شبيه‏سازي عددي عمليات حفاري زيرتعادلي همراه با توليد نفت و گاز از مخزن با استفاده از مدل دوسيالي تك فشاري

Numerical simulation of underbalanced drilling operations with oil and gas production from reservoir using single pressure twofluid model

در اين مقاله شبيه‏سازي عددي جريان دوفازي گاز مايع درون فضاي حلقوي يك حلقه چاه با ابعاد واقعي كه تحت عمليات حفاري زيرتعادلي قرار دارد انجام شده است. شارش نفت و گاز از مخزن به درون فضاي حلقوي در حين انجام عمليات حفاري به واسطه‏ي زيرتعادلي بودن تكنيك حفاري در نظر گرفته شده است. كد عددي براساس معادلات يك بعدي پايا در يك مرجع اويلري و بر اساس مدل دوسيالي تك فشاري تهيه شده و صحت نتايج آن با استفاده از داده‏هاي تجربي دو چاه واقعي، مورد اعتبارسنجي قرار گرفته است. نتايج نشان مي‏دهد كه شبيه‏سازي انجام شده در مقايسه با ساير تحقيقات از دقت بسيار بهتري برخوردار است. با توجه به اهميت پيش‏بيني و كنترل فشار ته چاه و ميزان نفت و گاز توليد شده در حين عمليات حفاري تاثير پارامترهاي كنترلي مختلف، شامل دبي تزريقي فازهاي مايع و گاز از سر چاه و فشار خروجي از داليز بر روي ميزان نفت توليد شده مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين تاثير پارامترهاي كنترلي بر مشخصات جريان دوفاز شامل توزيع كسر حجمي، سرعت فازها و توزيع فشار در طول داليز بررسي شده است. براساس نتايج بدست آمده، ميزان تاثير فشار چوك و دبي فاز مايع تزريقي بر نفت توليدي از مخزن، مستقل از يكديگر و وابسته به دبي فاز گاز تزريقي است.

In this paper, gasliquid twophase flow in the annulus of a real well during underbalanced drilling operations is simulated numerically. Oil and gas flow from the reservoir in to the annulus is considered due to underbalanced drilling condition. A numerical code based on onedimensional form of steadystate single pressure twofluid model in the Eulerian frame of reference is developed and its results are validated using experimental data from two real wells. The results of numerical simulation show better accuracy in comparison with other researches. Given the importance of prediction and control of the bottomhole pressure and the amount of oil and gas production during the drilling operations, the effects of controlling parameters such as liquid and gas injection flow rate and choke pressure are discussed. Also, the effects of different controlling parameters on the characteristics of twophase flow pattern, including liquid and gas void fractions, liquid and gas velocities and pressure distribution along with the annulus are discussed. According to the results, the effects of choke pressure and injected liquid flow rate on the production of the oil from the reservoir are independent of the values of each other and are dependent on the injected gas flow rate.