مدلسازي فيزيكي چاه‌هاي نفت هنگام حفاري با استفاده از سلول سه محوري طراحي شده

Physical Modelling of Oil Wells During Drilling Using Designed Triaxial Cell

پپيش‌بيني رفتار چاه‌هاي نفت هنگام حفاري براي جلوگيري از صرف هزينه‌هاي زياد و بروز مشكلات پايداري مهم مي‌باشد. از جمله مشكلات مي‌توان به شكست ديواره‌ي چاه طي حفاري اشاره كرد. براي مدل‌سازي شكست ديواره‌ي چاه‌هاي نفت هنگام حفاري مي‌توان از نمونه‌هاي استوانه‌اي توخالي جدار ضخيم استفاده كرد. سلول‌هاي سه محوري مختلفي براي اين آزمايش در دنيا وجود دارند. سلول استفاده شده در اين تحقيق بر اساس سلول هوك طراحي شده است. از مزاياي اين سلول مي‌توان به قابليت مدل‌سازي چاه‌هاي نفت هنگام حفاري و همچنين مدل‌سازي آزمايش شكست هيدروليكي اشاره كرد. همچنين امكان اندازه‌گيري كرنش مماسي در حفره مركزي وجود دارد. اين امكانات در بيشتر سلول‌هاي سه‌محوري به طور همزمان وجود ندارند. براي بررسي كارايي اين سلول، نمونه‌هاي استوانه‌اي توخالي جدار ضخيم از گچ و بتن ساخته شد. در اين مقاله از دو مسير تنش مختلف براي اعمال فشار در سلول سه‌محوري استفاده شده است كه عبارتند از: Ϭϴ= ϭ1˃ϭr = ϭ2˃Ϭz = ϭ3، Ϭϴ = ϭ1˃ϭz = ϭ2˃Ϭr= ϭ3 =0. نتايج مطالعات در دو مسير تنش مختلف نشان مي‌دهد كه در شرايطي كه تنش مماسي ناشي از تنش جانبي، تنش حداكثر باشد، شكست در اطراف چاه به‌صورت برشي در دو جهت مخالف ديواره رخ ‌مي‌دهد. هم‌چنين وقوع شكست در ديواره نمونه هاي استوانه اي جدار ضخيم به علت اختلاف تنش جانبي و فشار داخلي است. با افزايش اين اختلاف تنش، عمق شكست و گسترش ترك در ديواره نمونه هاي استوانه اي جدار ضخيم نيز افزايش خواهد يافت. علاوه بر اين، قابل توجه است كه در حضور فشار داخلي، عمق شكست يا ناحيه پلاستيك نسبت به عدم حضور آن كاهش مي يابد.

Behavior prediction of oil well during drilling is important to prevent of instability problems and lots of cost spending. One of the problems can be pointed is failure of oil well wall during drilling. Thick-walled hollow cylindrical specimens can be able to modelling failure of oil well wall during drilling. Different triaxial cells exist for this test in world. Cell was used is designed based on Hoek cell. The benefits of this cell are ability of oil well during drilling and hydraulic fracture modelling. Also it is possible to measure the tangential strain in the center hole. This feature simultaneously is absent in most triaxial cells. To evaluate the performance of this cell, gypsum and concrete hollow cylinder specimens were made to modelling of oil wells during drilling. Literature studies and experimental results showed that, depending on the magnitudes of the applied internal pressure, external pressure and axial load, any of the radial, tangential and axial stresses induced in the cylinder considered as minor, intermediate or major principal stress. Hence, in this paper, two different stress conditions were used that consist: ϭϴ = ϭ1 ˃ ϭr = ϭ2 ˃ ϭz = ϭ3،. ϭϴ = ϭ1 ˃ ϭz = ϭ2 ˃ ϭr = ϭ3 =0. Results showed that, in condition that tangential stress induced of lateral stress is maximum stress, shear failure occurred toward at around well. So, failure of wall of thick wall hollow cylinder is caused by the deviator stresses between lateral stress and inner pressure. By increasing deviator stresses, the plastic zone will increase around wall of thick walled hollow cylinder specimens. It is noteworthy that, presence of internal pressure reduces the breakouts propagation.