بررسی ژئومکانیکی ایجاد شکاف در مخازن تخلیه شده

44 شماره 196-1 9 بررسی ژئومکانیکی ایجاد شکاف در مخازن تخلیه شده * پوریا بهنودفر و محمد جواد عامری دانشکده مهندسی نفت دانشگاه صنعتی امیرکبیر تهران ایران تاريخ دريافت: 94/8/ تاريخ پذيرش: 95//1 چكيده از نظر ژئومکانیکی با تولید از مخزن و تخلیه تدریجی آن تغییراتی در مخزن ایجاد میشود. در این مقاله امکان ایجاد شکاف و شکستگی در مخازن تخلیه شده بررسی شده است. به سه روش امکان شکلگیری شکاف در ابن نوع مخازن وجود دارد. ممکن است در مخزن به علت تولید گسل درست شود. گاهی الزم است به منظور رسیدن به الیههای پایینتر مخزن تخلیه شده حفاری شود. چون در اثر تخلیه فشار منفذی کاهش مییابد موقع حفاری وزن گل معمولی نیز میتواند شکاف ایجاد کند و هرزروی گل رخ بدهد. شکاف حالت سوم مربوط به زمانی است که در مخزن در حال تخلیه عملیات شکاف هیدرولیکی انجام شود. هنگام ایجاد شکاف هیدرولیکی کاهش فشار منفذی عامل مساعدی است و با فشار پمپ کمتر میتوان به هدف رسید. در این مقاله امکان چرخش تنشهای افقی نیز بررسی میشود که در این صورت میتوان با شکاف هیدرولیکی به نقاط جدیدی از مخزن دست یافت. در اخر با استفاده از پارامترهای ژئومکانیکی یکی از مخازن میدان پارس جنوبی امکان ایجاد گسل و چرخش تنشها بر اثر تولید پیشبینی میشود. كلمات كليدي: ایجاد شکاف فشار منفذی تخلیه مخزن میدان پارس جنوبی ژئومکانیک مقدمه در اثر تولید مخزن تخلیه می شود. این مخازن می توانند رفتار های متفاوتی نسبت به حالت اولیه از خود نشان بدهند. اتفاقی که در اثر تخلیه می افتد کاهش فشار منفذی است. این کاهش تاثیرات مختلفی دارد. می تواند باعث ایجاد مشکالت شود و با به عنوان عامل مساعد به حساب بیاید. ممکن است در اثر تولید گسل در مخزن ایجاد شود. کاهش فشار منفذی و رسیدن مسیر تنش به مقدار بحرانی عامل این اتفاق هستند. *مسؤول مكاتبات آدرس الكترونيكي Ameri@aut.ac.ir بعضی اوقات الزم است جهت دستیابی به مخزن موجود در الیه های زیرین مخزن تخلیه شده حفاری شود. برای مثال در میدان نفتی اهواز بعد از سال ها برداشت از مخزن کم عمق تر عملیات حفاری به منظور برداشت از مخزن عمیق تر صورت می گیرد. در اثر کاهش فشار منفذی در سازندهای تخلیه شده برای جلوگیری از شکاف و هرزروی در زمان حفاری الزم است از وزن گل پایینی استفاده شود. این در حالی است که برای جلوگیری از ورود سیاالت الیه های باالتر به درون چاه وزن گل از حد مشخصی نباید پایین تر بیاید.

45 بررسی ژئومکانیکی ایجاد... با حفاری در نواحی تخلیه شده تغییرات زیادی در گرادیان فشار رخ میدهد. این تغییرات میتواند عامل مشکالت زیادی باشد که با روشهای سنتی حفاری نمیتوان آنها را حل نمود ]1[. روشهای مختلفی برای حفاری مخزن تخلیه شده استفاده میشود. میتوان هنگام استفاده از وزن گل بیشتر از کمترین تنش اصلی با حفاری در جهت مناسب از ایجاد شکاف هیدرولیکی نزدیک چاه جلوگیری کرد. استفاده از افزودنیهایی جهت جلوگیری از نفوذ گل به سازند و یا افزودنیهای مقاوم کننده برای سیمان کردن دانههای سازند در دیواره چاه هم برخی از مشکالت را کم میکنند ][. افزودن مواد جلوگیری کننده از هرزروی میتواند باعث کاهش هرزروی بشود. البته مواردی مشاهده شده است حتی با وجود مواد جلوگیری کننده تا 1 بشکه گل هرز رفته است ][. سیستمهای مدیریت فشار گل نیز برخی از مشکالت مخارن تخلیه شده را بر طرف میکنند. در این سیستمها که مخصوص حفاری در دریا هستند پمپی کف دریا نصب شده و سطح گل در رایزر را تغییر میدهد. در نتیجه فشار هیدرواستاتیکی در کف چاه کنترل میشود ]4[. با استفاده از مواد مقاوم کننده هم میتوان از ایجاد شکاف در دیواره جلوگیری کرد. برای مثال سیلیکاتها دیواره چاه را مستحکم و به پایداری چاه کمک کنند. عیب استفاده از این مواد آسیب آنها به سازند است ]5[. برای جبران کاهش تولید گاهی عملیات مشبک کاری را دوباره انجام میدهند. این در حالی است که با انجام عملیات شکافدار کردن میتوان تولید را تقریبا به اندازه اول رساند ]6[. در حالی که تخلیه در بعضی از مخازن میتواند مشکالت دشواری را ایجاد کند میتواند تاثیر سودمندی هم بر عملکرد مخزن داشته باشد. برای مثال ایجاد شکاف هیدرولیکی در مخازن تخلیه شده نسبت به شکاف در همان مخزن قبل از تخلیه آسانتر است. در واقع با فشار کمتری شکاف ایجاد میشود. همچنین در صورت چرخش جهت تنشها میتوان به مناطق جدیدی از مخزن دست یافت. در این مقاله به نحوه ایجاد این سه نوع شکاف درون مخزن تخلیه شده پرداخته میشود. برای این منظور ابتدا پارامتر مسیر تنش تعریف شده و سپس به کاهش مقدار فشار منفذی در اثر تخلیه پرداخته میشود. در ادامه شرایط الزم جهت چرخش تنشهای افقی بررسی خواهد شد و در آخر نیز با استفاده از پارامترهای ژئومکانیکی یکی از مخازن میدان پارس جنوبی هرکدام از موارد بیان شده مطالعه میشود. ایجاد گسل در اثر تولید مطالعات زیادی در حالتهایی که هم برداشت سیال و هم تزریق سیال باعث فعال شدن گسل در مخازن نفت و گاز میشود انجام شده است. براساس مطالعات انجام شده بر تزریق در کوههای راکی و میدان نفتی رنجلی در کلورادو ایجاد گسل در مخازن نفت و گاز معموال در اثر افزایش فشار منفذی با سیالبزنی و شکاف هیدرولیکی رخ میدهد. علت لغزش گسل ایجاد شده در این حالتها افزایش فشار منفذی و در نتیجه کاهش تنش نرمال موثر بر صفحه گسل است ]7[. این در حالی است که تولید نیز میتواند عامل ایجاد گسل باشد. در این قسمت مکانیزم ایجاد گسل نرمال در اثر تولید زمانی که مسیر تنش به اندازه کافی بزرگ است بررسی میشود. مسیر تنش نظریه پورو االستیک را می توان برای پیشبینی مقدار تغییرات تنش در اثر تخلیه به کار برد. در یک مخزن ایزوتروپیک 1 و االستیک که به طور بینهایت گسترده شده اگر تنها منبع تنش فشاری افقی توسط بار گرانشی اعمال شود رابطه بین تنش موثر عمودی و تنش موثر افقی متناظر با فرض کرنش سطحی به صورت زیر محاسبه می شود ]8[: 1. Plane Strain. Isotropic

196-1 9 شماره 46 ϑ ϑ SHor = ( sϑ) + αp 1 1ϑ 1ϑ )1( میتوان را دو هر و است S hmin و S Hmax نماینده S Hor که نسبت ϑ و بیوت ضریب α ]8[. داد قرار S Hor جای به منفذی فشار به نسبت طرف دو از اگر است. پواسون گرفتهشود: مشتق 1 ϑ S Hor = α Pp )( 1ϑ برای تنش مسیر توان می معادله کردن منظم با تغییر نسبت برابر که کرد تعریف را مخزن یک ]9[. است منفذی فشار در تغییر به افقی تنش A= α 1 ϑ SHor = )( 1ϑ Pp مخزن یک برای رابطه چون که است واضح دست به محدود ضخامت دارای و افقی نهایت بی وسیله به کند. نمی تغیر عمودی تنش است آمده است شده داده نشان مخزن فشردگی مدلسازی یک ضخامت به جانبی گسترش نسبت اگر که هست( معموال )که باشد 1 به 1 از بیشتر مخزن در بنابراین است. درست باالیی دقت با معادله جانبی طور به ضخامتشان با مقایسه در که مخازنی شدن تخلیه با افقی تنشهای یافتهاند گسترش ثابت ضرورتا عمودی تنش و مییابند کاهش ]1[. میماند کاهش P p مخزن تخلیه اثر در اینکه به توجه با بحرانی مقدار از تخلیه تنش مسیر اگر مییابد مخزن درون نرمال گسل ایجاد امکان باشد بیشتر نرمال گسل ایجاد برای بحرانی مقدار دارد. وجود محاسبه کولومب موهر- شکست شرط از میتوان را گسترده جانبی طور به که مخزن یک برای کرد. یک در منفذی فشار تغییرات به توجه با و شده باشد S اولیه تنش و P p اولیه فشار اگر زمانی بازه کاهش ΔS و ΔP p اندازه به تنش و فشار مدتی از بعد گسل برای اندرسون روابط به توجه با مییابند. : ]9[ کرد بیان را ذیل رابطه میتوان نرمال SV Pp = ( µ + 1 + µ ) )4( S P ó ó 1 hmin p زمانی افقی تنش و منذی فشار کاهش به توجه با که دارد قرار اصطکاکی تعادلی حالت در نرمال گسل باشد: برقرار زیر رابطه ( ) ( ) SV Pp Pp = f ( µ ) ) Sh Sh( Pp Pp )5( آن: در که ( ) ( 1 ) f µ = µ + + µ )6( حاصل زیر رابطه 5 و 4 رابطه کردن ساده با : د میشو SV P p Pp + S h Pp = f µ Sh P p Sh P p Sh Pp ( ) 1 ) ( )7( در نرمال گسلهای که زمانی 5 رابطه به توجه با در زیر صورت به 7 رابطه هستند اصطکاکی تعادل ( ) ( ) ( ) ]9[. میآید P + S P f µ = f µ f µ p h p Sh P p Sh P )8( p A=ΔSh دادن قرار و تنش مسیر تعریف به توجه با رابطه از A( * تنش) مسیر بحرانی میزان min/δpp اگر شد بیان که طور همان میشود. حاصل 9 گسل تولید اثر در شود بیشتر A * از تنش مسیر میشود. ایجاد نرمال A * = 1 1 ( µ + 1 + µ ) )9( گسل با مرتبط تئوری تنش مسیر μ /6= برای امر این بود. خواهد /67 با برابر تقریبا نرمال مسیر شدن زیادتر با که است مطلب این نشانگر موارد این در میشود. ناپایدار حالت /67 از تنش ایجاد گسل کافی اندازه به تخلیه با نهایت در کمتر تنش مسیر اگر است حالی در این میشود. هرگز تخلیه مقدار به توجه بدون باشد /67 از ]1[. نمیشود ایجاد گسل اثر در اول حالت در که دهد می نشان 1 شکل حالت شد. خواهد ایجاد گسل حتم طور به تولید بحرانی تنش مسیر برابر تقریبا تنش مسیر دوم در دارد. وجود گسل ایجاد امکان هم باز و است مقدار و مدت گرفتن نظر در بدون سوم حالت شد. نخواهد ایجاد گسلی هرگز تولید

47 بررسی ژئومکانیکی ایجاد... 1 1 /8 /6 /4 / مورد فرضی مطالعه شده شکل 1 مقایسه مسیر تنش و مسیر تنش بحرانی در سه حالت فرضی. مسیر تنش مسیر تنش بحرانی مسیر تنش )بدون بعد( مدت زمان الزم برای ایجاد گسل در اثر تولید با آغاز تولید از یک مخزن گازی فشار مخزن در در حالت گذرا و طبق رابطه 1 تغییر میکند ]11[: 167 QTz µ kt P ( rt, ) = Pi log. kh µc r )1( که در اینجا k و T Q c z µ به ترتیب عبارتند از : ثابت گازها لزجت دما دبی قابلیت فشردگی و تروایی )md( است. با توجه به این که رابطه 5 برای گسل نرمال صادق است با استفاده از رابطه 5 و به دست آوردن تغییرات فشار در طول زمان از رابطه 1 زمان الزم برای ایجاد گسل محاسبه میشود. پس از گذشت مدت زمان t که در رابطه 11 صدق می کند گسل نرمال ایجاد میشود. ( ) 1 ( ( )) ( ) ( ) 1 SV f µ Sh f µ Pp = Pi f µ Af µ 167 QTz µ kt Pi log. kh µc r )11( در صورتی که زمان به دست آمده بیشتر از زمان اتمام جریان ناپایدار و رسیدن حالت جریان مخزن به شبه پایدار باشد الزم است اختالف فشار ایجاد شده در اثر تولید به صورت زیر محاسبه شود ]1[: )1( ψ میتوان در اینجا ψ شبه فشار 1 است. بر اساس فشار را پس از مدت زمان معیینی که از تولید میگذرد محاسبه کرد. برای این منظور میتوان از نمودارهای ارتباط دهنده ψ و فشار کمک گرفت. به این منظور با محاسبه ψ میتوان فشار مربوط را پیدا کرد. زمانی گسل ایجاد میشود که اختالف فشار حاصل برابر طرف چپ رابطه 11 شود. زیرا شرط الزم برای ایجاد گسل خارج شدن محیط از تعادل اصطکاکی است. در اثر رسیدن اختالف فشار به مقدار محاسبه شده در سمت چپ رابطه 11 محیط از تعادل اصطکاکی خارج و گسل ایجاد میشود. همچنین پارامتر های رابطه 1 به صورت زیر تعریف میشوند: q D 6 1.417*1 Tqsc = )1( khψ t Ä PD ln.47 r i D = + ( red ) )14( ed در رابطه 1 ψ qsc,,t,k به تریتیب دبی در حالت استاندارد دما تراوایی و شبه فشار است. در رابطه 14 پارامترهای بدون بعد به کار رفته به صورت زیر تعریف میشوند:.67 kt t D = )15( φµcr r r w e ed = )16( rw همچنین زمان تبدیل حالت جریان از ناپایدار به شبه پایدار از رابطه زیر به دست میآید: t pss φµ crw.67 kt = )17( ایجاد شکاف در هنگام حفاری مخزن تخلیه شده در بعضی از موارد الزم است که مخزن تخلیه شده حفاری شود تا بتوان به الیههای پایین تر 1. Pseudo Pressure

48 شماره 196-1 9 دسترسی پیدا کرد. چون در اثر تخلیه فشار منفذی کاهش مییابد امکان ایجاد شکاف و در نتیجه هرزروی گل وجود دارد. هنگام حفاری باید برای جلوگیری از ورود سیال احتمالی از الیه باالی مخزن فشار را تنظیم کرد. اما اگر با همان فشار گل در حفاری اولیه مخزن تخلیه شده حفاری شود ممکن است دیواره چاه بشکند و هرزروی رخ بدهد. در واقع وزن گل الزم برای حفاری الیه تخلیه شده پایین تر از وزن الزم برای حفاری الیه باالی آن است. این امر که خالف تجربیات حفاری در الیههای معمولی است میتواند باعث ایجاد مشکل بشود. P = σ P + T )18( frac w, max h f P f فشار منفذی P w فشار درون چاه و که در این جا T استحکام کششی سنگ است که در مقایسه است. با استحکام فشاری بسیار کوچکتر است. با توجه به کاهش همزمان فشار منفذی و تنش افقی حد باالی فشار کاهش مییابد. در نتیجه در صورت ادامه حفاری با وزن گل سابق چاه دچار شکاف میشود. ایجاد شکاف در اثر شکاف هیدرولیکی در اثر تخلیه و در نتیجه کاهش فشار منفذی میتوان با اعمال فشار کمتری در مخزن شکاف ایجاد کرد. همچنین در مناطقی که تفاوت تنش افقی کمینه بین الیه مورد نظر و الیههای اطراف زیاد نیست شکاف هیدرولیکی بیشتر به صورت عمودی گسترش مییابد و میزان گسترش افقی آن به اندازه الزم نخواهد بود. پس از تخلیه مخزن و کاهش فشار منفذی و تنشهای افقی گسترش افقی شکاف افزایش می یابد. شکل چگونگی تاثیر اختالف تنش افقی در الیه مورد نظر و الیههای مجاور را نشان میدهد. چرخش تنشها در اثر تخلیه همانطور که در باال بحث شد تخلیه در یک مخزن که به طور جانبی گسترده شده باعث کاهش تنشهای افقی به طور مساوی میشود. در چنین حالتی انتظار نمیرود که در جهت تنشها تغییری رخ بدهد. اما بر اساس اندازهگیری جهت تنشهای وارد بر چاهها در چند میدان این طور مشخص میشود که در نزدیک گسلها جهت تنشها تغییر میکند ]14[. در این قسمت به بررسی تخلیه یک میدان ایده آل محدود که توسط یک گسل نا تراوا احاطه شده است پرداخته میشود. چون گسل به عنوان یک معبر برای جریان سیال عمل میکند تغییرات تنشها در هنگام تخلیه ایزوتروپیک نخواهد بود. شکل به صورت شماتیکی گسلی را به عنوان مرز مخزن و با زاویه مشخصی با بیشترین تنش اصلی نشان میدهد.] 9 [ شکل a: نحوه گسترش شکاف هیدرولیکی در یک مخزن ماسهای که تنها تفاوت کمی بین کمترین تنش مخزن و الیههای اطراف وجود دارد. مقدار کمترین تنش افقی با خط مستقیم نشان داده شده است. b: در اثر تخلیه تفاوت تنش افقی میان مخزن و الیههای اطراف افزایش یافته است ]11[.

49 بررسی ژئومکانیکی ایجاد... شکل تخلیه در یک طرف گسل و در نتیجه کاهش تنش نرمال در سرتاسر گسل به اندازه ]1[. AΔP حالت تنش جدید در مخزن و نزدیک گسل طبق شکل به صورت زیر خواهد بود ]15[: A Pp Sx = SHmax A Pp ( 1 cos θ ) )19( A Pp S y Shmin A Pp ( 1 cos θ ) )( = + A Pp ôxy sin θ = )1( چرخش بزرگترین تنش افقی اصلی نزدیک به S Hmax اولیه به صورت زیر گسل نسبت به آزیموت محاسبه میشود: τ ã =.5 tan =.5 tan Sx S y 1 xy 1 A Pp sin θ ( SH Sh) + A Pp cos θ )( q را به عنوان نسبت تغییرات فشار منفذی به تفاوت تنشهای افقی اولیه تعریف میشود و مقدار آن برای تخلیه مثبت در نظر گرفته میشود: q = S Hmax P p S hmin )( میتوان چرخش تنش را با جایگزینی q در معادله به سادگی به عنوان تابعی از q مسیر تنش )A( و جهت گسل )θ( بیان کرد ]15[: 1 Aqsin θ ã =.5 tan 1+ Aq cos θ )4( در اثر چرخش تنشها و به خصوص تنش افقی کمینه میتوان عملیات ایجاد شکاف هیدرولیکی را مدیریت کرد. با توجه به این که شکاف هیدرولیکی عمود بر تنش افقی کمینه گسترش مییابد در اثر چرخش تنشهای افقی شکاف هیدرولیکی نیز در جهتهای جدیدی گسترش مییابد. در نتیجه با گذشت زمان و انجام عملیات شکافت هیدرولیکی میتوان به نقاط جدیدی از مخزن دست یافت. مطالعه موردی یکی از مخازن میدان پارس جنوبی ميدان گازي پارس جنوبي بزرگترين ميدان گازی جهان است. اين ميدان در فاصله 1 km از ساحل ايران در خليج فارس قرار دارد و داراي مساحتي حدود 97 km است. حدود 7 km آن در آبهاي جمهوري اسالمي ايران واقع شده است. مخزن اين ميدان در عمقي بين 7 تا 1 m از كف دريا واقع شده و ضخامت متوسط آن برابر با 4 m ميباشد. از ديدگاه زمينشناسي اين مخزن در پهنه زاگرس واقع شده و دو سازند كربناتي داالن و كنگان مخازن اين ميدان را تشكيل ميدهند. مخرن مورد مطالعه داراي الیههاي متنوعي ميباشد ولي در مجموع شش الیه شاخص از نظر خصوصيات مكانيكي در اين مخرن شناسايي شد ]16[. مشخصات ژئومکانیکی مخزن مورد مطالعه به منظور ساخت مدل مکانیکی و به دست آوردن تنشهای برجا و خصوصیات مکانیکی مخزن دادههای مختلفی استفاده میشوند. برای مثال میتوان به داده الگهای مختلف گزارشهای حفاری و مغزهگیری اشاره کرد. در صورت نبود هر یک از دادهها محاسبات با استفاده از روابط تجربی بیان شده انجام میگیرد. فشار روباره را می توان با استفاده از دادههای الگ چگالی و رابطه زیر به دست آورد: H = ρ ( ) )5( σv b h dh ρ b چگالی سنگ است. با استفاده رابطه که در اینجا 6 که یک رابطه تجربی است میتوان سرعت

5 شماره 196-1 9 V c موج برشی را از موج فشاری به دست آورد ]18[. = 1.16 V + 1.6 )6( s V s سرعت V c سرعت موج فشاری و که در اینجا موج برشی است. سرعتها بر حسب km/s هستند. خصوصیات ژئومکانیکی سنگ مخزن از روابط زیر به دست میآیند. بررسی این خصوصیات به منظور مطالعه مخزن مورد نظر و همچنین به دست آوردن تنشهای برجای منطقه اهمیت دارد. ρb Gdyn = 1474.45 )7( ( t ) dyn s = ( 1+ ) )8( E G ϑ ϑ dyn t s.5 1 tc = t s 1 tc )9( E dyn مدول G dyn مدول برشی و که در روابط باال یانگ در حالت دینامیک هستند. t معکوس سرعت موج است ]9[. میتوان با استفاده از رابطه زیر پارامتر دینامیکی به استاتیکی تبدیلکرد ]19[. E sta =.4145E 1.59 )( dyn در این مقاله با استفاده از الگ FMI و شکستهای القایی ایجاد شده در حین حفاری تنشهای افقی برجا محاسبه میشوند. به این منظور از الگ FMI میانگین زاویه شکستهای ایجاد شده به دست میآید. میتوان تنشهای موثر وارد بر دیواره چاه را به شکل زیر نمایش داد: σ σ σ τ r = θ θς τθς σ ζ )1( تنشهای اصلی موثر در دیواره چاه را میتوان از روابط زیر محاسبه کرد: σ = σ )( ó ó 1 r ( ) ( ) σ + σ + σ + σ + 4τ θ ζ θ ζ θς = )( ( ) ( ) σ σ σ σ + 4τ θ ζ θ ζ θς = )4( σ کمرین تنش اصلی است در نتیجه با فرض اینکه میتوان گفت زمانی شکست رخ میدهد که شرط زیر برقرار باشد: σ = T )5( σ r یکی دیگر از =P w همچنین با توجه به این که تنشهای اصلی است رابطه زیر برقرار خواهد بود: τ θς tan ( β ) = )6( σ σ θ ζ باید توجه داشت که طبق فرض باال رابطه زیر برق رار خواه د ب ود: ó = θ )7( که در اینجا خواهیم داشت] [: ó 1 ó ó 1 = + ( σ σ ) + τ θ θ θ 4 ó ó ó ( σθ σζ ) + + 8τθς θ θ θ θ ζ 4 θς ó = 4( σx σ y ) sin( θ) 8τθς cos θ θ )8( )9( در مرحله بعد با استفاده از ماتریس تبدیل مختصات تنشها از مختصات محلی چاه به γ و P w مختصات تنشهای برجا تبدیل میشوند. از دادههای چاه به دست میآیند. γ زاویه چاه با خط عمود است. با استفاده از الگ FMI دو پارامتر β و θ که به ترتیب عبارتند از زاویه شکستگی در صفحه افقی و زاویه شکستگی در صفحه عمودی به دست میآیند. با حل همزمان سه معادله 5 6 و 7 دو تنش افقی و همچنین φ که آزیموت تنشهای افقی نسبت به مختصات چاه است به دست میآیند. در این مقاله از روش حل نیتون رافسون غیر خطی برای حل همزمان سه معادله استفاده شده است. نتایج در جدول 1 قابل مشاهده است. طبق رابطه و با استفاده از جدول می توان مسیر تنش را برای الیه های مختلف مخزن مورد مطالعه به دست آورد. شکل 4 مسیر تنش را برای شش الیه نشان میدهد. با استفاده از رابطه 9 نیز مقدار مسیر تنش بحرانی )*A( برای الیههای مختلف محاسبه و در شکل 4 با هم مقایسه شدهاند.

51 ایجاد... ژئومکانیکی بررسی S h (MPa) 4/5 منطقه. برجای تنشهای 1 جدول S H (MPa) 47/6 S V (MPa) 54/ جنوبي. پارس مخزن شاخص الیههای ژئومکانیکی خصوصيات جدول )E( باتگ مدول )bar( شماره الیه )جنس( الیه ضخامت 14/7 141/ 5/9 58/7 47/4 5/ نسبت پواسون ضریب بیوت اصطکاک زاویه )ø( داخلی 5/9 9/6 8/7 /1 /75 5/4 /89 /8 /8 /9 /9 /87 /5 /4 /5 /5 / /45 76 6 8 7 16 5 GRAINSTONE (Coarse grained) MUDSTONE PACKSTONE (Fine grained) MASSIVE GRAINSTONE PACKSTONE (Coarse grained) GRAINSTONE (Fine grained) 1 4 5 6 6 5 4 الیه شماره 1 بعد( )بدون تنش مسیر 1 /8 /6 /4 / تنش مسیر بحرانی تنش مسیر جنوبی. پارس مخزن الیه 6 در بحرانی تنش مسیر و تنش مسیر مقایسه 4 شکل چهارم الیه در تنها شود می مشاهده که همانطور بدون الیهها بقیه در دارد. وجود گسل ایجاد امکان تشکیل امکان شدن تخلیه و تولید مقدار به توجه حفاری ادامه برای گسل وجود ندارد. وجود گسل مشکالت و چالشها هیدرولیکی شکاف ایجاد یا و میتواند مثال برای میآورد. وجود به را جدیدی ایجاد زمان محاسبه برای شود. گل هرزروی باعث به مخزن که میشود فرض چهارم الیه گسل تک صورت به تولید همچنین است. دایره شکل شکل مانند همچنین میگیرد. انجام گاز تنها و فاز انجام مخزن مرکز در چاه یک از تنها تولید 5 و 1 جدول های پارامتر از استفاده با میشود. نمودار در تولید دبی حسب بر گسل ایجاد زمان 4 مشاهده میتوان است. شده داده نمابش 6 شکل میتواند تولید دبی حسب بر الزم زمان که کرد باشد. داشته زیادی تغییرات نمودار مطالعه مورد مخزن ابتدایی الیه دو برای اولیه تنش بین زاویه با افقی تنش جهت چرخش است. شده داده نمایش 8 و 7 شکل در گسل و شکافهای جهت افقی تنشهای چرخش با توجه با میکند. تغییر هم جدید هیدرولیکی افقی تنش بر عمود جهت در شکاف گسترش یه و کمینه افقی تنشهای چرخش میزان کمینه جدید شکافهای جهت در تغییر میزان با بیشینه است. برابر

5 شماره 196-1 9 مکان چاه فرضی 68 km شکل 5 تولید از تنها یک چاه فرضی در مرکز مخزن. جدول پارامترهای ناحیه مورد بررسی ]17[. تراوایی (md) شعاع مخزن (m) تخلخل فشار اولیه (MPa) عمق (m) قابلیت فشردگی ) -1 (pa 6/5 7 %1 8 7/58 1 Ψ i جدول 4 مشخصات گاز تولیدی فرضی. ویسکوزیته (cp) / 1 9 8 7 6 5 4 1 1 z /944 دما (R) 7 4 5 6 7 8 میزان تولید بر میلیون متر مکعب استاندارد 9 1 1 شکل 6 مدت زمان الزم برای ایجاد گسل بر حسب دبی تولیدی در الیه چهارم. زمان )سال( 5 4 1-1 - - -4-5 -1-8 -6-4 - 4 6 8 1 زاویه میان تنش افقی پیشینه و استریک گسل )درجه( شکل 7 میزان تغییر جهت تنش براساس زاویه ابتدایی آن با گسل برای الیه اول )A=/59( چرخش تنشهای افقی برحسب درجه

5 بررسی ژئومکانیکی ایجاد... 5 4 1-1 - - -4-5 -1-8 -6-4 - 4 6 8 1 زاویه میان تنش افقی پیشینه و استریک گسل )درجه( چرخش تنشهای افقی برحسب درجه شکل 8 میزان تغییر جهت تنش براساس زاویه ابتدایی آن با گسل برای الیه دوم )A=/76( نتیجهگیری 1- در حالت کلی وزن گل الزم برای حفاری الیه تخلیه شده پایینتر از وزن گل الیه باالیی آن است. این موضوع خالف حفاری الیههای عادی است که با افزایش عمق فشار گل الزم نیز زیاد میشود. در صورت عدم توجه به وزن گل مناسب برای الیه تخلیه شده ایجاد شکست و هرزروی گل رخ میدهد. این موضوع در حفاری چاههای جدید در مخزن میدان پارس جنوبی پس از تخلیه آن بسیار اهمیت دارد. - به طور کلی تخلیه و کاهش فشار منفذی باعث میشود که برای ایجاد شکاف هیدرولیکی به فشار پمپ کمتری نیاز باشد. در اثر چرخش جهت تنشها شکاف هیدرولیکی در جهتهای جدیدی گسترش مییابند و میتوان به نقاط جدیدی از مخزن دست یافت. با گذشت زمان و تولید از مخزن مورد مطالعه انجام شکافت هیدرولیکی میتواند میزان تولید را افزایش دهد و تولید از مناطق جدیدی انجام شود. - احتمال ایجاد گسل تنها در الیه چهارم مخزن مورد مطالعه در پارس جنوبی وجود دارد. در دیگر الیهها در طول زمان تولید هرگز گسل ایجاد نخواهد شد. 4- با تولید MMscfا 7 از تنها یک چاه حفر شده در مرکز مخزن گازی پارس جنوبی پس از ده سال در دیواره چاه گسل نرمال ایجاد میشود. 5- در مخزن پارس جنوبی هرچه q و زاویه اولیه تنش با گسل بیشتر باشد چرخش جهت تنش هم در اثر تخلیه بیشتر میشود. با توجه به اینکه q وابسته به تغییر فشار منفذی است هرچه تخلیه بیشتر شود چرخش جهت تنشها هم بیشتر میشود. منابع [1]. Fekete P. and Paul O., Wellbore stability management in depleted and low pressure reservoirs, 1, SPE 16754. []. Oort V. and Gradisher E., Accessing deep reservoirs by drilling severely depleted formations,, SPE 79861. SPE/IADC Drilling Conference, Amsterdam, Society of Petroleum Engineers. [] Shaughnessy J., Fuqua R. and Roma L., Successfully drilling highly depleted sands, 1, SPE/IADC 67744. [4] Fossli B. and Roger S., Drilling depleted reservoirs using controlled mud level technology in mature subsea

54 شماره 196-1 9 fields, 14, SPE-169178-MS. [5]. Byrne M. and Oyovwevotu J., Drilling Depleted reservoirs- Is formation damage sometimes a good thing?, 1, SPE 165114. [6]. Ataur R., Tolulope M., Yaseen H. and Khnaifir K., Refracturing in old Mature and depleted carbonate reservoirs in Saudi Arabia for production enhancement, 14, IPTC 17665. [7] Raleigh C. B. and Healy J. H., Faulting and crustal stress at rangely, colorado, Flow and Fracture of Rocks. J. C. Heard. Washington, D.C., American Geophysical Union, pp. 75 84, 197. [8] Lorenz J. C., Teufel L. W. and WARPINSKI N. R., Regional fractures I: A mechanism for the formation of regional fractures at depth in flat-lying reservoirs, Amer. Assoc. Petrol. Geol. Bull., Vol. 75, Issue 11, pp. 1714 177, 1991. [9]. Zoback M. D., Reservoir geomechanics, Cambridge publication, 7. [1]. Zinke J. C. and Zoback M. D., Structure-related and stress-induced shear-wave velocity anisotropy: Observations from microearthquakes near the Calaveras fault in central California, Bulletin of Seismological Society of America, 9, pp. 15 11,. [11] Ahmed T., "Reservoir engineeringhand book", 1, Gulf Professional Publication. [1] Amanat U., chaudhury, Gas well testing handbook,, Gulf Professional Publishing. [1] Fjaer E., Holt R. M., Hordrud P., Raaen A. M. and Risnes R., Petroleum related rock mechanic, Developments in Petroleum Science, Elsevier, 8. [14] Wright C. A., Stewart D. W., Reorientation of propped refracture treatments in the Lost Hills field, SPE 7896. SPE Western Regional Meeting, Long Beach, California, 1994. [15]. Zoback M. D., Day Lewis A. and Kim S. M., Predicting changes in hydrofrac orientation in depleting oil and gas reservoirs, Patent Application Pending, 7. [16]. Taherynia M., Fatemi Aghda M. and Ghazifard A., Modeling of Land Subsidence in the South Pars Gas Field (Iran), International Journal of Geosciences 4, pp. 195-11, 1. [17]. Rahimpour Bonab H., Esrafili Dizaji B. and Tavakoli V., Dolomization and anhydrite prediction in PERMO- TRIASSIC carbonates at the south Pars gas field, Journal of Petroleum Geology, Vol., Issue 1, 1. [18]. Castagna J. P., Batzle M. L. and Eastwood R. L., Relationships between compressional-wave and shearwave velocities in elastic silicate rock, Geophysics, Vol. 5, No. 4, 1985. [19]. Afshari M., Ghaffori M. R. and Roostaeian M., Mechanical earth model: an effective tool for borehole stability analysis and manager pressure drilling, SPE Conference 11878, 9. []. Huang J. and Wong S., New inversion method to determine in-situ stress from borehole induced fractures, IPTC-18-MS, 14.