تحليل پايداري چاه قائم با استفاده از مفهوم ناحيه پلاستيك و معيارهاي گسيختگي مختلف در يكي از ميادين نفتي جنوب غرب ايران

Stability analysis of a vertical wellbore in one of Iran's South-West oilfields using the plastic zone concept

عمليات حفاري به دليل حذف حجمي از سنگهاي متحمل تنش و تحمل آن توسط مابقي سنگهاي محيط، باعث توزيع مجدد و تمركز تنش در ديواره چاه ميشود. درصورتي‌كه ميدان تنش القايي ايجاد شده در ديواره چاه از مقاومت برشي سنگهاي پيرامون آن تجاوز كند، به ترتيب وقوع گسيختگيهاي برشي و به دنبال آن تشكيل يك ناحيه پلاستيك را در اطراف ديواره چاه به دنبال خواهد داشت. از اين رو درك صحيحي از وضعيت ناحيه پلاستيك پيرامون ديواره چاه ميتواند منجر به شناخت دقيق از رفتار محيط پيرامون چاه گردد، تا بتوان بر اساس آن تدابير لازم نظير پيشنهاد پنجره ايمن گل و راستاي بهينه حفاري را به منظور مقابله با مشكلات ناشي از ناپايداري چاه در دستور كار قرار داد. علاوه براين ميبايست اذعان نمود كه بررسي پايداري چاه بر پايه تعيين فشار بحراني تنها نشان دهنده پتانسيل وقوع شكست در اطراف ديواره چاه است. از اين رو پيش‌بيني‌هاي انجام شده از تطابق خوبي با واقعيت برخوردار نخواهد بود. در اين تحقيق نيز با استفاده از يك تحليل الاستوپلاستيك و تلفيق آن با سه معيار گسيختگي موهر-كولمب، موگي-كولمب و ليد اصلاح شده، ميزان گسترش ناحيه پلاستيك در پيرامون ديواره چاه قائمي با فشار گل معين در يكي از ميادين نفتي جنوب غرب ايران ارزيابي شد؛ و به دنبال آن وضعيت پايداري چاه مذكور مورد بررسي قرار گرفت. در نهايت پس از تحليلهاي انجام شده، مطابق معيارهاي گسيختگي موگي-كولمب و ليد اصلاح شده عدم وجود ناحيه پلاستيك در اطراف ديواره چاه پيش­بيني شد كه با دادههاي حاصل از لاگ FMI مطابقت خوبي داشت. از طرفي عدم تطابق نتايج حاصل از معيار موهر كولمب با دو معيار ديگر نيز ميتواند ناشي از ناديده گرفتن اثر تنش اصلي حد واسط در آن باشد.

During drilling operation, a volume of formation rocks which have been effected by far field stress is removed. Thus induced stress field redistributes around the borehole wall. While this induced stress field exceeds the resistance of the rocks around borehole wall, borehole breakout will take place. As a result a plastic zone around borehole wall can be observed. Hence, accurate understanding of state of plastic zone around the borehole wall can lead to figure out the behavior of the borehole circumferential environment. The analysis plastic zone around the borehole wall is valuable to determine safe mud window and optimize well trajectory to mitigate well instability problems. On the other hand, analysis the wellbore stability based on the critical pressure may be unreasonable, because the critical pressure can only reflect the degree of difficulty for the initiation of damage at the wellbore rather than the extent of the wellbore damage. Therefore, the results of wellbore stability analysis based on the analysis of plastic zone around the borehole wall are more realistic. In this study, using an elasto-plastic analysis incorporating three commonly used failure criteria as Mohr-Coulomb, Mogi-Coulomb and modified Lade, the extent of plastic zone around a vertical oil well and the condition of stability with specific mud weight in southwest of Iran was investigated. Results showed that according to the Mogi-Coulomb and modified Lade failure criteria which have been confirmed by FMI data the probability of occurrence of plastic zone around the borehole wall was negligible and borehole was in the stable condition. On the other hand, the discrepancy between the results of Mohr-Coulomb criterion and the set of modified Lade and Mogi-Coulomb criteria can be due to the negligence of the effect of averaged main stress.