مدل‌سازی عددی تأثیر پارامترهای ژئومکانیکی سازندهای نمکی بر گسیختگی لوله‌ جداری چاه‌های نفتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 تونل و فضاهای زیرزمینی، دانشکده معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود

چکیده

امروزه استفاده از روش‌های عددی در برآوردهای مهندسی با وجود تمام محدودیت‌ها و پیچیدگی‌های این روش به دلیل ارائه پاسخ‌های کلی و سریع از شرایط مسئله مورد توجه قرار گرفته است. همچنین نیاز به پیش‌بینی رفتار بلند مدت یک سازه با در نظر گرفتن شرایط مختلف حاکم بر مسئله، استفاده از روش‌های عددی را ضرورت بخشیده است. رفتار خزشی نمک به عنوان یک رفتار وابسته به زمان همواره باعث بروز مشکلاتی همچون برش و مچالگی لوله‌های جداری چاه‌های نفتی شده است. با توجه به نقش سازندهای نمکی میادین نفتی در ایجاد تله‌های نفتی، بررسی رفتار بلند مدت این سازندها و میزان تأثیر جریان یافتگی ناشی از رفتار خزشی آن بر پایداری چاه از اهمیت بالایی برخوردار است. علاوه بر زمان، عوامل ژئومکانیکی متعدد در رفتار خزشی سازندهای نمکی تأثیرگذارند. در این پژوهش، با استفاده از نرم افزار تفاضل محدود FLAC3D مدل‌سازی عددی تأثیر پارامترهای ضخامت لایه نمک، شرایط توزیع تنش برجا و خصوصیات مقاومتی سنگ نمک پیرامون یک چاه نفتی واقع در میدان نفتی کوپال بر روی مچالگی و برش لوله جداری انجام شده است بر اساس نتایج آزمون آزمایشگاهی خزش تک محوری انجام شده بر روی یک نمونه نمک برداشت شده از این میدان مدل رفتاری خزش برگر برای مدل‌سازی سازند نمکی استفاده شده است. بر اساس نتایج، در میان پارامترهای ژئومکانیکی مطالعه شده، شرایط توزیع تنش برجا سهم عمده‌ای در شدت رفتار خزشی سازند نمکی داشته است. تأثیر ضخامت لایه نمک در میزان آسیب وارد بر لوله ناچیز است. همچنین مطالعه رفتار نمک با مدول الاستیک مختلف این پارامتر را به عنوان عاملی مهم در بروز گسیختگی لوله‌های جداری معرفی کرده است. همچنین بخش‌هایی از لوله جداری که در مجاورت فصل مشترک لایه نمکی با لایه‌های دیگر قرار دارد به عنوان یک محدوده مستعد بروز آسیب تعیین شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Impact of Salt Formation’s Geomechanical properties on the casing collapse event in oil wells using Numerical modeling

نویسندگان [English]

  • Mahdi Bajoolvand 1
  • Ahmad Ramezanzadeh 2
1 Tunneling and underground space engineering, Faculty of Mining Eng., Petroleum and Geophysics, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
2 Assistant Professor; Faculty of Mining Eng., Petroleum and Geophysics, Shahrood University of Technology
چکیده [English]

It is neccecery to use numerical methods in prediction the long-term behavior of structures with considering different conditions, because of presentation general and quick response of problems. Creep behavior of salt, as a time-dependent behavior, has always caused problems such as shear failure and convergence of oil wells casings. Thus, it is important to study of long-term behavior of these formations and the effect of creep behavior on well stability. In addition to time, salt layer thickness, stress distribution conditions and mechanical characteristic of salt rock are geomechanical factors which affecting on creep behavior of salt formations. Thus, in this paper, 3D numerical simulation using FLAC3D software is being performed to evaluate the effect of salt formation’s geomechanical properties (e.g. salt layer thickness, stress distribution and mechanical parameters of salt rock) on casing collapse of oil wells by considering data from one oil well in Kupal oilfield. For this purpose, at the first, Uniaxial creep test have been simulated similar to real conditions. Then by comparing between experimental and numerical results, constitutive model has been validated. Burgers creep model has been chosen as constitutive model for salt formation based on this validation. To be very close to real condition and also avoiding from simplifications as much as possible, Drilling rate, Drilling mud pressure, cement injection and casing installation have been considered in modeling. Then, three dimensional model has been solved for several period of time. Based on the results, stress distribution conditions have a major role in the creep behavior of salt formation among geomechanical properties. The effect of salt layer thickness on the amount of damage imposed to the casing is negligible. Also, studying the behavior of salt with different elastic modulus has shown that this parameter is an important factor to cause casing collapse of oil wells.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Numerical modeling
  • Oil wells stability
  • Casing
  • Salt creep behavior
  • FAC3D software
Amirshirzad, B. (2008). Numerical investigation of casing stability affected by creep behavior of salt formations in Maroon oilfield by using FLAC2D. Master's thesis, Shahid Bahonar University, Kerman.
Bérest, P., Béraud, J. F., Gharbi, H., Brouard, B., & DeVries, K. (2015). A very slow creep test on an Avery Island salt sample. Rock Mechanics and Rock Engineering, 48(6), 2591-2602.
Carter, N. L., Horseman, S. T., Russell, J. E., and Handin, J. (1993). Rheology of rocksalt. Journal of Structural Geology, 15(9-10), 1257-1271. [doi:10.1016/0191-8141(93)90168-A].
Ghodosiborujeni, F. (2015). Numerical investigation of casing convergence under external force. Master's thesis, Shahid Bahonar University, Kerman.
Gunther, R. M., Salzer, K., Popp, T., Ludeling, C. (2015). Steady-State Creep of Rock Salt: Improved Approaches for Lab Determination and Modelling. Rock Mech Rock Eng, DOI :10.1007/s00603-015-0839-2
Hampel, A., Günther, R. M., Salzer, K., Minkley, W., Pudewills, A., Yildirim, S., ... & Herchen, K. (2015, May). Joint Project III on the comparison of constitutive models for the thermo-mechanical behavior of rock salt I–Overview and results from model calculations of healing of rock salt. In Proceedings Conference on Mechanical Behavior of Salt, Saltmech VIII, South Dakota School of Mines and Technology, USA.
Lao, K., Bruno, M. S., & Serajian, V. (2002,April). Analysis of salt creep and well casing damage in high pressure and high temperature environments. In Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference.
Macini, P., Mesini, E., Salomoni, V. A., & Schrefler, B. A. (2006). Casing influence while measuring in situ reservoir compaction. Journal of Petroleum Science and Engineering, 50(1), 40-54.
Mirali, M., Hosseini, M. (2015). Numerical modeling of oil well behavior in the Salt formation (Case Study: One of the Wells of Kupala Oilfield”. Petroleum research, 1396-1:92.
Mohebbi, R. (2012). Investigating the stability of salt wells and its modeling using numerical methods in one of the oil fields. Master's thesis, Shahid Bahonar University, Kerman.
Rahimi, Sh., Hosseini, M. (2009). Experimantal investigation of Triaxial creep behavior of hollow cylindrical salt rock”, Journal of Iranian Association of Engineering Geology, 1393-7, 2-1, p 71-82.
Wang, H., & Samuel, R. (2016). 3D Geomechanical Modeling of Salt-Creep Behavior on Wellbore Casing for Presalt Reservoirs”, SPE Drilling & Completion.
Yang, C. H., Daemen, J. J. K., and Yin, J. H. (1999). Experimental investigation of creep behavior of salt rock. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 36(2), 233-242. [doi:10.1016/ S0148-9062(98)00187-9].
Zareiyanjahromi, A. (2006)). Analysis of casing collapse due to creep behavior of salt rock in salt caverns”, Master's thesis, Shahid Bahonar University, Kerman.
Zhang, Y., Xu, W.-y., Shao, J.-f., Zhao, H.-b., Wang, W. (2015). Experimental investigation of creep behavior of clastic rock in Xiangjiaba Hydropower Project, Water Science and Engineering, doi: 10.1016/j.wse.2015.