بررسی تاثیر فرسایش لوله جداری و ضریب الاستیسیته سیمان در پدیده مچالگی یکی از میادین جنوب غربی ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف، تهران

3 شرکت مهندسی و خدمات چاه پیمایی مهران، تهران

چکیده

مچالگی یا دوپهلو شدن لوله جداری در هنگام تولید از میادین پرفشار، به امری رایج در صنعت نفت ایران و جهان تبدیل گشته به‌گونه‌ای که طبق مطالعات و گزارش‌های شرکت مناطق نفت‌خیز جنوب از تعداد 56 حلقه چاه حفر شده در یکی از میادین پرفشار جنوب غربی ایران، 21 مورد این پدیده اتفاق افتاده که در 18 مورد از آن‌ها (32 درصد کلی) چاه از دست رفته است. طبق مطالعات انجام‌شده، عوامل مختلفی بر مچالگی لوله جداری نقش دارند که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به اعمال تنش‌های نقطه‌ای به چاه و لوله‌های جداری براثر عوامل تکتونیکی و ژئومکانیکی، خوردگی، وجود فضای خالی پشت لوله‌های جداری، جنس و کیفیت لوله جداری، جنس و نوع سیمان مورد استفاده، فشار منفذی، کیفیت سیمان شدگی و ... اشاره کرد.  
در این مقاله، قصد بررسی میزان تأثیر فرسایش لوله جداری و نیز ضریب الاستیسیته سیمان اطراف آن بر توزیع تنش‌های اطراف چاه، با شبیه‌سازی سیستم سازند – سیمان – جداری با نرم‌افزار شبیه‌ساز آباکوس تحت اعمال تنش­ها و شرایط منطقه‌ای میدان مدنظر را داریم. پس ‌ از آن میزان تأثیر این عوامل را بر جابه‌جایی سیمان اطراف چاه و تنش اعمال شده به لوله جداری را بررسی خواهیم کرد. شبیه‌سازی‌های این پژوهش نشان می‌دهد میزان تأثیر فرسایش نقطه‌ای لوله جداری تأثیر بسزایی در توزیع استرس‌های نواحی اطراف چاه و جابه‌جایی‌های سیمان اطراف لوله جداری دارد در حالی که ضریب الاستیسیته سیمان نسبت به فرسایش لوله تأثیر کمتری بر نتایج داشت که در دو حالت ضریب الاستیسیته سیمان زیرِ ضریب الاستیسیته سازند و بالای آن قابل بررسی است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

An investigation of the effects of casing erosion and cement elastic modulus on the casing collapse phenomenon: a case study on an oil field in southwest Iran

نویسندگان [English]

  • Sajjad Haghshenas Lari 1
  • Saeed Shad 2
  • Alireza Zangeneh Var 3
1 Sharif University of Technology, Chemical and Petroleum Engineering Department, Tehran, IR Iran
2 Chemical and Petroleum Engineering Department, Sharif University of Technology, Tehran
3 Mehran Engineering & Well Services Company, Tehran
چکیده [English]

Casing collapse phenome during the production of boreholes drilled in high-pressurized reservoirs are a common challenge that the petroleum industry is facing universally. Such a problem has been observed 21 times in the boreholes drilled at one of the high-pressurized fields in Southwest Iran whose 56-production-well consequently reduced to 38 (by losing 18 producers due to the casing failure). Based on the studies conducted on the collapse phenomenon different factors contribute to the occurrence of such a problem. The important factors have been reviewed, analysed, and reported in the literature are:
 The stresses applied due to point-load on the wellbore and the casing by geomechanical and tectonic effects
 Casing erosion
 The presence of void spaces between the casing and the wellbore wall
 Casing type and quality
 Cement type and quality
 Pore pressure (related to Geomechanical effect?)
 The quality of cementing bondage
In the present study, taking advantage of ABAQUS, the efforts have been put to analyse and study the effects of the casing erosion and cement elastic modulus on the stress distribution around the borehole by simulating formation-cement-casing system considering in-situ stress. The cement displacement and the consequent stress tensor applied on the casing have been investigated. The numerical studies have been conducted in two cases considering the cement elastic modulus higher and lower than the formation elastic modulus. The results showed that the point-erosion of the casing has a stronger effect than that of the cement elastic modulus on the stress distribution around the borehole and the displacement of the surrounding cement.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Casing
  • Stress
  • Erosion
  • Collapse
  • Cement
  • Elastic Modulus
Bîrsan, M. (2007). "On Saint-Venant’s principle in the theory of Cosserat elastic shells." International journal of engineering science 45(2-8): 187-198.
Bruno, M. S. (2002). "Geomechanical and decision analyses for mitigating compaction-related casing damage." SPE drilling & completion 17(03): 179-188.
Deng, J.-g. (1997). "Simulation experiment on effects of cement mantle features on casing loading." JOURNAL-UNIVERSITY OF PETROLEUM CHINA NATURAL SCIENCE EDITION 21: 24-28.
Fjar, E., R. M. Holt, A. Raaen ,R. Risnes and P. Horsrud (2008). Petroleum related rock mechanics, Elsevier.
Fleckenstein, W., A. Eustes, W. Rodriguez, A. Berger and F. Sanchez (2005). Cemented casing: the true stress picture. AADE National Technical Conference and Exhibition, Houston ,USA, 5-7 April 2005.
Ieşan, D. and A. Scalia (1997). "On Saint Venant's principle for microstretch elastic bodies." International journal of engineering science 35(14): 1277-1290.
Javidi, M., M. Saeedikhani and R. Omidi (2012). "Failure analysis of a gas well tubing due to corrosion: a case study." Journal of failure analysis and prevention 12(5): 550-557.
Krug, G. and C. Marx (1981). "Collapse resistance of casing under pressure, loads." Oil Gas J.;(United States) 79.
Ladeveze, P. (1985). On Saint-Venant's principle in elasticity. Studies in Applied Mechanics, Elsevier. 12: 3-34.
Li, X., F. Mitchum, M. Bruno, P. Pattillo and S. Willson (2003). Compaction, subsidence, and associated casing damage and well failure assessment for the Gulf of Mexico shelf Matagorda Island 623 field . SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Society of Petroleum Engineers.
Mirzaghorbanali, A., N. Fathianpour, H. Ghasemzadeh and M. Salarian (2011). "A new approach in casing collapse design using the geomechanical model and heaviest drilling fluid." Petroleum Science and Technology 29(18): 1948-1962.
Nur, A. and J. D. Byerlee (1971). "An exact effective stress law for elastic deformation of rock with flu ids." Journal of Geophysical Research 76(26): 6414-6419.
Shen, Z., F .E. Beck and K. Ling (2014). "The Mechanism of Wellbore Weakening in Worn CasingCement-Formation System." Journal of Petroleum Engineering 2014.
Tao, W., Y. Shenglai, Z. Weihong, B. Wanjiang, L. Min, L. Yu, Z. Yuan, Z. Jin, Z. Wei and C. Lan (2011). "Law and countermeasures for the casing damage of oil production wells and water injection wells in Tarim Oilfield." Petroleum Exploration and Development 38(3): 352-361.
Ward, C. and E. Andreassen (1997). Pressure while drilling data improves reservoir drilling performance. SPE/IADC drilling conference, Society of Petroleum Engineers.
Yin, F. and D. Gao (2014). "Mechanical analysis and design of casing in directional well under in -situ stresses." Journal of Natural Gas Science and Engineering 20: 285-291.
Zhang, H., B. Sun, G. Yan, Z. Wang and M. Huang (2016). "Distribution laws and effects analysis of casing external pressure taking elastic parameters matching into account." Petroleum 2(1): 108-115.
Zoback, M. D. (2010). Reservoir geomechanics, Cambridge University Press. 
هاشمی، ص؛ سلیمانی، ب؛ناصری کریموند، ف؛ (1394). "بررسی دلائل مچالگی لوله ‌‌های جداری و تغییرات فشار سازندی زون 4 بخش 7 سازند گچساران در میدان نفتی مارون" پژوهش نفت 25(2): 54-65.