نشریه ژئومکانیک و ژئوانرژی

نشریه ژئومکانیک و ژئوانرژی

ارزیابی تأثیر شکست هیدرولیکی بر پتانسیل تولید ماسه در یک چاه نفتی با استفاده از روش المان مجزا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استاد مکانیک سنگ در دانشکده مهندسی معدن و متالورژی دانشگاه یزد.
2 استادیار مهندسی نفت و مهندسی معدن، دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه یزد
3 دانشجو دکتری دانشگاه یزد
4 دانشگاه یزد، دانشکده معدن
چکیده
تولید ماسه از مخازن ماسه‌سنگی سست یکی از چالش‌های اساسی صنعت نفت است که منجر به فرسایش تجهیزات، کاهش بهره‌وری و افزایش هزینه‌های عملیاتی می‌شود. شکست هیدرولیکی، اگرچه عمدتاً برای افزایش تراواپذیری و تحریک مخزن انجام می‌شود، می‌تواند پایداری دیواره چاه و پدیده تولید ماسه را تحت تأثیر قرار دهد. با این حال، درک کمی از چگونگی تأثیر مشخصات هندسی شکست هیدرولیکی (مانند تراکم و طول ترک‌ها) بر میزان تولید ماسه، به ویژه در مخازن با درجه سیمان‌شدگی متوسط، همچنان محدود است. در این پژوهش، یک مدل دوبعدی مبتنی بر روش المان مجزا (DEM) در نرم‌افزار PFC2D توسعه داده شده است تا به صورت یکپارچه، فرآیند گسترش شکست هیدرولیکی و متعاقب آن تولید ماسه را در سه مقطع مختلف از یک چاه واقعی در میدان نفتی آزادگان شبیه‌سازی کند. مدل با استفاده از داده‌های آزمایشگاهی سه‌محوره کالیبره شد و خطای نسبی پیش‌بینی مقاومت فشاری تک‌محوره حدود ۵/۱۰ درصد حاصل گردید. پس از اعمال شرایط مرزی واقعی شامل تنش‌های برجا، فشار مخزن و فشار تولید، مدل برای سه مقطع با سابقه شکست متفاوت اجرا شد. نتایج کمی نشان داد که در مقطع ۱ با بیشترین تراکم و طول شکستگی (تعداد ترک و طول کل بیشتر)، میزان تولید ماسه تجمعی پس از دو روز به طور قابل توجهی کمتر از مقطع ۳ با کمترین شکستگی بود. یافته کلیدی حاکی از آن است که برخلاف تصور رایج در برخی مخازن سست، در شرایط ژئومکانیکی مورد مطالعه، وجود شکست هیدرولیکی گسترده و متراکم با کاهش تولید ماسه همراه است. این پدیده را می‌توان به تشکیل قوس‌های تنش پایدار در پشت نواحی شکسته نسبت داد که نیروی درگ سیال را خنثی کرده و از جدایش ذرات جلوگیری می‌کند. این رویکرد شبیه‌سازی یکپارچه، ابزاری توانمند برای بهینه‌سازی همزمان طراحی شکست هیدرولیکی و مدیریت تولید ماسه در اختیار مهندسان نفت قرار می‌دهد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Evaluation of the Effect of Hydraulic Fracturing on Sand Production Potential in an Oil Wellbore Using the Discrete Element Method

نویسندگان English

Mohammad Fatehi Marji 1
Manouchehr Sanei 2
Masoud Yazdani 3
Mehdi Najafi 4
1 Department of Mining Engineering, Yazd University
2 Assistant Professor in Petroleum Engineering and Mining Engineering, Department of Mining and Metallurgical Engineering, Yazd University
3 PhD student Yazd University
4 Yazd University, Mining Engineering
چکیده English

Sand production from unconsolidated sandstone reservoirs is one of the fundamental challenges in the oil industry, leading to equipment erosion, reduced productivity, and increased operational costs. Hydraulic fracturing, although primarily performed to enhance permeability and stimulate the reservoir, can affect wellbore stability and the phenomenon of sand production. However, a quantitative understanding of how the geometric characteristics of hydraulic fractures (such as density and length of cracks) influence sand production rates, especially in moderately cemented reservoirs, remains limited. In this study, a two-dimensional model based on the Discrete Element Method (DEM) has been developed in the PFC2D software to integrally simulate the hydraulic fracture propagation process and the subsequent sand production in three different sections of a real well in the Azadegan oil field. The model was calibrated using triaxial laboratory data, and the relative error in predicting the uniaxial compressive strength was about 10.5%. After applying realistic boundary conditions including in-situ stresses, reservoir pressure, and production pressure, the model was run for three sections with different fracturing histories. Quantitative results showed that in Section 1, which had the highest fracture density and length, the cumulative sand production after two days was significantly lower than in Section 3, which had the least fracturing. The key finding indicates that, under the studied geomechanical conditions, the presence of extensive and dense hydraulic fracturing is associated with reduced sand production. This phenomenon can be attributed to the formation of stable stress arches behind the fractured zones, which counteract the fluid drag force and prevent particle detachment. This integrated simulation approach provides a powerful tool for petroleum engineers to simultaneously optimize hydraulic fracturing design and manage sand production.

کلیدواژه‌ها English

Sand Production
Hydraulic Fracturing
Oil Wellbore
Discrete Element Method
PFC2D Software