مدلسازي عددي رفتار چاه نفت درتشكيلات شيلي با روش تفاضل محدود (مطالعه موردي: يكي از چاه هاي نفت ميدان مارون)

Numerical Modeling Of Behaviour Of Wellbore In Shaly Formations using finite difference method Case study: one of the oil wells in Marun Field

90 درصد مشكلات ناپايداري چاه‌ها مربوط به حفاري در سازندهاي شيلي رخ مي‌دهد. از طرفي سازند‌هاي شيلي در 75 درصد مقاطع حفاري شده در ايران يافت مي‌شوند كه سبب بروز تعدادي از مشكلات مانند فروپاشي كامل يا جزئي چاه و يا حتي از دست دادن چاه قبل از رسيدن به هدف خود (مخزن) منجر مي‌شوند. در اين تحقيق، به كمك مدلسازي عددي توسط نرم‌افزار Flac2D به بررسي پايداري ديواره چاه نفت در سازندهاي شيلي پرداخته‌شده‌است. اين مدلسازي در 3 حالت حفاري چاه صورت گرفته‌است. حالت اول، حفاري بدون اعمال فشار گل درون چاه در حين حفاري و حالت دوم، حفاري بالاي تعادل به صورتي كه فشار گل حفاري از فشار منفذي سازند بيشتر باشد و حالت سوم، حفاري تحت تعادل به صورتي كه فشار گل حفاري پايين‌تر از فشار منفذي سازند باشد. نتايج مدلسازي عددي نشان داد كه بيشترين جابجايي و سطح پلاستيك اطراف چاه در حفاري بدون اعمال فشار گل بوده و جابجايي در حفاري‌هاي بالاي تعادل و تحت تعادل به شدت كاهش پيدا كرده و كمترين جابجايي و سطح پلاستيك اطراف چاه در حفاري بالاي تعادل رخ داده‌است. در اين تحقيق تحليل پايداري ديواره چاه و تعيين فشار گل بهينه براي پايداري چاه در روش الاستوپلاستيك، با استفاده از روش تعيين سطح تسليم نرماليزه (NYZA) صورت گرفته‌است و درصورتي‌كه مقدار آن از حد بحراني تعريف شده كمتر باشد، چاه پايدار بوده‌است. نتايج نشان داد كه پارامتر NYZA با چگالي سيال حفاري رابطه معكوس دارد، به طوريكه هرچه فشار سيال حفاري و چگالي آن بالا برود، ديواره چاه پايدارتر و NYZA چاه كم مي‌شود. از طرفي براساس روش NYZA كه مقدار آن براي پايداري ديواره چاه در روش عددي مقدار بحراني 1 مي‌باشد، مي توان دريافت كه از فشار گل 22 مگاپاسكال به بالا، وارد محدوده پايداري در چاه مورد مطالعه مي‌شويم. فشار گل بهينه در چاه مورد مطالعه، در حفاري تحت تعادل 33/02 مگاپاسكال تا 33/71 و براي حفاري بالاي تعادل 35/09مگاپاسكال تا 35/78بدست آمده است. تمام نتايج در لايه‌ شيلي سازند آسماري در عمق 3915 متري از يكي از چاههاي نفت مخزن مارون ايران بدست آمده‌است.

During or after underground drilling such as oil well drilling, instabilities are observed in wells, in such a way that 90% of these instabilities are related to Shale formations. On the other hand, Shale formations are found in 75% of all drillings in Iran, causing various difficulties such as complete or partial collapse of wells before reaching the reservoirs. Shale porosity may vary from small (a few %) to quite high (up to 70%). Even with highest porosities, permeability remains very small. In this study, by considering geophysical log data and using experimental relations (presented by researchers) in Shale rock, physical and mechanical properties of Shale layer in Asmari formations are calculated and after that by using finite difference method (FLAC2D software), stability of wellbore in Shale formation has been surveyed. Introduction The modeling was done in 3 modes of drilling. The first mode is drilling without pressurizing mud into the well, the second, drilling at a higher pressure than balance condition i.e. drilling mud pressure to be higher than the pore pressure. The third mode is underbalance condition in which the drilling mud pressure is lower than the pore pressure. The results of numerical modeling showed that the most displacements and plastic surface around the well occurred when the drilling mud was not pressurized. The displacement underbalance and over balance condition significantly decreased and the minimum amount of displacements and plastic surface around the well occurred at higher than balance condition. Methodology and Approaches In this study, analysis of stability of wellbore and determination of the optimum mud pressure for wellbore stability has been carried out by elastoplastic method. If this value is less than the critical value defined by Normalized Yielded Zone Area (NYZA) the wellbore is considered to be stable. Results and Conclusions The results showed that the NYZA parameter is inversely proportional to the density of drilling mud, so that increasing drilling mud pressure and its density; results in more stable well bore and lower NYZA of the well. Based on NYZA method using numerical technique the critical value for wellbore stability is 1 and it can be realized from the surveyed well that the mud pressure over 22 MPa is within the scope of stability zone. Optimum mud pressure range obtained for the surveyed well is 33.02-33.71MPa for balance drilling and 35.09-35.78MPa for after balance drilling. All these data are obtained from Shale formation of one of the oil wells in Marun Field at a depth of 3915 meters.