تحلیل پایداری چاه قائم با استفاده از مفهوم ناحیه پلاستیک و معیارهای گسیختگی مختلف در یکی از میادین نفتی جنوب غرب ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی معدن، دانشگاه یزد

2 هیئت علمی دانشکده مهندسی معدن و متالورژی دانشگاه یزد

3 استادیار پژوهشگاه صنعت نفت

4 پژوهشگاه صنعت نفت

چکیده

عملیات حفاری به دلیل حذف حجمی از سنگهای متحمل تنش و تحمل آن توسط مابقی سنگ‏های محیط، باعث توزیع مجدد و تمرکز تنش در دیواره چاه میشود. درصورتی‌که میدان تنش القایی ایجاد شده در دیواره چاه از مقاومت برشی سنگ‏های پیرامون آن تجاوز کند، به ترتیب وقوع گسیختگیهای برشی و به دنبال آن تشکیل یک ناحیه پلاستیک را در اطراف دیواره چاه به دنبال خواهد داشت. از این رو درک صحیحی از وضعیت ناحیه پلاستیک پیرامون دیواره چاه میتواند منجر به شناخت دقیق از رفتار محیط پیرامون چاه گردد، تا بتوان بر اساس آن تدابیر لازم نظیر پیشنهاد پنجره ایمن گل و راستای بهینه حفاری را به منظور مقابله با مشکلات ناشی از ناپایداری چاه در دستور کار قرار داد. علاوه براین میبایست اذعان نمود که بررسی پایداری چاه بر پایه تعیین فشار بحرانی تنها نشان دهنده پتانسیل وقوع شکست در اطراف دیواره چاه است. از این رو پیش‌بینی‌های انجام شده از تطابق خوبی با واقعیت برخوردار نخواهد بود. در این تحقیق نیز با استفاده از یک تحلیل الاستوپلاستیک و تلفیق آن با سه معیار گسیختگی موهر-کولمب، موگی-کولمب و لید اصلاح شده، میزان گسترش ناحیه پلاستیک در پیرامون دیواره چاه قائمی با فشار گل معین در یکی از میادین نفتی جنوب غرب ایران ارزیابی شد؛ و به دنبال آن وضعیت پایداری چاه مذکور مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت پس از تحلیلهای انجام شده، مطابق معیارهای گسیختگی موگی-کولمب و لید اصلاح شده عدم وجود ناحیه پلاستیک در اطراف دیواره چاه پیش­بینی شد که با دادههای حاصل از لاگ FMI مطابقت خوبی داشت. از طرفی عدم تطابق نتایج حاصل از معیار موهر کولمب با  دو معیار دیگر نیز میتواند ناشی از نادیده گرفتن اثر تنش اصلی حد واسط در آن باشد. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Stability analysis of a vertical wellbore in one of Iran's South-West oilfields using the plastic zone concept

نویسندگان [English]

  • Hatef Yousefian 1
  • Mohammad Fatehi Marji 2
  • Hamid Soltanian 3
  • Abolfazl Abdollahipour 4
  • Yaser Pourmazaheri 4
1 Student of Mining Engineering in Yazd university
2 Department of Mining and Metallurgy, Engineering Faculty, Yazd University
3 Assistant professer of Research Institution of Petroleum Industry
4 Research Institute of Petroleum Industry
چکیده [English]

During drilling operation, a volume of formation rocks which have been effected by far field stress is removed. Thus induced stress field redistributes around the borehole wall. While this induced stress field exceeds the resistance of the rocks around borehole wall, borehole breakout will take place. As a result a plastic zone around borehole wall can be observed. Hence, accurate understanding of state of plastic zone around the borehole wall can lead to figure out the behavior of the borehole circumferential environment. The analysis plastic zone around the borehole wall is valuable to determine safe mud window and optimize well trajectory to mitigate well instability problems. On the other hand, analysis the wellbore stability based on the critical pressure may be unreasonable, because the critical pressure can only reflect the degree of difficulty for the initiation of damage at the wellbore rather than the extent of the wellbore damage. Therefore, the results of wellbore stability analysis based on the analysis of plastic zone around the borehole wall are more realistic. In this study, using an elasto-plastic analysis incorporating three commonly used failure criteria as Mohr-Coulomb, Mogi-Coulomb and modified Lade, the extent of plastic zone around a vertical oil well and the condition of stability with specific mud weight in southwest of Iran was investigated. Results showed that according to the Mogi-Coulomb and modified Lade failure criteria which have been confirmed by FMI data the probability of occurrence of plastic zone around the borehole wall was negligible and borehole was in the stable condition. On the other hand, the discrepancy between the results of Mohr-Coulomb criterion and the set of modified Lade and Mogi-Coulomb criteria can be due to the negligence of the effect of averaged main stress.

کلیدواژه‌ها [English]

  • wellbore stability
  • plastic zone
  • induced stress field
  • FMI data
  • failure criterion
Erling Fjaer, R.M. Holt, A.M. Raaen, R. Risnes, P. Horsrud. 2008. Petroleum Related Rock Mechanics. Elsevier.
Aadnoy, Bernt Sigve, and Eirik Kaarstad. 2010. “History Model For Sand Production During Depletion.” In SPE EUROPEC/EAGE Annual Conference and Exhibition, Society of Petroleum Engineers.
Al-Ajmi, AM, RW Zimmerman. 2005. “Relation between the Mogi and the Coulomb Failure Criteria.” Journal of Rock Mechanics and Mining.
Al-Ajmi, Adel M., and Robert W. Zimmerman. 2009. “A New Well Path Optimization Model for Increased Mechanical Borehole Stability.” Journal of Petroleum Science and Engineering 69(1–2): 53–62.
Bradley, W. B. 1979. “Failure of Inclined Boreholes.” Journal of Energy Resources Technology 101(4): 232.
Chabook, Mohammad, Adel Al-Ajmi, and Valery Isaev. 2015. “The Role of Rock Strength Criteria in Wellbore Stability and Trajectory Optimization.” International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 80(80): 373–78.
Detournay, E., and A.H-D. Cheng. 1988. “Poroelastic Response of a Borehole in a Non-Hydrostatic Stress Field.” International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts 25(3): 171–82.
Ewy, Russell T. 1998. “Wellbore Stability Predictions Using a Modified Lade Criterion.” In SPE/ISRM Rock Mechanics in Petroleum Engineering, Society of Petroleum Engineers.
Goodman, RE. 1989. Introduction to Rock Mechanics. New York: Wiley.
Heidarian, Mohamad, Hossein Jalalifar, Mahin Schaffie, and Saeed Jafari. 2014. “New Analytical Model for Predicting the Unstable Zone Around the Borehole.” SPE Journal 19(06): 1177–83.
Li, Qian, and Zhiqiang Tang. 2016. “Optimization of Wellbore Trajectory Using the Initial Collapse Volume.” Journal of Natural Gas Science and Engineering 29: 80–88.
Mark D. Zoback. 2010. Reservoir Geomechanics. Cambridge University Press.
Moos, D., C.A. Barton, and S. Willson. 2007. “Impact of Rock Properties On the Relationship Between Wellbore Breakout Width And Depth.
Smart, E.G.D., J.M. Somerville, and K.J. MacGregor. 1991. “The Prediction of Yield Zone Development Around a Borehole And Its Effect On Drilling And Production.
Zhang, Weidong et al. 2015. “Analysis of Borehole Collapse and Fracture Initiation Positions and Drilling Trajectory Optimization.” Journal of Petroleum Science and Engineering.