تحلیل المان محدود برای بررسی احتمال موفقیت تکنولوژی قفس تنش نسبت به رژیم تنش‌های برجا در کنترل هرزروی سیال حفاری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی نفت و گاز، دانشگاه صنعتی سهند

چکیده

هرزروی سیال حفاری به درون سازندهای تحت الارضی، در مناطق با نفوذپذیری بالا، سازندهای دارای شکستگی‌های طبیعی، و سازندهای ضعیف یکی از مشکلات رایج در عملیات حفاری چاه‌های نفت و گاز است. برخی تحقیقات نشان می‌دهد که حدود ۲۰ درصد از زمان‌های غیر بهره‌ده در حین عملیات حفاری به دلیل مشکل هرزروی سیال حفاری است. به‌طورکلی روش‌های درمانی و پیشگیرانه، دو رویکرد اصلی مقابله با مشکل هرزروی سیال حفاری هستند. یکی از روش‌های پیشگیری از هرزروی سیال حفاری به کارگیری روش قفس تنش به منظور افزایش فشار شکست سازندهای اطراف چاه می‌باشد. عوامل متعددی از جمله پارامترهای مکانیکی سنگ، ویژگی‌های مواد پل زننده، رژیم تنش‌ها و ویژگی سیالات حفاری در میزان اثربخشی این تکنولوژی موثر است. در این پژوهش تاثیر نسبت رژیم تنش‌های افقی بر میزان اثربخشی تکنولوژی قفس تنش بررسی شده است. بدین منظور ابتدا مدل سه‌بعدی چاه و با در نظر گرفتن رفتار الاستیک سنگ ارائه شده و سپس تغییرات تنش مماسی در دو حالت پیش از ایجاد شکاف و پس از پل زدن شکاف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که بر مبنای داده‌های مورد استفاده، استفاده از این تکنولوژی باعث افزایش میانگین تنش مماسی به میزان 3618 پام در دیواره چاه و در نتیجه افزایش فشار شکست سازند شد. این امر در سازندهای سست از ایجاد شکستگی های القائی و هرزروی سیال حفاری جلوگیری می‌کند. همچنین حداکثر تنش مماسی در موقعیت پل زدن 0.5 اینچی از دهانه شکاف مشاهده شد. از سوی دیگر نتایج نشان داد که اثربخشی قفس تنش به نسبت تنش‌های افقی برجا وابسته است. بر مبنای نتایج مدل عددی، در نسبت‌های تنش افقی کمینه به بیشینه بیشتر از 0.715، کاربرد تکنولوژی قفس تنش منجر به افزایش تنش مماسی می‌شود.

کلیدواژه‌ها


[1] Kocababuc, B. (2011). Finite element analysis of wellbore strengthening(Doctoral dissertation, University of Texas–Austin).
[2] Salehi, S., & Nygaard, R. (2011, June). Numerical study of fracture initiation, propagation, sealing to enhance wellbore fracture gradient. In 45th US rock mechanics/geomechanics symposium. OnePetro.
[3] Rabia, H. (2002). Well engineering & construction(pp. 288-289). London: Entrac Consulting Limited.
[4] Feng, Y., & Gray, K. E. (2017). Review of fundamental studies on lost circulation and wellbore strengthening. Journal of Petroleum Science and Engineering152, 511-522.
[5] Litvinenko, V. S., & Dvoynikov, M. V. (2020). Methodology for determining the parameters of drilling mode for directional straight sections of well using screw downhole motors. Записки Горного института241, 105-112.
[6] Dvoynikov, M. V., Sidorkin, D. I., Kunshin, A. A., & Kovalev, D. A. (2021). Development of hydraulic turbodrills for deep well drilling. Applied Sciences11(16), 7517.
[7] Cook, J., Growcock, F., Guo, Q., Hodder, M., & van Oort, E. (2011). Stabilizing the wellbore to prevent lost circulation. Oilfield Review23(4), 26-35.
[8] Wang, H. M., Soliman, M. Y., & Towler, B. F. (2009). Investigation of factors for strengthening a wellbore by propping fractures. SPE Drilling & Completion24(03), 441-451.
[9] Yao, Z., & Alberty, M. (2020, February). Thermal Effect on Fracture Width for Wellbore Strengthening Applications. In IADC/SPE International Drilling Conference and Exhibition. OnePetro.
[10] Fan, G., Li, M., Chen, X., Palyanitsina, A., & Timoshin, A. (2021). Polymer-Nanosilica-assisted to evaluate oil recovery performances in sandstone reservoirs. Energy Reports7, 2588-2593.
[11] Rogachev, M. K., Nguyen Van, T., & Aleksandrov, A. N. (2021). Technology for preventing the wax deposit formation in gas-lift wells at offshore oil and gas fields in Vietnam. Energies14(16), 5016.
[12] Aston, M. S., Alberty, M. W., McLean, M. R., De Jong, H. J., & Armagost, K. (2004, March). Drilling fluids for wellbore strengthening. In IADC/SPE drilling conference. OnePetro.
[13] Alberty, M. W., & McLean, M. R. (2004, September). A physical model for stress cages. In SPE annual technical conference and exhibition. OnePetro.
[14] Mirabbasi, S. M., Ameri, M. J., Biglari, F. R., & Shirzadi, A. (2020). Thermo-poroelastic wellbore strengthening modeling: An analytical approach based on fracture mechanics. Journal of Petroleum Science and Engineering195, 107492.
[15] Islamov, S., Grigoriev, A., Beloglazov, I., Savchenkov, S., & Gudmestad, O. T. (2021). Research risk factors in monitoring well drilling—A case study using machine learning methods. Symmetry13(7), 1293.
[16] Liagov, I., Liagov, A., & Liagova, A. (2021). Optimization of the Configuration of the Power Sections of Special Small-Sized Positive Displacement Motors for Deep-Penetrating Perforation Using the Technical System “Perfobore”. Applied Sciences11(11), 4977.
[17] Gil, I., & Roegiers, J. C. (2006, June). New wellbore strengthening method for low permeability formations. In Golden Rocks 2006, The 41st US Symposium on Rock Mechanics (USRMS). OnePetro.
[18] Wang, H., Towler, B. F., & Soliman, M. Y. (2007, April). Near wellbore stress analysis and wellbore strengthening for drilling depleted formations. In Rocky mountain oil & gas technology symposium. OnePetro.
[19] Wang, H., Towler, B. F., Soliman, M. Y., & Shan, Z. (2008, December). Wellbore strengthening without propping fractures: analysis for strengthening a wellbore by sealing fractures alone. In International Petroleum Technology Conference. OnePetro.
[20] Salehi, S., & Nygaard, R. (2010, June). Finite-element analysis of deliberately increasing the wellbore fracture gradient. In 44th US Rock Mechanics Symposium and 5th US-Canada Rock Mechanics Symposium. OnePetro.
[21] Arlanoglu, C., Feng, Y., Podnos, E., Becker, E., & Gray, K. E. (2014, March). Finite element studies of wellbore strengthening. In IADC/SPE drilling conference and exhibition. OnePetro.
[22] Shahri, M. P., Oar, T. T., Safari, R., Karimi, M., & Mutlu, U. (2015). Advanced semianalytical geomechanical model for wellbore-strengthening applications. Spe Journal20(06), 1276-1286.
[23] Zhong, R., Miska, S., & Yu, M. (2017). Parametric study of controllable parameters in fracture-based wellbore strengthening. Journal of Natural Gas Science and Engineering43, 13-21.
[24] Liu, Y., Chen, P., Ma, T. S., Wu, B. S., Zhang, X., & Wu, B. L. (2019, August). A transient pressure analysis for wellbore strengthening. In ARMA-CUPB Geothermal International Conference. OnePetro.
[25] Yousefian, H., Soltanian, H., Marji, M. F., Abdollahipour, A., & Pourmazaheri, Y. (2018). Numerical simulation of a wellbore stability in an Iranian oilfield utilizing core data. Journal of Petroleum Science and Engineering, 168, 577-592.
[26] Zhang, J. J. (2019). Applied petroleum geomechanics. Gulf Professional Publishing.
[27] Aadnoy, B. S., & Looyeh, R. (2019). Petroleum rock mechanics: drilling operations and well design. Gulf professional publishing.