عنوان پایان‌نامه
مطالعه ناپایداری چاه های نفتی به روش بررسی رفتار هیدرومکانیکی سنگ در ناحیه خرابی
- رشته تحصیلی
- مهندسی معدن-مکانیک سنگ
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3640;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81821;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3640;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81821
- تاریخ دفاع
- ۲۴ خرداد ۱۳۹۶
- دانشجو
- نادر قاسم پور
- استاد راهنما
- مهدی موسوی, محمدعلی عقیقی
- چکیده
- توسعه تکنولوژی حفاری، نیازمند بررسی دقیق پایداری چاه در سازندهای است که از لحاظ ژئومکانیکی دارای رفتار پیچیده هستند. در سنگ‌های ضعیف، چالش پایداری چاه، از مهمترین موانع حفاری در این نوع سازندها است. تاکنون روش‌های مختلفی برای بررسی پایداری چاه بر مبنای مدل‌های الاستوپلاستیک ارائه شده است. مدل‌های الاستوپلاستیک، شکست سنگ را بصورت دو نقطه تسلیم و شکست نهایی در نظر می‌گیرند. توسعه ناحیه پلاستیک اطراف چاه، بر مبنای تسلیم المان سنگ در اطراف چاه مورد بررسی قرار می‌گیرد. در حالیکه شکست سنگ یک پدیده‌ای تدریجی و با کاهش مقاومت آن شروع می‌شود. استفاده از نظریه خرابی، شکست سنگ را بصورت واقعی شبیه‌سازی می‌نماید. در این تحقیق ضمن بررسی کاربرد نظریه خرابی در مسائل مکانیک سنگ، مدل هیدرومکانیکی خرابی بر پایه مکانیک آماری و تابع ویبول برای بررسی پایداری چاه ارائه شده است. مدل عددی، با استفاده مدل خرابی ارائه شده و با استفاده از نرم افزار آباکوس، اجرا و بررسی شد. مطالعات آزمایشگاهی بصورت بارگذاری سه محوری و استوانه توخالی، روی نمونه‌های مصنوعی صورت گرفت. سپس ناحیه خرابی اطراف چاه با استفاده از تزریق رزین تثبت و مشخص شد. میزان خرابی، در هر مقطع، با استفاده از مطالعات میکروسکوپ الکترونی روبشی محاسبه شد. نتایج مطالعات آزمایشگاهی نشان داد که وقتی نسبت مساحت خرابی به مساحت قسمت حفاری شده بیشتر از 1/5 است ریزش اتفاق می‌افتد. همچنین با استفاده از نتایج آزمایش تولید ماسه، مشخص شد که تولید ماسه تخریبی در مساحتی از نمونه رخ می‌دهد که به مقدار خرابی بحرانی رسیده است. مطالعات آزمایشگاهی نشان داد که مقدار خرابی بحرانی برای نمونه‌ای سنگ ضعیف برابر 0/63 است. این مقدار برای سنگ‌های مصنوعی این تحقیق بدست آمد که خصوصیات آن شبیه خصوصیات سنگ شیل است. نتایج این تحقیق نشان داد که مقدار خرابی سنگ به چسبندگی، مقاومت فشاری و مدول یانگ آن حساسیت بیشتری دارد.
- Abstract
- Development of drilling technology requires precise consideration of wellbore stability especially in the formation with complexity of geomechanics. During drilling in loosening formation, wellbore instability is the major problem. Various methods for wellbore stability analysis were established based on Elasto-plastic models so far. Elasto-plastic models, consider rock failure phenomena has two main points namely as yield and failure points. Plastic zone around a wellbore consists of yielded rock elements around the wellbore. Considering the fact that rock failure is a gradually phenomenon with strength degradation, failure zone around a wellbore is different from plastic zone. Failure zone development can be used as a reliable tool for wellbore stability analysis. Using damage theory, could simulate rock failure more accurately. In this study, hydro-mechanical- damage model was introduced based on statistical damage mechanics concepts and Weibull distribution. Then, numerical modeling was prepared and run using the introduced model and Abaqus commercial software. To evaluate the numerical results and validate them, laboratory tests were done considering the triaxial hollow cylinder test and synthetically prepared samples. Damage zone around the wellbore was distinguished by resin injection and impregnation. Using Scanning Electronic Microscope (SEM) study, damage parameter value was calculated for each test. The laboratory test results showed that division of damage area to excavated area is more than 1.5 when collapse around a wellbore occurs. Also, catastrophic sand production occurs where the damage parameter exceeds and reaches to critical damage parameter. The laboratory test also revealed that critical damage parameter is around 0.63 for weak rock. In this study, weak rock specification was taken very close to shale formations. Finally, the results showed that damage parameter is very sensitive to rock cohesion, uniaxial compressive strength and young modulus. Keywords: Wellbore stability, Damage model, Weibull distribution, Scanning Electronic Microscope, Rock hydro-mechanical behavior
