فهرست مطالب

ژئومکانیک نفت - سال ششم شماره 1 (بهار 1402)

مجله ژئومکانیک نفت
سال ششم شماره 1 (بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/03/27
  • تعداد عناوین: 6
|
  • ماندانا یاوری، پریوش جعفری*، نادرقلی قورچیان، اصغر زمانی صفحات 1-12
    این پژوهش به بررسی و ارایه سازوکارهای دستیابی به مزیت رقابتی در گرایش ژیومکانیک نفت دانشگاه های صنعتی سطح یک شهر تهران می پردازد، هدف پژوهش استفاده از نتایج آن برای دستیابی به مزیت رقابتی گرایش ژیومکانفت دانشگاه های سطح یک شهر تهران در سطح ملی و بین المللی می باشد. رویکرد به کار گرفته شده در این پژوهش آمیخته (با طرح اکتشافی متوالی که با بررسی مقالات و کتب مرتبط با هوش رقابتی و مزیت رقابتی و مصاحبه شروع و سپس با کار کمی ادامه یافت) بوده است. همچنین این پژوهش از نظر استراتژی در بخش کیفی، تحلیل محتوا و در بخش کمی مقایسه ای از نوع پیمایشی بوده است. دستیابی به سازوکارهای مزیت رقابتی در دو مرحله کیفی و کمی اجرا شد. در بخش کیفی، علاوه بر بررسی متون و مقالات مرتبط، مصاحبه نیز با اعضاء هیات علمی مرتبط با گرایش ژیومکانیک نفت و گرایش های مرتبط با آن انجام شد که افراد مورد مصاحبه به روش هدفمند انتخاب شده بودند، انجام گردید و سازوکارها شناسایی گردید. سازوکارهای مشخص شده شامل، سازوکارهای آموزش و اطلاع رسانی، سازوکارهای پژوهشی، سازوکارهای بازار پژوهی، سازوکارهای اجرایی، سازوکارهای پایش و ارزشیابی است. در ادامه برای تعیین اهمیت هریک از سازوکارها پرسشنامه ای تهیه شده و با استفاده از پرسشنامه آنلاین در بین اعضاء هیات علمی مرتبط با گرایش ژیومکانیک نفت، مدیران و کارشناسان صنعت نفت و دانشجویان و دانش آموختگان گرایش توزیع گردید، نهایتا 53 پرسشنامه بدست آمد، که با استفاده از روش های آماری دلفی فازی و آزمون تی تجزیه و تحلیل شد. نتایج پژوهش نشان داد از بین سازوکارهای مطرح شده سازوکارهای تدوین و اجرای برنامه های آموزشی؛ توسعه ارتباطات درون و برون دانشگاهی و برگزاری نشست های مشترک و مستمر با نمایندگان صنعت در بالاترین درجه اهمیت قرار دارد.
    کلیدواژگان: ژئومکانیک نفت، هوش رقابتی، مزیت رقابتی، دانشگاه های سطح یک، تهران
  • برزین شریفی، علی پاک* صفحات 13-31
    در اثر برداشت از مخازن نفت و گاز زیرزمینی فشار منفذی در مخزن کاهش یافته، و به تناسب آن تنش موثر افزایش می یابد. اندازه گیری های میدانی در دو دهه گذشته حاکی از آن است که علاوه بر تغییر تنش موثر در محدوده مخزن، میدان تنش های کل (Total Stress Field) نیز در داخل و اطراف مخزن می تواند تغییر کند. در اثر نشستی که سقف مخزن به دلیل وقوع تحکیم متحمل می شود، از پایداری این ناحیه کاسته شده و با کاهش پایداری سقف مخزن در اثر تراکم، این ناحیه ظرفیت سابق را برای تحمل وزن روباره (Over-burden) نخواهد داشت. این پدیده موجب "بازتوزیع تنش" (Stress Redistribution) در داخل و اطراف مخزن می گردد. علت رخداد بازتوزیع تنش به پدیده "قوس زدگی تنش" (Stress Arching) نسبت داده می شود. با کاهش پایداری ناحیه سقف مخزن، بخشی از باری که پیشتر توسط سقف مخزن تحمل می شد به نواحی پایدارتری نظیر جوانب مخزن (Side-burden) منتقل می گردد. هدف پژوهش حاضر، بررسی وقوع و چگونگی تغییر در تنش های کل افقی و قایم پیرامون مخازن نفت و گاز در اثر برداشت به وسیله شبیه سازی کاملا همبسته هیدرومکانیکی (HM) می باشد. در این تحقیق، جهت شبیه سازی بهتر روند استخراج سیال از مخزن و به منظور لحاظ نمودن اثر عملیات تولید بر خصوصیات ژیومکانیکی سنگ مخزن در حال تخلیه (Depleting Zone) از مدل رفتاری الاستیک غیرخطی استفاده گردیده است. در بخش نخست این پژوهش، مقایسه ای میان مقدار تنش های کل در اطراف سه مخزن متفاوت از نظر پهنا، در دوره های زمانی مختلف تولید صورت گرفته است. در بخش دوم، اثر اختلاف میان سختی اولیه سنگ مخزن و سنگ پیرامون آن بر شدت اثر پدیده قوس زدگی تنش به وسیله در نظر گرفتن سه نسبت سختی متفاوت، مورد بررسی قرار گرفته است. مطالعات انجام شده نشان می دهند که تغییرات در میدان تنش های کل قابل توجه بوده و لحاظ نمودن اثر آن در جنبه های مختلف تولید و توسعه میادین (Field Development) ضروری می باشد.
    کلیدواژگان: تغییر تنش های کل، بازتوزیع تنش، قوس زدگی تنش، شبیه سازی همبسته هیدرومکانیکی، رفتار الاستیک غیرخطی
  • شیرین سامانی، علی ارومیه ای*، بهزاد مهرگینی، حسن اشراقی صفحات 32-39
    ویژگی های الاستیک (مدول الاستیسیته و نسبت پواسون) به عنوان مهم ترین پارامترهای ژیومکانیکی مخازن و میدان های هیدروکربنی در نظر گرفته می شوند. به طور معمول این پارامترها با استفاده از داده های آزمون های ژیومکانیکی در آزمایشگاه محاسبه می شوند. اما به دلیل عدم دسترسی به نمونه های مناسب، تجهیزات آزمایشگاهی و هزینه های بالا، در بسیاری از موارد به منظور تخمین این پارامترها از معادلات تجربی، روش های آماری و ریاضی استفاده می شود. در این پژوهش ما به کمک روش های عددی با استفاده از نمونه دیجیتالی ساخته شده براساس تصاویر میکروسی تی اسکن با وضوح بالا ویژگی های الاستیک نمونه های کربناته را به روشی غیر مخرب تخمین زده ایم. این مدل سازی به روش المان محدود و بر روی مدل هندسی وکسلی بازسازی شده از نمونه مکعبی که به عنوان حجم نماینده در نظر گرفته می شود انجام شده است. حجم نماینده با توجه به تخلخل در نظر گرفته شده است. همچنین این ویژگی ها در آزمایشگاه براساس منحنی تنش محوری-کرنش محوری به دست آمده از آزمایش مقاومت تک فشارشی محوری و سه محوری محاسبه شده است و در نهایت نتایج بدست آمده از هر دو روش مقایسه شد. به طور کلی نتایج حاصل از مدل سازی در مقایسه با نتایج آزمون های آزمایشگاهی بین 3/4 تا 9/18 درصد مقادیر بیش تر نشان می دهند. بیش ترین خطا مربوط به نمونه های با بالاترین مقادیر تخلخل است که عمدتا دولومیتی هستند. مفروضات درباره ویژگی های الاستیک ماده پایه (بخش جامد) با توجه به کانی شناسی همچنان چالش برانگیز است.
    کلیدواژگان: مدول الاستیسیته، ضریب پواسون، حجم نماینده، میکرو سی تی اسکن، سازند کنگان
  • محمد رضائی، محسن مسیحی، حسن ماهانی* صفحات 40-51

    فشار شکست سنگ پارامتری کلیدی در طراحی عملیات شکافت هیدرولیکی می باشد. فاکتور های خواص سنگ (مکانیکی و پتروفیزیکی)، خواص سیال، میدان تنش های برجا و فشار منفذی عوامل موثر بر فشار شکست را شامل می شوند. براساس داده های میدانی، ترکیب یونی آب منفذی و برهم کنش های ژیوشیمیایی در نقاط مختلف یک سنگ مخزن تحت یک میدان تنش یکسان، می تواند متفاوت باشند. بنابراین در این نقاط، فشار شکست نیز می تواند متفاوت رفتار کند. به کمک مدل های تیوری مختلف می توان فشار شکست را تخمین زد. اما در روابط این مدل ها اثر تعامل ژیوشیمایی آب منفذی-سنگ مستقیما دیده نمی شود. همچنین دقت تخمین فشار این روابط کماکان چالش برانگیز است. در این مطالعه با استفاده از نتایج پژوهش های پیشین، دقت مدل های مرسوم تخمین فشار شکست و اثرات احتمالی شیمی آب مخزن بر فشار شکست بررسی گردید. همچنین مدل جدیدی با مفهوم تنش موثر در قالب فشار انفصال دانه-به-دانه و به کارگیری اصل برهم نهی توزیع تنش های اطراف دیواره چاه توسعه یافت. بر اساس نتایج، اکثر مدل های مرسوم تخمین فشار شکست در عملیات شکافت هیدرولیک ناموفق هستند. به عنوان مثال، خطای متوسط مدل بسیار مرسوم هابرت-ویلیس حدود 34.7% می باشد. همچنین این بررسی نشان می دهد که شیمی آب منفذی بر ترشوندگی و فشار شکست سنگ به دلیل مشارکت نیروهای بین سطحی طبق تیوری Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO) اثر دارد. اما میزان و نحوه تاثیر ترشوندگی (آب-دوستی یا نفت-دوستی) سنگ کربناته بر فشار شکست سنگ به واسطه تغییر استحکام سنگ مبهم و به نحوه جایگیری فازهای ترکننده در سطوح تماس دانه های سنگ وابسته می باشد. نتایج مدل مفهومی نشان داد که با افزایش غلظت یون سولفات موجود در آب منفذی سنگ کربناته ریزدانه (گچی (Chalk))، فشار شکست سنگ کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: شیمی آب منفذی، فشار شکست سنگ، عملیات شکافت هیدرولیکی، مدل تخمین و نیروهای بین سطوح
  • غلامرضا لشکری پور*، جواد احمدزاده، محمد غفوری، ناصر حافظی مقدس صفحات 52-65
    شناخت رفتار خزشی سنگ در پوش سنگ های تبخیری به منظور بررسی همگرایی در جداره چاه های نفتی اهمیت زیادی دارد. به طورکلی در بین سنگ های تبخیری رفتار خزشی ژیپس و انیدریت نسبت به هالیت ها کمتر بررسی شده اند. ازآنجاکه دسترسی به مغزه های چاه های حفاری شده نفتی در سازند گچساران بسیار مشکل و هزینه بر می باشد، در این تحقیق از رخنمون های سطحی بخش 1 سازند گچساران نمونه برداری صورت گرفت تا مغزه های لازم جهت انجام آزمایش های مقاومت فشاری تک محوری و خزش تهیه شوند. روی مغزه ها انجام گرفت تا مقدار تنش آغازین جهت آزمایش خزش مشخص گردد. در ادامه، بر اساس مقاومت فشاری تک محوری و متوسط دمای حاکم بر پوش سنگ ها، آزمایش های خزش چندمرحله ای تک محوری از نوع تنش ثابت در دو دمای آزمایشگاه و محیط پوش سنگ و در دو سطح تنش آغازین 0.1 تنش تسلیم و 0.75 تنش تسلیم انجام شدند. سپس برازش معادلات خزشی نمایی و توانی (پاورلاو) بر روی داده های خزش انجام گرفت. نتایج آزمایش ها حاکی از تنش تسلیم خزشی به مقدار 12 مگاپاسکال برای ژیپس و 20 مگاپاسکال برای انیدریت پورفیری بوده است. بر اساس این آزمایش ها، حد ویسکوز خطی برای خزش ژیپس و انیدریت به ترتیب برابر با 5.5 الی 6.7 مگاپاسکال و 9.8 الی 15.15 مگاپاسکال بدست آمد. ضمنا ژیپس تحت دما در مقایسه با انیدریت، پلاستیسیته و خزش یکنواخت بیشتری نشان داد. درحالی که برای انیدریت، آستانه خزش شتابدار پایین آمده و از تداوم زمان خزش نیز کاسته شد. نهایتا علاوه بر بررسی رفتار خزشی ژیپس و انیدریت، مقایسه ای بین خواص ریولوژیکی و تعیین معادله خزشی این دو نوع سنگ نیز انجام شده است.
    کلیدواژگان: ژیپس، انیدریت، مقاومت فشاری، آزمون خزش، دما، معادله خزش
  • زهرا علی زاده زکریا*، حمید عبادی، فرشید فرنود احمدی صفحات 66-77
    هر چند معمول ترین دلیل فرونشست زمین استخراج آب های زیرزمینی در نظر گرفته می شود، اما استخراج نفت، گاز و مواد معدنی نیز در نشست زمین موثر است. نشست سطح زمین در یک میدان نفتی، به مرور زمان به تاسیسات سطحی و زیر سطحی حساس و استراتژیک آسیب رسانده و هزینه های قابل ملاحظه ای را به بخش تولید و بازیافت نفت تحمیل می نماید که این امر لزوم کنترل و نظارت بر نشست زمین در میادین نفتی را نشان می دهد. با در نظر گرفتن پیامدها و خسارت های جبران ناپذیر ناشی از این پدیده ضرورت می یابد مناطق مستعد این پدیده مرتب مورد بررسی و پایش قرار گیرند. در علم ژیوماتیک پایش فرونشست زمین با استفاده از روش های مختلف ژیودتیک و سنجش از دوری قابل انجام است. اندازه گیری فرونشست توسط روش های ژیودتیک نظیر استفاده از مشاهدات سیستم تعیین موقعیت جهانی علی رغم دارا بودن دقت بالا، دارای محدودیت هایی نظیر نقطه ای بودن مشاهدات، نیاز به استقرار و حضور فیزیکی در منطقه، زمان و هزینه بالا می باشند. در دهه های اخیر استفاده از تداخل سنجی راداری امکان اندازه گیری تغییرات هندسی سطح زمین را در وسعت گسترده و با دقت بالا و زمان و هزینه پایینی فراهم نموده است. هدف این پژوهش نیز ارایه رویکردی نوین بر پایه روش تداخل سنجی راداری مبتنی بر پراکنشگرهای دایمی به منظور بررسی ارتباط میان فرونشست و فرایند استخراج نفت در بخش جنوب غرب ایران و در دو مقطع زمانی 2017/04 تا 2017/10 و 2019/04 تا 2019/10 که به ترتیب نشان دهنده بیشترین و کمترین میزان برداشت نفت از میادین نفت ایران هستند، می باشد. نتایج حاصله نشان داد فرونشت هایی به میزان 10 تا 30 سانتی متر در بازه زمانی 2017/04 تا 2017/10 و با نرخ 20 تا 50 سانتی متر در سال در جنوب غرب ایران در محدوده میادین نفتی به وقوع پیوسته که ممکن است در اثر افزایش چشم گیر استخراج نفت از سال 2016 باشد.
    کلیدواژگان: فرونشست زمین، استخراج نفت، سنجش از دور، شناسایی الگو، تداخل سنجی راداری مبتنی بر پراکنشگرهای دائمی
|
  • Mandana Yavari, Parivash Jaafari *, Nadergoli Gorchian, Asgar Zamani Pages 1-12
    This research examines and presents the mechanisms of achieving a competitive advantage in the field of petroleum geomechanics of first-level industrial universities of Tehran, the purpose of the research is to use its results to achieve a competitive advantage of the field of geomechanics of first-level universities of Tehran at the national level. And it is international. The approach used in this research was mixed (with a sequential exploratory design that started with the review of articles and books related to competitive intelligence and competitive advantage and interviews and then continued with quantitative work). Also, in terms of strategy, this research was of a survey type in the qualitative part, content analysis, and in the quantitative part, a comparison. Achieving competitive advantage mechanisms was implemented in two qualitative and quantitative stages. In the qualitative part, in addition to the review of related texts and articles, interviews were also conducted with faculty members related to petroleum geomechanics and related trends. The interviewees were selected in a purposeful way, and the mechanisms were identified.The identified mechanisms include education and information mechanisms, research mechanisms, market research mechanisms, executive mechanisms, monitoring and evaluation mechanisms. Next, to determine the importance of each of the mechanisms, a questionnaire was prepared and distributed using an online questionnaire among faculty members related to petroleum geomechanics, managers and experts of the petroleum industry, and students and graduates of the orientation, finally 53 questionnaires were obtained. which was analyzed using fuzzy Delphi statistical methods and t-test. The results of the research showed that among the proposed mechanisms, the mechanisms of compiling and implementing educational programs; The development of intra- and extra-academic communication and the holding of joint and continuous meetings with industry representatives are of the highest importance.
  • Barzin Sharifi, Ali Pak * Pages 13-31
    As a result of extraction from underground oil reservoirs, the pore pressure in the reservoir decreases and the effective stress increases accordingly. Field measurements in the past two decades have shown that in addition to the change of effective stress, the total horizontal and vertical stress field can also change in and around the reservoir. As a result of the settlement that occurs at the upper part of the reservoir due to the consolidation phenomenon, the stability of this area is reduced and it causes “Stress Redistribution” inside and around the reservoir. The mechanism of stress redistribution is attributed to the “Stress Arching” phenomenon. By the stability reduction at the roof of the reservoir due to the compaction, this area will no longer bear the whole over-burden weight. A part of the over-burden is transferred to more stable areas such as the sides of the reservoir. The current research aims to investigate how the total stresses change around oil and gas reservoirs due to the extraction by a fully-coupled hydro-mechanical (HM) simulation. In order to simulate the process of fluid extraction from the reservoir and to consider the effect of production operations on the geo-mechanical properties of the depleting zone, a Non-linear elastic constitutive model has been used. In this research, a comparison is made between the amounts of the total stresses in the surrounding rock of three different reservoirs in terms of width. In addition, the effects of the difference between the initial stiffness of the reservoir rock and the surrounding medium on the intensity of the stress arching phenomenon are investigated by considering three different stiffness ratios. The conducted studies show that the changes in the total stresses are significant and it is necessary to consider their effect on aspects of the production and the development of field.
    Keywords: Total Stresses Change, Stress Redistribution, Stress arching, Fully-Coupled Hydro-Mechanical Simulation, Non-Linear Elastic Behavior
  • Shirin Samani, Ali Uromeihy *, Behzad Mehrgini, Hassan Eshraghi Pages 32-39
    Elastic properties (Young's modulus and Poisson's ratio) are considered to represent important parameters in geomechanical investigations of reservoirs and hydrocarbon fields. These parameters can be calculated using common geomechanical tests in the laboratory. However, due to the lack of access to suitable samples, laboratory equipment and high costs, in many cases, empirical equations, statistical and mathematical methods have been used to estimate these characteristics. We present a Digital Rock Simulation (DRS) approach using high-resolution CT-images to estimate Young's Modulus and Poisson's ratio of carbonate samples following a non-destructive approach. In the numerical simulations we use a voxel model of reconstructed 3D geometry that is evaluated using Finite Element Method (FEM). We extract Representative Volume Elements (REV) of Kangan carbonates with different porosity and mineralogy. In laboratory experiments, we quantified the modulus based on Axial Stress-Axial Strain Curve that was obtained from Triaxial Compression Tests. Finally, we compare the simulation results and laboratory measurements. Our analysis shows that obtained Young's Modulus of modeling are between 4.3% and 18.9% higher than compared to the results of laboratory tests. The highest error is related to the samples with the more porous, which are mainly dolomite. The assumptions about solid fraction properties regarding to mineralogy differences remains challenging
    Keywords: Young's modulus, Poisson's ratio, Representative Element Volume, Micro-CT, Kangan Formation
  • Mohammad Rezaee, Mohsen Masihi, Hassan Mahani * Pages 40-51

    The three main factors affecting formation breakdown pressure (PB) include rock mechanical and petrophysical properties, fluid properties and in-situ stress fields. Boreholes in different reservoir sections within the same rock type and reservoir and even under the same stress fields may exhibit different PB behaviors due to differences in pore water chemistry (different ionic composition and ionic strength) and geochemical interactions between pore water and rock. The PB can be estimated based on different theoretical and empirical models. However, in these models, the geochemical effect is not directly captured. Besides, the accuracy of PB estimation using these relations is still unknown. In this study, the accuracy of PB estimation using the conventional models and the effects of pore water chemistry on PB were investigated using published data from literature. Also, a new model was developed based on the concept of effective stress, disjoining pressure and the superposition principle for stress distribution around well-bore. The results indicate that most of the conventional models are unsuccessful in PB prediction for hydraulic fracturing operations. As an example, the popular Hubert-Willis model has an average error of 34.7%. Our study indicates that pore water chemistry has a substantial effect on rock wettability and PB due to the change of inter-granular forces, based on the DLVO theory, affecting the rock strength. The results of the new conceptual model show a decrease in the PB of chalkstone with an increase in the concentration of the sulfate ions in the pore water.

    Keywords: Pore water chemistry, Formation Breakdown Pressure, Hydraulic fracturing, Disjoining pressure
  • Gholamreza Lashkaripour *, Javad Ahmadzadeh, Mohammad Ghafoori, Naser Hafezi Moghaddas Pages 52-65
    It is very important to know the rock creep behavior in the evaporitic cap rocks in order to investigate the convergence in oil wells. In general, among evaporitic rocks, the creep behavior of gypsum and anhydrite has been less investigated compared to halite, which are investigated in this research. Since accessibg to the cores of oil wells drilled in Gachsaran Formation is very difficult and expensive, in this research, sampling was done from the surface outcrops of section 1 of Gachsaran formation. For this purpose, blocks were prepared from gypsum and anhydrite and then cored from them in the laboratory. First, unconfined compressive strength (UCS) tests were performed on cores to determine the amount of initial load for uniaxial multi-stage creep test. Next, based on the UCS results and the approximate temperature conditions of cap rock, creep tests were performed at two temperature conditions of the laboratory and cap rock environment. Then, based on the data obtained from the creep tests, fitting the exponential and Powerlaw creep equations was done on gypsum and anhydrite. The results show the creep yield stress of 12 MPa for gypsum and 20 MPa for anhydrite. Also the creep tests was performed at two levels of initial stress 0.1 yield stress and 0.75 yield stress in UCS test. Based on these tests, the linear viscous limit for creep of gypsum and anhydrite was obtained as 5.5 to 6.7 MPa and 9.8 to 15.15 MPa, respectively. In addition, gypsum shows more uniform plasticity and creep under temperature compared to anhydrite. This is while in the anhydrite, the threshold of accelerated creep is lowered and the creep time is reduced.
    Keywords: Gypsum, Anhydrite, Compressive strength, Creep test, Temperature, Creep equation
  • Zahra Alizadeh Zakaria *, Hamid Ebadi, Farshid Farnood Ahmadi Pages 66-77
    Although groundwater withdrawal is considered to be the main and most common cause of land subsidence, extraction of oil and gas, or minerals from beneath the earth's surface also results in land subsidence. Land subsidence over oil and gas fields leads to several natural and manufactured disasters such as critical and strategic infrastructure destruction. In addition, it imposes significant costs on the oil industry, which indicates the need to control and monitor land subsidence in oil fields. Due to irrecoverable damage caused by this phenomenon, it is necessary to regularly monitor areas subject to subduction in oil and gas fields. There are different ways to measure crustal deformation in Geomatics engineering based on geodetic and remote sensing technologies. Despite high accuracy, the use of geodetic techniques such as Global Navigation Satellite System (GNSS) to regularly monitor crustal deformation in a wide coverage is limited by some disadvantages like discontinuous data collection, the need for installation of the equipment on the ground or direct contact with the ground which is time- and cost-consuming. InSAR technology has been widely used in recent decades to monitor crustal deformations with high spatiotemporal resolution and lower cost and time. This study aims to present a new methodology based on the Persistent Scatterer-InSAR (PS-InSAR) method to investigate the correlation between land subsidence and petroleum extraction in the southwestern region of Iran with active oil and gas fields during two periods from 2017/04 to 2017/10 and from 2019/04 to 2019/10, respectively with the highest and lowest petroleum extraction. The results showed that subductions of 10 to 30 cm during the period of 2017/04 to 2017/10 with an annual rate of 20 to 50 cm have occurred in southwestern Iran around the active oil fields which might be due to the significant petroleum extraction since 2016.
    Keywords: Land subsidence, Oil, and Gas Extraction, Pattern Recognition, Remote Sensing, PS-InSAR