توسعه مدل تحلیلی برهم کنش سنگ و سرمته با در نظر گرفتن تنش‌های برجا و موردکاوی برای یکی از میادین نفتی ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 داشجوی دکتری تخصصی؛ دانشکده‌ مهندسی نفت، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی نفت، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

3 دانشجوی دکترای تخصصی، دانشکده مهندسی نفت، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

4 دانشکده نفت دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

امروزه استفاده از سرمته‌های دندانه الماسی مصنوعی (PDC)[1] در صنعت نفت به‌ویژه در حفاری‌های عمیق گسترش‌یافته است. از همین رو، با توجه به قیمت بالای این نوع سرمته‌ها، شناخت و تحلیل مدل برهم‌کنش این نوع سرمته با سنگ حائز اهمیت فراوان است. تاکنون مدل‌های ریاضی زیادی برای تبیین برهم‌کنش سنگ و سرمته ارائه‌شده است که یکی از مهم‌ترین این مدل‌ها، مدل تحلیلی نیشیماتسو می‌باشد. تمامی مدل‌های موجود، برهم‌کنش سنگ و سرمته را در شرایط محیطی مدل‌سازی کرده‌اند؛ حال‌آنکه در حفاری واقعی، سنگ تحت تنش‌های برجای زمین نیز قرار دارد. ازاین‌رو میزان نیروی اعمالی توسط سرمته برای کندن سنگ بسیار متفاوت از شرایط محیطی خواهد بود. تلاش‌های بعدی برای توسعه مدل نیشیماتسو در شرایط حفاری، فرض کرده‌اند که سنگ در همان زاویه‌ای دچار شکست می‌شود که در شرایط محیطی می‌شکند؛ این در حالی است که با تغییر عمق و در نتیجه تغییر تنش‌های برجای وارده به سنگ، زاویه شکست متفاوت خواهد بود. در این مقاله، با حذف این فرض ساده شونده، مدل تحلیلی نیشیماتسو برای شکست سنگ، مبتنی بر شرایط واقعی حفاری توسعه داده‌شده و برای داده‌های یکی از میادین ایران، مورد کاوی شده است. نتایج نشان می‌دهد حذف این فرض ساده شونده منجر به کاهش خطای 15-20% در محاسبه زاویه شکست و نیروی لازم برای شکست می‌شود.

کلیدواژه‌ها


Bellin F, D.A., King W, Thigpen M, The current state of PDC bit technology. World Oil, 2010.
Cheatham, J., J. B. and Ho, C. Y., A theoretical model for directional drilling tendency of a drill bit in anisotropic rock. 1981, Rice University: Houston, Texas.
Ho, H.-S., Prediction of drilling trajectory in directional wells via a new rock-bit interaction model., in SPE Annual Technical Conference and Exhibition. 1988, SPE: Houston, Texas. p. 407-418.
Detournay, E.a.D., P., phenomenological model for the drilling action of drag bits. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 1992. 29(1): p. 13-23.
Dagrain, F., Detournay, E., and Richard, T., Influence of cutter geometry in rock cutting. Rock Mechanics in the National Interest, 2001. 1-2: p. 927-933.
Perneder, L., Detournay, E., and Downton, G. C., Bit/rock interface laws in directional drilling. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,, 2012. 51: p. 81-90.
Richard, T., Germay, C., and Detournay, E., A simplified model to explore the root cause of stick-slip vibrations in drilling systems with drag bits. Journal of Sound and Vibration, 2007. 305(3): p. 432-456.
Merchant, Mechanics of the metal cutting process. I.Orthogonal cutting and a type 2 chip. J Appl Phys, 1945. 16(5): p. 267-275.
Nishimatsu, Y., THE MECHANICS OF ROCK CUTTING. Int. J. Rock Mech. Min. Sci, 1972. 9: p. 261-270.
ZhantaoLi, K.-i.I., An analytical drilling model of drag bits for evaluation of rock strength. Soils and Foundations, 2012. 52(2): p. 216-227.
Xin Ling, W.L., Hui Pu, Development of a Cutting Force Model for a Single PDC Cutter Based on the Rock Stress State. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2019.
Behnoudfar, P., Drilling Depleted Reservoirs by Using of Thermo-Poro Elastic Model, in Petroleum Engineering Department. 2016, Amirkabir U niversity of Technology (Tehran Polytechnic).