فشار سازندهای مختلف در طول چاه بر اساس پارامتر حفاری محاسبه شد که نتایج آن حاکی از وجود ناحیهی فرافشار در سازند گچساران می باشد. به دلیل محدودیت داده ها، دیگر تحلیلهای مربوط به ساخت مدل ژیومکانیکی در بازه مخزن آسماری محاسبه شده است که نتایج مدلهای ساخته شده نشان می دهد که رژیم میدان تنش حاکم در محدودهی مخزن آسماری رژیم تنش نرمال و متمایل به رژیم تنش امتداد لغز است. همچنین تحلیلهای پایداری چاه نشان داده است که بهترین جهت برای حفر چاه های مایل و افقی، جهت شمال غربی میباشد. مدل های ساخته شده با استفاده از گزارشهای میدان و نتایج مقالات معتبر و همچنین آزمایش های برجا اعتبارسنجی شدند.
    کلیدواژگان: مدل ژئومکانیک، پایداری چاه، تنش برجا، جهت بهینهی حفاری، میدان نفتی شادگان
  • حسین میردریکوند، فاطمه رضویان*، علی نخعی، بهناز مرادی غیاث آبادی، رضا غلام نیا صفحات 46-59
    فوران جریان کنترل نشده ای از سیالات سازند به درون ستون چاه نفت است که به علت زنجیره ای از نقص و شکست لایه های حفاظتی چاه رخ می دهد و قابلیت تبدیل شدن به حوادث فاجعه بار مانند انفجار، تلفات شدید انسانی و آلودگی زیست محیطی را دارد. بهبود عملکرد لایه های حفاظتی چاه و پیشگیری از رویداد فوران، مستلزم بررسی عوامل تاثیرگذار بر عملکرد لایه های حفاظتی با در نظر گرفتن میزان وابستگی بین آنها است. در همین راستا در ابتدا عوامل کنترلی موثر بر فوران در چهار گروه عملیاتی، فردی، تجهیزاتی و سیاستگذاری بر اساس مطالعات پیشین شناسایی و انتخاب شدند، سپس جهت تعیین استراتژی مناسب کاهش ریسک فوران میزان تعامل و ارتباط متقابل بین این عوامل و میزان وزن موثر آنها با استفاده ترکیب روش دیمتل(DEMATEL) بر پایه تحلیل شبکه ای (ANP) محاسبه و تحلیل گردید.
    یافته ها
    نتایج نشان داد عامل سیاستگذاری با میزان شاخص اثرگذاری (R+D) برابر با 0.965 اهمیت و تعامل بیشتری نسبت به سایر عوامل در پیشگیری از رویداد فوران دارد. همچنین عامل تجهیزاتی با شاخص جهت تاثیر (R-D) برابر با 0.268 "اثرگذارترین" و عامل عملیاتی با R-Dبرابر با 0.424- "اثرپذیرترین" عامل در بین سایر عوامل است. بیشترین وزن موثر در پیشگیری از رویداد فوران مربوط به عامل عملیاتی است. بطوریکه در این عامل معیار فشار هیدرواستاتیکی، یکپارچگی و استحکام چاه، پایش چاه بترتیب در اولویت اول، دوم و سوم قرار گرفت. در همین راستا در عامل سیاستگذاری، معیار مدیریت اضطراری اولویت چهارم و ارزیابی ریسک اولویت پنجم را به خود اختصاص داد. با توجه به تعامل بیشتر عامل سیاستگذاری با سایر عوامل درصورت توجه و تمرکز ویژه تصمیم گیران به عامل تجهیزاتی بعنوان عامل "اثرگذار" و در نتیجه اثر هم افزایی آن بر عامل "اثرپذیر" عملیاتی می توان به موفقیت چشمگیری در بهبود عملکرد لایه های حفاظتی در پیشگیری از رویداد فوران دست یافت.
    کلیدواژگان: حفاری، فوران، مدل های تصمیم گیری چند معیاره (MCDM)، دیمتل، رویکرد DANP
  • مرتضی اسفندیاری*، علی پاک صفحات 60-81
    از نقطه نظر مهندسی مخازن نفت، نحوه افزایش تولید از مخازن دارای نفوذپذیری کم و چاه های آسیب دیده، یکی از مهم ترین و پرچالش ترین مسایل می باشد. به خصوص اگر این مخازن دارای ذخایر نفتی بالابوده و پتانسیل تولید بیشتری را داشته باشند. روش شکافت هیدرولیکی یکی از روش های ازدیاد برداشت از مخازن نفتی است که در چند دهه گذشته مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است.با تزریق سیال تحت فشار به داخل مخزن، می توان به تنش های برجا و مقاومت کششی سنگ غلبه کرده و در سنگ ترک ایجاد کرد. شرایط ژیومکانیکی مخزن از قبیل سختی سنگ، تنش های برجا، مقاومت کششی، میزان نفوذپذیری مخزن، میزان هرزروی سیال داخل ترک به مخزن و... مستقیما بر مشخصه های شکاف هیدرولیکی ایجاد شده تاثیر می گذارند. مدل های تحلیلی مختلفی برای پیش بینی مشخصه های ترک هیدرولیکی وجود دارد. در این میان، دو مدل KGD و PKN از مشهورترین و کاربردی ترین مدل های تحلیلی شکاف هیدرولیکی هستند. هر دو مدل با در نظر گرفتن شرایط کرنش مسطح در فضای دوبعدی، ولی با دو رویکرد متفاوت (مدل اول در صفحه افقی و مدل دوم  در صفحه قایم) مشخصه های ترک را محاسبه می نمایند. در این مدل ها برخی از مولفه های اثرگذار از جمله میزان نفوذپذیری سنگ مخزن و میزان نشت سیال از جداره های ترک مورد توجه قرار نگرفته اند.هدف از انجام این پژوهش، بررسی اثر هرزروی سیال تزریق شده به داخل مخزن می باشد که تاثیر زیادی در موفقیت یا عدم موفقیت عملیات شکافت هیدرولیکی دارد. در مقاله حاضر، تاثیر دو پارامتر مهم میزان نفوذپذیری سنگ مخزن و میزان نشت سیال از جداره های ترک به مخزن بر روی مشخصات شکاف هیدرولیکی، با استفاده از مدل سازی عددی به روش XFEM مورد مطالعه قرار گرفته و میزان تاثیر آن ها بر طول و عرض ترک و فشار سیال در دهانه ترک مورد ارزیابی قرار گرفته است. از مقایسه نتایج مدلسازی عددی و نتایج به دست آمده از فرمول های تحلیلی KGD و PKN مشخص شد که دو پارامتر میزان نفوذپذیری سازند و ضریب نشت جداره های ترک که در روابط تحلیلی در نظر گرفته نشده اند، تاثیر زیادی بر روی مشخصات شکاف هیدرولیکی دارند. لذا برای طراحی موفقیت آمیز و بهینه عملیات شکافت هیدرولیکی باید تاثیر هرزروی سیال نیز در نظر گرفته شود.
    کلیدواژگان: شکافت هیدرولیکی، مدل KGD، مدل PKN، XFEM، ترک چسینده، نفوذپذیری مخزن، هرزروی سیال
  • محمدجواد بازیار، محمدرضا آصف*، علی میثاقی صفحات 82-91

    تخلخل یک عامل بسیار حساس در تعیین سرعت امواج، تخمین پارامترهای ژیومکانیکی و خصوصیات پتروفیزیکی مخازن هیدروکربنی محسوب می شود. امروزه در صنعت نفت این پارامتر با استفاده از روش تزریق گاز هلیوم به نمونه های مغزه (پلاگ) به دست می آید. تعیین تخلخل توسط روش هایی مانند آنالیز مغزه مستلزم صرف زمان و هزینه بالا است. مغزه گیری عملی دشوار و پرهزینه است. به علاوه امکان مغزه گیری در برخی چاه ها (مانند چاه های افقی) وجود ندارد. بنابراین به علت نبود مغزه های کافی و تغییرات سنگ شناسی و ناهمگنی سنگ مخزن، تعیین این پارامتر توسط روش های معمول از دقت چندانی برخوردار نمی باشد.در این پژوهش در یکی از چاه های نفتی در جنوب غرب کشور تخلخل بر اساس داده های نگاره نوترون، چگالی، صوتی، و همچنین تلفیق این نگاره ها محاسبه شد. برای تعدادی نمونه مغزه هم تخلخل به روش تزریق گاز هلیوم محاسبه شد. با استفاده از تحلیل آماری-ریاضی رابطه تجربی برای محاسبه تخلخل بر اساس تلفیقی از نگاره های پتروفیزیکی ارایه شد که رابطه پیشنهادی مقدار واقع بینانه تری نسبت به سایر روش ها بدست می دهد. از دیگر مزایای این روش می توان گفت که بر خلاف سایر روش های موجود، هم به صورت برجا و هم بصورت غیر برجا (آزمایشگاهی) قابل اجرا است، و اینکه هزینه های تمام شده با این روش بسیار کمتر از سایر روش های موجود است. از دیگر نکات مثبت این روش می توان به قابل اجرا بودن آن برای همه سنگ ها از نظر جنس اشاره کرد. به عبارت دیگر نکته مهم در روش پیشنهادی این است که در این روش بر خلاف سایر روش ها که فقط از یک عامل برای اندازه گیری تخلخل استفاده می شود (به عنوان مثال: میزان هیدروژن در روش نگاره نوترون یا سرعت موج طولی در روش نگاره صوتی)، در این روش از سه پارامتر شامل: چگالی، سرعت موج طولی و سرعت موج برشی استفاده می شود که میزان خطا را به طور چشمگیری کاهش می دهد.

    کلیدواژگان: تخلخل، ژئومکانیک، پتروفیزیک، تخلخل سنج هلیومی، نگار نوترون، نگار چگالی، نگار صوتی
|
  • Hasan Ghasemzadeh *, Saeed Babaei Pages 1-16
    Estimation of absolute adsorption in shale gas reservoirs is one of the key parameters. Experimental studies can only measure the excess adsorption isothermal directly. Also, in most experimental studies, excess adsorption up to a pressure of 15 MPa is measured. As a result, Langmuir and supercritical Dubinin–Radushkevich (SDR) adsorption models are used to convert the excess to absolute adsorption at measured pressures and above. Using hybrid grand canonical Monte Carlo/molecular dynamics (GCMC/MD) simulations, we simulate methane fluid in kerogen with 4 nm pore size at three temperatures of 303.15, 333.15, and 363.15 K up to a pressure of 50 MPa. Then the accuracy of adsorption models to estimate the absolute adsorption is investigated. The molecular simulation results show that the adsorbed density is a function of pressure and temperature and is always less than the liquid methane density. The Langmuir and SDR adsorption models show low accuracy of both models in estimating the absolute adsorption at all temperatures. Finally, using the adsorbed volume obtained from molecular simulation to estimate the absolute adsorption at all temperatures and pressures has an error of less than 10%, and the use of this method is recommended.
    Keywords: Shale gas, Adsorption, Absolute adsorption, Kerogen, Langmuir, Dubinin–Radushkevich, Molecular Simulation
  • Mohsen Heydari, Mohammad Fatehi Marji *, Abolfazl Abdollahipour, Hamid Soltanian, Yousef Mirzaeian Pages 17-28

    Nowadays, hydraulic fracturing is used in various fields such as stimulation of oil reservoirs, measurement of in-situ stresses, extraction of geothermal energy and extraction of conventional and unconventional hydrocarbon resources.Meanwhile in-situ stresses and porosity are the most important factors that affecting the propagation, opening and extension of the crack. In this research, the above parameters have been investigated using analytical and numerical methods. For numerical modeling in this research, the numerical method of displacement discontinuity, has been used, which is one of the methods with high ability in modeling discontinuity and failure. The program used is a quadratic element based on solid mechanics and fracture mechanics. In this research, by addition of the fluid flow module, the fluid mechanics is included in the analysis. In the fluid mechanics module, the effect of fluid flow on crack opening displacement is investigated. This part of the program is created by finite difference method in mode of forward time central space. Finally, after validation of the program, the effects of in situ stress and porosity on crack propagation were investigated. In order to generalize the results, the studied parameters have been presented in dimensionless forms. It is concluded that the best direction for creating a hydraulic fracture is in the direction of maximum principal stress. As the in-situ stress difference increases, less injection pressure is required to propagate the crack. In the crack with a 45 degrees angle relative to the maximum stress, a lower injection pressure is required to propagate the crack; then this crack after several step of growth deviates to the maximum stress direction. Increasing the porosity of the formation reduces the amount of Young's modulus and Poisson's ratio, which leads to increases the crack opening at higher porosity values.

    Keywords: Hydraulic fracturing, In-Situ Stresses, porosity, Crack propagation, Boundary element method, displacement discontinuity method
  • Mahdi Nazarisaram, Arash Ebrahimabadi * Pages 29-45
    Geomechanical investigations of oilfields play a major role in wellbore stability analysis and design. Designing a geomechanical model in an oilfield formations is viewed as a crucial factor in successful drilling operations, hence this paper presents such study for Shadegan oilfield, an Iranian southwestern oilfield. Some geomechanical models were constructed with the aim of wellbore stability analysis for three candidate wells in this field. Primarily, the data were analyzed and geomechanical models were then provided using Techlog software yielding formation pressure profiles versus wells depth. Results showed an overpressure zone in Gachsaran formation. Further geomechanical investigations for Asmari formatiom were merely calculated due to lack of enough information. Achieved findings from the models demonstrated that existing stress regime in Asmari formation is normal tend to srike-slip. Wellbore stability analysis represented that the best orientation for directional and horizontal drilling is in northwestern direction. Constructed models were validated using field reports, paper documents as well as in-situ tests.
    Keywords: Geomechanical Model, wellbore stability, in-situ stress, Optimum Drilling Direction, Shadegan Oilfield
  • Hossein Mirderikvand, Fatemeh Razavian *, Ali Nakhaee, Behnaz Moradi Ghiasabadi, Reza Gholamniya Pages 46-59
    Blowout is an uncontrolled flow of reservoir fluids into wellbore after the Well Barriers (WBs) have failed. It can lead to catastrophic consequences such as an explosion, human casualties, loss of equipment, and environmental pollution. There is an urgent need to analyze interdependencies among WB and improving their safety for the prevention of blowouts. Policymaking, operational, personal, and mechanical factors have been identified and described as WB performance indicators using a bow-tie approach in previous research. In this study, the DEMATEL- based ANP (DANP) method is employed to determine the interdependency and the relative importance of these factors, and to determine the appropriate strategy for the risk mitigation of a blowout.The results show that, “policymaking” is the most important factor because it has the highest rate of the influence (R+D=0.965) and high interrelationship with other factors. Furthermore, the mechanical factor with the highest value of causality (R-D=0.268) mostly affects other factors and operational factor with the lowest value of causality (R-D=-0.424) is influenced by other factors. Based on the results of ANP method, “operational factors” is the first priority among the main factors, and “hydrostatic head”, “well integrity”, “well monitoring”, “emergency management” and “decreased risk” sub-factors are respectively the first to fifth priorities were according to their weight. Considering the greater interaction of the policymaking factor with other factors, If decision makers consider the mechanical factor as " affective factor" and a result its synergistic effect on the operational as "effective factor" can be a significant success in improving the performance of WBs.
    Keywords: Drilling, Blowouts, Multiple Criteria Decision Making (MCDM), DEMATEL, DANP
  • Morteza Esfandiari *, Ali Pak Pages 60-81
    From the point of view of oil reservoir engineering, increasing the production from low permeability reservoirs and damaged wells is one of the most important and challenging issues. Especially if these reservoirs have high oil reserves and have more production potential. The Hydraulic Fracturing method is one of the methods of increasing the extraction of oil reservoirs that have been considered by many researchers in the last few decades.By injecting pressurized fluid into the reservoirs, in situ stresses and tensile strength of the rock can be overcome and cracks can be created in the rock. Geomechanical conditions of the reservoir such as rock hardness, in situ stresses, tensile strength, the permeability of the reservoir, the amount of fluid leak-off inside the crack to the reservoir, etc. directly affect the characteristics of the created Hydraulic Fractur. There are various analytical models for predicting Hydraulic Fractur characteristics. Among these, two models, KGD and PKN, are among the most famous and practical analytical models of Hydraulic Fracture. Both models calculate the crack characteristics by considering the plane strain conditions in two-dimensional space, but with two different approaches (the first model in the horizontal plane and the second model in the vertical plane). In these models, some effective components such as the permeability of the reservoir and the amount of fluid leak-off from the crack walls have not been considered.The aim of this study was to investigate the effects of fluid leak-off, which has a great impact on the success or failure of Hydraulic Fracturing operations. In the present paper, the effect of two important parameters of reservoir rock permeability and fluid leak-off from crack walls to the reservoir on Hydraulic Fracture characteristics, using numerical modeling by XFEM method, has been studied.
    Keywords: Hydraulic Fracture, KGD, PKN, Cohesive crack, Permeability, Leak-off fluid
  • Mohammad Javad Bazyar, Mohammad Reza Asef *, Ali Misaghi Pages 82-91

    Porosity is a very sensitive parameter for determining the velocity of waves, estimating geomechanical parameters and petrophysical properties of hydrocarbon reservoirs. Today, in oil industry this parameter is obtained by using the helium gas injection method on core samples. Determining porosity by methods such as core analysis requires a lot of time and money. Coring is difficult and costly. In addition, it is not possible to core in some wells (such as horizontal wells). Therefore, due to the lack of sufficient cores and lithological changes and heterogeneity of reservoir rock, the determination of this parameter by conventional methods is not very accurate. So far, many experimental relationships have been proposed to calculate porosity, but in most cases, the results in different regions are not desirable. In this study, in an oil well South-west Iran, porosity was measured using neutron, density and sonic logs and also a combination of these data. Then for 645 specimens of the same section, porosity was measured using helium gas injection test. Correlation analysis and mathematical manipulation resulted in an empirical equation for estimation of porosity based on a combination of three indicators: compressional wave velocity (Vp), density (), and the ratio of compressional to shear wave velocities (Vp/Vs). Artificial intelligence technics were used to optimize this empirical equation. As a result, porosity can be estimated at a lower cost and more accuracy for the whole length of drilling.

    Keywords: porosity, Geomechanics, Petrophysics, Helium gas injection, Neutron log, Density log, Sonic log