ارائه‌ مدلی برای تخمین فشار شکست هیدرولیکی در سنگ‌های کربناته چاه‌های نفت ایران

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی معدن، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)

2 دانشیار، گروه مهندسی معدن، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)

3 دانشیار، گروه آمار، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)

چکیده

با توجه به نیاز روزافزون کشور به نرخ تولید بیشتر از چاه‌های نفتی و بازدهی بیشتر مخازن نفت، فعال‌سازی مجدد چاه‌های نفت در ایران امری ضروری به نظر می‌رسد. تولید نفت با گذشت زمان، به دلیل کاهش فشار مخزن و بسته شدن ترک‌ها و منافذ میکروسکوپی موجود در سنگ مخزن کاهش می‌یابد. شکست هیدرولیکی به ‌عنوان روشی برای تحریک مخازن نفتی به عوامل مختلفی از جمله ویژگی‌های محیطی که شکستگی در آن رشد می‌کند، بستگی دارد. ویژگی‌های مکانیکی لایه‌ها به‌عنوان یکی از مهمترین پارامترهای تاثیرگذار بر رونـد پیشـروی شکسـت هیدرولیکی و هندسه‌ آن شناخته شده‌اند. در این تحقیق سنگ اولیه به صورت بکر و بدون ترک فرض شده و تاثیر تغییرات پارامترهای مختلف در 21 حالت بر فشار شکست هیدرولیکی با استفاده از نرم‌افزار آباکوس مدلسازی و تحلیل حساسیت شده است.  پارامترهای ورودی که تاثیر آن‌ها بر فشار شکست هیدرولیکی مورد بررسی قرار گرفته شامل مدول الاستیسیته، تنش افقی حداقل و حداکثر، تنش قائم، مقاومت کششی، نسبت پواسون و فشار منفذی است. اطلاعات مورد نیاز از چاه‌های حفرشده در سنگ‌های کربناته ایران گرفته شده است.  در نهایت با استفاده از نرم‌افزار SPSS و تحلیل آماری رگرسیون چند متغیره، تخمین فشار شکست هیدرولیکی به عنوان تابعی از تنش افقی حداقل، اختلاف تنش‌های افقی حداقل و حداکثر، فشار منفذی و مقاومت کششی ارایه شده است.  نتایج تحلیل‌های آماری نشان‌دهنده‌ دقت بسیار بالای خط رگرسیونی برازش شده و در واقع رابطه‌ ارایه‌شده است. در این رابطه به ترتیب پارامترهای تنش افقی حداقل، اختلاف تنش‌های افقی حداقل و حداکثر، فشار منفذی و مقاومت کششی بیشترین تاثیر را بر فشار شکست هیدرولیکی نشان دادند. به کمک رابطه‌ ارایه‌شده در این تحقیق، می‌توان فشار شروع شکست هیدرولیکی در سنگ‌های کربناته با ویژگی‌های متفاوت را به دست آورد. به دست آوردن این فشار به تعیین پمپ مناسب کمک می‌کند و باعث پایین آمدن هزینه‌های عملیاتی می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Development of a model for estimating the hydraulic breakdown pressure in carbonate rocks of Iranian oil wells

نویسندگان [English]

  • M. Aria 1
  • M. Hosseini 2
  • A. Fallah 3
1 M.Sc Student, Dept. of Mining Engineering, , Imam Khomeini International University
2 Associate Professor, Dept. of Mining Engineering, Imam Khomeini International University
3 Associate Professor, Dept. of Statistics, Imam Khomeini International University
چکیده [English]

Due to the increasing demand for more production rates and output from oil reservoirs, the re-activation of oil wells in Iran is a vital task. Oil production reduces overtime because of a decrease in reservoir's pressure and also as a results of the closure of cracks and microscopic holes. Hydraulic fracture, as a method for stimulating oil reservoirs related to various factors, including characteristics of the environment in which the fracture grows. Mechanical properties of layers has been recognized as one of the most effective parameters on the progress of hydraulic fracture and its geometry. In this study, the primary rock was considered as non-cracked. In this research, numerical modeling was done by ABAQUS software in 21 different cases for which the effect of each input parameters on the hydraulic fracture pressure was investigated by performing sensitivity analysis. The input parameters were well's data and included Young's modulus, minimum and maximum horizontal stress, vertical stress, tensile strength, Poisson''s ratio and pore pressure. The required data is obtained from the excavated wells in carbonate rocks in Iran. The results showed minimum horizontal stress has the highest impact on the hydraulic fracture pressure. Finally, using SPSS software and by performing multivariate regression analysis, a formula was made using the numerical modeling data to estimate the hydraulic fracture pressure. The results of statistical analysis corroborate the precision of regression line and consequently the suggested formula. In this formula, the parameters such as minimum horizontal stress, the difference between minimum and maximum horizontal stresses, pore pressure and tensile strength, have the most effect on the hydraulic fracture pressure respectively. Using the presented formula in this study, the hydraulic fracture pressure in carbonate wells with different properties could be obtained. Gaining this pressure will help to determine the proper pump and case to reduce operating costs.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydraulic fracturing
  • Minimum horizontal stress
  • numerical modeling
  • Multivariate regression
  • Statistical analysis
[1]   آیت اللهی، م. ر.؛ پور کاویان، م. ح.؛ محمد علیها، م. ر.؛ 1390؛"تعیین حداقل فشار لازم برای آغاز رشد ترک، در عملیات شکست هیدرولیکی"نشریه‌ی علمی-پژوهشی مهندسی معدن، دوره 6، شماره 12، ص 70-61.

[2]     Wilkinson, J. R., Teletzke, G. F., and King, K. C. (2006). “Opportunities and Challenges for Enhanced Recover in Middle East”. Abu Dhabi International Petroleum Exhibition and Conference, 5-8 November, Abu Dhabi, UAE, 15-20.

[3]     Bareer R. D., Fisher M. K., and Woodroof R. A. (2002). “Apractical guide to hydraulic fracturing diagnostic technologies”. SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Texas, 29 September-2 October, San Antonio, Texas, 10-15.

[4]     Nasehi, M. J., and Mortazavi, A. (2013). “Effects of in-situ stress regime and intact rock strength parameters on the hydraulic fracturing”. Journal of Petroleum Science and Engineering, 108: 211-221.

[5]     برهانی کودهی، ه.؛ عقیقی، م. ع.؛ 1393؛"مدل‌سازی تقریبی عملیات شکافت هیدرولیکی: مطالعه موردی بر روی یک میدان نفتی در غرب ایران". پژوهش نفت، شماره 81، ص 112-124.

[6]     Abdollahipour, A., Fatehi Marji, M., Yarahmadi Bafghi, A., and Gholamnejad, J. (2016). “DEM simulation of confining pressure effects on crack opening displacement in hydraulic fracturing”. International Journal of Mining Science and Technology, 26: 577-561.

[7]     Hubbert, M. K., and Willis, D. G. (1957). “Mechanics of hydraulic fracturing”. Society of Petroleum Engineers, 210: 153–163.

[8]     Daneshy, A. A., (1974). “Hydraulic Fracture Propagation in the Presence of Planes of Weakness”. Presented at the SPE European Spring Meeting, 29-30 May, Amsterdam, the Netherlands, 153-163.

[9]     Blanton, T. L. (1986). “Propagation of hydraulically and dynamically induced fractures in naturally fractured reservoirs”. Presented at the SPE/DOE Unconventional Gas Technology Symposium, 18-21 May, Louisville, Kentucky, 613-621.

[10]  De pater, C. J., and Beugelsdijk, L. J. L. (2005). “Experiments and numerical simulation of hydraulic fracturing in naturally fractured rock”. The 40th U.S. Symposium on Rock Mechanics (USRMS), 25-29 June, Anchorage, Alaska.

[11]  Zhang, G., and Chen, M. (2010). “Dynamic fracture propagation in hydraulic re-frecturing”. Journal of Petroleum Science and Engineering, 70: 266-272.

[12]  Shimizu, H., Murata, S., and Ishida,T. (2011). “The distinct element analysis for hydraulic fracturing in hard rock considering fluid viscosity and particle size distribution”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 48: 712-727.

[13]  Jianchun, G., Xing, Z., Haiyan, Z., Xudong, Z., and Rui, P. (2015). “Numerical simulation of interaction of hydraulic fracture and natural fracture based on the cohesive zone finite element method”. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 25: 180-188.

[14]  ملاعلی، م.؛ یزدانی، م.؛ 1393؛"مدل‌سازی عددی شکست هیدرولیکی در مخازن نفتی با اجزاء محدود توسعه یافته". مهندسی عمران شریف، دوره‌ 2-30، شماره‌ 1/4، ص 3-11.

[15]  دهقان، ع. ن.؛ گشتاسبی، ک.؛ آهنگری، ک.؛ جین، ی.؛ میسکیمینس، ج.؛ 1394؛"مکانیسم شروع و گسترش شکست با استفاده از یک سیستم آزمایش شکافت هیدرولیکی سه محوره بر روی نمونه‌هایی از بلوک‌های سیمانی". پژوهش نفت، شماره‌ی 2-85، ص 180-189.

[16]  اکرمی، ع.؛ حسینی، م.؛ 1396؛"مدلسازی آزمایشگاهی شکست هیدرولیکی". یافته‌های نوین زمین‌شناسی کاربردی، دوره‌ی یازدهم، شماره‌ی 21، ص 83-91.

[17]  شلیلیان، ر.؛ 1395؛ "آموزش گام به گام Abaqus". انتشارات خلیج فارس.

[18]  شیرین آبادی، ر.؛ رسولی، و.؛ گشتاسبی، ک.؛ 1385؛ "تحلیل پایداری چاه در یکی از مخازن نفتی ایران". اولین کنگره مهندسی نفت ایران، 10-9 خرداد، تهران.

[19]  شفائی زاده، ا.؛ فروزان، م. ر.؛ فرامرزی، ل.؛ 1393؛ "شبیهسازی جوانهزنی و رشد ترک در عملیات شکست هیدرولیکی چاه نفت با استفاده از معیار آسیب تنش اصلی بیشینه". مجله مهندسی مکانیک مدرس، دوره چهاردهم، شماره 5، ص 164-174.

[20]  کوچکی، ا.؛ گشتاسبی، ک.؛ 1386؛"تحلیل پایداری چاه نفت سازند آسماری مخزن کوپال". ششمین کنفرانس دانشجویی مهندسی معدن، 23-21 اسفند، دانشگاه صنعتی امیر کبیر، تهران، ص 427-434.

[21]  چمن زاد، م. ع.؛ نوروزی بزمین آبادی، س.؛ رمضان زاده، ا.؛ تخم چی، ب.؛ نوروزی، ه.؛ 1394؛ "مدل سازی ژئومکانیکی و‌ تعیین پنجره ایمن گل‌ حفاری (مطالعه موردی در یکی از چاههای میدان نفتی‌ آزادگان)". اولین کنفرانس ملی ژئومکانیک نفت، 22-24 اردیبهشت، مرکز همایش‌های بین‌المللی پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران، ص 524-531.

[22]  سید سجادی، ش.؛ عقیقی، م. ع.؛ 1394؛"ساخت و تحلیل مدل ژئومکانیکی مخزن بنگستان در میدان کوپال". نشریه‌ی علمی-پژوهشی معدن، دوره دهم، شماره 26، ص 21-34.

[23]  عسگری، ر.؛ عقیقی، م. ع.؛ قویدل، ن.؛ بلقن آبادی، ر. ا.؛ 1394؛"پایداری چاه و تعیین فشار بهینه گل در یکی از میادین نفتی جنوب ایران". اولین کنفرانس ملی ژئومکانیک نفت، 24-22 اردیبهشت، مرکز همایش‌های بین‌المللی پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران، ص 299-308.

[24]  توکلی فر، ع.؛ آبدیده، م.؛ 1391؛ "تحلیل پایداری چاه توسط معیار مورکلمب و تعیین پنجره ایمن گل در یکی از مخازن جنوب غربی ایران". نخستین همایش ملی مهندسی مخازن هیدروکربوری، علوم و صنایع مرتبط، 25 خرداد، هم اندیشان انرژی کیمیا، تهران.

[25]  طواف، س.؛ آبدیده، م.؛ 1391؛ "طراحی مدل ژئومکانیکی سنگ مخزن در یکی از چاه‌های میدان نفتی آزادگان". سی و یکمین گردهمایی علوم زمین، 12-11 آذر، تهران، ص 1-10.

[26]  فاطمی عقدا، س. م.؛ تلخابو، م.؛ طاهری حاجی وند، ا.؛ 1393؛تهیه مدل ژئومکانیکی و تعیین پنجره ایمن گل حفاری به‌منظور جلوگیری از ناپایداری دیواره چاه (مطالعه موردی: یکی از میادین نفتی جنوب غرب ایران)". همایش ملی زمین‌شناسی و اکتشاف منابع، 20 اسفند، شیراز، ایران.

[27]  زارع زاده، ع.؛ آبدیده، م.؛ 1392؛"بررسی فشار شکست و تهیه مدل ژئو مکانیکی یکی از چاههای میدان نفتی مارون". اولین کنفرانس و نمایشگاه تخصصی نفت، 26-24 اردیبهشت، تهران، ایران، ص 1-7.

[28]  میرزا قادری، ق.؛ مرادی، م.؛ فلاح، ا.؛ 1389؛ "مقدمهای بر آمار و احتمال". انتشارات دانشگاه کردستان، (چاپ دوم).

اسماعیلیان، م.؛ ربیعی، م. ر.؛ 1394؛"راهنمای جامع SPSS22". نشر موسسه‌ی فرهنگی هنری دیباگران تهران.