چگونه با چاه های چند جانبه نفت به طور مقرون به صرفه به دست آوریم
حفاری ایمن و مقرون به صرفه یک مسئله اصلی در صنعت نفت و گاز است. علاوه بر خطر مشترک اکتشاف، گمانه خود عدم قطعیت هایی را فراهم می کند که مطلوب نیستند، اما اجتناب ناپذیر هستند. امروز، ما می خواهیم نشان دهیم که چگونه شبیه سازی عددی می تواند در اینجا کمک کند. هدف، پیش‌بینی پایداری یک چاه چند جانبه با سوراخ باز برای تصمیم‌گیری در مورد اینکه آیا چاه به تثبیت مکانیکی گران قیمت نیاز دارد یا خیر، است.
حفاری چند جانبه
توسعه تکنیک‌های حفاری در قرن گذشته، قابلیت پخش چاه‌ها به چندین شاخه را در کنار سایر تحقیقات فراهم می‌کند. این روش پیشرفته اجازه می دهد تا منطقه مخزن بسیار وسیع تری را پوشش دهد، چه برای نفت و گاز و چه برای تولید انرژی زمین گرمایی .
بازیافت منابع طبیعی: نفت از یک مخزن طبیعی از طریق پمپ های مکانیکی تولید می شود که روغن را به سطح بالا می برد. یک شاخه جانبی حفاری توسط یک اتصال به مخزن مجاور می رسد.
با این حال، اتصالات انشعاب نیز نسبت به گمانه های منفرد پایداری کمتری دارند و اغلب باید با یک آستر یا پوشش تثبیت شوند. حتی اگر گمانه پس از تکمیل فرآیند حفاری به خودی خود باز بماند، زمانی که فرآیند تولید با شروع پمپاژ از طریق چاه آغاز می شود، تحت فشار اضافی قرار می گیرد. پوشش گمانه بسیار گران است و به طور قابل توجهی به هزینه کلی پروژه حفاری می افزاید. در صورت امکان، بهتر است از استقرار تثبیت مکانیکی اضافی اجتناب شود.
سوال این است: آیا گمانه باز بدون پوشش پایدار است؟
مدل سازی چاه های چند جانبه باز
یک زنجیره به اندازه ضعیف ترین حلقه آن قوی است. برای پاسخ به سؤال پایداری، کافی است که بررسی را به بحرانی ترین نقطه کاهش دهیم: اتصال انشعاب (یا یکی از اتصالات، در صورت وجود شاخه های بیشتر). اگر چاه در اینجا پایدار باشد، ممکن است فرض کنیم که در هر جای دیگری پایدار خواهد بود. به عنوان اولین رویکرد، ما فقط تغییر شکل الاستیک را فرض می کنیم. بنابراین، تمام چیزی که ما برای ساخت مدل نیاز داریم، ماژول جریان زیرسطحی و رابط فیزیکی مکانیک جامدات در COMSOL Multiphysics است.
نیازی به در نظر گرفتن جریان سیال درون چاه نیست. تنها چیزی که باید بدانیم سطح فشار در مرزهای چاه است. این توسط پمپ و عمق اتصال تجویز می شود. همچنین، تقارن محلی قسمت مورد نظر به ما امکان می دهد هندسه را به نصف کاهش دهیم و شرایط مرزی تقارن را اعمال کنیم.
هندسه مدل اتصال انشعاب چاه چند جانبه. به دلیل تقارن، فقط نیمی از محل اتصال باید در نظر گرفته شود.
فرمولاسیون فیزیکی
جریان زیرسطحی در یک مخزن رسانه متخلخل را می توان با ترکیبی از قانون دارسی و یک معادله تداوم توصیف کرد:
با نفوذپذیری،ویسکوزیته دینامیکی،
و فشار منافذ روغن،
. فشار در منافذ با شروع فرآیند تولید تغییر خواهد کرد. فشار کمتر در دیواره های چاه به دلیل پمپاژ منجر به جریان در منافذ و افت فشار منافذ می شود.
تغییرات در بار فشاری باعث تغییر شکل می شود زیرا تانسور تنش کوشی،، مربوط است به
:
با ماتریس الاستیسیتهکه به مدول یانگ بستگی دارد ،
و نسبت پواسون ،
تانسور کرنش،
و ضریب بیوت-ویلیس ،
. این رابطه جریان سیال را با معادله تغییر شکل شبه استاتیکی جفت می کند
جایی کههر نیروی خارجی بدن را نشان می دهد.
شرایط مرزی و داده های مدل
تنها راه خروج نفت چاه است. بنابراین، مرزهای عمود بر محور چاه (بالا و پایین) شرایط بدون جریان را فراهم می‌کنند . همانطور که در بالا ذکر کردم، وجه تقارن شرایط تقارن را در هر دو رابط جریان و مکانیکی فراهم می کند. این مدل حرکت را در تمام مرزهای خارجی محدود می کند، در حالی که دهانه چاه آزاد است تا تغییر شکل دهد.
| متغیر | شرح | ارزش |
|---|---|---|
| چگالی سیال | 0.0361 پوند در 3 | |
| چگالی جامدات | 0.0861 پوند در 3 | |
| ویسکوزیته دینامیکی سیال | 1·10 -7 psi·s | |
| نفوذپذیری | 1 10 -13 در 2 | |
| مدول یانگ | 0.43·10 6 psi | |
| نسبت پواسون | 0.16 | |
| فشار مخزن | 122.45 psi | |
| فشار خوب | 0 psi |
خواص مدل
نتایج
برای دریافت تصوری از نتایج، اجازه دهید به نمودار نتیجه بازآینه شده نگاهی بیندازیم که جابجایی کل ناشی از افت فشار و میدان سرعت حاصل را نشان می‌دهد. تا اینجای کار، می دانیم که به نظر می رسد بحرانی ترین قسمت، ناحیه درست بالای انشعاب باشد. اما هنوز نمی دانیم که آیا چاه پایدار است یا خیر.
جابجایی سطح (نقاط رنگی) و میدان سرعت (نقشه پیکان) محل اتصال انشعاب.
معیار پایداری چاه
نتایج مدل نشان می دهد که چگونه تغییر فشار بر توزیع تنش و کرنش در اطراف چاه تأثیر می گذارد. برای اینکه بفهمیم سوراخ پایدار است یا نه، به یک معیار شکست نیاز داریم. معیار کولن سه بعدی (شکل خطی شده معیار Lade) داده های آزمایشگاهی آزمایش های شکست سنگ را به خوبی بازتولید می کند، اما توجه داشته باشید که به داده های کالیبراسیون نیاز دارد.
این معیار مربوط به شکست سنگ، سه تنش اصلی (،
، و
) و فشار سیال به شرح زیر است:
جایی که
با انسجام کولن،و زاویه اصطکاک کولن،
. برای نتایج مختلف تابع، سناریوهای مختلفی را می توان انتظار داشت:
ثبات را پیش بینی می کند؛
نشان دهنده شروع شکست سنگ است. و
نشان دهنده شکست فاجعه بار است.
ارزیابی تابع شکست (لنگر معادله: شکست). بالاترین پتانسیل شکست درست بالای انشعاب است.
وقتی مقادیر شکست به طور فزاینده ای منفی می شوند، احتمال شکست بیشتر می شود. همانطور که انتظار می رود، برآوردهای تابع شکست بیشترین پتانسیل شکست را درست بالای انشعاب در چاه نشان می دهد. پتانسیل شکست را می توان با افزودن یک نیروی پشتیبانی، به عنوان مثال، یک پوشش کاهش داد.
در زیر می توانید نتایج یک مطالعه جاروی پارامتریک را مشاهده کنید. با افزایش نیروی پشتیبانی چاه، پتانسیل شکست کاهش می یابد.
ارزیابی تابع شکست برای نیروهای مختلف پشتیبان چاه از مطالعه پارامتر (نیروی پشتیبانی از چپ به راست: 5e 4 , 7.5e 4 , 1e 5 , 2.5).
نتیجه گیری و فرصت های مدل سازی بیشتر
در اینجا، ما به شما نشان دادیم که چگونه یک اتصال انشعاب یک چاه چند طرفه با سوراخ باز را مدل کنید. از آنجایی که پایداری چاه های باز یک اطلاعات ضروری است، این مدل نمونه خوبی از این است که چگونه شبیه سازی های عددی می توانند به میزان قابل توجهی در هزینه صرفه جویی کنند. تخمین مهم پایداری را می توان در مرحله اولیه پروژه روشن کرد.
رویکرد ارائه شده بر تغییر شکل الاستیک متمرکز است، در حالی که تجزیه و تحلیل‌های مرتبط را می‌توان برای مواد الاستو پلاستیک نیز انجام داد. اینها در ماژول ژئومکانیک و در ماژول مکانیک سازه خودکار هستند . این مدل همچنین می تواند به راحتی برای مطالعه تأثیر دما با افزودن انبساط حرارتی گسترش یابد. این امر به ویژه برای مطالعات مربوط به رویکردهای انرژی زمین گرمایی مورد توجه است.
بیشتر خواندن
- لینک دانلود به صورت پارت های 1 گیگابایتی در فایل های ZIP ارائه شده است.
- در صورتی که به هر دلیل موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید به ما اطلاع دهید.
برای مشاهده لینک دانلود لطفا وارد حساب کاربری خود شوید!
وارد شوید
دیدگاهتان را بنویسید